CLLC全桥谐振拓扑的双向控制策略

图1 双向全桥CLLC谐振拓扑功率级

双向控制的一般方法

双向控制算法和传统的DC/DC变换器是有一定区别的，它既需要对输出电压进行闭环调整，同时需要对功率流向进行检测及控制。所以，它需要一个确定功率流向的算法，去选择变换器进行功率转换的方向。

一般而言，我们可以通过一个电流传感器连接在输出电容和负载之间，就可以很方便地去检测功率流向这个信息，这样就可以决定变换器的功率流向，从而驱动相应的功率器件，决定哪一边是逆变侧，哪一边是整流侧。同时，电流传感器的精度不是那么的高，因为系统设计需要兼顾整个负载范围，所以轻载时的精度会比较差，较差的精度可能会导致算法的异常行为。如果考虑到模块并联的话，电流传感器的设计将不那么灵活，很难用单一的电流传感器去兼顾各个功率等级的设计。

双向控制的Dead-band方法

为了避免电流传感器带来的问题，这里推荐使用基于滞环的控制方法，Dead-band控制算法，仅仅使用输出电压的信息，去平滑改变功率转换方向，当功率转换方向和功率流向是一致的话，就可以使用传统的电压控制方法去调整输出电压。

如果功率流向和功率转换方向不同，则不能使用传统方法去调整输出电压，否则这时候输出电压将偏移到无穷大或者0，这不符合实际需求。通过上述Dea-band控制器的滞环检测，就可以得到功率流方向，从而在输出电压碰触到Dead-band的边界后，改变功率转换的方向即可。

图2 Dead-band控制示意图

图2给出了通常的Dead-band控制方法，用于双向CLLC的全桥谐振变换器。当负载电流变为负时，由于变换器功率转换方向及负载端都会给输出电容补充能量，因此输出电压会不断升高，此时，若不改变功率转换方向时，则变换器输出不能进行稳定控制。

随着输出电压升高，当达到+Vband时，功率转换方向就可以从供电模式改为发电模式，在发电模式下，功率从负载端传递到输入端，则输出电压从+Vband降低到Vref，这时输出电压又可以通过PFM控制器进行控制。

类似的，功率转换方向可以从发电模式改为供电模式，当负载电流变为正时，输出电容电压由于负载和功率转换的双重放电会降低到-Vband，则变换器由发电模式改为供电模式，输出电压又会提升为Vref，同样可以由一个PFM控制器来控制。

图3 Dead-band控制的算法框图

开关的双向控制策略

图1所示的双向CLLC变换器具有很好的原边和副边对称性，则开关控制算法可以用于任何一个功率流向，从功率流向的角度去分析的话，功率流向决定了哪一侧是逆变运行级。

当功率开关运行时，它是逆变级，将交变电压施加到变压器，整流级的开关关闭，通过整流级的功率开关的反并联体二极管整流传递能量。逆变级在原边时，变换器为供电模式，相对应的，逆变级在副边时，变换器为发电模式。

举例来说，当处于供电模式时，只有原边开关Si1，Si2，Si3，Si4是处于开关切换工作状态，而整流侧的开关So1，So2，So3，So4是关闭的，通过副边开关的反并联二极管整流能量输出，此时对于副边开关的选型来说，需要注意其反向恢复能力对效率的影响。

图4 Dead-band的数字控制框图

如图4所示，基于Vgap这个量，Dead-band控制器可以选择功率转换的方向，它是输出电压和Vband的电压差。通过Dead Band控制器，可以判断电压误差的符号Sign of Verr，PI控制器使用电压误差及其符号来调整输出电压。

开关控制模块，用于基于PI控制器的计算频率结果去产生驱动脉冲，考虑功率转换方向，驱动脉冲就可以施加给相应的功率开关。

总结，以上从双向控制的一般功率流方向检测谈起，基于功率流方向决定功率转换方向的控制，基于Dead-band电压滞环检测决定功率流的方向，简要介绍双向控制的方式，及开关网络的双向控制策略作为后续分析的基础。

参考文献：DesignMethodology of Bidirectional CLLC ResonantConverter for High-Frequency Isolation ofDC Distribution Systems