一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法技术

本发明专利技术提供一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，所述全桥LLC谐振变换器由直流输入源V

A fixed frequency control method of full bridge LLC Resonant Converter

【技术实现步骤摘要】
一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法
本专利技术涉及一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，尤其是应用于隔离型直流—直流功率变换器，属于电力电子功率变换器

技术介绍
隔离型直流—直流变换器在当前应用较为广泛，包括数据中心服务器电源，电动汽车车载充电器，光伏直流微电网，燃料电池，LED驱动电路等，变换器的高效率、高功率密度一直是人们追求的目标。LLC谐振变换器结构简单，可以实现零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)，具有高效、低电磁干扰、调压性能好、电流隔离等优良特性，在谐振频率点很容易实现高效高功率密度，近年来成为人们关注的研究热点。传统的谐振变换器通过脉冲频率调制(PFM)调节电压增益，谐振变换器工作在宽频率范围，使谐振参数设计过程复杂，降低了基波分析法(FHA)的精确性。当开关频率远离谐振频率点时，电路存在较大的循环电流，增加了开关管的导通损耗，且不利于磁性元器件磁集成设计，增加了变压器体积，降低功率密度。为了实现较高的电压增益，设计较小的励磁电感，初级侧开关导通损耗和关断损耗、变压器绕组导通损耗明显增加，极大降低了功率变换器效率，不利于实现高效高功率密度的变换器。为了实现谐振变换器的高电压增益、高效率、高功率密度，国内外学者常用两种方法对传统谐振变换器改进。第一种方法添加辅助开关器件，采用脉冲宽度调制(PWM)调节电压增益，但添加的辅助功率器件增加了电路复杂性和设计成本费用，额外增加的PWM控制增加了控制的复杂性。另外一种方法对控制策略进行改进，但存在控制电路复杂、电压增益有限、效率低等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足，提出一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，改进功率变换器的电压增益范围，提高效率和功率密度。本专利技术的技术方案提供一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，所述全桥LLC谐振变换器由直流输入源Vin、原边方波发生器Ⅰ、原边LLC谐振电路Ⅱ、变压器Ⅲ、副边全桥整流电路Ⅳ、输出滤波电容Co和输出电阻负载Ro构成，原边方波发生器Ⅰ由原边第一开关管S1、原边第二开关管S2、原边第三开关管S3和原边第四开关管S4组成；原边LLC谐振电路Ⅱ由谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm组成；原边第二开关管S2和原边第四开关管S4通过一对定频互补脉冲控制，占空比为50％，开关频率等于谐振电容Cr和谐振电感Lr的串联谐振频率；原边第一开关管S1和原边第三开关管S3的开关脉冲通过输出电压反馈控制，原边第一开关管S1和原边第三开关管S3开关脉冲的占空比互补；对输出电阻负载Ro的输出电压采样，得到输出电压值Vo，该值Vo与额定输出参考值Vo-ref进行比较，得到电压误差量Vo-error，经过PI控制器参数整定得到输出量u(t)，u(t)与定频载波Sm进行比较，经过开关选择，输出原边第一开关管S1和原边第三开关管S3的控制脉冲；其中，定频载波Sm的频率等于谐振电容Cr和谐振电感Lr的串联谐振频率，因此原边第一开关管S1和原边第三开关管S3的脉冲频率也等于谐振频率。而且，当原边第一开关管S1占空比D1＝0时，原边第一开关管S1关断，原边第三开关管S3占空比D3＝1，原边第三开关管S3闭合，原边第二开关管S2和原边第四开关管S4互补导通，所述全桥LLC谐振变换器工作在半桥状态。而且，当原边第一开关管S1占空比D1＝0.5时，原边第三开关管S3占空比D3＝0.5，原边第一开关管S1和原边第三开关管S3互补导通，原边第二开关管S2和原边第四开关管S4互补导通，所述全桥LLC谐振变换器工作在全桥状态。而且，全桥LLC谐振变换器原边第一开关管S1的占空比由输出电压反馈控制，当原边第一开关管S1的占空比为D1时，原边LLC谐振电路Ⅱ输入占空比为D的负方波电压，其中D＝D1。而且，通过调节占空比D实现调节电压增益。本专利技术技术与既有技术方案的本质区别在于，原边第一开关管S1、原边第二开关管S2、原边第三开关管S3、原边第四开关管S4工作在谐振频率点，开关频率等于谐振频率，利于磁集成设计，所述技术方案采用电压比例积分(PI)闭环控制，控制方法简单，电路结构简单，易于实现。所述技术方案电压增益范围宽，且独立于负载，满足宽电压增益变换器的应用场合，得到高效高功率密度的功率变换器。本专利技术具有如下有益优良效果：(1)电压增益范围宽，增益独立于功率因数，简化谐振元件参数设计过程；(2)谐振变换器设置较大励磁电感，减小原边开关的传导损耗和关断损耗；(3)原边开关管零电压导通(ZVS)，副边整流二极管零电流关断(ZCS)；(4)谐振变换器恒定工作在谐振频率点，减小循环电流，提升效率；(5)利于磁性元器件的磁集成设计，减小变压器体积，提高功率密度。附图说明图1是本专利技术实施例所述全桥LLC谐振变换器原理图；图2是本专利技术实施例的控制框图；图3是本专利技术实施例的原边开关管的调制脉冲示意图；图4是本专利技术实施例的原边谐振网络的输入方波电压示意图；图5是本专利技术实施例开关脉冲波形示意图；图6是本专利技术实施例原边第一开关管S1和谐振网络输入电压波形示意图；图7是本专利技术实施例原边侧开关管软开关波形图；图8是本专利技术实施例副边侧零电流关断和负载输出波形图；图9是本专利技术实施例原边第一开关管S1占空比和原边LLC谐振电路Ⅱ输入方波电压的控制过程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解该专利技术。如图1所示，本专利技术所述全桥LLC谐振变换器由直流输入源Vin、原边方波发生器Ⅰ、原边LLC谐振电路Ⅱ、变压器Ⅲ、副边全桥整流电路Ⅳ、输出滤波电容Co和输出电阻负载Ro构成。原边LLC谐振电路Ⅱ的输入电压为VAB。各构成部分的元器件为原边第一开关管S1、原边第二开关管S2、原边第三开关管S3、原边第四开关管S4、谐振电容Cr、谐振电感Lr、励磁电感Lm、变压器T、副边第一整流二极管D1、副边第二整流二极管D2、副边第三整流二极管D3、副边第四整流二极管D4。其中直流输入源Vin范围为200V≤Vin≤400V，谐振电容Cr为15.32nF，谐振电感Lr为1.65uH，励磁电感Lm为16.5uH，变压器Ⅲ的绕组比Np:Ns＝14.8:1，副边第一整流二极管D1、副边第二整流二极管D2、副边第三整流二极管D3、副边第四整流二极管D4的管压降VD均为0.7V，输出滤波电容Co为0.02F，输出电阻负载Ro为0.144Ω，额定输出电压Vo为12V，额定功率为1kW。具体地，其中结构实现如下：原边方波发生器Ⅰ由原边第一开关管S1、原边第二开关管S2、原边第三开关管S3、原边第四开关管S4组成；原边LLC谐振电路Ⅱ由谐振电容Cr、谐振电感Lr、励磁电感Lm组成；变压器Ⅲ原边侧与副边侧变比为Np:Ns＝n:1；变压器通常标记为T；其中，Vin为直流输入源电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，所述全桥LLC谐振变换器由直流输入源(V

