LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法与流程

本发明涉及一种llc谐振变换电路的宽范围输出控制方法。

背景技术：

电力电子类产品而言，成本、可靠性、效率等性能指标是产品的第一生命，而这关键的几大部分往往又是很难得兼的。以电动汽车充电机为例，目前电动汽车充电机的输出电压范围大致有两种，200v～500v和300v～750v。充电机的这种相对较宽的输出电压范围给设计者们带来了一定的难度，有时很可能是牺牲了效率、成本或其它性能指标而换来的。

llc谐振变换电路因其高效率、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。但是llc谐振变换电路想要在具有功率密度竞争力的情况下，满足电动汽车充电机的相对较宽的输出电压范围的需求，也是具有很大难度的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种llc谐振变换电路的宽范围输出控制方法，能有效实现llc谐振变换电路的宽范围输出电压要求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：llc谐振变换电路的宽范围输出控制方法，

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足：且输出负载电流io满足：0＜io＜imax时，使llc谐振变换电路工作在变频工作模式下；

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足：且输出负载电流io满足：0.5imax≤io≤imax时，使llc谐振变换电路工作在定频变有效占空比工作模式下；

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足且输出负载电流io满足：0＜io＜0.5imax时，使llc谐振变换电路工作在定频定有效占空比下的间歇工作模式下；

其中：umax为输出电压uo的上限值；umin为输出电压uo的下限值；imax为最大额定输出负载电流。

所述变频工作模式是指：使变换电路同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补，保持驱动信号占空比为50％，驱动信号的开关频率随着负载、输出电压因素在40～180khz之间变动。

所述定频变有效占空比工作模式是指：

对于全桥llc或半桥llc谐振变换电路，维持变换电路同一桥臂上下两开关管的驱动信号的开关频率不变，驱动信号占空比随着负载、输出电压因素在0～50％之间变动；

或者对于全桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补且频率不变，保持驱动信号占空比为50％，但是第一桥臂的上管的驱动信号和第二桥臂的下管的驱动信号随着负载、输出电压因素的变化而发生移相。

所述定频定有效占空比下的间歇工作模式是指：

对于全桥llc或半桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号的频率和占空比均维持不变，变换电路间歇工作；

或者对于全桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补且频率不变，驱动信号的占空比各为50％，第一桥臂的上管的驱动信号和第二桥臂的下管的驱动信号移相维持不变，变换电路间歇工作。

所述llc谐振变换电路为单个应用的半桥llc谐振电路或者两个或两个以上半桥llc谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。

所述llc谐振变换电路为单个应用的全桥llc谐振电路或者两个或两个以上全桥llc谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：能够提供更宽的输出电压范围，或者同样的输出电压范围下，能够获得更好的输出特性指标，如：更高的效率、更小的输出电压纹波等。

附图说明

图1为全桥llc谐振变换电路的电路图；

图2为与输出电压uo、输出负载电流io相对应的工作模式示意图；

图3为定频调有效占空比工作模式下，全桥llc谐振变换电路同一桥臂上下两开关管的驱动信号的占空比一起变小时，同一桥臂上下两开关管的驱动信号示意图；

图4为定频调有效占空比工作模式下，全桥llc谐振变换电路两桥臂驱动信号移相工作时，其中一桥臂的上管和另一桥臂的下管的驱动信号示意图；

图5为llc谐振变换器在需要宽范围输出时，在某一相对较低的输出电压下的工作方式示意图；

其中：横坐标为负载，纵坐标为工作频率和有效占空比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明方法所采用的llc谐振变换电路是单个应用的半桥llc谐振电路或者两个或两个以上半桥llc谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。也可以是单个应用的全桥llc谐振电路或者两个或两个以上全桥llc谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。

如图1所示是适用于本发明方法的一种全桥llc谐振变换电路，也可应用于全波整流型的llc谐振变换电路。图1所示电路中，输入电容cd1、四个开关管q1、q2、q3、q4，四个全桥整流二极管d1、d2、d3、d4，以及谐振电容cr1、谐振电感lr1、谐振变压器tr1组成全桥llc谐振变换电路。电容crh1和crh2串联，两者连接的端子再与切换开关的一端相连，三者形成一个三端口网络。该三端口网络的其中两个与电容相连的端子分别与输入电容的两端相连，即，并结于原全桥llc电路的输入侧，三端口网络的另外一个与切换开关相连的端子与原全桥llc电路里两个桥臂中任一个桥臂的中点相连。图1所示电路是适用于本发明方法的llc谐振变换电路的一个实例，三端口网络中与切换开关相连的端子是与q1和q4形成的桥臂中点相连的，应用中也可与q2和q3形成的桥臂中点相连。在输出电压较高时，断开切换开关s1，实际工作电路就是一个全桥llc电路；在输出电压较低时，关断与切换开关s1相连的那组桥臂的两个开关管，如为图1所示电路，则关断开关管q1和q4，同时，闭合切换开关s1，则工作电路就是一个半桥llc电路。

如图2所示，本发明所提供的llc谐振变换电路的宽范围输出控制方法，具体如下：

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足：且输出负载电流io满足：0＜io＜imax时，使llc谐振变换电路工作在变频工作模式下，如图2中a区域所示。其中：umax、umin分别为输出电压uo的上下限值，如umax＝500v，umin＝200v；imax为最大额定输出负载电流。所述变频工作模式是指：使变换电路同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补，保持驱动信号占空比为50％，驱动信号的开关频率随着负载、输出电压因素在40～180khz之间变动。

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足：且输出负载电流io满足：0.5imax≤io≤imax时，使llc谐振变换电路工作在定频变有效占空比工作模式下，如图2中b区域所示。所述定频变有效占空比工作模式是指：如图3所示，对于全桥llc或半桥llc谐振变换电路，维持变换电路同一桥臂上下两开关管的驱动信号的开关频率不变，驱动信号占空比随着负载、输出电压因素在0～50％之间变动；或者，如图4所示，对于全桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补且频率不变，保持驱动信号占空比为50％，但是第一桥臂的上管的驱动信号和第二桥臂的下管的驱动信号随着负载、输出电压因素的变化而发生移相。

当llc谐振变换电路的输出电压uo满足且输出负载电流io满足：0＜io＜0.5imax时，使llc谐振变换电路工作在定频定有效占空比下的间歇工作模式下，如图2中c区域所示。所述定频定有效占空比下的间歇工作模式是指：对于全桥llc或半桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号的频率和占空比均维持不变，变换电路间歇工作；或者对于全桥llc谐振变换电路，同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补且频率不变，驱动信号的占空比各为50％，第一桥臂的上管的驱动信号和第二桥臂的下管的驱动信号移相维持不变，变换电路间歇工作。

如图5所示，为llc谐振变换器在需要宽范围输出时，在某一相对较低的输出电压下的工作方式示意图；其中：横坐标为负载，纵坐标为工作频率和有效占空比。本发明方法能够提供更宽的输出电压范围，或者同样的输出电压范围下，能够获得更好的输出特性指标，如：更高的效率、更小的输出电压纹波等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。