CN117713564B - Llc谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，提供的LLC谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路，以现有的LLC谐振电路为基础，融入功率因素校正、升降频率调控方法、升降占空比调控方法，通过采用执行升降频率调控、功率因素校正、占空比调控中的一种或多种手段对输出功率进行调节，使得本发明宽范围输出控制方案的输出电压宽度更宽，约增加50%输出电压宽度，调控范围更广，可自由控制输出电压是最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值；相比较在PFC电路加LLC谐振电路之间增加高压Buck电路的方法，在开关MOS管在整个工作模式的温度更低，整体效率更高、成本更低，不需要再额外增加电路。

Description

LLC谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种LLC谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路。

背景技术

随着电力电子行业技术的不断发展，人们也对数字电源提出更高的功率密度的需求，提高数字电源的工作频率可有效的提高整个系统的功率密度，减小系统体积。但在提高工作频率的同时，也大大增加了开关器件的开关损耗，该问题也随着软开关技术的广泛使用而得到很好的解决。

LLC谐振变换器因其软开关特性使之广泛应用于全桥和半桥电路，因此，全桥LLC谐振变换器和半桥LLC谐振变换器应运而生，该谐振变换器有输出电压范围窄，便于高频变压器和输入滤波器的设计、各开关器件工作在软开关状态、初级电压能被钳位在输入电压值等优点，这也使得全桥LLC谐振变换器和半桥LLC谐振变换器广泛应用于通讯电源、新能源等领域。

在现有技术中，增加LLC谐振电路输出电压宽度控制方法包括：脉宽频率调制、采用在PFC与LLC电路之间增加高电压Buck电路并设置固定开关频率。

第一种方法：采用在传统的LLC电路前增加PFC电路，主要通过改变PFC状态进而控制输出电压范围，这种方法的缺点是输出电压范围小，控制范围为最大输出电压的50%到100%，这种方法主要存在损耗高、效率低的缺点。

第二种方法：主要通过高压Buck电路改变输入到LLC电路的电压进而控制输出电压，这种方法存在整体转换效率下降、设计更加复杂、设计成本增加的缺点。

发明内容

本发明提供的LLC谐振宽范围电压输出控制方法及控制电路，解决了现有的LLC谐振电路输出电压范围小、损耗高、成本高、效率低的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明提供的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，包括步骤：

对输出电压进行采样获取采样值，当判断到所述采样值不等于目标电压值时，确认所述目标电压值是否落入当前模式输出范围中；

若是，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升降频率调控，直至输出目标电压；

若否且所述采样值小于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率降低调控，当所述工作频率降低至第一阈值时，执行步骤A或B：

A、将mode 1模式切换为HS LLC模式，执行功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

B、将HS LLC模式切换为LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，并将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

若否且所述采样值大于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率升高调控，当所述工作频率升高至第二阈值时，执行步骤C或D：

C、将LLC模式切换为HS LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

D、将HS LLC模式切换为mode 1模式，关闭功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控。

在进一步的实施方案中，所述将所述工作频率恢复至初始值并升降频率调控包括步骤：

将所述开关元件的工作频率复位为初始值，对输出电压进行实时采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同；

若所述采样值大于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，直至输出目标电压；若所述采样值小于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控，直至输出目标电压。

在进一步的实施方案中，所述升降频率调控包括步骤：

判断当前采样值是否大于所述目标电压，若是则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，若否则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控。

本方案将升降频率调控方法融入每一个模式中，利用对开关元件的工作频率的数值调控，可在输出电压范围中输出精确的输出电压，实现最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值的自由输出控制。

在进一步的实施方案中，所述步骤A包括步骤：

A1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入HS LLC模式；

A2、启动功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

A3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本方案在进入下一个模式时，先将开关元件的工作频率恢复至初始值，从而可以从此模式的中间输出电压进行选择，根据采样值与目标电压的对比，执行降低调控或升高，进而有利于提高输出电压的调控效率；执行PFC功能启动从而切换成HS LLC模式，利用功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节，从而提高电力利用率，进而扩大输出电压范围。

