一种LLC谐振变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种LLC谐振变换器及控制方法，所述LLC谐振变换器设计难度较低，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr，还增设有双向开关；所述谐振电感Lr、谐振电容Cr串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，励磁电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电感Lr、谐振电容Cr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；谐振电感Lr连于双向开关的1端与变压器原边线圈的1端之间，谐振电容Cr连于双向开关的1端与逆变电路的1号输出端之间。

A LLC resonant converter and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种LLC谐振变换器及控制方法
本专利技术涉及开关变换器
，具体涉及一种LLC谐振变换器及其控制方法。
技术介绍
随着电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛。人们对开关变换器提出更多要求：高功率密度、高可靠性和小体积。LLC谐振变换器作为一种谐振变换器，具有诸多优点，比如低噪声、低应力、开关损耗低等。然而传统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，当负载或输入电压波动时，开关频率需要在很宽的范围内变化，这给变换器的设计、分析、控制都带来了极大的困难。当电压增益较宽时，传统变频控制LLC谐振变换器的效率明显下降。对于定频控制的LLC谐振变换器，传统的控制方法是采用移相控制，但由于其原边的超前桥臂和滞后桥臂上的开关管开通的时候流过的电流不一样，使得滞后桥臂较难实现软开关，这是传统移相控制的固有缺点。在这种控制方式下，就需要考虑最大移相角下滞后桥臂仍能实现软开关。移相角越大，增益范围越宽，由于有前述顾虑，所以移相角受到限制，因此，传统定频移相控制的LLC谐振变换器的增益范围无法做宽。为了解决传统定频移相控制LLC谐振变换器存在的滞后桥臂难以实现软开关的问题，申请号为201410777221.X，名为《一种谐振变换器及其控制方法》的专利技术申请，以下简称背景文献1，示出了一种可以实现定频控制的LLC谐振变换器的结构，如图1所示，该种LLC谐振变换器在副边增加双向开关，通过控制原副边开关管的移相角来实现输出稳压，由于其原边开关S1、S4同时开通、同时关断，S2、S3同时开通、同时关断，所以其不存在超前桥臂和滞后桥臂，所以其移相角可以做得较大，相应的增益范围就可以做的较宽。但由于其在副边的双向开关需要隔离驱动，这给电路的驱动控制设计带来了较大的不便。申请号为201810587249.5，名为《具有宽电压输出范围的全桥谐振DC-DC变换器及调制方法》的专利技术申请，以下简称背景文献2，示出了一种LLC谐振变换器，如图2所示，其通过在原边谐振腔内增加双向开关，与原边桥臂与谐振电感构建一个升压电路，通过控制双向开关和原边各开关管的移相角来实现输出稳压，由于其原边开关S1、S4同时开通、同时关断，S2、S3同时开通、同时关断，所以其不存在超前桥臂和滞后桥臂，所以其移相角可以做得较大，相应的增益范围就可以做的较宽。但由于存在升压电路，其器件应力会较大，这也给变换器的设计带来一些不便。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是，提供一种设计难度较低的LLC谐振变换器。本专利技术所要解决的第二个技术问题是，提供一种针对上述LLC谐振变换器的控制方法。本专利技术第一个技术问题通过如下方案解决：一种LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr，还增设有双向开关；所述谐振电感Lr、谐振电容Cr串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，励磁电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电感Lr、谐振电容Cr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；其特征在于，谐振电感Lr连于双向开关的1端与变压器原边线圈的1端之间，谐振电容Cr连于双向开关的1端与逆变电路的1号输出端之间。本专利技术双向开关位于变压器原边，无需考虑隔离驱动问题，而且将谐振电容Cr放到了双向开关前，将谐振电感Lr放在了双向开关后，破坏了背景文献2中的升压电路，从而解决了器件应力较大的问题。需要说明的是，上面陈述的1端、2端只是为了便于描述而给予的代号，若对应到图3中，则分别对应逆变电路、双向开关和变压器原边绕组的在上输入/输出端和在下输入/输出端。所述逆变电路为由四个开关管S1、S2、S3、S4组成的全桥逆变电路，其中，开关管S1、S2分别用于控制输入电源Vin正极与所述逆变电路的1、2号输出端连通与否，开关管S3、S4分别用于控制所述逆变电路的1、2号输出端与输入电源Vin负极连通与否。所述逆变电路也可以是半桥逆变电路。