CN109067229B - Llc谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LLC谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置。其中，该方法包括：获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。本发明解决了相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。

Description

LLC谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种LLC谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置。
背景技术
目前，常规的LLC谐振电路拓扑包含：不对称半桥LLC谐振电路、对称半桥LLC谐振电路、以及全桥LLC谐振电路。而对于以上传统的常规LLC谐振电路拓扑而言，当应用于超宽输出电压范围时，存在以下问题：
⑴为了满足输出电压宽增益范围，在设计阶段需要将励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值K设计的足够小(甚至小于3)，在谐振腔参数(谐振电感Lr与谐振电容Cr)确定的情况下，励磁电感感量Lm相应减小，从而导致励磁电流Im显剧上升，大大增加了原边功率器件的导通损耗，以及开关器件的关断损耗，从而影响整个模块的转换效率。
⑵在输出电压增益较低的情况下，传统的LLC谐振电路为了满足低增益输出要求，图1是根据现有技术的LLC谐振电路拓扑的输出电压增益随频率变化的曲线的示意图，如图1所示，M_Rac_min(f)为最低电压满载输出条件下的增益曲线，M_Rac_max(f)为最高电压满载输出条件下的增益曲线，Gmin为最低输出电压条件下对应的增益值，Gmax为最高输出电压条件下对应的最大增益值。在高频低增益段，增益曲线平缓，输出电压增益随频率调节缓慢，通过正常的PFM(脉冲频率调制)控制无法满足低压增益需求。
⑶在低压增益输出条件下，需要采用脉冲宽度调制PWM与脉冲频率调制PFM同步调节。然而，在脉冲宽度调制PWM与脉冲频率调制PFM同步调节模式下会导致LLC开关管出现硬开关，极大的增加了LLC开关管的开关损耗；同时LLC上下开关管处于硬开关状态会存在直通短路风险。图2是根据现有技术的半桥LLC谐振电路的拓扑图，如图2所示，以半桥LLC谐振电路为例，Vbus为输入母线电压，Cbus为输入母线电容，Q1、Q2分别为上下开关MOS管，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，T1为主变压器，D1、D2分别为输出二极管，Cout为输出电容，Rout为输出负载，Vout为输出电压。由于上下管Q1和Q2处于脉冲宽度调制PWM与脉冲频率调制PFM同步调节模式下，在下管Q2关断后，谐振电感续流导致上管体二极管导通，从而实现软开关ZVS(零电压开通)条件，但是，此时由于脉冲宽度调制PWM调宽到死区时间增大，上管Q1没有发波导通，此时开关管Q1和Q2结电容与Lr、Cr之间产生自由振荡。在自由振荡期间容易出现上管Q1在下管Q2的体二极管续流状态下硬开通，由于MOS管的体二极管反向恢复能力弱，在重载的情况下有很大的直通短路风险，导致模块损坏。
针对上述相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种LLC谐振变换电路及其工作模式的确定方法及装置，以至少解决相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种LLC谐振变换电路，包括：逆变电路，用于为输入电压提供续流路径，其中，所述逆变电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管；继电器，与所述逆变电路连接，用于将所述逆变电路在全桥状态和半桥半桥之间转换；谐振电路，与所述逆变电路连接，用于对经过所述谐振电路的输入电压进行谐振处理，其中，所述谐振电路包括：谐振电感和谐振电容，所述谐振电感的一端与所述第一开关管的漏极连接，所述谐振电感的另外一端与变压器的原边的一端连接，所述谐振电容的一端与所述变压器的原边的另外一端连接，所述谐振电容的另外一端与所述第四开关管的漏极连接。
可选地，所述继电器的一端与所述第三开关管的源极连接，所述继电器的另外一端与第一滤波电容的负极连接，其中，在所述继电器处于断开状态时，所述逆变电路为全桥状态，在所述继电器处于闭合状态时，所述逆变电路为半桥状态。
可选地，该LLC谐振变换电路还包括：整流电路，与所述谐振电路连接，用于对经过所述逆变电路和所述谐振电路处理后的输入电压进行处理。
可选的，所述整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，其中，所述第一二极管的正极与所述变压器的副边的一端连接，负极与第二滤波电容的正极连接；所述第二二极管的正极与所述第二滤波电容的负极连接，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的正极连接；所述第三二极管的正极与所述第四二极管的负极连接，负极与所述第二滤波电容的正极连接；所述第四二极管的正极与所述第二滤波电容的负极连接，负极与所述变压器的副边的另外一端连接。
可选地，第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管为整流二极管。
可选地，该LLC谐振变换电路还包括：输出负载，其中，所述输出负载的一端与所述第二滤波电容的正极连接，另外一端与所述第二滤波电容的负极连接。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种LLC谐振变换电路工作模式的确定方法，应用于上述中任一项所述的LLC谐振变换电路，包括：获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式，其中，所述工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
