一种用于开关电源频率调节的LLC变换电路及其控制方法与流程

本发明涉及一种llc变换电路及其控制方法，特别是涉及一种用于开关电源频率调节的llc变换电路及其控制方法，属于电路控制。

背景技术：

1、llc谐振变换器具有结构简单、高效率及软开关等优点，近年来被广泛应用于电池储能系统和电动车充电桩中，在上述系统中，变换器通常承受着较大范围的输入电压变化，例如光伏储能系统中连接光伏面板的llc变换器输入电压范围为32~65v。

2、在输入电压范围比较低时，磁放大器不被使能，变换器的工作状态和传统llc变换器相同，当输入电压较高时，磁放大器工作在辅助整流方式，通过调整磁放大器的阻断时间来扩展变换器的直流增益调整范围，从而扩展变换器的输入电压范围。

3、传统llc变换器采用变频调制技术，变换器通过开关频率的变化来调节直流电压增益，当变换器的输入电压变化范围比较大时，开关频率的变化范围也比较大，当llc变换器工作在谐振频率时，转换效率最高，当开关频率远离谐振频率时，会引起效率的大幅下降，甚至超出调节范围，不能维持输出电压稳定。

4、因此，亟需对llc变换电路进行改进，以解决上述存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于开关电源频率调节的llc变换电路及其控制方法，在单路输出半桥llc变换器中利用磁放大器的完全阻断作用拓宽变换器的输入电压范围，通过改变磁放大器的阻断时间来改变半桥llc变换器的直流增益，从而扩展输入电压范围，减小开关损耗，并且结构简单、易于实现电压的稳定。

2、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

3、一种用于开关电源频率调节的llc变换电路及其控制方法，包括半桥llc变换器以及与所述半桥llc变换器电性连接的控制器，所述控制器包括磁放大器和频率限制器，所述半桥llc变换器与所述控制器上的所述磁放大器电性连接，所述磁放大器与所述频率限制器电性连接；

4、在单路输出半桥llc变换器中利用磁放大器的完全阻断作用拓宽变换器的输入电压范围，在变换器输入电压较低时磁放大器阻断时间为零，等效于一段导线，在变换器输入电压较高时，控制器将频率限制器限制在谐振频率附近一个固定值，通过改变磁放大器的阻断时间来改变半桥llc变换器的直流增益，从而扩展输入电压范围，该策略可以避免变换器工作在大于谐振频率的状态，减小开关损耗，并且结构简单、易于实现频率的调节；

5、利用磁放大器作为二次侧辅助整流器来提高半桥llc变换器输入电压范围的方法，变换器有两种工作模态；

6、当输入电压比较低时，电路的工作模态和传统半桥llc变换器相同，通过变频来调节输出电压；

7、当输入电压比较高时，变换器定频工作，通过调整磁放大器的阻断时间来维持输出电压的稳定，由于磁放大器的加入，变换器将输入电压范围扩展到原来1.75倍，电路中开关管在全输入电压和全负载电流范围内均实现了zvs，二次侧整流二极管实现zcs，电路结构简单，磁放大器电路成熟可靠；

8、所述半桥llc变换器的输入端设置有两个谐振电感lr或lm以及一个谐振电容cr，所述谐振电感lm上电性连接有并联设置的可控硅sr1和可控硅sr2，所述可控硅sr1的输出端电性连接有二极管d1，所述可控硅sr2的输出端电性连接有二极管d2；

9、电源行业广泛应用llc串联谐振变换器作为低成本、高效率的隔离电源级，两个谐振电感lr或lm以及一个谐振电容cr，具有软开关特性，无需复杂的控制方案，这一软开关特性可以使用额定电压较低的元件，并且可以提供很高的转换效率，其简单的控制方案，即具有50%固定占空比的可变频率调制，仅需较低的控制器成本；

10、两个谐振电感lr或lm的比率要小于10，以便可控范围足够宽，同时，还需要lm具有很大的电感来降低循环电流，这意味着你需要有较大的lr电感才能保持较低的谐振电感比；

11、串联谐振电感器lr中的电流完全是交流的没有任何直流成分，这意味着很高的磁通密度变化，磁通密度变化意味着ac相关的电感损耗也较大，如果电感缠绕在铁氧体磁芯上，则磁芯气隙附近的边缘效应会导致较高的绕组损耗，谐振电感器lr电感大表明匝数更多并且ac绕组损耗更高；

