CN106411139B - 一种宽输出范围llc变流器的控制方法 - Google Patents

一种宽输出范围llc变流器的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106411139B
CN106411139B CN201610917820.6A CN201610917820A CN106411139B CN 106411139 B CN106411139 B CN 106411139B CN 201610917820 A CN201610917820 A CN 201610917820A CN 106411139 B CN106411139 B CN 106411139B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current transformer
bridge
llc
llc current
full
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610917820.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106411139A (zh
Inventor
徐恒山
黄永章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201610917820.6A priority Critical patent/CN106411139B/zh
Publication of CN106411139A publication Critical patent/CN106411139A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106411139B publication Critical patent/CN106411139B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种宽输出范围LLC变流器的控制方法。所述方法采用LLC变流器全桥和半桥灵活切换的控制方式，根据LLC变流器输出电压的需求，判断LLC的工作方式；当LLC变流器的输出电压小于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以半桥模式运行，当LLC变流器的输出电压大于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以全桥方式工作；半桥与全桥的切换点为半桥LLC变流器增益曲线的峰值处。本发明实现了LLC变流器宽电压增益、窄频范围工作的能力，利于将谐振电感和隔离变压器频率的进一步提高，降低谐振电感和隔离变压器的体积和重量，提高LLC变流器的功率密度。

