CN220775634U - 一种控制装置及开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种控制装置及开关电源，开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，通过调节工作频率调节输出电压，控制装置包括：依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；负载检测单元获取表征双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，比较单元将第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，控制单元依据第一控制量控制双向LLC谐振变换器的运行，使得：所述双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或所述双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。本实用新型能改善双向LLC谐振变换器的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关变换器领域，特别涉及一种控制装置及开关电源。
背景技术
在双向LLC谐振变换器的应用中，采用传统的只调节LLC谐振变换器工作频率的方法，存在两种问题：
一种是正向工况下，为了让副边MOS管的应力不超标，LLC变换器的工作频率应始终小于LC谐振频率fr，并且留有一定的余量(例如LC谐振频率为90K，工作频率的上限应设置为85K左右)，由于在空载状态下需要实现闭环控制，因此空载情况下的工作频率应低于85K(当工作频率高于85K时，输出电压会出现飘高的情况)，如果空载情况下的工作频率低于85K，那么随着负载的增加，工作频率会继续线性降低(LLC谐振变换器的工作特性所致)，LLC谐振变换器的工作频率下降后，会出现效率下降，副边纹波电流增加，从而出现电容纹波电流和LLC谐振变换器热超标的情况；
另一种是反向工况下，LLC变换器在发生逆变情况时，副边相当于工作在推挽状态，原边工作在LC谐振状态(LC谐振状态下，增益始终≤1)，由于副边工作在推挽状态，副边同步整流由于双向控制特性又存在占空比丢失，而且当电流较大时，输出端口到副边绕组还存在一定的压降，因此为了实现满载逆变工况，就需要将输出端口电压一直升高，直到超过电压精度为止。
需要说明的是，上述公开于背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种源极驱动变换器电路及开关电源，至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
作为本实用新型的第一个方面，所提供的控制装置的实施例技术方案如下：
一种控制装置，应用于开关电源，所述开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，所述双向LLC谐振变换器通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压，其特征在于包括：
依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；
所述双向LLC谐振变换器工作时，所述负载检测单元获取表征所述双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，所述比较单元将所述第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，所述控制单元依据所述第一控制量控制所述双向LLC谐振变换器的运行，使得：所述双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或所述双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。
优选地，所述负载检测单元为频率检测电路。
优选地，所述负载检测单元为电流检测电路。
优选地，所述比较单元为比较器。
优选地，所述控制单元为PI控制器。
优选地，所述PI控制器为TI公司的TMS320F280025型号的PI控制器、TI公司的TMS320F2800157型号的PI控制器，或者TI公司的TMS320F280035型号的PI控制器。
优选地，所述第一预设值为70％；和/或所述第二预设值为10％。
优选地，所述第一设定电压为730V，且所述第二设定电压为760V。
优选地，所述第一设定电压为730V，且所述第三设定电压为710V。
作为本实用新型的第二个方面，所提供的开关电源的实施例技术方案如下：
一种开关电源，所述开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，所述双向LLC谐振变换器通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压，其中：所述双向LLC谐振变换器拓扑由上述第一个方面中任一项所述控制装置控制。
