CN105099157A - 一种llc谐振变换器及其软启动方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的LLC谐振变换器及其软启动方法，通过控制器控制方波发生器的占空比由基础值逐渐增大，直至控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值，重新控制所述方波发生器的占空比由所述基础值逐渐增大；经过上述多次循环后，直至所述控制器判断整流单元内滤波电容的电压等于预设电压值，则实现了滤波电容的电压软启动；同时，通过上述对所述LLC谐振变换器的电流的限制，可以减小原副边的冲击电流；由此也实现了电流的软启动，解决了现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题，提高了机器的可靠性。

Description

一种LLC谐振变换器及其软启动方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种LLC谐振变换器及其软启动方法。

背景技术

谐振变换器相对硬开关脉冲宽度调制变换器，具有开关频率高、关断损耗小、效率高、重量轻、体积小、电磁干扰噪声小、开关应力小等优点。而LLC谐振变换器具有原边开关管易实现全负载范围内的ZVS(ZeroVoltageSwitch，零电压开关)，副边二极管易实现ZCS(ZeroCurrentSwitch，零电流开关)，谐振电感和变压器易实现磁性元件的集成，以及输入电压范围宽等优点，因而得到了广泛的关注。

一般情况下，在LLC谐振变换器结构中，副边整流电路侧往往并联较大的滤波电容。在系统初始状态下，所述滤波电容上电压为0V，如果原边开关管直接以正常占空比启动，会有较大的冲击电流，可能损坏开关管或变压器，所以需要加入软启动策略。现有常规的软启动方法有小占空比缓增软启动方法，或者以较高的初始开关频率来降低LLC增益启动的软启动方法，或者两者都具备。

但是现有技术中的上述方法仅仅实现了滤波电容电压的软启动，却未能较好的降低变压器的原副边电流的冲击。尤其在降压型LLC变换器中副边电流比原边更大，对副边整流二极管的冲击较大。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种LLC谐振变换器及其软启动方法，用以解决现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种LLC谐振变换器的软启动方法，应用于LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括：方波发生器、输入端与所述方波发生器的输出端相连的谐振单元、输入端与所述谐振单元的输出端相连的整流单元及与所述方波发生器和所述整流单元相连的控制器；所述LLC谐振变换器的软启动方法包括：

所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大；

所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值；

当所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值时，重复执行上述两个步骤；

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

优选的，所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值的步骤包括：

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值是否大于预设差值。

优选的，所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值的步骤包括：

所述控制器判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

优选的，所述基础值为零。

优选的，所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大的步骤包括：

所述控制器通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

所述控制器控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；其中，k为相角系数。

一种LLC谐振变换器，包括：

方波发生器；

输入端与所述方波发生器的输出端相连的谐振单元；

输入端与所述谐振单元的输出端相连的整流单元；

与所述方波发生器和所述整流单元相连的控制器；

其中，所述控制器用于执行：

控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大；

判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值；

当判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值时，重复执行上述两个步骤；

判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

优选的，所述控制器用于判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值时，具体用于：

判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值是否大于预设差值。

优选的所述控制器用于判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值时，具体用于：

判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

优选的，所述基础值为零。

优选的，所述控制器用于控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大时，具体用于：

通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；其中，k为相角系数。

由以上可知，本申请提供的LLC谐振变换器的软启动方法，通过控制器控制方波发生器的占空比由基础值逐渐增大，直至所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值；当所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值时，说明了此时所述LLC谐振变换器的电流需要被限制，否则将会对所述LLC谐振变换器的器件造成较大的冲击，此时由所述控制器控制所述方波发生器的占空比重新由所述基础值进行逐渐增大；经过上述过程的多次循环后，直至所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压等于预设电压值，则实现了所述滤波电容的电压软启动；同时，通过上述对所述LLC谐振变换器的电流的限制，可以减小原副边的冲击电流；由此也实现了电流的软启动，解决了现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题，提高了机器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的LLC谐振变换器的结构示意图；

图2为本申请提供的LLC谐振变换器的软启动方法流程图；

图3为本申请提供的另一LLC谐振变换器的软启动方法流程图；

图4为本申请提供的移相全桥驱动时序示意图；

图5为本申请提供的LLC谐振增益曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种LLC谐振变换器的软启动方法，用以解决现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题。

具体的，所述LLC谐振变换器的软启动方法，应用于如图1所示的LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括：方波发生器、输入端与所述方波发生器的输出端相连的谐振单元、输入端与所述谐振单元的输出端相连的整流单元及与所述方波发生器和所述整流单元相连的控制器；所述LLC谐振变换器的软启动方法，如图2所示，包括：

S101、所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大；

所述方波发生器的占空比由所述基础值逐渐增大，能够使得所述整流单元内滤波电容的电压逐渐上升，所述LLC谐振变换器的原边电流和副边电流都逐渐增大。

S102、所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值；

所述LLC谐振变换器的电流包括：所述LLC谐振变换器的原边电流和副边电流；所述整流单元内滤波电容的电压逐渐上升，也说明此时所述LLC谐振变换器的副边电流在逐渐增大。所述LLC谐振变换器的电流逐渐增大，大到需要被限制时，则需要执行步骤S103.

