CN111786567A - 用于减小全桥llc变换器间歇时输出纹波的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法。该方法及电路适用于全桥LLC变换器电路，包含：将初级的4个开关管依照与输入电源串联的方式分为两组，第一组为串联的第一开关管和第二开关管，第二组为串联的第三开关管和第四开关管，该方法采用的发波方式为：设置LLC变换器有固定的频率调节范围，控制所述开关管中的第一、第二开关管驱动波形互补，第三、第四开关管驱动波形互补，且通过移相控制使第一及第三开关管是根据PI调节的输出值大小决定其驱动波形重叠的时间大小，当重叠时间越长时，LLC变换器的增益越高，带载能力越强，使其没有间歇状态，输出电容不会有低频的充放电，输出电压纹波能达到很小的输出电压纹波。

Description

用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法
技术领域
本发明涉及电源转换领域，尤指一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法。
背景技术
电动汽车近年蓬勃发展，已经逐渐进入我们的生活，其种类也是变得多种多样，因而与之相对应的，目前电动汽车充电器的输出电压需求范围也越来越宽，但随之也带来了一个问题，由于输入范围一般不变，过宽的输出电压范围就会导致充电桩在输入处于高端而输出处于低端的时候，充电桩的LLC工作在间歇状态，使得输出电压会随着输出电解电容的充放电而来回抖动，尤其是在轻载的时候，电源工作在间歇状态，使得输出电压纹波超出技术指标的要求，这种情况下，按照目前的一般方式就会是通过加大输出电感以及输出电解的值来满足设计的需要，但是随着间歇程度的不同，设计对输出电感和电解的要求也不尽相同，往往就是通过对输出电感跟电解的过设计来满足所需的技术指标，造成本的高昂，及浪费。目的是实现在原有电路不变的情况下，提供一种用于减小LLC变换器间歇时输出纹波的设计，使其仅借助稍微的改变一下空载时的PWM控制方式就能够满足设计要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法，以便在原有电路不变的情况下，稍微的改变一下空载时的PWM控制方式就能在满足设计要求的前提下提供一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的设计。
为达上述目的，本发明提供了一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法,用于全桥LLC变换器电路，包含：将初级的4个开关管(S1-S4)依照与输入电源串联的方式分为两组，第一组为串联的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二组为串联的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，该方法采用的发波方式为：设置LLC变换器有固定的频率调节范围，控制所述开关管中的第一、第二开关管(S1、S2)驱动波形互补，第三、第四开关管(S3、S4)驱动波形互补，通过移相控制使第一组和第三组开关管根据PI调节的输出值大小确定驱动波形重叠的时间，当重叠时间越长时，LLC变换器的增益越高，带载能力越强，使其没有间歇状态，输出电容不会有低频的充放电，输出电压纹波在原有的输出滤波情况下就能达到很小的输出电压纹波。
较佳的是，所述全桥LLC谐振变换器拓扑结构为，初级的直流输入端设有一个滤波电容，并连接一个由四个开关管(S1-S4)构成桥式电路，谐振电感Lr与谐振电容(Cr)构成谐振电路，其中第一开关管(S1)与第二开关管(S2)、第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接，并接到直流输入端正负端，第一开关管(S1)与第二开关管(S2)的串联连接点与主功率变压器(T)初级线圈一端相连，而第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接点通过谐振电感(Lr)及谐振电容(Cr)与主功率变压器(T)初级线圈的另一端相连。
进一步较佳的是，所述主功率变压器(T)次级线圈通过由4个二极管(D1-D4)构成的桥式整流电路，经输出滤波向负载(R)供电。
进一步较佳的是，所述开关管是可以采用具有寄生电容及体二极管的可控MOS管。
本发明有益效果在于，借助上述技术方案，实现了通过简单的修改控制策略来减小全桥LLC变换器工作在间歇状态下输出纹波的目的，大大降低了输出滤波环节的设计压力。
附图说明
图1为本发明适用的对象：全桥LLC变换器电路拓扑。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
通常情况下LLC变换器依靠简单的PI控制，实现各种负载的运行，轻载情况下LLC变换器会工作间隙状态(工作一段时间，歇一段时间)，间歇的频率远远低于开关频率，就会造成输出滤波不能滤除间歇状态下输出电压的纹波，导致输出电压纹波很难满足技术指标。运用本发明的所述方法能让LLC变换器在轻载时工作在移相控制模式，输出电压的抖动频率为开关频率，输出滤波电路能很好的滤除轻载时移相控制模式下的输出纹波，很容易达到技术指标的要求。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明的一种用于减小LLC变换器间歇时输出纹波的方法应用的一种电路。如图所示的，其是一种全桥LLC谐振变换器拓扑结构，图中，该电路的直流输入端设有一个滤波电容，并连接一个由四个开关管S1-S4构成桥式电路，电容C1-C4为所述开关管的寄生电容，并且每个开关管均具有一个体二极管，谐振电感Lr与谐振电容Cr构成谐振电路，该谐振电路与主功率变压器T连接，主功率变压器T次级连接四个输出整流二极管D1-D4构成的桥式整流电路，该桥式整流电路输出端设有输出滤波C5，并输出至负载R。其中第一开关管S1与第二开关管S2、第三开关管S3与第四开关管S4串联连接，并接到直流输入端正负端，第一开关管S1与第二开关管S2的串联连接点与主功率变压器T初级线圈一端相连，而第三开关管S3与第四开关管S4串联连接点通过谐振电感Lr及谐振电容Cr与主功率变压器T初级线圈的另一端相连。
所述主功率变压器T次级线圈通过由4个二极管(D1-D4)构成的桥式整流电路，经输出滤波向负载R供电。所述开关管(S1-S4)的栅极输入PWM控制模块输出的PWM驱动信号。
该电路在现有的实际应用中，一般情况下LLC变换器采用的PWM发波方式是：
