CN113098284A - 一种适应宽输出范围变增益llc控制电路 - Google Patents

一种适应宽输出范围变增益llc控制电路 Download PDF

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杨志刚
薛圣立
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Abstract

本发明涉及LLC拓扑的开关电源领域，具体公开了一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，包括LLC功率电路和控制模块，所述控制电路根据不同的增益比控制LLC功率电路工作在不同的工作模式，完成需求的电压输出功能；所述控制模块包括检测电路、DSP、驱动电路，所述检测电路、驱动电路通过DSP相连；所述检测电路连接LLC功率电路的输入电压侧和输出电压侧，测量输入电压与输出电压；所述驱动电路与LLC功率电路相连，根据DSP给出的信号控制LLC功率电路中MOS的开通和关断；本发明所提供的控制电路使得LLC可以适应更宽的电压输出范围，并且拥有更高的效率，降低了功率器件(开关管、整流管、谐振单元、变压器等)的电应力和热应力，减小了相应器件的设计要求。

Description

一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路
技术领域
本发明涉及LLC拓扑的开关电源领域，具体为一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路。
背景技术
新能源汽车的发展伴随着充电装置的发展，新能源汽车对充电装置除了要求小体积、大功率、高效率、可靠性之外，大容量电池的应用对各种情况下的充电速度也有了更高的要求，特别是电池电压非常低的时候。一般的全桥LLC采用普通的变频控制，在输出低电压时开关频率很高，远离谐振频率，导致功率器件(开关管、整流管、谐振单元、变压器等)的电应力和热应力都较高，从而功率器件的设计选型要求较高，热损耗的增加降低了效率和可靠性，需要更多的散热设计。本发明改进了全桥LLC，使用特殊的控制方式使得全桥LLC的输出电压范围更宽、效率更高、体积更小、适用范围更广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，包括LLC功率电路和控制模块，所述控制模块根据不同的增益比控制LLC功率电路工作在不同的工作模式，完成需求的电压输出功能；所述控制模块包括检测电路、DSP、驱动电路，所述检测电路、驱动电路通过DSP相连；所述检测电路连接LLC功率电路的输入电压侧和输出电压侧，测量输入电压与输出电压；所述驱动电路与LLC功率电路相连，根据DSP给出的信号控制LLC功率电路中MOS的开通和关断。
优选的，所述LLC功率电路包括原边全桥电路、谐振电感L1、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1、整流电路，所述谐振电感L1、谐振电容C1和变压器T1的原边串联，且与原边全桥电路相连；所述变压器T1副边和整流电路连接；整流电路不仅限于全桥整流，适用于其他多种整流方式。
优选的，所述原边全桥电路由第一桥臂和第二桥臂组成，所述第一桥臂由上管QA和下管QB两个MOS组成，第二桥臂由上管QC和下管QD两个MOS组成，所述功率电路跨接在输入和输出之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所提供的控制电路使得LLC可以适应更宽的电压输出范围，并且拥有更高的效率，降低了功率器件(开关管、整流管、谐振单元、变压器等)的电应力和热应力，减小了相应器件的设计要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的LLC功率电路示意图；
图3为本发明的全桥模式时MOS管的开关时序示意图；
图4为本发明的半桥模式时MOS管的开关时序示意图；
图5为本发明的混合模式时MOS管的开关时序示意图；
图中标号：1、LLC功率电路；2、控制模块；3、检测电路；4、DSP；5、驱动电路。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，包括LLC功率电路1和控制模块2，所述控制模块2根据不同的增益比控制LLC功率电路1工作在不同的工作模式，完成需求的电压输出功能；所述控制模块2包括检测电路3、DSP4、驱动电路5，所述检测电路3、驱动电路5通过DSP4相连；所述检测电路3连接LLC功率电路1的输入电压侧和输出电压侧，测量输入电压与输出电压；所述驱动电路5与LLC功率电路1相连，根据DSP4给出的信号控制LLC功率电路1中MOS的开通和关断。
进一步的，所述LLC功率电路1包括原边全桥电路、谐振电感L1、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1、整流电路，所述谐振电感L1、谐振电容C1和变压器T1的原边串联，且与原边全桥电路相连；所述变压器T1副边和整流电路连接；副边整流电路不仅限于全桥整流，适用于其他多种整流方式。
进一步的，所述原边全桥电路由第一桥臂和第二桥臂组成，所述第一桥臂由上管QA和下管QB两个MOS组成，第二桥臂由上管QC和下管QD两个MOS组成，所述功率电路跨接在输入和输出之间。
工作原理：LLC功率电路1完成电能转换功能，控制模块2根据外部需求控制LLC功率电路1在合适的工作状态下运行，两者配合完成输出外部需求的电能的任务。DSP4是数字信号处理模块，为控制核心，连接检测电路3、驱动电路5；驱动电路5连接LLC功率电路1，根据DSP4给出的信号控制MOS的开通和关断。
检测电路3连接输入侧和输出侧，将输入电压和输出电压按比例转换为特定范围内的电压信号，DSP4获得输入电压和输出电压数据，结合设定的变压器T1匝比和外部需求的输出电压来计算增益比，根据增益比选择进入不同的工作模式。
工作模式分为三个
第一种：需求高的输出电压，增益比在0.8～1.2之间时，工作在全桥模式，两个桥臂都是正常的开关频率，此时的谐振频率增益比为1，并可通过调整频率来调节输出电压。
第二种：需求低的输出电压，增益比在0.4～0.6之间时，工作在半桥模式，第一桥臂工作在正常的开关频率，第二桥臂的下管一直导通，上管一直阻断，此时的谐振频率增益比为0.5，并可通过调整频率来调节输出电压。
第三种：需求的输出电压中等，增益比在0.6～0.8之间时。工作在混合模式，一个桥臂工作在正常的开关频率，另一个桥臂工作在三分之一的开关频率，此时的谐振频率增益比为0.67，并可通过调整频率来调节输出电压。
第一第二桥臂在控制逻辑上可以互换。可行的一种控制时序参见图3、图4、图5。三种模式之间有一定的迟滞区间，以防在临界点频繁切换工作模式。
混合模式衔接全桥和半桥模式，三种模式结合运用拓宽了LLC的电压输出范围，降低损耗，提升效率。同时降低了变压器、谐振电感、谐振电容的设计要求，使其工作状态更合理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，其特征在于：包括LLC功率电路(1)和控制模块(2)，所述控制模块(2)根据不同的增益比控制LLC功率电路(1)工作在不同的工作模式，完成需求的电压输出功能；所述控制模块(2)包括检测电路(3)、DSP(4)、驱动电路(5)，所述检测电路(3)、驱动电路(5)通过DSP(4)相连；所述检测电路(3)连接LLC功率电路(1)的输入电压侧和输出电压侧，测量输入电压与输出电压；所述驱动电路(5)与LLC功率电路(1)相连，根据DSP(4)给出的信号控制LLC功率电路(1)中MOS的开通和关断。
2.根据权利要求1所述的一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，其特征在于：所述LLC功率电路(1)包括原边全桥电路、谐振电感L1、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1、整流电路，所述谐振电感L1、谐振电容C1和变压器T1的原边串联，且与原边全桥电路相连；所述变压器T1副边和整流电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种适应宽输出范围变增益LLC控制电路，其特征在于：所述原边全桥电路由第一桥臂和第二桥臂组成，所述第一桥臂由上管QA和下管QB两个MOS组成，第二桥臂由上管QC和下管QD两个MOS组成，所述LLC功率电路(1)跨接在输入和输出之间。
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