CN113270998A - 一种llc电路的容性区保护方法和llc谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种LLC电路的容性区保护方法和LLC谐振变换器，以实现LLC谐振变换器对LLC电路最低工作频率的自校正。该方法包括：判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；重启所述LLC谐振变换器，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区；其中，所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值。

Description

一种LLC电路的容性区保护方法和LLC谐振变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种LLC电路的容性区保护方法和LLC谐振变换器。
背景技术
LLC谐振变换器包括：顺次相连的逆变电路、LLC电路和整流电路，例如图1所示。其中，LLC电路在工作时有一个感性区和容性区的分界频率fc，一旦LLC电路的工作频率低于fc，LLC电路的零电压开通特性会立即丧失，即LLC谐振电路会由感性区过渡到容性区，此时逆变电路中开关管的栅源电压和漏源电压震荡会非常剧烈，开关损耗迅速提升，极易导致开关管损坏。
fc大小与LLC电路的输出电压和谐振参数相关，在输出电压一定的情况下，保证LLC电路的最低工作频率不低于fc，就可以避免LLC电路工作在容性区。而对于批量生产的LLC电路来说，因LLC电路生产工艺带来的谐振参数差异不可避免，那么批量生产的LLC电路在相同输出电压下的fc大小就不可能完全一致，此时如果将批量生产的LLC电路在相同输出电压下的最低工作频率均标定为与LLC电路样本一致，则会导致有的LLC电路的最低工作频率低于fc，致使该LLC电路进入容性区。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LLC电路的容性区保护方法和LLC谐振变换器，以实现LLC谐振变换器对已标定出的LLC电路的最低工作频率值的自校正。
一种LLC电路的容性区保护方法，包括：
判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值；
重启所述LLC谐振变换器，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区。
可选的，所述判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，包括：
获取LLC谐振变换器任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压；
判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，判定LLC谐振变换器中的LLC电路当前工作在容性区。
可选的，所述任一开关管为上管，此时所述判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，包括：
判断所述谐振腔电流由负到正的过零点是否超前于所述上管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
或者，所述任一开关管为下管，此时所述判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，包括：
判断所述谐振腔电流由正到负的过零点是否超前于所述下管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
可选的，所述重复上述步骤前，还包括：
判断LLC谐振变换器是否达到目标增益，若否，对LLC谐振变换器进行封波，并报警。
可选的，所述全输出电压范围为一个单元素集合或一个区间段。
一种LLC谐振变换器，包括：LLC谐振变换器主电路和控制器；
所述控制器，用于判断所述LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器主电路进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；重启所述LLC谐振变换器主电路，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区；
其中，所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值。
可选的，所述控制器具体用于获取LLC谐振变换器主电路任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压；判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，判定LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前工作在容性区。
可选的，所述任一开关管为上管，此时：所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由负到正的过零点是否超前于所述上管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
或者，所述任一开关管为下管，此时：所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由正到负的过零点是否超前于所述下管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
可选的，在所述重复上述步骤前，所述控制器还用于判断LLC谐振变换器主电路是否达到目标增益，若否，对LLC谐振变换器主电路进行封波，并报警。
可选的，所述LLC谐振变换器主电路中的逆变电路为全桥电路或半桥电路。
从上述的技术方案可以看出，本发明让每个LLC谐振变换器自行判断自身LLC电路是否工作在容性区，如果是，则触发硬件保护，并上调LLC电路的最低工作频率的标定值；待重新启动LLC谐振变换器后重复上述操作，直至LLC电路不再进入容性区，从而实现了LLC谐振变换器对已标定出的LLC电路的最低工作频率值的自校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种LLC谐振变换器结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种LLC电路的容性区保护方法流程图；
图3为LLC电路的全输出电压范围内的每一个电压点Uo与分界频率fc的对应关系曲线；
图4为判断LLC电路当前是否工作在容性区的方法流程图；
