A robust voltage control method for universal ev battery charge llc resonant converters

Abstract

In this study, a novel control method for LLC resonant converter with wide output voltage range and constant switching frequency is proposed targeting wide range of Electric Vehicle (EV) battery charger standards. In conventional LLC converter control topologies, in order to reach lower output voltage levels, switching frequency happens to move away from the resonance frequency, increasing in most of the cases. However, the switching losses due to switching devices start to become the main bottleneck at high switching frequency operation. In the proposed control method, the switching losses can be reduced by changing duty ratio of PWM driver signals with constant switching frequency operation. High switching frequency operation may cause irreversible inrush current damage at the input terminals during the start-up with corresponding overshoot at the output voltage as well, risking the clients on this particular supply. During soft start, the excessive inrush current can be eliminated by controlling dead time duration of PWM signals in proposed method. The work presented in this thesis proposes a robust and reliable control solution for these particular resonant converter drawbacks. Theoretical analysis for both conventional and proposed control methods are presented in detail. In order to show the effectiveness of the proposed technique, performance metrics of the both are compared experimentally on an LLC resonant converter specification having an output voltage range of 150-500 V with a maximum output power of 7.5 kW.

Bu çalışmada elektrikli araçlar batarya şarj cihazlarının standartları temel alınarak geniş çıkış gerilimi aralığına sahip ve sabit frekans çalışabilen LLC resonant dc/dc çeviriciler için yeni kontrol methodu sunulmuştur. LLC dönüştürücüler için kullanılan mevcut yöntemlerin çoğunda düşük seviyelerde çıkış gerilimi elde edebilmek için anahtarlama frekansı resonans noktasından daha büyük noktalara doğru kaydırılır. Ancak bu bölgelerde anahtarlama kayıpları yüksek frekans çalışmasından dolayı ana problem olmaktadır. Önerilen kontrol yöntemi ile sabit anahtarlama frekasında pwm sürücü sinyallerinin iletim süreleri ayarlanarak anahtarlama kayıpları azaltılabilir. Ek olarak yüksek frekansta anahtarlama yapmak, sistemin yumuşak başlangıç yaptığı zamanlarda kaçınılmaz ani artan akımlara ve buna bağlı çıkış geriliminin hedef seviyeyi aşması gibi kullanıcıya da risk oluşturabilecek problemlere yol açmaktadır. Önerilen yöntem ile yumuşak başlangıç esnasındaki ani yıkıcı akımlar sürücü sinyallerinin sıfır zaman süreleri kontrol edilerek yok edilebilir. Bu tezde sunulan çalışma, resonant çeviricilerin yukarıda bahsedilen problemlerine güçlü ve güvenilir bir kontrol yöntemini çözüm olarak önermektedir. Hem geleneksel hem de önerilen kontrol yöntemi için teorik analizler detaylı olarak sunulmuştur. Önerilen tekniğin avantajını gösterebilmek için her iki yöntemin performans parametreleri 150-500 V çıkış gerilim aralığına ve maksimum 7.5 kW çıkış gücüne sahip bir LLC resonant dönüştürücü üzerinde karşılaştırılmıştır.