CN109802569B - 一种llc谐振变换器轻载控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LLC谐振变换器轻载控制方法，包括以下步骤：S1、判断LLC控制模式标志位是否处于变频控制模式，是则转步骤S2，否则转步骤S3；S2、检测输出电压、输出电流，经过电压环‑电流环双环调制得到开关频率f_s，判断开关频率f_s是否大于频率fmax1，是则控制标志位置0，否则控制标志位置1；S3、检测输出电压、输出电流，经过电压环‑电流环双环调制得到burst模式信号频率fburst，若频率fburst大于频率fmax2，则控制标志位置1，否则控制标志位置0；S4、判断控制LLC控制模式标志位，若标志位为1，采用正常发波方式；若标志位为0，采用变频burst模式发波方式。可以同时控制输出电压与输出电流、减小轻载输出电压纹波，提高轻载控制效率。

Description

一种LLC谐振变换器轻载控制方法

技术领域

本发明涉及一种LLC谐振变换器的轻载控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

LLC谐振变换器因其高效率、软开关范围大、功率密度高等优势而受到业内人士的青睐，广泛应用于电动汽车充电桩、开关电源、光伏储能等行业。但是根据LLC谐振变换器工作原理及其增益特性，在轻载或空载输出时增益曲线易受电路寄生参数影响，增益曲线呈现不单调现象，这种现象对于单纯使用调频控制方式来说会影响环路的调节控制。

目前，针对上述现象，目前主要有以下几种解决方法：

第一，采用加死负载的方式，通过牺牲整机效率来避免开关频率过高。

第二，文献“Pulse-width modulation control strategy for high efficiencyLLC resonant converter with light load applications[J].Power Electronics Iet,2014,7(11):2887-2894.”使用脉宽调制来解决轻载问题。该方法是基于LLC在脉宽控制模式中具有良好的单调特性，但是占空比过小时，不易实现开关管软开关，会增大开关损耗、降低整机效率。

第三，文献“LLC谐振变换器轻载下电压增益失真的研究[J].电源学报,2014,12(3):75-79.”采用打嗝模式。该打嗝模式是采用一种脉冲方式来开通与关断栅极驱动信号，但是此方法电压纹波较大、无法对输出电流进行限制。

第四，专利“一种LLC间歇模式的控制方法”中在打嗝模式中加入电流环进行限流，但是单环控制仍然无法实现负载突变时电源快速响应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种LLC谐振变换器的轻载控制方法，可以同时控制输出电压与输出电流、减小轻载输出电压纹波，提高轻载控制效率，采用双环控制能够实现对输出电压的快速响应。

为达到上述目的，本发明提出了一种LLC谐振变换器轻载控制方法，包括以下步骤：

S1、判断LLC控制模式标志位是否处于变频控制模式，是则转步骤S2，否则转步骤S3；

S2、检测输出电压、输出电流，经过电压环-电流环双环调制得到开关频率f_s，判断开关频率f_s是否大于频率fmax1，是则控制标志位置0，否则控制标志位置1；

S3、检测输出电压、输出电流，经过电压环-电流环双环调制得到burst模式信号频率fburst，若频率fburst大于频率fmax2，则控制标志位置1，否则控制标志位置0；

S4、判断控制LLC控制模式标志位，若标志位为1，采用正常发波方式；若标志位为0，采用变频burst模式发波方式。

进一步的，所述步骤S1具体包括：

根据控制模式标志位判断控制模式，若标志位为1，则为变频控制转步骤S2；若标志位为0，则为burst控制转步骤S3。

进一步的，所述步骤S2具体包括：

S21、检测输出电压Vo、输出电流Io、指定电压Vref、指定电流Iref；

S22、将步骤S21得到的Vo与指定电压Vref经过电压外环计算得到电流环参考值Io-ref1，将步骤S21得到的输出电流Io与电流参考值Io-ref1经过电流内环计算得到开关频率fs；