在进一步的实施方案中，所述步骤B包括步骤：

B1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入LLC模式；

B2、将开关元件的占空比从第一预设值升高为第二预设值，对输出功率进行调节；

B3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本发明通过调整占空比为第二预设值，对输出功率进行调节能够实现软开关以降低反向导通损耗或开通损耗，提升电源效率，进而进一步扩大输出电压范围。

在进一步的实施方案中，所述步骤C包括步骤：

C1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入HS LLC模式；

C2、降低开关元件的占空比为第一预设值，对输出功率进行调节；

C3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

在进一步的实施方案中，所述步骤D包括步骤：

D1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入mode 1模式；

D2、关闭功率因素校正模块停止执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

D3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本方案同步设置宽范围到窄范围的输出调控方案，充分考虑不同环境下用户的使用需求，为用户提供更优质的使用体验。

在进一步的实施方案中，所述第二阈值为最大工作频率，所述第一阈值为最小工作频率，所述初始值小于所述第二阈值、大于所述第一阈值。

本发明提供的LLC谐振宽范围电压输出控制电路，应用于实现上述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，包括主控模块及依次连接的功率因素校正模块、半桥整流模块、谐振模块、变压器和副边整流模块，所述主控模块与所述功率因素校正模块、半桥整流模块、副边整流模块电性连接；

所述主控模块，用于对输出电压进行采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同，若否则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控；还用于判断所述工作频率是否大于第一阈值；

所述功率因素校正模块，用于在进入HS LLC模式时执行功率因素校正对输出功率进行调节；

所述半桥整流模块用于在进入HS LLC模式或LLC模式时，执行占空比调控对输出功率进行调节；

所述谐振模块用于接收输入功率并输出谐振功率。

在进一步的实施方案中，所述半桥整流模块包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述功率因素校正模块、谐振模块连接，第二端与所述第二开关管的第一端、谐振模块连接；

所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述谐振模块连接，第二端接地。

在进一步的实施方案中，所述谐振模块包括第一谐振电容、第二谐振电容和第一谐振电感；

所述第一谐振电感的一端与所述变压器中原边绕组的一端连接，另一端接入所述第一开关管和所述第二开关管之间；

所述第一谐振电容的一端与所述第一开关管的第一端连接，另一端通过所述第二谐振电容接地；

所述变压器中原边绕组的另一端接入所述第一谐振电容和第二谐振电容之间。

在进一步的实施方案中，当所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组时；

所述副边整流电路包括第一同步整流管和第二同步整流管；

所述第一同步整流管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述第一副边绕组的一端连接，第二端接地；

所述第二同步整流管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述第二副边绕组的一端连接，第二端接地；

所述第一副边绕组的另一端与电压输出端连接，所述第二副边绕组的另一端与所述电压输出端连接。

在进一步的实施方案中，本发明还包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块串联在所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间，所述第一滤波模块串联在所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间；第二滤波模块与所述电压输出端连接；

所述第一滤波模块包括第一滤波电阻、第一滤波电容；所述第一滤波电阻的一端接入所述功率因素校正模块、半桥整流模块之间，另一端通过所述第一滤波电容接地；

所述第二滤波模块包括第二滤波电阻、第二滤波电容；所述第二滤波电阻的一端与所述电压输出端连接，另一端接入所述第一同步整流管、所述第二同步整流管之间。

本发明以现有的LLC谐振电路为基础，融入功率因素校正、升降频率调控方法、升降占空比调控方法，在确定宽范围输出需求时，可通过直接执行升降频率调控方法，进行第一次幅度的输出范围调整；对应的进入HS LLC模式，执行功率因素校正、升降频率调控进行调节，进行第二次幅度的输出范围调整；若仍然不满足需求，在进一步的进入LLC模式，执行占空比调控、升降频率调控对输出功率进行调节，进行第三次幅度的输出范围调整。本发明的宽范围输出控制方案的输出电压宽度更宽，约增加50%输出电压宽度，调控范围更广，可自由控制输出电压是最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值；相比较在PFC电路加LLC谐振电路之间增加高压Buck电路的方法，在开关MOS管在整个工作模式的温度更低，整体效率更高、成本更低，不需要再额外增加电路。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LLC谐振宽范围电压输出控制方法的工作流程图；

