CN112564485B - Llc谐振变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够双向运行的LLC谐振变换器，原边PWM控制信号和副边PWM控制信号具有相同的开关周期，使得原边桥式电路的各个开关器件与副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。通过控制原边桥式电路的各个开关器件和副边桥式电路的各个开关器件的驱动信号的脉宽长度，实现原边桥式电路和副边桥式电路损耗的优化配置，进而对原边桥式电路和副边桥式电路散热冷板的温度在线调控，保证高频LLC谐振变换器健康稳定运行。本发明还提供了该LLC谐振变换器的控制方法。

Description

LLC谐振变换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体地涉及一种LLC谐振变换器及其控制方法。

背景技术

近年来，高频化电力电子技术不断发展，可再生能源、电动汽车、电力牵引等领域的新型电力变换技术的研究得到了广泛的关注。在电网领域，交直流混合输配电网、直流输配电网、直流微电网、电力电子变压器、能源路由器等新概念不断被提出，在以上众多研究热点和应用场合中，均需要能量双向流动的DC/DC变换器作为不同电压等级直流母线间的接口。同时，为了保证直流变换器的高效率和高功率密度，还要求DC/DC变换器具备一定的软开关能力且工作频率尽可能高，并同时兼备电气隔离能力。基于上述需求，LLC型谐振变换器作为一种高效隔离型软开关DC/DC变换器，在直流变换场合具有极高的应用潜力和价值。

现有的控制策略为：当能量正向流动时，变压器原边全桥器件T₁-T₄驱动信号使能有效，其中T₁和T₄的驱动信号设置为占空比约50％的方波，T₂、T₃的驱动信号与T₁、T₄的驱动信号互补，且T₂、T₃的驱动信号与T₁、T₄的驱动信号间需设置必要的死区时间。此时副边全桥器件V₁-V₄使能封锁，做不控整流；当能量负向流动时，副边全桥器件V₁-V₄驱动信号使能有效，其中V₁和V₄的驱动信号设置为占空比约50％的方波，V₂、V₃的驱动信号与V₁、V₄的驱动信号互补，且V₂、V₃的驱动信号与V₁、V₄的驱动信号间需设置必要的死区时间。此时原边全桥器件T₁-T₄使能封锁，做不控整流。

传统控制策略存在的问题为：驱动信号的方波占空比一般固定为50％。当能量正向流动时，原边桥式电路实现ZVS(Zero Voltage Switching)零电压开关，副边桥式电路实现ZCS(Zero Current Switching)零电流开关。在高频下运行时，原边桥式电路的功率器件关断电流较大，关断损耗大，因此原边台面温度TEMP1较高，而副边台面温度TEMP2相对较低，不可调控。负向流动时，副边桥式电路实现ZVS零电压开关，原边桥式电路实现ZCS零电流开关。在高频下运行时，副边桥式电路的功率器件关断电流较大，关断损耗大，因此副边台面温度较高，而原边台面温度相对较低，不可调控。当单一散热冷板台面持续维持在较高温度，严重的情况下可能降低该冷板上安装的功率器件的可靠性和寿命。

若通过降低工作频率的方式减小开关损耗、降低温度，则频率偏移额定频率较大时，易引起高频变压器铁心饱和，电流磁场曲线变化，改变变压器正常稳态运行工作点，引起磁路饱和，消磁导致励磁电感急剧下降出现过电流尖峰导致过流，严重时也将损坏主电路功率器件。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种频率恒定、正向和反向运行时原副边桥式电路损耗可在线配置的双向LLC谐振变换器及其控制方法。

本发明第一方面提供一种LLC谐振变换器，该LLC谐振变换器包括：具有原边和副边的变压器；连接至该变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路；连接至该变压器的副边的副边桥式电路；原边温度检测器，用于对该原边桥式电路进行检测以获取原边台面温度；副边温度检测器，用于对该副边桥式电路进行检测以获取副边台面温度；控制单元；该控制单元包括PWM调节模块和检测判定模块，其中该检测判定模块将该原边台面温度和/或该副边台面温度与一个或多个温度判定点进行比较，以判定该LLC谐振变换器的当前运行状态；该PWM调节模块根据当前运行状态改变该原边桥式电路的各个开关器件的驱动信号或该副边桥式电路的各个开关器件的驱动信号。

