電動(dòng)汽車車載電源LLC諧振變換器滑?？刂蒲芯?/h1>
2020-09-16 13:29黃建平
科學(xué)與信息化 2020年14期 關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車
黃建平
摘要：隨著人們對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題不斷重視，使用不可再生能源已經(jīng)被當(dāng)前汽車工業(yè)所淘汰，如何降低汽車耗能，提升電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等重要系統(tǒng)的性能，成為當(dāng)前汽車領(lǐng)域的研究課題。本文圍繞電動(dòng)汽車車載電源LLC諧振變換器滑?？刂频膬?yōu)化進(jìn)行分析，提出電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用寫真變換器滑膜的控制系統(tǒng)改善思路，降低總體系統(tǒng)體積和成本，減少功率開關(guān)數(shù)量，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)序電壓的工作原理。使得汽車新型變換器能夠提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載性能。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;車載電源;LLC
本文研究電動(dòng)汽車綜合性能，對(duì)于車載電源的諧振變換器滑膜控制效果進(jìn)行論述。采用電源性能測(cè)試的方法，得出電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)模擬負(fù)載試驗(yàn)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行情況。采用聯(lián)合仿真的方法，運(yùn)用模糊pld控制和pld直流調(diào)速控制的對(duì)比方法，認(rèn)為電動(dòng)汽車車載電源性能循環(huán)狀態(tài)下對(duì)控制系統(tǒng)性的仿制仿真，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，控制精度和動(dòng)態(tài)性能方面，模糊pId控制策略優(yōu)于pId控制策略。
1LLC諧振變換器系統(tǒng)工作原理分析
LLC諧振變換器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在增強(qiáng)電動(dòng)汽車車載電源抗負(fù)載擾動(dòng)性，減少系統(tǒng)開關(guān)損耗，LLC諧振變換器系統(tǒng)輸出的電壓受到過(guò)沖現(xiàn)象的影響，可以通過(guò)改進(jìn)的模糊控制和滑膜控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)滑膜面擴(kuò)展，利用描述函數(shù)建立非線性模型，將LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以顯示，能夠看到通過(guò)汽車車載電源LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制的改善，能夠?qū)ω?fù)載擾動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)非線性滑膜面設(shè)計(jì)了整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)，在附繞負(fù)載擾動(dòng)較大的情況下，能夠提高電動(dòng)汽車車載電源控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)，解決傳統(tǒng)的pID控制器無(wú)法進(jìn)行滑?？刂频膯?wèn)題。LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜制方法，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，LLC諧振變換器系統(tǒng)滑?？刂葡到y(tǒng)有利于電動(dòng)汽車車載電源控制，提升性能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)品質(zhì)。LLC諧振變換器系統(tǒng)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、多輸入的系統(tǒng)，具有高功率、高效率的特征，同時(shí)具有低成本和高可靠性。適用于當(dāng)前新能源車載電源高性能需求。隨著新能源電器的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車變換器系統(tǒng)受到大幅在擾動(dòng)以及電外界的電磁干擾，容易出現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的功率密度提升，效率降低的問(wèn)題。因此利用LLC諧振變換器系統(tǒng)適合車載電源應(yīng)用場(chǎng)合，將電感電流輸出電壓以及積分設(shè)計(jì)變換器進(jìn)行輸入電壓變化的控制，采用LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制，提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能。這一系統(tǒng)采用雙環(huán)PI控制，具有魯棒性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)。
2LLC諧振變換器系統(tǒng)切換控制提升技術(shù)應(yīng)用