可选地，获取LLC谐振变换电路的输出电压区间包括：对所述LLC谐振变换电路的输出电压进行采样，得到多个输出电压；根据所述多个输出电压确定所述LLC谐振变换电路的输出电压区间。
可选地，确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型包括：采集所述LLC谐振变换电路中的预定参数；根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益；根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型。
可选地，根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益包括：通过第一公式确定所述多个增益中的每一个增益，其中，所述第一公式为：
Figure BDA0001777378400000031
Figure BDA0001777378400000032
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数。
可选的，根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型包括：将所述多个增益中的每一个增益与所述预定增益进行比较，得到比较结果；在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均不小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为高压增益段；在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为低压增益段。
可选的，根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式包括：在所述增益类型为高压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；在所述增益类型为低压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
可选的，在根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式之后，该LLC谐振变换电路工作模式的确定方法还包括：根据所述工作模式控制所述LLC谐振变换电路中的继电器断开或闭合。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种LLC谐振变换电路工作模式的确定装置，应用于上述中任一项所述的LLC谐振变换电路，包括：获取单元，用于获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；第一确定单元，用于确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；第二确定单元，用于根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式，其中，所述工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
可选地，所述获取单元包括：获取子单元，用于对所述LLC谐振变换电路的输出电压进行采样，得到多个输出电压；第一确定子单元，用于根据所述多个输出电压确定所述LLC谐振变换电路的输出电压区间。
可选的，所述第一确定单元包括：采集子单元，用于采集所述LLC谐振变换电路中的预定参数；第二确定子单元，用于根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益；第三确定子单元，用于根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型。
可选地，所述第二确定子单元包括：第一确定模块，用于通过第一公式确定所述多个增益中的每一个增益，其中，所述第一公式为：
Figure BDA0001777378400000041
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数。
可选地，所述第三确定子单元包括：获取模块，用于将所述多个增益中的每一个增益与所述预定增益进行比较，得到比较结果；第二确定模块，用于在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均不小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为高压增益段；第三确定模块，用于在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为低压增益段。
可选的，所述第二确定单元包括：第四确定子单元，用于在所述增益类型为高压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；第五确定子单元，用于在所述增益类型为低压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
可选地，该LLC谐振变换电路工作模式的确定装置还包括：控制单元，用于在根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式之后，根据所述工作模式控制所述LLC谐振变换电路中的继电器断开或闭合。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行上述中任意一项所述的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述中任意一项所述的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
在本发明实施例中，采用获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。通过本发明实施例提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法可以实现根据谐振腔的增益类型确定与逆变电路连接的继电器的关断，以控制LLC谐振变换电路的工作模式在全桥LLC谐振电路模式和半桥LLC谐振电路模式之间切换，达到了提高LLC谐振变换电路的适用性、稳定性以及高效性的技术效果，进而解决了相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据现有技术的LLC谐振电路拓扑的输出电压增益随频率变化的曲线的示意图；