优选地，该检测判定模块将该原边桥式电路和该副边桥式电路中的一者设为主检测对象，将该原边桥式电路和该副边桥式电路中的另一者设为辅助检测对象；并且在该LLC谐振变换器运行过程中，该检测判定模块实时地检测并判定该主检测对象的台面温度是否已增大至大于该温度判定点中的第一判定点，若是，则该PWM调节模块改变该原边桥式电路和该副边桥式电路中未被设为主检测对象的另一者的驱动信号，以降低该主检测对象的台面温度。

优选地，当该主检测对象的台面温度已增大至大于该第一判定点后，该PWM调节模块使得该另一者的信号具有相同且恒定的开关周期和相同的脉冲宽度，并且使得原边桥式电路的各个开关器件与该副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。

优选地，当该主检测对象的台面温度已增大至大于该第一判定点后，该检测判定模块实时地检测并判定该主检测对象的台面温度是否降低至小于该温度判定点中的第二判定点，其中该第二判定点小于该第一判定点；若是，则该PWM调节模块封锁该辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。

优选地，当该主检测对象的台面温度已增大至大于该第一判定点后，该检测判定模块实时地检测并判定该主检测对象的台面温度是否增大至大于该温度判定点中第三判定点或该辅助检测对象的台面温度是否增大至大于该温度判定点中的辅助判定点，其中该第三判定点大于该第一判定点；若是，则使得该LLC谐振变换器停止运行。

优选地，该LLC谐振变换器能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；其中：在该正向运行模式中，该变压器的原边向该变压器的副边传输功率，该原边桥式电路被设为该主检测对象，该副边桥式电路被设为该辅助检测对象；在该负向运行模式中，该变压器的副边向该变压器的原边传输功率，该副边桥式电路被设为该主检测对象，该原边桥式电路被设为该辅助检测对象。

本发明第二方面提供一种LLC谐振变换器的控制方法，该LLC谐振变换器包括：具有原边和副边的变压器；连接至该变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路；连接至该变压器的副边的副边桥式电路；原边温度检测器，用于对该原边桥式电路进行检测以获取原边台面温度；副边温度检测器，用于对该副边桥式电路进行检测以获取副边台面温度；该控制方法包括检测判定步骤和PWM调节步骤：检测判定步骤：将该原边台面温度和/或该副边台面温度与一个或多个温度判定点进行比较；PWM调节步骤：根据比较结果，改变该原边桥式电路的各个开关器件的原边驱动信号或该副边桥式电路的各个开关器件的副边驱动信号。

优选地，在该检测判定步骤之前，该控制方法还包括初始化步骤，并且该PWM调节步骤包括降温调节步骤；在该初始化步骤中，该检测判定模块将该原边桥式电路和该副边桥式电路中的一者设为主检测对象，将该原边桥式电路和该副边桥式电路中的另一者设为辅助检测对象；并且在该检测判定步骤中，检测并判定该主检测对象的台面温度是否增大至大于该温度判定点中的第一判定点；若否，则再次执行该检测判定步骤；若是，则执行该降温调节步骤；在该降温调节步骤中，改变该原边桥式电路和该副边桥式电路中未被设为主检测对象的另一者的驱动信号，以降低该主检测对象的台面温度。

优选地，在该降温调节步骤中使得原边驱动信号和副边驱动信号具有相同且恒定的开关周期和相同的脉冲宽度，并且使得原边桥式电路的各个开关器件与该副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。

优选地，该控制方法还包括校验步骤，在该降温调节步骤之后执行该校验步骤；并且该PWM调节步骤包括正常化步骤；在该校验步骤中，检测并判定该主检测对象的台面温度是否降低至小于该温度判定点中的第二判定点，其中该第二判定点小于该第一判定点；若是，则执行该正常化步骤；在该正常化步骤中，封锁该辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。

优选地，该控制方法还包括停机检验步骤，当在该校验步骤中检测并判定该主检测对象的台面温度未降低至小于该第二判定点时，执行该停机检验步骤；在该停机检验步骤中，检测并判定该主检测对象的台面温度是否增大至大于第三判定点或该辅助检测对象的台面温度是否增大至辅助判定点；其中该第三判定点大于该第一判定点；若是，则使得该LLC谐振变换器停止运行。