图2是本发明实施例提供的LLC谐振宽范围电压输出控制电路的系统框架图；

图3是本发明实施例提供的图2的部分硬件电路图；

图4是本发明实施例提供的模式切换中工作频率与输出电压的示意图；

图5是本发明实施例提供的各个模式的仿真结果列表；

图6是本发明实施例提供的95KHz（工作频率）、43%Duty（占空比）时LLC模式下的采集信号波形图；

图7是本发明实施例提供的200KHz、43%Duty时LLC模式下的采集信号波形图；

图8是本发明实施例提供的80KHz、20.83%Duty时HS LLC模式下的采集信号波形图；

图9是本发明实施例提供的200KHz 、20.83%Duty 时HS LLC模式下的采集信号波形图；

其中：主控模块1，功率因素校正模块2，半桥整流模块3，谐振模块4，副边整流模块5，第一滤波模块6，第二滤波模块7，驱动电路8；

变压器T1；第一开关管Q1，第二开关管Q2；第一谐振电容Cr1，第二谐振电容Cr2，第一谐振电感Lr1；第一同步整流管Q3，第二同步整流管Q4；第一滤波电阻R1、第一滤波电容C1，第二滤波电阻R2、第二滤波电容C2。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

实施例1

本发明实施例提供的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，如图1、图3~图9所示，在本实施例中，包括步骤：

对输出电压进行采样获取采样值，当判断到所述采样值不等于目标电压值时，确认所述目标电压值是否落入当前模式输出范围中；

若是，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升降频率调控，直至输出目标电压；

若否且所述采样值小于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率降低调控，当所述工作频率降低至第一阈值时，执行步骤A或B：

A、将mode 1模式切换为HS LLC模式，执行功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控，包括步骤A1~ A3：

A1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入HS LLC模式；

A2、启动功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

A3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本实施例在进入下一个模式时，先将开关元件的工作频率恢复至初始值，从而可以从此模式的中间输出电压进行选择，根据采样值与目标电压的对比，执行降低调控或升高，进而有利于提高输出电压的调控效率；执行PFC功能启动从而切换成HS LLC模式，利用功率因素校正模块执行功率因素校正，对输出功率进行调节，从而提高电力利用率，进而扩大输出电压范围。

B、将HS LLC模式切换为LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，并将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控，包括步骤B1~ B3：

B1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入LLC模式；

B2、将开关元件的占空比从第一预设值升高为第二预设值，对输出功率进行调节；

B3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本发明通过调整占空比为第二预设值，对输出功率进行调节能够实现软开关以降低反向导通损耗或开通损耗，提升电源效率，进而进一步扩大输出电压范围。

若否且所述采样值大于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率升高调控，当所述工作频率升高至第二阈值时，执行步骤C或D或E：

C、将LLC模式切换为HS LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控，包括步骤C1~ C3：

C1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入HS LLC模式；

C2、降低开关元件的占空比为第一预设值，对输出功率进行调节；

C3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

D、将HS LLC模式切换为mode 1模式，关闭功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控，包括步骤D1~ D3：

D1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入mode 1模式；

D2、关闭功率因素校正模块停止执行功率因素校正，对输出功率进行调节；

D3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

本实施例同步设置宽范围到窄范围的输出调控方案，充分考虑不同环境下用户的使用需求，为用户提供更优质的使用体验。

E、将mode 1模式切换为Burst mode模式，进入低功耗待机模式。

在本实施例中，所述将所述工作频率恢复至初始值并升降频率调控包括步骤：

将所述开关元件的工作频率复位为初始值，对输出电压进行实时采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同；

若所述采样值大于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，直至输出目标电压；若所述采样值小于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控，直至输出目标电压。

