谐振变换器的闭环启动方法技术

本发明专利技术公开了谐振变换器的闭环启动方法；谐振变换器包括依次串联连接的桥式电路、谐振电路、变压器、整流电路、滤波电路；以及输入检测电路、驱动电路、峰值检测电路、输出检测电路和数字处理器。输入检测电路连接于谐振变换装置输入端，检测输入电压并送入数字处理器；驱动电路连接于数字处理器，将PWM信号转为驱动电平以驱动桥式电路；峰值检测电路连接于谐振电路，检测谐振电流峰值并送入数字处理器；输出检测电路检测输出电压和输出电流，并送入数字处理器。本发明专利技术通过峰值检测电路检测谐振电流峰值，实现容易；在启动过程中对谐振电流峰值进行闭环控制，控制简单，既保证了所述谐振变换器在启动过程中不会出现过流，又使得启动时间达到最优。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了；谐振变换器包括依次串联连接的桥式电路、谐振电路、变压器、整流电路、滤波电路；以及输入检测电路、驱动电路、峰值检测电路、输出检测电路和数字处理器。输入检测电路连接于谐振变换装置输入端，检测输入电压并送入数字处理器；驱动电路连接于数字处理器，将PWM信号转为驱动电平以驱动桥式电路；峰值检测电路连接于谐振电路，检测谐振电流峰值并送入数字处理器；输出检测电路检测输出电压和输出电流，并送入数字处理器。本专利技术通过峰值检测电路检测谐振电流峰值，实现容易；在启动过程中对谐振电流峰值进行闭环控制，控制简单，既保证了所述谐振变换器在启动过程中不会出现过流，又使得启动时间达到最优。【专利说明】
本专利技术属于DC/DC变换器
，更具体地，涉及。
技术介绍
高效率、高功率密度、高可靠性一直是开关变换器的发展趋势，目前，谐振软开关技术已经被广泛应用于开关变换器以提高变换器效率以及功率密度。LLC谐振变换器工作在谐振频率以上，可实现输入桥式开关管的零电压导通，在一定负载范围内还可实现输出整流二极管的零电流关断，因此其具有效率高，体积小，电磁兼容性好等优点，近年来受到广泛关注。 不同于一般变换器，LLC谐振变换器采用脉冲频率调制技术(Pulse FrequencyModulat1n, PFM)，工作频率范围较宽，占空比始终维持在50%。通过闭环调节开关频率，维持输出电压稳定，具有输出范围宽，调节精度高，动态响应快等优点，适合大功率、宽输出范围应用场合。 通常情况下，LLC谐振变换器工作在谐振频率点，以获得最佳效率，但在启动时，若直接在谐振点启动，由于谐振阻抗为0，且输出侧滤波电容通常为了充分抑制纹波而设计得较大，启动时输出电压建立缓慢，初期输出基本处于短路状态，因此会导致启动过程中出现很大的电流冲击和电压冲击，损坏开关管、谐振电容等器件。 为限制此电流，现有技术方案有两种:一种是从远高于谐振频率的开关频率启动，占空比保持50%，然后将开关频率逐渐降低至谐振频率即额定工作点；另一种是将谐振频率固定在谐振频率附近，驱动信号占空比从O逐渐增加到50%，然后将开关频率逐渐降低至额定工作点。这两种方案的共同特点是启动过程中开关频率或驱动信号占空比的变化形式固定，相当于开环启动，这种启动方法存在以下缺陷: (I)选定频率或占空比的变化形式后，其变化速度的选取受到启动过程中限定电流的限制； (2)当电路参数发生漂移或者变化时，频率或者占空比的变化速度要根据电路参数重新设定，才能保证启动过程不会出现过流，或者在变化速度的设计时，考虑一定裕量，保证电路参数发生小范围变化时,仍不会出现过流,但这会导致启动速度变慢。 频率或者占空比按照固定形式变化，在启动初期和启动末期谐振电流都不能达到限定电流，启动过程中，谐振电流维持在限定电流的时间非常短，没有最大限度地利用限定电流给输出电容充电，导致输出电压建立时间较长。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供，旨在解决现有技术中LLC谐振变换器启动时启动时间较长的技术问题。 本专利技术提供的，包括以下步骤: (I)获取当前控制周期的输入电压Vin和谐振电流峰值Inj ； (2)判断所述输入电压Vin是否大于等于预定电压阈值，若是，则谐振变换器进入启动状态，转入步骤(3);若否，则返回至步骤(I)； (3)根据所述谐振电流峰值Inj获得当前控制周期的谐振电流峰值误差en =Irpref-1rp ;其中，Irpref为设定的谐振电流峰值阈值； (4)对所述谐振电流峰值误差en进行比例积分处理后获得控制量PIn =(kp+ki.Ts).en-kp.e^i+PI^!