优选地，该LLC谐振变换器能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；其中：在该正向运行模式中，该变压器的原边向该变压器的副边传输功率，该原边桥式电路被设为该主检测对象，该副边桥式电路被设为该辅助检测对象；在该负向运行模式中，该变压器的副边向该变压器的原边传输功率，该副边桥式电路被设为该主检测对象，该原边桥式电路被设为该辅助检测对象。

本发明具有如下优点：

在能量正向或负向流动时，均令LLC谐振变换器的原边桥式电路的各个开关器件和副边桥式电路的各个开关器件驱动信号都使能有效、并工作在固定频率下，通过控制原边桥式电路的各个开关器件和副边桥式电路的各个开关器件的驱动信号的脉宽长度，实现原边桥式电路和副边桥式电路损耗的优化配置，进而对原边桥式电路和副边桥式电路散热冷板的温度在线调控，保证高频LLC谐振变换器健康稳定运行。

由于全工况下LLC谐振变换器工作频率为固定值，不用降频运行，高频变压器磁通稳定，有利于变压器轻量化设计。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出本发明的LLC型谐振变换器电路拓扑；

图2示出作为本发明的LLC谐振变换器的正向运行模式下的波形图；

图3示出作为本发明的LLC谐振变换器的负向运行模式下的波形图；

图4示出用于本发明的LLC谐振变换器的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

参见图1，本发明第一方面提供一种LLC谐振变换器100，LLC谐振变换器100包括变压器110、原边桥式电路120、LLC谐振电路130、副边桥式电路140。变压器110具有原边和副边。

原边桥式电路120包含有开关器件T₁和T₂串联组成的第一桥臂，其具有桥臂中点A；开关器件T₃和T₄串联组成的第二桥臂，其具有桥臂中点B。第一桥臂和第二桥臂并联。原边桥式电路120的两端并联电压V_f。副边桥式电路140包含有开关器件V₁和V₂串联组成的第三桥臂，其具有桥臂中点C；开关器件V₃和V₄串联组成的第四桥臂，其具有桥臂中点F。第三桥臂和第四桥臂并联，副边桥式电路120的两端并联电压V_b。

原边桥式电路120和LLC谐振电路130连接至变压器110的原边，副边桥式电路140连接至变压器110的副边。

优选地，LLC谐振变换器100能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；其中在正向运行模式中，变压器110的原边向变压器110的副边传输功率，在负向运行模式中，变压器110的副边向变压器110的原边传输功率。

为了实现能量的双向流动，本实施例原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄和副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄均采用了全控功率器件IGBT，然而本发明的LLC谐振变换器100的所采用的器件并不局限于此，也可选择MOSFET、IGBT、IGCT、IPM或其他功率半导体器件。

副边桥式电路120的桥臂中点EF并联变压器110，谐振电容C_r、高频变压器漏感L_r与变压器110串联。

谐振电容C_r、高频变压器漏感L_r和变压器110中的励磁电感L_m构成LLC谐振电路130，i₁和i₂分别代表变压器原边电流和副边电流。LLC谐振电路130具有谐振周期T_res。

根据LLC谐振变换器工作原理，谐振周期T_res计算公式如下，且谐振周期T_res小于开关周期T_sw。

此外，由于高频变压器实现原副边的电气隔离，因此需在变压器原副边各配置对应的散热冷板。LLC谐振变换器100还设置有用于对原边桥式电路120进行检测以获取原边台面温度TEMP1的原边温度检测器122、用于对副边桥式电路140进行检测以获取副边台面温度TEMP2的副边温度检测器142和控制单元150。

控制单元150包括PWM调节模块152和检测判定模块151，其中检测判定模块151在LLC谐振变换器100启动后，将原边台面温度TEMP1和/或副边台面温度TEMP2与一个或多个温度判定点进行比较。具体地，温度判定点例如包括第一判定点A1、第二判定点A2、第三判定点A3、辅助判定点AA等，其中第二判定点A2<第一判定点A1<第三判定点A3。

