一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法技术

本发明专利技术涉及开关变换器技术领域，公开了一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，应用于具有钳位支路可实现多模态控制的LLC谐振变换器。该宽增益LLC谐振变换器的控制方法，根据输出电压增益变化情况，将反馈电压信号划分为两个区域，分别进行PFM模态与PWM模态控制；并通过设置模态切换点附近的开关频率、占空比等状态连续，以实现模态间的平滑切换控制；另外在模态切换过程中采用滞回控制方案，避免了模态间不停切换引起的系统振荡问题，在拓宽变换器的电压增益范围前提下，保证了变换器工作的可靠性与稳定性。本发明专利技术提出的宽增益LLC谐振变换器的控制方法具有更高的实用性与可靠性，能够满足全电压范围内的增益变化需求，且控制方法灵活。法灵活。法灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法


[0001]本专利技术涉及开关变换器
，具体涉及一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛，高功率密度和高效率成为行业发展趋势，同时人们对开关变换器又提出了更高的需求，如宽输入电压范围、小体积、高可靠性等。LLC谐振变换器凭借其低噪声、低应力、开关损耗低等诸多优点，占据了电源行业的重要地位。而传统LLC谐振变换器一般需要通过改变开关频率实现输出电压的调节，当输入电压范围较宽时，开关频率需要在很宽的范围内变化，当频率太低时，很难实现零电压开通，当频率太高时，很难实现零电流关断；同时，较宽的频率给变压器的设计和电路的控制都带来了极大的困难。因此，当工作频率变化范围较宽时，传统LLC谐振变换器的优势明显下降。
[0003]较多的学者研究通过改变控制方式以提高LLC谐振变换器的增益，拓宽其输入电压范围。廖政伟等人2013年发表了论文《应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路》，通过在低压段时采用全桥LLC变频控制模态，高压段时采用半桥LLC变频控制模态，将电路增益提高一倍，但是在控制模态切换前后电路的工作状态相差较大，较难实现平滑切换。
[0004]谢晶晶于2016年发表了硕士学位论文《小型光伏并网逆变器中变模态控制LLC研究》，当输入电压为低压段时采用全桥LLC变频控制模态，当输入电压为中压段时采用全桥LLC定频控制模态，当输入电压为高压段时采用半桥LLC变频控制模态，但是该三模态方案在全桥LLC定频控制模态与半桥LLC变频控制模态这两个模态之间依然不能实现平滑切换。
[0005]申请号CN201910859317的专利公开了一种三模态控制方案，两个邻近的电压段之间可实现平滑切换，但控制方案较复杂，且当输入电压的变化跨越三个电压段时较难实现平滑切换。
[0006]为了拓宽LLC谐振变换器的应用场合，尽可能的利用LLC谐振变换器的优势，并解决传统LLC谐振变换器宽增益与高效率之间的矛盾，申请号为CN202011174959的专利公开了一种LLC谐振变换器的宽增益控制方法及其谐振变换器，但该专利仅对宽增益实现方法进行了简单的描述，对具体如何实现模态控制以及模态间切换过程并未介绍，实际应用效果不佳。
[0007]因此，本专利技术提出一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，根据输出电压增益变化情况，对反馈电压信号进行控制，分别实现PFM模态、PWM模态以及两模态间的切换控制，有效拓宽了变换器的电压增益范围，尤其是在模态切换过程中，采用滞回控制方案，实现了模态间的平滑可靠切换，提高了变换器工作的可靠性与稳定性。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，通过
该控制方法有效拓宽变换器的电压增益范围，尤其是在模态切换过程中，保证切换前后的工作状态连续，且能实现模态间的平滑可靠切换。