Description

一种宽输出范围LLC变流器的控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种宽输出范围LLC变流器的控制方法。
背景技术
目前，LLC(Logical Link Control)变流器在中大功率AC/DC和DC/DC电路中应用较多，其软开关性能对效率提升作用突出，降低了开关噪声和EMI，广泛应用于中大功率产品中。车载电源产品常采用LLC电路，常规电池的充电电压范围为230Vdc～430Vdc，调频控制是LLC变流器最常用的控制方法，为了满足宽输出电压范围的要求，LLC变流器的工作频率范围很宽，而LLC变流器中谐振电感和变压器必须按照最低工作频率进行设计，其体积和重量会非常大，非常不利于LLC变流器的小型化设计，阻碍了车载电源往高功率密度方向上的发展。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种宽输出范围LLC变流器的控制方法，其特征在于，所述方法采用LLC变流器全桥和半桥灵活切换的控制方式，根据LLC变流器输出电压的需求，判断LLC的工作方式；当LLC变流器的输出电压小于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以半桥模式运行，当LLC变流器的输出电压大于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以全桥方式工作；半桥与全桥的切换点为半桥LLC变流器增益曲线的峰值处；
LLC变流器以半桥模式工作时，LLC变流器有3只功率器件投入工作，其中有2只功率器件为对角关系，另一只功率器件为半桥LLC变流器电流提供续流通道，LLC变流器的工作频率由半桥LLC变流器允许的最高工作频率逐渐降低到半桥LLC变流器允许的最低工作频率，LLC变流器的输出电压由最低电压逐渐上升到半桥LLC变流器的峰值输出电压；
LLC变流器以全桥模式工作时，LLC变流器的4只功率器件全部投入工作，LLC变流器的工作频率由全桥LLC变流器允许的最大工作频率逐渐减小到全桥LLC变流器允许的最小工作频率，输出电压由半桥LLC变流器的峰值输出电压逐渐升高到全桥LLC变流器的峰值输出电压；
半桥LLC变流器切换到全桥LLC变流器的过程中，在投入第4只功率器件的同时，将LLC变流器中4只功率器件的工作频率全部提升到全桥LLC变流器的最高允许工作频率，以实现由半桥LLC变流器模式到全桥LLC变流器模式的平滑切换。
以半桥工作模式的LLC变流器最大频率高于LLC变流器全桥模式下的最大工作频率，取决于LLC变流器的最低输出电压需求；
以全桥工作模式的LLC变流器最小工作频率低于LLC变流器半桥模式下的最小工作频率，取决于LLC的最高输出电压需求；
以半桥模式工作的LLC变流器最小工作频率和以全桥模式工作的LLC变流器最大工作频率相等，且均为半桥模式下LLC的峰值增益工作频率。
有益效果
本发明实现了LLC变流器宽电压增益、窄频范围工作的能力，既拓宽了LLC变流器的输出电压范围，又减小了LLC变流器的开关频率范围，即减小了谐振电感和隔离变压器的工作频率范围，利于将谐振电感和隔离变压器频率的进一步提高，降低谐振电感和隔离变压器的体积和重量，提高LLC变流器的功率密度。
附图说明
图1 LLC以全桥方式运行的原理图；
图2 LLC以半桥方式运行的原理图；
图3混合控制LLC的电压增益曲线；
图4 LLC由半桥向全桥切换时控制脉冲的原理图；
图5 LLC电压增益曲线的设计实例；
图6 LLC由半桥向全桥切换过程的仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。本发明提出了一种宽输出范围LLC变流器的控制方法。LLC变流器的拓扑如图1所示，vin为LLC变流器的输入直流电压源，Q1-Q4为MOSFET，D1-D4为MOSFET的反并联二极管，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，T为隔离变压器，D1-D4为LLC变流器副边整流二极管，Co为LLC变流s器输出滤波电容，R为LLC变流器的等效负载电阻，其值随电池的充电状态变化。
如图3所示为本发明中LLC混合控制下的电压增益曲线示意图，其中，Mmin为本发明控制方式下LLC变流器以半桥方式工作的最小电压增益，Mmid为LLC变流器的半桥模式与全桥模式的切换点增益，Mmax为本方法控制方式下LLC变流器的以全桥方式工作的最大电压增益。fHB，max为本方法控制方式下LLC变流器以半桥方式工作的最大开关频率，fmin为本方法控制方式下LLC变流器的最小开关频率。
当LLC的电压增益需求小于Mmid时，即输出电压小于MmidVin时，LLC变流器以半桥运行，如图4所示，半桥模式下Q3关断，Q1、Q4以50％占空比同相位被触发，Q2的触发脉冲与Q1、Q4的触发脉冲互补。
当LLC变流器的输出增益大于Mmid，即输出电压大于MmidVin时，LLC变流器以全桥方式工作，如图4所示，该状态下，Q1～Q4的占空比均为50％，Q1与Q4同相位，Q2与Q3同相位，Q1与Q2互补。此时的输出电压增益为半桥LLC的2倍。
在Mmid处，LLC变流器从半桥方式向全桥方式切换，该过程的控制逻辑为：开通Q3的触发脉冲，其占空比为50％，相位与Q2相同，同时将Q2、Q2的频率切换到fFB，max。
如图6所示为LLC由半桥运行切换为全桥运行的仿真波形，S3为Q3的触发脉冲，Vab(t)为原边方波电压波形，Ir为LLC的谐振电流波形，Vout(t)为LLC的输出电压波形。Vab(t)的频率为LLC的最低工作频率。半桥方式运行时，S3闭合，Vab(t)和Ir的频率最低；以全桥方式运行时，S3开通，Vab(t)和Ir的频率最高，由半桥向全桥转换时，输出电压Vout(t)过渡很平稳。
为了更好地说明本发明的执行过程，结合上文的案例和附图对具体操作过程进行阐述。LLC最先半桥模式运行，起始工作频率为fHB，max，对应图5所示的1.05fr，谐振频率fr＝80kHz，此时的等效电路如图2所示，起始工作电压对应于图5中的230V。驱动脉冲如图4所示，Q1、Q2和Q4均为占空比为50％、频率相同的的控制脉冲，Q3的脉冲在半桥模式下始终被禁止，Q1和Q4同相位，Q2与Q4在相位上互补，Q3即始终被置为低电平。
当LLC的输出电压增益大于等于如图3所示的Mmid时，对应于图5中的310V时，LLC以全桥方式运行，等效电路如图1所示，在Mmid增益点的触发脉冲发生改变，如图4所示，该电压增益点Q3开始工作，同时Q1、Q2和Q4的频率由fmin提升到fHB，max，对应图5中频率由0.49fr提升到1.05fr，Q3也以fHB，max频率开通，进入全桥工作模式。
当LLC的输出电压增益大于Mmid且小于Mmax时，LLC始终以全桥模式工作，在增益由Mmid上升到Mmax的过程中，Q1～Q4的工作频率由fHB，max逐渐上升到fmin。相同容量和磁芯材料情况下，变压器和谐振电感的体积与频率成反比，变压器磁芯大小与频率的关系为：
Aw为磁芯窗口面积，Ae为磁芯有效面积，S为变压器容量，Bm为最大磁通密度，f为变压器工作频率，J为导体电流密度。
由公式(1)可知，相同磁芯材料和功率容量下，变压器工作频率越高，其体积和重量越小。
对一个LLC变流器，输入电压Vin＝400Vdc，谐振点输出电压Vo＝320Vdc，励磁电感与谐振电感之比k＝5，品质因数Q＝0.4，谐振频率fr＝80kHz，当设计输出电压范围为230Vdc～430Vdc时。
以传统变频方式为例对上述要求进行控制时，LLC的工作频率范围为0.49fr～1.57fr，即39.2kHz～125.6kHz，其频率变化范围为86.4kHz。而以本发明的方法进行控制时，其工作频率范围为0.49fr～1.05fr，即39.2kHz～84kHz，频率变化范围为44.8kHz。
根据本发明方法，在相同设计要求和工作频率变化范围下，即频率变化范围为86.4kHz时，本方法将LLC的谐振频率提高到154.3kHz，该谐振频率下满足输出电压要求的工作频率范围为75.6kHz～162kHz，其最低工作频率相比于传统控制方法下的最低工作频率提高了接近1倍，根据式(1)的说明，理论上，谐振电感、隔离变压器的体积和重量减小约一倍，而工作频率范围没有变化，非常有利于输出电压范围宽、功率密度要求高的应用场合。

