【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及开关变换器，特别涉及一种软启动控制方法、控制装置及开关电源。
技术介绍
1、随着新能源的大力发展，对高性能、高可靠、低成本的开关变换器需求越来越大，llc谐振变换器凭借其高效率、软开关、以及能够做到更高的功率密度等优势而受到业内人士的青睐。在新能源汽车、户用光储充等应用场景，其输入电压较高且输入电压变化范围宽，可采用多电平拓扑来减小开关管的电压应力，以便于器件选型，降低硬件成本。而串联半桥三电平llc谐振变换器（如图1）因其拓扑结构简单，器件成本低，控制自由度高等优势可完美匹配应用需求。
2、与常规半桥llc一样，正常稳态工作时，其谐振电容电压存在一个直流电压偏置，往往是输入电压的一半，而在启机前的初始状态，谐振电容电压为0，若直接以正常稳态的驱动时序进行软启，会导致谐振电容电压在一段时间内失衡，使得开关管失去零电压开通特性，易引起开关管超电压应力损坏问题；与此同时，在启机前的初始状态，谐振变换器副边的大滤波电容电压也为零（相当于短路状态），使得启机过程中，变压器原边励磁电感相当于被短路，谐振腔阻抗较低，启机时易引起较大的谐振电流冲击问题。
3、为解决上述问题，公开号为cn117498671a的专利《一种半桥串联llc电路的分段软启方法》中提出一种分段软启控制方法，通过维持最小占空比分段控制给谐振电容充电，充电完成后再逐步增大占空比至约0.5进行增益调节，该方法存在以下缺陷：一是维持最小占空比给谐振电容预充时，同一开关管桥臂中的两个开关管为非互补状态，导致开关管无法实现零电压开通，增加了开关
4、下面根据图2，即采用专利cn117498671a中提出的分段软启动方法时软启动过程的主要波形时序图进行详细描述，其中，vgs1/3表示第一开关管s1、第三开关管s3的驱动波形，vgs2/4表示第二开关管s2、第四开关管s4的驱动波形；vds1~vds4分别表示第一开关管s1~第四开关管s4的漏源极电压波形；vab表示注入llc谐振腔网络iii的电压波形；vcr表示谐振电容 cr两端的电压波形；ir表示流过谐振电感 lr的谐振电流波形。
5、在软启过程中，维持最小占空比工作，当第一开关管s1和第三开关管s3导通时注入llc谐振腔网络iii的电压vab为1/2vin，谐振电感电流ir增加，给谐振电容 cr充电，谐振电容电压vcr也逐步增加，当第一开关管s1和第三开关管s3关断后，谐振电感电流ir通过第二开关管s2和第三开关管s3的体二极管续流，由于此时谐振电容电压vcr较低，谐振电流ir下降的斜率小于上升斜率，导致第二开关管s2和第四开关管s4开通前谐振电流ir仍为正或者负电流很小，使得第二开关管s2和第四开关管s4无法实现zvs，开关损耗上升。且由于第二开关管s2和第四开关管s4的硬开关，在开通瞬间，第二开关管s2和第四开关管s4的输出寄生电容coss瞬间放电，产生较大的电流，由于实际产品中不可避免地存在pcb走线电感，使得走线电感与第一开关管s1和第三开关管s3的输出寄生电容coss发生谐振，导致第一开关管s1和第三开关管s3的漏源极电压vds1、vds3在第二开关管s2和第四开关管s4开通瞬间出现较大的电压尖峰应力。同理第一开关管s1和第三开关管s3也无法实现zvs，导致第二开关管s2和第四开关管s4的漏源极电压vds2、vds4在第一开关管s1和第三开关管s3开通瞬间也存在较大的电压尖峰应力。
6、因此，有必要提出一种改进的控制策略，以克服现有技术的不足。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是：提出一种软启动控制方法、控制装置及开关电源，在不增加额外电路的情况下，可实现谐振电容电压平滑预充，改善原边开关管在软启过程中的zvs（零电压开通）性能，避免由于硬开关导致mos管超电压应力损坏问题，同时可解决软启过程的谐振电流冲击过大问题。
2、作为本专利技术的第一个方面，所提供的软启动控制方法的实施例技术方案如下：
3、一种软启动控制方法，应用于谐振变换器，所述谐振变换器的原边电路包括输入分压电容、三电平开关网络和llc谐振腔网络；所述三电平开关网络包括依次串联的四个开关管，构成两组串联的开关管桥臂，所述四个开关管依次为与谐振变换器正输入端连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和与谐振变换器负输入端连接的第四开关管；所述谐振变换器稳态工作时注入所述llc谐振腔网络的电压为对称状态，控制策略为：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补，所述第三开关管的驱动相对于所述第一开关管的驱动相移180°；其中，所述软启动控制方法包括：
