CN113659857B - 一种三相llc谐振变换器的纹波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，其中，该方法包括：三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断；在缺相判断的结果指示执行三相切两相操作的情况下，屏蔽LLC电路中的第三桥臂，并保持第一桥臂和第二桥臂之间开关信号的交错导通角度为第一预设角度；采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。通过本申请，解决了相关技术中三相LLC谐振变换器在轻载或空载状态下电压纹波较大的问题，消除了纹波过高对电子设备的干扰，提升了电子设备的可靠性。

Description

一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法

技术领域

本申请涉及开关电源领域，特别是涉及一种三相LLC谐振变换器的轻载纹波抑制方法。

背景技术

输出电压纹波是开关电源模块的一个重要考核指标。电压纹波如果过大，将会对电子设备的可靠性产生消极的影响，例如，产生额外谐波，降低电源效率，产生噪音干扰等。对于三相谐振变换器来说，当变换器在轻载或空载状态时，由于受到寄生电容的影响，电压增益升高，容易导致变换器失控现象。

在相关技术中，针对上述问题常用的解决方法如下：

1.增加假负载，然而这种方法会增加变换器的成本和功耗；

2.进行调宽调频控制，该方法虽然使LLC谐振变换器在调宽调频态具有良好的单调性，但是其控制过程过于复杂；

3.采用间隙模式，该间隙模式是采用一种“打嗝”方式来限制开关频率小于某个上限的预设值，但是该方法降低电压纹波的效果不是很理想。

目前针对相关技术中三相LLC谐振变换器在轻载或空载状态下输出的电压纹波较大的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，以至少解决相关技术中三相LLC谐振变换器在轻载或空载状态下输出的电压纹波较大的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，所述方法包括：

三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断；

在所述缺相判断的结果指示执行三相切两相操作的情况下，屏蔽LLC电路中的第三桥臂，并保持第一桥臂和第二桥臂之间开关信号的交错导通角度为第一预设角度；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。

在其中一些实施例中，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断之后，所述方法还包括：

在所述缺相判断的结果指示执行两相切三相操作的情况下，拉升所述三相LLC谐振变换器的频率，将所述第三桥臂切入至所述LLC电路中；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。

在其中一些实施例中，所述在所述缺相判断的结果指示执行两相切三相操作的情况下，所述方法还包括：

获取所述三相LLC谐振变换器的实时频率信息；

在所述实时频率信息的波值不属于第一预设周期的情况下，将所述第三桥臂切入至所述LLC电路中；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定值。

在其中一些实施例中，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断之前，所述方法还包括：

根据所述三相LLC谐振电路变换器的硬件参数信息计算所述第一预设周期；

设定在所述第一预设周期内禁止执行所述两相切三相操作。

在其中一些实施例中，所述拉升所述三相LLC谐振变换器的频率包括：

采用强行拉环路输出的方式，提升所述三相LLC谐振变换器的频率。

在其中一些实施例中，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断包括：

三相LLC谐振变换器软启完成，实时获取所述三相LLC谐振变换器的状态信息；

在所述状态信息满足第一预设条件情况下，所述缺相判断的结果指示执行所述三相切两相操作；

在所述状态信息满足第二预设条件的情况下，所述缺相判断的结果指示执行所述两相切三相操作。

在其中一些实施例中，所述三相LLC谐振变换器在低负载状态或空负载状态且当前采用三相控制的情况下，所述状态信息满足所述第一预设条件；

所述三相LLC谐振变换器在高负载状态且当前采用两相控制的情况下，所述状态信息满足所述第二预设条件。

在其中一些实施例中，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断还包括：

三相LLC谐振变换器软启完成，获取输出电压的交流采样信息；

在所述交流采样信息为饱和状态且当前采用所述两相控制的情况下，所述缺相判断的结果指示执行所述两相切三相操作。

在其中一些实施例中，所述状态信息包括输出电流值、低通滤波值和控制状态，其中，所述控制状态包括三相控制和两相控制。

在其中一些实施例中，当所述输出电流值为25Hz、所述低通滤波值小于7A且当前采用三相控制时，所述状态信息满足所述第一预设条件；

当所述输出电流值为2KHz、所述低通滤波值大于10A且当前采用两相控制时，所述状态信息满足所述第二预设条件。

相比于相关技术，本申请实施例提供的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，通过将三相LLC谐振变换器中的一个桥臂屏蔽，并保持剩余两个桥臂之间开关信号的交错导通角度不变，之后采用变频控制保证输出电压达到设定标准值。通过上述方法降低了三相LLC谐振变换器在轻载或者空载状态下的电压增益，降低了电压纹波，对于应用了该种三相LLC谐振变换器的电子设备，显著提升了设备的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中LLC谐振变换器的示意图；

