一种双路交错并联LLC均流方法及其电路与流程

文档序号:15454384发布日期:2018-09-15 00:43阅读:4672来源:国知局

本发明属于电路领域,尤指一种双路交错并联llc均流方法及其电路。



背景技术:

与传统pwm(脉宽调节)变换器不同,llc是一种通过控制开关频率(频率调节)来实现输出电压恒定的谐振电路。它的优点是能通过软开关技术,可以降低电源的开关损耗,提高功率变换器的效率和功率密度。由于传统的llc电路变压器次级没有输出电感,导致电流纹波很大,电容发热严重,影响电容寿命。

而交错llc能有效降低输出纹波,减少输出电容,缩减体积。所谓的交错llc就是两路llc电路并联,并且开关相位相差90°。

但是在传统产品中,两路交错并联的模块由于参数一致性的问题,会产生偏流现象,并且随着偏流时间的增加会逐渐产生温度不平衡,进一步加剧偏流现象,而且由于器件的离散性不均流情况会随机产生,不均流度的不同造成产品无法可控生产,进一步造成产品性能参差不齐,甚至无法正常工作。解决此问题的根本途径是解决均流的问题。

其中,2005年powerone公司的一个产品中就采用过交错并联llc拓扑结构,在解决均流的问题上,它通过严格控制谐振元件参数,减少两路谐振元件参数的差异来实现均流。

但是,请参见图5,其为一实验的电路图,我们通过该实验发现,通过调整死区时间的均流效果十分有限(基本看不出来),因为死区占整个开关周期的比例很小,并且容易引起硬开关,可参见图8。

同时,参见图9的老化一小时后的温度显示图,可以看到两路的谐振元件温升明显不一致,这一问题对于长期稳定工作要求来说,是致命的,而且同时参见图10老化一小时后的波纹测试图,其波纹也不是很理想。

而采用交错的目的之一就是降低纹波减小输出电容,但是可以看出此方法不能完成此项期望。

分析该问题产生的原因可知:各个主网络器件的参数差异都会对均流效果造成影响,通过对换器件,发现本方法试验的变压器对均流影响最大,但是通过电桥测量差异很小,说明网络参数的极小差异都会引起很大偏差。

我们在实验过程中,将输出功率较大一路的谐振电容并联一颗103电容(原本是154),发现其并联后输出功率立刻变小,均流差异与原先正好相反。

另请参见图3、图4所示,两相交错并联llc拓扑结构按输入段的连接方式分为:输入端(初级)并联和输入端串联结构。这两种拓扑结构均受到很多研究者的关注,其中韩国研究者bong-chulkim等在2009年发表过一篇文章,文章中对这两种拓扑结构特性进行了简单的分析。对比分析了两种结构的均流特点,得出了两种拓扑结构在低频工作时均流效果都很好,但是在其它情况下,输入端串联结构的均流效果要好于输入端并联结构。

请参见图6,其采用的是如图3所示的输入端串联结构的电路,其适用于高压输入,大电流输出。

经测试串联型交错并联llc可较好实现均流,确实可以大幅降低输出电容使用量,并且很好的降低了两路元器件温度,但是,经对该电路的负载情况试验测试可得知,该电路无法很好的解决输入电容不均压问题,这造成了轻载情况下系统不稳定,甚至导致整体电路严重故障。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,为了解决当前的技术存在的双路交错并联llc无法均流问题,由于器件的离散性不均流情况会随机产生,不均流度的不同造成产品无法可控生产,进一步造成产品性能参差不齐,甚至无法正常工作,尤其体现在对温升、纹波、应力等影响。。

本发明提供了一种双路交错并联llc均流方法,应用于双路交错并联llc变换电路,其是通过移相原理动态调整各路llc的增益,使其时刻保持相等。具体来说就是在变换电路副边采用同步整流,并且调整同步整流与llc驱动的相位关系进而动态调整各路llc的增益,使其时刻保持相等。