本实用新型的控制装置包括依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；双向LLC谐振变换器工作时，负载检测单元获取表征双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，比较单元将第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，控制单元依据第一控制量控制双向LLC谐振变换器的运行，使得：双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。本实用新型可以让LLC谐振变换器在重载时的工作频率更靠近谐振点，从而起到提升效率和降低副边电容纹波电流的作用；和/或双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压，通过母线的阶跃下降，轻载情况下，可以通过LLC的频率变化实现输出电压稳定，重载情况下也能将输出端口电压维持在电压精度以内。
附图说明
图1为本发明的控制装置所应用的开关电源的原理图；
图2为本实用新型的控制装置的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中描述的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列元器件、单元电路或控制时序不必限于清楚地列出的那些元器件、单元电路或控制时序，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些电路固有的元器件、单元电路或控制时序。
另外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应该理解的是，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件；当描述有步骤接续至另一步骤时，该步骤可直接接续至该另一步骤，或者通过第三步骤接续至该另一步骤。
图1为本发明的控制装置所应用的开关电源的原理图，图2为本实用新型的控制装置的原理图，本实用新型的控制装置，应用于开关电源，开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，双向LLC谐振变换器通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压，双向LLC谐振变换器的一种具体的结构请参见图1，具体包括：
变压器T；
位于变压器一次侧的电容Cf、开关管S1至开关管S4组成的第一全桥电路、谐振电容Cr、谐振电感Lr和励磁电感Lm,电容Cf连接在第一全桥电路的两个输入端之间，第一全桥电路的一个输出端连接谐振电容Cr一端，谐振电容另一端连接谐振电感Lr一端，谐振电感Lr另一端连接励磁电感Lm一端，励磁电感Lm另一端连接第一全桥电路的另一个输出端，励磁电感Lm与变压器T一次侧的绕组并联；
位于变压器二次侧的电容Cb，以及开关管V1至开关管V4组成的第二全桥电路，电容Cb连接在第二全桥电路的两个输入端之间，第二全桥电路的一个输出端连接变压器T二次侧的绕组一端，第二全桥电路的另一个输出端连接变压器T二次侧的绕组另一端；
环路控制单元，包括依次连接的电压传感器、比较器、PI控制器和压频转换单元，双向LLC谐振变换器工作时，电压传感器获取表征双向LLC谐振变换器的输出电参数大小的反馈信号Vb，比较器将反馈信号Vb与基准电参量Vbref作比较后将比较结果作为控制量输出，PI控制器对控制量进行运算后由压频转换单元进行转换，得到双向LLC谐振变换器的开关周期Ts，控制双向LLC谐振变换器的输出电压。
其中，控制双向LLC谐振变换器的输出电压的驱动信号配置为：开关管S1和开关管S4的驱动脉冲相同，在一个开关周期Ts内高电平和低电平的时间均为1/2*Ts，开关管S2和开关管S3的驱动脉冲相同，并与开关管S1和开关管S4的驱动脉冲在忽略死区的情况下互补；开关管V1和开关管V4的驱动脉冲相同，在一个开关周期Ts内高电平的时间为1/2*Tr(Tr的大小本领域的技术人员可以根据需要进行设计)，开关管V2和开关管V3的驱动脉冲相同，并与开关管V1和开关管V4的驱动脉冲在忽略死区的情况下互补。
其中，PI控制器包括但不限于TI公司的TMS320F280025型号的PI控制器、TI公司的TMS320F2800157型号的PI控制器，或者TI公司的TMS320F280035型号的PI控制器等，这些PI控制器中内部均集成了压频转换单元。
需要说明的是，图1给出的只是双向LLC谐振变换器的一种具体的结构及控制策略的示例，本实用新型的控制装置并不限制必须采用图2中的双向LLC谐振变换器结构及控制策略，本领域的技术人员可以根据需要设计所需要的具体的双向LLC谐振变换器结构和控制策略，只要能实现LLC谐振变换器的能量双向流动，且通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压即可。
本实用新型的开关电源除了受上述环路控制单元控制，还受图2的控制装置控制，请参见图2，该控制装置包括：
依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；
双向LLC谐振变换器工作时，负载检测单元获取表征双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，比较单元将第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，控制单元依据第一控制量控制双向LLC谐振变换器的运行，使得：双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。
其中，母线电压指的是大电解电容两端的电压，对于图1开关电源指的是电容Cf两端的电压。
优选地，负载检测单元为频率检测电路，能通过频率检测负载的原因在于频率与负载存在线性对应关系，频率检测电路可以通过将脉冲驱动信号调理采样后，再通过单片机的计数器计数等方法实现。