图2是现有技术中考虑寄生电容影响的LLC谐振变换器的示意图；

图3是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的应用环境示意图；

图4是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的流程图；

图5是根据本申请实施例的另一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的流程图；

图6是根据本申请实施例的两相控制的电路图；

图7是根据本申请实施例的三相控制的电路图；

图8是根据本申请实施例的执行两相切三相操作的流程示意图；

图9是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器切换判定逻辑示意图；

图10是相关技术中通过缺相控制减少功耗的示意图；

图11是本申请实施例中通过缺相控制降低电压纹波的示意图；

图12是根据本申请实施例的电压纹波抑制效果的对比示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

LLC谐振变换器是以谐振电路为基本变换单元，利用电路发生谐振时，电流或电压周期性的过零，使得开关器件在零电压或零电流条件下开通或关断，从而实现软开关，达到降低开关损耗的目的。

图1是现有技术中LLC谐振变换器的示意图。如图1所示，该LLC谐振变换器包括：LLC主功率变换电路，数字信号处理器、输出电压采样电路、输出电流采样电路、以及原边隔离驱动电路。

数字信号处理器获取输出电压采样电路提供的输出电压，经过数字滤波处理后，将目标值与输出电压做差，该差值通过数字PI(Proportional Integral，比例调节和积分调节，简写为PI)控制器的调节，产生与调节电压相应的频率的数字量。

该数字量即用作数字信号处理器内部ePWM模块的周期值，并据此数字量修改相应ePWM模块的周期寄存器，使得ePWM模块生成相应频率的PFM控制信号，该PFM信号经过原边隔离驱动电路后，加载到变换器开关管Q1、Q2、Q3以及Q4的驱动信号端，从而控制这些开关管的开通和关断，进而使LLC谐振变换器输出稳定的目标电压。

图2是根据现有技术中考虑寄生电容影响的LLC谐振变换器的示意图，如图2所示，谐振变换槽位置除包括图1中的第一电感Lr、第二电感Lm、中间继电器和理想变压器Np之外，还包括寄生电容Cstrary。当谐振变换器工作在轻负载或者空负载情况下，由于受到到该寄生电容的影响，电压增益将会太高，并进一步的会导致电压纹波升高。

当LLC谐振变换器工作在高负载载状态时，寄生电容对电路特性造成的影响很小，可以忽略不计。当LLC谐振变换器工作在低负载和轻负载状态时，寄生电容对变换器增益以及谐振过程造成的影响会越来越强，最终可能会导致LLC变换器工作异常。

本申请提供的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，可以应用在如图3所示的工作环境中。

图3是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的应用环境示意图，如图3所示，三相LLC谐振变换器设置在开关电源内部，该三相LLC谐振变换器可以实现软开关，能够有效的降低开关电源的损耗。

进一步的，该开关电源则被应用在电子设备中，通过该电子设备对用户或其他硬件设备提供服务。

需要说明的是，本实施例中的电子设备可以是麦克风、摄像机、蓝牙设备和各种移动通信终端等。本实施例中通过缺相控制降低开关电源的输出电压纹波，消除了纹波过高对电子设备的干扰，从而提升了电子设备的可靠性。

本实施例提供了一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，图4是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：

S401，三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断；本实施例中，首先三相LLC谐振变换器软启动，在启动完成后再进行缺相判断和缺相控制，可以避免后续三相和两相切换所带来的增益突变导致软起过程中输出电压曲线不平滑；另外，缺相判断是基于当前三相LLC谐振变换器的负载状态来选择采用两相控制或采用三相控制；