本实施例将升降频率调控方法融入每一个模式中，利用对开关元件的工作频率的数值调控，可在输出电压范围中输出精确的输出电压，实现最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值的自由输出控制。

在本实施例中，所述第二阈值为最大工作频率，所述第一阈值为最小工作频率。所述初始值小于所述第二阈值、大于所述第一阈值，可根据实际应用环境进行选择，例如选择第二阈值与第一阈值之间的中值。

在其它实施例中，也可根据实际需求，分别为降低调控、升高调控设置不同的第一初始值、第二初始值。

需要说明的是，本发明的LLC谐振宽范围电压输出控制方法包括步骤：对输出电压进行采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同，若否，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升降频率调控。进一步地，在进行电压采样后可以判断采样电压处于什么模式下，可以是在mode 1模式、HS LLC模式或LLC模式中的任意一个，此时还需要判断目标电压值又是处于什么模式下，然后再根据目标电压值的所处模式进行快速切换调控，而该过程确定了采样值和目标电压值的模式，可以快速确定如何进行升降频率调控。

当采样值小于目标电压值时，则降低开关元件的工作频率。进一步地，当确定采样值和目标电压值在同一个模式下，且采样值小于目标电压值时，则可以直接降低开关元件的工作频率，以提高输出电压，直到达到目标电压值。此时并不需要进行步骤A或B的调控。而当采样值和目标电压值不在同一个模式下，则需要进行步骤A或B的调控。具体地，所述工作频率持续降低，直到与第一阈值相等时，执行步骤A或B：

A、将mode 1模式切换为HS LLC模式，执行功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

B、将HS LLC模式切换为LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，并将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

当目标电压值小于采样值时，则升高开关元件的工作频率。进一步地，当确定采样值和目标电压值在同一个模式下，且目标电压值小于采样值时，则可以直接提高开关元件的工作频率，以减小输出电压，直到达到目标电压值。此时并不需要进行步骤C或D的调控。而当采样值和目标电压值不在同一个模式下，则需要进行步骤C或D的调控。具体地，所述工作频率持续升高，直到与第二阈值相等时，执行步骤C或D：

C、将LLC模式切换为HS LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

D、将HS LLC模式切换为mode 1模式，关闭功率因素校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控。

本发明在实施过程中是不限定步骤的，实时检测输出电压的采样值与目标电压值是否相同，当两者相同的时候，则会直接输出电压，即该方法/电路在升降频率调控的过程中也有可能导通输出，只要调控达到了目标电压值则会进行输出。

实施例2

本发明实施例提供的LLC谐振宽范围电压输出控制电路，应用于实现上述实施例1的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，参见图2~图9，包括主控模块1及依次连接的功率因素校正模块2、半桥整流模块3、谐振模块4、变压器T1和副边整流模块5，主控模块1与功率因素校正模块2、半桥整流模块3、副边整流模块5电性连接；

主控模块1，用于对输出电压进行采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同，若否则执行对半桥整流模块3中开关元件工作频率的降低调控；还用于判断工作频率是否大于第一阈值；