LLC諧振變換器系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置嚴(yán)格控制條件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空間模型的設(shè)置，建立一項(xiàng)全球狀態(tài)空間的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)和pwm控制運(yùn)動(dòng)。通過(guò)優(yōu)化LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)線性的推導(dǎo)，選取滑膜面的LLC諧振變換器系統(tǒng)具有高階、非線性特性，選滑膜控制之后，其工作原理得到優(yōu)化。DC/DC變換器恒壓模式控制系統(tǒng)下的車載電源，通過(guò)擴(kuò)展函數(shù)建立了系統(tǒng)模型，能夠應(yīng)對(duì)系統(tǒng)大幅在變化，魯棒性高，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)也將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能加以提升。
（1）變換器工作情況描述，對(duì)于電動(dòng)汽車車載電源電壓輸入輸出，選取全橋LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足大電流工作要求，實(shí)現(xiàn)低電壓、零電流關(guān)斷等技術(shù)。在這一工作模式下，諧振變換器電壓負(fù)便采用全波整流，電路中存在多個(gè)儲(chǔ)能元件，LLC諧振變換器系統(tǒng)諧振電容以及變換器磁震、電感工作狀態(tài)處在軟開關(guān)狀態(tài)，模糊PID控制技術(shù)提高電源系統(tǒng)工作效率，通過(guò)擴(kuò)展函數(shù)建立系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體化膜運(yùn)動(dòng)，用于電動(dòng)汽車車載電壓恒壓模式充電控制上仿真和實(shí)驗(yàn)均表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。設(shè)計(jì)的滑膜控制器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤，對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能夠抗擊負(fù)載擾動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，解決了傳統(tǒng)PED控制器，車載電源控制系統(tǒng)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)品質(zhì)提升的問(wèn)題。
（2）系統(tǒng)穩(wěn)定后在保持電壓環(huán)閉環(huán)調(diào)制的同時(shí)，將模塊移相占空比調(diào)節(jié)為共同占空比D減去一個(gè)恒定偏置量，取恒定偏置量為共同占空比的40%，DC-DC變換器模塊的移相占空比的減小量，DC/DC變換器模塊總的負(fù)載電流保持不變，在全負(fù)載范圍內(nèi)移相占空比的增加量移相占空比可以表示為：d2=D+Ad2Ad2s第二個(gè)模塊輸出電流的減少量，調(diào)節(jié)器輸出移相進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，其中Ad'為模塊間參數(shù)不匹配的補(bǔ)償量?jī)赡K輸出電流相等，采用LLC/DCX組成交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展功率容量，實(shí)現(xiàn)模塊間均流;進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，兩模塊輸出電流相等，實(shí)現(xiàn)模塊間均流。LLC諧振變換器系統(tǒng)目前具有高功率、密度高、效率高頻化的特點(diǎn)，開關(guān)損耗小、效率高，軟開關(guān)特性體現(xiàn)其本質(zhì)，相對(duì)傳統(tǒng)的PWM變換器，能夠進(jìn)行原片開關(guān)管的零電流關(guān)斷和負(fù)電整流二極管的磁繼承，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)在輸出上已經(jīng)適用于高功率、密度大的場(chǎng)合，因此防止輸出電流不能平均分配的問(wèn)題，減小輸出電波，提高功率密度，實(shí)現(xiàn)兩路LLC諧振DCX交錯(cuò)定點(diǎn)，目前是較為可靠的關(guān)鍵技術(shù)，適用于半橋和全橋拓?fù)渚骺刂撇呗?，協(xié)證元件參數(shù)變化，對(duì)電壓增益的影響予以重點(diǎn)考慮。仿真結(jié)果驗(yàn)證不均有原因，導(dǎo)致的正確性降低的問(wèn)題。在交錯(cuò)并聯(lián)LLC/DCX，為防治輸出電流不均，引入了雙向開關(guān)管，建立了基于雙向開關(guān)管的PWM控制策略，開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通電管區(qū)具有升壓特性，提高了變換器的電壓增益，搭建200w的樣機(jī)交錯(cuò)并聯(lián)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中根據(jù)理論分析和設(shè)計(jì)的正確性，針對(duì)交錯(cuò)并量并聯(lián)全橋LLC/DCX不均等問(wèn)題，引入一項(xiàng)調(diào)制策略，進(jìn)行電壓增益和推導(dǎo)一項(xiàng)角的關(guān)系分析，討論一項(xiàng)均流控制策略的應(yīng)用，可將不均流量有10%以上減少到5%以下，具有較好的均流效果。
（3）電流從勵(lì)磁電感Lm和變壓器初級(jí)側(cè)流出，經(jīng)過(guò)諧振電容回到勵(lì)磁電感、諧振電感、第二開關(guān)管的體二極管、第一開關(guān)管和變壓器的初級(jí)側(cè)，變壓器的次級(jí)側(cè)輸入的電流大于零，在這個(gè)半周的時(shí)間段內(nèi)，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的交流給諧振電容充電，經(jīng)過(guò)第一開關(guān)管，在半周的時(shí)間段內(nèi)，至一個(gè)較高電壓值側(cè)的兩端的電壓被鉗位至。在下半周變?yōu)榈碗娖诫娏髯優(yōu)楦唠娖?，電流反向，?duì)第一電源進(jìn)行充電，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)I的交流側(cè)的兩端的電壓處于0以外，經(jīng)過(guò)第四開關(guān)管的體二極管、諧振電感和諧振電容，電流從勵(lì)磁電感和變壓器的初級(jí)側(cè)流出，然后再回到變壓器的初級(jí)側(cè)和勵(lì)磁電感，變壓器的初級(jí)側(cè)和諧振電容共同將能量傳遞至第一電源，實(shí)現(xiàn)變換器的增益加大效果。