Claims (1)

1.一种宽输出范围LLC变流器的控制方法，其特征在于，所述方法采用LLC变流器全桥和半桥灵活切换的控制方式，根据LLC变流器输出电压的需求，判断LLC的工作方式；当LLC变流器的输出电压小于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以半桥模式运行，当LLC变流器的输出电压大于半桥LLC变流器的峰值输出电压时，LLC变流器以全桥方式工作；半桥与全桥的切换点为半桥LLC变流器增益曲线的峰值处；
LLC变流器以半桥模式工作时，LLC变流器有3只功率器件投入工作，其中有2只功率器件为对角关系，另一只功率器件为半桥LLC变流器电流提供续流通道，LLC变流器的工作频率由半桥LLC变流器允许的最高工作频率逐渐降低到半桥LLC变流器允许的最低工作频率，LLC变流器的输出电压由最低电压逐渐上升到半桥LLC变流器的峰值输出电压；
LLC变流器以全桥模式工作时，LLC变流器的4只功率器件全部投入工作，LLC变流器的工作频率由全桥LLC变流器允许的最大工作频率逐渐减小到全桥LLC变流器允许的最小工作频率，输出电压由半桥LLC变流器的峰值输出电压逐渐升高到全桥LLC变流器的峰值输出电压；
半桥LLC变流器切换到全桥LLC变流器的过程中，在投入第4只功率器件的同时，将LLC变流器中4只功率器件的工作频率全部提升到全桥LLC变流器的最高允许工作频率，以实现由半桥LLC变流器模式到全桥LLC变流器模式的平滑切换；
以半桥工作模式的LLC变流器最大频率高于LLC变流器全桥模式下的最大工作频率，取决于LLC变流器的最低输出电压需求；
以全桥工作模式的LLC变流器最小工作频率低于LLC变流器半桥模式下的最小工作频率，取决于LLC的最高输出电压需求；
以半桥模式工作的LLC变流器最小工作频率和以全桥模式工作的LLC变流器最大工作频率相等，且均为半桥模式下LLC的峰值增益工作频率。
CN201610917820.6A 2016-10-20 2016-10-20 一种宽输出范围llc变流器的控制方法 Expired - Fee Related CN106411139B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610917820.6A CN106411139B (zh) 2016-10-20 2016-10-20 一种宽输出范围llc变流器的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610917820.6A CN106411139B (zh) 2016-10-20 2016-10-20 一种宽输出范围llc变流器的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106411139A CN106411139A (zh) 2017-02-15
CN106411139B true CN106411139B (zh) 2019-08-30

