全桥LLC变换器短路电流控制电路和控制方法技术

本发明专利技术公开了全桥LLC变换器短路电流控制电路和控制方法，针对全桥LLC变换器在传统调频控制下，短路模式短路输出电流较难控制、短路谐振峰均比较大的问题，提出了一种基于数字控制方案移相控制的电路和控制方法，通过加入谐振电流反馈与给定的基准比较产生控制桥臂开关的移相时序。本发明专利技术控制电路和控制方法可以显著抑制短路发生时的瞬态谐振电流过冲，提供平稳的短路稳态电流控制。另外，在全桥LLC变换器的启动过程中，也有类似的问题。该方案同样适用于该变换器的启动过程控制。

【技术实现步骤摘要】
全桥LLC变换器短路电流控制电路和控制方法
本专利技术涉及全桥LLC变换器短路电流控制电路和控制方法，属于电力电子变换器

技术介绍
LLC型谐振变换器是一种基于串联谐振改进的三谐振元件变换器，因其可以实现较宽负载范围内的ZVS软开关，本身实现软开关的环流能量较小，在工业界具有较为广泛的应用。LLC变换器的其他优点还包括易于实现变压器的磁集成，无体积较大的输出滤波电感容等。上述优点也符合航空场合对电力电子变换器的普遍追求。软开关的LLC变换器所具有的高功率密度的优势对于航空应用领域下的应用具有极大的潜力。但是，由于谐振变换器本身所具有的短路能力较差的问题，使得LLC型变换器在该场合下的应用受阻。对于LLC变换器本身而言，在传统调频控制中，短路条件下存在谐振电流峰均比较大、短路电流难以控制的问题。此外，LLC的启动过程与短路过程较为类似，启动时刻输出电容未建立电压相当于短路，电压建立过程中也存在启动冲击电流较大的问题。上述问题使得LLC变换器的可靠性受到严重影响。目前LLC主要采用频率调制控制(PulseFrequencyModulation，PFM)，一般将变换器设计工作在谐振频率附近。在额定工作电压附近，PFM可以获得较好的调制效果。但是短路模式下，输出电压降为零。输入电压与输出电压的平衡关系被破坏，又因谐振腔在谐振频率附近具有很小的阻抗。因此需要将开关频率提高至若干倍额定工作频率，以降低谐振电流的峰值。当工作中在这种模式下的LLC变换器，谐振电流将具有比较大的峰均比，带来开关损耗大幅增加。另一方面，由于输出电压的迅速降低，控制器无法给出足够快速的响应，会使得谐振电流出现较大的过冲，这也将严重影响变换器的可靠性。另一方面，在航空应用场合下，现有技术标准要求DC/DC变换器在短路时可以输出三倍的额定短路电流，这对变换器的短路性能提出了更高标准。若采用全调频控制，谐振电流将具有非常高的峰值和峰均比，因此开关损耗会大幅变高，变换器的可靠性将受到影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供全桥LLC变换器短路电流控制电路和控制方法，针对LLC变换器在短路模式下的电流控制和短路的瞬态过程中的谐振电流冲击问题，改善了短路时的瞬态冲击和稳态时的工作性能。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：全桥LLC变换器短路电流控制电路，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一数字控制器，第一数字控制器包括第一边沿捕获模块、第一数模转换模块、第一模数转换模块、第一脉宽调制模块；第一比较器的同相输入端为第一电平Vth1，反相输入端为LLC变换器的谐振电流采样信号virs，输出信号为Up1；第二比较器的同相输入端为virs，反相输入端为-Vth1，输出信号为Up2；第三比较器的同相输入端为virs，反相输入端为第二电平Vth2，输出信号为Up3；第四比较器的同相输入端为-Vth2，反相输入端为virs，输出信号为Up4；第一边沿捕获模块的输入分别为Up1、Up2、Up3、Up4；第一数模转换模块的输出分别为Vth1、-Vth1、Vth2、-Vth2；第一模数转换模块的输入分别为LLC变换器的输入电压调理信号vins、LLC变换器的输出电压调理信号vos；第一脉宽调制模块的输出为第一至第四数字电平G11、G12、G13、G14信号；第一至第四数字电平G11、G12、G13、G14信号分别是LLC变换器第一至第四开关的驱动信号。