通过将原边台面温度TEMP1和/或副边台面温度TEMP2与上述各个判定点进行比较，能够判定LLC谐振变换器100的当前运行状态。而后，PWM调节模块152根据当前运行状态改变原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄的原边驱动信号或副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄的副边驱动信号，通过控制原边桥式电路120和副边桥式电路140的各个开关器件的驱动信号的脉冲宽度，可实现原边桥式电路120和副边桥式电路140损耗的优化配置，进而对原边桥式电路120和副边桥式电路140散热冷板的温度在线调控，保证高频LLC谐振变换器100的健康稳定运行。

下面将详细描述本发明的LLC谐振变换器100。

由于LLC谐振变换器100包括两个桥式电路，即原边桥式电路120和副边桥式电路140，并且分别设置了对原边桥式电路120进行检测的原边温度检测器122和对副边桥式电路140进行检测的副边温度检测器142。因此，优选地，检测判定模块151将原边桥式电路120和副边桥式电路140中的一个设为主检测对象，将原边桥式电路120和副边桥式电路140中的另一个设为辅助检测对象。

例如，在正向运行模式中，将原边桥式电路120设为主检测对象，副边桥式电路140设为辅助检测对象。在负向运行模式中，将副边桥式电路140设为主检测对象，原边桥式电路120设为辅助检测对象。因此，可首先判断LLC谐振变换器运行的运行模式，然后根据不同的运行模式而确定主检测对象和辅助检测对象。

正向运行模式

当LLC谐振变换器100处于正向运行模式时，在初始状态下，变压器原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄驱动信号使能有效。在考虑必要的死区时间T_d(如10微秒)的前提下，将T₁和T₄的驱动信号固定设置为频率不变、占空比为D₁的方波，即脉宽为(T_sw-2T_d)/2的固定频率方波，开关器件T₂、T₃的驱动信号与开关器件T₁、T₄的驱动信号互补。

在LLC谐振变换器100运行过程中，检测判定模块151实时地检测并判定作为主检测对象的原边台面温度TEMP1是否已增大至大于温度判定点中的第一判定点A1。即，判定LLC谐振变换器100开始运行后原边台面温度TEMP1是否已经上升超过特定的阈值。

若是，则PWM调节模块152改变副边驱动信号，以使得副边桥式电路140的各个开关器件均发送占空比设为D1、即脉宽为(Tsw-2T_d)/2的固定频率方波，即，PWM调节模块152使得原边驱动信号和副边驱动信号具有相同的恒定的开关周期Tsw和相同的脉冲宽度(T_sw-2T_d)/2，且副边桥式电路140的各个开关器件V₁、V₂、V₃、V₄的驱动信号分别与原边桥式电路120的各个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄保持开关同步。

理论上，能够使得原边台面温度TEMP1开始下降。因此，检测判定模块151实时地检测并判定主检测对象的原边台面温度TEMP1是否降低至小于温度判定点中的第二判定点A2。即，检测判定模块151判定原边台面温度TEMP1是否已经恢复到许可的温度范围内。若是，则PWM调节模块152封锁辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。即，使得变压器原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄驱动信号占空比设为D1、即脉宽为(T_sw-2T_d)/2的固定频率方波，副边全桥器件V₁-V₄驱动信号封锁，与初始状态相同。若否，则需要判断是否有异常情况发生导致原边台面温度TEMP1未能及时下降，有可能导致LLC谐振变换器损毁。

因此，在检测判定模块151判定原边台面温度TEMP1尚未恢复到许可的温度范围内时，检测判定模块151需要实时地检测并判定：

1)原边台面温度TEMP1是否增大至大于温度判定点中第三判定点A3，即，判定原边台面温度TEMP1是否异常地升高；以及

2)作为辅助检测对象的副边台面温度TEMP2是否增大至大于温度判定点中的辅助判定点AA，即，以副边台面温度TEMP2作为辅助参数，判定LLC谐振变换器是否异常。

如果检测判定模块151判定原边台面温度TEMP1增大至大于温度判定点中第三判定点A3，或者如果检测判定模块151判定副边台面温度TEMP2增大至大于温度判定点中的AA，则立即使得LLC谐振变换器100停止运行。

如果原边台面温度TEMP1小于第三判定点A3，并且副边台面温度TEMP2也小于辅助判定点的AA，则说明LLC谐振变换器100未出现异常，则PWM调节模块152不产生进一步动作，但同时使得实时地检测并判定主检测对象的原边台面温度TEMP1是否降低至小于温度判定点中的第二判定点A2。