图2是根据现有技术的半桥LLC谐振电路的拓扑图；
图3是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路的示意图；
图4是根据发明实施例的可选的LLC谐振变换电路的示意图；
图5是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的谐振腔增益分段切换的示意图；
图7是根据本发明实施例的对比传统LLC谐振电路的输出外特性曲线的示意图；
图8(a)是根据本发明实施例的全桥谐振电路驱动控制时序的示意图一；
图8(b)是根据本发明实施例的半桥LLC谐振电路驱动控制时序的示意图二；
图9是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路工作模式的确定装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，下面对本发明实施例中的部分名词或术语进行详细说明。
谐振电路：是对于包含电容和电感及电阻元件的无源一端口网络，其端口可能呈现容性、感性即电阻性，当电路端口的电压U和电流I，出现同相位，电路呈电阻性。谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿。
整流二极管：是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN节点，有正极和负极两个端子。
滤波电容：是指安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件。
外特性曲线：在不同的节气门开度下进行速度特性试验，可以画出各个节气门开度的速度特性曲线，这些曲线大致走向平行。在纵向，节气门开度越大，曲线越靠上，而节气门全开时的速度特性曲线处于最高位置，基本上把小于节气门全开的其他节气门开度的速度特性曲线覆盖起来，由于该曲线位于最外侧，故称为外特性曲线。
实施例1
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种LLC谐振变换电路，图3是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路的示意图，如图3所示，该LLC谐振变换电路包括：逆变电路31，继电器33以及谐振电路35。下面对该LLC谐振变换电路进行详细说明。
逆变电路31，用于为输入电压提供续流路径，其中，该逆变电路31包括：第一开关管311、第二开关管312、第三开关管313以及第四开关管314；
继电器33，与逆变电路31连接，用于将逆变电路31在全桥状态和半桥半桥之间转换；
谐振电路35，与逆变电路31连接，用于对经过谐振电路35的输入电压进行谐振处理，其中，该谐振电路35包括：谐振电感351和谐振电容353，谐振电感的一端与第一开关管的漏极连接，谐振电感的另外一端与变压器的原边的一端连接，谐振电容的一端与变压器的原边的另外一端连接，谐振电容的另外一端与第四开关管的漏极连接。
在该实施例中，采用逆变电路，用于为输入电压提供续流路径，其中，逆变电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管；继电器，与逆变电路连接，用于将逆变电路在全桥状态和半桥半桥之间转换；谐振电路，与逆变电路连接，用于对经过谐振电路的输入电压进行谐振处理，其中，谐振电路包括：谐振电感和谐振电容，谐振电感的一端与第一开关管的漏极连接，谐振电感的另外一端与变压器的原边的一端连接，谐振电容的一端与变压器的原边的另外一端连接，谐振电容的另外一端与第四开关管的漏极连接。相对于相关技术中LLC谐振电路在宽范围输出电压条件下容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的弊端。通过本发明实施例提供的LLC谐振变换电路可以实现根据谐振腔的增益类型确定与逆变电路连接的继电器的关断，以控制LLC谐振变换电路的工作模式在全桥LLC谐振电路模式和半桥LLC谐振电路模式之间切换，达到了提高LLC谐振变换电路的适用性、稳定性以及高效性的技术效果，进而解决了相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。
作为本发明一个可选的实施例，继电器的一端与第三开关管的源极连接，继电器的另外一端与第一滤波电容的负极连接，其中，在继电器处于断开状态时，逆变电路为全桥状态，在继电器处于闭合状态时，逆变电路为半桥状态。其中，第一滤波电容为输入母线滤波电容。例如，在该继电器的线圈未得电的情况下，继电器的触点处于断开状态，此时继电器处于断开状态，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管构成全桥LLC谐振电路；反之，在继电器的线圈得电的情况下，继电器触点处于闭合状态，此时继电器处于闭合状态，第三开关管和第四开关管处于低电平状态(即第三开关管和第四开关管断开)，第一开关管和第二开关管构成半桥LLC谐振电路。
作为本发明一个可选的实施例，该LLC谐振变换电路还可以包括：整流电路，与谐振电路连接，用于对经过逆变电路和谐振电路处理后的输入电压进行处理。
另外，上述整流电路可以包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，其中，第一二极管的正极与变压器的副边的一端连接，负极与第二滤波电容的正极连接；第二二极管的正极与第二滤波电容的负极连接，第二二极管的负极与第一二极管的正极连接；第三二极管的正极与第四二极管的负极连接，负极与第二滤波电容的正极连接；第四二极管的正极与第二滤波电容的负极连接，负极与变压器的副边的另外一端连接。其中，第二滤波电容为输出滤波电容。
优选的，第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管为整流二极管。
作为本发明一个可选的实施例，该LLC谐振变换电路还可以包括：输出负载，其中，输出负载的一端与第二滤波电容的正极连接，另外一端与第二滤波电容的负极连接。
