CN116995904A - 一种防止llc谐振电源进入容性区的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，包括半桥LLC谐振电路及其电流采样电路，全桥LLC谐振电路及其电流采样电路，以及处理电路检测到的电流信号电路，所述LLC谐振电路通过控制谐振开关管的工作频率对谐振腔增益进行调整，从而实现对输出各种负载状态的调整。该防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路判断谐振腔进入容性区工作的准确度高，可以最大限度对电源的瞬间过载，短时间超功率等电气特性进行深度优化，而不必担心谐振腔会进入容性区，导致开关管开通时存在非常大的瞬间电流，造成烧毁开关管。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路。
背景技术
目前市场上最常用的防止LLC谐振电源工作进入容性区的保护方式，通常是检测谐振腔的电流，对电流做一个最大值限制，或者对输出电压电流进行检测，并通过光耦反馈给到原边，进行最大功率输出限制。
这种限制仅仅只是一个粗略的过流或者过功率限制，在谐振腔设置的最大电流或者输出设置的最大功率限制到接近进入容性区之间，有可能还存在一段较长的感性区，这个感性区间会由于一些元器件的差异性造成一批量产产品，有些偏多有些偏小，如果能很好的利用这个区间，可以更好的对电源的一些电气性能进行优化，比如，瞬间过载，短时间超功率使用等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，以解决上述背景技术提出的目前市场上防止LLC谐振电源工作进入容性区的保护方式仅仅只是一个粗略的过流或者过功率限制，在谐振腔设置的最大电流或者输出设置的最大功率限制到接近进入容性区之间，有可能还存在一段较长的感性区，这个感性区间会由于一些元器件的差异性造成一批量产产品，有些偏多有些偏小，如果能很好的利用这个区间，可以更好的对电源的一些电气性能进行优化的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，包括半桥LLC谐振电路及其电流采样电路，全桥 LLC谐振电路及其电流采样电路，以及处理电路检测到的电流信号电路，所述 LLC谐振电路通过控制谐振开关管的工作频率对谐振腔增益进行调整，从而实现对输出各种负载状态的调整。
优选的，所述控制谐振腔开关管的工作频率，可以让谐振腔分别工作在感性区间，容性区间，和纯阻性区间，根据LLC谐振电路的特性及使用MOS 管做为开关管。
优选的，所述LLC谐振电路包括Q1/Q2开关管和Q3、Q6/Q4、Q5开关管交替导通，会把占空比50％的方波电压加入到谐振腔内。
优选的，所述谐振腔的基波电压相位处理包括：DSP/MCU等控制器对本身发出的驱动波形分解后得到。
优选的，所述谐振腔的基波电压相位处理包括：对上下管子中点电压进行检测，检测电路输出的高低电平电压相位，和谐振腔输入的方波电压时序是完全相同的，谐振腔正常工作在感性区间，Q2或者Q4/Q5关闭，C15/C16 立即输出高电平，同理，Q1或者Q3/Q6关闭，C15/C16立即输出低电平；谐振腔如果工作在容性区间，Q2或者Q4/Q5关闭，C15/C16输出为低电平，Q1 或者Q3/Q6关闭，C15/C16输出为高电平，对C15/C16电容处出来的方波信号进行傅里叶分解，取基波即可得到和输入谐振腔的有效值电压完全相同相位的信号。
优选的，所述谐振腔的电流相位处理包括：半桥部分可以直接对谐振电容上的电压进行采样，通过两个小容量的串联电容和谐振电容并联进行分流取样，采样所得到的电压信号进入处理电路检测到的电流信号电路进行处理后，送入DSP/MCU进行处理。
优选的，所述谐振腔的电流相位处理包括：全桥部分需要增加一个电流互感器，把谐振腔的电流通过电流互感器隔离检测到副边和低压端共地，互感器的副边电流流过R3/R4后会形成一个电压，这个电压的大小正比于谐振腔内流动的电流，副边的波形及相位和原边完全相同，R3/R4中间对地的电压进入处理电路检测到的电流信号电路进行处理后，送入DSP/MCU进行处理。