S103、当所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值时，重复执行步骤S101和步骤S102；

当所述LLC谐振变换器的电流需要被限制时，所述控制器控制所述方波发生器的占空比重新由所述基础值开始逐渐进行增大，能够使所述LLC谐振变换器的电流减小到执行步骤S101的开始阶段，从而对所述LLC谐振变换器的电流进行了有效的限制，避免了对器件的冲击。当所述LLC谐振变换器的电流不需要被限制时，所述控制器控制所述方波发生器的占空比继续增大，直至所述LLC谐振变换器的电流需要被限制。

S104、所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

在具体的实际应用中，步骤S103和步骤S104的执行顺序并无限制，可以自行设定两者的检测判断时间或者条件，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

步骤S101、步骤S102和步骤S103能够对所述LLC谐振变换器的电流进行有效的限制，避免了对器件的冲击，但是单次执行并不能使得所述整流单元内滤波电容的电压达到所述预设电压值，也即未能实现对于所述滤波电容的电压软启动。通过步骤S103返回S101的多次重复执行之后，直至所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值，才能实现了所述滤波电容的电压软启动。

本实施例提供的所述LLC谐振变换器的软启动方法，不仅实现了所述滤波电容的电压软启动；并通过上述对所述LLC谐振变换器的电流的限制，可以减小原副边的冲击电流；由此也实现了电流的软启动，解决了现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题，提高了机器的可靠性。

优选的，步骤S102为：

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值大于预设差值。

或者，步骤S102为：

所述控制器判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

所述整流单元内滤波电容的电压上升了预设差值，间接的说明了此时所述LLC谐振变换器的电流需要被限制；所述LLC谐振变换器的原边电流为第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流为第二预设电流值，则直接说明了此时所述LLC谐振变换器的电流需要被限制，否则将会对所述LLC谐振变换器的器件造成较大的冲击。

本实施例提供的所述LLC谐振变换器的软启动方法，通过上述对所述滤波电容的电压上升的值的限制，可以间接的控制原副边的冲击电流；通过上述对所述原边电流或者副边电流的限制，可以直接的减小原副边的冲击电流；由此也实现了电流的软启动，解决了现有技术软启动过程中电流冲击较大的问题，提高了机器的可靠性。

优选的，所述基础值为零。

优选的，如图3所示，步骤S101中所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大的步骤包括：

S111、所述控制器通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

S112、所述控制器控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt逐渐减小；其中，k为相角系数。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述预设差值为25V，所述LLC谐振变换器的输入电压为400V，所述预设电压值为285V。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述LLC谐振变换器的输入电压为300V，所述第一预设电流值为10A，所述预设电压值为285V。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述LLC谐振变换器的输入电压为300V，所述第二预设电流值为14A，所述预设电压值为285V。

图1所示，当所述LLC谐振变换器的输出电压V2初始电压小于V1*N2/N1时，都需要进行软启动，直到V2上升至V1*N2/N1结束。其中，V1为所述LLC谐振变换器的输入电压，N1为所述谐振单元内变压器的原边绕组匝数，N1为所述谐振单元内变压器的副边绕组匝数。

所述方波发生器内的开关管S1、S2、S3、S4按照如图4所示的移相全桥驱动时序进行动作，其中，T为占空比周期，Φ为移相角。

图5所示为LLC谐振增益曲线，其中上谐振频率为下谐振频率为理想工作频率点为fo，此时LLC谐振器的特性与负载无关。固定所述开关管工作频率f＝2fo。由图5可知工作频率越高，增益Q越小，所述滤波电容的电压上升斜率越缓。

假设所述滤波电容的电压初始值电压为0V，变比N1:N2＝1.4:1，软启动过程中所述控制器通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo＝200K、Φ＝π/2及t＝0，此时对管(开关管S1与S4，或者开关管S2与S3)的导通时间没有重合，所述LLC谐振变换器的原边能量传输不到副边，使得所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

所述控制器控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；相角系数k＝6.6；

当所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值大于所述预设差值，或者所述LLC谐振变换器的原边电流大于所述第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于所述第二预设电流值时，重复执行上面两个步骤；