优选地，负载检测单元为电流检测电路，能通过电流检测负载的原因在于输出负载(即功率)POUT与输出电压VO和输出电流IO存在关系式POUT＝VO*IO，由于输出电压为稳定的电压，因此能通过电流检测负载的原因在于输出负载，电流检测电路包括但不限于互感器采样电路和分流器误差放大采样电路等。
优选地，比较单元为比较器。
优选地，控制单元为PI控制器。
优选地，PI控制器为TI公司的TMS320F280025型号的PI控制器、TI公司的TMS320F2800157型号的PI控制器，或者TI公司的TMS320F280035型号的PI控制器。
优选地，第一预设值为70％；和/或第二预设值为10％，第一预设值为70％是为了在正向重载情况下的工作频率更靠近谐振点，第二预设值为10％是为了在电压精度内实现全负载范围内的逆变工况。
优选地，第一设定电压为730V，且第二设定电压为760V，随着负载的增加，工作频率会继续线性降低(LLC谐振变换器的工作特性所致)，LLC谐振变换器的工作频率下降后，会出现效率下降，副边纹波电流增加，因此在负载增大到一定程度后，将母线电压升高，能让LLC谐振控制器的工作频率更靠近谐振点，可以提升效率，降低纹波，发明人经过实验验证，当第一设定电压为730V，且第二设定电压为760V时效果较优。
优选地，第一设定电压为730V，且第三设定电压为710V，LLC变换器在发生逆变情况时，副边相当于工作在推挽状态，原边工作在LC谐振状态(LC谐振状态下，增益始终≤1)，由于副边工作在推挽状态，副边同步整流由于双向控制特性又存在占空比丢失，而且当电流较大时，输出端口到副边绕组还存在一定的压降，因此为了实现满载逆变工况，就需要将输出端口电压一直升高，直到超过电压精度为止，因此当逆变电流增大到一定程度后，降低母线电压，能够实现输出端口电压不变的情况下实现满载逆变工况，使得输出端口电压不超过电压精度范围，发明人经过实验验证，当第一设定电压为730V，且第三设定电压为710V时效果较优。
本实用新型的控制装置包括依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；双向LLC谐振变换器工作时，负载检测单元获取表征双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，比较单元将第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，控制单元依据第一控制量控制双向LLC谐振变换器的运行，使得：双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。本实用新型可以让LLC谐振变换器在重载时的工作频率更靠近谐振点，从而起到提升效率和降低副边电容纹波电流的作用；和/或双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压，通过母线的阶跃下降，轻载情况下，可以通过LLC的频率变化实现输出电压稳定，重载情况下也能将输出端口电压维持在电压精度以内。
以上仅是本实用新型的实施方式，需要特别指出的是，上述实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种控制装置，应用于开关电源，所述开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，所述双向LLC谐振变换器通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压，其特征在于包括：
依次连接的负载检测单元、比较单元和控制单元；
所述双向LLC谐振变换器工作时，所述负载检测单元获取表征所述双向LLC谐振变换器的负载大小的第一信号，所述比较单元将所述第一信号与第一基准信号作比较后将比较结果作为第一控制量输出，所述控制单元依据所述第一控制量控制所述双向LLC谐振变换器的运行，使得：所述双向LLC谐振变换器正向工作时，在负载增加到第一预设值后，母线电压从第一设定电压抬升到第二设定电压；和/或所述双向LLC谐振变换器反向工作时，在负载减小到第二预设值后，母线电压从第一设定电压降低到第三设定电压。
2.根据权利要求1所述控制装置，其特征在于：所述负载检测单元为频率检测电路。
3.根据权利要求1所述控制装置，其特征在于：所述负载检测单元为电流检测电路。
4.根据权利要求1所述控制装置，其特征在于：所述比较单元为比较器。
5.根据权利要求1所述控制装置，其特征在于：所述控制单元为PI控制器。
6.根据权利要求5所述控制装置，其特征在于：所述PI控制器为TI公司的TMS320F280025型号的PI控制器、TI公司的TMS320F2800157型号的PI控制器，或者TI公司的TMS320F280035型号的PI控制器。
7.根据权利要求1至6任一项所述控制装置，其特征在于：所述第一预设值为70％；和/或所述第二预设值为10％。
8.根据权利要求1至6任一项所述控制装置，其特征在于：所述第一设定电压为730V，且所述第二设定电压为760V。
9.根据权利要求1至6任一项所述控制装置，其特征在于：所述第一设定电压为730V，且所述第三设定电压为710V。
10.一种开关电源，所述开关电源采用双向LLC谐振变换器拓扑，所述双向LLC谐振变换器通过调节LLC谐振变换器工作频率调节输出电压，其特征在于：所述双向LLC谐振变换器拓扑由权利要求1至9任一项所述控制装置控制。
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