S402，在缺相判断的结果指示执行三相切两相操作的情况下，屏蔽LLC电路中的第三桥臂，并保持第一桥臂和第二桥臂之间开关信号的交错导通角度为第一预设角度；

其中，该第一预设角度为120度。当谐振变换器在轻载或空载状态且当前为三相控制时，缺相判断的结果指示执行三相切两相操作。

S403，采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。需要说明的是，在将三相控制切换为两相控制时，为了保持输出电压不变，在两相控制工作状态下需要改变第一桥臂和第二桥臂中开关管的频率，以使输电压达到合适的设定标准值。

通过上述步骤S401至S403，相比较于相关技术中通过增加假负载、调宽调频控制以及间隙模式的方法，本申请实施例在三相LLC谐振变换器的轻载和空载状态下，将三相控制切换为两相控制，并保持剩余两个桥臂之间开关信号的交错导通角度为120度。

进一步的，再通过变频控制使输出电压达到合适的设定标准值。

通过本申请，解决了相关技术中三相LLC谐振变换器在轻载或空载状态下电压纹波较大的问题，消除了纹波过高对电子设备的干扰，提升了电子设备的可靠性。

本实施例提供了一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，图5是根据本申请实施例的另一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：

S501，三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断；本实施例中，首先三相LLC谐振变换器软启动，在启动完成后再进行缺相判断和缺相控制，可以避免后续三相和两相切换所带来的增益突变导致输出电压不稳定；另外，缺相判断是基于当前三相LLC谐振变换器的负载状态来选择采用两相控制或采用三相控制；

S502，在缺相判断的结果指示执行两相切三相操作的情况下，拉升三相LLC谐振变换器的频率，将第三桥臂切入至LLC电路中；其中，当谐振变换器在高负载状态且当前为两相控制时，缺相判断的结果指示执行两相切三相操作；

S503，采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。在将两相控制切换为三相控制之后，同上述步骤S403，通过改变开关管的频率，以使输电压达到合适的设定标准值。

通过上述步骤S501至S503，当谐振变换器在高负载情况下，切换为三相控制，将负载均衡的分配在多个开关管上，减轻了对于单个开关管的消耗，提升了开关电源的性能。

图6是根据本申请实施例的两相控制的电路图，如图6所示，通过将C项(即本实施例中的第三桥臂)的两个开关管Q5和Q6常断，实现屏蔽该第三桥臂；

图7是根据本申请实施例的三相控制的电路图，如图7所示，通过将C项(即本实施例中的第三桥臂)的两个开关管Q5和Q6保持常开，将该第三桥臂且入至LLC电路中，需要说明的是，此时第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂之间的开关信号的交错导通角度同样保持为120度；

在其中一些实施例中，考虑到在两相控制切三相控制过程中，会产生电压增益突变，且还会导致电流突变。

因此，在切换过程中，应该尽可能的保证在切进去的时候为LLC谐振变换器位于高频状态，从而减小电流冲击。图8是根据本申请实施例的执行两相切三相操作的流程示意图，如图8所示，在缺相判断的结果指示执行两相切三相操作时，为了避免产生电流突变，可选的，通过以下两种方式进行限制：

方式1：在切换前提升频率，将频率升高后再执行切换；其中，提升频率的方式包括强行拉环路输出方式和直接切换频率至合适范围。

方式2：采用封一个计算周期的波，之后再以合适频率开波的方式，其具体包括：根据LLC谐振变换器的硬件参数计算反映低频率状态的第一预设周期，通过设置在第一预设周期禁止执行两相切三相操作来保证在切换时LLC谐振变换器位于高频工作状态，从而避免产生电流突变。

在其中一些实施例中，图9是根据本申请实施例的一种三相LLC谐振变换器切换判定逻辑示意图，如图9所示，在LLC谐振变换器软启完成之后：

首先，获取LLC谐振变换器的状态信息，该状态信息可以是输出电流值、低通滤波值和当前控制状态，可以理解的是，当前控制状态即上述三相控制和两相控制，该低通滤波值与输出电流值对应，即是在一个恒定的输出电流值下获取到对应的低通滤波值；