图5a为LLC电路当前工作在感性区时，同一相上的上管两端电压与谐振腔电流的波形图；
图5b为LLC电路当前工作在容性区时，同一相上的上管两端电压与谐振腔电流的波形图；
图6a为LLC电路当前工作在感性区时，同一相上的下管两端电压与谐振腔电流的波形图；
图6b为LLC电路当前工作在容性区时，同一相上的下管两端电压与谐振腔电流的波形图。
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。
参见图2，本发明实施例公开了一种LLC电路的容性区保护方法，包括：
步骤S01：判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，进入步骤S02，若否，返回步骤S01。
具体的，在批量生产LLC电路时，LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率的初始标定值统一标定为与LLC电路样本一致。
LLC电路的全输出电压范围可以是一个单元素集合(即此类LLC电路要求自身输出电压固定)，也可以是一个区间段(即此类LLC电路要求拥有恒功率、宽输出电压范围的特性，例如充电桩用LLC谐振变换器中的LLC电路)。对应的，上述在批量生产LLC电路时，LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率的初始标定值统一标定为与LLC电路样本一致，具体是指：
对于批量生产的要求输出电压固定的LLC电路，从中选出一个LLC电路作为样本，标定出该样本在该固定输出电压下的最低工作频率值，作为其余LLC电路在该固定输出电压下的最低工作频率的初始标定值；
对于批量生产的要求拥有恒功率、宽输出电压范围的特性的LLC电路，从中选出一个LLC电路作为样本，一一标定出该样本在该宽输出电压范围内的每一个电压点下的最低工作频率值，作为其余LLC电路在相同输出电压下的最低工作频率的初始标定值。
其中，一一标定出该样本在该宽输出电压范围内的每一个电压点下的最低工作频率值，所采用的标定方法可以是：进行全输出电压范围的LLC开环实验，观察LLC电路波形，将其中每一个输出电压下的分界频率fc进行一一标定，得到其全输出电压范围内每一个电压点Uo与分界频率fc的对应关系曲线，例如图3所示，然后按照每一电压点Uo下的LLC电路的最低工作频率的标定值不低于本电压点Uo下的fc的原则，确定每一电压点Uo下的最低工作频率的标定值。
可选的，判断LLC电路当前是否工作在容性区的方法，如图4所示，包括：
步骤S011：获取LLC谐振变换器任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压，例如图1中标示出的iLr1和VDS1；
步骤S012：判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，进入步骤S013，若否，进入步骤S014。
步骤S013：判定LLC谐振变换器中的LLC电路当前工作在容性区。
步骤S014：判定LLC谐振变换器中的LLC电路当前工作在感性区或为纯阻性(纯阻性是指LLC电路在当前点电压点下的工作频率恰好等于分界频率fc)。
具体的，所述任一开关管可以为上管或下管。
当所述任一开关管为上管且LLC电路当前工作在感性区时，同一相上的上管两端电压与谐振腔电流的波形图如图5a所示，所述谐振腔电流由负到正的过零点滞后于上管的下降沿；当所述任一开关管为上管且LLC电路当前工作在容性区时，同一相上的上管两端电压与谐振腔电流的波形图如图5b所示，所述谐振腔电流由负到正的过零点超前于上管的下降沿。
当所述任一开关管为下管且LLC电路当前工作在感性区时，同一相上的下管两端电压与谐振腔电流的波形图如图6a所示，所述谐振腔电流由正到负的过零点滞后于下管的下降沿；当所述任一开关管为下管且LLC电路当前工作在容性区时，同一相上的下管两端电压与谐振腔电流的波形图如图6b所示，所述谐振腔电流由正到负的过零点超前于下管的下降沿。
步骤S02：对所述LLC谐振变换器进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值。之后进入步骤S03。
具体的，若LLC谐振变换器中的LLC电路当前工作在容性区，说明已标定出的本LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值偏小，此时触发容性区硬件保护即控制所述LLC谐振变换器进入封波状态，并上调本LLC电路的各个最低工作频率标定值，本LLC电路的各个最低工作频率标定值可以同幅度上调(同幅度上调是因为器件参数工艺误差必然是朝一个方向的，要么偏小要么偏大，如果开始调节时已经发现某个电压点下的最低工作频率标定值偏小，则直接整体调节，能够减小后续其他电压点的调节次数)，上调幅度结合本LLC电路硬件参数硬件进行设置。
步骤S03：重启所述LLC谐振变换器后，判断所述LLC电路是否工作在容性区，若是，返回所述步骤S01，若否，本轮控制结束。
具体的，若是重启LLC谐振变换器后，发现LLC电路仍是工作在容性区，则说明上一次对本LLC电路的各个最低工作频率标定值的上调幅度不够大，需要再次触发容性区硬件保护，并再次上调本LLC电路的各个最低工作频率标定值，然后重启所述LLC谐振变换器，……，如此循环往复，直至重启LLC谐振变换器后发现本LLC电路不再进入容性区。
可见，本发明实施例让每个LLC谐振变换器自行判断自身LLC电路是否工作在容性区，如果是，则触发硬件保护，并上调LLC电路的最低工作频率的标定值；待重新启动LLC谐振变换器后重复上述操作，直至LLC电路不再进入容性区，从而实现了LLC谐振变换器对已标定出的LLC电路的最低工作频率值的自校正。
另外，本发明实施例之所以要采用逐步上调最低工作频率标定值的方式，是为了避免一次调节幅度过大，导致LLC电路的最低工作频率超过其工作频率的上限值，即导致LLC谐振变换器无法达到目标增益。不过每次调节的幅度也不宜设置的过小，否则调节时间会过长。
可选的，若调节最低工作频率标定值后LLC电路不再进入容性区后，但LLC谐振变换器增益达不到目标增益，说明此LLC电路的器件参数已经超出了工艺误差标准，或者LLC谐振变换器有其他损坏，此时LLC谐振变换器进入封波状态、不再调节。
最后需要说明的是，在上述公开的任一实施例中，LLC谐振变换器可以单相LLC谐振变换器，也可以是三相LLC谐振变换器，并不局限。LLC谐振变换器中的逆变电路可以是全桥电路，也可以是半桥电路，同样不作局限。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种LLC谐振变换器，包括：LLC谐振变换器主电路和控制器；
