CN113765414B - 一种宽输出acdc变换电路及控制方法 - Google Patents

一种宽输出acdc变换电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种宽输出ACDC变换电路，包括：AC/DC变换器和DC/DC变换器，所述AC/DC变换器输出直流母线电压，所述DC/DC变换器调节所述直流母线电压并提供输出电压给负载，所述直流母线电压经过变压器传输至二次侧与所述输出电压进行比较调节产生调节信号后再传输至一次侧，所述AC/DC变换器根据所述调节信号调节所述直流母线电压。本发明的所述直流母线电压跟随所述输出电压变化，ACDC变换电路输出电压能够在很宽的范围内调节，且可以保证DC/DC变换器工作于最高效率。

Description

一种宽输出ACDC变换电路及控制方法
技术领域
本发明属于电能变换技术领域，涉及中间直流母线电压的调节方法。
背景技术
在ACDC中大功率开关电源中，主流的的架构为AC/DC变换器+DC/DC，变换器DC/DC变换器又以LLC谐振变换器能实现的效率最高。LLC谐振变换器能实现较高的效率，因此在一些中大功率的开关电源中被普遍采用，但是LLC谐振变换器被应用于宽电压范围输出的场景时，LLC谐振变换器无法做到整个输出电压范围都工作在谐振点，可是LLC谐振电路工作在谐振频率时效率是最高的，这就导致当LLC谐振变换器应用于宽电压范围输出时，它的效率会显著降低。
发明内容
为了解决这个问题，需要使AC/DC变换器+DC/DC变换器之间的直流母线电压跟随输出电压变化，使整个输出电压范围内LLC都工作在谐振点，从而实现整个输出电压范围内的高效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种宽输出ACDC变换电路，包括：
AC/DC变换器，交流电输入，并整流为直流母线电压；
DC/DC变换器，包含第一隔离变压器，并将一次侧的直流母线电压变换为二次侧输出电压，
第二隔离变压器，从一次侧采样直流母线电压，将其变换为二次侧的采样电压，信号隔离传输器，输出电压和采样电压比较调节后产生第一信号经所述信号隔离传输器隔离传输至一次侧，
控制器，根据第一信号产生驱动所述AC/DC变换器中的开关的驱动信号。
于本发明的一实施例中，所述信号隔离传输器包括，
PWM转换模块，以输出电压作为基准，与所述采样电压做比较调节产生第一信号，第一信号转换为第二信号，所述第二信号为PWM信号；
隔离传输模块，接受所述第二信号，将所述第二信号从二次侧传输至一次侧产生第三信号；
信号整流模块，将所述第三信号进行整流调节后传输至所述控制器。
于本发明的一实施例中，所述第二信号的占空比跟随第一信号的幅值变化。
于本发明的一实施例中，所述第三信号经过整流变换后与直流母线电压叠加后变为第四信号，所述第四信号传输至所述控制器。
于本发明的一实施例中，所述AC/DC变换器包括，
整流模块，所述整流模块将交流电整流为直流电，
功率因数校正模块，接受直流电输入进行功率因数校正控制，并将直流电输入调节为直流母线电压，使直流母线电压幅值跟随输出电压变化。
于本发明的一实施例中，所述控制器包括，
第一调节单元，对所述第四信号与参考电压比较调节后与直流电相乘产生电流参考信号，
第二调节单元，电流参考信号与功率因数校正模块的输入电流比较调节后经第二PWM发生单元产生驱动信号，所述驱动信号驱动所述功率因数校正模块中的开关。
于本发明的一实施例中，所述宽输出ACDC变换电路包括辅助电源，所述辅助电源为一包含第二隔离变压器的拓扑结构，所述第二隔离变压器包含一辅助绕组，所述辅助绕组设置于所述第二变压器的副边，输出采样电压。
本发明还提供一种宽输出ACDC变换电路的控制方法，包括，
步骤S1在ACDC变换电路中辅助电源内的变压器设置绕组采集中间直流母线电压至二次侧；
