一种LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种LLC谐振变换器，包括：原边电路、变压器T、副边电路和控制装置；其中：控制装置包括：输入电压信号获取电路、判断电路和拓扑调节电路；输入电压信号获取电路获取表征LLC谐振变换器输入电压大小的第一电压信号；判断电路将第一电压信号与设定电压值进行比较，输出比较结果至拓扑调节电路；拓扑调节电路包括频率调节电路和脉宽调节电路，拓扑调节电路依据比较结果输出驱动信号，控制四个开关管的导通和关断，使得LLC谐振变换器在半桥LLC拓扑和全桥LLC拓扑之间切换时，除了由频率调节电路依据LLC谐振变换器的环路反馈调节驱动信号的频率实现闭环控制，使得输出电压稳定，还分阶段对各驱动信号波形进行优化设计，使得切换更加平滑可靠。使得切换更加平滑可靠。使得切换更加平滑可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种LLC谐振变换器


[0001]本专利技术涉及开关变换器领域，具体地说是涉及一种LLC谐振变换器。

技术介绍

[0002]随着电力电子领域的发展，开关变换器应用越来越广泛。人们对开关变换器提出更多要求：高可靠性、高效率、小体积、宽输入电压范围。LLC谐振变换器具有诸多优点，比如低噪声、低应力、开关损耗低等。然而传统LLC谐振变换器一般需要通过改变开关频率实现输出电压的调节，当输入电压范围较宽时，开关频率需要在很宽的范围内变化，当频率太低时，很难实现零电压开通(ZVS)，当频率太高时，很难实现零电流关断；同时，较宽的频率范围给变压器的设计和电路的控制都带来了极大的困难。
[0003]目前已有较多学者研究通过改变控制方式以提高LLC谐振变换器的增益，拓宽其输入电压的范围。其典型例子是设计半桥LLCPFM控制模式、全桥LLCPWM控制模式或其他控制模式，并使LLC谐振变换器在这些不同的控制模式之间切换，以提升其输入电压的范围。但是，在控制模式切换时，涉及较大的瞬态变化，若不能用合适的手段进行切换，将会导致电路不能稳定工作。
[0004]MilanM.等人发表的《On
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the
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FlyTopology
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MorphingControlEfficiency OptimizationMethodforLLCResonantConvertersOperatinginWideInputand/orOutput VoltageRange》(参考文献1，另有相关专利US9263960B2)描述了一种对工作于宽输入电压或输出电压范围的LLC谐振变换器进行动态拓扑变形的方法。具体过渡过程为，在FB工作过程中，所有开关工作频率可变，占空比为50％。在切换过程中，开关S1和S2继续以可变的开关频率和50％的占空比工作，以使输出保持在期望值，同时使开关S3的占空比从50％单调增加到100％，开关S4的占空比从50％减少到0％。其模式切换过程时序图如附图1所示，由附图1可见，其方案的“使开关S3的占空比从50％单调增加到100％”和“开关S4的占空比从50％减少到0％”是同时进行的，在实际操作时，会导致切换过程中有较长的时间不能实现ZVS(零电压开通)，若输入电压较高，会有较大的瞬态的电压应力，导致电路容易出现可靠性问题。
[0005]专利号CN113612394A(参考文献2)提出了一种全桥CLLC谐振变换器的拓扑切换方法及装置，当输出电压低于半桥拓扑的最高输出电压时，变换器保持半桥拓扑不变。当输出电压低于全桥拓扑的最低输出电压时，进行全桥拓扑切换至半桥拓扑的过程。超前桥臂开关管继续进行调频控制，滞后桥臂开关管进行降压调宽控制，滞后桥臂开关管和超前桥臂开关管的频率相同。滞后桥臂开关管进行降压调宽控制中，两个滞后桥臂开关管中的一个的占空比逐渐下降至0，达到常开状态，另一个的占空比逐渐上升至100％，达到常关状态。其切换过程时序图如附图2所示，由附图2可见，其方案的Sp3驱动和Sp4驱动一直处于互补状态，即“两个滞后桥臂开关管中的一个的占空比逐渐下降至0，达到常开状态”和“另一个的占空比逐渐上升至100％，达到常关状态”是同时进行的，在实际操作时，也会导致切换过程中出现上文提及的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种LLC谐振变换器，既能提高变换器的电压增益范围，又能使控制模式切换简单可靠。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：
[0008]一种LLC谐振变换器，包括：原边电路、变压器T、副边电路和控制装置；其中：
[0009]所述原边电路包括：全桥连接的四个开关管、谐振电容Cr和谐振电感Lr；所述四个开关管中位于左侧上桥臂的为开关管S1、位于左侧下桥臂的为开关管S2、位于右侧上桥臂的为开关管S3、位于右侧下桥臂的为开关管S4；
[0010]所述控制装置包括：输入电压信号获取电路、判断电路和拓扑调节电路；所述输入电压信号获取电路用于获取表征所述LLC谐振变换器输入电压大小的第一电压信号；所述判断电路用于将所述第一电压信号与第一设定电压值进行比较，输出比较结果至所述拓扑调节电路；所述拓扑调节电路包括频率调节电路和脉宽调节电路，所述拓扑调节电路用于依据所述比较结果输出驱动信号，控制所述四个开关管的导通和关断，使得所述LLC谐振变换器工作于四种模态：
[0011]模态一，当所述第一电压信号≥所述第一设定电压值时，所述LLC谐振变换器为半桥LLC拓扑，且所述脉宽调节电路保持所述驱动信号的占空比不变，由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制；
[0012]模态二，当所述第一电压信号＜所述第一设定电压值时，所述LLC谐振变换器为全桥LLC拓扑，且所述频率调节电路保持所述驱动信号的频率不变，由所述占空比调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的占空比实现闭环控制；
