半桥三电平LLC变换器电路的均压控制方法与流程

半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法
技术领域
1.本发明涉及开关控制技术领域，具体涉及一种半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法。


背景技术：

2.目前，通常使用的半桥三电平llc变换器具有主功率管电压应力低、开关管可以实现zvs等优点，适合于高电压输入的功率变换场合使用，例如可适合于充电桩中使用，但是，由于驱动电路和主电路器件参数差异等原因，使得分压电容存在不均压的风险，容易对变换器的安全工作造成影响。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，能够实现分压电容之间的均压，从而能够保证变换器的可靠性和稳定性。
4.为达到上述目的，本发明实施例提出了一种半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，包括以下步骤：设定所述半桥三电平llc变换器电路的工作模式；检测所述设定工作模式下所述半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比；检测所述设定工作模式下所述半桥三电平llc变换器电路中每个分压电容的电容电压；根据所述电容电压计算所述分压电容之间的电压差；根据所述电压差计算所述开关管的提前关断时间；根据所述占空比、所述电容电压和所述提前关断时间控制所述开关管进行提前关断，以增加或减少所述分压电容的充电或放电时间。
5.根据本发明实施例提出的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，通过设定半桥三电平llc变换器电路的工作模式，并检测设定工作模式下的每个开关管的占空比和每个分压电容的电容电压，并根据电容电压计算开关管的提前关断时间，最后根据占空比、电容电压和提前关断时间控制开关管进行提前关断，以增加或减少分压电容的充电或放电时间，由此，能够实现分压电容之间的均压，从而能够保证变换器的可靠性和稳定性。
6.另外，根据本发明上述实施例提出的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
7.根据本发明的一个实施例，所述半桥三电平llc变换器电路包括串联设置的第一分压电容和第二分压电容，以及串联设置的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，其中，所述第一分压电容的一端连接到电源正极，所述第二分压电容的一端连接到电源负极，并且所述第一开关管的漏极连接到所述电源正极，所述第四开关管的源极连接到所述电源负极，所述第二开关管的源极与所述第三开关管的漏极相连并同时连接到所述第一分压电容和所述第二分压电容的另一端，所述方法包括以下步骤：设定所述半桥三电平llc变换器电路的工作模式；检测所述设定工作模式下所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的占空比；检测所述设定工作模式下所述第一分压电容
和所述第二分压电容的电容电压；根据所述电容电压计算所述第一分压电容与所述第二分压电容之间的电压差；根据所述电压差计算所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的提前关断时间；根据所述占空比、所述电容电压和所述提前关断时间控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管或所述第四开关管进行提前关断，以增加或减少所述第一分压电容或所述第二分压电容的充电或放电时间。
8.根据本发明的一个实施例，所述工作模式包括变频模式和占空比模式。
9.根据本发明的一个实施例，当所述半桥三电平llc变换器电路处于所述变频模式，且所述变频模式下所述半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比均处于预设值，以及所述第一开关管和所述第四开关管的驱动一致，所述第二开关管和所述第三开关管的驱动一致时，若所述第一分压电容的电容电压小于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第一开关管的驱动进行提前关断，以给所述第二分压电容放电，并根据所述提前关断时间控制所述第二开关管进行提前关断，以向所述第一分压电容充电；若所述第一分压电容的电容电压大于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第三开关管的驱动进行提前关断，以向所述第二分压电容充电，并根据所述提取关断时间控制所述第四开关管进行提前关断，以给所述第一分压电容放电。
10.根据本发明的一个实施例，当所述半桥三电平llc变换器电路处于所述占空比模式，且所述占空比模式下所述半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比均小于所述预设值，以及所述第一开关管和所述第四开关管的驱动一致，所述第二开关管和所述第三开关管的驱动一致时，若所述第一分压电容的电容电压小于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第一开关管的驱动进行提前关断，以给所述第二分压电容放电，并根据所述提前关断时间控制所述第二开关管进行提前关断，以向所述第一分压电容充电；若所述第一分压电容的电容电压大于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第三开关管的驱动进行提前关断，以向所述第二分压电容充电，并根据所述提取关断时间控制所述第四开关管进行提前关断，以给所述第一分压电容放电。
11.根据本发明的一个实施例，当所述半桥三电平llc变换器电路处于所述占空比模式，且所述占空比模式下所述第一开关管和所述第三开关管的占空比小于所述预设值，以及所述第一开关管和所述第二开关管的驱动互补，所述第三开关管和所述第四开关管的驱动互补时，若所述第一分压电容的电容电压小于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第二开关管的驱动进行提前关断，并在所述第二开关管的驱动关断之前向所述第二分压电容充电，以及在所述第二开关管的驱动关断之后同时向所述第一分压电容和所述第二分压电容充电；若所述第一分压电容的电容电压大于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第四开关管的驱动进行提前关断，并在所述第四开关管的驱动关断之前给所述第二分压电容放电，以及在所述第四开关管的驱动关断之后通过所述第二开关管和所述第三开关管进行续流。
