LLC谐振变换器软启动控制策略研究

陈伟松 葛艳华

摘 要 LLC谐振变换器在启动过程中由于输出滤波电容较大，谐振电感电流会有一个较大的瞬时电流。本文首先分析LLC谐振变换器的输入输出电压特性，其次通过仿真对比各个软启动控制策略，并总结出一个效果较好的LLC软启动控制策略。

关键词 LLC谐振;软启动;高频辅助逆变器

引言

近年来，随着我国轨道交通的高速发展，对辅助逆变器的要求越来越高。由于追求辅助逆变器的高效率、高功率密度，中高频辅助逆变器正在逐步替代工频辅助逆变器成为轨道交通辅助逆变器主流方案。中高频辅助逆变器通过采用高频变压器替换工频变压器，实现了辅助逆变器的高功率密度。中高频辅助逆变器的关键技术在LLC谐振变换器部分[1]。目前国内外众多学者针对LLC谐振变换器进行了深入的研究。

本文首先对全桥LLC谐振变换器进行建模分析，简单阐述LLC谐振变换器的工作原理。分析LLC谐振变换器启动过程谐振电流出现较大峰值原因，提出了一种LLC谐振变换器软起动的控制策略。

1软启动控制策略

全桥LLC谐振变换器电路如图1所示。

Q1～Q4为四个IGBT，T1为高频变压器，Lr为谐振电感，Lm为励磁电感，Cr为谐振电容，D1、D2为整流二极管。Lr谐振电感可以由高频变压器原边漏感实现，Lm由高频变压器的激磁电感实现。

LLC谐振变换器在刚启动的时候需要对输出滤波电容充电，而输出滤波电容容量一般较大，因此会产生较大的瞬时电流，不仅会击穿功率器件，同时谐振电容也会由于过电压而烧毁。所以为了保护元器件，需要采用适当的控制方法进行LLC谐振变换器的软启动[2]。

地铁辅助逆变器的功率需求较大，一般不低于160kVA，因此需要采用多模块输出并联。解决LLC变换器多模块输出并联均流问题较好的方法是使其工作在DCT（DC Transformer，DCT）模式。降频启动方式是LLC谐振变换器常用的方法，但是对于工作在DCT模式的LLC谐振变换器，由于采用较大的K=Lm/Lr，该增益曲线较为平直，因此采用降频方式软起动效果不明显。

1.1 仿真对比

基于Matlab仿真平台搭建LLC谐振变换器仿真模型，对比不同控制策略下LLC谐振变换器启动过程中谐振电流大小。仿真模型参数如表1所示。

根据谐振参数，按照公式1计算串联谐振频率fr =23kHz。在不同的开关频率下，通过不断减小死区，完成LLC谐振电路的软启动，仿真结果如图2所示。

由图2（a）可以看出，当采用fs=fr，固定占空比启动的时候，谐振电流iLr瞬时值可以达到800A;图2（b）表明采用上下管占空比分别从0慢慢加到0.49的软启动策略，无论是fs=fr，还是fs=2fr，谐振电流瞬时值最大值分别降到了38A。因此，LLC谐振变换器在启动过程中采取上下两个开关管占空比分别从0慢慢增加到50%（包括死区）的控制策略是可以有效地降低谐振电流，实现软启动。

2结束语

本文首先对LLC谐振变换器谐振电路进行分析，分析LLC谐振变换器启动过程中谐振电流瞬时值较大的原因，并提出一种有效降低谐振电流的软启动控制策略。

參考文献

[1] 杜会卿.高频脉冲直流环节辅助逆变器输出性能优化与效率提升[D].北京：北京交通大学，2016.

[2] 李菊.全桥LLC谐振变换器的混合式控制策略[D].南京：南京航空航天大学，2011.