TW202143615A - 直流變換器的控制方法及直流變換器 - Google Patents

直流變換器的控制方法及直流變換器 Download PDF

Info

Publication number
TW202143615A
TW202143615A TW110116992A TW110116992A TW202143615A TW 202143615 A TW202143615 A TW 202143615A TW 110116992 A TW110116992 A TW 110116992A TW 110116992 A TW110116992 A TW 110116992A TW 202143615 A TW202143615 A TW 202143615A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
switching
period
converter
signal
output
Prior art date
Application number
TW110116992A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI782526B (zh
Inventor
周翩
劉騰
婁德海
肖宏偉
張怡
Original Assignee
台達電子企業管理(上海)有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台達電子企業管理(上海)有限公司 filed Critical 台達電子企業管理(上海)有限公司
Publication of TW202143615A publication Critical patent/TW202143615A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI782526B publication Critical patent/TWI782526B/zh

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01Resonant DC/DC converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33515Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with digital control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本案提供一種直流變換器的控制方法及直流變換器,直流變換器包括開關電路、採樣電路以及控制器,控制方法包括:根據輸出參考訊號和輸出訊號獲取Burst週期的占空比;根據Burst週期的占空比、第一預設值和開關元件的開關週期獲取第一開關次數和驅動使能時間;根據驅動使能時間和Burst週期的占空比獲取Burst週期值;根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期生成驅動訊號。本案的技術方案可以降低直流變換器的輸出電壓紋波。