由此可知，副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄具有两种驱动信号，相应地LLC谐振变换器100具有两种工作模式。

1)副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄驱动信号封锁；

2)副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄保持与原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄同步。

下面将参考图2分别描述LLC谐振变换器具有的上述两种工作模式。由于LLC谐振变换器100的原边桥式电路120和副边桥式电路140拓扑对称，单个开关周期t0至t2可根据驱动信号时序分为t0至t1和t1至t2前后两个半开关周期，此两个半开关周期中主电流方向相反，换流方式相同，具有对称性。因此后续仅分析前半个开关周期t0至t1。

(1)副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄驱动信号封锁；

此时，LLC谐振变换器波形如图2(1)所示。变压器原边桥式电路120可实现零电压开关，副边桥式电路140可实现零电流开关。LLC谐振变换器100整体损耗构成如表1所示，可见原边桥式电路损耗明显高于副边桥式电路，且IGBT关断损耗占原边桥式电路损耗的主要部分。长期此工作状态下运行，原边台面温度TEMP1较高，而副边台面温度TEMP2相对较低。

表1

(2)副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄保持与原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄同步；

此时，LLC谐振变换器波形如图2(2)所示。副边桥式电路的开关器件V₁-V₄驱动信号在正向能量流动工况下同样使能有效，且副边桥式电路140的各个开关器件V₁、V₂、V₃、V₄的驱动信号分别与原边桥式电路120的各个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄的开关保持同步。

如图2(2)，变压器原边桥式电路120可近似同时实现了零电压开关及零电流开关，副边桥式电路140则非零电流开关。变换器整体损耗构成如表2所示，可见此时副边桥式电路140损耗明显高于原边桥式电路120，且IGBT关断损耗占副边桥式电路140损耗的主要部分。长期此工作状态下运行，副边台面温度TEMP2较高，而原边台面温度TEMP1相对较低。

表2

值得注意的是，图2(1)中的原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄、图2(2)中的副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄、原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄的开关频率保持一致且固定，且开关损耗最低的工作周期为

T_{sw_best}＝T_res+2·T_d

在该工作周期下，表2中的原边桥式电路120的反并二极管/IGBT关断损耗为0。

负向运行模式

以上实施例是以当LLC谐振变换器100处于正向运行模式为例说明的。当LLC谐振变换器100处于负向运行模式时，则以副边桥式电路140作为主检测对象，原边桥式电路120作为辅助检测对象。在负向运行模式的初始状态下，变压器副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄驱动信号占空比设为D1、即脉宽为(Tsw-2T_d)/2的固定频率方波，原边桥式电路120的开关器件的T₁-T₄驱动信号封锁，并且检测判定模块151将副边台面温度TEMP2与第一判定点A1、第二判定点A2、第三判定点A3进行比较，而将原边台面温度TEMP1与辅助判定点AA进行比较，并相应地PWM调节模块152改变原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄的脉冲宽度，在此不在赘述。

与正向运行模式中相同，原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄也具有两种驱动信号，相应地LLC谐振变换器100具有两种工作模式。

1)原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄驱动信号封锁；

2)原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄保持与副边桥式电路140的开关器件的V₁-V₄同步。

下面将参考图3分别描述LLC谐振变换器具有的上述两种工作模式。由于LLC谐振变换器100的原边桥式电路120和副边桥式电路140拓扑对称，单个开关周期t0至t2可根据驱动信号时序分为t0至t1和t1至t2前后两个半开关周期，此两个半开关周期中主电流方向相反，换流方式相同，具有对称性。因此后续仅分析前半个开关周期t0至t1。

(1)原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄驱动信号封锁；

此时，LLC谐振变换器波形如图3(1)所示。变压器副边桥式电路140可实现零电压开关，原边桥式电路120可实现零电流开关。LLC谐振变换器100整体损耗构成如表3所示，可见副边桥式电路140损耗明显高于原边桥式电路120，且IGBT关断损耗占副边桥式电路140损耗的主要部分。长期此工作状态下运行，副边台面温度TEMP2较高，而原边台面温度TEMP1相对较低。

表3

(2)原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄保持与副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄同步；

