MA – Optimierung des dynamischen Verhaltens asymmetrischer CLLC-Resonanzwandler mittels Optimal Trajectory Control

Der CLLC-Resonanzwandler ist eine häufig verwendete Topologie für bidirektionale Ladeanwendungen im DC-Netz. Ein asymmetrischer Resonanztank könnte potenziell den Frequenzvariationsbereich der Pulsfrequenzmodulation (PFM) reduzieren, was die Gesamteffizienz verbessert. Die State-Plane-Analyse (SPA) kann für LLC-Resonanzwandler in Schaltnetzteilen verwendet werden, um die Trajektorien in einem 2D-State-Plane mit nur zwei Zustandsvariablen (normierter Strom der Resonanzinduktivität und normierte Spannung des Resonanzkondensators) darzustellen. Basierend auf der SPA kann die Optimal Trajectory Control (OTC) implementiert werden, um das dynamische Verhalten des Resonanzwandlers während Lastvariationen zu verbessern. Der Wandler kann vorübergehend in den OTC-Modus während der Übergangsphase eintreten und dann nach Erreichen des neuen stationären Zustands wieder in den traditionellen PI-Regelmodus zurückkehren.

Derzeit wurde die auf OTC basierende Methode nur für LLC- oder CLLC-Resonanzwandler mit symmetrischem Resonanztank implementiert. Ein generalisierter CLLC-Wandler mit asymmetrischen Resonanztanks hat 5 Zustandsvariablen, weshalb es schwierig ist, die Trajektorie mithilfe der State-Plane-Analyse in einer 2D-State-Plane darzustellen. Darüber hinaus wurde OTC für LLC in Schaltnetzteilen nur für Betriebspunkte um die Resonanzfrequenz untersucht, während für Ladeanwendungen verschiedene Szenarien in Bezug auf Schaltfrequenz und Lastbedingungen im Detail untersucht werden müssen.

In dieser Masterarbeit sollen zunächst die möglichen Probleme bei der simulativen Umsetzung der vorgeschlagenen Regelungsstrategie in einer PLECS-Umgebung untersucht werden. Die Erkennung von Lastsprüngen und eine angemessene Schätzung der Verzögerungen sind für die Entwicklung einer Zustandsmaschine, die sicherstellt, dass der Wandler unabhängig vom Schaltzustand während der Lastsprüngen in den OTC-Modus übergeht, von wesentlicher Bedeutung. Der Übergang zwischen dem konventionellen PI-Modus und dem OTC-Modus muss berücksichtigt werden, um unnötige Strom- und Frequenzspitzen zu vermeiden. Für Betriebspunkte unterhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz müssen bessere Lösungen erforscht werden, da der OTC seine Grenzen hat. Wenn es die Zeit erlaubt, könnte die vorgeschlagene Methode im Prototyp des Wandlers getestet werden.

Bearbeiter: Zhuoyun Liu

Betreuer: Xiaotian Yang

Verantwortlicher:  Prof. Dr.-Ing. Martin März