混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法技术

本发明专利技术提出一种混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，其分别计算相位超前与滞后桥臂开关时刻的电流以及实现ZVS（零电压开通）所需的最短死区时间，并使用参数拟合的方法简化计算量，在嵌入式控制器上实时计算并控制两桥臂开关管的死区时间。本发明专利技术考虑了混合控制LLC串联谐振变换器原边两个桥臂开关管实现零电压开通所需死区时间的不同，并进行了实时控制，防止原边开关管因工况变化失去零电压开通，并尽可能的减小了开关管反向导通时间，减小了损耗。本发明专利技术在高频、宽增益范围的混合控制LLC串联谐振变换器中具有较好的应用效果。制LLC串联谐振变换器中具有较好的应用效果。制LLC串联谐振变换器中具有较好的应用效果。

【技术实现步骤摘要】
混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法。

技术介绍

[0002]LLC串联谐振DC/DC变换器，因其电路结构简单、开关性能优越等优点而受到广泛关注。其容易实现原边开关管零电压开通(ZVS)和副边整流管零电流关断(ZCS)，便于提高开关频率并提高功率密度。
[0003]LLC串联谐振变换器一般采用变频控制策略，通过改变开关频率以获得相应的增益，稳定输出电压。但当输入输出电压范围较宽时，其频率变化范围大，导致磁性元件设计困难以及EMI设计困难等问题，故一般采用变频+移相的混合控制策略，减小频率变化范围。但当移相角逐渐增加，相位超前桥臂关断电流逐渐增加，相位滞后桥臂关断电流逐渐减小。为保证原边开关管是实现ZVS(零电压开通)，需要给予原边桥臂合适的死区时间，使得在死区时间内桥臂关断电流能为开关管寄生输出电容充放电完成。
[0004]传统方法固定使用原边开关管实现ZVS所需最大的死区时间，并对两桥臂不加区分。但在高频混合控制LLC串联谐振变换器中，移相角较大时超前桥臂开关管所需的死区时间较小，其体二极管反向导通时间将延长，将造成较大的反向导通损耗。有现有技术对变频控制下LLC谐振变换器的变死区控制进行了分析，该方法能根据电路运行时的开关频率、负载情况等动态调整原边开关管的死区时间，但该方法并不适用于移相变频混合控制下的LLC谐振变换器。

