前述文章中介紹了雙向變換器的基本工作原理，那么，雙向CLLC全橋諧振變換器如何進(jìn)行雙向控制呢？這個(gè)問(wèn)題我們通過(guò)本文簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。上述的變換器的拓?fù)浜?jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 雙向全橋CLLC諧振拓?fù)涔β始?jí)

雙向控制的一般方法

雙向控制算法和傳統(tǒng)的DC/DC變換器是有一定區(qū)別的，它既需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整，同時(shí)需要對(duì)功率流向進(jìn)行檢測(cè)及控制。所以，它需要一個(gè)確定功率流向的算法，去選擇變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的方向。

一般而言，我們可以通過(guò)一個(gè)電流傳感器連接在輸出電容和負(fù)載之間，就可以很方便地去檢測(cè)功率流向這個(gè)信息，這樣就可以決定變換器的功率流向，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率器件，決定哪一邊是逆變側(cè)，哪一邊是整流側(cè)。同時(shí)，電流傳感器的精度不是那么的高，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)需要兼顧整個(gè)負(fù)載范圍，所以輕載時(shí)的精度會(huì)比較差，較差的精度可能會(huì)導(dǎo)致算法的異常行為。如果考慮到模塊并聯(lián)的話，電流傳感器的設(shè)計(jì)將不那么靈活，很難用單一的電流傳感器去兼顧各個(gè)功率等級(jí)的設(shè)計(jì)。

雙向控制的Dead-band方法

為了避免電流傳感器帶來(lái)的問(wèn)題，這里推薦使用基于滯環(huán)的控制方法，Dead-band控制算法，僅僅使用輸出電壓的信息，去平滑改變功率轉(zhuǎn)換方向，當(dāng)功率轉(zhuǎn)換方向和功率流向是一致的話，就可以使用傳統(tǒng)的電壓控制方法去調(diào)整輸出電壓。

如果功率流向和功率轉(zhuǎn)換方向不同，則不能使用傳統(tǒng)方法去調(diào)整輸出電壓，否則這時(shí)候輸出電壓將偏移到無(wú)窮大或者0，這不符合實(shí)際需求。通過(guò)上述Dea-band控制器的滯環(huán)檢測(cè)，就可以得到功率流方向，從而在輸出電壓碰觸到Dead-band的邊界后，改變功率轉(zhuǎn)換的方向即可。

圖2 Dead-band控制示意圖

圖2給出了通常的Dead-band控制方法，用于雙向CLLC的全橋諧振變換器。當(dāng)負(fù)載電流變?yōu)樨?fù)時(shí)，由于變換器功率轉(zhuǎn)換方向及負(fù)載端都會(huì)給輸出電容補(bǔ)充能量，因此輸出電壓會(huì)不斷升高，此時(shí)，若不改變功率轉(zhuǎn)換方向時(shí)，則變換器輸出不能進(jìn)行穩(wěn)定控制。

隨著輸出電壓升高，當(dāng)達(dá)到+Vband時(shí)，功率轉(zhuǎn)換方向就可以從供電模式改為發(fā)電模式，在發(fā)電模式下，功率從負(fù)載端傳遞到輸入端，則輸出電壓從+Vband降低到Vref，這時(shí)輸出電壓又可以通過(guò)PFM控制器進(jìn)行控制。

類(lèi)似的，功率轉(zhuǎn)換方向可以從發(fā)電模式改為供電模式，當(dāng)負(fù)載電流變?yōu)檎龝r(shí)，輸出電容電壓由于負(fù)載和功率轉(zhuǎn)換的雙重放電會(huì)降低到-Vband，則變換器由發(fā)電模式改為供電模式，輸出電壓又會(huì)提升為Vref，同樣可以由一個(gè)PFM控制器來(lái)控制。

圖3 Dead-band控制的算法框圖

開(kāi)關(guān)的雙向控制策略

圖1所示的雙向CLLC變換器具有很好的原邊和副邊對(duì)稱(chēng)性，則開(kāi)關(guān)控制算法可以用于任何一個(gè)功率流向，從功率流向的角度去分析的話，功率流向決定了哪一側(cè)是逆變運(yùn)行級(jí)。

當(dāng)功率開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)，它是逆變級(jí)，將交變電壓施加到變壓器，整流級(jí)的開(kāi)關(guān)關(guān)閉，通過(guò)整流級(jí)的功率開(kāi)關(guān)的反并聯(lián)體二極管整流傳遞能量。逆變級(jí)在原邊時(shí)，變換器為供電模式，相對(duì)應(yīng)的，逆變級(jí)在副邊時(shí)，變換器為發(fā)電模式。

舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)處于供電模式時(shí)，只有原邊開(kāi)關(guān)Si1，Si2，Si3，Si4是處于開(kāi)關(guān)切換工作狀態(tài)，而整流側(cè)的開(kāi)關(guān)So1，So2，So3，So4是關(guān)閉的，通過(guò)副邊開(kāi)關(guān)的反并聯(lián)二極管整流能量輸出，此時(shí)對(duì)于副邊開(kāi)關(guān)的選型來(lái)說(shuō)，需要注意其反向恢復(fù)能力對(duì)效率的影響。

圖4 Dead-band的數(shù)字控制框圖

如圖4所示，基于Vgap這個(gè)量，Dead-band控制器可以選擇功率轉(zhuǎn)換的方向，它是輸出電壓和Vband的電壓差。通過(guò)Dead Band控制器，可以判斷電壓誤差的符號(hào)Sign of Verr，PI控制器使用電壓誤差及其符號(hào)來(lái)調(diào)整輸出電壓。

開(kāi)關(guān)控制模塊，用于基于PI控制器的計(jì)算頻率結(jié)果去產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，考慮功率轉(zhuǎn)換方向，驅(qū)動(dòng)脈沖就可以施加給相應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)。

總結(jié)，以上從雙向控制的一般功率流方向檢測(cè)談起，基于功率流方向決定功率轉(zhuǎn)換方向的控制，基于Dead-band電壓滯環(huán)檢測(cè)決定功率流的方向，簡(jiǎn)要介紹雙向控制的方式，及開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的雙向控制策略作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)。