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

本实施例中的所述控制器通过控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt逐渐减小，使得所述方波发生器内对管的导通时间逐渐增大，进而控制所述方波发生器的占空比逐渐增大，然后通过多次重复执行实现所述滤波电容电压的软启动及对于冲击电流的限制。

本发明另一实施例还提供了一种LLC谐振变换器，如图1所示，包括：

方波发生器101；

输入端与方波发生器101的输出端相连的谐振单元102；

输入端与谐振单元102的输出端相连的整流单元103；

与方波发生器101和整流单元103相连的控制器；

其中，所述控制器用于执行第一个实施例所述的软启动方法。

优选的，所述控制器用于判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值，具体用于：

判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值大于预设差值。

或者，判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

所述整流单元内滤波电容的电压上升了预设差值，间接的说明了此时所述LLC谐振变换器的电流需要被限制；所述LLC谐振变换器的原边电流为第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流为第二预设电流值，则直接说明了此时所述LLC谐振变换器的电流需要被限制，否则将会对所述LLC谐振变换器的器件造成较大的冲击。

优选的，所述基础值为零。

优选的，所述控制器用于控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大的步骤时，具体用于：

通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；其中，k为相角系数。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述预设差值为25V，所述LLC谐振变换器的输入电压为400V，所述预设电压值为285V。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述LLC谐振变换器的输入电压为300V，所述第一预设电流值为10A，所述预设电压值为285V。

优选的，所述开关管工作频率f为200K，所述相角系数k为6.6，所述LLC谐振变换器的输入电压为300V，所述第二预设电流值为14A，所述预设电压值为285V。

在具体的实际应用中，所述谐振单元的变比为1.4:1，此时所述LLC谐振变换器为降压型，所述谐振单元的副边电流比原边更大，对副边相连的整流二极管的冲击较大，通过所述控制器执行如图2所示的软启动方法，能够有效降低对整流单元103内二极管的冲击。

另外，所述谐振单元的变比也可以为1:1，或者其他比值，即所述LLC谐振变换器不仅可以为降压型LLC谐振变换器，也可以为1:1变压器的LLC谐振变换器或者升压型LLC谐振变换器；所述LLC谐振变换器的软启动方法，能够应用于降压型LLC谐振变换器、1:1变压器的LLC谐振变换器或者升压型LLC谐振变换器，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种LLC谐振变换器的软启动方法，其特征在于，应用于LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括：方波发生器、输入端与所述方波发生器的输出端相连的谐振单元、输入端与所述谐振单元的输出端相连的整流单元及与所述方波发生器和所述整流单元相连的控制器；所述LLC谐振变换器的软启动方法包括：

所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大；

所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值；

当所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值时，重复执行上述两个步骤；

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器的软启动方法，其特征在于，所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值的步骤包括：

所述控制器判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值是否大于预设差值。

3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器的软启动方法，其特征在于，所述控制器判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值的步骤包括：

所述控制器判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

4.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器的软启动方法，其特征在于，所述基础值为零。

5.根据权利要求4所述的LLC谐振变换器的软启动方法，其特征在于，所述控制器控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大的步骤包括：

所述控制器通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

所述控制器控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；其中，k为相角系数。

6.一种LLC谐振变换器，其特征在于，包括：

方波发生器；

输入端与所述方波发生器的输出端相连的谐振单元；

输入端与所述谐振单元的输出端相连的整流单元；

与所述方波发生器和所述整流单元相连的控制器；

其中，所述控制器用于执行：

控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大；

判断所述LLC谐振变换器的电流是否大于预设限制值；

当判断所述LLC谐振变换器的电流大于所述预设限制值时，重复执行上述两个步骤；

判断所述整流单元内滤波电容的电压是否小于预设电压值，直至判断所述整流单元内滤波电容的电压等于所述预设电压值。

7.根据权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述控制器用于判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值时，具体用于：

判断所述整流单元内滤波电容的电压上升的值是否大于预设差值。

8.根据权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述控制器用于判断所述LLC谐振变换器的电流大于预设限制值时，具体用于：

判断所述LLC谐振变换器的原边电流大于第一预设电流值，或者所述LLC谐振变换器的副边电流大于第二预设电流值。

9.根据权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述基础值为零。

10.根据权利要求9所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述控制器用于控制所述方波发生器的占空比由基础值逐渐增大时，具体用于：

通过设置所述方波发生器的占空比参数f＝2fo、Φ＝π/2及t＝0，设置所述基础值为零；其中，f为开关管工作频率，fo为开关管理想工作频率点，Φ为移相角，t为时间；

控制所述移相角Φ按照Φ＝π/2-kt随时间增大而逐渐减小；其中，k为相角系数。