CN108258910A - 一种全桥llc谐振变换电路及其宽范围输出控制方法 - Google Patents

一种全桥llc谐振变换电路及其宽范围输出控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全桥LLC谐振变换电路,包括变换电路及整流电路,变换电路包括Q1、Q2、Q3、Q4四个开关管,所述变换电路部分还设置串联的谐振电容Cr、谐振电感Lr,谐振电容Cr一端连接其中一个桥臂,谐振电感Lr连接另一个桥臂。本发明提供了一种全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,当输出电压Uo大于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模式下;当输出电压Uo小于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模式下;在输出电压等于(Uomax+Uomin)/2时,进行全桥工作模式和半桥工作模式的切换。本发明能够提供更宽的输出电压范围,或者同样的输出电压范围下,能够获得更好的输出特性指标,如更高的效率、更小的输出电压纹波。

Description

一种全桥LLC谐振变换电路及其宽范围输出控制方法
技术领域
本发明涉及一种全桥LLC谐振变换电路,同时涉及一种电路输出控制方法,特别涉及全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法。
背景技术
目前电动汽车的电池端压范围大致有两种,200V~500V和300V~750V。如果一台充电机可以实现对两种电压范围的电池充电,就能大幅减少充电桩的建设成本,提高经济效益。
LLC谐振变换电路因其高效率、以及能够做到更高的功率密度等优势而受到业内人士的青睐。但是LLC谐振变换电路属于变频率调压变换器,传统的控制方法很难同时满足高效率与宽输出电压的要求。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是提供一种全桥LLC谐振变换电路,该电路能同时满足高效率输出及宽输出电压的要求。
为此,本发明采用以下技术方案:
一种全桥LLC谐振变换电路,包括变换电路及整流电路,所述变换电路包括Q1、Q2、Q3、Q4四个开关管,其中Q1、Q2串联组成左桥臂,Q3、Q4组成串联右桥臂,两个桥臂并联,所述变换电路部分还设置串联的谐振电容Cr、谐振电感Lr,谐振电容Cr一端连接其中一个桥臂,谐振电感Lr连接另一个桥臂;
所述整流电路包括四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4,所述D1、D2串联组成一组全桥整流二极管,D3、D4串联组成另一组全桥整流二极管,两组全桥整流二极管并联;
所述变换电路与整流电路通过谐振变压器Lr连接,谐振变压器Lr在整流电路中分别连接两组全桥整流二极管。
进一步的,所述全桥LLC谐振变换电路可以为单个应用的全桥LLC谐振电路或者由两个或两个以上全桥LLC谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。
此外,四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4的门极驱动信号分别为Vg1、Vg2、Vg3、Vg4,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动实现全桥工作模式及半桥工作模式。
本发明还要解决的技术问题是提供一种全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,该控制方法中,当输出电压Uo大于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模式下;当输出电压Uo小于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模式下;在输出电压等于(Uomax+Uomin)/2时,进行全桥工作模式和半桥工作模式的切换,切换方法为对互补动作的桥臂给定初始工作频率;其中,Uomax为额定最大输出电压;Uomin为额定最小输出电压。
在本方法中,所述全桥工作模式是指:使变换电路的左桥臂、右桥臂的上下两开关管的门极驱动信号互补,保持门极驱动信号占空比为50%,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
在本方法中,所述半桥工作模式是指:使变换电路仅有一个桥臂上下两开关管的门极驱动信号互补,保持门极驱动信号占空比为50%,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动;另一个桥臂的上开关管始终关闭,下开关管始终开通。
进一步的,所述全桥工作模式和半桥工作模式的切换方法是指:在升压工作过程中,变换电路从半桥切换到全桥,对左桥臂、右桥臂的上下两开关管的门极驱动信号给定初始工作频率;在降压工作过程中,变换电路从全桥切换到半桥,对其中一个桥臂上下两开关管的门极驱动信号给定初始工作频率,另一个桥臂的上开关管始终关闭,下开关管始终开通。
此外,所述全桥LLC谐振变换电路为单个应用的全桥LLC谐振电路或者两个或两个以上全桥LLC谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。