3結(jié)束語(yǔ)
LLC諧振變換器提高電源系統(tǒng)公國(guó)效率，在全局積分滑模面進(jìn)行技術(shù)控制，建立系統(tǒng)的整體滑模運(yùn)動(dòng)，有效解決傳統(tǒng)的PI控制負(fù)載擾動(dòng)大的問(wèn)題，提高電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，增強(qiáng)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在當(dāng)前車載電源恒壓模式下實(shí)現(xiàn)充電控制，提高電源控制的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
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黃建平
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1LLC諧振變換器系統(tǒng)工作原理分析
LLC諧振變換器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在增強(qiáng)電動(dòng)汽車車載電源抗負(fù)載擾動(dòng)性，減少系統(tǒng)開關(guān)損耗，LLC諧振變換器系統(tǒng)輸出的電壓受到過(guò)沖現(xiàn)象的影響，可以通過(guò)改進(jìn)的模糊控制和滑膜控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)滑膜面擴(kuò)展，利用描述函數(shù)建立非線性模型，將LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以顯示，能夠看到通過(guò)汽車車載電源LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制的改善，能夠?qū)ω?fù)載擾動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)非線性滑膜面設(shè)計(jì)了整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)，在附繞負(fù)載擾動(dòng)較大的情況下，能夠提高電動(dòng)汽車車載電源控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)，解決傳統(tǒng)的pID控制器無(wú)法進(jìn)行滑?？刂频膯?wèn)題。LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜制方法，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，LLC諧振變換器系統(tǒng)滑?？刂葡到y(tǒng)有利于電動(dòng)汽車車載電源控制，提升性能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)品質(zhì)。LLC諧振變換器系統(tǒng)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、多輸入的系統(tǒng)，具有高功率、高效率的特征，同時(shí)具有低成本和高可靠性。適用于當(dāng)前新能源車載電源高性能需求。隨著新能源電器的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車變換器系統(tǒng)受到大幅在擾動(dòng)以及電外界的電磁干擾，容易出現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的功率密度提升，效率降低的問(wèn)題。因此利用LLC諧振變換器系統(tǒng)適合車載電源應(yīng)用場(chǎng)合，將電感電流輸出電壓以及積分設(shè)計(jì)變換器進(jìn)行輸入電壓變化的控制，采用LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制，提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能。這一系統(tǒng)采用雙環(huán)PI控制，具有魯棒性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)。
2LLC諧振變換器系統(tǒng)切換控制提升技術(shù)應(yīng)用
LLC諧振變換器系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置嚴(yán)格控制條件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空間模型的設(shè)置，建立一項(xiàng)全球狀態(tài)空間的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)和pwm控制運(yùn)動(dòng)。通過(guò)優(yōu)化LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)線性的推導(dǎo)，選取滑膜面的LLC諧振變換器系統(tǒng)具有高階、非線性特性，選滑膜控制之后，其工作原理得到優(yōu)化。DC/DC變換器恒壓模式控制系統(tǒng)下的車載電源，通過(guò)擴(kuò)展函數(shù)建立了系統(tǒng)模型，能夠應(yīng)對(duì)系統(tǒng)大幅在變化，魯棒性高，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)也將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能加以提升。