[0013]模态三，当所述第一电压信号从≥所述第一设定电压值向＜所述第一设定电压值变化时，所述LLC谐振变换器从半桥LLC拓扑切换到全桥LLC拓扑，切换时由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制，且包括下面两个阶段：
[0014]第一阶段，所述开关管S3的驱动信号保持常关状态，所述开关管S4的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S1相同，通过使所述开关管S4的驱动信号的下降沿逐渐左移减小其占空比，直到所述开关管S4的占空比和所述开关管S1的占空比相同；
[0015]第二阶段，所述开关管S4的驱动信号保持和所述开关管S1相同，所述开关管S3的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S2相同，通过使所述开关管S3的驱动信号的下降沿逐渐右移增大其占空比，直到所述开关管S3的占空比和所述开关管S2的占空比相同；
[0016]模态四，当所述第一电压信号从＜所述第一设定电压值向≥所述第一设定电压值变化时，所述LLC谐振变换器从全桥LLC拓扑切换到半桥LLC拓扑，切换时由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制，且包括下面两个阶段：
[0017]第一阶段，所述开关管S3的驱动信号保持和所述开关管S1相同，所述开关管S3的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S2相同，通过使所述开关管S3的驱动信号的下降沿逐渐左移减小其占空比，直到所述开关管S3为常关状态；
[0018]第二阶段，所述开关管S3的驱动信号保持常关状态，所述开关管S4的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S1相同，通过使所述开关管S4的驱动信号的下降沿逐渐右移增大
其占空比，直到所述开关管S4为常开状态；
[0019]其中，所述模态三和所述模态四可以任意具有其一，或者两者都具有。
[0020]优选地，其中，控制所述四个开关管的导通和关断，使得当所述第一电压信号≥所述第一设定电压值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器，其特征在于，包括：原边电路、变压器T、副边电路和控制装置；其中：所述原边电路包括：全桥连接的四个开关管、谐振电容Cr和谐振电感Lr；所述四个开关管中位于左侧上桥臂的为开关管S1、位于左侧下桥臂的为开关管S2、位于右侧上桥臂的为开关管S3、位于右侧下桥臂的为开关管S4；所述控制装置包括：输入电压信号获取电路、判断电路和拓扑调节电路；所述输入电压信号获取电路用于获取表征所述LLC谐振变换器输入电压大小的第一电压信号；所述判断电路用于将所述第一电压信号与第一设定电压值进行比较，输出比较结果至所述拓扑调节电路；所述拓扑调节电路包括频率调节电路和脉宽调节电路，所述拓扑调节电路用于依据所述比较结果输出驱动信号，控制所述四个开关管的导通和关断，使得所述LLC谐振变换器工作于四种模态：模态一，当所述第一电压信号≥所述第一设定电压值时，所述LLC谐振变换器为半桥LLC拓扑，且所述脉宽调节电路保持所述驱动信号的占空比不变，由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制；模态二，当所述第一电压信号＜所述第一设定电压值时，所述LLC谐振变换器为全桥LLC拓扑，且所述频率调节电路保持所述驱动信号的频率不变，由所述占空比调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的占空比实现闭环控制；模态三，当所述第一电压信号从≥所述第一设定电压值向＜所述第一设定电压值变化时，所述LLC谐振变换器从半桥LLC拓扑切换到全桥LLC拓扑，切换时由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制，且包括下面两个阶段：第一阶段，所述开关管S3的驱动信号保持常关状态，所述开关管S4的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S1相同，通过使所述开关管S4的驱动信号的下降沿逐渐左移减小其占空比，直到所述开关管S4的占空比和所述开关管S1的占空比相同；第二阶段，所述开关管S4的驱动信号保持和所述开关管S1相同，所述开关管S3的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S2相同，通过使所述开关管S3的驱动信号的下降沿逐渐右移增大其占空比，直到所述开关管S3的占空比和所述开关管S2的占空比相同；模态四，当所述第一电压信号从＜所述第一设定电压值向≥所述第一设定电压值变化时，所述LLC谐振变换器从全桥LLC拓扑切换到半桥LLC拓扑，切换时由所述频率调节电路依据所述LLC谐振变换器的环路反馈调节所述驱动信号的频率实现闭环控制，且包括下面两个阶段：第一阶段，所述开关管S3的驱动信号保持和所述开关管S1相同，所述开关管S3的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S2相同，通过使所述开关管S3的驱动信号的下降沿逐渐左移减小其占空比，直到所述开关管S3为常关状态；第二阶段，所述开关管S3的驱动信号保持常关状态，所述开关管S4的驱动信号的上升沿保持和所述开关管S1相同，通过使所述开关管S4的驱动信号的下降沿逐渐右移增大其占空比，直到所述开关管S4为常开状态；其中，所述模态三和所述模态四可以任意具有其一，或者两者都具有。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志燊，李斌华，吴辉，
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：