步骤S2采样ACDC变换电路的输出电压，并作为基准，与采集的中间直流母线电压做比较产生反馈误差信号；
步骤S3把反馈误差信号转换为PWM占空比信号；
步骤S4PWM占空比信号通过隔离光耦或者隔离变压器传输到一次侧；
步骤S5在一次侧把反馈误差信号整流成直流电压信号；
步骤S6把直流电压信号注入到PFC控制反馈来调整中间直流母线电压。
本发明的技术方案中使用直流母线电压与输出电压作为反馈，实现直流母线电压精准调节，避免了在批量生产的时候导致的误差偏大，使实际LLC谐振电路的工作点出现偏离，本发明批量生产时候的效率一致性很好。
附图说明
图1显示为本发明的ACDC变换电路的框图。
图2显示为本发明的一具体实施例。
图3显示为图2中关键信号的波形示意图。
图4显示为图2中功率电路的一具体实施例。
图5显示为图2中PWM转换模块的一具体实施例。
图6显示为本发明的图2中控制器的一具体实施例。
图7显示为本发明的图6中调节单元251的一具体实施例。
图8显示为本发明ACDC变换控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域的技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义。
如图1所示，ACDC变换电路10包括前级AC/DC变换器11和后级DC/DC变换器12，所述AC/DC变换器11将输入的交流电vin进行整流和功率因数校正后输出直流母线电压Vbus，DC/DC变换器12接受直流母线电压Vbus经过调压和隔离变换后输出输出电压Vout。经过隔离变压器13采集所述直流母线电压Vbus并输出采样电压Vf，采样电压Vf和所述输出电压Vout经信号隔离传输器14比较后输出至控制器15，所述控制器15控制所述AC/DC变换器11，使其输出的直流母线电压Vbus跟随所述输出电压Vout变化。输出电压Vout和直流母线电压Vbus之间涉及高压安规问题，所以必须要做隔离，隔离变压器13使得两者隔离，保证安全。让输出的直流母线电压Vbus跟随所述输出电压Vout变化，DC/DC变换器12为LLC谐振变换器时，能够实现整个输出电压范围内都工作在谐振点，从而实现宽范围输出，并在整个输出电压范围内的高效率。
于本发明一具体实施例中，如图2所示，AC/DC变换器21包括整流模块211，所述整流模块接受交流电vin，输出直流电Vin，以及功率因数校正模块212，所述功率因数校正模块212接受直流电Vin输入，并进行功率因数校正和电压调节，输出直流母线电压Vbus。DC/DC变换器12接受所述直流母线电压Vbus，并输出输出电压Vout，所述DC/DC变换器12为隔离型变换器，包括变压器T1，例如LLC谐振变换器，具有较高的变换效率。
所述ACDC变换电路20还包括一辅助电源26，接受直流母线电压Vbus，经过隔离变换后所述辅助电源26提供辅助电压Vaux，所述辅助电源26包括一变压器T2。于本发明的实施例中，在所述变压器T2的副边设置绕组N3，所述绕组N3的输出为采样电压Vf。信号隔离传输器24接受采样电压Vf和输出电压Vout，如图2所示，所述信号隔离传输器24包括PWM转换单元241、光耦242、信号整流模块243，再结合图3，PWM转换单元241接受采样电压Vf和输出电压Vout，并转换为信号Ve1，含有占空比D信息的PWM波。例如，输出电压Vout与采样电压Vf的差值变大，信号Ve1的占空比变小，信号Ve1经光耦242传输至原边，得到信号Ve2，信号Ve2经过信号整流模块243整流后得到信号Ve3，信号Ve3输入至控制器25，作为电压控制环的电压反馈信号，经过与电压参考信号Vref比较调节后输出电流控制环的电流参考信号Iref，控制器同时采样功率因数校正模块的输入电流Iin，电流Iin与电流参考信号Iref，经过比较调节后生成功率因数校正模块212中开关器件的驱动信号Vd。
