LLC谐振转换器装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及LLC谐振转换器装置和方法。接收LLC谐振转换器电路的输出电压。分析所接收的输出电压以确定所接收的输出电压是否处于可接受的操作范围内。当输出电压未处于可接受的操作范围内并且操作频率处于最大预定频率以下时，调节LLC谐振转换器电路的操作频率。操作频率的调节对将输出电压改变到处于可接受的操作范围内的值是有效的。当输出电压未处于可接受的操作范围内并且操作频率处于最大预定频率以上时，调节LLC谐振转换器电路中的相移。该调节对将输出电压调节至处于可接受的范围内的值是有效的。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及电气转换系统，并且更具体地涉及包括其他形式的LC转换器和LCC转换器的LLC谐振转换系统和方案。
技术介绍
电池用于为各种类型的系统供电。例如，一个或多个电池可以用于为诸如使用在电动力车辆（EV）或混合电动车辆（HEV）中或者与其相关联的那些系统之类的电气动力系统供电。在这些系统中使用的电池可以被配置为具有150-400伏特范围中的电压的电池组。然而，在车辆中使用的配件典型地要求比150-400伏特小得多的电压。照此，车辆必须具有将电池电压从150-400伏特减小到较小值的转换装置。这样的转换设备的一个示例是DC-DC转换器。在一些示例中，DC-DC转换器将电压从150-400伏特范围减小到12伏特值范围（10-16V）。DC到DC转换器的一个示例是LLC谐振转换器。典型地，LLC谐振转换器利用耦合到变压器的两个电感器和一个电容器。电感器之一（Lm）可以作为磁化电感而被集成到变压器中。LLC谐振转换器将输入电压（例如200伏特）变换成可以供车辆的配件使用的电压值（例如12伏特）。尽管DC-DC转换器用于变换电压，但是它们具有若干操作上的限制和问题。例如，电池电压可能随时间变化并且仍旧期望保持相同的输出电压使得配件可以起作用。输出电压需要根据温度和配件操作来控制。设备还需要是低成本且高效的，否则车辆购买和/或操作起来将变得过于昂贵。克服这些限制的先前的方案一般具有各种缺陷。LLC转换器的典型操作是响应于负载和/或输入电压变化而使开关频率变化。单独使用频率限制了从最小值到最大值的输入电压的范围。当12V上的负载电流减小时，输出电压往往上升。为了补偿，频率必须被增加以校正电压。在这种类型的转换器中，频率将必须增加标称开关频率的多倍。该增加的频率导致开关FET和输出二极管的增加的开关损失和效率的损失。用于轻负载条件的另一在先方案是跳过循环。也就是说，应用具有最小开关损失的最大频率并且以比调整输出电压的开关频率更慢的速率接通和关断该频率。当负载减小时，跳过循环导致输出电压上的纹波以及来自转换器的可能的可听噪声。跳过循环方法仍具有有限的输入电压范围。另一在先方案是在转换器中应用最小负载电阻器，因此负载绝不会减小到足以创建这些不合期望的条件。这个额外的负载电阻器降低了转换器的效率并且是不合期望的。这些设计的LLC转换器中的大多数在输入电压范围以及负载范围方面受到限制。附图说明为了本公开的更加完整的理解，应当对以下详细描述和附图做出参考，其中：图1包括根据本专利技术的各种实施例的维持输出电压的系统的框图；图2A包括根据本专利技术的各种实施例的操作来维持输出电压的电路的电路图；图2B包括示出图2A的电路的操作的各方面的波形图的一个示例。图3包括根据本专利技术的各种实施例的用于维持输出电压的方案的流程图；图4包括根据本专利技术的各种实施例的维持输出电压的装置的框图；图5包括示出根据本专利技术的各种实施例的本方案的操作的各种方面的图表。技术人员将领会到，为了简化和清楚而图示出图中的要素。还将领会到，可能以特定的发生顺序描述或描绘了某些动作和/或步骤，尽管本领域技术人员将理解到，实际上不要求关于次序的这样的特定性。还将理解到，本文所使用的术语和表述具有如这样的术语和表述关于其调查和研究的对应相应领域所被赋予的普通含义，除了本文中已经以其他方式阐述具体含义的情况。具体实施方式在本文所描述的方案中，LLC谐振转换器电路操作在宽范围的电压和负载之上以及宽范围的频率之上。在所提供的方案中，对LLC谐振转换器电路的输入电压和/或负载可以改变，但是输出电压被维持在近似恒定的值（例如12伏特）处。因此，利用在DC-DC转换电路的输出处提供的电压值的车辆组件总是被供给有充足的电压量来操作。在一方面中，LLC谐振转换器电路以两种操作模式进行操作。在可变频率控制模式（第一操作模式）中，控制器接收输出电压（以及潜在地接收诸如输入电压和负载电流之类的其他参数）。电路以特定Q值进行操作，该Q值为针对给定负载的电路的谐振最大增益的指示。LLC谐振转换器转换电路的操作频率中的改变使LLC谐振转换器电路的增益改变，并且该修改进而改变LLC谐振转换器电路的输出电压。换言之，通过调节LLC谐振转换器电路的操作频率，LLC谐振转换器电路的输出电压甚至在LLC谐振转换器电路的输入电压改变时可以被改变或者更改。在第二操作模式中，在LLC谐振转换器电路中执行固定频率相移脉冲宽度调制。在操作方面，系统可以一直操作在预定的最大频率值以上和预定的最小增益值以上。期望获得比在该最大频率操作点处可得到的更小的输出电压。为了实现这一点，本文所提供的电路利用具有晶体管对的晶体管桥。控制器调节输入桥晶体管的激活以改变由该桥产生两个单独信号的重叠，所述两个单独信号加和以成为桥输出信号。两个单独信号的重叠量是两个单独信号之间的相位差的度量。