所述控制器，用于判断所述LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器主电路进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；重启所述LLC谐振变换器主电路，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区；
其中，所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值。
可选的，所述控制器具体用于获取LLC谐振变换器主电路任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压；判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，判定LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前工作在容性区。
可选的，所述任一开关管为上管，此时：所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由负到正的过零点是否超前于所述上管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
或者，所述任一开关管为下管，此时：所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由正到负的过零点是否超前于所述下管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
可选的，在上述公开的任一种LLC谐振变换器中，在所述重复上述步骤前，所述控制器还用于判断LLC谐振变换器主电路是否达到目标增益，若否，对LLC谐振变换器主电路进行封波，并报警。
可选的，在上述公开的任一种LLC谐振变换器中，所述LLC谐振变换器主电路中的逆变电路为全桥电路或半桥电路。
可选的，在上述公开的任一种LLC谐振变换器中，所述全输出电压范围为一个单元素集合或一个区间段。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，包括：
判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值；
重启所述LLC谐振变换器，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区。
2.根据权利要求1所述的LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，所述判断LLC谐振变换器中的LLC电路当前是否工作在容性区，包括：
获取LLC谐振变换器任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压；
判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，判定LLC谐振变换器中的LLC电路当前工作在容性区。
3.根据权利要求2所述的LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，所述任一开关管为上管，此时所述判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，包括：
判断所述谐振腔电流由负到正的过零点是否超前于所述上管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
4.根据权利要求2所述的LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，所述任一开关管为下管，此时所述判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，包括：
判断所述谐振腔电流由正到负的过零点是否超前于所述下管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
5.根据权利要求1所述的LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，所述重复上述步骤前，还包括：
判断LLC谐振变换器是否达到目标增益，若否，对LLC谐振变换器进行封波，并报警。
6.根据权利要求1所述的LLC电路的容性区保护方法，其特征在于，所述全输出电压范围为一个单元素集合或一个区间段。
7.一种LLC谐振变换器，其特征在于，包括：LLC谐振变换器主电路和控制器；
所述控制器，用于判断所述LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前是否工作在容性区，若是，对所述LLC谐振变换器主电路进行封波，并分别上调已标定出的各个最低工作频率值；重启所述LLC谐振变换器主电路，然后重复上述步骤，直至所述LLC电路不再进入容性区；
其中，所述各个最低工作频率值是指所述LLC电路在全输出电压范围内的每个电压点下的最低工作频率值。
8.根据权利要求7所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述控制器具体用于获取LLC谐振变换器主电路任意一相上的谐振腔电流，以及本相上的逆变电路内任一开关管两端电压；判断所述谐振腔电流的变化是否超前于所述任一开关管两端电压的变化，若是，判定LLC谐振变换器主电路中的LLC电路当前工作在容性区。
9.根据权利要求8所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述任一开关管为上管，此时：
所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由负到正的过零点是否超前于所述上管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
10.根据权利要求8所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述任一开关管为下管，此时：
所述控制器具体用于判断所述谐振腔电流由正到负的过零点是否超前于所述下管的下降沿，若是，判定所述谐振腔电流的变化超前于所述任一开关管两端电压的变化。
11.根据权利要求7所述的LLC谐振变换器，其特征在于，在所述重复上述步骤前，所述控制器还用于判断LLC谐振变换器主电路是否达到目标增益，若否，对LLC谐振变换器主电路进行封波，并报警。
12.根据权利要求7所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振变换器主电路中的逆变电路为全桥电路或半桥电路。
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