4、通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小，使得注入所述llc谐振腔网络的电压依次经历非对称状态和过渡状态，最终进入所述稳态工作时的对称状态；
5、在所述软启动控制过程中，始终保持：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补；
6、其中：所述非对称状态用于实现所述谐振电容电压平滑预充电，从而实现软启过程中所述三电平开关网络中所有开关管的零电压开通；所述过渡状态过程中所述谐振变换器的输出电压通过闭环反馈调节实现单调上升，直到输出电压建立，软启动结束。
7、进一步地，当所述谐振变换器工作在非倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第一设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空比由设定的最小占空比逐渐增加，所述第三开关管的驱动占空比由与所述第一开关管的驱动占空比互补逐渐向内减小，直到与所述第一开关管的驱动占空比相等且滞后于所述第一开关管的驱动半个周期后维持。
8、进一步地，控制所述软启动结束包括：如所述第一开关管的驱动占空比达到第一设定占空比之前所述输出电压已建立，则在所述输出电压建立时直接结束软启动，否则维持所述第一开关管的驱动占空比达到所述第一设定占空比后维持不变，通过逐渐减小所述四个开关管的开关频率直到所述输出电压建立才结束软启动。
9、优选地，所述第一设定占空比为0.5。
10、优选地，所述第一设定开关频率为所述谐振变换器正常工作时的最高频率；或者所述第一设定开关频率为1.1~3倍所述llc谐振腔网络的串联谐振频率。
11、进一步地，当所述谐振变换器工作在倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第二设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种软启动控制方法，应用于谐振变换器，所述谐振变换器的原边电路包括输入分压电容、三电平开关网络和LLC谐振腔网络；所述三电平开关网络包括依次串联的四个开关管，构成两组串联的开关管桥臂，所述四个开关管依次为与谐振变换器正输入端连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和与谐振变换器负输入端连接的第四开关管；所述谐振变换器稳态工作时注入所述LLC谐振腔网络的电压为对称状态，控制策略为：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补，所述第三开关管的驱动相对于所述第一开关管的驱动相移180°；其特征在于，所述软启动控制方法包括：
2.根据权利要求1所述软启动控制方法，其特征在于，当所述谐振变换器工作在非倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第一设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空比由设定的最小占空比逐渐增加，所述第三开关管的驱动占空比由与所述第一开关管的驱动占空比互补逐渐向内减小，直到与所述第一开关管的驱动占空比相等且滞后于所述第一开关管的驱动半个周
3.根据权利要求2所述软启动控制方法，其特征在于，控制所述软启动结束包括：如所述第一开关管的驱动占空比达到第一设定占空比之前所述输出电压已建立，则在所述输出电压建立时直接结束软启动，否则维持所述第一开关管的驱动占空比达到所述第一设定占空比后维持不变，通过逐渐减小所述四个开关管的开关频率直到所述输出电压建立才结束软启动。
4.根据权利要求3所述软启动控制方法，其特征在于：所述第一设定占空比为0.5。
5.根据权利要求2所述软启动控制方法，其特征在于：所述第一设定开关频率为所述谐振变换器正常工作时的最高频率；或者所述第一设定开关频率为1.1~3倍所述LLC谐振腔网络的串联谐振频率。
6.根据权利要求1所述软启动控制方法，其特征在于，当所述谐振变换器工作在倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第二设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空比由设定的最小占空比逐渐增加，所述第四开关管的驱动占空比与第一开关管的驱动占空比相等且滞后于所述第一开关管的驱动半个周期。
7.根据权利要求6所述软启动控制方法，其特征在于，控制所述软启动结束包括：所述第一开关管的驱动占空比达到第二设定占空比后维持不变，通过逐渐减小所述四个开关管的开关频率直到所述输出电压建立才结束软启动。
8.根据权利要求7所述软启动控制方法，其特征在于：所述第二设定占空比为0.25。