此时，LLC谐振变换器波形如图3(2)所示。原边桥式电路120的开关器件T₁-T₄驱动信号在负向能量流动工况下同样使能有效，且原边桥式电路120的各个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄的驱动信号分别与副边桥式电路140的各个开关器件V₁、V₂、V₃、V₄的开关保持同步。

如图3(2)，变压器副边桥式电路140可近似同时实现了零电压开关及零电流开关，原边桥式电路120则非零电流开关。变换器整体损耗构成如表4所示，可见此时原边桥式电路120损耗明显高于副边桥式电路140，且IGBT关断损耗占原边桥式电路120损耗的主要部分。长期此工作状态下运行，原边台面温度TEMP1较高，而副边台面温度TEMP2相对较低。

表4

值得注意的是，图3(1)中的副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄、图3(2)中的原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄、副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄的开关频率保持一致且固定，且开关损耗最低的工作周期为

T_{sw_best}＝T_res+2·T_d

在该工作周期下，表4中的副边桥式电路140的反并二极管/IGBT关断损耗为0。

由上述LLC谐振变换器100在两种运行状态下具有的两种工作模式可知，通过控制原边桥式电路120和副边桥式电路140的各个开关器件的驱动信号的脉冲宽度，可实现原边桥式电路120和副边桥式电路140损耗的优化配置，进而对原边桥式电路120和副边桥式电路140的散热冷板的台面温度在线调控，能够保证高频LLC谐振变换器100的健康稳定运行。

本发明第二方面提供一种LLC谐振变换器100的控制方法，其中LLC谐振变换器100可与本发明第一方面的LLC谐振变换器100相同。

参加图4，控制方法可包括初始化步骤S0、检测判定步骤S10和PWM调节步骤S20、校验步骤S30、停机检验步骤S40等。

在初始化步骤S0中，检测判定模块151将原边桥式电路120和副边桥式电路140中的一个设为主检测对象，将原边桥式电路120和副边桥式电路140中的另一个设为辅助检测对象。主检测对象的各个开关器件的驱动信号占空比设为D1、即脉宽为(Tsw-2T_d)/2的固定频率方波，辅助检测对象的开关器件驱动信号封锁。

例如，可实时判断LLC谐振变换器运行的运行模式，然后根据不同的运行模式而改变主检测对象和辅助检测对象。在正向运行模式中，将原边桥式电路120设为主检测对象，副边桥式电路140设为辅助检测对象。在负向运行模式中，将副边桥式电路140设为主检测对象，原边桥式电路120设为辅助检测对象。因此，当LLC谐振变换器100仅工作中单向运行模式而无需发生运行方向变化时，该初始化步骤S0并不是必须的。

检测判定步骤S10：将主检测单元的台面温度TM与设定的用于表征台面温度TM超过必要限度的温度判定点进行比较，即，将原边台面温度TEMP1或副边台面温度TEMP2与温度判定点进行比较。

举例来说，如果LLC谐振变换器运行于正向运行模式中，则将作为主检测对象的原边台面温度TEMP1与温度判定点中的第一判定点A1进行比较。

若检测判定步骤S10中比较结果为“否”，表示主检测单元的台面温度TM未超过安全的限度，此时持续对该温度进行观测，即则再次执行检测判定步骤S10。

若检测判定步骤S10中比较结果为“是”，则表示主检测单元的台面温度TM已超过安全的限度，需要进行降温，因此选择执行PWM调节步骤S20中的降温调节步骤322。

PWM调节步骤S20中包括正常化步骤321和降温调节步骤322，根据检测判定步骤S10和后续校验步骤S30的执行结果，选择性地执行PWM调节步骤S20中的特定步骤，以改变原边桥式电路120的各个开关器件T₁-T₄的原边驱动信号或副边桥式电路140的各个开关器件V₁-V₄的副边驱动信号。

在正常化步骤321中，封锁辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。即，主检测对象的各个开关器件的驱动信号均为占空比设为D₁、即脉宽为(T_sw-2T_d)/2的固定频率方波，而辅助检测对象的各个开关器件驱动信号封锁。