（1）變換器工作情況描述，對(duì)于電動(dòng)汽車車載電源電壓輸入輸出，選取全橋LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足大電流工作要求，實(shí)現(xiàn)低電壓、零電流關(guān)斷等技術(shù)。在這一工作模式下，諧振變換器電壓負(fù)便采用全波整流，電路中存在多個(gè)儲(chǔ)能元件，LLC諧振變換器系統(tǒng)諧振電容以及變換器磁震、電感工作狀態(tài)處在軟開關(guān)狀態(tài)，模糊PID控制技術(shù)提高電源系統(tǒng)工作效率，通過(guò)擴(kuò)展函數(shù)建立系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體化膜運(yùn)動(dòng)，用于電動(dòng)汽車車載電壓恒壓模式充電控制上仿真和實(shí)驗(yàn)均表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。設(shè)計(jì)的滑膜控制器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤，對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能夠抗擊負(fù)載擾動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，解決了傳統(tǒng)PED控制器，車載電源控制系統(tǒng)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)品質(zhì)提升的問(wèn)題。
（2）系統(tǒng)穩(wěn)定后在保持電壓環(huán)閉環(huán)調(diào)制的同時(shí)，將模塊移相占空比調(diào)節(jié)為共同占空比D減去一個(gè)恒定偏置量，取恒定偏置量為共同占空比的40%，DC-DC變換器模塊的移相占空比的減小量，DC/DC變換器模塊總的負(fù)載電流保持不變，在全負(fù)載范圍內(nèi)移相占空比的增加量移相占空比可以表示為：d2=D+Ad2Ad2s第二個(gè)模塊輸出電流的減少量，調(diào)節(jié)器輸出移相進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，其中Ad'為模塊間參數(shù)不匹配的補(bǔ)償量?jī)赡K輸出電流相等，采用LLC/DCX組成交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展功率容量，實(shí)現(xiàn)模塊間均流;進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，兩模塊輸出電流相等，實(shí)現(xiàn)模塊間均流。LLC諧振變換器系統(tǒng)目前具有高功率、密度高、效率高頻化的特點(diǎn)，開關(guān)損耗小、效率高，軟開關(guān)特性體現(xiàn)其本質(zhì)，相對(duì)傳統(tǒng)的PWM變換器，能夠進(jìn)行原片開關(guān)管的零電流關(guān)斷和負(fù)電整流二極管的磁繼承，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)在輸出上已經(jīng)適用于高功率、密度大的場(chǎng)合，因此防止輸出電流不能平均分配的問(wèn)題，減小輸出電波，提高功率密度，實(shí)現(xiàn)兩路LLC諧振DCX交錯(cuò)定點(diǎn)，目前是較為可靠的關(guān)鍵技術(shù)，適用于半橋和全橋拓?fù)渚骺刂撇呗?，協(xié)證元件參數(shù)變化，對(duì)電壓增益的影響予以重點(diǎn)考慮。仿真結(jié)果驗(yàn)證不均有原因，導(dǎo)致的正確性降低的問(wèn)題。在交錯(cuò)并聯(lián)LLC/DCX，為防治輸出電流不均，引入了雙向開關(guān)管，建立了基于雙向開關(guān)管的PWM控制策略，開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通電管區(qū)具有升壓特性，提高了變換器的電壓增益，搭建200w的樣機(jī)交錯(cuò)并聯(lián)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中根據(jù)理論分析和設(shè)計(jì)的正確性，針對(duì)交錯(cuò)并量并聯(lián)全橋LLC/DCX不均等問(wèn)題，引入一項(xiàng)調(diào)制策略，進(jìn)行電壓增益和推導(dǎo)一項(xiàng)角的關(guān)系分析，討論一項(xiàng)均流控制策略的應(yīng)用，可將不均流量有10%以上減少到5%以下，具有較好的均流效果。
（3）電流從勵(lì)磁電感Lm和變壓器初級(jí)側(cè)流出，經(jīng)過(guò)諧振電容回到勵(lì)磁電感、諧振電感、第二開關(guān)管的體二極管、第一開關(guān)管和變壓器的初級(jí)側(cè)，變壓器的次級(jí)側(cè)輸入的電流大于零，在這個(gè)半周的時(shí)間段內(nèi)，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的交流給諧振電容充電，經(jīng)過(guò)第一開關(guān)管，在半周的時(shí)間段內(nèi)，至一個(gè)較高電壓值側(cè)的兩端的電壓被鉗位至。在下半周變?yōu)榈碗娖诫娏髯優(yōu)楦唠娖?，電流反向，?duì)第一電源進(jìn)行充電，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)I的交流側(cè)的兩端的電壓處于0以外，經(jīng)過(guò)第四開關(guān)管的體二極管、諧振電感和諧振電容，電流從勵(lì)磁電感和變壓器的初級(jí)側(cè)流出，然后再回到變壓器的初級(jí)側(cè)和勵(lì)磁電感，變壓器的初級(jí)側(cè)和諧振電容共同將能量傳遞至第一電源，實(shí)現(xiàn)變換器的增益加大效果。
3結(jié)束語(yǔ)
LLC諧振變換器提高電源系統(tǒng)公國(guó)效率，在全局積分滑模面進(jìn)行技術(shù)控制，建立系統(tǒng)的整體滑模運(yùn)動(dòng)，有效解決傳統(tǒng)的PI控制負(fù)載擾動(dòng)大的問(wèn)題，提高電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，增強(qiáng)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在當(dāng)前車載電源恒壓模式下實(shí)現(xiàn)充電控制，提高電源控制的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
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