请参见图1的电路，为一种全桥LLC变换器，其有固定的频率调节范围(受谐振频率限制)，使两个开关管S1、S2的驱动波形互补，而另外两个开关管S3、S4驱动波形亦互补，并且使其中的开关管S1跟S3驱动波形相同。
一般来说，通常情况下，频率低的时候带载能力强，而频率高时带载能力相对弱，但是在LLC变换器在输入电压高，输出电压低的情况下，有时候即使PWM发波已经是所述频率调节范围内的最低频率，其输出电压还是不能够稳定到预设值，这时就会不得不断断续续的采用不断的以最高频率工作的状态，简称间歇状态。这时候的间歇状态的频率是受输出负载大小、输出电压高低等因素影响的，也就会出现间歇频率不固定的情况，在间歇状态，输出滤波会因处于低频的充放电状态，从而会导致输出纹波很难满足设计要求，而进一步加大输出滤波会大面积的增加空间和成本。而如果是采取将LLC变换器的频率最高值增大的方式，则会导致开关损耗增加，同时也会加重PI的调节压力，使系统稳定性很难保证。
为此，发明人经仔细分析、反复试验，提供了一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法。在上述的状态下，本发明采用了一种移相控制策略，本发明的发波方式为：设置LLC变换器有固定的频率调节范围，在本具体实施例中，是使用如图1所示的电路，其第一、第二开关管S1、S2驱动波形互补，第三、第四开关管S3、S4驱动波形互补，且通过移相控制使第一及第三开关管S1、S3是根据PI调节的输出值大小决定其驱动波形重叠的时间大小，其中重叠时间越长，LLC变换器的增益越高，带载能力越强，因为没有间歇状态，所以输出电容不会有低频的充放电，输出电压纹波在原有的输出滤波情况下就能达到很小的输出电压纹波。
所述开关管可以是可控MOS管。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法,用于全桥LLC变换器电路，包含：将初级的4个开关管(S1-S4)依照与输入电源串联的方式分为两组，第一组为串联的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二组为串联的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，其特征在于，该方法采用的发波方式为：设置LLC变换器有固定的频率调节范围，控制所述开关管中的第一、第二开关管(S1、S2)驱动波形互补，第三、第四开关管(S3、S4)驱动波形互补，通过移相控制使第一组和第三组开关管根据PI调节的输出值大小确定驱动波形重叠的时间，当重叠时间越长时，LLC变换器的增益越高，带载能力越强，使其没有间歇状态，输出电容不会有低频的充放电，输出电压纹波在原有的输出滤波情况下就能达到很小的输出电压纹波。
2.根据权利要求1所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法，其特征在于，所述全桥LLC谐振变换器拓扑结构为，初级的直流输入端设有一个滤波电容，并连接一个由四个开关管(S1-S4)构成桥式电路，谐振电感Lr与谐振电容(Cr)构成谐振电路，其中第一开关管(S1)与第二开关管(S2)、第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接，并接到直流输入端正负端，第一开关管(S1)与第二开关管(S2)的串联连接点与主功率变压器(T)初级线圈一端相连，而第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接点通过谐振电感(Lr)及谐振电容(Cr)与主功率变压器(T)初级线圈的另一端相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法，其特征在于，所述主功率变压器(T)次级线圈通过由4个二极管(D1-D4)构成的桥式整流电路，经输出滤波向负载(R)供电。
4.根据权利要求1所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的控制方法，其特征在于：所述开关管是可控MOS管，所述开关管均具有寄生电容及体二极管。
5.一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的电路,其特征在于，包含：与输入电源相连的4个初级开关管(S1-S4)，依照与输入电源串联的方式分为两组，第一组为串联的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二组为串联的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，其特征在于，该LLC变换器有固定的频率调节范围，切该电路具有一个PWM控制模块，该PWM控制模块输给所述开关管中的第一、第二开关管(S1、S2)控制极的驱动波形互补，第三、第四开关管(S3、S4)驱动波形互补，通过移相控制使第一组和第三组开关管根据PI调节的输出值大小确定驱动波形重叠的时间，当重叠时间越长时，LLC变换器的增益越高，带载能力越强，使其没有间歇状态。
6.根据权利要求5所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的电路，其特征在于，所述全桥LLC谐振变换器拓扑结构为，初级的直流输入端设有一个滤波电容，并连接一个由四个开关管(S1-S4)构成桥式电路，谐振电感Lr与谐振电容(Cr)构成谐振电路，其中第一开关管(S1)与第二开关管(S2)、第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接，并接到直流输入端正负端，第一开关管(S1)与第二开关管(S2)的串联连接点与主功率变压器(T)初级线圈一端相连，而第三开关管(S3)与第四开关管(S4)串联连接点通过谐振电感(Lr)及谐振电容(Cr)与主功率变压器(T)初级线圈的另一端相连。
7.根据权利要求6所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的电路，其特征在于，所述主功率变压器(T)次级线圈通过由4个二极管(D1-D4)构成的桥式整流电路，经输出滤波向负载(R)供电。
8.根据权利要求5-7任意所述的一种用于减小全桥LLC变换器间歇时输出纹波的电路，其特征在于：所述开关管是可控MOS管，所述开关管均具有寄生电容及体二极管。
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