一种谐振变换器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振变换器的宽增益控制方法，通过设定切换阈值将输入电压分为两个区间；当输入电压大于设定阈值时，若变换器工作在全桥模态，则调用全桥切半桥过渡过程驱动脉冲，然后调至半桥模态进行驱动时序闭环控制；当输入电压小于设定阈值时，若变换器工作在半桥模态下，则调用半桥切全桥过渡过程驱动脉冲，然后调至全桥模态进行驱动时序闭环控制。本发明专利技术控制方法在有效拓宽变换器电压增益的同时，通过插入过渡过程驱动脉冲，实现了全半桥模态之间的平滑切换，优化输出电压过欠冲，同时保证功率半导体器件的软开关特性，避免切换过程功率半导体器件电压应力上升及EMI性能差问题，具有极高的实用性和可靠性。具有极高的实用性和可靠性。具有极高的实用性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振变换器的控制方法


[0001]本专利技术涉及开关变换器
，具体地说涉及一种谐振变换器的控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子领域迅猛发展，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：高功率密度、高可靠性、高效率、小体积、宽输入电压范围。LLC谐振变换器因其高效率、软开关、以及能够做到更高的功率密度等优势而受到业内人士的青睐。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，当频率太高时，很难实现零电流关闭；同时，较宽的频率给变压器设计和电路控制都带来了极大的困难。因此，较多的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。
[0003]公开号为CN108258910A的中国专利技术专利《一种全桥LLC谐振变换电路及其宽范围输出控制方法》提供的解决方案为：当输出电压Uo大于（Uomax+Uomin）/2时，使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模态下；当输出电压Uo小于（Uomax+Uomin）/2时，使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模态下；在输出电压等于（Uomax+Uomin）/2时，进行全桥工作模态和半桥工作模态的切换，切换方法为对互补动作的桥臂给定初始工作频率；其中，Uomax为额定最大输出电压；Uomin为额定最小输出电压。然而，本方案并未给出初始频率的确定方式，作为技术人员，不难推测其初始频率应为相应工作模态下允许的最高工作频率。且本方案并未关注切换过程对输出电压波动以及器件应力的影响，在不同的的工作状态负载下，该控制方法将会使输出电压波动明显，影响系统性能。
[0004]公开号为CN106411139B的中国专利技术专利《一种宽输出范围LLC变流器的控制方法》提供的解决方案为：半桥LLC工作模态切换到全桥LLC工作模态的过程中，将LLC谐振变换器中各功率器件的工作频率全部提升到全桥LLC工作模态的最高允许工作频率，以实现由半桥LLC工作模态到全桥LLC工作模态的平滑切换。该专利并未说明全桥LLC工作模态切换至半桥LLC工作模态的控制方案，但作为本领域技术人员，不难推出其可能控制方法为：全桥LLC工作模态切换到半桥LLC工作模态的过程中，将LLC谐振变换器中各功率器件的工作频率全部提升到半桥LLC工作模态的最高允许工作频率，以实现由全桥LLC工作模态到半桥LLC工作模态的平滑切换。然而，本方案在全半桥切换时采用变频方式将工作频率升高，作为公知技术常识，电压增益将会降低，此时将影响输出电压的波动，若系统工作在重载情况下，强行升频将使输出电压有较大欠冲，影响系统性能。
[0005]公开号US9263960B2的专利技术专利《Power converters for wide input or output voltage range and control methods thereof》提出全半桥LLC工作模态切换的另一种解决方案：采用逆变电路开关管驱动占空比渐变的方式，实现全桥和半桥之间的切换，使得LLC可实现4:1宽输入电压范围工作。但是该专利所提切换方案在半桥模态下常关闭的逆变电路开关管在切换过程中无法实现ZVS，在实际使用时会产生很大的开通电流，该电流与
PCB走线电感发生谐振会导致原边开关管的电压应力上升；同时由于逆变电路开关管的硬开通，还会在功率回路中产生较大的电流和电压尖峰，导致产品EMI性能变差；另外，该专利提出的切换方案即使可以实现全半桥切换，但频率变化范围较大，最低工作频率约为最高工作频率的1/4，不利于变压器的高功率密度设计。
[0006]基于以上研究，为了拓宽谐振变换器的电压增益，最有效的方式就是控制变换器在全半桥之间切换运行。但是如何能够实现全半桥模态间的平滑切换，且保证切换过程中所有逆变电路开关管均可以实现ZVS，还有待研究。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是：提出一种谐振变换器的宽增益控制方法，在保证谐振变换器输出电压增益范围较宽的情况下，实现全半桥模态之间的平滑切换，并保证切换过程中功率半导体器件的软开关特性，不影响输出稳定性。
[0008]解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]根据本专利技术实施例的一方面，提供一种谐振变换器的控制方法，谐振变换器包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、谐振电容以及谐振电感，开关管Q1、开关管Q2串联组成第一桥臂，开关管Q3、开关管Q4组成串联第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联；谐振变换器的控制方法，包括：
[0010]在谐振变换器的输入电压大于切换阈值，且谐振变换器工作在全桥模态的情况下，控制谐振变换器执行全桥切半桥过渡过程，以使得谐振变换器由全桥模态切换至半桥模态；其中，全桥切半桥过渡过程中，开关管Q1的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的0.75至1.75倍；开关管Q2的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的1.25至2.5倍；开关管Q3保持关闭；开关管Q4保持导通；