12、所述二极管d1的输出端并联设置有电容c0和电阻r，所述电容c0和电阻r的输出端通过补偿器pi与所述频率限制器电性连接；

13、所述磁放大器与所述频率限制器之间设置有三项开关sw，所述三项开关sw分别于所述磁放大器、所述频率限制器以及所述补偿器pi电性连接，磁放大器3通过开关频率的变化来调节直流电压增益，当变换器的输入电压变化范围比较大时，频率限制器的变化范围也比较大，当半桥llc变换器工作在谐振频率时，转换效率最高，当频率限制器远离谐振频率时，会引起效率的大幅下降，甚至超出调节范围，能维持输出电压稳定，反馈环路简单，无需复杂控制，补偿器pi包括电阻r2以及与电阻r2串联连接的电阻r3和电容c2，电阻r3和电容c2上并联连接有电容c1和三极管，三极管的一端连接有基准电压reference，可使用普通补偿器pi，暂态过程调整速度快，输出电压稳定。

14、优选的，所述谐振电容cr的输入端电性连接有若干个单极开关s，所述谐振电感lm上并联设置有谐振电感np，llc开关管在导通前，电流先从开关mos管的体二极管内流过，开关mos管d-s之间电压被箝位在接近0v，此时让开关mos管导通，可以实现零电压导通。

15、优选的，所述可控硅sr1和可控硅sr2的输入端设置有与所述谐振电感np相对应的谐振电感ns1和ns2，输出电压可以大于或小于输入电压，与升压电路一样，输入电流平滑，但是输出电流不连续，能量通过电容从输入传输至输出，需要两个电感。

16、优选的，所述可控硅sr1和所述二极管d1的中间通过二极管d3与所述磁放大器电性连接，所述可控硅sr2和所述二极管d2的中间通过二极管d4与所述磁放大器电性连接，所述补偿器pi与所述频率限制器之间电性连接有压控振荡器vco，所述压控振荡器vco的另一端电性连接有三极管所述三项开关sw设置在所述补偿器pi与所述压控振荡器vco之间，压控振荡器vco包括可变电容单元，压控振荡器vco频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽，rc压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，rc压控振荡器由电阻和电容组合成选频网络的一种振荡电路，适用于低频振荡，这种振荡电路一般产生低频率信号，频率只有1hz~1mhz，由正反馈网络、选频网络和放大器组成的。

17、优选的，所述频率限制器的输出端电性连接有驱动电路，所述驱动电路输出有负压vgs1和负压vgs2，驱动电路上的负压vgs1和负压vgs2上电性连接有负载，结构简单。

18、一种用于开关电源频率调节的llc变换电路的控制方法，包括以下步骤：

19、步骤一：变换电路包括三个以上电性连接的电路；

20、步骤二：通过改变上下桥臂的移相角来获得指定的控制参数组合，所述控制参数组合中的参数包括各电路目标电流大小及方向；

21、步骤三：通过分时控制法调节磁放大器的阻断时间，将一个开关周期内的能量在两组或多组输出中按一定比例分配，变换器能量传输不会被磁放大器完全阻断；

22、步骤四：在变换器输入电压较低时磁放大器阻断时间为零，等效于一段导线，在变换器输入电压较高时，控制器将变换器频率限制在谐振频率附近一个固定值，通过改变磁放大器的阻断时间来改变llc变换器的直流增益，从而扩展输入电压范围。

23、本发明至少具备以下有益效果：

24、1、在单路输出半桥llc变换器中利用磁放大器的完全阻断作用拓宽变换器的输入电压范围，通过改变磁放大器的阻断时间来改变半桥llc变换器的直流增益，从而扩展输入电压范围，减小开关损耗，并且结构简单、易于实现电压的稳定。

25、2、电源行业广泛应用llc串联谐振变换器作为低成本、高效率的隔离电源级，两个谐振电感lr或lm以及一个谐振电容cr，具有软开关特性，无需复杂的控制方案，这一软开关特性可以使用额定电压较低的元件，并且可以提供很高的转换效率，其简单的控制方案，即具有50%固定占空比的可变频率调制，仅需较低的控制器成本。

26、3、半桥llc变换器工作在谐振频率时，转换效率最高，当频率限制器远离谐振频率时，会引起效率的大幅下降，甚至超出调节范围，能维持输出电压稳定，反馈环路简单，无需复杂控制。