一种LLC拓扑的限流电路制造技术

本发明专利技术公开了一种LLC拓扑的限流电路，包括：限流变压器T2、二极管D1、二极管D2、谐振电感、谐振电容、全桥LLC拓扑电路和变压器T1；限流变压器T2的原边的两端连接谐振电容的两端，限流变压器T2副边通过二极管D1、二极管D2连接电压输入端，二极管D1和二极管D2的负极连接电压输入端；全桥LLC拓扑电路的一端连接谐振电感，谐振电感与谐振电容串接，谐振电容的正极连接谐振电感，谐振电容的负极连接变压器T1的原边的一端；全桥LLC拓扑结构的另一端连接变压器T1的原边的另一端。采用本发明专利技术的方案电路简单可靠，成本低。不需要软件参与，简化了系统的难度。不会带来由于电流突变导致的电压应力。增强了系统带过载的动态响应能力。力。增强了系统带过载的动态响应能力。力。增强了系统带过载的动态响应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种LLC拓扑的限流电路


[0001]本专利技术涉及限流电路
，具体涉及一种LLC拓扑的限流电路。

技术介绍

[0002]全桥LLC拓扑常用的限流方案有以下几种：1、通过加快反馈电路的速度，迅速调高频率和调小占空比。2、通过采样主回路电流，封闭驱动。这两种业界通用的方案都存在共同的缺点：1、不适合软件控制的系统。2、LLC在开关管驱动剧烈变化的过程中会存在很大的电压应力，导致开关管应力超标。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种LLC拓扑的限流电路，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0004]本专利技术提供一种LLC拓扑的限流电路，包括：限流变压器T2、二极管D1、二极管D2、谐振电感、谐振电容、全桥LLC拓扑电路和变压器T1；限流变压器T2的原边的两端连接谐振电容的两端，限流变压器T2副边通过二极管D1、二极管D2连接电压输入端，二极管D1和二极管D2的负极连接电压输入端；全桥LLC拓扑电路的一端连接谐振电感，谐振电感与谐振电容串接，谐振电容的正极连接谐振电感，谐振电容的负极连接变压器T1的原边的一端；全桥LLC拓扑结构的另一端连接变压器T1的原边的另一端。
[0005]优选的，限流变压器T2是用来钳位谐振电容Cr上的谐振电压Vcr，当Vcr大于输入电压Vin时二极管D1、D2 导通；谐振电容Cr上的电压Vcr被钳位到和n*Vin相同的电位，n为限流变压器T2的匝比。
[0006]优选的，加载负载时，限流电路等效结构包括：电池的正极连接谐振电感Lr，谐振电感Lr的另一端连接变压器T1的原边的一端；电池的负极连接电池内阻，电池内阻连接谐振电容Cr的正极，谐振电容Cr的负极连接变压器T1的原边的另一端；谐振电容Cr的正极连接限流变压器T2的原边内阻，限流变压器T2的原边内阻的另一端连接限流变压器T2的漏感，限流变压器T2的漏感的另一端连接限流变压器T2的原边的一端，限流变压器T2的原边的另一端连接谐振电容Cr的负极；限流变压器T2的原边的两端与限流变压器T2的副边等效电阻并联。
[0007]优选的，当谐振电容Cr的谐振电压Vcr >n*Vbat时，二极管D1、D2 导通，限流变压器T2为理想变压器，限流变压器T2的漏感LiT2=0，限流变压器T2的原边内阻RT2=0，限流变压器T2的副边等效电阻RL1=0，谐振电容Cr被电池内阻Rs短路，谐振电容Cr上的电压为n*Vbat，Vbat为电池电压，n为限流变压器T2的匝比，通过限制谐振电容电压的最大值进行限流。
[0008]优选的，还包括全桥LLC拓扑电路的时域分析模型，用于对全桥LLC拓扑电路的动态过程进行分析；
所述时域分析模型是通过分析全桥LLC拓扑电路的基本工作模态及其在不同开关频率和负载条件下的工作模式，并基于状态平面轨迹分析方法，建立各个工作模态之间的过渡判据，求解不同工作模式下的模态持续时间和输出电压增量，从而建立起基于模态迭代的时域分析模型。