； 其中，PIn表示当前控制周期的经过比例积分计算得到的控制量，PIlri表示上一个控制周期的经过比例积分计算得到的控制量，比例积分计算的初始值为PItl Wlri为上一控制周期的谐振电流峰值误差，初始值设定为O ;kp为比例控制参数；ki为积分控制参数；TS为控制周期； (5)对所述控制量PIn进行限幅处理PImin ( PIn ( PImax ； (6)判断限幅结果是否达到额定值，若是，则启动完成；若否，则将限幅结果传递至步骤(7)； (7)根据限幅结果产生PWM信号，所述PWM信号经驱动电路转换为用于驱动桥式电路工作的驱动电平，桥式电路受驱动电平驱动后工作，将输入电压转化为方波电压输出，方波电压在谐振电路上产生谐振电流，峰值检测电路采集谐振电流峰值输出到数字处理器，并在下一控制周期返回步骤(I)。 优选地，步骤⑵中，所述预定电压阈值为正常输入电压。 优选地，步骤(3)中，所述谐振电流峰值阈值小于等于所述谐振变换器所能承受的门限电流值。 优选地，当所述控制量PIn为开关周期控制量Tsw时，限幅范围为Tst ( Tsw ( Tn ;其中，Tn为谐振变换器的正常工作开关周期，Tst为谐振变换器的启动周期。 优选地，当所述控制量PIn为占空比控制量时，限幅范围为Dst彡D彡50% ;其中，Dst为启动初始占空比，Dst的取值范围为O?10%。 优选地，步骤￠)中，所述额定值根据控制量含义不同而不同:当控制量表示开关周期控制量时，额定值为正常工作开关周期Tn;当控制量表示占空比控制量时，额定值为50%。 本专利技术启动过程中采用闭环控制，只要控制系统稳定、快速，启动过程不受电路参数影响；采用峰值检测电路，能够快速采集到谐振电流峰值，通过数字处理器的高速闭环控制，能够准确地控制启动过程中的谐振电流峰值，保证不会出现谐振电流过流；通过谐振电流峰值闭环控制，可以使得启动过程中谐振电流峰值始终维持在限定电流值，最大限度地利用了限定电流值给输出电容充电，启动时间最优；启动过程中谐振电流峰值变化较缓慢，不需要太高速度的检测及控制，对数字处理器采样速率以及控制速度的要求不高，因此实现容易，成本低。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术实施例的LLC谐振变换器的系统结构示意图； 图2是本专利技术实施例的LLC谐振变换器的电路图； 图3是本专利技术实施例的峰值检测电路； 图4是本专利技术实施例提供的实现流程图； 图5(a)是本专利技术实施例提供的启动过程中的谐振电流最大值波形图； 图5(b)是本专利技术实施例提供的启动过程中的输出电压波形图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了，有效地解决了现有技术中LLC谐振变换器启动时启动时间较长的问题，能够控制谐振电路在启动时的谐振电流峰值不过流，启动时间短，控制简单，容易实现。 本专利技术提供了，谐振变换器以LLC谐振变换器为例，包括依次串接的桥式电路，谐振电路，变压器，整流电路和滤波电路；以及包括输入检测电路、输出检测电路、峰值检测电路、驱动电路以及数字处理器。所述闭环启动方法的特征在于，包括以下步骤:(1)获取当前控制周期的输入电压Vin和谐振电流峰值Iip ;(2)判断所述输入电压Vin是否大于等于预定电压阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振变换器的闭环启动方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取当前控制周期的输入电压Vin和谐振电流峰值Irp；(2)判断所述输入电压Vin是否大于等于预定电压阈值，若是，则谐振变换器进入启动状态，转入步骤(3)；若否，则返回至步骤(1)；(3)根据所述谐振电流峰值Irp获得当前控制周期的谐振电流峰值误差en＝Irpref‑Irp；其中，Irpref为设定的谐振电流峰值阈值；(4)对所述谐振电流峰值误差en进行比例积分处理后获得控制量PIn＝(kp+ki·Ts)·en‑kp·en‑1+PIn‑1；其中，PIn表示当前控制周期的经过比例积分计算得到的控制量，PIn‑1表示上一个控制周期的经过比例积分计算得到的控制量，比例积分计算的初始值为PI0；en‑1为上一控制周期的谐振电流峰值误差，初始值设定为0；kp为比例控制参数；ki为积分控制参数；Ts为控制周期；(5)对所述控制量PIn进行限幅处理PImin≤PIn≤PImax；(6)判断限幅结果是否达到额定值，若是，则启动完成；若否，则将限幅结果传递至步骤(7)；(7)根据限幅结果产生PWM信号，所述PWM信号经驱动电路转换为用于驱动桥式电路工作的驱动电平，桥式电路受驱动电平驱动后工作，将输入电压转化为方波电压输出，方波电压在谐振电路上产生谐振电流，峰值检测电路采集谐振电流峰值输出到数字处理器，并在下一控制周期返回步骤(1)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段善旭，仰冬冬，陈昌松，郑锐畅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42