功率因素校正模块2，用于在进入HS LLC模式时执行功率因素校正对输出功率进行调节；在本实施例中，功率因素校正模块2采用现有的模块化芯片。

半桥整流模块3用于在进入HS LLC模式或LLC模式时，执行占空比调控对输出功率进行调节；

谐振模块4用于接收输入功率并输出谐振功率。

在本实施例中，半桥整流模块3包括第一开关管Q1和第二开关管Q2；

第一开关管Q1的控制端通过驱动电路8与主控模块1连接，第一端与功率因素校正模块2、谐振模块4连接，第二端与第二开关管Q2的第一端、谐振模块4连接；

第一开关管Q1的控制端通过驱动电路8与主控模块1连接，第一端与谐振模块4连接，第二端接地。

在本实施例中，谐振模块4包括第一谐振电容Cr1、第二谐振电容Cr2和第一谐振电感Lr1；

第一谐振电感Lr1的一端与变压器T1中原边绕组的一端连接，另一端接入第一开关管Q1和第二开关管Q2之间；

第一谐振电容Cr1的一端与第一开关管Q1第一端连接，另一端通过第二谐振电容Cr2接地；

变压器T1中原边绕组的另一端接入第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2之间。

在本实施例中，当变压器T1包括第一副边绕组和第二副边绕组时；

副边整流电路包括第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4；

第一同步整流管Q3的控制端通过驱动电路8与主控模块1连接，第一端与第一副边绕组的一端连接，第二端接地；

第二同步整流管Q4的控制端通过驱动电路8与主控模块1连接，第一端与第二副边绕组的一端连接，第二端接地；

第一副边绕组的另一端与电压输出端连接，第二副边绕组的另一端与电压输出端连接。

在本实施例中，半桥整流模块3、副边整流模块5均通过驱动电路8与主控模块1连接，此驱动电路8由4个驱动MOS管组成，4个驱动MOS管分别对应第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4。此为本领域常规技术，本实施例不再赘述。

在本实施例中，本发明还包括第一滤波模块6和第二滤波模块7，第一滤波模块6串联在功率因素校正模块2、半桥整流模块3之间，第一滤波模块6串联在功率因素校正模块2、半桥整流模块3之间；第二滤波模块7与电压输出端连接；

第一滤波模块6包括第一滤波电阻R1、第一滤波电容C1；第一滤波电阻R1的一端接入功率因素校正模块2、半桥整流模块3之间，另一端通过第一滤波电容C1接地；

第二滤波模块7包括第二滤波电阻R2、第二滤波电容C2；第二滤波电阻R2的一端与电压输出端连接，另一端接入第一同步整流管Q3、第二同步整流管Q4之间。

参见图3，电阻R0为负载示意。

本实施例所提供的控制电路采用各个模块实现控制方法中的各个步骤，为控制方法提供硬件基础，便于方法实施。

以执行工作频率的降低调控、切换为宽范围输出为例，本发明实施例的工作原理如下：

第一、mode 1模式；

（1）mode 1模式下降起始阶段即无PFC模式起始阶段，电路工作在半桥无PFC模式下，无PFC模式即未开启PFC功能的输出模式（即未启动功率因素校正模块2），主控模块1驱动第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最高频率fsmax下，此时输出端的电压为mode 1模式的最小值。

（2）mode 1模式下降阶段，从mode 1模式起始阶段开始，主控模块1对第一开关管Q1、第二开关管Q2的工作频率同步进行降低调控，输出电压同步开始升高，到mode 1模式下降时刻末时，原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最低频率fsmin，此时的输出为mode1阶段的最高输出电压4.90V。

第二、HS LLC模式（mode 2）：

（1）第二下降起始阶段即HS LLC模式起始阶段，电路工作HS LLC模式下，此模式是在LLC电路的基础上触发主控模块1改变输入占空比实现低电压开关，相比一般的硬开关半桥损耗更低，相比一般LLC电路开始端电压更低可做到开始电压1V。第二下降起始阶段时，主控模块1驱动原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最高频率fsmax下，同时启动功率因素校正模块2，输出端的电压为HS LLC模式的最小输出电压1.00V。

（2）HS LLC模式模式下降阶段，从HS LLC模式起始阶段开始，主控模块1对原边第一开关管Q1、第二开关管Q2的工作频率同步进行降低调控，输出电压同步开始升高，到HSLLC模式下降时刻末时，原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最低频率fsmin，此时的输出为HS LLC阶段的最高输出电压21.79V，HS LLC整体电压调控范围1V到21.79V。

第三、LLC模式（mode 3）：

（1）第三下降起始阶段即LLC模式起始阶段，电路工作在半桥软开关LLC模式下，触发主控模块1改变输入占空比实现低电压开关（例如占空比20.83%从下降到43%时）；LLC模式下原边第一开关管Q1、第二开关管Q2可以做到ZVS开（零电压开关），副边的第一同步整流管Q3、第二同步整流管Q4可做到ZCS开（零电流开关）。第三下降起始时原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最高频率fsmax下，此时输出端的电压为最小值19.80V。

