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1、一种LLC谐振变换器的直流端二次纹波抑制方法一种LLC谐振变换器的直流端二次纹波抑制方法1.引言全球电动汽车产业飞速发展，电池储能系统在电力系统的应用也日益广泛，这使得电池充电装置成为研究热点1。两级式AC-DC-DC变换器具有控制灵活，能同时兼顾电池充电性能和电网电能质量的优点，广泛应用于电池充电场合2，其系统结构如图1所示。如图1所示，单相AC-DC变换器的瞬时输出功率中含有两倍电网频率的交流分量3，这个脉动频率会对DC-DC变换器的输出造成影响4。文献5基于DC-DC变换器线性交流小信号模型研究了低频纹波的产生及传递机理。文献6在文献5的基础上，提出了一种基于电流反向增益传递函数的方法来

2、分析电流低频纹波问题。电池对充电电压精度要求很高7。因此，在前级为单相的两级式AC-DC-DC变换系统中，必须对二倍频纹波进行抑制，以保证输出电压的高精度和低纹波。文献6总结了对两级式AC-DC-DC变换器进行协调控制抑制二倍频功率波动的方法，包括：(1)由第三方储能装置提供二倍频脉动功率8，这种方法增加了变换器和电路端口，使电路本身和控制均较为复杂，也增加了系统的体积和成本。(2)由电池提供，文献9通过约束燃料电池输出阻抗来满足较严格的纹波限制，实际应用有一定局限性。(3)允许该脉动功率出现在中间直流母线，由储能元件提供。方式(3)可分为无源和有源两类，文献10中采用较大的电解电容来平滑母线

3、电压波动，增加了系统体积和重量。文献11在电路中插入LC 谐振网络，用于平衡脉动功率，可以有效减小中间母线电容值，但由于加入了额外电感，系统体积和重量仍会受限。文献5中采用平均电流控制对DC末端电流二次纹波进行了抑制，但纹波抑制效果依赖于变换器控制带宽的设计6。本文基于信号调制解调的思想，以LLC 谐振变换器为研究对象，分析了二次纹波电压在DC-DC变换器中的传递机理。采用了PI+PR控制器对LLC 谐振变换器输出电压的二次纹波进行了抑制，使输出电压整体纹波幅值减小，从而能够在不增加直流母线电容的前提下，改善了电池充电电压质量。2.LLC谐振变换器中二次纹波的传递全桥LLC谐振变换的电路结构如

4、图2所示。其中，vdc为直流母线电压，v2为直流母线上的二次纹波，vo为输出电压。Lr和Cr分别为谐振电感和谐振电容。T为降压变压器，其变比为np: ns1: ns2，其中ns1= ns2, Lm是变压器励磁电感。S1，S2，S3和S4为开关管，D1和D2为输出整流二极管。Co为输出滤波电容。Ro为电阻负载。1.1 开关网络对二次纹波的影响设LLC谐振变换器的直流母线上二次纹波电压的表达式为：参考文献1 Viswanathan, V. V., Kintner-Meyer, M. “Second Use of Transportation Batteries: Maximizing the Va

5、lue of Batteries for Transportation and Grid Services,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2011, 60(7): 2963-2970.2 Haghbin, S., Lundmark, S., Alakula, M., Carlson, O. “Grid-Connected Integrated Battery Chargers in Vehicle Applications: Review and New Solution,” IEEE Transactions on Industri

6、al Electronics, 2012, PP(99): 1-1.3 Jianhua, W., Xuqian, L., Fanghua, Z., Chunying, G. “Evaluation of input low frequency current ripple performance in front-end converter with single phase inverter load,” Proceedings of World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference, 2009: 1-7.4 Bojoi, R

7、., Pica, C., Roiu, D., Tenconi, A. “New DC-DC converter with reduced low-frequency current ripple for Fuel Cell in Single-Phase Distributed Generation,” Proceedings of IEEE International Industrial Technology Conference, 2010:1213-1218.5 Changrong, L., Jih-Sheng, L. “Low Frequency Current Ripple Red

8、uction Technique With Active Control in a Fuel Cell Power System With Inverter Load,” IEEE Transactions on Power Electronics, 2007, 22(4): 1429-1436.6 王建华, 卢旭倩, 张方华, 龚春英. 两级式单相逆变器输入电流低频纹波分析及抑制. 中国电机工程学报, 2012, 06: 10-16.7 程涛. 锂电池线性充电芯片系统研究与设计. 武汉: 华中科技大学, 2007.8 Haibing, H., Harb, S., Kutkut, N., Ba

9、tarseh, I. “Power decoupling techniques for micro-inverters in PV systems-a review.” Proceedings of Energy Conversion Congress and Exposition, 2010: 3235-3240.9 Seung-Ryul, M., Jih-Sheng, L., Sung-Yeul, P., Changrong, L. “Impact of SOFC fuel Cell Source Impedance on Low Frequency AC Ripple.” Proceed

10、ings of Power Electronics Specialists Conference, 2006: 1-6.10 娄凤强. 燃料电池并网发电系统前端DC/DC变换器研究. 济南: 山东大学, 2011.11 Fukushima, K., Norigoe, I., Shoyama, M., Ninomiya, T. “Input Current-Ripple Consideration for the Pulse-link DC-AC Converter for Fuel Cells by Small Series LC Circuit,” Proceedings of Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009: 2009. 447-451.注：本文由于编辑器不能检索那些符号，所以都用的是截图的方式传的，造成的不便请广大专家学者谅解！