下面结合附图对该LLC谐振变换电路进行详细说明。
其中，图4是根据发明实施例的可选的LLC谐振变换电路的示意图，如图4所示，该LLC谐振变换电路包括：第一开关管Q3(即上述第一开关管311)、第二开关管Q4(即上述第二开关管312)、第三开关管Q5(即上述第三开关管313)、第四开关管Q6(即上述第四开关管314)；第一开关管Q3的漏极与输入母线滤波电容Cbus(即上述第一滤波电容)的正极连接，源极与第二开关管Q4的漏极连接；第二开关管Q4的漏极与第一开关管Q3的源极连接，源极与输入母线滤波电容Cbus的负极连接；第三开关管Q5的漏极与输入母线滤波电容Cbus的正极连接，源极与第四开关管Q6的漏极连接；第四开关管Q6的漏极与第三开关管Q5的源极连接，源极与输入母线滤波电容Cbus的负极连接。另外，继电器RLY1(即继电器33)的一端与第三开关管Q5的源极连接，另外一端与输入母线滤波电容Cbus的负极连接。该LLC谐振变换电路还包括：谐振电感Lr(即谐振电感351)和谐振电容Cr(即谐振电容353)，谐振电感Lr的一端与第一开关管Q3的漏极连接，谐振电感Lr的另外一端与变压器T的原边NP的一端连接，谐振电容Cr的一端与变压器T的原边NP的另外一端连接，谐振电容Cr的另外一端与第四开关管Q6的漏极连接。需要说明的是，上述第一开关管Q3、第二开关管Q4、第三开关管Q5以及第四开关管Q6的栅极均为控制端。
如图4所示，该LLC谐振变换电路还包括：第一二极管D3、第二二极管D4、第三二极管D5以及第四二极管D6，其中，第一二极管D3的正极与变压器T的副边NS的一端连接，负极与第二滤波电容Cout的正极连接；第二二极管D4的正极与第二滤波电容Cout的负极连接，第二二极管D4的负极与第一二极管D3的正极连接；第三二极管D5的正极与第四二极管D6的负极连接，负极与第二滤波电容Cout的正极连接；第四二极管D6的正极与第二滤波电容Cout的负极连接，负极与变压器T的副边NS的另外一端连接。另外，该LLC谐振变换电路还包括：输出负载Rout，其中，输出负载Rout的一端与第二滤波电容Cout的正极连接，另外一端与第二滤波电容Cout的负极连接。需要说明的是，上述第一二极管D3、第二二极管D4、第三二极管D5以及第四二极管D6均为整流二极管。
即，Cbus为输入母线滤波电容，Q3、Q4、Q5、Q6为全桥LLC电路开关管，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，T为变压器(该变压器可以为主变压器)，D3、D4、D5、D6为输出整流二极管，Cout为输出滤波电容，Rout为输出负载，RLY1为电路切换的继电开关(即继电器)。
在本发明实施例中通过控制继电开关，实现全桥LLC谐振电路与半桥LLC谐振电路相互切换。利用半桥LLC谐振电路的输出电压增益为全桥LLC谐振电路的输出电压增益一半。在高压输出时，切换成全桥LLC谐振电路工作模式；在低压输出时，切换成半桥LLC谐振电路工作模式；从而实现低电压增益也能工作在谐振工作点。
实施例2
根据本发明实施例，还提供了一种LLC谐振变换电路工作模式的确定方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图5是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法的流程图，需要说明的是，该LLC谐振变换电路工作模式的确定方法可以应用于上述中任一项的LLC谐振变换电路，如图5所示，该LLC谐振变换电路工作模式的确定方法可以包括如下步骤：
步骤S502，获取LLC谐振变换电路的输出电压区间。
其中，在步骤S502中，获取LLC谐振变换电路的输出电压区间可以包括：对LLC谐振变换电路的输出电压进行采样，得到多个输出电压；根据多个输出电压确定LLC谐振变换电路的输出电压区间。
步骤S504，确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型。
步骤S506，根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
在该实施例中，可以通过获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。相对于相关技术中LLC谐振电路在宽范围输出电压条件下容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的弊端。通过本发明实施例提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法可以实现根据谐振腔的增益类型确定与逆变电路连接的继电器的关断，以控制LLC谐振变换电路的工作模式在全桥LLC谐振电路模式和半桥LLC谐振电路模式之间切换，达到了提高LLC谐振变换电路的适用性、稳定性以及高效性的技术效果，进而解决了相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。
作为本发明一个可选的实施例，确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型可以包括：采集LLC谐振变换电路中的预定参数；根据预定参数确定输出电压区间内谐振腔的多个增益；根据多个增益和预定增益确定增益类型。
具体地，根据预定参数确定输出电压区间内谐振腔的多个增益可以包括：通过第一公式确定多个增益中的每一个增益，其中，第一公式为：
Figure BDA0001777378400000101
Figure BDA0001777378400000102
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数。
优选的，根据多个增益和预定增益确定增益类型可以包括：将多个增益中的每一个增益与预定增益进行比较，得到比较结果；在比较结果为多个增益中的每一个增益均不小于预定增益的情况下，确定增益类型为高压增益段；在比较结果为多个增益中的每一个增益均小于预定增益的情况下，确定增益类型为低压增益段。