与现有技术相比,本发明所达到的效益在于:能够提供更宽的输出电压范围,或者同样的输出电压范围下,能够获得更好的输出特性指标,如:更高的效率、更小的输出电压纹波。
附图说明
图1为全桥LLC谐振变换电路的电路图。
图2为全桥LLC谐振变换电路全桥模式工作波形。
图3为全桥LLC谐振变换电路半桥模式工作波形。
图4为不同的输出电压Uo对应的工作模式示意图。
图5为带滞回切换的工作模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一:
如图1所示是适用于本发明方法的一种全桥LLC谐振变换电路,也可应用于全波整流型的LLC谐振变换电路。图1所示电路中,四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4,四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4,以及谐振电容Cr、谐振电感Lr、谐振变压器Tr组成全桥LLC谐振变换电路。四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4的门极信号分别为Vg1,Vg2,Vg3,Vg4。
如图2所示,本发明所提供的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,具体如下:
当输出电压Uo大于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模式下,通过变频进行调压;
当输出电压Uo小于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模式下,通过变频进行调压;
在输出电压等于(Uomax+Uomin)/2时,进行全桥工作模式和半桥工作模式的切换,切换方法是设定互补动作的桥臂初始工作频率。
其中,Uomax为额定最大输出电压;Uomin为额定最小输出电压。
具体的,如图3所示,为所述全桥工作模式是指:使变换电路的驱动信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4各为50%占空比,Vg1和Vg2互补并留有死区时间,Vg3与Vg4互补并留有死区时间,Vg1与Vg3相位互差180度,驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
如图4所示,为所述半桥工作模式是指:使变换电路的驱动信号Vg1,Vg2各为50%占空比,Vg1和Vg2互补并留有死区时间,Vg3保持低电平使开关管Q3始终关闭,Vg4保持高电平使Q4始终开通,Vg1和Vg2驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
如图2所示,所述全桥工作模式和半桥工作模式的切换方法是指:在升压工作过程中,变换器从半桥切换到全桥,左右桥臂驱动信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4的初始工作频率同时设定为频率上限fsmax;在降压工作过程中,变换器从全桥切换到半桥,设定其中一个桥臂Vg1,Vg2的驱动信号为频率下限fsmin,另一个桥臂的Vg3保持低电平使上开关管Q3始终关闭,Vg4保持高电平使下开关管Q4始终开通。
实施例二:
如图1所示是适用于本发明方法的一种全桥LLC谐振变换电路,也可应用于全波整流型的LLC谐振变换电路。图1所示电路中,四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4,四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4,以及谐振电容Cr、谐振电感Lr、谐振变压器Tr组成全桥LLC谐振变换电路。四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4的门极信号分别为Vg1,Vg2,Vg3,Vg4。
如图5所示,本发明所提供的带滞回切换的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,具体如下:
当输出电压Uo大于(Uomax+Uomin)/2+ε时,使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模式下,通过变频进行调压;
当输出电压Uo小于(Uomax+Uomin)/2-ε时,使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模式下,通过变频进行调压;
在输出电压在[(Uomax+Uomin)/2-ε,(Uomax+Uomin)/2+ε]内,进行带滞回的全桥工作模式和半桥工作模式的切换。在升压工作中,电路在[(Uomax+Uomin)/2-ε,(Uomax+Uomin)/2+ε]区间内工作在半桥模式,当输出电压大于(Uomax+Uomin)/2+ε时,电路才切换到全桥工作模式。在降压工作中,电路在[(Uomax+Uomin)/2-ε,(Uomax+Uomin)/2+ε]区间内工作在全桥模式,当输出电压小于(Uomax+Uomin)/2-ε时,电路才切换到半桥工作模式。
带滞回切换的控制方法可以避免变换器在临界点(Uomax+Uomin)/2处频繁切换,防止电路失稳。
其中,Uomax为额定最大输出电压;Uomin为额定最小输出电压,ε为滞回区间电压,其值根据工程实践进行整定。
