CN109194142A - 一种基于混合控制的llc全桥变换器软启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，包括步骤：S1、采用分压法采样输出电压，从而得到输出电压上升时间，即启动时间；S2、启动过程中对双向LLC变换器进行降频控制，过程为：在启动时，变换器工作频率f_s设置成2倍的额定频率f_r，在启动的过程中逐渐减小f_s，启动结束时，f_s＝f_r；S3、在S2进行的同时根据得到的输出电压上升时间，调节开关器件的占空比随时间变化，使其驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值。S4、由S2和S3混合控制时产生的驱动信号经驱动模块放大后，作用于主拓扑中的开关管，使输出电压从0缓慢上升到给定电压，达到软启动。本发明减小了启动过程中电流冲击，提高输出电压动态特性，使启动时更加稳定可靠。

Description

一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法

技术领域

本发明涉及LLC全桥变换器软启动的技术领域，尤其是指一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法。

背景技术

LLC谐振变换器具有工作效率高等优点而被广泛应用于各个领域，但在电路的启动过程中，过大的电流冲击是不容忽视的问题。一方面，由于在对双向LLC谐振变换器进行分析时，均假设了输出滤波电容足够大以致在二极管导通时能将变压器二次电压钳位，但在实际变换器启动时需要对这个大容量的输出滤波电容进行充电(假设启动时电容已经放电完全)，从而产生很大的冲击电流；另一方面，由于工作在谐振频率处，LLC谐振变换器中的谐振腔阻抗非常小，导致谐振腔产生很大的电流。电路中过大的冲击电路容易造成功率器件发热损坏，并影响系统的动态特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，减小了传统LLC全桥变换器启动过程中电流冲击，提高了输出电压动态特性，使电路启动时更加稳定可靠，具有较高的工程使用价值，此控制方法可靠、电路简单、易于实现。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，所述LLC全桥变换器为主功率电路，并配套有由相连的脉宽调制器和驱动模块组成的外围控制电路；其中，所述控制方法，包括以下步骤：

S1、采用分压法采样输出电压U_o，从而得到输出电压上升时间t_r，即启动时间；

S2、启动过程中对双向LLC变换器进行降频控制，其具体过程为：在启动时，变换器工作频率f_s设置成2倍的额定频率f_r，在启动的过程中逐渐减小f_s，启动结束时，f_s＝f_r；

S3、在S2进行的同时根据得到的输出电压上升时间t_r，调节开关器件的占空比随时间变化，使其驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值。

S4、由S2和S3混合控制时产生的驱动信号经驱动模块放大后，作用于主拓扑中的开关管，使输出电压从0缓慢上升到给定电压，达到软启动。

进一步，在步骤S3中，使开关器件驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值的方法是：电路启动过程中，在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化；在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化；原边器件占空比随时间变化，直至LLC全桥变换器整流侧输出端电压上升至指定电压，完成整个软启动过程。

进一步，在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化的曲线表达式为：

在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化的曲线表达式为：

由上述两个曲线的表达式，得到混合控制策略中占空比D_y的变化曲线表达式如下：

其中，D_{y_max}为变换器正常工作情况下的占空比值。

进一步，所述T_chang时刻为占空比随时间呈指数形式变化时的速度与占空比随时间呈直线变化时的速度相等的时刻，即

ΔD_{y_exp}＝ΔD_{y_line}

其目的是使切换前后的占空比变化曲线平滑过渡，避免影响软启动过程，通过计算可知T_chang＝0.5722t_r。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明方法是通过调节原边开关管的占空比随时间变化，从而减小电路中的电流冲击，达到电路软启动，因而无需另增硬件器件，控制简单且响应速度快。

2、在软启动时，输出电压基本无超调，输出滤波电容充电电流冲击小，电路软启动过程更加稳定可靠。

附图说明

图1为本发明软启动控制策略示意图。

图2为频率变化图。

图3为占空比随时间变化的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步的详细叙述。但本发明的实施不限于此。

如图1所示，为基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制策略示意图，基于主功率电路为LLC全桥变换器，外围控制电路包括相连的脉宽调制器和驱动模块。本实施例所提供的基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，包括以下步骤：

S1、采用分压法采样输出电压U_o，从而得到输出电压上升时间t_r，即启动时间。

S2、启动过程中对双向LLC变换器进行降频控制，其具体过程为：在启动时，变换器工作频率f_s设置成2倍的额定频率f_r，在启动的过程中逐渐减小f_s，启动结束时，f_s＝f_r。图2为工作频率随时间变化的关系图。

S3、在S2进行的同时根据得到的输出电压上升时间t_r，调节开关器件的占空比随时间变化，使其驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值。

S4、由S2和S3混合控制时产生的驱动信号经驱动模块放大后，作用于主拓扑中的开关管，使输出电压从0缓慢上升到给定电压，达到软启动。

在步骤S3中，使其驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值的方法是：电路启动过程中，在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化；在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化。图3即为启动过程中占空比随时间变化的曲线图。

在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化的曲线表达式为：

在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化的曲线表达式为：

由上述两个曲线的表达式，得到本发明软启动控制策略中占空比D_y的变化曲线表达式如下：

其中，D_{y_max}为变换器正常工作情况下的占空比值，本实施过程中占空比设置为43.75％。

所述的T_chang时刻为占空比随时间呈指数形式变化时的速度与占空比随时间呈直线变化时的速度相等的时刻，即

ΔD_{y_exp}＝ΔD_{y_line}

由上式通过计算可知T_chang＝0.5722t_r。其目的是使切换前后的占空比变化曲线平滑过渡，避免影响软启动过程。

本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，所述LLC全桥变换器为主功率电路，并配套有由相连的脉宽调制器和驱动模块组成的外围控制电路；其特征在于，所述控制方法，包括以下步骤：

S1、采用分压法采样输出电压U_o，从而得到输出电压上升时间t_r，即启动时间；

S2、启动过程中对双向LLC变换器进行降频控制，其具体过程为：在启动时，变换器工作频率f_s设置成2倍的额定频率f_r，在启动的过程中逐渐减小f_s，启动结束时，f_s＝f_r；

S3、在S2进行的同时根据得到的输出电压上升时间t_r，调节开关器件的占空比随时间变化，使其驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值。

S4、由S2和S3混合控制时产生的驱动信号经驱动模块放大后，作用于主拓扑中的开关管，使输出电压从0缓慢上升到给定电压，达到软启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，其特征在于：在步骤S3中，使开关器件驱动信号的占空比按指定曲线逐渐增大至指定值的方法是：电路启动过程中，在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化；在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化；原边器件占空比随时间变化，直至LLC全桥变换器整流侧输出端电压上升至指定电压，完成整个软启动过程。

3.根据权利要求2所述的一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，其特征在于：在切换时间T_chang之前，占空比D_y随时间t呈指数形式变化的曲线表达式为：

在切换时间T_chang之后，占空比D_y随时间t呈直线变化的曲线表达式为：

由上述两个曲线的表达式，得到混合控制策略中占空比D_y的变化曲线表达式如下：

其中，D_{y_max}为变换器正常工作情况下的占空比值。

4.根据权利要求3所述的一种基于混合控制的LLC全桥变换器软启动控制方法，其特征在于：所述T_chang时刻为占空比随时间呈指数形式变化时的速度与占空比随时间呈直线变化时的速度相等的时刻，即

ΔD_{y_exp}＝ΔD_{y_line}

其目的是使切换前后的占空比变化曲线平滑过渡，避免影响软启动过程，通过计算可知T_chang＝0.5722t_r。