本实施例中，光耦242作为一种信号隔离传输器件示范实施例，但是本发明并不以此为限，任何能够达到信号隔离传输作用的器件均可作为本发明的实施例替代方案。
图3中Vf等于Vout时，Ve1的占空比为0.5，Vout变大，大于Vf，占空比变小；Vout变小，小于Vf，占空比变达。
通过辅助电源26绕组耦合的方式采集直流母线电压Vbus至二次侧。以采样的输出电压Vout作为基准，与采样电压Vf做比较产生反馈误差信号，并把反馈误差信号转换为PWM占空比信号Ve1，信号Ve1通过隔离光耦或者隔离变压器传输到一次侧，信号整流模块243把信号Ve2整流成直流电压信号Ve3。直流电压信号Ve3注入到控制器来调整中间直流母线电压Vbus。
图4所示为本发明功率电路的一具体实施例，AC/DC变换器41包括整流模块411和功率因数校正模块412，所述整流模块411为二极管D1-D4构成的全桥整流电路，所述功率因数校正模块412为包括电感L1、开关S5和二极管D9构成的升压变换模块，DC/DC变换器为LLC谐振变换器，包括开关S1-S4构成的全桥模块和电容C2、电感L2和变压器T1构成的谐振模块以及二极管D5-D8构成的整流模块，电容Co进行输出滤波整流。辅助电源46为一反激变换器，包括变压器T2、开关S6，所述开关S6与变压器T2的原边绕组N1串联，变压器T2包括副边绕组N2和N3，所述绕组N2经过二极管D10和电容C3整流滤波后输出辅助电压Vaux，所述绕组N3经过二极管D11和电容C4整流滤波后输出采样电压Vf，即通过辅助电源46绕组耦合的方式采集直流母线电压至二次侧。
图5为图2中PWM转换模块241的一具体实施例，包括调节单元2411，所述调节单元2411接受输出电压Vout和采样电压Vf，并使两者做差，经过诸如PI、PID等调节方式调节后生成信号Ve0，PWM发生单元2412根据信号Ve0产生PWM信号Ve1，信号Ve1的占空比代表了输出电压Vout和采样电压Vf之间的差值。例如，输出电压Vout变大，使输出电压Vout和采样电压Vf之间的差值正向变大，占空比从0.5减小，例如变为0.3，如图3所示，输出电压Vout变小，且小于采样电压Vf，使输出电压Vout和采样电压Vf之间的差值反向变大，占空比从0.5变大，例如变为0.7。
图6所示为图2中控制器25的一具体实施例，调节单元251接受电压参考信号Vref和信号Ve3的差值，经过调节后输出信号Vcom,信号Vcom与直流电Vin相乘后输出电流参考信号Iref，调节单元252接受电流参考信号Iref和电流Iin的差值经过调节后输出至PWM发生单元253，PWM发生单元253输出驱动信号Vd，控制功率因数校正模块212中的开关器件，例如图4中的开关S5。
图7为图2中信号整流模块243和图6中调节单元251的具体实施例，信号整流模块243包括电阻R1、二极管D12、电阻R2、电阻R3、电容C5，电阻R1限流，电阻R2和R3对电压Vbus分压，电容C5稳压。信号Ve2整流后与电压Vbus进行叠加，得到信号Ve3。调节单元251接受信号Ve3和电压参考信号Vref,进行比较调节后输出电流参考信号Iref。调节单元251为比例积分调节器。
图8为本发明一种宽输出ACDC变换电路的控制方法，步骤S1在ACDC变换电路中辅助电源内的变压器设置绕组采集中间直流母线电压至二次侧；步骤S2采样ACDC变换电路的输出电压，并作为基准，与采集的中间直流母线电压做比较产生反馈误差信号；步骤S3把反馈误差信号转换为PWM占空比信号；步骤S4PWM占空比信号通过隔离光耦或者隔离变压器传输到一次侧；步骤S5在一次侧把反馈误差信号整流成直流电压信号；步骤S6把直流电压信号注入到PFC控制反馈来调整中间直流母线电压。