12.根据本发明的一个实施例，当所述半桥三电平llc变换器电路处于所述占空比模式，且所述占空比模式下所述第二开关管和所述第四开关管的占空比小于所述预设值，以及所述第一开关管和所述第二开关管的驱动互补，所述第三开关管和所述第四开关管的驱动互补时，若所述第一分压电容的电容电压小于所述第二分压电容的电容电压，则根据所
述提前关断时间控制所述第一开关管的驱动进行提前关断，并在所述第一开关管的驱动关断之前给所述第一分压电容放电，以及在所述第一开关管的驱动关断之后通过所述第二开关管和所述第三开关管进行续流；若所述第一分压电容的电容电压大于所述第二分压电容的电容电压，则根据所述提前关断时间控制所述第三开关管的驱动进行提前关断，并在所述第四开关管的驱动关断之前向所述第一分压电容充电，以及在所述第三开关管的驱动关断之后同时向所述第一分压电容和所述第二分压电容充电。
13.根据本发明的一个实施例，当所述半桥三电平llc变换器电路处于所述占空比模式时，循环调节每个所述开关管的占空比
14.根据本发明的一个实施例，所述根据所述电压差计算所述开关管的提前关断时间，包括以下步骤：采用pi调节器处理所述电压差；对处理后的所述电压差进行限幅处理以得到所述开关管的提前关断时间。
附图说明
15.图1为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路的拓扑图；
16.图2为本发明实施例的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法的流程图；
17.图3为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路处于变频模式下每个开关管的占空比均达到预设值时的开关管驱动示意图；
18.图4为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路处于占空比模式下每个开关管的占空比均小于预设值时的驱动示意图；
19.图5为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路处于占空比模式下第一开关管和第三开关管的占空比小于预设值时开关管驱动示意图；
20.图6为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路处于占空比模式下第二开关管和第四开关管的占空比小于预设值时的开关管驱动示意图；
21.图7为本发明一个实施例的半桥三电平llc变换器电路处于占空比模式下进行循环工作的循环过程示意图；
22.图8为本发明一个实施例的根据电压差计算开关管的提前关断时间的计算过程示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的一个实施例中，如图1所示，半桥三电平llc变换器电路可包括分压电路10、开关管桥臂电路20、谐振电路30、变压器40和输出电路50，其中，分压电路10与开关管桥臂电路20并联，并且分压电路10中点与开关管桥臂电路20中点相连，谐振电路30与开关管桥臂电路20相连，并通过变压器40连接到输出电路50。
25.具体地，如图1所示，分压电路10包括串联设置的第一分压电容c1和第二分压电容c2，其中，第一分压电容c1的一端可连接到电源v
in
正极，第二分压电容c2的一端可连接到电
源v
in
负极；开关管桥臂电路20包括串联设置的第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4，其中，第一开关管q1的漏极可连接到电源v
in
正极，第四开关管q4的源极可连接到电源v
in
负极，第一开关管q1的源极和第二开关管q2的漏极可分别与谐振电路30的一端相连，即谐振电路30中的谐振电感lr的一端相连，第三开关管q3的源极和第四开关管q4的漏极可分别与谐振电路30的另一端相连，即谐振电路30中的谐振电容cr的一端相连，第二开关管q2的源极与第三开关管q3的漏极相连并同时连接到第一分压电容c1和第二分压电容c2的另一端。
26.进一步地，如图1所示，输出电路50包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、输出电容c0和输出电阻r
l
，其中，输出电阻r
l
的一端分别与输出电容c0一端、第三二极管d3的负极和第一二极管d1的负极相连，输出电阻r
l
的另一端分别与输出电容c0另一端、第四二极管d4的正极和第二二极管d2的正极相连，并且第一二极管d1的正极和第二二极管d2的负极相连，第三二极管d3的正极和第四二极管d4的负极相连，此外，第一二极管d1的正极与变压器t副边的一端相连，第四二极管d4的负极与变压器t副边的另一端相连，其中，变压器t原边的一端与谐振电感lr的另一端相连，变压器t原边的另一端与谐振电容cr的另一端相连。
27.对应上述实施例的半桥三电平llc变换器电路，本发明提出了一种半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法。
28.如图2所示，本发明实施例的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，包括以下步骤：
29.s1，设定半桥三电平llc变换器电路的工作模式；
30.s2，检测设定工作模式下半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比；
31.s3，检测设定工作模式下半桥三电平llc变换器电路中每个分压电容的电容电压；
32.s4，根据电容电压计算分压电容之间的电压差；
33.s5，根据电压差计算开关管的提前关断时间；
34.s6，根据占空比、电容电压和提前关断时间控制开关管进行提前关断，以增加或减少分压电容的充电或放电时间。