本方案允许甚至在输入电压改变时基于如信号之间的重叠量向上或向下调节输出电压。将领会到，在该第二操作模式中，LLC谐振转换器电路的操作频率不改变。现在参照图1，描述总体系统100的一个示例。系统100包括电动机/高压电池块102、转换器块104（以下描述）、低压电池106和负载108。电动机/高压电池块102包括输出特定DC电压的电池。在一个示例中，电池块是输出150-400V范围中的DC电压的电池组。还可以使用电压的其他示例。还将理解到的是，尽管本方案在本文中描述为被使用在车辆内，但是这些方案还可以部署在其他环境中或者关于其他类型的应用来部署。转换器块104（以下描述）是LLC转换器电路，其将电压从一个DC值转换到另一个值。在一个示例中，转换器块104使电压从近似200伏特下降至近似12伏特。其他值是可能的。在图1的示例系统中，电池106是低压电池并且在一个示例中可以向负载108提供12伏特的电压。其他电压是可能的。转换器块104为电池106充电。负载108可以是使用电池106以用于供电的任何组件。在一个示例中，举几个例子，负载可以是诸如风挡刮水器、车辆收音机、车灯或车辆的声音系统之类的一个或多个车辆组件。其他示例是可能的。在图1的系统操作的另一示例中，接收LLC谐振转换器电路的输出电压。分析所接收到的输出电压以确定所接收到的输出电压处于可接受的操作范围内。当输出电压未处于可接受的操作范围内并且操作频率处于最大预定频率以下时，调节转换器块104的LLC谐振转换器电路的操作频率。操作频率的调节对将输出电压改变到处于可接受的操作范围内的值是有效的。当输出电压未处于可接受的操作范围内并且操作频率处于最大预定频率以上时，调节转换器块的LLC谐振转换器电路中的相移。该调节对将输出电压改变到处于可接受的操作范围内的值是有效的。现在参照图2A，系统200包括高压电池202、反相器203、LC谐振滤波器206、隔离变压器208、整流器210、输出电容器212、低压电池214和控制器216。低压电池214耦合到电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作LLC谐振转换器电路的方法，所述LLC谐振转换器电路包括谐振滤波器，所述LLC谐振转换器电路操作在操作频率处并且具有耦合到所述谐振滤波器的产生第一波形和第二波形的反相器，所述第一波形具有关于所述第二波形的相移，所述方法包括：接收所述LLC谐振转换器电路的输出电压；分析所接收的输出电压以确定所接收的输出电压是否处于可接受的操作范围内；当所述输出电压未处于所述可接受的操作范围内并且所述操作频率处于最大预定频率以下时，调节所述LLC谐振转换器电路的操作频率，所述操作频率的调节对将所述输出电压改变到处于所述可接受的操作范围内的值是有效的；当所述输出电压未处于所述可接受的操作范围内并且所述操作频率处于所述最大预定频率以上时，调节所述LLC谐振转换器电路中的相移以将所述输出电压调节至处于所述可接受的范围内的值。

【技术特征摘要】
2014.09.16 US 14/4872281.一种操作LLC谐振转换器电路的方法，所述LLC谐振转换器电路包括谐振滤波器，所述LLC谐振转换器电路操作在操作频率处并且具有耦合到所述谐振滤波器的产生第一波形和第二波形的反相器，所述第一波形具有关于所述第二波形的相移，所述方法包括：
接收所述LLC谐振转换器电路的输出电压；
分析所接收的输出电压以确定所接收的输出电压是否处于可接受的操作范围内；
当所述输出电压未处于所述可接受的操作范围内并且所述操作频率处于最大预定频率以下时，调节所述LLC谐振转换器电路的操作频率，所述操作频率的调节对将所述输出电压改变到处于所述可接受的操作范围内的值是有效的；
当所述输出电压未处于所述可接受的操作范围内并且所述操作频率处于所述最大预定频率以上时，调节所述LLC谐振转换器电路中的相移以将所述输出电压调节至处于所述可接受的范围内的值。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过晶体管对的致动来产生所述第一波形和所述第二波形。
3.如权利要求1所述的方法，其中两个波形之间的重叠为近似180度。
4.如权利要求1所述的方法，其中两个波形之间的重叠从近似180度移至大幅低于180度的值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述输出电压被期望为近似12伏特。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述输出电压被用于为车辆的配件供电。
7.如权利要求1所述的方法，其中电压向下变换到近似12伏特的电压。
8.一种控制LLC谐振转换器电路的装置，所述电路包括谐振滤波器，所述LLC谐振转换器电路操作在操作频率处并且具有耦合到所述谐振滤波器的产生第一波形和第二波形的反相器，所述第一波形具有关于所述第二波形的相移，所述装置包括：
具有输入和输出的接口，所述输入被配置成接收对所述LLC谐振转换器电路的输入电压；所述LLC谐振转换器电路的输出电压；以及负载范围；
耦合到所述接口的处理器设备，控制器被配置成基于最大操作频率，当需要调节所述输出电压并且所述操作频率处于最大频率以下时，经由所述接口的输出来调节所述操作频率以将所述输出电压调节至期望值，并且当需要...

【专利技术属性】
技术研发人员：DL斯蒂芬斯，YG康，
申请(专利权)人：大陆汽车系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US