LLC谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种llc谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路。

背景技术：

1、随着电力电子行业技术的不断发展，人们也对数字电源提出更高的功率密度的需求，提高数字电源的工作频率可有效的提高整个系统的功率密度，减小系统体积。但在提高工作频率的同时，也大大增加了开关器件的开关损耗，该问题也随着软开关技术的广泛使用而得到很好的解决。

2、llc谐振变换器因其软开关特性使之广泛应用于全桥和半桥电路，因此，全桥llc谐振变换器和半桥llc谐振变换器应运而生，该谐振变换器有输出电压范围窄，便于高频变压器和输入滤波器的设计、各开关器件工作在软开关状态、初级电压能被钳位在输入电压值等优点，这也使得全桥llc谐振变换器和半桥llc谐振变换器广泛应用于通讯电源、新能源等领域。

3、在现有技术中，增加llc谐振电路输出电压宽度控制方法包括：脉宽频率调制、采用在pfc与llc电路之间增加高电压buck电路并设置固定开关频率。

4、第一种方法：采用在传统的llc电路前增加pfc电路，主要通过改变pfc状态进而控制输出电压范围，这种方法的缺点是输出电压范围小，控制范围为最大输出电压的50%到100%，这种方法主要存在损耗高、效率低的缺点。

5、第二种方法：主要通过高压buck电路改变输入到llc电路的电压进而控制输出电压，这种方法存在整体转换效率下降、设计更加复杂、设计成本增加的缺点。

技术实现思路

1、本发明提供的llc谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路，解决了现有的llc谐振电路输出电压范围小、损耗高、成本高、效率低的技术问题。

2、为解决以上技术问题，本发明提供的llc谐振宽范围电压输出控制方法，包括步骤：

3、对输出电压进行采样获取采样值，当判断到所述采样值不等于目标电压值时，确认所述目标电压值是否落入当前模式输出范围中；

4、若是，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升降频率调控，直至输出目标电压；

5、若否且所述采样值小于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率降低调控，当所述工作频率降低至第一阈值时，执行步骤a或b：

6、a、将mode 1模式切换为hs llc模式，执行功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

7、b、将hs llc模式切换为llc模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，并将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

8、若否且所述采样值大于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率升高调控，当所述工作频率升高至第二阈值时，执行步骤c或d：

9、c、将llc模式切换为hs llc模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

10、d、将hs llc模式切换为mode 1模式，关闭功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控。

11、在进一步的实施方案中，所述将所述工作频率恢复至初始值并升降频率调控包括步骤：

12、将所述开关元件的工作频率复位为初始值，对输出电压进行实时采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同；

13、若所述采样值大于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，直至输出目标电压；若所述采样值小于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控，直至输出目标电压。

14、在进一步的实施方案中，所述升降频率调控包括步骤：

15、判断当前采样值是否大于所述目标电压，若是则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，若否则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控。

16、本方案将升降频率调控方法融入每一个模式中，利用对开关元件的工作频率的数值调控，可在输出电压范围中输出精确的输出电压，实现最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值的自由输出控制。

17、在进一步的实施方案中，所述步骤a包括步骤：

18、a1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入hs llc模式；

19、a2、启动功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

20、a3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

21、本方案在进入下一个模式时，先将开关元件的工作频率恢复至初始值，从而可以从此模式的中间输出电压进行选择，根据采样值与目标电压的对比，执行降低调控或升高，进而有利于提高输出电压的调控效率；执行pfc功能启动从而切换成hs llc模式，利用功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节，从而提高电力利用率，进而扩大输出电压范围。