35.具体而言，结合图1所示的半桥三电平llc变换器电路，本发明实施例的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，包括以下步骤：设定半桥三电平llc变换器电路的工作模式；检测设定工作模式下第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4的占空比；检测设定工作模式下第一分压电容c1和第二分压电容c2的电容电压；根据电容电压计算第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的电压差；根据电压差计算第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4的提前关断时间；根据占空比、电容电压和提前关断时间控制第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3或第四开关管q4进行提前关断，以增加或减少第一分压电容c1或第二分压电容c2的充电或放电时间。
36.在本发明的一个实施例中，工作模式可包括变频模式和占空比模式，可根据实际需要，即高电压输入的功率变换场合设定半桥三电平llc变换器电路工作于变频模式或占空比模式。
37.在本发明的一个实施例中，如图3所示，当设定半桥三电平llc变换器电路处于变频模式，且检测到变频模式下半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比均处于预
设值，即第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4的占空比均为50％，以及第一开关管q1和第四开关管q4的驱动一致，第二开关管q2和第三开关管q3的驱动一致时，若检测到第一分压电容c1的电容电压小于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，即可在a处控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，以通过第二开关管q2、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr和第四开关管q4给第二分压电容c2放电，直至第四开关管q4关断；并根据提前关断时间控制第二开关管q2进行提前关断，即可在b处控制第二开关管q2的驱动进行提前关断，以通过第一开关管q1、第三开关管q3、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第一分压电容c1充电，直至第三开关管q3关断，由此，能够在一个开关周期内通过增加第一分压电容c1充电时间和第二分压电容c2放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
38.此外，若检测到第一分压电容c1的电容电压大于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，即可在c处控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，以通过第二开关管q2、第四开关管q4、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第二分压电容c2充电，直至第二开关管q2关断；并根据提取关断时间控制第四开关管q4进行提前关断，即可在d处控制第四开关管q4进行提前关断，以通过第三开关管q3、第一开关管q1、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr给第一分压电容c1放电，直至第一开关管q1关断，由此，能够在开关周期内通过增加第二分压电容c2充电时间和第一分压电容c1放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
39.在本发明的一个实施例中，当设定半桥三电平llc变换器电路处于图4所示的占空比模式，且检测到占空比模式下半桥三电平llc变换器电路中每个开关管的占空比均小于预设值，即第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4的占空比均小于50％，以及第一开关管q1和第四开关管q4的驱动一致，第二开关管q2和第三开关管q3的驱动一致时，若检测到第一分压电容c1的电容电压小于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，即可在a处控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，以通过第二开关管q2、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr和第四开关管q4给第二分压电容c2放电，直至第四开关管q4关断；并根据提前关断时间控制第二开关管q2进行提前关断，即可在b处控制第二开关管q2的驱动进行提前关断，以通过第一开关管q1、第三开关管q3、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第一分压电容c1充电，直至第三开关管q3关断，由此，能够在一个开关周期内通过增加第一分压电容c1充电时间和第二分压电容c2放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
40.此外，若检测到第一分压电容c1的电容电压大于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，即可在c处控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，以通过第二开关管q2、第四开关管q4、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第二分压电容c2充电，直至第二开关管q2关断；并根据提取关断时间控制第四开关管q4进行提前关断，即可在d处控制第四开关管q4进行提前关断，以通过第三开关管q3、第一开关管q1、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr给第一分压电容c1放电，直至第一开关管q1关断，由此，能够在开关周期内通过增加第二分压电容c2充电时间和第一分压电容c1放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。其中，需要说明的是，在图4所示的占空比模式中，每个开关管在开通之前，原边电流均处在0附件，因此图4所示的占空比模式