S23、判断S22得到的开关管频率fs是否大于fmax1，是则控制模式标志位为0，否则控制模式标志位仍为1。

进一步的，所述步骤S3具体包括：

S31、检测输出电压Vo、输出电流Io、指定电压Vref、指定电流Iref；

S32、将步骤S31得到的Vo与指定电压Vref经过电压外环计算得到电流环参考值Io-ref2，将步骤S31得到的输出电流Io与电流参考值Io-ref2经过电流内环计算得到burst频率fburst；

S33、判断S32得到的频率fburst是否大于fmax2，是则控制模式标志位为1，否则控制模式标志位仍为0。

进一步的，所述burst模式发波方式具体为：

S41、变频burst模式中LLC谐振变换器开关管开关频率fs等于fmax保持固定不变，每个burst周期仅触发开通一个开关周期栅极驱动信号，一个开关周期结束后停止发波，等待下一个burst周期到来。

再进一步的，所述burst模式频率fburst最大值等于fmax2。

本发明的技术效果在于：可以同时控制输出电压与输出电流、减小轻载输出电压纹波，提高轻载控制效率，采用双环控制能够实现对输出电压的快速响应。

附图说明

下面将结合附图及实施步骤对本发明作进一步说明，附图中：

图1为根据本发明实施例提供的全桥LLC谐振变换器电路结构图；

图2为根据本发明提供的LLC谐振变换器轻载控制方法主流程图；

图3为本发明中LLC谐振变换器调频模式驱动波形图；

图4为本发明中LLC谐振变换器变频burst模式驱动波形图；

图5为根据本发明实施例提供的变频burst模式fburst＝75KHz实验驱动波形图；

图6为根据本发明实施例提供的变频burst模式fburst＝5KHz实验驱动波形图；

图7为根据本发明实施例提供的LLC谐振变换器轻载控制方法轻载变频burst模式fburst＝15KHz实验波形图；

图8为根据本发明实施例提供的LLC谐振变换器轻载控制方法轻载变频burst模式fburst＝5KHz实验波形图。

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。

如图1所示是适用本发明方法的一种全桥LLC谐振变换器电路，也可应用于半桥电路以及半桥三电平LLC电路。图1所示电路中，输入电容C_in、四个MOSFET功率管Q1、Q2、Q3、Q4，四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4，输出电容C_o以及谐振电容Cr、谐振电感Lr、励磁电感Lm、变压器T组成全桥LLC谐振变换电路。输入电容Cin正端连接母线正极，负端连接母线负极。开关管Q1、Q2首尾相连，Q1源极连接母线正极，Q2漏极连接母线负极，Q1与Q2中点为A。开关管Q3、Q4首尾相连，Q3源极连接母线正极，Q4漏极连接母线负极，Q3与Q4中点为B。中点A和B为LLC谐振电路输入端。

参阅图2，为根据本发明实施例提供的LLC谐振变换器的轻载控制方法流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

首先，在步骤S0开始，系统开始每间隔一段时间执行一次主控制流程。间隔时间为25us。主开关管开通关断由DSP控制器epwm模块发送的PWM驱动信号控制。

随后，在步骤S1中，系统判断LLC控制模式标志位是否处于变频控制模式，是则转步骤S2，否则转步骤S3；

步骤S2包括S21、S22、S23。步骤S21采样得到输出电压、输出电流、指定电压、指定电流，步骤S22将采样得到的数据经过电压环-电流环双环调制得到开关频率f_s，步骤S23中判断开关频率f_s是否大于频率fmax1，是则控制标志位置0，否则控制标志位置1；判断结束后转步骤4。

步骤S2包括S31、S32、S33。步骤S31采样得到输出电压、输出电流、指定电压、指定电流，步骤S32将采样得到的数据经过电压环-电流环双环调制得到burst频率f_burst，步骤S33中判断burst频率f_burst是否大于频率fmax2，是则控制标志位置1，否则控制标志位置0；判断结束后转步骤4。

