一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统，其第一控制环、第二控制环、第一滤波器以及前馈控制模块。其中，第一控制环用于控制LLC谐振变换器的最终输出量，第二控制环用于控制LLC谐振变换器的原边谐振腔电流或副边整流后电流，第一滤波器用于对原边谐振腔电流或副边整流后电流进行调理，以及前馈控制模块连接至第二控制环，以在第二控制环的输入中增加电流前馈，进而减轻外环参数压力，减小双环参数调试难度，提高系统响应速度。提高系统响应速度。提高系统响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及谐振变换器
，特别涉及一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统及方法。

技术介绍

[0002]谐振变换器是指利用电路中电感和电容等谐振元件在发生谐振时电流和电压周期性过零的特性，使开关器件可以实现零电压(ZVS)或零电流(ZCS)开关，即软开关，由此使得开关电源趋于高频化和小型化。因此，谐振变换器在高频开关电源场合得到了广泛应用。常用的DC
‑
DC谐振变换器工作原理为，直流输入电压经过开关桥臂后产生方波电压，加在谐振腔两端，使谐振回路产生谐振，谐振腔输出的谐振电压或谐振电流经过整流滤波后转变为直流提供给负载，从而实现DC
‑
DC变换。
[0003]LLC谐振变换器是目前应用较为广泛的一种谐振变换器。LLC谐振变换器一般采用单电压环控制策略。由于LLC谐振变换器具有高阶、强非线性的特点，其小信号模型在不同工况下变化显著，因此为了满足稳定性要求，单电压控制回路通常按最坏工况设计，这导致带宽低，动态性能差。为了提高LLC谐振变换器的动态性能，改善单电压控制对于一次侧输入电压变化的响应速度，在一些方法中还进一步地采用了平均电流控制，具体而言，是对谐振电流进行平均采样，然后纳入控制之中，以控制流入变压器的电流。
[0004]但是，LLC平均电流控制精确建模难度较大，且双环参数的设计困难，双环配合调试难度大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的部分或全部问题，本专利技术一方面提供一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统，包括：
[0006]第一控制环，用于控制外环控制量，即最终输出量；
[0007]第二控制环，用于控制内环控制量，包括原边谐振腔电流i res
或副边整流后电流i
rec
；
[0008]第一滤波器，用于对所述原边谐振腔电流i
res
或副边整流后电流i
rec
进行调理；以及
[0009]前馈控制模块，其用于在所述第二控制环的输入中增加电流前馈。
[0010]进一步地，所述前馈控制模块的输入为平均电流的计算值。
[0011]进一步地，所述平均电流的计算值根据LLC谐振变换器的匝比、串联谐振频率、激磁电感、开关频率以及输出电流、输出电压计算得到。
[0012]进一步地，所述前馈控制模块包括：
[0013]滤波器，用于对电流进行滤波；和/或
[0014]比例模块，用于按照预设比例系数对电流进行缩放。
[0015]进一步地，所述滤波器的截止频率与平均电流采样的硬件滤波器相同。
[0016]进一步地，所述滤波器的截止频率与平均电流采样的硬件滤波器不相同。
[0017]进一步地，所述比例系统大于等于0。
[0018]进一步地，所述比例系数不大于1。
[0019]基于如前所述的平均电流控制系统，本专利技术另一方面提供一种LLC谐振变换器的平均电流控制方法，包括：
[0020]计算平均电流的计算值；
[0021]对所述平均电流的计算值进行调整，包括滤波和/或比例缩放；以及
[0022]将经过数值调整后的平均电流理论值输入到内环控制环的输入。
[0023]进一步地，当采样原边谐振腔电流i
res
控制时，所述平均电流的计算值i
c
计算如下：
[0024][0025]其中，
[0026]N为LLC谐振变换器中线圈的匝比；
[0027]I
o
为最终的输出电流；
[0028]f
r
为LLC谐振变换器的串联谐振频率，由原边的谐振电容及等效电感确定；
[0029]f
s
为LLC谐振变换器的开关频率；
[0030]V
out
为最终输出电压；以及
[0031]L
m
为LLC谐振变换器的激磁电感。
[0032]进一步地，当采用采样副边整流后电流i
rec
控制时，则所述平均电流的理论值i
c
计算如下：
[0033][0034]其中，
[0035]I
o
为最终的输出电流；
[0036]f
r
为LLC谐振变换器的串联谐振频率，由原边的谐振电容及等效电感确定；以及
[0037]f
s
为LLC谐振变换器的开关频率。
[0038]本专利技术提供的一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统及方法，在LLC平均电流控制建模不准的情况下，通过加入理论计算得到的平均电流前馈以减轻外环参数压力，减小双环参数调试难度，提高系统响应速度。
附图说明
[0039]为进一步阐明本专利技术的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0040]图1示出一种采用半波整流的半桥LLC拓扑的结构示意图；
[0041]图2示出本专利技术一个实施例的一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统的结构示意图；
[0042]图3示出本专利技术一个实施例的一种LLC谐振变换器的平均电流控制方法的流程示意图；以及
[0043]图4a及4b分别示出现有技术及采用本专利技术一个实施例的一种LLC谐振变换器的平均电流控制方法的仿真波形。
具体实施方式
[0044]以下的描述中，参考各实施例对本专利技术进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构或操作以免模糊本专利技术的专利技术点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量和配置，以便提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，本专利技术并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
[0045]在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
[0046]为了提高LLC谐振变换器的动态性能，目前很多LLC拓扑，例如半桥LLC和全桥LLC中均加入了谐振电流平均值控制。其中，若副边采用全波整流，则可以通过采样原边谐振腔电流、副边谐振腔电流或副边整流后电流作为平均电流环的控制量；以及若副边采用半波整流，则可以通过采样原边谐振腔电流或副边整流后电流作为控制量。其中，采用原边谐振腔电流或副边谐振腔电流作为控制量时，需要将采样电流经过整流并滤波后才可作为最终控制量，而副边整流后电流只需滤波即作为最终控制量。图1示出一种采用半波整流的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器的平均电流控制系统，其特征在于，包括：第一控制环，其被配置为控制LLC谐振变换器的最终输出量；第二控制环，其被配置为控制LLC谐振变换器的原边谐振腔电流或副边整流后电流；第一滤波器，其被配置为对所述原边谐振腔电流或副边整流后电流进行调理；以及前馈控制模块，其被配置为在所述第二控制环的输入中增加电流前馈。2.如权利要求1所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述前馈控制模块的输入为平均电流的计算值。3.如权利要求2所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述平均电流的计算值根据所述LLC谐振变换器的匝比、串联谐振频率、激磁电感、开关频率以及输出电流、输出电压计算得到。4.如权利要求1所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述前馈控制模块包括：滤波器，其被配置为对电流进行滤波；和/或比例模块，其被配置为按照预设比例系数对电流进行缩放。5.如权利要求4所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述滤波器的截止频率与平均电流采样的硬件滤波器相同。6.如权利要求4所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述滤波器的截止频率与平均电流采样的硬件滤波器不相同。7.如权利要求4所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述比例系数大于等于0。8.如权利要求7所述的平均电流控制系统，其特征在于，所述比例系数不大于1。9.一种L...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢维，李大伟，刘斌，乔凯，李科滨，
申请(专利权)人：华大半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：