[0011]在输入电压小于切换阈值，且谐振变换器工作在半桥模态的情况下，控制谐振变换器执行半桥切全桥过渡过程，以使得谐振变换器从半桥模态切换至全桥模态；其中，半桥切全桥过渡过程中：开关管Q1的驱动脉冲宽度为谐振变换器工作在半桥模态时开关管Q1驱动脉冲宽度的0.75至1.75倍；开关管Q2的驱动脉冲宽度为半桥工作模态时开关管Q2驱动脉冲宽度的1.25至2.5倍；开关管Q3关闭；开关管Q4与开关管Q1同时关闭。
[0012]可选地，全桥切半桥过渡过程，开关管Q1至开关管Q6的驱动脉冲具有1个或者多个周期；半桥切全桥过渡过程中，开关管Q1至开关管Q6的驱动脉冲具有1个或者多个周期。
[0013]可选地，谐振变换器还包括由开关管Q5和开关管Q6组成的钳位支路，在全桥切半桥过渡过程中，开关管Q5的驱动脉冲与开关管Q1的驱动脉冲互补，开关管Q6的驱动脉冲与开关管Q2的驱动脉冲互补；在半桥切全桥过渡过程中，开关管Q5的驱动脉冲与开关管Q1的驱动脉冲互补，开关管Q6的驱动脉冲与开关管Q2的驱动脉冲互补。
[0014]可选地，切换阈值处于NVo
‑
2NVo之间，并预留滞回回差，N为谐振变换器中变压器原边绕组与副边绕组的匝比，Vo为谐振变换器的输出电压。优选地，切换阈值为1.5*NVo。
[0015]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供一种谐振变换器的控制方法，谐振变换器包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、谐振电容以及谐振电感，开关管Q1、开关管Q2串联组成第一桥臂，开关管Q3、开关管Q4组成串联第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联；谐振变换器的控制方法，包括：
[0016]在谐振变换器的输入电压大于切换阈值，且谐振变换器工作在全桥模态的情况下，控制谐振变换器执行全桥切半桥过渡过程，以使得谐振变换器由全桥模态切换至半桥模态；其中，全桥切半桥过渡过程中，开关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振变换器的控制方法，谐振变换器包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、谐振电容以及谐振电感，开关管Q1、开关管Q2串联组成第一桥臂，开关管Q3、开关管Q4组成串联第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联；其特征在于，所述谐振变换器的控制方法，包括：在谐振变换器的输入电压大于切换阈值，且谐振变换器工作在全桥模态的情况下，控制谐振变换器执行全桥切半桥过渡过程，以使得谐振变换器由全桥模态切换至半桥模态；其中，全桥切半桥过渡过程中，开关管Q1的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的0.75至1.75倍；开关管Q2的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的1.25至2.5倍；开关管Q3保持关闭；开关管Q4保持导通；在输入电压小于切换阈值，且谐振变换器工作在半桥模态的情况下，控制谐振变换器执行半桥切全桥过渡过程，以使得谐振变换器从半桥模态切换至全桥模态；其中，半桥切全桥过渡过程中：开关管Q1的驱动脉冲宽度为谐振变换器工作在半桥模态时开关管Q1驱动脉冲宽度的0.75至1.75倍；开关管Q2的驱动脉冲宽度为半桥工作模态时开关管Q2驱动脉冲宽度的1.25至2.5倍；开关管Q3关闭；开关管Q4与开关管Q1同时关闭。2.根据权利要求1所述的谐振变换器的控制方法，全桥切半桥过渡过程，开关管Q1至开关管Q6的驱动脉冲具有1个或者多个周期；半桥切全桥过渡过程中，开关管Q1至开关管Q6的驱动脉冲具有1个或者多个周期。3.根据权利要求1所述的谐振变换器的控制方法，谐振变换器还包括由开关管Q5和开关管Q6组成的钳位支路，在全桥切半桥过渡过程中，开关管Q5的驱动脉冲与开关管Q1的驱动脉冲互补，开关管Q6的驱动脉冲与开关管Q2的驱动脉冲互补；在半桥切全桥过渡过程中，开关管Q5的驱动脉冲与开关管Q1的驱动脉冲互补，开关管Q6的驱动脉冲与开关管Q2的驱动脉冲互补。4.根据权利要求1所述的谐振变换器的控制方法，其特征在于，切换阈值处于NVo
‑
2NVo之间，并预留滞回回差，N为谐振变换器中变压器原边绕组与副边绕组的匝比，Vo为谐振变换器的输出电压。5.根据权利要求4所述的谐振变换器的控制方法，其特征在于，切换阈值为1.5*NVo。6.一种谐振变换器的控制方法，谐振变换器包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、谐振电容以及谐振电感，开关管Q1、开关管Q2串联组成第一桥臂，开关管Q3、开关管Q4组成串联第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联；其特征在于，所述谐振变换器的控制方法，包括：在谐振变换器的输入电压大于切换阈值，且谐振变换器工作在全桥模态的情况下，控制谐振变换器执行全桥切半桥过渡过程，以使得谐振变换器由全桥模态切换至半桥模态；其中，全桥切半桥过渡过程中，开关管Q1的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的0.75至1.75倍；开关管Q2的驱动脉冲宽度为谐振变换器的谐振周期一半的1.25至2.5倍；开关管Q3保持关闭；开关管Q4保持导通。7.一种谐振变换器的控制方法，谐振变换器包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、谐振电容以及谐振电感，开关管Q1、开关管Q2串联组成第一桥臂，开关管Q3、开关管Q4组成串联第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联；其特征在于，所述谐振变换器的控制方法，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：马守栋，杜鹃，李仲炜，李永昌，
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：