例如，在本发明实施例中，在宽输出电压范围应用的情况下，可以将谐振腔增益分为两段，即高压增益段和低压增益段。在输出电压建立之前，可以通过系统通讯确认输出电压范围(即上述电压区间)，当输出电压范围内所有增益Gv均不小于预定增益时，该预定增益优选为0.7，确定为高压增益段；当输出电压范围内所有增益Gv均小于预定增益时，确定为低压增益段。需要说明的是，该预定增益可优选为0.7，该预定增益也可以根据实际情况调整。
作为本发明一个可选的实施例，在上述步骤S406中，根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式包括：在增益类型为高压增益段时，确定LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；在增益类型为低压增益段时，确定LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
优选的，在根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式之后，该LLC谐振变换电路工作模式的确定方法还可以包括：根据工作模式控制LLC谐振变换电路中的继电器断开或闭合。
下面结合LLC谐振变换电路的工作模式进行详细说明。
一个方面，当确定LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式时，确定输出电压范围对应于高压增益段，此时继电开关RLY1断开，第一开关管Q3、第二开关管Q4、第三开关管Q5以及第四开关管Q6为全桥LLC谐振电路的开关管；此时可以通过公式1确定全桥谐振腔增益Gv1、输入母线电压Vbus以及输出电压Vout的关系，其中，公式1为：
Figure BDA0001777378400000111
公式1中的NP表示变压器的原边线圈匝数，NS表示变压器的副边线圈匝数，Vd表示输出二极管导通压降。
另外一个方面，当确定LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式时，确定输出电压范围对应于低压增益段，此时继电开关RLY1闭合，第三开关管Q5以及第四开关管Q6处于低电平状态(即断开第三开关管Q5以及第四开关管Q6)，第一开关管Q3、第二开关管Q4为半桥LLC谐振电路的开关管(即上下开关管)；此时可以通过公式2确定半桥谐振腔增益Gv2、输入母线电压Vbus以及输出电压Vout之间的关系，其中，公式2为：
Figure BDA0001777378400000112
NP表示变压器的原边线圈匝数，NS表示变压器的副边线圈匝数，Vd表示表示输出二极管导通压降。
由上述公式1和公式2可以得知：在输出电压范围为低压增益段时，切换成半桥LLC谐振电路模式，其谐振腔电压增益将增大一倍。图6是根据本发明实施例的谐振腔增益分段切换的示意图，如图6，在相同的低压负载系数情况下，相当于将全桥LLC谐振电路的低压增益(PWM+PFM)高风险状态，移到半LLC谐振电路谐振频率工作点的高效稳定状态。
在本发明实施例提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法的应用中最大输出电压为Voutmax，最低输出电压为Voutmin，当输出电压范围(Voutmax-Voutmin)/Voutmax≥0.5时，可采用全新的全桥-半桥LLC谐振电路替代传统的LLC谐振电路结构。
图7是根据本发明实施例的对比传统LLC谐振电路的输出外特性曲线的示意图，根据该对比传统的LLC谐振方案在宽范围输出时的外特性曲线可以得知，全新全桥-半桥LLC谐振电路增加了输出电压范围，避免了低压下输出电流回缩问题，实现全电压范围稳定工作能力。另外，从图7可以看出，传统的LLC谐振电路外特性曲线低于输出是存在电流回缩的，而全新的全桥-半桥LLC谐振电路外特性曲线输出电压范围更宽，且电流不回缩。
图8(a)是根据本发明实施例的全桥谐振电路驱动控制时序的示意图一，图8(b)是根据本发明实施例的半桥LLC谐振电路驱动控制时序的示意图二。通过图8(a)以及图8(b)可以看到：全新的全桥-半桥谐LLC谐振电路拓扑结构和实现方式，可以用于解决传统LLC谐振电路在宽范围输出电压条件下的弊端，提高LLC谐振电路的适用性、稳定性、高效性。
实施例3
根据本发明实施例还提供了一种LLC谐振变换电路工作模式的确定装置，需要说明的是，本发明实施例的LLC谐振变换电路工作模式的确定装置可以用于执行本发明实施例所提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。以下对本发明实施例提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定装置进行介绍。
图9是根据本发明实施例的LLC谐振变换电路工作模式的确定装置的示意图，需要说明的是，该LLC谐振变换电路工作模式的确定装置应用于上述中任一项的LLC谐振变换电路，如图9所示，该LLC谐振变换电路工作模式的确定装置包括：获取单元91，第一确定单元93以及第二确定单元95。下面对该LLC谐振变换电路工作模式的确定装置进行详细说明。
获取单元91，用于获取LLC谐振变换电路的输出电压区间。
第一确定单元93，与上述获取单元91连接，用于确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型。
第二确定单元95，与上述第一确定单元93连接，用于根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
需要说明的是，该实施例中的获取单元91可以用于执行本发明实施例中的步骤S502，该实施例中的第一确定单元93可以用于执行本发明实施例中的步骤S504，该实施例中的第二确定单元95可以用于执行本发明实施例中的步骤S506。上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。