【技术特征摘要】
1.一种全桥LLC谐振变换器定频控制方法，所述全桥LLC谐振变换器由直流输入源(Vin)、原边方波发生器(Ⅰ)、原边LLC谐振电路(Ⅱ)、变压器(Ⅲ)、副边全桥整流电路(Ⅳ)、输出滤波电容(Co)和输出电阻负载(Ro)构成，原边方波发生器(Ⅰ)由原边第一开关管(S1)、原边第二开关管(S2)、原边第三开关管(S3)和原边第四开关管(S4)组成；原边LLC谐振电路(Ⅱ)由谐振电容(Cr)、谐振电感(Lr)和励磁电感(Lm)组成；其特征在于：
原边第二开关管(S2)和原边第四开关管(S4)通过一对定频互补脉冲控制，占空比为50％，开关频率等于谐振电容(Cr)和谐振电感(Lr)的串联谐振频率；
原边第一开关管(S1)和原边第三开关管(S3)的开关脉冲通过输出电压反馈控制，原边第一开关管(S1)和原边第三开关管(S3)开关脉冲的占空比互补；
反馈控制的实现方式为，对输出电阻负载(Ro)的输出电压采样，得到输出电压值(Vo)，该值(Vo)与额定输出参考值(Vo-ref)进行比较，得到电压误差量(Vo-error)，经过PI控制器参数整定得到输出量u(t)，u(t)与定频载波(Sm)进行比较，经过开关选择，输出原边第一开关管(S1)和原边第三开关管(S3)的控制脉冲；
其中，定频载波(Sm)的频率等于谐振电容(Cr)和谐振电感(...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健，刘松林，陈庆东，陈凤娇，吕磊，宋豪杰，石迪，刘雨晴，陈光义，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42