一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法技术

本发明专利技术开了隔离型开关电源技术领域的一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构，包括主电路和控制电路，主电路包括输入侧逆变网络、LLC谐振网络、高频变压器T1和T2、二次侧整流滤波网络和分压采样电路，控制电路包括输出电流电压采样电路、数字控制器和驱动电路；本发明专利技术通过控制PWM调制信号改变混合LLC谐振变换器的四个开关管的开通和关断，即可实现全桥LLC谐振变换器和半桥LLC谐振变换器的拓扑结构变换，且无需增加额外的开关器件，通过混合LLC谐振变换器工作模式的切换，减小了LLC谐振变换器在轻载情况下的损耗，提高了变换器的效率，充电过程后期通过单个变压器和两个开关管输出电能，解决了轻载时效率低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法


[0001]本专利技术涉及隔离型开关电源
，具体涉及一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的快速发展，开关电源功率变换器得到了广泛的应用。其中LLC谐振变换器结构简单，转换效率高，在大功率充电电路设计方面有很大的优势。但LLC谐振变换器存在轻载效率较低和大功率变压器设计困难等问题，因此改进型LLC谐振变换器越来越受到人们的关注。
[0003]针对LLC谐振变换器存在的问题，已公开的文献《Full
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bridgeLLCresonantconverterwithseries
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parallelconnectedtransformersforelectricvehicleon
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boardcharger》提出了一种全桥LLC谐振变换器，该变换器采用变压器原边串联副边经过整流后直接并联的结构。在相同功率水平下，与传统的LLC谐振变换器的单变压器结构相比，所改进的变换器可以降低二次绕组的电流应力、整流二极管的导通损耗小、低剖面铁芯可以减少变压器的损耗、改善散热等优点。但该文献重点在于全桥LLC谐振变换器拓扑结构的改进，轻载效率低的问题没有得到很好的解决。又比如《Afive
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switchbridgebasedreconfigurableLLCconverterfordeeplydepletedPEVchargingapplications》研究了改变开关模式对双LLC谐振腔的重构。通过在变压器一次侧前桥臂增加一个额外的开关管，以产生各种交流输入电压或改变谐振腔的结构，从而在预定的频率跨度中产生不同的电压增益。尽管调节范围有所改善，但电流在开关之间分布不均匀，且多加了个开关管，增加了开关损耗。
[0004]因此，亟需设计一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构，包括主电路和控制电路，其特征在于：所述主电路包括输入侧逆变网络、LLC谐振网络、高频变压器T1和T2、二次侧整流滤波网络和分压采样电路，所述控制电路包括输出电流电压采样电路、数字控制器和驱动电路。
[0007]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构中，所述高频变压器T1和T2原边串联、中点连接供电电源负端、副边经整流电路并联连接负载。
[0008]一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法，通过检测负载电流判断实施负荷分区控制，输出PWM调制信号控制输入侧逆变网络中开关器件Q1、Q2、
Q3、Q4的导通与关断，实现全桥和半桥不同工作模式之间进行切换。
[0009]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法中，控制Q1、Q4和Q2、Q3交替导通与关断时，通过高频变压器T1和T2中的变压器T1和T2工作在全桥模式，控制开关管Q1和 Q2交替导通与关断，Q3和Q4始终关断时，通过高频变压器T1和T2中的变压器T1工作在半桥模式。
[0010]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法中，在恒压充电过程中，选择输出电流I
O
＝I2作为工作模式切换点，设定全桥工作模式切换到半桥工作模式切换点b点，此时的输出电流:
[0011]I
O
＝I3[0012]半桥工作模式切换到全桥工作模式切换点a点，此时的输出电流：
[0013]I
O
