LLC谐振变换器和抑制其输出电压中的纹波的方法技术

本发明专利技术公开了一种LLC谐振变换器和抑制LLC谐振变换器的输出电压中的纹波的方法。所述变换器包括：主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路；前馈控制器，利用输入电压产生前馈信号；以及受控振荡器，从所述前馈控制器接收所述前馈信号，并根据所述前馈信号通过所述驱动电路控制所述斩波器的工作频率。由此，为LLC谐振变换器提供了前馈校正，以减小LLC谐振变换器的DC输出电压中的纹波。

【技术实现步骤摘要】
LLC谐振变换器和抑制其输出电压中的纹波的方法
本专利技术涉及开关电源领域，具体涉及LLC谐振变换器和抑制LLC谐振变换器输出电压中的纹波的方法。
技术介绍
具有优良效率特性的LLC谐振变换器被广泛地用作直流/直流变换器。然而，可能会遇到纹波输出问题，不同于高频开关噪声，纹波位于频谱的低频段，一般来说，波纹来自电网，其频率往往是市电频率两倍，大约100赫兹或120赫兹。对大多数应用来说，输出纹波幅度需要受到限制，超出规格的纹波，可能使得设备性能不稳定，无法正常工作，甚至损坏。在现有技术中，利用反馈控制以提高开环增益的方式在一定程度上减小了LLC谐振变换器的输出纹波。但另一方面，这种方式减小纹波的效果并不理想，难以在稳定性和较高的增益两方面取得平衡。如何抑制或减小LLC谐振变换器中的输出纹波已成为一个亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种LLC谐振变换器，其利用前馈校正来抑制输出电压中的纹波。根据本专利技术的一个方面，提供了一种LLC谐振变换器，包括：主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路；前馈控制器，利用输入电压产生前馈信号；以及受控振荡器，从所述前馈控制器接收所述前馈信号，并根据所述前馈信号通过所述驱动电路控制所述斩波器的工作频率。根据本专利技术的另一方面，提供了一种抑制LLC谐振变换器的输出电压中的纹波的方法，其中所述LLC谐振变换器包括主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路，所述方法包括：利用输入电压产生前馈信号；以及根据所述前馈信号控制所述斩波器的工作频率。根据本专利技术的另一方面，提供了一种抑制LLC谐振变换器的输出电压中的纹波的方法，其中所述LLC谐振变换器包括主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路，所述方法包括：利用输入电压产生前馈信号；利用所述LLC谐振变换器的输出误差电压产生反馈信号；叠加所述反馈信号和所述前馈信号以生成控制信号；以及根据所述控制信号控制所述斩波器的工作频率。根据本专利技术所提供的技术方案，为LLC谐振变换器提供了前馈校正，前馈信号经受控振荡器和驱动电路提供至LLC谐振变换器的斩波电路，从而对LLC谐振变换器的输出进行前馈校正,可抵消输入纹波对输出纹波的影响，进而使LLC谐振变换器的输出电压中的纹波得到抑制。附图说明参照附图来阅读本专利技术的各实施方式，将更容易理解本专利技术的其它特征和优点，在此描述的附图只是为了对本专利技术的实施方式进行示意性说明的目的，而非全部可能的实施，并且不旨在限制本专利技术的范围。在附图中：图1示出了根据本专利技术一个实施方式的LLC谐振变换器的电路框图；图2A至图2E示出了主变换器的多种可替代变形；图3示出了根据本专利技术一个实施方式的LLC谐振变换器的传递函数框图；图4示出了根据公式7和仿真所得理想前馈控制器增益和相位频率特性的特性图；图5示出了归一化处理后在采用低通滤波器作为前馈控制器时Ge增益角频率曲线；图6示出了归一化处理后在采用带通滤波器作为前馈控制器时在不同阻尼系数的情况下Ge增益角频率特性图；图7示出了根据本专利技术一个实施方式抑制LLC谐振变换器的输出电压中的纹波的方法的流程图；以及图8示出了根据本专利技术另一个实施方式抑制LLC谐振变换器的输出电压中的纹波的方法的流程图。具体实施方式现参照附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。应注意，以下描述仅仅是示例性的，而并不旨在限制本专利技术。此外，在以下描述中，将采用相同的附图标号表示不同附图中的相同或相似的部件。在以下描述的不同实施方式中的不同特征，可彼此结合，以形成本专利技术范围内的其他实施方式。图1示出了根据本专利技术一个实施方式的LLC谐振变换器的电路示意图。如图1所示，LLC谐振变换器100包括主变换器110和控制器120。主变换器110包括依次连接的具有驱动电路112的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路。其中，如图1所示，斩波器可由MOSFETQ1、Q2以及其驱动电路组成，串联谐振网络可由电感Lr、Lm和电容Cr构成，隔离变压器T1实现隔离功能，Lm是其励磁电感，整流滤波电路可由D1和D2以及电容器Co构成。主变换器110可有多种实现形式，而为了简要起见，在本说明书中省略了对本领域技术人员已熟知的LLC谐振变换器变形结构中的部件的详细描述。例如，作为示例，图2A至图2E示出了主变换器的多种可替代变形。再如图1所示，控制器120可包括前馈控制器121和受控振荡器(VCO)122。前馈控制器121可利用输入电压Vin产生前馈信号FF。受控振荡器122可从前馈控制器121接收前馈信号，并根据前馈信号通过驱动电路控制主变换器110中的斩波器的开关频率。由于输出电压同输入电压和斩波器的开关频率有关，因此通过设置合适的前馈控制器121的参数，通过控制斩波频率可以抵消甚至消除输入电压纹波的影响，从而达到抑制输出纹波的目的。根据本专利技术的另一实施方式，再参见图1，控制器120还可包括反馈控制器123，反馈控制器123可利用LLC谐振变换器100的输出误差电压产生反馈信号FB，该反馈信号FB与前馈信号FF叠加生成控制信号ctr，控制信号ctr输入至受控振荡器122并通过驱动电路来控制斩波器的开关频率，从而实现对输入电压的斩波。可以理解的是，根据本专利技术的不同实施方式，反馈控制器123并不是LLC谐振变换器中必须的部件，而是可选的部件。另外，反馈控制器123对于本领域的技术人员是熟知的常用电路，因此为了简洁起见，在此略去其详细描述。根据本申请的一个实施例，由前馈控制器121所产生的前馈信号FF和由反馈控制器123所产生的反馈信号FB在受控振荡器122的输入端进行叠加。在LLC谐振变换器的电路设计中，尤其是已具有反馈控制电路的LLC谐振变换器中，根据本申请所产生的前馈信号FF在何处引入是很重要的。根据本实施例，前馈信号FF在受控振荡器122的输入端引入，由此对电路设计所带来的影响将在以下详述。图3示出了根据图1绘制的传递函数框图。图3所示实施方式与图1所示实施方式的不同之处在于，图3所示框图还包括光耦合单元124。本领域技术人员可根据实际需要设置光耦合单元124，因此为了简要起见，其详细描述在此不再赘述。在图3中所示的G1-G7分别表示各单元、电路、模块的传递函数：G1和G2表示反馈控制器123的传递函数，G3表示光耦合单元124的传递函数，G4表示受控振荡器122的传递函数，G5表示主变换器100的开关频率对输出电压影响的传递函数，G6表示主变换器100输入输出电压的传递函数，G7表示前馈控制器121的传递函数。根据图3所示，并考虑到我们研究的纹波通常相对直流成分较小,主变换器和各控制器都可以在工作点附近做线性近似,因此LLC谐振变换器的输出电压Vout的拉氏变换可由下式表示：Vout(s)＝Gvref(s)·Vref(s)+Gvin(s)·Vin(s)公式1其中Vref(s)表示输入至反馈控制器123的参考电压的拉氏变换，Gvref(s)表示从参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LLC谐振变换器，包括：主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路；前馈控制器，利用输入电压产生前馈信号；以及受控振荡器，从所述前馈控制器接收所述前馈信号，并根据所述前馈信号通过所述驱动电路控制所述斩波器的工作频率。

