一种抑制输出直流纹波的制造技术

本发明专利技术揭示一种抑制输出直流纹波的

【技术实现步骤摘要】
一种抑制输出直流纹波的LLC谐振变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及开关电源
，具体地，涉及一种抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器及其控制方法
。

技术介绍

[0002]LLC
变换器的输入电压中通常带有两倍工频的电压纹波，如果
LLC
变换器的控制器性能不良，则输入电压纹波很大程度上传递到
LLC
变换器的输出电流中，造成输出电流纹波较大，从而对电池充电产生不利影响
。
[0003]在硬件设计上，传统做法是在
LLC
变换器输出端加入大容量的滤波电容和滤波电感来抑制输出电流纹波，但是造成变换器体积增加，功率密度和效率降低
。
[0004]在控制策略上，已知使用比例积分
(PI)
控制来控制变换器的输出电流，适当增大比例系数和积分系数可以减小两倍工频的电流纹波，但是，过大的比例系数和积分系数会导致系统的不稳定，所以只靠比例积分
(PI)
控制抑制两倍工频纹波的能力有限
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，提供一种抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器及其控制方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，包括：
[0007]S1、
通过采集模块采集主功率电路的输入电压和输出电流，输出电压采样信号及电流采样信号；
[0008]S2、
控制器根据电压采样信号及电流采样信号通过控制算法计算控制信号；
[0009]S3、
将控制信号传递至
PFM
模块并生成相应频率的脉冲信号；
[0010]S4、MOS
驱动电路根据脉冲信号输出驱动信号，分别控制逆变电路中的各个功率开关管的开通和关断
。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，控制算法包括以下步骤：
[0012]S201、
电流采样信号与给定参考电流作差得到误差信号，根据误差信号计算比例积分分量；
[0013]S202、
输入电压最大值和最小值作差得到输入电压纹波峰峰值，根据输入电压波纹峰峰值计算谐振控制分量；
[0014]S203、
电压采样信号与平均输入电压作差得到电压前馈信号，根据电压前馈信号计算电压前馈控制分量；
[0015]S204、
比例积分分量
、
谐振控制分量与电压前馈控制分量相叠加，得到控制信号
。
[0016]根据本专利技术的一实施方式，谐振控制分量的传递函数为：
[0017][0018]式中，
K
R
＝
k
r
U
ipp
是谐振增益，
k
r
是比例系数，
U
ipp
是输入电压纹波峰峰值，
w
c
是谐振带宽角频率，
w0是谐振角频率，
T
s
是谐振控制的采样周期，谐振增益系数
K
R
大小根据输入电压纹波峰峰值
U
ipp
自适应调整
。
[0019]根据本专利技术的一实施方式，电压纹波峰峰值
U
ipp
通过采集输入电压的最大值和最小值作差得到
。
[0020]根据本专利技术的一实施方式，输入电压输入采样模块得到电压采样信号，电压采样信号通过低通滤波器滤去噪声得到含有两倍工频的电压纹波信号，再与输入电压平均值作差得到电压前馈信号，电压前馈信号乘以比例系数得到电压前馈控制分量
。
[0021]本专利技术还提供一种抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器，包括：主功率电路，其主要包括依次连接的逆变电路
、
谐振腔
、
变压器以及整流桥电路；逆变电路包括两个并联的逆变桥臂，每一逆变桥臂包括串接的两个逆变子模块，每一逆变子模块均包括相互并联的功率开关管
、
二极管及电容；
[0022]控制模块，其包括依次电性相连的采样模块
、
控制器
、PFM
模块以及
MOS
驱动电路，且采样模块的输入端与主功率电路电性连接，
MOS
驱动电路的输出端与功率开关管相连；采样模块用于采集主功率电路的输入电压及主功率电路的输出电流，并输出电压采样信号及电流采样信号至控制器；控制器接收电压采样信号与电流采样信号后生成控制信号至
PFM
模块中；
PFM
模块根据该控制信号生成脉冲信号并加载至
MOS
驱动电路；
MOS
驱动电路输出驱动信号控制每一功率开关管