当原边采用半桥逆变电路时，原边的开关管数量由6个减为4个，节省了器件数量，宜适用在中小功率场合。所述双向开关由两个反向串联的开关管S5、S6构成，其中，寄生二极管指向所述双向开关与所述谐振电感Lr、谐振电容Cr连接端的为开关管S5。所述整流网络采用全波整流结构，如全桥整流结构，所述全桥整流结构由整流二极管或开关管构成。本专利技术第二个技术问题通过如下方案解决：一种上述LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述LLC谐振变换器采用定频PWM(PulseWidthModulation的简称)控制。具体：开关管S1～S6的开关频率相等且固定，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的占空比大小来实现输出电压的控制，开关管S1占空比越大，输出电压增益越大。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1)相比背景文献1，本专利技术双向开关位于变压器原边，无需考虑隔离驱动问题，降低了电路驱动设计的难度；相比背景文献2，本专利技术改变了图2中谐振电感Lr、谐振电容Cr的位置，使原本的升压电路变成了降压电路，解决了器件应力较大的问题，从图4中输出电流I0的变化趋势(逐渐变化、非跳变)也可以看出。总之，本专利技术结构的LLC谐振变换器降低了LLC谐振变换器的设计难度，而且可以采用定频PWM控制。2)本专利技术结构的LLC谐振变换器，在双向开关导通时，谐振电流在环流阶段能量存储在由变压器励磁电感Lm、谐振电感Lr及双向开关组成的回路中，不会流经谐振电容Cr，由于谐振电容Cr存在寄生电阻，这样有利于降低能量在谐振电容Cr的寄生电阻上的损耗，所以相比于对比文件2，本专利技术电路结构可提升工作效率；3)本专利技术具有优秀的综合性能：本专利技术采用定频PWM控制，频率变换范围小，对变压器、电感等磁性元件的要求低，不存在超前桥臂和滞后桥臂，电压增益范围宽、效率高，器件应力小，电路控制及驱动设计难度低；另外，在增益范围方面，本专利技术能实现相比背景文献1、2更宽的增益范围，由于定频移相控制不能与半桥逆变电路结合，采用半桥逆变电路增益范围是全桥的一半，所以本专利技术电路能做到更宽的增益范围。附图说明图1为背景文献1示出的LLC谐振变换器的原理图；图2为背景文献2示出的LLC谐振变换器的原理图；图3为本专利技术较佳实施例的LLC谐振变换器的原理图；图4为本专利技术较佳实施例的LLC谐振变换器采用定频控制时的主要工作波形；图5～10为本专利技术较佳实施例的LLC谐振变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；/n所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr，还增设有双向开关；所述谐振电感Lr、谐振电容Cr串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，励磁电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电感Lr、谐振电容Cr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；/n其特征在于，谐振电感Lr连于双向开关的1端与变压器原边线圈的1端之间，谐振电容Cr连于双向开关的1端与逆变电路的1号输出端之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；
所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr，还增设有双向开关；所述谐振电感Lr、谐振电容Cr串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，励磁电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电感Lr、谐振电容Cr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；
其特征在于，谐振电感Lr连于双向开关的1端与变压器原边线圈的1端之间，谐振电容Cr连于双向开关的1端与逆变电路的1号输出端之间。


2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述逆变电路是半桥逆变电路。


3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述逆变电路为由四个开关管S1、S2、S3、S4组成的全桥逆变电路，其中，开关管S1、S2分别用于控制输入电源Vin正极与所述逆变电路的1、2号输出端连通与否，开关管S3、S4分别用于控制所述逆变电路的1、2号输出端与输入电源Vin负极连通与否。


4.根据权利要求3所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述双向开关由两个反向串联的开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：余逸群，李思远，王志燊，
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：广东;44