在该实施例中，可以利用获取单元获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；同时利用第一确定单元确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；并利用第二确定单元根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。相对于相关技术中LLC谐振电路在宽范围输出电压条件下容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的弊端。通过本发明实施例提供的LLC谐振变换电路工作模式的确定装置可以实现根据谐振腔的增益类型确定与逆变电路连接的继电器的关断，以控制LLC谐振变换电路的工作模式在全桥LLC谐振电路模式和半桥LLC谐振电路模式之间切换，达到了提高LLC谐振变换电路的适用性、稳定性以及高效性的技术效果，进而解决了相关技术中常规的LLC谐振电路容易对功率器件以及开关器件产生损耗进而影响整个系统的转换效率的技术问题。
作为本发明一个可选的实施例，上述获取单元可以包括：获取子单元，用于对LLC谐振变换电路的输出电压进行采样，得到多个输出电压；第一确定子单元，用于根据多个输出电压确定LLC谐振变换电路的输出电压区间。
作为本发明一个可选的实施例，上述第一确定单元可以包括：采集子单元，用于采集LLC谐振变换电路中的预定参数；第二确定子单元，用于根据预定参数确定输出电压区间内谐振腔的多个增益；第三确定子单元，用于根据多个增益和预定增益确定增益类型。
作为本发明一个可选的实施例，上述第二确定子单元可以包括：第一确定模块，用于通过第一公式确定多个增益中的每一个增益，其中，第一公式为：
Figure BDA0001777378400000131
Figure BDA0001777378400000132
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数。
作为本发明一个可选的实施例，上述第三确定子单元可以包括：获取模块，用于将多个增益中的每一个增益与预定增益进行比较，得到比较结果；第二确定模块，用于在比较结果为多个增益中的每一个增益均不小于预定增益的情况下，确定增益类型为高压增益段；第三确定模块，用于在比较结果为多个增益中的每一个增益均小于预定增益的情况下，确定增益类型为低压增益段。
作为本发明一个可选的实施例，上述第二确定单元可以包括：第四确定子单元，用于在增益类型为高压增益段时，确定LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；第五确定子单元，用于在增益类型为低压增益段时，确定LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
作为本发明一个可选的实施例，该LLC谐振变换电路工作模式的确定装置还可以包括：控制单元，用于在根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式之后，根据工作模式控制LLC谐振变换电路中的继电器断开或闭合。
上述LLC谐振变换电路工作模式的确定装置包括处理器和存储器，上述获取单元91，第一确定单元93以及第二确定单元95等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
上述处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
上述存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序执行上述中任意一项的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
在本发明实施例中还提供了一种设备，该设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
在本发明实施例中还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；确定输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；根据增益类型确定LLC谐振变换电路的工作模式，其中，工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种LLC谐振变换电路，其特征在于，包括：
逆变电路，用于为输入电压提供续流路径，其中，所述逆变电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，第一开关管的漏极与第三开关管的漏极以及第一滤波电容的正极连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第三开关管的源极与第四开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的源极以及第一滤波电容的负极连接；
继电器，与所述逆变电路连接，用于将所述逆变电路在全桥状态和半桥状态之间转换；
谐振电路，与所述逆变电路连接，用于对经过所述谐振电路的输入电压进行谐振处理，其中，所述谐振电路包括：谐振电感和谐振电容，所述谐振电感的一端与所述第一开关管的源极连接，所述谐振电感的另外一端与变压器的原边的一端连接，所述谐振电容的一端与所述变压器的原边的另外一端连接，所述谐振电容的另外一端与所述第四开关管的漏极连接；
所述继电器的一端与所述第三开关管的源极连接，所述继电器的另外一端与第一滤波电容的负极连接，其中，在所述继电器处于断开状态时，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管构成全桥LLC谐振电路，在所述继电器处于闭合状态时，第三开关管和第四开关管处于低电平状态，第一开关管和第二开关管构成半桥LLC谐振电路。
2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，还包括：整流电路，与所述谐振电路连接，用于对经过所述逆变电路和所述谐振电路处理后的输入电压进行处理。
3.根据权利要求2所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，其中，所述第一二极管的正极与所述变压器的副边的一端连接，负极与第二滤波电容的正极连接；所述第二二极管的正极与所述第二滤波电容的负极连接，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的正极连接；所述第三二极管的正极与所述第四二极管的负极连接，负极与所述第二滤波电容的正极连接；所述第四二极管的正极与所述第二滤波电容的负极连接，负极与所述变压器的副边的另外一端连接。
