一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法技术

本发明专利技术公开了一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法，包括如下步骤：步骤S1：设置软启动控制模型，其中，设置占空比的系统增益模型并根据该模型设计占空比D的变化函数；以及设置频率的系统增益模型，并控制输出的频率增益使系统增益为线性，以此得到频率f的变化函数；步骤S2：系统启动后，利用步骤S1设置的软启动控制模型控制PWM信号以控制开关管的状态实现软启动。本发明专利技术采用新的软启动控制模型，通过同时控制PWM的占空比和开关频率，实现快速的占空比从0到50％的变化，且电流增益变化在可控范围内，有效减小了开关损耗。同时引入频率的规律递减进行增益补偿，使得总体增益能够线性的上升，使得整个系统电流平稳增加。使得整个系统电流平稳增加。使得整个系统电流平稳增加。

【技术实现步骤摘要】
一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法


[0001]本专利技术涉及LLC谐振变换器
，尤其涉及一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法。

技术介绍

[0002]LLC谐振变换器结构简单，本身结构便于磁集成，工作频率高，故能实现较高的功率密度。因为其本身带有的谐振器件工作时能够构成谐振实现软开关，所以LLC谐振变换器的转换效率很高，但同时，谐振器件在上电启动时，电容进行充电，使得此时会产生较大的冲击电流，损害电路系统和用电设备。软启动技术是有效减小谐振变换器启动时的冲击电流最常用的方法。
[0003]现有技术中，总共有如下几种软启动方案，第一种是为了增加启动时的谐振阻抗，占空比保持在50％，通过远高于谐振频率的开关频率启动，以减小启动电流，然后逐渐减小到谐振频率。然而，较高的启动频率也不能保证启动电流很小，而且较高的频率对驱动电路要求较高，会相应增加很多成本，高频启动的软启动时间也比较长。第二种是保持谐振频率不变，通过调节占空比从0增加到50％。这种方法调节时间仍然比较长，会使得谐振变换器在工作在占空比低于50％时，无法实现软开关，增加开关功耗，降低效率。第三种同时调节工作频率和占空比的方法，占空比从0增加到50％，频率从最高工作频率，减小到谐振频率，两者变换过程可以是线性变换或者指数变换。第三种虽然结合了前两种方案，但是调节过程中的增益不能线性变换，电流有毛刺，仍然对开关器件有较大冲击，而且占空比调节时间过长，损耗也没有减小。
[0004]总之，现有的软启动方案存在诸多技术问题，比如：启动电流不能控制在小于谐振电流的范围内，占空比调节时间过久，损耗过大，增益不是线性变化，电流有毛刺现象等。
[0005]故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，确有必要提供一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法，采用新的软启动控制模型，通过同时控制PWM的占空比和开关频率，实现快速的占空比从0到50％的变化，且电流增益变化在可控范围内，有效减小了开关损耗。同时引入频率的规律递减进行增益补偿，使得总体增益能够线性的上升，使得整个系统电流平稳增加。
[0007]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1：设置软启动控制模型，其中，设置占空比的系统增益模型并根据该模型设计占空比D的变化函数；以及设置频率的系统增益模型，并控制输出的频率增益使系统增益为线性，以此得到频率f的变化函数；
[0010]步骤S2：系统启动后，利用步骤S1设置的软启动控制模型控制PWM信号以控制开关
管的状态实现软启动，其中，步骤S2至少包括如下步骤：
[0011]步骤S21：设置软启动控制模型初始参数，其中，PWM的开关频率设置为最高开启频率fm；其占空比设置为最低占空比0％；
[0012]步骤S22：根据设定参数进行启动，软启动控制模型同时调节PWM的开关频率和占空比；
[0013]步骤S23：当占空比达到饱和后，仅对开关频率进行调节，直至开关频率为谐振频率；软启动结束；
[0014]所述步骤S1中，占空比D的系统增益模型为：
[0015][0016]其中，M为系统增益，a,k为参考调节参数，λ＝1/H＝Lr/Lm，Q＝Zo/Rac，
[0017]为了能够使增益能够线性平稳变化，设置占空比D变化函数为:
[0018][0019]其中，Dmax是最大占空比，a、b、c为调节参数，为达到最大占空比所用的时间，t是时间变量；