在降温调节步骤322中，改变辅助检测对象的驱动信号，以降低主检测对象的台面温度TM。即，将主检测对象的各个开关器件和辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号均为占空比设为D1、即脉宽为(Tsw-2T_d)/2的固定频率方波，且主检测对象的各个开关器件和辅助检测对象的各个开关器件保持开关同步，即副边桥式电路140的各个开关器件V₁、V₂、V₃、V₄分别与原边桥式电路120的各个开关器件T₁、T₂、T₃、T₄保持开关同步。参见上文可知，辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号从被封锁的状态转变为与主检测对象的驱动信号相同。

在降温调节步骤322之后执行校验步骤S30。

在校验步骤S30中，检测并判定主检测对象的台面温度TM是否降低至小于温度判定点中的第二判定点A2，其中第二判定点A2小于第一判定点A1。

若是，则表示降低主检测对象的台面温度TM已经降低至安全范围，则可以执行正常化步骤321。

否则，则表示主检测对象的台面温度TM未降低至小于第二判定点A2，需要检测是否有需要停机的异常情况出现，因此执行停机检验步骤S40。

在停机检验步骤S40中，检测并判定：

1)主检测对象的台面温度TM是否增大至大于第三判定点A3，第三判定点A3大于第一判定点A1；

2)辅助检测对象的台面温度TA是否增大至AA。

若以上两个判定条件中有一个为真，则使得LLC谐振变换器100停止运行。若两者皆否，则说明LLC谐振变换器100未出现异常，则PWM调节模块152不产生进一步动作，但同时实时地检测并判定主检测对象的台面温度TM是否降低至小于温度判定点中的第二判定点A2。

应用本发明第二方面的控制方法，LLC谐振变换器100在全工况下工作频率固定，不需要降频运行。因此可以设计较高的工作频率，有利于减小高频变压器体积重量。此外，本发明第二方面的控制方法仅控制原边桥式电路和副边桥式电路驱动信号的脉宽长度，思路清晰，简单易工程化实现，且不给控制器增添过多的负担，可行性高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

例如，本发明所阐述的新型双向同步控制策略适用于所有LLC型谐振变换器，而不仅限于某个具体应用场合，如若能量仅需单向流动，可简化并采用相同的控制策略实施方法对原副边桥式电路的温度在线调控，保证高频谐振变换器的健康稳定运行。

本发明所阐述的新型双向同步控制策略可简单变化推广应用于三电平、多电平、全桥电路、半桥电路等多种形式的电路拓扑，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明LLC谐振变换器所采用的电路拓扑及电压等级、功率并未做限定，变换器的拓扑可采用两电平、三电平、H桥级联、链式、MMC、全桥、半桥、全波及半波整流等多种应用拓扑或场合，变换器可选配置滤波器。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

某些术语在本申请文件中自始至终用来指示特定系统部件。如本领域的技术人员将认识到的那样，通常可以用不同的名称来指示相同的部件，因而本申请文件不意图区别那些只是在名称上不同而不是在功能方面不同的部件。在本申请文件中，以开放的形式使用术语“包括”、“包含”和“具有”，并且因此应将其解释为意指“包括但不限于…”。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括：

具有原边和副边的变压器；

连接至所述变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路；

连接至所述变压器的副边的副边桥式电路；

原边温度检测器，用于对所述原边桥式电路进行检测以获取原边台面温度；

副边温度检测器，用于对所述副边桥式电路进行检测以获取副边台面温度；

控制单元；所述控制单元包括PWM调节模块和检测判定模块，其中

所述检测判定模块将所述原边台面温度和/或所述副边台面温度与一个或多个温度判定点进行比较，以判定所述LLC谐振变换器的当前运行状态；

所述PWM调节模块根据当前运行状态改变所述原边桥式电路的各个开关器件的驱动信号或所述副边桥式电路的各个开关器件的驱动信号；其中

所述检测判定模块将所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中的一者设为主检测对象，将所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中的另一者设为辅助检测对象；并且

在所述LLC谐振变换器运行过程中，所述检测判定模块实时地检测并判定所述主检测对象的台面温度是否已增大至大于所述温度判定点中的第一判定点，若是，则所述PWM调节模块改变所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中未被设为主检测对象的另一者的驱动信号，以降低所述主检测对象的台面温度；并且

当所述主检测对象的台面温度已增大至大于所述第一判定点后，所述检测判定模块实时地检测并判定所述主检测对象的台面温度是否降低至小于所述温度判定点中的第二判定点，其中所述第二判定点小于所述第一判定点；