具体的,如图3所示,为所述全桥工作模式是指:使变换电路的驱动信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4各为50%占空比,Vg1和Vg2互补并留有死区时间,Vg3与Vg4互补并留有死区时间,Vg1与Vg3相位互差180度,驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
如图4所示,为所述半桥工作模式是指:使变换电路的驱动信号Vg1,Vg2各为50%占空比,Vg1和Vg2互补并留有死区时间,Vg3保持低电平使开关管Q3始终关闭,Vg4保持高电平使Q4始终开通,Vg1和Vg2驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
如图2所示,所述全桥工作模式和半桥工作模式的切换方法是指:在升压工作过程中,变换器从半桥切换到全桥,左右桥臂驱动信号Vg1,Vg2,Vg3,Vg4的初始工作频率同时设定为频率上限fsmax;在降压工作过程中,变换器从全桥切换到半桥,设定其中一个桥臂Vg1,Vg2的驱动信号为频率下限fsmin,另一个桥臂的Vg3保持低电平使上开关管Q3始终关闭,Vg4保持高电平使下开关管Q4始终开通。
本发明方法能够提供更宽的输出电压范围,或者同样的输出电压范围下,能够获得更好的输出特性指标,如:更高的效率、更小的输出电压纹波等。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不是对本发明的限制,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种变化和更改。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全桥LLC谐振变换电路,其特征在于包括变换电路及整流电路,所述变换电路包括Q1、Q2、Q3、Q4四个开关管,其中Q1、Q2串联组成左桥臂,Q3、Q4组成串联右桥臂,两个桥臂并联,所述变换电路部分还设置串联的谐振电容Cr、谐振电感Lr,谐振电容Cr一端连接其中一个桥臂,谐振电感Lr连接另一个桥臂;
所述整流电路包括四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4,所述D1、D2串联组成一组全桥整流二极管,D3、D4串联组成另一组全桥整流二极管,两组全桥整流二极管并联;
所述变换电路与整流电路通过谐振变压器Lr连接,谐振变压器Lr在整流电路中分别连接两组全桥整流二极管。
2.根据权利要求1所述的一种全桥LLC谐振变换电路,其特征在于它可以为单个应用的全桥LLC谐振电路或者由两个或两个以上全桥LLC谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。
3.根据权利要求1所述的一种全桥LLC谐振变换电路,其特征在于四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4的门极驱动信号分别为Vg1、Vg2、Vg3、Vg4,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动实现全桥工作模式及半桥工作模式。
4.全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,其特征在于,当输出电压Uo大于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在全桥工作模式下;当输出电压Uo小于(Uomax+Uomin)/2时,使全桥LLC谐振变换电路工作在半桥工作模式下;在输出电压等于(Uomax+Uomin)/2时,进行全桥工作模式和半桥工作模式的切换,切换方法为对互补动作的桥臂给定初始工作频率;其中,Uomax为额定最大输出电压;Uomin为额定最小输出电压。
5.根据权利要求4所述的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,其特征在于,所述全桥工作模式是指:使变换电路的左桥臂、右桥臂的上下两开关管的门极驱动信号互补,保持门极驱动信号占空比为50%,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动。
6.根据权利要求4所述的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,其特征在于,所述半桥工作模式是指:使变换电路仅有一个桥臂上下两开关管的门极驱动信号互补,保持门极驱动信号占空比为50%,门极驱动信号的频率随着负载、输出电压变动;另一个桥臂的上开关管始终关闭,下开关管始终开通。
7.根据权利要求4所述的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,其特征在于,所述全桥工作模式和半桥工作模式的切换方法是指:在升压工作过程中,变换电路从半桥切换到全桥,对左桥臂、右桥臂的上下两开关管的门极驱动信号给定初始工作频率;在降压工作过程中,变换电路从全桥切换到半桥,对其中一个桥臂上下两开关管的门极驱动信号给定初始工作频率,另一个桥臂的上开关管始终关闭,下开关管始终开通。
8.根据权利要求4所述的全桥LLC谐振变换电路的宽范围输出控制方法,其特征在于,所述全桥LLC谐振变换电路为单个应用的全桥LLC谐振电路或者两个或两个以上全桥LLC谐振电路经并联或串联而形成的衍生电路。
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