CN115224948A - 一种llc谐振变换器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LLC谐振变换器的控制方法，包括以下步骤：获取设定时间段内的LLC开关频率平均值，以LLC开关频率平均值为负反馈参数，以LLC谐振频率为目标参数，通过环路运算实时控制DC‑DC转换模块输入端的母线电压，使LLC谐振转换器在全范围负载条件下工作在谐振频率点附近。本发明可以使LLC谐振变换器在全范围负载条件下，自适应工作谐振频率点附近，从而使LLC谐振转换器工作状态最佳，效率最优。

Description

一种LLC谐振变换器的控制方法
技术领域
本发明涉及LLC谐振变换器，尤其涉及一种LLC谐振变换器的控制方法。
背景技术
传统的电源通常关注几个负载点的效率，但在实际使用中，由于负载实时变化，为了获得更好的节能效果，业界对效率的要求已经从简单的追求几个负载点转变到全范围负载点，如欧盟的生态设计准则（Eco-Design）及美国的能源之星标准等，均对不同功率等级的电源在不同负载条件下的综合平均效率作了明确规定，这也对电源的效率提出了新的要求。LLC谐振变换器具有结构简单、效率高、功率密度高等特点，因此被广泛应用。
LLC谐振变换器主电路的结构如图2所示 ，包括三种典型工作模式：
如图3所示，LLC谐振变换器工作在谐振频率点，LLC谐振变换器能够实现原边开关管的零电压开通，副边整流管零电流关断。而且，开关管的关断电流就是励磁电流的最大值，选择合适励磁电感，可以有效地减小开关损耗。
如图4所示，LLC谐振变换器工作高于谐振频率点，无论在什么时刻，都能实现开关管的零电压开通，但是，由于开关管的关断电流很大，会带来原边开关管过高的关断损耗。
如图5所示，LLC谐振变换器工作低于谐振频率点，原边功率开关管工作在ZVS状态，次级测整流管实现ZCS。t6-t8会出现较长时间电流断续现象，意味着谐振腔峰值电流变大，通态损耗会变大。
因此，让LLC谐振变换器在全负载范围内工作在谐振频率附近是提高电源整体效率的一种控制策略。
传统控制方式中，次级测数字控制器对输出电流进行采样，根据输出电流大小对母线电压进行分段控制；但为了使不同产品在相同条件下，工作状态接近，需要对输出电流和母线电压进行校正，增加了测试成本。
如母线电压固定，将输出电压控制为固定值，根据LLC增益曲线可知，LLC转换器工作频率会随着负载变化而变化，很难将LLC控制在谐振频率点附近；如母线电压根据电流分段控制，在母线电压分段临界条件下，LLC转换器可能工作在不同工作状态，在并机均流场景中，临界条件下会出现不同母线电压切换，造成系统震荡的隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在全范围负载条件下，能自适应工作在谐振频率点，LLC谐振转换器工作效率高的LLC谐振变换器的控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种LLC谐振变换器的控制方法，包括以下步骤：获取设定时间段内的LLC开关频率平均值，以LLC开关频率平均值为负反馈参数，以LLC谐振频率为目标参数，通过环路运算实时控制DC-DC转换模块输入端的母线电压，使LLC谐振转换器在全范围负载条件下工作在谐振频率点附近。
以上所述的LLC谐振变换器的控制方法，按照LLC谐振转换器的硬件参数计算LLC谐振频率，在设定的时间段内对LLC谐振转换器的开关频率进行移动平均计算得到 LLC转换器开关频率平均值；将LLC开关频率平均值与LLC谐振频率的差值进行闭环环路运算，得到母线电压设定值，以母线电压设定值为目标值进行闭环控制。
以上所述的LLC谐振变换器的控制方法，当LLC开关频率平均值大于LLC谐振频率时，减小DC-DC转换器输入端的母线电压设定值，将DC-DC转换器输入端的母线电压降低，使LLC转换器的工作频率降低；当LLC开关频率平均值小于LLC谐振频率时，增大DC-DC转换器输入端的母线电压设定值，将DC-DC转换器输入端的母线电压升高，使LLC转换器的工作频率升高；使LLC谐振转换器在全范围负载条件下工作在LLC谐振频率点附近。
本发明可以使LLC谐振变换器在全范围负载条件下，自适应工作谐振频率点附近，从而使LLC谐振转换器工作状态最佳，效率最优。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例LLC谐振变换器的控制框图。
图2是本发明实施例LLC谐振变换器主电路的结构图。
图3是现有技术LLC谐振变换器工作在谐振频率点的波形图。
图4是现有技术 LLC谐振变换器工作在高于谐振频率点的波形图。
图5是现有技术 LLC谐振变换器工作在低于谐振频率点的波形图。
图6是本发明实施例LLC谐振变换器的母线电压控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，数字开关电源的主电路AC-DC转换模块和DC-DC转换模块，AC-DC转换模块由原边数字控制器进行控制，DC-DC转换模块由副边数字控制器进行控制，两个数字控制器通过UART串行总线进行数据传输。
根据LLC谐振转换器硬件参数计算LLC谐振频率FREF，副边数字控制器对设定的时间段内LLC谐振转换器的开关频率进行移动平均计算， LLC转换器开关频率平均值FAVG与谐振频率FREF的差值FERROR进行闭环环路运算，通过UART将运算结果母线电压设定值传输给原边数字控制器，原边数字控制以母线电压设定值为目标值进行闭环控制。
当LLC开关频率平均值大于LLC谐振频率FREF时，减小DC-DC转换模块输入端母线电压设定值，需限制合适的母线电压下限，通过PFC控制模块将DC-DC转换模块输入端母线电压降低，LLC转换器工作频率降低；
当LLC开关频率平均值小于谐振频率FREF时，增大DC-DC转换模块输入端母线电压设定值，需限制合适的母线电压上限，通过PFC控制模块将DC-DC转换模块输入端母线电压升高，LLC转换器工作频率升高。
本发明以上实施例的控制方法可以使DC-DC转换模块在全范围负载条件下，自适应工作谐振频率点附近，从而使LLC谐振转换器工作状态最佳，效率最优。

Claims (3)

1.一种LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取设定时间段内的LLC开关频率平均值，以LLC开关频率平均值为负反馈参数，以LLC谐振频率为目标参数，通过环路运算实时控制DC-DC转换模块输入端的母线电压，使LLC谐振转换器在全范围负载条件下工作在谐振频率点附近。
2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，按照LLC谐振转换器的硬件参数计算LLC谐振频率，在设定的时间段内对LLC谐振转换器的开关频率进行移动平均计算得到 LLC转换器开关频率平均值；将LLC开关频率平均值与LLC谐振频率的差值进行闭环环路运算，得到母线电压设定值，以母线电压设定值为目标值进行闭环控制。
3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，当LLC开关频率平均值大于LLC谐振频率时，减小DC-DC转换器输入端的母线电压设定值，将DC-DC转换器输入端的母线电压降低，使LLC转换器的工作频率降低；当LLC开关频率平均值小于LLC谐振频率时，增大DC-DC转换器输入端的母线电压设定值，将DC-DC转换器输入端的母线电压升高，使LLC转换器的工作频率升高；使LLC谐振转换器在全范围负载条件下工作在LLC谐振频率点附近。
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