[0009]优选的，所述过渡判据包括：在不同工作模式下，存在不同的模态过渡过程，不同模态的过渡需要利用状态变量的瞬时值判据来分析；设定全桥LLC拓扑电路当前所处的模态，通过判断条件进行下一模态的判断；所述判断条件包括：对谐振电流时间变化率的值进行比较，将谐振时间变化率最大的后续模态设定为新模态。
[0010]优选的，所述输出电压增量包括：在每个模态的轨迹运算中，根据轨迹圆心的位置，得到轨迹半径；轨迹圆心由输出电压决定，在每半个开关周期的多个模态的运算中，假定输出电压近似不变，在每半个开关周期结束后，更新输出电压值，带动状态轨迹的运动，直至输出电压进入稳态，状态轨迹处于稳定状态；采用下述方式计算每半个开关周期的输出电压增量的表达式：选取副边第一整流管开始导通时刻到第二整流管开始换流导通时刻之间的时间作为半个开关周期，在该半个开关周期内，设置轨迹起点和轨迹终点，轨迹起点为起始时刻对应原边励磁电流的负峰值，轨迹终点为末时刻对应励磁电流的正峰值，励磁电流波形正负对称，励磁电流在半个开关周期内的积分为零；在完成半个开关周期的模态运算后，轨迹起点与轨迹终点的谐振电容电压值为已知值，根据输出电压在半个开关周期内的增量与根据谐振电流与谐振电容电压的关系，计算得出输出电压的增量值。
[0011]优选的，所述时域分析模型还包括：频率时间常数优化单元，用于基于时域分析模型计算出电路开环调频软启动过程中的谐振电流最大值；迭代计算单元，用于结合迭代算法获得了最优的开环调频启动方法的频率时间常数，使得启动过程的谐振电流最大值刚好满足限流值的约束，同时保证输出电压的响应速度。
[0012]优选的，所述迭代计算单元包括：初始化子单元，用于初始化电路方程中的谐振电容电压、谐振电流、输出电压等状态量为零，设定启动开关频率，设定初始的频率时间常数；运算子单元，用于进行半个开关周期内的模态运算，并得到输出电压增量及半个周期内的谐振电流峰值，进而更新当前计算时间及对应的输出电压、开关频率；第一判断子单元，用于判断输出电压是否进入稳态：未进入稳态，则继续执行运算子单元的运算操作；若进入稳态，则计算整个启动过程中的谐振电流最大值；第二判断子单元，用于判断谐振电流最大值是否大于等于限流值，若否，则根据当前启动过程中的谐振电流最大值与设定限流值的大小关系，对应地增加或减小频率时间常数，并重新进入初始化子单元进行初始化操作，重新开始迭代运算；若是，则迭代运算结束，当前的频率时间常数为最优值。
[0013]优选的，所述全桥LLC拓扑电路的还包括：全桥LLC拓扑电路的闭环限流模型；所述闭环限流模型包括：在状态平面轨迹上，轨迹的圆心反映了输出电压的大小，轨迹的半径反映了谐振电流幅值的大小，轨迹转过的弧度反映了开关周期的时间；基于状
态轨迹建立输出电压、谐振电流大小、开关频率的关系；在正常运行工况下，输出电压经调节器得到开关频率控制量，闭环调控输出电压；在软启动、输出加重载、输出过载运行工况下，输出电压经电压
‑
频率调节器得到与限流值对应的开关频率，与限流值对应的开关频率大于开关频率控制量，限流环开始工作，限制谐振电流的最大值保持在限流值运行；在软启动和突加负载工况下，输出电压将逐渐上升到指令值，最终使与限流值对应的开关频率小于开关频率控制量，限流环退出工作，转入正常的闭环稳压调节；在过载工况下，由于限流环作用，输出电压将被限制在与负载电阻对应的电压值下，与限流值对应的开关频率大于开关频率控制量，全桥LLC拓扑电路一直运行于限流工况下。