进一步的,是根据输出各路输出电流的误差作为闭环输入量来调整各路llc原边桥的开关管与次级同步整流开关管的相位差。

其中较佳的是该双路交错并联llc电路为初级次级均并联的llc。

较佳的,该双路交错并联llc电路由两路或两路以上llc组成。

较佳的两路llc中:

llc1由输入电容c1,半桥臂q1、q2,谐振器件lr1、cr1、lm1,变压器t1,同步整流管q5、q6,输出电容co1组成,连接方式如下:c1与串联的q1、q2并联后连接输入电压正负极,lr1一端与q1、q2的连接中点相连,一端与cr1、lm1串联,lm1的另一端与输入电容c1的负端相连,t1的副边中心抽头连接到co1正极,两个绕组的另一端分别与q5、q6相连,q5、q6的另一端连接到co1的负极;

llc2由输入电容c2,半桥臂q3、q4,谐振器件lr2、cr2、lm2,变压器t2,同步整流管q7、q8,输出电容co2组成,连接方式如下:c2与串联的q3、q4并联后连接输入电压正负极,lr2一端与q3、q4的连接中点相连,一端与cr2、lm2串联,lm2的另一端与输入电容c2的负端相连,t2的副边中心抽头连接到co2正极,两个绕组的另一端分别与q7、q8相连,q7、q8的另一端连接到co2的负极;

并且,两路llc通过c1、c2和co1、co2的完全并联实现,并联之后一起连接到输入电容c和输出电容co上。

其中,较佳的,在该方法中,是采用均流移相控制电路接收llc1及llc2副边电流采样,并根据均流度设定和移相基准输出均流移相控制信号分别合成至半桥驱动以控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4。

其中,均流移相控制电路是控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4的相位差来改变两路llc的增益,从而使得两个电路在相同频率下产生相同的增益进而完成均流问题,根据输出两路输出电流的误差作为闭环输入量,如果其中llc1输出电流较大,将自动调节增大q5、q6与q1、q2的相位,进而减小llc1的增益,llc2控制方式与llc1相同。

在该均流方法中原边开关电路可以采用全桥或者半桥开关电路。

本发明还提供了一种双路交错并联llc均流电路,由两路输入与输出均并联的llc组成,其包括一个均流移相控制电路,该均流移相控制电路接收两路副边电流采样,并根据均流度设定和移相基准输出均流移相控制信号分别合成至桥驱动以控制原边桥的开关管和副边同步整流管。

进一步的,该并联llc可由两路llc组成,其中:

llc1由输入电容c1,半桥臂q1、q2,谐振器件lr1、cr1、lm1,变压器t1,同步整流管q5、q6,输出电容co1组成,连接方式如下:c1与串联的q1、q2并联后连接输入电压正负极,lr1一端与q1、q2的连接中点相连,一端与cr1、lm1串联,lm1的另一端与输入电容c1的负端相连,t1的副边中心抽头连接到co1正极,两个绕组的另一端分别与q5、q6相连,q5、q6的另一端连接到co1的负极;

llc2由输入电容c2,半桥臂q3、q4,谐振器件lr2、cr2、lm2,变压器t2,同步整流管q7、q8,输出电容co2组成,连接方式如下:c2与串联的q3、q4并联后连接输入电压正负极,lr2一端与q3、q4的连接中点相连,一端与cr2、lm2串联,lm2的另一端与输入电容c2的负端相连,t2的副边中心抽头连接到co2正极,两个绕组的另一端分别与q7、q8相连,q7、q8的另一端连接到co2的负极;

并且,两路llc通过c1、c2和co1、co2的完全并联实现,并联之后一起连接到输入电容c和输出电容co上;

均流移相控制电路控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4的相位差来改变两路llc的增益,从而使得两个电路在相同频率下产生相同的增益进而完成均流问题,根据输出两路输出电流的误差作为闭环输入量,如果llc1输出电流较大,将自动调节增大q5、q6与q1、q2的相位,进而减小llc1的增益,llc2原理同上;

均流移相控制电路接收llc1及llc2副边电流采样,并根据均流度设定和移相基准输出均流移相控制信号分别合成至半桥驱动以控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4;

而llc1同步整流驱动电路分别接收同步开通基准、llc1副边电流采样、llc1驱动a、llc1驱动b以及上述生成的均流移相控制信号合成llc1驱动a、llc1驱动b。

llc2同步整流驱动电路分别接收同步开通基准、llc2副边电流采样、llc2驱动a、llc1驱动b以及上述生成的均流移相控制信号合成llc2驱动a、llc2驱动b。

借助上述方法及电路,本发明主要是在同步整流控制电路基础上增加了移相控制,可以有效控制不均流度,从而达到可控均流,减小模块对器件参数的依赖,大大提高产品生产性和稳定性。明显改善了产品的一致性、生产性、稳定性,应力、温升的降低减少了产品成本,纹波的降低提高了产品的性能。