（2）LLC模式下降阶段，从LLC模式起始阶段开始，主控模块1驱动对原边的第一开关管Q1、第二开关管Q2的工作频率同步进行降低调控，输出电压同步开始升高，到LLC模式下降时刻末时，原边的第一开关管Q1、第二开关管Q2工作在最低频率fsmin，此时的输出为LLC阶段的最高输出电压32.08V，LLC模式整体电压调控范围19.80V到32.08V。

第四、切换机制

（1）mode 1 模式与HS LLC模式的转换，在mode 1模式下开关管频率下降至fsmin时，PFC功能启动从而切换成HS LLC模式，此时原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作频率从fsmin越变至HS LLC模式的工作频率；与之相反，在HS LLC模式占空比不变情况下，原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作频率上升至fsmax将会切换回mode 1模式，两个模式的切换即为最大输出电压4.90V模式与输出电压1.00V到19.80V模式的相互转换。

（2）HS LLC模式与LLC模式的转换，当HS LLC模式下原边第一开关管Q1、第二开关管Q2的工作频率下降至fsmin，且占空比从20.83%升至43%从而切换至LLC模式；与之相反，当LLC模式原边第一开关管Q1、第二开关管Q2工作频率上升到fsmax，同时占空比从43%下降到20.83%时将会切回HS LLC模式，两个模式的切换即为输出电压1.00V到19.80V模式与输出电压19.80V到32.08V的模式的相互转换。

（3）mode 1 模式切换 Burst mode模式，在mode 1模式下开关管频率升高至fsmax时从而切换至Burst mode模式，开关管频率从而降为25KHz，此模式为低功耗待机模式。

参见图5，其中从左至右第2列到第八列分别为：输入电压、工作频率、占空比、输出电压、输出电流值、输出功率、备注（Remark）。

参见图6~图9，每一幅图由上至下分别包括：

（1）输出电阻R0的电流波形图和输出电压V0的波形图；

（2）同步整流管Q3运行时的电流波形图；

（3）第二开关管Q2运行时两端的电压Vs的波形图；

（4）第二开关管Q2运行时的驱动信号电压波形图；

（5）同步整流管Q4运行时的电流波形图；

图6为电路工作在95KHz（工作频率）、43%Duty（占空比）时LLC模式下的采集信号波形图；图7为电路工作在200KHz、43%Duty时LLC模式下的采集信号波形图；图8为电路工作在80KHz、20.83%Duty时HS LLC模式下的采集信号波形图；图9为电路工作在200KHz 、20.83%Duty 时HS LLC模式下的采集信号波形图。对比图6~图9，分析可知：随着开关管工作频率降低，输出电压增大；随着驱动信号占空比增大，输出电压增大。

本实施例中出现的具体数据（例如占空比、工作频率以及输出电压值等数据）仅作为数据参考，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。

本发明实施例以现有的LLC谐振电路为基础，融入功率因素校正、升降频率调控方法、升降占空比调控方法，在确定宽范围输出需求时，可通过直接执行升降频率调控方法，进行第一次幅度的输出范围调整；对应的进入HS LLC模式，执行功率因素校正、升降频率调控进行调节，进行第二次幅度的输出范围调整；若仍然不满足需求，在进一步的进入LLC模式，执行占空比调控、升降频率调控对输出功率进行调节，进行第三次幅度的输出范围调整。本发明的宽范围输出控制方案的输出电压宽度更宽，约增加50%输出电压宽度，调控范围更广，可自由控制输出电压是最大输出电压的1%到100%之间的任意一个数值；相比较在PFC电路加LLC谐振电路之间增加高压Buck电路的方法，在开关MOS管在整个工作模式的温度更低，整体效率更高、成本更低，不需要再额外增加电路。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，包括步骤：