9.根据权利要求6所述软启动控制方法，其特征在于：所述第二设定开关频率小于或等于第一设定开关频率；或者所述第二设定开关频率为0.4~1倍第一设定开关频率；所述第一设定开关频率为所述谐振变换器工作在非倍频模式启机时设定的开关频率。
10.根据权利要求1所述软启动控制方法，其特征在于：在所述软启动控制过程中，禁止所述谐振变换器在非倍频模式与倍频模式之间切换，所述谐振变换器只能工作在所述非倍频模式与倍频模式中的一种模式，以实现软启动过程所述谐振变换器的输出电压单调上升。
11.一种软启动控制装置，应用于谐振变换器，所述谐振变换器的原边电路包括输入分压电容、三电平开关网络和LLC谐振腔网络；所述三电平开关网络包括依次串联的四个开关管，构成两组串联的开关管桥臂，所述四个开关管依次为与谐振变换器正输入端连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和与谐振变换器负输入端连接的第四开关管；所述谐振变换器稳态工作时注入所述LLC谐振腔网络的电压为对称状态，控制策略为：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补，所述第三开关管的驱动相对于所述第一开关管的驱动相移180°；其特征在于，所述软启动控制装置被配置为：
12.一种开关电源，包括谐振变换器，所述谐振变换器的原边电路包括输入分压电容、三电平开关网络和LLC谐振腔网络；所述三电平开关网络包括依次串联的四个开关管，构成两组串联的开关管桥臂，所述四个开关管依次为与谐振变换器正输入端连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和与谐振变换器负输入端连接的第四开关管；所述谐振变换器稳态工作时注入所述LLC谐振腔网络的电压为对称状态，控制策略为：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补，所述第三开关管的驱动相对于所述第一开关管的驱动相移180°；其特征在于：所述开关电源还...
【技术特征摘要】
1.一种软启动控制方法，应用于谐振变换器，所述谐振变换器的原边电路包括输入分压电容、三电平开关网络和llc谐振腔网络；所述三电平开关网络包括依次串联的四个开关管，构成两组串联的开关管桥臂，所述四个开关管依次为与谐振变换器正输入端连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和与谐振变换器负输入端连接的第四开关管；所述谐振变换器稳态工作时注入所述llc谐振腔网络的电压为对称状态，控制策略为：所述四个开关管的开关频率相同，所述第二开关管的驱动和所述第一开关管的驱动互补，所述第四开关管的驱动和所述第三开关管的驱动互补，所述第三开关管的驱动相对于所述第一开关管的驱动相移180°；其特征在于，所述软启动控制方法包括：
2.根据权利要求1所述软启动控制方法，其特征在于，当所述谐振变换器工作在非倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第一设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空比由设定的最小占空比逐渐增加，所述第三开关管的驱动占空比由与所述第一开关管的驱动占空比互补逐渐向内减小，直到与所述第一开关管的驱动占空比相等且滞后于所述第一开关管的驱动半个周期后维持。
3.根据权利要求2所述软启动控制方法，其特征在于，控制所述软启动结束包括：如所述第一开关管的驱动占空比达到第一设定占空比之前所述输出电压已建立，则在所述输出电压建立时直接结束软启动，否则维持所述第一开关管的驱动占空比达到所述第一设定占空比后维持不变，通过逐渐减小所述四个开关管的开关频率直到所述输出电压建立才结束软启动。
4.根据权利要求3所述软启动控制方法，其特征在于：所述第一设定占空比为0.5。
5.根据权利要求2所述软启动控制方法，其特征在于：所述第一设定开关频率为所述谐振变换器正常工作时的最高频率；或者所述第一设定开关频率为1.1~3倍所述llc谐振腔网络的串联谐振频率。
6.根据权利要求1所述软启动控制方法，其特征在于，当所述谐振变换器工作在倍频模式时，所述通过控制所述第一开关管至所述第四开关管驱动占空比的大小包括：以第二设定开关频率启机，所述第一开关管的驱动占空比由设定的最小占空比逐渐增加，所述第四开关管的驱动占空比与第一开关管的驱动占空比相等且滞后于所述第一开关管的驱动半个周期。
7.根据权利要求6所述软启动控制方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，李仲炜，吴辉，李永昌，刘湘，
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：
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