一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法，应用于由逆变电路、LLC谐振腔、变压器和副边整流滤波输出电路组成的变拓扑LLC谐振变换器；通过将输入电压范围分为低、中、高三个电压段，对应三种不同的模态；所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压低压段采用FBLLC结构的变频PFM控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压中压段采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益；所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压高压段采用HBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益。

A wide gain control method of LLC resonant converter with variable topology

【技术实现步骤摘要】
一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法
本专利技术涉及开关变换器
，具体地说涉及一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的迅猛发展，开关变换器得到了广泛的应用。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，具有低噪声、低应力、开关损耗低等诸多优势。LLC谐振变换器一般采用变频和定频控制两种方式，然而当输入电压和负载变化范围很宽时，单独采用变频控制的LLC谐振变换器的工作频率变化范围很宽，使得电路中的磁性元件设计困难，而且当电压增益较宽时，传统变频控制LLC谐振变换器的效率明显下降；而单独采用定频移相控制的LLC，由于工作频率固定因而磁性元件便于设计，但是为了使得输入电压和负载在宽范围下保证输出电压不变，需要电路在较大的移相角下工作，又会导致移相电路中的滞后桥臂难以实现软开关，所以在这种控制方式下，为了满足在最大移相角下滞后桥臂可以实现软开关的需求，移相角就会受到限制，进而导致传统定频移相控制的LLC变换器增益范围受限。总之，当LLC谐振变换器应用于超宽输入场合下时，电路不能兼顾高效率和高增益的特点。目前，有相关研究通过变拓扑的形式拓宽LLC的增益，实现宽电压范围。由廖政伟、张雪、尤伟等人2013年发表于浙江大学学报(工学报)的《应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路》中，在全桥LLC(FBLLC)拓扑中找到半桥LLC(HBLLC)结构，当输入电压为低压段时采用FBLLC拓扑，当输入电压为高压段时采用HBLLC拓扑，在两种拓扑下均采用变频控制，等效电路如图1所示，图2为两种拓扑下的增益比较，由附图可以看出，通过在全桥与半桥结构间切换，可以将电路增益提高一倍，并且电路效率也得到有利提高。但是，该电路仅能提高一倍的电压增益，不能满足更宽输入电压的要求，且对于全桥/半桥结构均采用变频控制，磁性元件的设计还是较为复杂，效率受开关频率的影响较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法。本专利技术控制方法采用技术方案如下：一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法，应用于由逆变电路、LLC谐振腔、变压器和副边整流滤波输出电路组成的变拓扑LLC谐振变换器，所述逆变电路包括开关管S1、S2、S3、S4，能够实现全桥到半桥结构的切换；所述LLC谐振腔包括开关管S5、S6、谐振电感Lr、变压器励磁电感Lm和谐振电容Cr；开关管S1的漏极连于开关管S2的漏极和输入电源Vin的正端，开关管S1的源极连于开关管S3的漏极和谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端连于谐振电感Lr的一端和开关管S5的漏极，谐振电感Lr的另一端连于励磁电感Lm的一端和变压器T原边绕组Np的1端，变压器T的2端连于励磁电感Lm的另一端、开关管S2的源极、开关管S4的漏极、开关管S6的漏极，开关管S4的源极连于开关管S3的源极和输入电源Vin的负极，开关管S6的源极连于开关管S5的源极；其特征在于：分别将输入电压范围分为低、中、高三个电压段，分别对应三种不同的模态，所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压低压段采用FBLLC结构的变频PFM控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压中压段采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益；所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压高压段采用HBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益。具体：当输入电压位于低压段，逆变电路工作在FBLLC结构的变频PFM控制模态(FBLLC变频模态)，开关管S5～S6持续关断，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的开关频率大小实现输出电压V0的控制，开关频率越小，输出电压增益越大；当输入电压位于中压段，逆变电路工作在FBLLC结构的定频PWM控制模态(FBLLC变占空比模态)，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的占空比大小实现输出电压V0的控制(开关管S1的占空比变化，双向开关的导通时间同步变化)，开关管S1的占空比越大，输出电压增益越大；当输入电压位于高压段，逆变电路工作在HBLLC结构的定频PWM控制模态(HBLLC变占空比模态)，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S3和开关管S6互补导通，开关管S4持续导通，开关管S2持续关断，开关管S1的占空比与开关管S3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的占空比越大，输出电压增益越大。