对输出电压进行采样获取采样值，当判断到所述采样值不等于目标电压值时，确认所述目标电压值是否落入当前模式输出范围中；

若是，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升降频率调控，直至输出目标电压；

若否且所述采样值小于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率降低调控，当所述工作频率降低至第一阈值时，执行步骤A或B：

A、将mode 1模式切换为HS LLC模式，执行功率因数校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

B、将HS LLC模式切换为LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，并将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

若否且所述采样值大于所述目标电压，则对所述开关元件执行频率升高调控，当所述工作频率升高至第二阈值时，执行步骤C或D：

C、将LLC模式切换为HS LLC模式，执行占空比调控对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

D、将HS LLC模式切换为mode 1模式，关闭功率因数校正对输出功率进行调节，将所述工作频率恢复至初始值并执行升降频率调控；

所述将所述工作频率恢复至初始值并升降频率调控包括步骤：

将所述开关元件的工作频率复位为初始值，对输出电压进行实时采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同；

若所述采样值大于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的升高调控，直至输出目标电压；若所述采样值小于所述目标电压，则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控，直至输出目标电压。

2.如权利要求1所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，所述步骤A包括步骤：

A1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入HS LLC模式；

A2、启动功率因数校正模块执行功率因数校正，对输出功率进行调节；

A3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

3.如权利要求1所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，所述步骤B包括步骤：

B1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第一阈值时，进入LLC模式；

B2、将开关元件的占空比从第一预设值升高为第二预设值，对输出功率进行调节；

B3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

4.如权利要求1所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，所述步骤C包括步骤：

C1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入HS LLC模式；

C2、降低开关元件的占空比为第一预设值，对输出功率进行调节；

C3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

5.如权利要求1所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，所述步骤D包括步骤：

D1、获取所述开关元件的工作频率，当判断到所述工作频率等于所述第二阈值时，进入mode 1模式；

D2、关闭功率因数校正模块停止执行功率因数校正，对输出功率进行调节；

D3、将所述工作频率恢复至初始值，并执行降低调控或升高调控。

6.如权利要求1所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于，所述第二阈值为最大工作频率，所述第一阈值为最小工作频率，所述初始值小于所述第二阈值、大于所述第一阈值；

当所述工作频率升高至第二阈值时，执行步骤C或D或E，则：

E、将mode 1模式切换为Burst mode模式，进入低功耗待机模式。

7.LLC谐振宽范围电压输出控制电路，应用于实现如权利要求1~6中的任一项权利要求所述的LLC谐振宽范围电压输出控制方法，其特征在于：包括主控模块及依次连接的功率因数校正模块、半桥整流模块、谐振模块、变压器和副边整流模块，所述主控模块与所述功率因数校正模块、半桥整流模块、副边整流模块电性连接；

所述主控模块，用于对输出电压进行采样获取采样值，判断是否与目标电压值相同，若否则执行对半桥整流模块中开关元件工作频率的降低调控；还用于判断所述工作频率是否大于第一阈值；

所述功率因数校正模块，用于在进入HS LLC模式时执行功率因数校正对输出功率进行调节；

所述半桥整流模块用于在进入HS LLC模式或LLC模式时，执行占空比调控对输出功率进行调节；

所述谐振模块用于接收输入功率并输出谐振功率。

8.如权利要求7所述的LLC谐振宽范围电压输出控制电路，其特征在于：所述半桥整流模块包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述功率因数校正模块、谐振模块连接，第二端与所述第二开关管的第一端、谐振模块连接；

所述第一开关管的控制端通过驱动电路与所述主控模块连接，第一端与所述谐振模块连接，第二端接地。

9.如权利要求8所述的LLC谐振宽范围电压输出控制电路，其特征在于：所述谐振模块包括第一谐振电容、第二谐振电容和第一谐振电感；

所述第一谐振电感的一端与所述变压器中原边绕组的一端连接，另一端接入所述第一开关管和所述第二开关管之间；

所述第一谐振电容的一端与所述第一开关管的第一端连接，另一端通过所述第二谐振电容接地；

所述变压器中原边绕组的另一端接入所述第一谐振电容和第二谐振电容之间。