优选的，所述处理电路检测到的电流信号电路为一个同向电压放大器和一个电压跟随器，由于半桥LLC谐振电路及其电流采样电路/全桥LLC谐振电路及其电流采样电路送入处理电路检测到的电流信号电路的电压信号为正负交变的信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路判断谐振腔进入容性区工作的准确度高，可以最大限度对电源的瞬间过载，短时间超功率等电气特性进行深度优化，而不必担心谐振腔会进入容性区，导致开关管开通时存在非常大的瞬间电流，造成烧毁开关管。同时，这些电路都是在原边实现的，响应速度比在副边限制输出电压电流然后通过光耦反馈给到原边控制的要快一些，节省了光耦的信号传输延迟时间。
附图说明
图1为本发明LLC半桥电路示意图；
图2为本发明LLC全桥电路示意图；
图3为本发明电流信号电路示意图。
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。
本发明如附图所示，由三部分组成，半桥LLC谐振电路及其电流采样电路，全桥LLC谐振电路及其电流采样电路，以及处理这两种电路检测到的电流信号电路。LLC谐振电路通过控制谐振开关管的工作频率对谐振腔增益进行调整，从而实现对输出各种负载状态的调整。控制谐振腔开关管的工作频率，可以让谐振腔分别工作在感性区间，容性区间，和纯阻性区间，根据LLC谐振电路的特性及使用MOS管做为开关管，一般工作在感性区间及纯阻性区间是非常安全的，如果谐振腔工作在容性区间，谐振腔的电流超前于电压，在开关管开通瞬间，会有非常大的电流流过开关管，对开关管会造成非常大的损伤，甚至会烧毁电源。因此，如何避免谐振腔进入容性区间，是非常重要和有实际意义的。
LLC谐振部分说明：如附图1/图2所示，Q1/Q2开关管和Q3Q6/Q4Q5开关管交替导通，会把占空比50％的方波电压加入到谐振腔内，由于谐振腔一直工作在LC或者LLC振荡中，加入的方波电压只有傅里叶分解后的基波部分起到主要功率输出作用。因此，对比同一个周期谐振腔内的基波电压和谐振电流波形的相位，即可直接判断出谐振腔工作在何种状态。
谐振腔的基波电压相位可以通过两种方式进行处理：1.DSP/MCU等控制器对本身发出的驱动波形分解后得到；
2.可以通过图1/图2对上下管子中点电压进行检测，检测电路输出的高低电平电压相位，和谐振腔输入的方波电压时序是完全相同的，谐振腔正常工作在感性区间，Q2或者Q4/Q5关闭，C15/C16立即输出高电平，同理，Q1 或者Q3/Q6关闭，C15/C16立即输出低电平；谐振腔如果工作在容性区间，Q2 或者Q4/Q5关闭，C15/C16输出为低电平，Q1或者Q3/Q6关闭，C15/C16输出为高电平，对C15/C16电容处出来的方波信号进行傅里叶分解，取基波即可得到和输入谐振腔的有效值电压完全相同相位的信号。
谐振腔的电流相位分两种情况进行处理：1.如图1所示，半桥部分可以直接对谐振电容上的电压进行采样，通过两个小容量的串联电容和谐振电容并联进行分流取样，采样所得到的电压信号进入图3电路进行处理后，送入 DSP/MCU进行处理。
如同2所示，全桥部分需要增加一个电流互感器，把谐振腔的电流通过电流互感器隔离检测到副边和低压端共地，互感器的副边电流流过R3/R4后会形成一个电压，这个电压的大小正比于谐振腔内流动的电流，副边的波形及相位和原边完全相同，R3/R4中间对地的电压进入图3电路进行处理后，送入DSP/MCU进行处理。图3电路为一个同向电压放大器和一个电压跟随器，由于图1/图2送入图3的电压信号为正负交变的信号，负向信号是不能直接被DSP/MCU进行处理的，因此，增加一个直流偏置量把负向电压，转换为一个在0-3V正电压范围内波动的信号，然后通过一个电压跟随器送入DSP/MCU 进行处理，电压跟随器上的电压信号不会受到后续电路的上偏或者下偏电阻的影响而变化。
本电路可以应用在LLC半桥电源和LLC全桥电源上，输入谐振腔的电压可以通过DSP/MCU对驱动谐振腔开关管信号进行分解得到对应的基波相位，或者依据图1/图2对开关管中点电压进行检测，得到和输入谐振腔电压相同时序的方波信号，对这个方波信号进行分解之后，得到谐振腔有效值电压的基波相位。
对于谐振腔的电流波形相位，分成两种情况：1.LLC半桥电路，如图1 所示，直接对谐振电容两端并联小容量电容进行分流采样，这个小容量电容使用两颗进行串联分压，确保电容中点对地电压在较小幅度内变化，电容中点对地出来的电压波形是一个正负波动的高频正弦波；