下无法实现开关管的zvs控制。
41.在本发明的一个实施例中，当设定半桥三电平llc变换器电路处于图5所示的占空比模式，且检测到占空比模式下第一开关管q1和第三开关管q3的占空比小于50％，以及第一开关管q1和第二开关管q2的驱动互补，第三开关管q3和第四开关管q4的驱动互补时，若检测到若第一分压电容c1的电容电压小于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第二开关管q2的驱动进行提前关断，即可在a处控制第二开关管q2的驱动进行提前关断，并可在第二开关管q2的驱动关断之前，通过第二开关管q2、第四开关管q4、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第二分压电容c2充电，以及可在第二开关管q2的驱动关断之后同时向第一分压电容c1和第二分压电容c2充电，由此，能够在一个开关周期内通过减少第二分压电容c2的充电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
42.此外，若检测到第一分压电容c1的电容电压大于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第四开关管q4的驱动进行提前关断，即可在b处控制第四开关管q4的驱动进行提前关断，并可在第四开关管q4的驱动关断之前，通过第二开关管q2、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr和第四开关管q4给第二分压电容c2放电，以及在第四开关管q4的驱动关断之后通过第二开关管q2和第三开关管q3进行续流，由此，能够在一个开关周期内通过减少第二分压电容c2的放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
43.在本发明的一个实施例中，当设定半桥三电平llc变换器电路处于图6所示的占空比模式，且检测到占空比模式下第二开关管q2和第四开关管q4的占空比小于50％，以及第一开关管q1和第二开关管q2的驱动互补，第三开关管q3和第四开关管q4的驱动互补时，若检测到第一分压电容c1的电容电压小于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，即可在a处控制第一开关管q1的驱动进行提前关断，并可在第一开关管q1的驱动关断之前，通过第一开关管q1、谐振电感lr、变压器t、谐振电容cr和第三开关管q3给第一分压电容c1放电，以及在第一开关管q1的驱动关断之后通过第二开关管q2和第三开关管q3进行续流，由此，能够在一个开关周期内通过减少第一分压电容c1的放电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
44.此外，若检测到第一分压电容c1的电容电压大于第二分压电容c2的电容电压，则根据提前关断时间控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，即可在b处控制第三开关管q3的驱动进行提前关断，并可在第三开关管q3的驱动关断之前，通过第一开关管q1、第三开关管q3、谐振电容cr、变压器t、谐振电感lr向第一分压电容c1充电，以及可在第三开关管q3的驱动关断之后同时向第一分压电容c1和第二分压电容c2充电，由此，能够在一个开关周期内通过减少第一分压电容c1的充电时间，来实现第一分压电容c1和第二分压电容c2的均压。
45.其中，需要说明的是，图5和图6所示的占空比模式均能实现开关管的zvs，但是图5所示的占空比模式是在一个开关周期内对第一分压电容c1进行循环充放电，图6所示的占空比模式是在一个开关周期内对第二分压电容c2进行循环充放电，由此，可造成第一分压电容c1和第二分压电容c2的发热不一致。其中，还需要理解的是，在占空比一致时，图5和图6所示的占空比模式的输出特性是一样的，因此可通过控制半桥三电平llc变换器电路循环工作于图5和图6所示的占空比模式来解决第一分压电容c1和第二分压电容c2的发热不一致的问题。
46.具体地，如图7所示，当半桥三电平llc变换器电路处于占空比模式时，可循环调节每个开关管的占空比，例如，当半桥三电平llc变换器电路处于图5所示的占空比模式，即方式2并工作固定时间t后，可按照实线箭头方向减小第二开关管q2和第四开关管q4的占空比，直至半桥三电平llc变换器电路处于图4所示的占空比模式，即方式1，然后可按照实线箭头方向增加第一开关管q1和第三开关管q3的占空比，直至半桥三电平llc变换器电路处于图6所示的占空比模式，即方式3；当半桥三电平llc变换器电路处于图6所示的占空比模式，即方式3并工作固定时间t后，可按照虚线箭头方向减小第一开关管q1和第三开关管q3的占空比，直至半桥三电平llc变换器电路处于图4所示的占空比模式，即方式1，然后可按照虚线箭头方向增加第二开关管q2和第四开关管q4的占空比，直至半桥三电平llc变换器电路处于图5所示的占空比模式，即方式2。
47.在本发明的一个实施例中，根据电压差计算开关管的提前关断时间，可包括以下步骤：采用pi调节器处理电压差；对处理后的电压差进行限幅处理以得到开关管的提前关断时间。具体地，如图8所示，可检测第一分压电容c1的电容电压uc1和第二分压电容c2的电容电压uc2，并可根据uc1和uc2得到第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的电压差
△
uc，并可将电压差
△
uc输入pi调节器后进行限幅处理，以得到开关管的提前关断时间
△
t。其中，当
△
t<0时，在a处和b处提前关断驱动时长为|
δt
|；当
△
t>0时，在c处和d处提前关断驱动时长为
△
t；当
△
t＝0时，则不提前关断驱动。
48.根据本发明实施例提出的半桥三电平llc变换器电路的均压控制方法，通过设定半桥三电平llc变换器电路的工作模式，并检测设定工作模式下的每个开关管的占空比和每个分压电容的电容电压，并根据电容电压计算开关管的提前关断时间，最后根据占空比、电容电压和提前关断时间控制开关管进行提前关断，以增加或减少分压电容的充电或放电时间，由此，能够实现分压电容之间的均压，从而能够保证变换器的可靠性和稳定性。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。