＝I1[0014]当输出电流大于I1时，从半桥工作模式切换到全桥工作模式，通过变压器T1和T2共同向电池提供较大的充电电流；当输出电流小于I3时，从全桥工作模式切换到半桥工作模式，通过变压器T1工作在轻载状态，减小变换器轻载时的电路损耗。
[0015]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法中，包括以下步骤：
[0016]S1：在全桥工作模式下，输入侧直流电源经输入侧逆变网络到 LLC谐振网络，再经过高频变压器T1和T2中的变压器T1、T2后经二次侧整流滤波网络后输出；
[0017]S2：在半桥工作模式下，输入侧直流电源经输入侧逆变网络到 LLC谐振网络，再经过高频变压器T1和T2中的变压器T1后经二次侧整流滤波网络输出；
[0018]S3：电流电压采样电路对主电路输出电压、输出电流采样，进行模数转换至数字控制器；
[0019]S4：数字控制器将反馈电压、电流作为内部数字闭环控制程序的输入信号，与设定值进行比较，判断处于恒流充电模式还是恒压充电模式；
[0020]S5：当处于恒压充电模式，则进一步比较输出电流和工作切换点。
[0021]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法中，在上述S4中，若处于恒流充电模式，则利用输出电流与参考电流构成闭环负反馈系统，控制器输出PWM调制信号控制 Q1、Q4和Q2、Q3交替导通，使整体工作在全桥工作模式，若处于恒压充电模式，则执行下一步骤。
[0022]进一步的，上述基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法中，在上述S5中，若输出电流大于时I1，仍然工作在全桥工作模式；若输出电流小于I3，控制器输出PWM调制信号经驱动电路控制和交替导通，工作在半桥工作模式，直至电动汽车电池充电结束。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术提出通过控制PWM调制信号改变混合LLC谐振变换器的四个开关管的开通和关断，即可实现全桥LLC谐振变换器和半桥 LLC谐振变换器的拓扑结构变换，且无需增加额外的开关器件。
[0025]2、本专利技术提出的一种实现全桥工作模式与半桥工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构和控制方法，通过混合LLC谐振变换器工作模式的切换，减小了LLC谐振变换器
在轻载情况下的损耗，提高了变换器的效率。
[0026]3、本专利技术用于电动汽车的阶段式充电过程中，大功率输出时通过双变压器的原边串联，副边通过整流后直接并联的复合结构，变压器功率均分，解决了大功率高频情况下变压器的设计困难问题；充电过程后期则通过单个变压器和两个开关管输出电能，解决了轻载时效率低的问题。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构，包括主电路(1)和控制电路(7)，其特征在于：所述主电路(1)包括输入侧逆变网络(2)、LLC谐振网络(3)、高频变压器T1和T2(4)、二次侧整流滤波网络(5)和分压采样电路(6)，所述控制电路(7)包括输出电流电压采样电路(8)、数字控制器(9)和驱动电路(10)。2.根据权利要求1所述的一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构，其特征在于：所述高频变压器T1和T2(4)原边串联、中点连接供电电源负端、副边经整流电路并联连接负载。3.根据权利要求1所述的一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于：通过检测负载电流判断实施负荷分区控制，输出PWM调制信号控制输入侧逆变网络(2)中开关器件Q1、Q2、Q3、Q4的导通与关断，实现全桥和半桥不同工作模式之间进行切换。4.根据权利要求3所述的一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于：控制Q1、Q4和Q2、Q3交替导通与关断时，通过高频变压器T1和T2(4)中的变压器T1和T2工作在全桥模式，控制开关管Q1和Q2交替导通与关断，Q3和Q4始终关断时，通过高频变压器T1和T2(4)中的变压器T1工作在半桥模式。5.根据权利要求4所述的一种基于工作模式切换的混合LLC谐振变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于：在恒压充电过程中，选择输出电流I
O
＝I2作为工作模式切换点，设定全桥工作模式切换到半桥工作模式切换点(b点)，此时的输出电流:I
O
＝I3半桥工作模式切换到全桥工作模式切换点(a点)，此时的输出电流：I
O
＝I1当输出电流大于I1时，从半桥工作模式切换到全桥工作模式，通过变压器T1和T2共同向电池提供较大的充电电流；当输出电流小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：方炜，王伟，齐楠，刘晓东，刘宿城，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：