有益效果：本专利技术采用变频PFM控制与定频PWM控制相结合，并通过全桥、半桥拓扑结构的切换，从而配合电路实现更宽的电压增益范围和更高的效率，使变换器可适用于有更宽增益范围要求的场合。本专利技术控制方法频率变换范围小，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，即使不结合变拓扑，该控制方法相比于单一的变频PFM控制，其电压增益范围宽、效率高。附图说明图1为采用HBLLC拓扑时，谐振变换器的等效电路图；图2为HBLLC和FBLLC增益曲线比较；图3为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器的电路原理图；图4为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器的增益曲线；图5为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在FBLLC变频模态时的主要工作波形；图6～11为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在FBLLC变频模态时各开关模态的等效电路图；图12为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在FBLLC变占空比模态时的主要工作波形；图13～18为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在FBLLC变占空比模态时各开关模态的等效电路图；图19为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在HBLLC变占空比模态时的主要工作波形；图20～25为本专利技术较佳实施例的变拓扑LLC谐振变换器工作在HBLLC变占空比模态时各开关模态的等效电路图。具体实施方式如图3所示，本实施例的变拓扑LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路10、LLC谐振腔20、变压器T和整流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法，应用于由逆变电路、LLC谐振腔、变压器和副边整流滤波输出电路组成的变拓扑LLC谐振变换器，所述逆变电路包括开关管S1、S2、S3、S4，所述LLC谐振腔包括开关管S5、S6、谐振电感Lr、变压器励磁电感Lm和谐振电容Cr；开关管S1的漏极连于开关管S2的漏极和输入电源Vin的正端，开关管S1的源极连于开关管S3的漏极和谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端连于谐振电感Lr的一端和开关管S5的漏极，谐振电感Lr的另一端连于励磁电感Lm的一端和变压器T原边绕组Np的1端，变压器T的2端连于励磁电感Lm的另一端、开关管S2的源极、开关管S4的漏极、开关管S6的漏极，开关管S4的源极连于开关管S3的源极和输入电源Vin的负极，开关管S6的源极连于开关管S5的源极；其特征在于：分别将输入电压范围分为低、中、高三个电压段，分别对应三种不同的模态，/n所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压低压段采用FBLLC结构的变频PFM控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；/n所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压中压段采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益；/n所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压高压段采用HBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法，应用于由逆变电路、LLC谐振腔、变压器和副边整流滤波输出电路组成的变拓扑LLC谐振变换器，所述逆变电路包括开关管S1、S2、S3、S4，所述LLC谐振腔包括开关管S5、S6、谐振电感Lr、变压器励磁电感Lm和谐振电容Cr；开关管S1的漏极连于开关管S2的漏极和输入电源Vin的正端，开关管S1的源极连于开关管S3的漏极和谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端连于谐振电感Lr的一端和开关管S5的漏极，谐振电感Lr的另一端连于励磁电感Lm的一端和变压器T原边绕组Np的1端，变压器T的2端连于励磁电感Lm的另一端、开关管S2的源极、开关管S4的漏极、开关管S6的漏极，开关管S4的源极连于开关管S3的源极和输入电源Vin的负极，开关管S6的源极连于开关管S5的源极；其特征在于：分别将输入电压范围分为低、中、高三个电压段，分别对应三种不同的模态，
所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压低压段采用FBLLC结构的变频PFM控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；
所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压中压段采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益；
所述变拓扑LLC谐振变换器在输入电压高压段采用HBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管(S1)的占空比来改变输出电压增益。


2.根据权利要求1所述的变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法，其特征在于：
当输入电压位于低压段，逆变电路工作在FBLLC结构的变频PFM控制模态(FBLLC...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹃，李思远，李永昌，
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