Description

直流變換器的控制方法及直流變換器
本案係關於電力電子技術領域,尤指一種直流變換器的控制方法及直流變換器。
在電動汽車充電等應用領域中,對輸出電壓紋波有較高的要求。根據中國能源行業標準《電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》(NB/T 33001-2018)的要求,當充電機輸出電流在最大輸出電流值範圍內變化時,輸出電壓紋波因數不應大於1%。
LLC諧振變換器因其軟開關特性,具有效率高、功率密度大等優點,廣泛應用於直流-直流變換領域。
在空載或輕載時,LLC一般採用間歇模式(Burst)控制方法。Burst控制交替使能脈衝和禁止脈衝,使電源間歇性地給負載供電,從而減小輸出功率,滿足空載或輕載的負載要求。影響輸出電壓和輸出電流的紋波的主要因素為驅動使能時間、驅動禁止時間、Burst週期、輸出電容容值以及負載。在相同電路參數和負載條件下,輸出紋波主要受Burst週期的影響。
用數位控制系統實現Burst控制,Burst週期受控制週期影響,數位控制器在每個控制週期判斷是否使能脈衝或禁止脈衝,發脈衝和關脈衝的時間為控制週期的整數倍,Burst週期也為控制週期的整數倍。當控制週期較長時,Burst週期也較長,輸出紋波較大。而數位控制晶片的控制週期受晶片資源等影響,不可能無限制的縮短達到模擬控制的效果,當控制頻率受限、輸出電容較小時,空載、極輕載下電路輸出紋波會較大。
第1圖為LLC諧振變換器的基本形式。Lr為諧振電感,Cr為諧振電容,Lm為變壓器激磁電感,n為變壓器原副邊變比。開關SW1、開關SW2、開關SW3、開關SW4為開關元件。LLC通常採用調節開關元件驅動頻率來調節輸出,驅動訊號如第2圖所示。S1為開關SW1和開關SW4的驅動訊號,S2為開關SW2和開關SW3的驅動訊號,Ts0為開關週期,開關SW1和開關SW3驅動互補,開關SW2和開關SW4驅動互補,開關SW1、開關SW2、開關SW3、開關SW4驅動占空比為50%。Burst模式下,脈衝交替使能和禁止。脈衝使能期間,開關SW1、開關SW2、開關SW3、開關SW4各自以50%占空比開通和關斷。脈衝禁止期間,開關SW1、開關SW2、開關SW3、開關SW4均處於關斷狀態。
相關技術中,一個Burst週期內包括驅動使能時間Ton0(即使能脈衝的時間)和驅動禁止時間Toff0(即禁止脈衝的時間)兩部分時間,且驅動使能時間Ton0和驅動禁止時間Toff0為控制週期Tctrl0的整數倍。較重負載下的驅動禁止時間Toff0大於等於控制週期Tctrl0,關斷時間過長會使關斷時間內電壓下降超過下限值;較輕負載下的驅動使能時間Ton0大於等於控制週期Tctrl0,開通時間過長使得開通時間內電壓超過上限值。控制週期Tctrl0較長,則Burst週期較長,導致輸出紋波較大,可能無法滿足負載對輸出紋波的要求。
另一方面,相同工況下,Burst週期值越小,輸出紋波越小,但開關損耗會越大。這是由於Burst週期脈衝使能的第一個或前若干個開關開通為非ZVS(Zero Voltage Switch,零電壓開關),開關元件開通損耗增加。相同負載條件下,Burst週期取值越小,非ZVS開通的次數越多,開關損耗就越大。因此在滿足紋波要求的前提下,Burst週期的取值應盡可能大,以減小非ZVS開通的次數,降低開關損耗。
Burst控制通常採用Bang-Bang控制演算法,即通過比較輸出訊號的測量值與給定的上、下限值的大小,以使能脈衝或禁止脈衝。Bang-Bang控制的輸出紋波和穩態精度受採樣精度、採樣延時、控制頻寬和控制延時等的影響,當輸出要求較高而感測器或控制器性能受限時,輸出可能無法滿足要求。
綜上,如何降低直流變換器在輕載下的輸出電壓紋波是當前亟需解決的技術問題。
需要說明的是,在上述背景技術部分公開的資訊僅用於加強對本案的背景的理解,因此可以包括不構成對本領域具通常知識者已知的現有技術的資訊。.
本案的目的在於提供一種直流變換器的控制方法及直流變換器,進而至少在一定程度上降低直流變換器輸出電壓的電壓紋波。
根據本案的第一方面,提供一種直流變換器的控制方法,直流變換器包括開關電路、採樣電路以及控制器,採樣電路與直流變換器的輸出端以及控制器連接,用以採集輸出端的輸出訊號並發送至控制器,控制器與開關電路連接,用於根據輸出訊號生成驅動訊號驅動開關電路中的開關元件進行動作,控制方法包括:根據輸出參考訊號和輸出訊號獲取Burst週期的占空比;根據Burst週期的占空比、第一預設值和開關元件的開關週期獲取第一開關次數和驅動使能時間;根據驅動使能時間和Burst週期的占空比獲取Burst週期值;根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期生成驅動訊號。
在一些實施例中,根據Burst週期的占空比、第一預設值和開關週期獲取驅動使能時間的步驟,進一步包括:根據Burst週期的占空比和第一預設值獲取第一時間;根據第一時間和開關週期獲取第一時間內包含的第一開關次數;根據第一開關次數和開關週期獲取驅動使能時間。
在一些實施例中,根據第一時間和開關週期獲取第一開關次數的步驟,進一步包括:根據第一時間和開關週期獲取第一時間內包含的對應於開關週期的第二開關次數;對第二開關次數進行取整得到第一開關次數。
在一些實施例中,根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期獲取驅動訊號的步驟,進一步包括:根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期獲取驅動使能時間和驅動禁止時間;根據驅動使能時間和驅動禁止時間生成驅動訊號。
在一些實施例中,第一預設值根據紋波因數、直流變換器的輸出電流、直流變換器的輸出電壓、直流變換器的輸出功率、負載占空比以及Burst週期的占空比中的一個或多個參數進行設定。
在一些實施例中,直流變換器為全橋LLC諧振變換器或半橋LLC諧振變換器。
在一些實施例中,還包括:調整驅動使能時間段內第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的開關元件的導通時間。
在一些實施例中,輸出訊號為輸出電壓訊號、輸出電流訊號或輸出功率訊號。
根據本案的第二方面,提供一種直流變換器,直流變換器包括開關電路、採樣電路以及控制器,其中:採樣電路與直流變換器的輸出端和控制器連接,用以採集輸出端的輸出訊號並發送至控制器;控制器與開關電路連接,用於生成並發送驅動訊號驅動開關電路中的開關元件進行動作,其中,控制器用以根據輸出訊號、第一預設值以及開關元件的開關週期生成驅動訊號。