在步骤S4中，EPWM模块完成驱动波产生。

主流程结束于步骤S5。

参阅图3，为根据本发明实施例提供的LLC谐振变换器的轻载控制方法流程图中步骤S4调频模式发波方式。如图3所示，具体如下：

当LLC谐振变换器处于调频模式，即控制标志位为1,其发波方式如图4所示。其调频模式是指：使变换器同一桥臂上下两开关管的驱动信号互补且连续，保持驱动信号占空比为50％不变。驱动信号的开关频率fs随着负载、输出电压影响在65～150kHz之间变化。此状态下频率fburst值等于开关频率fs。

参阅图4，为根据本发明实施例提供的LLC谐振变换器的轻载控制方法流程图中步骤S4变频burst模式发波方式。如图4所示，具体如下：

当LLC谐振变换器处于变频burst模式，即控制标志位为0，其发波方式如图4所示。变频burst模式中LLC谐振变换器开关管开关频率fs等于fmax保持固定不变，每个burst周期仅触发开通一个开关周期栅极驱动信号，一个开关周期结束后停止发波，等待下一个burst周期到来。burst频率fburst随着负载、输出电压的变化在150Khz～0Khz之间变化。

参阅图5，为本发明中变频burst模式fburst＝75KHz实验驱动波形图。其中，burst频率为75KHz，开关频率fs为150KHz。图6为本发明中变频burst模式fburst＝5KHz实验驱动波形图。

参阅图7，为LLC谐振变换器在轻载时，系统处于变频burst模式fburst＝15KHz的工作波形图。实验证明变频burst模式不会出现较大电压过冲，输出电压纹波满足峰峰值小于0.7V。图8为系统处于变频burst模式fburst＝5KHz的工作波形图。输出电压纹波满足峰峰值小于1V。

综上所述，本发明采用调频与变频burst两种模式的混合控制方式，能够有效地解决轻载输出问题。与目前现有方法相比，本发明解决了LLC轻载曲线偏移问题，提高了轻载效率。

以上仅是本发明的一个实施例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的思想下，可以应用于半桥两电平、半桥三电平、全桥等其他隔离型或非隔离型DCDC变换电路中，但这些均在本发明的保护之中。

Claims (4)

1.一种LLC谐振变换器的轻载控制方法，其特征在于，

S1、判断LLC控制模式标志位是否处于变频控制模式，是则转步骤S2，否则转步骤S3；

S2、检测输出电压、输出电流，经过电压环-电流环双环调制得到开关频率f_s，判断开关频率f_s是否大于频率fmax1，是则控制标志位置0，否则控制标志位置1；

S3、检测输出电压、输出电流，经过电压环-电流环双环调制得到burst模式信号频率fburst，若频率fburst大于频率fmax2，则控制标志位置1，否则控制标志位置0；

S4、判断控制LLC控制模式标志位，若标志位为1，采用正常发波方式；若标志位为0，采用变频burst模式发波方式；

所述burst模式发波方式具体为：

S41、变频burst模式中LLC谐振变换器开关管开关频率fs等于fmax保持固定不变，每个burst周期仅触发开通一个开关周期栅极驱动信号，一个开关周期结束后停止发波，等待下一个burst周期到来；

所述burst模式频率fburst最大值等于fmax2。

2.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器轻载控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

根据控制模式标志位判断控制模式，若标志位为1，则为变频控制转步骤S2；若标志位为0，则为burst控制转步骤S3。

3.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器轻载控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、检测输出电压Vo、输出电流Io、指定电压Vref、指定电流Iref；

S22、将步骤S21得到的Vo与指定电压Vref经过电压外环计算得到电流环参考值Io-ref1，将步骤S21得到的输出电流Io与电流参考值Io-ref1经过电流内环计算得到开关频率fs；

S23、判断S22得到的开关管频率fs是否大于fmax1，是则控制模式标志位为0，否则控制模式标志位仍为1。

4.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器轻载控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、检测输出电压Vo、输出电流Io、指定电压Vref、指定电流Iref；

S32、将步骤S31得到的Vo与指定电压Vref经过电压外环计算得到电流环参考值Io-ref2，将步骤S31得到的输出电流Io与电流参考值Io-ref2经过电流内环计算得到burst频率fburst；

S33、判断S32得到的频率fburst是否大于fmax2，是则控制模式标志位为1，否则控制模式标志位仍为0。

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