其次，进行缺相判断包括：判断该状态信息是否满足第一预设条件或第二预设条件，其中，在该状态信息满足第一预设条件情况下，缺相判断的结果指示执行三相切两相操作。

在该状态信息满足第二预设条件的情况下，缺相判断的结果指示执行两相切三相操作。

需要说明的是，当状态信息满足第一预设条件时，三相LLC谐振变换器处于低负载或空负载状态，例如：输出电流值＝25Hz、低通滤波值＝7A且当前采用三相控制；

当状态信息满足第二预设条件时，三相LLC谐振变换器处于高负载状态，例如：输出电流值＝2KHz，低通滤波值＝10A且当前采用两相控制。

可选的，还可以根据输出电压的交流采样信息进行缺相判断，例如，在输出电压的交流采样信息为饱和状态且当前采用两相控制的情况下，缺相判断的结果指示执行两相切三相控制；

最后，采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。

图10是相关技术中缺相控制的示意图，如图10所示，在轻负载或空负载状态下将三相控制切换为两相控制，并将交错导通角度从120°变换为180°，在轻载状态下只通过两相提供谐振变换，实现了降低开关管的功耗。

图11是本申请实施例中缺相控制的示意图，如图11所示，本申请实施例中在轻负载或空负载状态下降三相控制切换为两相控制，并继续保持交错导通角度为120°，进一步的，再通过变频控制，实现了降低输出电压纹波。

在其中一些实施例中，图12是根据本申请实施例的电压纹波抑制效果的对比示意图，如图12所示，在同输入、同输出以及相同负载情况下(输入275Vac、输出48Vdc、带负载5A)，图12中左侧是传统技术采用间隙控制方法的输出电压纹波示意图，图12中右侧是采用本申请缺相控制的输出电压纹波示意图，左侧输出的电压纹波峰值为236mv，右侧输出的电压纹波峰值为114mv，可以看出，通过申请本实施例实施例提供的电压纹波抑制方法，在轻载或空载状态下，能够显著的降低电压纹波。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种三相LLC谐振变换器的纹波抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断；

在所述缺相判断的结果指示执行三相切两相操作的情况下，屏蔽LLC电路中的第三桥臂，并保持第一桥臂和第二桥臂之间开关信号的交错导通角度为第一预设角度，其中，所述缺相判断是指基于当前三相LLC谐振变换器的负载状态来选择采用两相控制或采用三相控制；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值，其中，所述三相LLC谐振变换器缺相判断在软启动之后，所述方法还包括：

在所述缺相判断的结果指示执行两相切三相操作的情况下，拉升所述三相LLC谐振变换器的频率，将所述第三桥臂切入至所述LLC电路中；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定标准值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述缺相判断的结果指示执行两相切三相操作的情况下，所述方法还包括：

获取所述三相LLC谐振变换器的实时频率信息；

在所述实时频率信息的波值不属于第一预设周期的情况下，将所述第三桥臂切入至所述LLC电路中；

采用变频控制改变开关频率以使输出电压达到设定值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断之前，所述方法还包括：

根据所述三相LLC谐振电路变换器的硬件参数信息计算所述第一预设周期；

设定在所述第一预设周期内禁止执行所述两相切三相操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉升所述三相LLC谐振变换器的频率包括：

采用强行拉环路输出的方式，提升所述三相LLC谐振变换器的频率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断包括：

三相LLC谐振变换器软启完成，实时获取所述三相LLC谐振变换器的状态信息；

在所述状态信息满足第一预设条件情况下，所述缺相判断的结果指示执行三相切两相操作，其中，所述三相LLC谐振变换器在低负载状态或空负载状态且当前采用三相控制的情况下，所述状态信息满足所述第一预设条件；

在所述状态信息满足第二预设条件的情况下，所述缺相判断的结果指示执行两相切三相操作，其中，所述三相LLC谐振变换器在高负载状态且当前采用两相控制的情况下，所述状态信息满足所述第二预设条件。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述三相LLC谐振变换器软启动并进行缺相判断还包括：

三相LLC谐振变换器软启完成，获取输出电压的交流采样信息；

在所述交流采样信息为饱和状态且当前采用所述两相控制的情况下，所述缺相判断的结果指示执行所述两相切三相操作。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述状态信息包括输出电流值、低通滤波值和控制状态，其中，所述控制状态包括三相控制和两相控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

当所述输出电流值为25Hz、所述低通滤波值小于7A且当前采用三相控制时，所述状态信息满足所述第一预设条件；

当所述输出电流值为2KHz、所述低通滤波值大于10A且当前采用两相控制时，所述状态信息满足所述第二预设条件。

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