附图说明

图1本发明的系统简图;

图2本发明控制原理简图;

图3初级及次级均并联的电路结构图;

图4初级串联次级并联的电路结构图;

图5现有的初级及次级均并联的实验电路图;

图6现有的初级串联次级并联的实验电路图;

图7本发明的一具体实施例的实验系统电路框图;

图8现有交错并联llc实验电路的波纹测试图;

图9现有交错并联llc实验电路老化一小时后的温度显示图;

图10现有交错并联llc实验电路老化一小时后的波纹测试图;

图11-15本发明的一具体实验电路的纹波测试图。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

本发明的均流基本原理在于:当采用输入与输出均并联的方式时,谐振参数的一致性将导致两路不均流,而引起此问题的关键在于相同频率下,不同的llc参数会导致系统增益不一致,增益高的会相对带载多,从而造成温升高反过来一进步影响系统增益,因此解决此问题的根本方法是动态调整两路llc的增益,使其时刻保持相等,本实验采用调整同步整流与llc驱动的相位关系来完成。

如图7所示,为本发明一具体实施例的实验系统电路框图。并请参见图1、图2及图3,分别为本发明的系统简图,本发明控制原理简图及初级及次级均并联的电路结构图。由图可知,本发明仍采用图3所示的电路并联结构,同时,在本具体实施例中,在此基础上引入同步整流控制,这样可以更进一步提高低压大电流模块的效率,提高功率密度,均衡模块热损分布,同时利用同步整流移相控制,间接改变llc的增益曲线,在谐振参数较接近的情况下完成均流。

该系统由两路llc组成。

其中:

llc1由输入电容c1,半桥臂q1、q2,谐振器件lr1、cr1、lm1,变压器t1,同步整流管q5、q6,输出电容co1组成,连接方式如下:c1与串联的q1、q2并联后连接输入电压正负极,lr1一端与q1、q2的连接中点相连,一端与cr1、lm1串联,lm1的另一端与输入电容c1的负端相连,t1的副边中心抽头连接到co1正极,两个绕组的另一端分别与q5、q6相连,q5、q6的另一端连接到co1的负极。

llc2由输入电容c2,半桥臂q3、q4,谐振器件lr2、cr2、lm2,变压器t2,同步整流管q7、q8,输出电容co2组成,连接方式如下:c2与串联的q3、q4并联后连接输入电压正负极,lr2一端与q3、q4的连接中点相连,一端与cr2、lm2串联,lm2的另一端与输入电容c2的负端相连,t2的副边中心抽头连接到co2正极,两个绕组的另一端分别与q7、q8相连,q7、q8的另一端连接到co2的负极。

并且,两路llc通过c1、c2和co1、co2的完全并联实现,并联之后一起连接到输入电容c和输出电容co上。

本发明的要点在于通过移相原理控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4的相位差来改变两路llc的增益,从而使得两个电路在相同频率下产生相同的增益进而完成均流问题,根据输出两路输出电流的误差作为闭环输入量,如果llc1输出电流较大,将自动调节增大q5、q6与q1、q2的相位,进而减小llc1的增益,llc2原理同上。

均流移相控制可参见图2本发明控制原理简图,在本实施例中,均流移相控制电路接收llc1及llc2副边电流采样,并根据均流度设定和移相基准输出均流移相控制信号分别合成至半桥驱动以控制q5、q6与q1、q2和q7、q8与q3、q4。

而llc1同步整流驱动电路分别接收同步开通基准、llc1副边电流采样、llc1驱动a、llc1驱动b以及上述生成的均流移相控制信号合成llc1驱动a、llc1驱动b。

llc2同步整流驱动电路分别接收同步开通基准、llc2副边电流采样、llc2驱动a、llc1驱动b以及上述生成的均流移相控制信号合成llc2驱动a、llc2驱动b。

参见图11-图15,为本发明的该具体实验电路的纹波测试图。从图中可以看出本发明的实验电路均流效果和纹波都很好,也就是说,采用本发明的方法可以实现交错llc的优点,并避免了由于参数不一致造成的均流问题,大大提高系统稳定性。

该实施例是以双路半桥开关电路llc为例,本领域技术人员可知晓的是,该原理亦可用于多路llc,也可以适用于全桥开关电路,在此不予累述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解,依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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