2.LLC全桥电路，如图2所示，由于谐振电容C6两端的电压在最高母线电压Vbus和地之间变化，因此，不能像半桥那样使用小容量电容进行分压处理，只能在谐振腔里面串联电流互感器进行检测，互感器副边的其中一端接电路的地，在互感器副边绕组上并联电阻，把互感器感应到的电流流过电阻上形成电压，这个电阻同样使用两颗进行串联，并确保在电阻中点对地形成的电压在小幅度范围内变化，这个电压的相位和谐振腔流过的电流相位是完全相同的。
由于上述两种电路的电流采样出来的信号都是正负范围变化的，不能直接输入到DSP/MCU进行处理，需要对这个信号增加一个直流分量，如图3所示，把信号整体电压抬高到零伏以上，然后通过一个电压跟随器输入到 DSP/MCU进行处理，电压跟随器输出的电压变化不会随着后级电路的上下拉电阻不同而改变，并在进入DSP/MCU口处，使用D1/D2二极管做了一个正负相电压钳位保护电路。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，包括半桥LLC谐振电路及其电流采样电路，全桥LLC谐振电路及其电流采样电路，以及处理电路检测到的电流信号电路，其特征在于：所述LLC谐振电路通过控制谐振开关管的工作频率对谐振腔增益进行调整，从而实现对输出各种负载状态的调整。
2.根据权利要求1所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述控制谐振腔开关管的工作频率，可以让谐振腔分别工作在感性区间，容性区间，和纯阻性区间，根据LLC谐振电路的特性及使用MOS管做为开关管。
3.根据权利要求2所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述LLC谐振电路包括Q1/Q2开关管和Q3、Q6/Q4、Q5开关管交替导通，会把占空比50％的方波电压加入到谐振腔内。
4.根据权利要求3所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述谐振腔的基波电压相位处理包括：DSP/MCU等控制器对本身发出的驱动波形分解后得到。
5.根据权利要求3所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述谐振腔的基波电压相位处理包括：对上下管子中点电压进行检测，检测电路输出的高低电平电压相位，和谐振腔输入的方波电压时序是完全相同的，谐振腔正常工作在感性区间，Q2或者Q4/Q5关闭，C15/C16立即输出高电平，同理，Q1或者Q3/Q6关闭，C15/C16立即输出低电平；谐振腔如果工作在容性区间，Q2或者Q4/Q5关闭，C15/C16输出为低电平，Q1或者Q3/Q6关闭，C15/C16输出为高电平，对C15/C16电容处出来的方波信号进行傅里叶分解，取基波即可得到和输入谐振腔的有效值电压完全相同相位的信号。
6.根据权利要求3所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述谐振腔的电流相位处理包括：半桥部分可以直接对谐振电容上的电压进行采样，通过两个小容量的串联电容和谐振电容并联进行分流取样，采样所得到的电压信号进入处理电路检测到的电流信号电路进行处理后，送入DSP/MCU进行处理。
7.根据权利要求3所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述谐振腔的电流相位处理包括：全桥部分需要增加一个电流互感器，把谐振腔的电流通过电流互感器隔离检测到副边和低压端共地，互感器的副边电流流过R3/R4后会形成一个电压，这个电压的大小正比于谐振腔内流动的电流，副边的波形及相位和原边完全相同，R3/R4中间对地的电压进入处理电路检测到的电流信号电路进行处理后，送入DSP/MCU进行处理。
8.根据权利要求1-7任意一条所述的一种防止LLC谐振电源进入容性区的保护电路，其特征在于：所述处理电路检测到的电流信号电路为一个同向电压放大器和一个电压跟随器，由于半桥LLC谐振电路及其电流采样电路/全桥LLC谐振电路及其电流采样电路送入处理电路检测到的电流信号电路的电压信号为正负交变的信号。
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