22、在进一步的实施方案中，所述步骤b包括步骤：

23、b1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入llc模式；

24、b2、将开关元件的占空比从第一预设值升高为第二预设值，对输出功率进行调节；

25、b3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

26、本发明通过调整占空比为第二预设值，对输出功率进行调节能够实现软开关以降低反向导通损耗或开通损耗，提升电源效率，进而进一步扩大输出电压范围。

27、在进一步的实施方案中，所述步骤c包括步骤：

28、c1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入hs llc模式；

29、c2、降低开关元件的占空比为第一预设值，对输出功率进行调节；

30、c3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

31、在进一步的实施方案中，所述步骤d包括步骤：

32、d1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入mode 1模式；

33、d2、关闭功率因素校正模块停止执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

34、d3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

35、本方案同步设置宽范围到窄范围的输出调控方案，充分考虑不同环境下用户的使用需求，为用户提供更优质的使用体验。

36、在进一步的实施方案中，所述第二阈值为最大工作频率，所述第一阈值为最小工作频率，所述初始值小于所述第二阈值、大于所述第一阈值。

37、本发明提供的llc谐振宽范围电压输出控制电路，应用于实现上述的llc谐振宽范围电压输出控制方法，包括主控模块及依次连接的功率因素校正模块、半桥整流模块、谐振模块、变压器和副边整流模块，所述主控模块与所述功率因素校正模块、半桥整流模块、副边整流模块电性连接；

38、所述主控模块，用于对输出电压进行采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同，若否则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控；还用于判断所述工作频率是否大于第一阈值；

39、所述功率因素校正模块，用于在进入hs llc模式时执行功率因素校正对输出功率进行调节；

40、所述半桥整流模块用于在进入hs llc模式或llc模式时，执行占空比调控对输出功率进行调节；

41、所述谐振模块用于接收输入功率并输出谐振功率。

42、在进一步的实施方案中，所述半桥整流模块包括第一开关管和第二开关管；

43、所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述功率因素校正模块、谐振模块连接，第二端与所述第二开关管的第一端、谐振模块连接；

44、所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述谐振模块连接，第二端接地。

45、在进一步的实施方案中，所述谐振模块包括第一谐振电容、第二谐振电容和第一谐振电感；

46、所述第一谐振电感的一端与所述变压器中原边绕组的一端连接，另一端接入所述第一开关管和所述第二开关管之间；

47、所述第一谐振电容的一端与所述第一开关管的第一端连接，另一端通过所述第二谐振电容接地；

48、所述变压器中原边绕组的另一端接入所述第一谐振电容和第二谐振电容之间。

49、在进一步的实施方案中，当所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组时；

50、所述副边整流电路包括第一同步整流管和第二同步整流管；

51、所述第一同步整流管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述第一副边绕组的一端连接，第二端接地；

52、所述第二同步整流管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述第二副边绕组的一端连接，第二端接地；

53、所述第一副边绕组的另一端与电压输出端连接，所述第二副边绕组的另一端与所述电压输出端连接。

54、在进一步的实施方案中，本发明还包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块串联在所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间，所述第一滤波模块串联在所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间；第二滤波模块与所述电压输出端连接；

55、所述第一滤波模块包括第一滤波电阻、第一滤波电容；所述第一滤波电阻的一端接入所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间，另一端通过所述第一滤波电容接地；

56、所述第二滤波模块包括第二滤波电阻、第二滤波电容；所述第二滤波电阻的一端与所述电压输出端连接，另一端接入所述第一同步整流管、所述第二同步整流管之间。

57、本发明以现有的llc谐振电路为基础，融入功率因素校正、升降频率调控方法、升降占空比调控方法，在确定宽范围输出需求时，可通过直接执行升降频率调控方法，进行第一次幅度的输出范围调整；对应的进入hs llc模式，执行功率因素校正、升降频率调控进行调节，进行第二次幅度的输出范围调整；若仍然不满足需求，在进一步的进入llc模式，执行占空比调控、升降频率调控对输出功率进行调节，进行第三次幅度的输出范围调整。本发明的宽范围输出控制方案的输出电压宽度更宽，约增加50%输出电压宽度，调控范围更广，可自由控制输出电压是最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值；相比较在pfc电路加llc谐振电路之间增加高压buck电路的方法，在开关mos管在整个工作模式的温度更低，整体效率更高、成本更低，不需要再额外增加电路。