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供一种LLC拓扑的限流电路，包括：限流变压器T2、二极管D1、二极管D2、谐振电感、谐振电容、全桥LLC拓扑电路和变压器T1；限流变压器T2的原边的两端连接谐振电容的两端，限流变压器T2副边通过二极管D1、二极管D2连接电压输入端，二极管D1和二极管D2的负极连接电压输入端；全桥LLC拓扑电路的一端连接谐振电感，谐振电感与谐振电容串接，谐振电容的正极连接谐振电感，谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，包括：限流变压器T2、二极管D1、二极管D2、谐振电感、谐振电容、全桥LLC拓扑电路和变压器T1；限流变压器T2的原边的两端连接谐振电容的两端，限流变压器T2副边通过二极管D1、二极管D2连接电压输入端，二极管D1和二极管D2的负极连接电压输入端；全桥LLC拓扑电路的一端连接谐振电感，谐振电感与谐振电容串接，谐振电容的正极连接谐振电感，谐振电容的负极连接变压器T1的原边的一端；全桥LLC拓扑结构的另一端连接变压器T1的原边的另一端。2.根据权利要求1所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，限流变压器T2是用来钳位谐振电容Cr上的谐振电压Vcr，当Vcr大于输入电压Vin时二极管D1、D2 导通；谐振电容Cr上的谐振电压Vcr被钳位到和n*Vin相同的电位，n为限流变压器T2的匝比。3.根据权利要求1所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，加载负载时，限流电路等效结构包括：电池的正极连接谐振电感Lr，谐振电感Lr的另一端连接变压器T1的原边的一端；电池的负极连接电池内阻，电池内阻连接谐振电容Cr的正极，谐振电容Cr的负极连接变压器T1的原边的另一端；谐振电容Cr的正极连接限流变压器T2的原边内阻，限流变压器T2的原边内阻的另一端连接限流变压器T2的漏感，限流变压器T2的漏感的另一端连接限流变压器T2的原边的一端，限流变压器T2的原边的另一端连接谐振电容Cr的负极；限流变压器T2的原边的两端与限流变压器T2的副边等效电阻并联。4.根据权利要求3所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，当谐振电容Cr的谐振电压Vcr >n*Vbat时，二极管D1、D2 导通，限流变压器T2为理想变压器，限流变压器T2的漏感LiT2=0，限流变压器T2的原边内阻RT2=0，限流变压器T2的副边等效电阻RL1=0，谐振电容Cr被电池内阻Rs短路，谐振电容Cr上的电压为n*Vbat，Vbat为电池电压，n为限流变压器T2的匝比，通过限制谐振电容电压的最大值进行限流。5.根据权利要求1所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，还包括全桥LLC拓扑电路的时域分析模型，用于对全桥LLC拓扑电路的动态过程进行分析；所述时域分析模型是通过分析全桥LLC拓扑电路的基本工作模态及其在不同开关频率和负载条件下的工作模式，并基于状态平面轨迹分析方法，建立各个工作模态之间的过渡判据，求解不同工作模式下的模态持续时间和输出电压增量，从而建立起基于模态迭代的时域分析模型。6.根据权利要求5所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，所述过渡判据包括：在不同工作模式下，存在不同的模态过渡过程，不同模态的过渡需要利用状态变量的瞬时值判据来分析；设定全桥LLC拓扑电路当前所处的模态，通过判断条件进行下一模态的判断；所述判断条件包括：对谐振电流时间变化率的值进行比较，将谐振时间变化率最大的后续模态设定为新模态。7.根据权利要求5所述的一种LLC拓扑的限流电路，其特征在于，所述输出电压增量包括：在每个模态的轨迹运算中，根据轨迹圆心的位置，得到轨迹半径；轨迹圆心由输出电压决定，在每半个开关周期的多个模态的运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾海峰，罗平东，
申请(专利权)人：深圳市泰昂能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：