[0009]本专利技术技术问题通过如下方案解决：一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，应用于由逆变电路、LLC谐振腔、变压器和副边整流网络组成的LLC谐振变换器，逆变电路为由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4组成的全桥逆变电路，所述宽增益LLC谐振变换器，在传统LLC谐振电路的谐振腔增设开关管S5、S6组成钳位支路，在电路拓扑结构不变的前提下，通过控制开关管S5、S6的导通时间，采用定频PWM控制可使变换器的输出电压增益范围做的更宽。
[0010]所述宽增益LLC谐振变换器的控制方法，根据全电压范围内的输出电压增益变化情况，得到反馈电压信号V
FB
，将反馈电压信号V
FB
划分为两个区域，分别进行PFM模态与PWM模态控制。
[0011]所述宽增益LLC谐振变换器的控制方法，为了实现模态间的平滑切换，需要保证模态切换点附近的开关频率与占空比连续。在PFM模态下，开关管S1～S4固定占空比为0.5，进行变频控制；在PWM模态下，固定开关频率为谐振频率，进行变占空比控制。因此使PFM模态下的最大开关频率f
max
尽量接近PWM模态下的固定频率f
r
，使PWM模态下的最大占空比D
max
与PFM模态下的固定占空比0.5保持一致，即可实现模态间的平滑切换。
[0012]具体地，通过设置反馈基准电压V
FB1
，实现PFM模态向PWM模态的切换控制或者PWM模态向PFM模态的切换控制；通过设置另一个反馈基准电压V
FB2
，实现PWM模态向PFM模态的切换控制或者PFM模态向PWM模态的切换控制，通过对反馈电压信号的滞回控制，实现不同工作模态之间的平滑可靠切换。
[0013]所述宽增益LLC谐振变换器的控制方法，在PFM模态下，钳位支路开关管S5～S6根据滞回状态确定是否通断，开关管S1～S4保持占空比为0.5且固定，开关管S1和开关管S2互补导通，开关管S1和开关管S4同时导通、同时关断，开关管S2和开关管S3同时导通、同时关断，通过调节开关管S1～S4的开关频率实现输出电压V0的控制，开关频率越小，输出电压增益越大，对应的反馈电压信号V
FB
越大，开关频率与反馈电压信号呈负线性关系变化；
[0014]在PWM模态下，开关管S1～S6的开关频率相等且固定为谐振频率，开关管S1和开关管S5互补导通，开关管S2和开关管S6互补导通，开关管S1和开关管S4同时导通、同时关断，开关管S2和开关管S3同时导通、同时关断，开关管S1的占空比与开关管S2的占空比相等，均不大于0.5且两者相位差180
°
，开关管S5的占空比与开关管S6的占空比相等，均不小于0.5且两者相位差180
°
，通过调节开关管S1的占空比大小实现输出电压V0的控制，开关管S1的占空比越小，输出电压增益越小，对应的反馈电压信号V
FB
越小，开关管S1的占空比与反馈电压信号呈正线性关系变化；
[0015]在PFM模态向PWM模态切换时，由于在PFM模态下，开关频率随着反馈电压信号V
FB
减小而增加，当开关频率增加至最大开关频率时，变换器的输出电压增益为1，因此设置反馈基准电压V
FB1
对应的开关频率为PFM模态下的最大开关频率，即谐振频率f
r
。在PFM模态向PWM模态切换过程，开关频率增大至等于谐振频率f
r
后，开关频率固定为谐振频率，开关管S1的占空比随着反馈电压信号V
FB
减小逐渐减小至稳定，实现控制模态由PFM模态进入PWM模态；
[0016]在PWM模态向PFM模态切换时，由于在PWM模态下，开关管S1的占空比随着反馈电压
信号V
FB
增加而增加，当开关管S1的占空比增加至最大占空比0.5时，变换器的输出电压增益也为1，因此设置另一反馈基准电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括逆变电路、LLC谐振腔、变压器以及整流网络，所述逆变电路为由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4组成的全桥逆变电路，所述LLC谐振腔中设有由开关管S5和开关管S6构成的钳位支路，所述控制方法包括：采集所述LLC谐振变换器的输出电压的反馈电压信号；根据所述反馈电压信号的大小，控制所述LLC谐振变换器工作于PFM模态和PWM模态中的其中一种；当所述反馈电压信号为小于反馈基准电压V
