← 返回
LLC谐振变换器的先进建模方法:从多谐波分析到小信号模型
Advanced Modeling Approach for LLC Resonant Converters: From Multiharmonic Analysis to Small Signal Model
| 作者 | Fabio Corti · Vittorio Bertolini · Alberto Reatti · Antonio Faba · Ermanno Cardelli |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年11月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 LLC谐振 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流-直流LLC谐振功率转换器 扩展描述函数 高次谐波 小信号模型 实验验证 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种基于扩展描述函数的创新方法,用于对直流 - 直流 LLC 谐振功率转换器进行精确建模。与文献中大多数基于基波近似开发的模型不同,所提出的模型能够恰当地考虑高次谐波的影响,即使在远离谐振的工作条件下也能提供准确的结果。由于转换器的非线性特性,无法直接使用叠加原理来考虑高次谐波。因此,纳入高次谐波是一个具有挑战性的问题。为此,本文介绍了在经典扩展描述函数(EDF)方法(该方法通常仅考虑基波)中纳入多个谐波的过程。EDF 方法还可用于推导转换器的小信号模型,这对设计转换器的控制电路非常有用。本文进行了分析,以确定实现目标精度所需的最少谐波数量,从而在简单性、计算成本和精度之间取得最佳平衡。通过大量的实验验证,评估了该模型相对于文献中现有模型的改进效果。
English Abstract
This article proposes an innovative approach for accurate modeling of a dc–dc LLC resonant power converter based on extended describing functions. Unlike most of the models available in the literature, which have been developed under the first harmonic approximation, the proposed model allow to take properly take into account the contribution of higher harmonics, providing accurate results even for operating conditions far from resonance. The inclusion of higher harmonics cannot be directly performed using the superposition principle due to the nonlinear nature of the converter. As a consequence, the inclusion of higher harmonics is a nontrivial problem. For this reason, the procedure for including multiple harmonics in the classical extended describing functions (EDFs) approach (which typically works by considering only the fundamental harmonic) is presented. The EDF approach also allows to derive the small-signal model of the converter, which is useful in designing the control circuit of the converter. An analysis to identify the minimum number of harmonics necessary to achieve a target accuracy and obtain the best compromise between simplicity, computational cost and accuracy is presented. The improvements with respect to models available in the literature are evaluated by extensive experimental validations.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇关于LLC谐振变换器高级建模方法的研究具有重要的工程应用价值。LLC谐振拓扑是我司光伏逆变器DC-DC环节和储能变流器中广泛采用的核心技术,其高效率、高功率密度特性与公司产品的轻量化、高效化战略高度契合。
该论文提出的多谐波建模方法突破了传统基波近似模型的局限性,这对于提升我司产品在宽工作范围下的控制精度具有直接价值。在实际应用中,光伏逆变器需要应对宽电压输入范围和频繁的功率波动,储能系统则面临充放电工况的大幅切换,这些场景往往使LLC工作在远离谐振点的状态。传统模型在此条件下精度不足,导致控制参数设计保守,影响系统效率和动态响应。该研究通过扩展描述函数法纳入高次谐波,能够更准确预测非线性行为,为控制器优化设计提供可靠的小信号模型基础。
从技术成熟度评估,该方法已通过广泛实验验证,具备较强的工程可行性。但实际应用仍需考虑计算复杂度与实时性的平衡——论文虽分析了谐波数量与精度的折衷,但在嵌入式控制器中实现仍需算法优化。对阳光电源而言,这项技术可直接应用于下一代高频化LLC变换器的设计开发,特别是在1500V高压光伏系统和大容量储能PCS产品中,有望实现效率提升0.5-1个百分点,同时改善轻载和过载工况的动态性能。建议组织专项技术攻关,将该建模方法集成到内部仿真平台,并开展与实际产品的对标验证工作。