作为本专利技术控制电路的一种优选方案，所述第一电平Vth1大于第二电平Vth2，且都大于零；-Vth1为Vth1的反相，-Vth2为Vth2的反相；Vth1和vins之间是减函数关系，Vth1和vos之间是增函数关系。全桥LLC变换器短路电流控制方法，根据上述全桥LLC变换器短路电流控制电路实现，当t0时刻，G13变为低电平，G14变为高电平；t1时刻，virs与Vth1相等，Up1变为低电平；在第一边沿捕获模块采样到Up1变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块将G11变为低电平，第一脉宽调制模块将G12变为高电平；t2时刻，virs与Vth2相等，Up2变为低电平，在第一边沿捕获模块采样到Up2变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块将G13变为高电平，第一脉宽调制模块将G14变为低电平；t3时刻，virs与-Vth1相等，Up3变为低电平，在第一边沿捕获模块采样到Up3变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块将G11变为高电平，第一脉宽调制模块将G12变为低电平；t4时刻，virs与-Vth2相等，Up4变为低电平，在第一边沿捕获模块采样Up4变为低电平时刻，第一脉宽调制模块将G13变为低电平，第一脉宽调制模块将G14变为高电平；全桥LLC变换器短路电流控制电路各部分重复t0、t1、t2、t3、t4的动作，且t0<t1<t2<t3<t4。全桥LLC变换器短路电流控制电路，包括第五比较器、第六比较器、第七比较器、第八比较器、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一或门、第二或门、第三或门、第四或门、第一RS触发器、第二RS触发器、第二数字控制器，第二数字控制器包括第二边沿捕获模块、第二数模转换模块、第二模数转换模块、第二脉宽调制模块；第五比较器的同相输入端为第一电平Vth1，反相输入端为LLC变换器的谐振电流采样信号virs，输出信号为*POSH；第六比较器的同相输入端为virs，反相输入端为-Vth1，输出信号为*NEGH；第七比较器的同相输入端为-Vth2，反相输入端为virs，输出信号为*NEGL；第八比较器的同相输入端为virs，反相输入端为第二电平Vth2，输出信号为*POSL；第二边沿捕获模块的输入分别为*POSH、*NEGH、*NEGL、*POSL；第二数模转换模块的输出分别为Vth1、-Vth1、Vth2、-Vth2；第二模数转换模块的输入为变换器的输入电压调理信号vins、变换器的输出电压调理信号vos；第二脉宽调制模块的输出分别为第一至第四数字电平DPWM1、DPWM2、DPWM3、DPWM4和第一至第四数字电平EN1、EN2、EN3、EN4；第一与门的两个输入分别为EN1和*POSH，第二与门的两个输入分别为EN2和*NEGH，第三与门的两个输入分别为EN3和*POSL，第四与门的两个输入分别为EN4和*NEGL；第一或门的两个输入分别为第一与门的输出信号、DPWM1，第二或门的两个输入分别为第二与门的输出信号、DPWM2，第三或门的两个输入分别为第三与门的输出信号、DPWM3，第四或门的两个输入分别为第四与门的输出信号、DPWM4；第一RS触发器的*R输入为第一或门的输出信号*RFF1，*S输入为第二或门的输出信号*SFF1，同相输出Q为G21信号，反相输出*Q为G22信号；第二RS触发器的*R输入为第三或门的输出信号*RFF2，*S输入为第四或门的输出信号*SFF2，同相输出Q为G23信号，反相输出*Q为G24信号；G21、G22、G23、G24信号分别是LLC变换器第一至第四开关的驱动信号。作为本专利技术控制电路的一种优选方案，所述第一电平Vth1大于第二电平Vth2的电平，且都大于零；-Vth1为Vth1的反相，-Vth2为Vth2本文档来自技高网...