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器，包括：主变换器，所述主变换器包括依次连接的具有驱动电路的半桥或全桥斩波器、电感电容串联谐振网络、隔离变压器以及整流滤波电路；前馈控制器，利用输入电压产生前馈信号；以及受控振荡器，从所述前馈控制器接收所述前馈信号，并根据所述前馈信号通过所述驱动电路控制所述斩波器的工作频率。2.如权利要求1所述的LLC谐振变换器，还包括：反馈控制器，利用所述LLC谐振变换器的输出误差电压产生反馈信号；其中，所述反馈信号与所述前馈信号叠加生成控制信号，所述控制信号输入至所述受控振荡器并通过所述驱动电路控制所述斩波器的工作频率。3.如权利要求2所述的LLC谐振变换器，其中所述前馈信号和所述反馈信号在所述受控振荡器的输入端进行叠加。4.如权利要求1-3中任一项所述的LLC谐振变换器，其中所述前馈控制器的传递函数理想情况下满足下式：其中，G7表示所述前馈控制器的传递函数，G6表示所述主变换器从输入电压到输出电压的传递函数，G4表示所述受控振荡器的传递函数，G5表示所述斩波器的工作频率到输出电压的传递函数。5.如权利要求1-4中任一项所述的LLC谐振变换器，其中所述前馈控制器具有比例滤波特性。6.如权利要求4所述LLC谐振变换器，其中所述前馈控制器是低通滤波器。7.如权利要求6所述的所述LLC谐振变换器，其中所述低通滤波器的传递函数满足下式：其中Ke表示所述低通滤波器的滤波器系数，ωn表示纹波角频率，s表示拉普拉斯变换自变量。8.如权利要求4所述的所述LLC谐振变换器，其中所述前馈控制器是带通滤波器。9.如权利要求8所述的所述LLC谐振变换器，其中所述带通滤波器的传递函数满足下式：

【专利技术属性】
技术研发人员：邓士杰，刘青峰，李广全，周召福，范兆途，
申请(专利权)人：雅达电子国际有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81