综上所述，本发明精确调节中间直流母线电压，使其跟随输出电压变化，从而能够使得DC/DC变换器工作于效率最高的状态，并且输出电压在最大范围内可调。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于，包括：
AC/DC变换器，交流电输入，并整流为直流母线电压；
DC/DC变换器，包含第一隔离变压器，并将一次侧的直流母线电压变换为二次侧输出电压，
第二隔离变压器，从一次侧采样直流母线电压，将其变换为二次侧的采样电压，
信号隔离传输器，输出电压和采样电压比较调节后产生第一信号经所述信号隔离传输器隔离传输至一次侧，
控制器，根据第一信号产生驱动所述AC/DC变换器中的开关的驱动信号；
所述信号隔离传输器包括PWM转换模块，以所述DC/DC变换器的输出电压作为基准，与所述第二隔离变压器二次侧的采样电压做比较调节产生第一信号，所述第一信号转换为第二信号，所述第二信号为PWM信号；
隔离传输模块，接受所述第二信号，将所述第二信号从二次侧传输至一次侧产生第三信号；
信号整流模块，将所述第三信号进行整流调节后传输至所述控制器；
所述PWM转换模块，包括
调节单元，所述调节单元接受所述DC/DC变换器的输出电压和所述第二隔离变压器二次侧的采样电压，并使两者做差，经过PI或PID调节方式调节后生成第一信号；
PWM发生单元，所述PWM发生单元根据第一信号产生PWM信号第二信号，所述第二信号的占空比代表了所述DC/DC变换器的输出电压和所述第二隔离变压器二次侧的采样电压之间的差值。
2.根据权利要求1所述的一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于：所述第二信号的占空比跟随第一信号的幅值变化。
3.根据权利要求2所述的一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于：所述第三信号经过整流变换后与直流母线电压叠加后变为第四信号，所述第四信号传输至所述控制器。
4.根据权利要求3所述的一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于：所述AC/DC变换器包括，
整流模块，所述整流模块将交流电整流为直流电，
功率因数校正模块，接受直流电输入进行功率因数校正控制，并将直流电输入调节为直流母线电压，使直流母线电压幅值跟随输出电压变化。
5.根据权利要求4所述的一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于：所述控制器包括，第一调节单元，对所述第四信号与参考电压比较调节后与直流电相乘产生电流参考信号，
第二调节单元，电流参考信号与功率因数校正模块的输入电流比较调节后经第二PWM发生单元产生驱动信号，所述驱动信号驱动所述功率因数校正模块中的开关。
6.根据权利要求5所述的一种宽输出ACDC变换电路，其特征在于：所述宽输出ACDC变换电路包括辅助电源，所述辅助电源为一包含第二隔离变压器的拓扑结构，所述第二隔离变压器包含一辅助绕组，所述辅助绕组设置于所述第二隔离变压器的副边，输出采样电压。
7.一种宽输出ACDC变换电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述一种宽输出ACDC变换电路，
包括，
步骤S1，在宽输出ACDC变换电路中的第二隔离变压器设置绕组采集中间直流母线电压至二次侧；
步骤S2，采样宽输出ACDC变换电路的输出电压，并作为基准，与采集的中间直流母线电压做比较产生反馈误差信号；
步骤S3，把反馈误差信号转换为PWM占空比信号；
步骤S4，PWM占空比信号通过隔离光耦或者隔离变压器传输到一次侧变为第三信号；
步骤S5，在一次侧把第三信号整流成直流电压信号；
步骤S6，把直流电压信号注入到控制器，以调整中间直流母线电压。
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