技术实现思路

[0005]因此，有必要提出一种针对混合控制LLC串联谐振变换器的死区时间控制方法，能针对电路运行情况动态调整两桥臂开关管的死区时间，防止死区时间较短导致开关管失去零电压开通状态，或死区时间过长导致开关管反向导通损耗大，以提升电路的整体运行效率。
[0006]本专利技术的目的是公开一种混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，改善相位超前及相位滞后桥臂开关管死区设置不合理而导致电路运行效率降低的问题。本专利技术具有计算结果精确，计算量小，运行效率高，实施方便等优点。
[0007]其分别计算相位超前与滞后桥臂开关时刻的电流以及实现零电压开通所需的最短死区时间，并使用参数拟合的方法简化计算量，在嵌入式控制器上实时计算并控制两桥臂开关管的死区时间。本专利技术考虑了混合控制LLC串联谐振变换器原边两个桥臂开关管实现零电压开通所需死区时间的不同，并进行了实时控制，防止原边开关管因工况变化失去零电压开通，并尽可能的减小了开关管反向导通时间，减小了损耗。本专利技术在高频、宽增益范围的混合控制LLC串联谐振变换器中具有较好的应用效果。
[0008]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0009]一种混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：获取电路硬件参数以及输入输出参数范围，包括：谐振电感L
r
，谐振电容C
r
，变压器T
x
的原边励磁电感L
m
，变压器匝比n，原边开关管输出电容C
oss
，输入电压V
i
变化范围，输出电压V
o
变化范围，以及输出电流I
o
变化范围；
[0011]步骤S2：使用改进的时域分析方法分别计算不同输入输出参数情况下，混合控制LLC谐振变换器驱动信号相位超前和滞后的桥臂开关管的关断时刻的电流i
off
；
[0012]所述改进时域分析方法包括：列写出半个开关周期内，不同时段谐振电流i
Lr
、励磁电流i
Lm
与谐振电容电压v
Cr
所满足的方程，并结合稳态时全桥LLC谐振变换器谐振波形的对称性，求解出任意时刻的谐振电流i
Lr
、励磁电流i
Lm
与谐振电容电压v
Cr
；
[0013]步骤S3：根据开关管寄生电容C
eq
以及关断电流i
off
，计算得到不同输入输出参数情况下原边开关管实现零电压开通所需的最短死区时间t
dead_min
；
[0014]其中，最短死区时间计算方法为C
oss
为开关管寄生输出电容；
[0015]步骤S4：使用简单的拟合函数模型f(f
s
,θ)拟合最短死区时间t
dead_min
与开关频率f
s
和移相角θ的函数关系，求解出拟合函数模型中的待定参数；
[0016]步骤S5：将求解好的拟合函数模型f(f
s
,θ)写入嵌入式控制器，并在电路运行时实时计算，得到此工况下原边各个的开关管实现零电压开通所需最短死区时间；
[0017]步骤S6：给步骤S5计算获得的最短死区时间增加合适的裕度后，将最终死区时间信号传输至PWM发生器，并通过驱动电路控制原边开关管的死区时间。
[0018]进一步地，所述改进时域分析方法中，在励磁电感L
m
,谐振电感L
r
与谐振电容C
r
共同谐振的时间段t
sp
内，将谐振电流视作线性变化，且线性变化的速率为t
sp
端点时刻谐振电流变化速率的平均值。
[0019]进一步地，所述改进时域分析方法具体包括：
[0020]步骤S21：获得所控制的LLC串联谐振变换器运行时的具体软硬件参数，包括：
[0021]谐振电感L
r
，励磁电感L
m
，谐振电容C
r
，变压器变比n，开关频率f
s
，移相角θ，输入电压V
i
，输出电压V
o
，输出电流I
o
；其中，V
i
、V
o
、I
o
至少应获得到其中之二；
[0022]步骤S22：计算励磁电流与谐振电容电压初值条件：
[0023][0024]其中，i
Lr
指谐振电感电流瞬时值；v
Cr
指谐振电容电压瞬时值；t
0～2
和t
2～3
分别指t0至t2的时间和t2至t3的时间，t0为一个开关周期初始时刻，t2为前半个开关周期内副边电流断续时刻，为未知数，t3为开关周期的中间时刻；k
23
指谐振电感电流在t2至t3时间段内变化的速率；
[0025]求解方程组(1)以获得励磁电流初值i
Lr
(t0)和谐振电容电压初值v
Cr
(t0)；
[0026]步骤S23：根据电路运行情况，列出i
Lr
和v
Cr
在t0至t3时间段内满足的微分方程，结合式(1)中的初值条件，求解得到i
Lr
和v
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取电路硬件参数以及输入输出参数范围，包括：谐振电感L
r
，谐振电容C
r
，变压器T
x
的原边励磁电感L
m
，变压器匝比n，原边开关管输出电容C
oss
，输入电压V
i
变化范围，输出电压V
o
变化范围，以及输出电流I
o
变化范围；步骤S2：使用改进的时域分析方法分别计算不同输入输出参数情况下，混合控制LLC谐振变换器驱动信号相位超前和滞后的桥臂开关管的关断时刻的电流i
off
；所述改进时域分析方法包括：列写出半个开关周期内，不同时段谐振电流i
Lr
、励磁电流i
Lm
与谐振电容电压v
Cr
所满足的方程，并结合稳态时全桥LLC谐振变换器谐振波形的对称性，求解出任意时刻的谐振电流i
Lr
、励磁电流i
Lm
与谐振电容电压v
Cr
；步骤S3：根据开关管寄生电容C
eq
以及关断电流i
off
，计算得到不同输入输出参数情况下原边开关管实现零电压开通所需的最短死区时间t
dead_min
；其中，最短死区时间计算方法为C
oss
为开关管寄生输出电容；步骤S4：使用简单的拟合函数模型f(f
s
,θ)拟合最短死区时间t
dead_min
与开关频率f
s
和移相角θ的函数关系，求解出拟合函数模型中的待定参数；步骤S5：将求解好的拟合函数模型f(f
s
,θ)写入嵌入式控制器，并在电路运行时实时计算，得到此工况下原边各个的开关管实现零电压开通所需最短死区时间；步骤S6：给步骤S5计算获得的最短死区时间增加合适的裕度后，将最终死区时间信号传输至PWM发生器，并通过驱动电路控制原边开关管的死区时间。2.根据权利要求1所述的混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，其特征在于：所述改进时域分析方法中，在励磁电感L
m
,谐振电感L
r
与谐振电容C
r
共同谐振的时间段t
sp
内，将谐振电流视作线性变化，且线性变化的速率为t
sp
端点时刻谐振电流变化速率的平均值。3.根据权利要求1或2所述的混合控制LLC串联谐振变换器变死区控制方法，其特征在于：所述改进时域分析方法具体包括：步骤S21：获得所控制的LLC串联谐振变换器运行时的具体软硬件参数，包括：谐振电感L
r...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛行奎，张彬意，郑嘉冬，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：