[0020]频率的系统增益模型中，系统归一化增益M为：
[0021][0022]或
[0023][0024]其中，f
n
为归一化的频率，即，f
n
＝f/fr；
[0025]f
r
为谐振频率，其计算公式为：
[0026][0027]上式中，Lr为谐振电感的感抗，Cr为谐振电容容值；
[0028]设置频率f的变化函数使系统增益为线性，公式如下：
[0029][0030]上式中，tp为达到谐振频率所用的时间，fm为能设置的最大开关频率。
[0031]作为进一步的改进方案，f
m
设置为2fr
‑
3fr。
[0032]作为进一步的改进方案，占空比D的系统增益模型根据实验数据得到。
[0033]与现有技术相比较，本专利技术采用新的软启动控制模型，通过同时控制PWM的占空比和开关频率，实现快速的占空比从0到50％的变化，且电流增益变化在可控范围内，有效减小了开关损耗。同时引入频率的规律递减进行增益补偿，使得总体增益能够线性的上升，即增益曲线为M＝ht，使得整个系统电流平稳增加。采用本专利技术方法，能够实现LLC谐振变换器启动的快速增益，且启动电流小，电路损耗较小，启动时间短。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中LLC谐振变换器的电路模型原理图。
[0035]图2为本专利技术LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法的流程框图。
[0036]图3为定频控制时的增益曲线。
[0037]图4为本专利技术另一种优选实施方式的LLC谐振变换器的电路结构原理图。
[0038]图5为本专利技术方法的启动电流图。
[0039]图6为无软启动方案启动电流图。
[0040]图7为现有技术第一种方案启动电流图。
[0041]图8为现有技术第二种方案启动电流图。
[0042]图9为现有技术第三种方案启动电流图。
[0043]如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0044]以下将结合附图对本专利技术提供的技术方案作进一步说明。
[0045]参见图1，所示为本专利技术LLC谐振全桥变换器模型图，包括主电路、控制电路及其相关滤波电路；所述的主电路又分为原边和副边，原边由MOSFET桥式变换电路，LLC谐振电路组成，中间是功率变换电路，副边由输出整流电路组成。原边由数字芯片控制驱动电路驱动MOSFET进行调节。
[0046]参见图2，所示为本专利技术LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法的流程框图，在数字芯片中执行软启动控制程序，至少包括如下步骤：
[0047]步骤S1：设置软启动控制模型，其中，设置占空比的系统增益模型并根据该模型设计占空比D的变化函数；以及设置频率的系统增益模型，并控制输出的频率增益使系统增益为线性，以此得到频率f的变化函数；
[0048]步骤S2：系统启动后，利用步骤S1设置的软启动控制模型控制PWM信号以控制开关管的状态实现软启动，其中，步骤S2至少包括如下步骤：
[0049]步骤S21：设置软启动控制模型初始参数，其中，PWM的开关频率设置为最高开启频率fm；其占空比设置为最低占空比0％；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器线性补偿的软启动方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：设置软启动控制模型，其中，设置占空比的系统增益模型并根据该模型设计占空比D的变化函数；以及设置频率的系统增益模型，并控制输出的频率增益使系统增益为线性，以此得到频率f的变化函数；步骤S2：系统启动后，利用步骤S1设置的软启动控制模型控制PWM信号以控制开关管的状态实现软启动，其中，步骤S2至少包括如下步骤：步骤S21：设置软启动控制模型初始参数，其中，PWM的开关频率设置为最高开启频率fm；其占空比设置为最低占空比0％；步骤S22：根据设定参数进行启动，软启动控制模型同时调节PWM的开关频率和占空比；步骤S23：当占空比达到饱和后，仅对开关频率进行调节，直至开关频率为谐振频率；软启动结束；所述步骤S1中，占空比D的系统增益模型为：其中，M为系统增益，a,k为参考调节参数，λ＝1/H＝Lr/Lm，Q＝Zo...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光耀，邵李焕，俞文昌，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：