4.根据权利要求3所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管为整流二极管。
5.根据权利要求3所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，还包括：输出负载，其中，所述输出负载的一端与所述第二滤波电容的正极连接，另外一端与所述第二滤波电容的负极连接。
6.一种LLC谐振变换电路工作模式的确定方法，其特征在于，应用于权利要求1至5中任一项所述的LLC谐振变换电路，包括：
获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；
确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；
根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式，其中，所述工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式；
其中，确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型包括：
采集所述LLC谐振变换电路中的预定参数；
根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益；
根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型；
根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益包括：
通过第一公式确定所述多个增益中的每一个增益，其中，所述第一公式为：
Figure FDA0003966250330000021
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数；
根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型包括：
将所述多个增益中的每一个增益与所述预定增益进行比较，得到比较结果；
在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均不小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为高压增益段；
在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为低压增益段；
根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式包括：
在所述增益类型为高压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；
在所述增益类型为低压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取LLC谐振变换电路的输出电压区间包括：
对所述LLC谐振变换电路的输出电压进行采样，得到多个输出电压；
根据所述多个输出电压确定所述LLC谐振变换电路的输出电压区间。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式之后，还包括：
根据所述工作模式控制所述LLC谐振变换电路中的继电器断开或闭合。
9.一种LLC谐振变换电路工作模式的确定装置，其特征在于，应用于权利要求1至5中任一项所述的LLC谐振变换电路，包括：
获取单元，用于获取LLC谐振变换电路的输出电压区间；
第一确定单元，用于确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型；
第二确定单元，用于根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式，其中，所述工作模式包括以下之一：全桥LLC谐振电路模式，半桥LLC谐振电路模式；
其中，确定所述输出电压区间内谐振电路的谐振腔的增益类型包括：
采集所述LLC谐振变换电路中的预定参数；
根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益；
根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型；
根据所述预定参数确定所述输出电压区间内所述谐振腔的多个增益包括：
通过第一公式确定所述多个增益中的每一个增益，其中，所述第一公式为：
Figure FDA0003966250330000031
Gv表示增益，Lr表示谐振电感的感量，Lm表示变压器的励磁电感的感量，fr表示谐振点对应的频率，fsw表示谐振电路的实际工作频率，Q表示输出负载的系数；
根据所述多个增益和预定增益确定所述增益类型包括：
将所述多个增益中的每一个增益与所述预定增益进行比较，得到比较结果；
在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均不小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为高压增益段；
在所述比较结果为所述多个增益中的每一个增益均小于所述预定增益的情况下，确定所述增益类型为低压增益段；
根据所述增益类型确定所述LLC谐振变换电路的工作模式包括：
在所述增益类型为高压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为全桥LLC谐振电路模式；
在所述增益类型为低压增益段时，确定所述LLC谐振变换电路的工作模式为半桥LLC谐振电路模式。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求6至8中任意一项所述的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
11.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求6至8中任意一项所述的LLC谐振变换电路工作模式的确定方法。
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