一种谐振电路输出特性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振电路输出特性控制方法，通过改变谐振电路中开关管的导通频率和开关管的占空比来调节谐振电路的输出电压，当输出电压要求小于第一设定值时，采用脉冲宽度调制和反脉冲频率调制，反脉冲频率调制是指频率随电压改变的方向与调频控制中频率随电压改变的方向相反的控制方法；当输出电压要求大于第一设定值小于输出电压最大值时，仅采用脉冲频率调制调节输出电压。本发明专利技术的谐振电路输出特性控制方法，在输出电压在较小的取值范围内时，通过脉冲宽度调制配合反脉冲频率调制，可以解决单独采用脉冲宽度调制时需要避开这些随占空比降低输出电压升高的区间和占空比的调节精度很小这两个问题，同时调节过程中还能减小开关管的损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及谐振电路控制方法，特别是涉及。
技术介绍
现有的谐振电路包括串联谐振电路、并联谐振电路、串并联谐振电路、LLC谐振电 路等。谐振电路中，控制开关管调节输出电压时，可通过脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation, PFM)来调节谐振电路的输出电压，也可通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)来调节谐振电路的输出电压，也可同时采用两种调制方法相结合，即脉冲 宽度频率调制(PWM-PFM)来调节谐振电路的输出电压。图1所示，为典型的半桥LLC串联谐振电路，脉冲频率调制PFM调节时，两个开关 管S1、S2互补对称驱动，各导通50%的开关周期。调节两个开关管S1、S2的驱动信号的脉 冲频率即获得需要的输出电压V0。脉冲宽度调制PWM调节时，两个开关管S1、S2间隔导通， 即开关管Sl导通时，开关管S2关断；开关管Sl关断时，开关管S2导通。调节开关管Sl或 S2的驱动信号的脉冲占空比即获得需要的输出电压V0。而脉冲宽度频率调制PWM-PFM调 节时，则是同时改变驱动信号的脉冲频率和脉冲占空比获得需要的输出电压V0。控制开关 管时，选用何种调节方式，根据输出电压VO所在的区间以及调节方式对该区间的输出电压 的调节灵敏度来选取。如下说明调节方式的选取规律。图2a_d所示分别为串联谐振电路、并联谐振电路、串并联谐振电路、LLC谐振电路 的直流增益特性曲线。各图中，Gain表示谐振电路的直流增益，fs表示谐振电路中开关管 的导通频率，fr表示谐振电路的谐振频率，Q表示不同的负载对应的谐振电路的品质因数。 从各图的直流增益特性曲线可以看出，针对不同的负载，即不同的Q值对应的曲线，各谐振 电路的直流增益Gain与开关管的导通频率fs的关系为当开关管的导通频率fs为谐振电 路的谐振频率fr时，谐振电路的直流增益Gain最大，此时谐振电路的输出电压最大。开关 管的导通频率fs取谐振电路的谐振频率fr后，随着开关管的导通频率fs增大，谐振电路 的直流增益Gain下降，即谐振电路的输出电压变小。但当开关管的导通频率fs升高到一 定程度后，特性曲线会变得非常平坦，使得频率变化对输出电压的调节作用变得很弱。而谐 振电路的输出电压也受开关管的占空比的影响，当开关管的导通频率变化对输出电压的调 节作用变弱时，可配合调节开关管的占空比，达到对输出电压的灵敏控制。图3中示出了一种调节谐振电路输出特性的控制方法示意图。图中，Vmax表示直 流增益Gain为1时对应的输出电压，此时的输出电压最大；V表示第一设定值，第一设定值 V—般可从各谐振电路的直流增益曲线中得出，S卩如果有一点，该点之后直流增益特性曲线 变得非常平坦，即该点之后频率fs的变化对输出电压的调节作用会很弱，那么该点对应的 电压值通常作为第一设定值。输出电压VO在区间段时，区间段对应的频率段对 输出电压的调节作用较强，输出电压VO小于第一设定值V时，此时的频率调节作用很弱了。 控制方法si中，当输出电压VO小于Vmax大于第一设定值V时，仅采用脉冲频率调制PFM 控制。因为，此阶段频率fs的变化对输出电压的调节作用很强，仅调节开关管的导通频率fs即可达到调节输出电压的目的。当输出电压VO小于设定值V时，采用脉冲宽度调制PWM 控制。这是因为，当开关管的导通频率升高到一定阶段时，频率变化对输出电压的调节作用 已变弱，利用脉冲频率调制PFM控制已达不到调节输出电压的目的，所以改用脉冲宽度调 制PWM控制调节，调节开关管的占空比d调节输出电压。图3中示出了另一种调节谐振电路输出特性的控制方法示意图。