LLC电路的控制策略

我们聊过了LLC电路在调频模式以及移相控制下的一些特性，今天我们还是继续聊LLC电路，虽然这部分聊得不是很详尽，大家至少有些概念，能够在实际运用中有一些启发，足够了。 今天我们聊聊LLC电路的控制策略。

1LLC电路控制策略

LLC电路常数的控制方法包括：变频控制(Variable-Frequency Control，VFC)和定频移相控制(Phase-Shift Control，PSC)。

针对电动汽车直流充电桩需要较宽范围输出电压的要求，单独地采用一种控制是较难满足要求的，因此我们通常将两者结合起来(也就是两天我们讲到内容的结合)。

下面是调频移相混合控制策略结合的宽电压增益曲线：

即调频模式下电压增益大于1，移相模式下电压增益小于1.当电路稳态运行时，根据输入输出电压的需求得到电路的增益，以此来判断控制类别。

在LLC电路的启动过程中，假设以第一谐振频率开始启动，在Lr和Cr谐振的过程中，此时的谐振电流的交流基频分量为：

从上式可知，由于副边输出起始并没有建立电压，Lr和Cr上所加的电压会很大; 并且处于第一谐振点时Lr和Cr谐振的谐振等效阻抗为0，所以此时的启动电流最大，带来的好处是输出电压可以很快的建立起来，但是过大的冲击电流对开关管却是致命的。 为了降低电流的冲击，我们需要使启动时的工作频率远离第一谐振点。

采用低于第一谐振点的频率启动时，此时Lr和Cr谐振时对外呈容性，不利于启动过程中开关管实现ZVS，所以LLC电路一般采用高频启动。

下面给出了LLC电路从启动到稳定输出的控制流程图：

2LLC的控制电路的设计

为了提高充电桩的输出功率，同时降低输出电压纹波，故后级采用两个半桥三电平LLC电路并联。 为了保证输出电压的稳定性，两个并联电路的控制电路需要共用一个电压环，电压环的输出经过电路分配器产生两路电流。 基于此类控制，在输出功率较小时，只有一路LLC电路工作; 当输出功率逐步增大时，另一路LLC电路才会慢慢开始工作，但两路被分配的电流取决于电流分配器。

电流控制器的输出采用混合控制，当输出电压较低时，电路是固定频率的移相控制; 当输出电压较高时，电路为固定最大占空比的变频控制。 这样有利于实现开关管的软开关，提高电路效率。 下面是输出电压较高时的变频控制电路框图：

我们根据之前的分析，控制器是根据输出电压来做选择的。 当给定的输出电压大于转换电压时采用调频控制，否则采用定频移相控制。 故我们得到如下单个LLC电路的控制图：

此外，LLC电路常用的控制方法也可以分为单电压环控制和电压电流双环控制。 其中前者比较简单，参数也比较容易确定; 而后者双环控制具有谐振电流可控，动态特性较好的特点。 下面我们简单地介绍一下两种控制(我们以模拟电路的方式来说吧，这样直观一点，补偿和控制也比较容易。 数字控制中只要相应的离散化就OK了)。

3单环控制

单电压环控制在实际中我们常选择PID控制，无论是移相还是调频模式下，控制器的输出越大，意味着输出的频率或者移相角越大，则对应的输出电压越小，则我们可以知道其呈现正反馈特征。 下图是LLC单电压环PID控制简单电路图：

我们可以得到输出和反馈的关系如下：

该控制器的比例常数为(C2/C1)+(R1/R2)，积分常数为1/(R2C1)，微分常数为R1C2。 根据开环传递函数的特性对其进行相应的补偿，其中比例环节影响系统的稳态误差和输出精度; 积分环节可以提高系统的稳态性能，确保系统的无差输出; 微分环节可以提高系统的稳定性，但是不能单独使用，否则会放大电路的噪声信号。

4双环控制

双环控制模拟电路如下：

我们为了简化电路的参数整定，采用单极点-单零点补偿网络。 电流选取为谐振电流经过整流采样后的平均值，电压环的输出作为谐振电流的平均值的给定。

从上图我们可以得到电压环的传递函数为：

其中，C1>>C2，直流增益和零极点频率分别为：

以上我们可知，电压环为负反馈，电流环为正反馈。 当输入电压提高或者负载增大导致输出电压下降，则Vfb降低，电压环输出升高，即电流的给定增大; 电流环的反向输入端增大，正的电流环输出减小，即频率或者移相角降低，输出电压升高，这样一个闭环。

关于LLC电路的调频和移相相结合的控制策略我们就聊到这里，希望你们能够喜欢。