若是，则所述PWM调节模块封锁所述辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，

当所述主检测对象的台面温度已增大至大于所述第一判定点后，所述PWM调节模块使得所述另一者的信号具有相同且恒定的开关周期和相同的脉冲宽度，并且使得原边桥式电路的各个开关器件与所述副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。

3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，

当所述主检测对象的台面温度已增大至大于所述第一判定点后，所述检测判定模块实时地检测并判定所述主检测对象的台面温度是否增大至大于所述温度判定点中第三判定点或所述辅助检测对象的台面温度是否增大至大于所述温度判定点中的辅助判定点，其中所述第三判定点大于所述第一判定点；

若是，则使得所述LLC谐振变换器停止运行。

4.根据权利要求1-3任一所述的LLC谐振变换器，其特征在于，

所述LLC谐振变换器能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；其中：

在所述正向运行模式中，所述变压器的原边向所述变压器的副边传输功率，所述原边桥式电路被设为所述主检测对象，所述副边桥式电路被设为所述辅助检测对象；

在所述负向运行模式中，所述变压器的副边向所述变压器的原边传输功率，所述副边桥式电路被设为所述主检测对象，所述原边桥式电路被设为所述辅助检测对象。

5.一种LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括：

具有原边和副边的变压器；

连接至所述变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路；

连接至所述变压器的副边的副边桥式电路；

原边温度检测器，用于对所述原边桥式电路进行检测以获取原边台面温度；

副边温度检测器，用于对所述副边桥式电路进行检测以获取副边台面温度；

所述控制方法包括检测判定步骤和PWM调节步骤：

检测判定步骤：将所述原边台面温度和/或所述副边台面温度与一个或多个温度判定点进行比较；

PWM调节步骤：根据比较结果，改变所述原边桥式电路的各个开关器件的原边驱动信号或所述副边桥式电路的各个开关器件的副边驱动信号；其中

在所述检测判定步骤之前，所述控制方法还包括初始化步骤，并且所述PWM调节步骤包括降温调节步骤；

在所述初始化步骤中，将所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中的一者设为主检测对象，将所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中的另一者设为辅助检测对象；并且

在所述检测判定步骤中，检测并判定所述主检测对象的台面温度是否增大至大于所述温度判定点中的第一判定点；

若否，则再次执行所述检测判定步骤；

若是，则执行所述降温调节步骤；在所述降温调节步骤中，改变所述原边桥式电路和所述副边桥式电路中未被设为主检测对象的另一者的驱动信号，以降低所述主检测对象的台面温度；并且

所述控制方法还包括校验步骤，在所述降温调节步骤之后执行所述校验步骤；并且所述PWM调节步骤包括正常化步骤；

在所述校验步骤中，检测并判定所述主检测对象的台面温度是否降低至小于所述温度判定点中的第二判定点，其中所述第二判定点小于所述第一判定点；

若是，则执行所述正常化步骤；在所述正常化步骤中，封锁所述辅助检测对象的各个开关器件的驱动信号。

6.根据权利要求5所述的LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，

在所述降温调节步骤中使得原边驱动信号和副边驱动信号具有相同且恒定的开关周期和相同的脉冲宽度，并且使得原边桥式电路的各个开关器件与所述副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。

7.根据权利要求5所述的LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，

所述控制方法还包括停机检验步骤，当在所述校验步骤中检测并判定所述主检测对象的台面温度未降低至小于所述第二判定点时，执行所述停机检验步骤；

在所述停机检验步骤中，检测并判定所述主检测对象的台面温度是否增大至大于第三判定点或所述辅助检测对象的台面温度是否增大至辅助判定点；其中所述第三判定点大于所述第一判定点；

若是，则使得所述LLC谐振变换器停止运行。

8.根据权利要求5-7任一所述的LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，

所述LLC谐振变换器能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；其中：

在所述正向运行模式中，所述变压器的原边向所述变压器的副边传输功率，所述原边桥式电路被设为所述主检测对象，所述副边桥式电路被设为所述辅助检测对象；

在所述负向运行模式中，所述变压器的副边向所述变压器的原边传输功率，所述副边桥式电路被设为所述主检测对象，所述原边桥式电路被设为所述辅助检测对象。

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