。
[0023]根据本专利技术的一实施方式，
MOS
驱动电路具有多个输出通道，每个输出通道与功率开关管的栅极电性连接
。
[0024]根据本专利技术的一实施方式，谐振腔包括谐振电感
、
谐振电容和励磁电感，谐振电感的一端连接于逆变桥臂的两个逆变子模块之间，其另一端连接于励磁电感，励磁电感的另一端与谐振电容相连，谐振电容的另一端连接于另一逆变桥臂的两个逆变子模块之间，且励磁电感并联于变压器的原边绕组上
。
[0025]根据本专利技术的一实施方式，控制器为
ARM
微控制器
。
[0026]本专利技术的有益效果在于，通过上述方法及
LLC
谐振变换器，将输入电压及输出电流分别转变为电压采样信号及电流采样信号输入至控制器中，通过控制算法计算出控制信号，并经过
PFM
模块及
MOS
驱动电路最后输出驱动信号，使各个功率开关规律性开关，从而有效降低输出电流的电流纹波
。
附图说明
[0027]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
。
在附图中：
[0028]图1为实施例中的抑制输出直流纹波的
LLC
变换器的电路图；
[0029]图2为实施例中的抑制输出直流纹波的
LLC
变换器控制方法的流程示意图；
[0030]图3为实施例中的控制算法结构示意图；
[0031]图4为实施例中的控制算法的流程示意图；
[0032]图5为
LLC
变换器归一化电压增益特性曲线；
[0033]图6为实施例中使用
PI
控制的实验结果图；
[0034]图7为实施例中使用抑制输出直流纹波的
LLC
变换器控制方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，其特征在于：
S1、
通过采集模块采集主功率电路
(1)
的输入电压和输出电流，输出电压采样信号及电流采样信号；
S2、
控制器
(22)
根据电压采样信号及电流采样信号通过控制算法计算控制信号；
S3、
将控制信号传递至
PFM
模块
(23)
并生成相应频率的脉冲信号；
S4、MOS
驱动电路根据脉冲信号输出驱动信号，分别控制逆变电路中的各个功率开关管
(111)
的开通和关断
。2.
根据权利要求1所述的抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述控制算法包括以下步骤：
S201、
所述电流采样信号与给定参考电流作差得到误差信号，根据所述误差信号计算比例积分分量；
S202、
输入电压最大值和最小值作差得到输入电压纹波峰峰值，根据所述输入电压波纹峰峰值计算谐振控制分量；
S203、
所述电压采样信号与平均输入电压作差得到电压前馈信号，根据所述电压前馈信号计算电压前馈控制分量；
S204、
所述比例积分分量
、
所述谐振控制分量与所述电压前馈控制分量相叠加，得到控制信号
。3.
根据权利要求2所述的抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述谐振控制分量的传递函数为：式中，
K
R
＝
k
r
U
ipp
是谐振增益，
k
r
是比例系数，
U
ipp
是输入电压纹波峰峰值，
w
c
是谐振带宽角频率，
w0是谐振角频率，
T
s
是谐振控制的采样周期，所述谐振增益系数
K
R
大小根据所述输入电压纹波峰峰值
U
iop
自适应调整
。4.
根据权利要求3所述的抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述电压纹波峰峰值
U
iop
通过采集输入电压的最大值和最小值作差得到
。5.
根据权利要求2所述的抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器的控制方法，其特征在于，输入电压输入所述采样模块
(21)
得到所述电压采样信号，所述电压采样信号通过低通滤波器滤去噪声得到含有两倍工频的电压纹波信号，再与输入电压平均值作差得到电压前馈信号，所述电压前馈信号乘以比例系数得到所述电压前馈控制分量
。6.
一种基于权利要求1‑5任一所述的抑制输出直流纹波的
LLC
谐振变换器，其特征在于，包括：主功率电路
(1)
，其主要包括依次连接的逆变电路
(11)、
谐振腔

【专利技术属性】
技术研发人员：林世孟，覃祥德，陈盛豪，张君，陆金志，
申请(专利权)人：惠州市超力源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：