图3中，在第一 设定值V与输出电压最大值Vmax之间还引入第二设定值V’，第二设定值V’具体设定为多 少不作要求，设置在第一设定值V与输出电压最大值Vmax之间即可。控制方法s2与图2中 控制方法si相比，区别在于当输出电压大于第一设定值V小于第二设定值V’时，控制方 法si仅采用了脉冲频率调制PFM的控制方法，而控制方法s2采用了脉冲频率调制PFM和 脉冲宽度调制PWM相结合的控制方法。由于控制方法s2中，输出电压在降到第一设定值V 之前，是经过脉冲频率调制PFM和脉冲宽度调制PWM相结合的控制，所以之后输出电压小于 第一设定值V时的调节过程中对应的开关管的导通频率的固定取值要比控制方法si中小。 而开关管导通频率取值小，对应的开关管的损耗就小，所以控制方法s2相比于控制方法si 的优点就在于控制方法s2中开关管的损耗要小于控制方法si中开关管的损耗。但不论在控制方法sl，还是控制方法s2中，在调节得到较小输出电压的阶段，如 小于第一设定值V时，频率都固定在一个值，而该取值都较大，所以电路中开关管的损耗仍 然较大，影响了其应用的产品的效率。另外，虽然开关管的占空比变化对输出电压的调节很 灵敏，但开关管的占空比与输出电压并非线性关系，随着开关管占空比的下降，输出电压会 先上升后下降。如果单独利用脉冲宽度调制PWM的控制方法，需要避开这些随占空比降低 输出电压上升的区间，那么可利用到的占空比的调节区间就较小。另一方面，由于占空比的 调节区间小，实际调节过程中占空比的调节精度就很小，也不利于操作者的调节操作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种谐振电路输 出特性控制方法，通过扩展调节过程中占空比的调节区间，从而增大占空比的调节精度，方 便实际的调节操作。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决，通过改变谐振电路中开关管的脉冲频率和开 关管的脉冲宽度来调节谐振电路的输出电压，当输出电压小于第一设定值时，采用脉冲宽 度调制PWM和反脉冲频率调制I-PFM相结合的方法来调节输出电压，所述反脉冲频率调制 I-PFM是指频率随电压改变的方向与脉冲频率调制PFM中频率随电压改变的方向相反的控 制方法；当输出电压大于第一设定值小于输出电压最大值时，仅采用脉冲频率调制PFM来 调节输出电压。所述脉冲宽度调制PWM和反脉冲频率调制I-PFM相结合的方法来调节输出电压是 指调节输出电压变小时，减小开关管的脉冲宽度，并减小开关管的脉冲频率；调节输出电 压变大时，增大开关管的脉冲宽度，并增大开关管的脉冲频率。还包括第三设定值，所述第三设定值小于所述第一设定值；当输出电压小于第三 设定值时，仅采用脉冲宽度调制PWM来调节输出电压；当输出电压大于第三设定值小于第 一设定值时，采用脉冲宽度调制PWM和反脉冲频率调制I-PFM相结合的方法来调节输出电压。所述谐振电路为串联谐振电路、并联谐振电路、串并联谐振电路和LLC谐振电路 中的一种。本专利技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决，通过改变谐振电路中开关管的脉冲频率和开关 管的脉冲宽度来调节谐振电路的输出电压，当输出电压小于第一设定值时，采用脉冲宽度 调制PWM和反脉冲频率调制I-PFM相结合的方法来调节输出电压，所述脉冲频率调制I-PFM 是指频率随电压改变的方向与脉冲频率调制PFM中频率随电压改变的方向相反的控制方 法；当输出电压大于第一设定值小于第二设定值时，采用脉冲频率调制PFM和脉冲宽度调 制PWM相结合的方法来调节输出电压；当输出电压大于第二设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振电路输出特性控制方法，通过改变谐振电路中开关管的脉冲频率和开关管的脉冲宽度来调节谐振电路的输出电压，其特征在于：当输出电压小于第一设定值时，采用脉冲宽度调制ＰＷＭ和反脉冲频率调制Ｉ－ＰＦＭ相结合的方法来调节输出电压，所述反脉冲频率调制Ｉ－ＰＦＭ是指频率随电压改变的方向与脉冲频率调制ＰＦＭ中频率随电压改变的方向相反的控制方法；当输出电压大于第一设定值小于输出电压最大值时，仅采用脉冲频率调制ＰＦＭ来调节输出电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：首福俊，柳树渡，朱春辉，
申请(专利权)人：艾默生网络能源系统北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]