FB1
时，控制所述LLC谐振变换器工作在PWM模态，所述LLC谐振变换器工作在PWM模态时，所述钳位支路中的所述开关管S5和所述开关管S6交替导通，所述开关管S1与所述开关管S5互补导通，所述开关管S2与所述开关管S6互补导通；所述开关管S1的开关频率固定且其驱动信号的占空比与所述反馈电压信号呈正线性关系；当所述反馈电压信号增大为大于所述反馈基准电压V
FB1
且小于反馈基准电压V
FB2
时，控制所述LLC谐振变换器仍然工作在所述PWM模态；当所述反馈电压信号继续增大为大于或等于所述反馈基准电压V
FB2
时，控制所述LLC谐振变换器工作在PFM模态，所述LLC谐振变换器工作在PFM模态时，所述钳位支路中的所述开关管S5和所述开关管S6均关断，所述开关管S1和所述开关管S4的驱动信号的脉冲宽度和开关频率均相同，固定占空比均为0.5；所述开关管S2与所述开关管S3的驱动信号的脉冲宽度和开关频率均相同，固定占空比为0.5，且所述开关管S2与所述开关管S1互补导通，所述开关管S1的开关频率与所述反馈电压信号呈负线性关系。2.根据权利要求1所述的宽增益LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，当所述反馈电压信号增大为大于所述反馈基准电压V
FB1
且小于反馈基准电压V
FB2
时，所述开关频率随所述反馈电压信号增加而降低或保持不变，所述开关管S1的占空比固定不变或随所述反馈电压信号减小而减小。3.根据权利要求1所述的宽增益LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，在所述LLC谐振变换器工作在PFM模态时，所述开关管S1的最大开关频率接近在PWM模态下的固定频率，且控制PWM模态下的最大占空比与PFM模态下的固定占空比保持一致，以保证模态切换点附近所述LLC谐振变换器的工作状态连续，实现模态间的平滑切换。4.一种宽增益LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括逆变电路、LLC谐振腔、变压器以及整流网络，所述逆变电路为由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4组成的全桥逆变电路，所述LLC谐振腔中设有由开关管S5和开关管S6构成的钳位支路，所述控制方法包括：采集所述LLC谐振变换器的输出电压的反馈电压信号；根据所述反馈电压信号的大小，控制所述LLC谐振变换器工作于PFM模态和PWM模态中的其中一种；当所述反馈电压信号大于反馈基准电压V
FB2
时，控制所述LLC谐振变换器工作在PFM模态，所述LLC谐振变换器工作在PFM模态时，所述钳位支路中的所述开关管S5和所述开关管S6均关断，所述开关管S1和所述开关管S4的驱动信号的脉冲宽度和开关频率均相同，固定占空比均为0.5；所述开关管S2与所述开关管S3的驱动信号的脉冲宽度和开关频率均相同，
固定占空比为0.5，且所述开关管S2与所述开关管S1互补导通，所述开关管S1的开关频率与反馈信号呈负线性关系；当所述反馈电压信号减小为小于所述反馈基准电压V
FB2
且大于反馈基准电压V
FB1
时，控制所述LLC谐振变换器仍然工作在PFM模态；当所述反馈电压信号继续减小为小于或等于所述反馈基准电压V
FB1
时，控制所述LLC谐振变换器工作在PWM模态，所述LLC谐振变换器工作在PWM模态时，所述钳位支路中的所述开关管S5和所述开关管S6交替导通，所述开关管S1与所述开关管S5互补导通，所述开关管S2与所述开关管S6互补导通；所述开关管S1的开关频率固定且占空比与所述反馈电压信号呈正线...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：