【技术保护点】
全桥LLC变换器短路电流控制电路，其特征在于，包括第一比较器(CP11)、第二比较器(CP12)、第三比较器(CP13)、第四比较器(CP14)、第一数字控制器(DSP1)，第一数字控制器(DSP1)包括第一边沿捕获模块(CAP1)、第一数模转换模块(DA1)、第一模数转换模块(AD1)、第一脉宽调制模块(PWM1)；第一比较器(CP11)的同相输入端为第一电平V

【技术特征摘要】
1.全桥LLC变换器短路电流控制电路，其特征在于，包括第一比较器(CP11)、第二比较器(CP12)、第三比较器(CP13)、第四比较器(CP14)、第一数字控制器(DSP1)，第一数字控制器(DSP1)包括第一边沿捕获模块(CAP1)、第一数模转换模块(DA1)、第一模数转换模块(AD1)、第一脉宽调制模块(PWM1)；第一比较器(CP11)的同相输入端为第一电平Vth1，反相输入端为LLC变换器的谐振电流采样信号virs，输出信号为Up1；第二比较器(CP12)的同相输入端为virs，反相输入端为-Vth1，输出信号为Up2；第三比较器(CP13)的同相输入端为virs，反相输入端为第二电平Vth2，输出信号为Up3；第四比较器(CP14)的同相输入端为-Vth2，反相输入端为virs，输出信号为Up4；第一边沿捕获模块(CAP1)的输入分别为Up1、Up2、Up3、Up4；第一数模转换模块(DA1)的输出分别为Vth1、-Vth1、Vth2、-Vth2；第一模数转换模块(AD1)的输入分别为LLC变换器的输入电压调理信号vins、LLC变换器的输出电压调理信号vos；第一脉宽调制模块(PWM1)的输出为第一至第四数字电平G11、G12、G13、G14信号；第一至第四数字电平G11、G12、G13、G14信号分别是LLC变换器第一至第四开关(S1)、(S2)、(S3)、(S4)的驱动信号。2.根据权利要求1所述全桥LLC变换器短路电流控制电路，其特征在于，所述第一电平Vth1大于第二电平Vth2，且都大于零；-Vth1为Vth1的反相，-Vth2为Vth2的反相；Vth1和vins之间是减函数关系，Vth1和vos之间是增函数关系。3.全桥LLC变换器短路电流控制方法，根据权利要求1所述全桥LLC变换器短路电流控制电路实现，其特征在于，当t0时刻，G13变为低电平，G14变为高电平；t1时刻，virs与Vth1相等，Up1变为低电平；在第一边沿捕获模块(CAP1)采样到Up1变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块(PWM1)将G11变为低电平，第一脉宽调制模块(PWM1)将G12变为高电平；t2时刻，virs与Vth2相等，Up2变为低电平，在第一边沿捕获模块(CAP1)采样到Up2变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块(PWM1)将G13变为高电平，第一脉宽调制模块(PWM1)将G14变为低电平；t3时刻，virs与-Vth1相等，Up3变为低电平，在第一边沿捕获模块(CAP1)采样到Up3变为低电平的时刻，第一脉宽调制模块(PWM1)将G11变为高电平，第一脉宽调制模块(PWM1)将G12变为低电平；t4时刻，virs与-Vth2相等，Up4变为低电平，在第一边沿捕获模块(CAP1)采样Up4变为低电平时刻，第一脉宽调制模块(PWM1)将G13变为低电平，第一脉宽调制模块(PWM1)将G14变为高电平；全桥LLC变换器短路电流控制电路各部分重复t0、t1、t2、t3、t4的动作，且t0<t1<t2<t3<t4。4.全桥LLC变换器短路电流控制电路，其特征在于，包括第五比较器(CP21)、第六比较器(CP22)、第七比较器(CP23)、第八比较器(CP24)、第一与门(AND1)、第二与门(AND2)、第三与门(AND3)、第四与门(AND4)、第一或门(OR1)、第二或门(OR2)、第三或门(OR3)、第四或门(OR4)、第一RS触发器(FF1)、第二RS触发器(FF2)、第二数字控制器(DSP2)，第二数字控制器(DSP2)包括第二边沿捕获模块(CAP2)、第二数模转换模块(DA2)、第二模数转换模块(AD2)、第二脉宽调制模块(PWM2)；第五比较器(CP21)的同相输入端为第一电平Vth1，反相输入端为LLC变换器的谐振电流采样信号virs，输出信号为*POSH；第六比较器(CP22)的同相输入端为virs，反相输入端为-Vth1，输出信号为*NEGH；第七比较器(CP23)的同相输入端为-Vth2，反相输入端为virs，输出信号为*NEGL；第八比较器(CP24)的同相输入端为virs，反相输入端为第二电平Vth2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，张方华，任永宏，孟无忌，任仁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32