Family

ID=58013332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610917820.6A Expired - Fee Related CN106411139B (zh) 2016-10-20 2016-10-20 一种宽输出范围llc变流器的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106411139B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196513A (zh) * 2017-06-21 2017-09-22 国电南瑞科技股份有限公司 一种适合宽范围输出的llc谐振变换电路及其方法
CN107968471B (zh) * 2017-11-20 2020-03-24 国网智能科技股份有限公司 Lclc谐振电路、宽范围恒功率输出直流充电机及控制方法
CN108988637A (zh) * 2018-07-06 2018-12-11 华为技术有限公司 三相全桥llc电路直流增益控制方法、装置及充电桩
CN109067229B (zh) * 2018-08-24 2023-01-20 深圳市永联科技股份有限公司 Llc谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置
CN109921670B (zh) * 2019-03-28 2021-01-19 苏州汇川联合动力系统有限公司 逆变器控制方法、逆变器及可读存储介质
CN111884510B (zh) * 2019-09-29 2022-02-11 株洲中车时代电气股份有限公司 增益频率调制方法及相关装置
CN111224555B (zh) * 2020-04-23 2020-08-25 深圳市健网科技有限公司 一种llc谐振变换电路的宽范围输出控制方法
CN112467891B (zh) * 2020-09-30 2023-05-23 西南交通大学 一种基于全桥半桥切换的ipt系统效率优化方法
CN113098284A (zh) * 2021-04-15 2021-07-09 上海奉天电子股份有限公司 一种适应宽输出范围变增益llc控制电路
TWI814062B (zh) * 2021-08-19 2023-09-01 亞源科技股份有限公司 改良型llc諧振轉換裝置
CN113612394A (zh) * 2021-09-02 2021-11-05 易事特集团股份有限公司 一种全桥cllc谐振变换器的拓扑切换方法及装置
CN115833591A (zh) * 2021-09-18 2023-03-21 广州金升阳科技有限公司 Llc谐振电路的控制方法以及控制装置
CN115842478A (zh) * 2021-09-18 2023-03-24 广州金升阳科技有限公司 一种llc谐振变换器的控制方法以及控制装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101431296A (zh) * 2007-09-28 2009-05-13 雅达电子国际有限公司 可变输出电压功率变换器
CN103683955A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 华为技术有限公司 直流转换器及供电系统
CN105119497A (zh) * 2015-09-29 2015-12-02 燕山大学 一种宽输入范围的双桥llc谐振变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101431296A (zh) * 2007-09-28 2009-05-13 雅达电子国际有限公司 可变输出电压功率变换器
CN103683955A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 华为技术有限公司 直流转换器及供电系统
CN105119497A (zh) * 2015-09-29 2015-12-02 燕山大学 一种宽输入范围的双桥llc谐振变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Milan M. Jovanovi＇c等.On-the-Fly Topology-Morphing Control—Efficiency Optimization Method for LLC Resonant Converters Operating in Wide Input- and/or Output-Voltage Range.《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》.2016,第2596-2608页.

Also Published As

Publication number Publication date
CN106411139A (zh) 2017-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106411139B (zh) 一种宽输出范围llc变流器的控制方法
US10411608B2 (en) Converter circuit with a switchable topology
CN108512431B (zh) 双整流交错式全桥单级功率因素校正电源电路及控制方法
Wang A novel ZCS-PWM flyback converter with a simple ZCS-PWM commutation cell
CN105720825B (zh) 用于开关模式电源的系统和方法
CN111130353B (zh) 开关电源装置
CN108028605A (zh) 具有保持操作的转换器
US11437924B2 (en) Switching power supply circuit
CN107017780A (zh) 一种带上拉有源钳位支路的隔离型dc‑dc升压变换器及其控制方法
US20160254755A1 (en) Magnetizing current based control of resonant converters
KR20070037384A (ko) 스위칭 전원 회로
CN106100344A (zh) 一种具有升高电压增益的llc谐振变换器
CN203313438U (zh) 电磁炉及其控制电路
CN108900090B (zh) 一种超宽调压范围的谐振隔离变换器
CN107546959A (zh) 一种开关电源、电子设备及开关电源控制方法
CN202231629U (zh) 电脑一体机电源适配器
EP1760868A2 (en) Switching power supply circuit
CN104578806B (zh) 级联双向软开关dc/dc电路拓扑
CN115642805A (zh) 基于ZVS的六开关buck-boost变换器
CN108199579A (zh) 一种带耦合电感的高变比软开关dc-dc降压变换器
CN112350583B (zh) 一种电流型推挽桥式软开关双向直流变换器
WO2023236668A1 (zh) 应用于开关电源的开关周期自适应控制方法
CN106602870B (zh) 功率转换方法和功率转换器
CN208638340U (zh) 转换开关变换及控制电路
CN207460002U (zh) 一种宽输入范围的级联两级式直流变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190830

Termination date: 20201020