在一些實施例中,直流變換器為全橋LLC諧振變換器或半橋LLC諧振變換器。
在一些實施例中,控制器包括:占空比獲取單元,用於根據一輸出參考訊號和輸出訊號獲取Burst週期的占空比;開關次數和使能時間獲取單元,用於根據Burst週期的占空比、第一預設值和開關元件的開關週期獲取第一開關次數和驅動使能時間;Burst週期獲取單元,用於根據驅動使能時間和Burst週期的占空比獲取Burst週期值;驅動訊號生成單元,用於根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期生成驅動訊號。
在一些實施例中,控制器還包括驅動訊號調整單元,驅動訊號調整單元用於調整驅動使能時間內第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的開關元件的導通時間。
本案實施例的直流變換器的控制方法及直流變換器中,通過預先設置第一預設值,並對輸出進行閉環控制,調節Burst週期內驅動使能時間的占空比,並據此生成開關元件的驅動訊號,可使輸出電壓紋波滿足負載要求。
應當理解的是,以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的,並不能限制本案。
體現本案特徵與優點的典型實施例將在後段的說明中結合圖式詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化,其皆不脫離本案的範圍,且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用,而非架構於限制本案。
圖式中所示的方框圖僅僅是功能實體,不一定必須與物理上獨立的實體相對應。即,可以採用軟體形式來實現這些功能實體,或在一個或多個硬體模組或積體電路中實現這些功能實體,或在不同網路和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。
圖式中所示的流程圖僅是示例性說明,不是必須包括所有的內容和操作/步驟,也不是必須按所描述的循序執行。例如,有的操作/步驟還可以分解,而有的操作/步驟可以合併或部分合併,因此實際執行的順序有可能根據實際情況改變。
在相關技術中,在空載或輕載時,LLC一般採用間歇模式(Burst)控制方法控制電源間歇性地給負載供電,當控制週期較長時,Burst週期相應的也較長,導致輸出電壓紋波較大。因此,當控制頻率受限時,直流變換器的輸出電壓紋波會較大,甚至無法滿足設計的要求。
本案實施例提供一種直流變換器的控制方法及直流變換器,以減小直流變換器的輸出電壓紋波。 本案實施例提供一種直流變換器的控制方法,該直流變換器包括開關電路、採樣電路以及控制器,採樣電路與直流變換器的輸出端以及控制器連接,用以採集輸出端的輸出訊號並發送至控制器,控制器與開關電路連接,用於根據輸出訊號生成驅動訊號,進而驅動開關電路中的開關元件進行動作。如第3圖所示,直流變換器的控制方法包括以下步驟: 步驟S402,根據輸出參考訊號和輸出訊號獲取Burst週期的占空比D1。 步驟S404,根據Burst週期的占空比D1、第一預設值Tset和開關元件的開關週期Ts獲取第一開關次數Non1和驅動使能時間Ton2。 步驟S406,根據驅動使能時間Ton2和Burst週期的占空比D1獲取Burst週期值Tburst1。 步驟S408,根據Burst週期值Tburst1、第一開關次數Non1和開關週期Ts生成驅動訊號。
本案實施例中的輕載間歇控制方法適用於調頻控制拓撲,如全橋LLC或半橋LLC等,可以減小輸出電壓紋波。具體地,通過預先設置第一預設值,對輸出進行閉環控制,調節Burst週期內驅動使能時間的占空比,以此獲取Burst週期值並最終生成開關元件驅動訊號。按照該方法獲取的Burst週期值的大小不受控制週期的限制,從而可以使輸出電壓紋波滿足負載要求。
具體地,LLC工作于Burst模式時,在每個控制週期,數位控制系統可以根據第一預設值Tset、輸出訊號的參考值和輸出訊號的測量值、脈衝使能期間開關週期Ts,得到Burst週期值Tburst1和驅動使能時間Ton2,用以生成開關元件的驅動訊號。
在本案實施例中,開關電路包括原邊電路,原邊電路包括兩兩串聯後並聯的四個開關元件SW1至SW4,控制器輸出的驅動訊號用於控制四個開關元件的導通和關斷。開關元件可以為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應電晶體)、氮化鎵GaN或者碳化矽SiC功率元件,且並不局限於此。在驅動使能期間,開關元件均具有一相同的開關週期Ts。
在本案實施例中,輸出訊號可以但不限於為輸出電壓訊號、輸出電流訊號或輸出功率訊號。
在本實施例中,第一預設值可以根據紋波因數、直流變換器的輸出電流、直流變換器的輸出電壓、直流變換器的輸出功率、負載占空比以及Burst週期的占空比中的一個或多個參數進行設定。具體地,第一預設值Tset可根據以下方法但不限於以下方法選取。
在一個實施例中,第一預設值Tset可設定為一固定的常數,使得滿足各種負載條件下輸出紋波的要求。
在另一個實施例中,第一預設值Tset可根據當前負載輸出功率、輸出電流或負載占空比,又或者Burst週期的占空比等參數中的一個或多個進行設定,以達到不同負載下的較優效果。
在步驟S402中,根據輸出訊號的指令值(輸出參考訊號)和輸出訊號的測量回饋值(輸出訊號),得到Burst週期的占空比D1,D1為Burst週期內驅動使能時間與Burst週期值的比值。具體的,將輸出參考訊號與輸出訊號做差得到輸出誤差訊號,再將該輸出誤差訊號傳送至一輸出控制器,由該輸出控制器輸出Burst週期的占空比D1。
在步驟S404中,根據Burst週期的占空比D1和第一預設值Tset獲取第一時間Ton1。
在一個實施例中,可以由第一預設值Tset和Burst週期的占空比D1相乘後的乘積作為第一時間Ton1。
之後,根據第一時間Ton1和開關週期Ts獲取第一時間Ton1內包含的第二開關次數Non2,進一步地,對第二開關次數Non2進行取整,得到第一開關次數Non1。
這裡,取整方式可以為向上取整、四捨五入取整或者向下取整。
之後,根據第一開關次數Non1和開關週期Ts獲取驅動使能時間Ton2。具體地,由開關週期Ts和驅動使能期間內的第一開關次數Non1相乘,即可計算得到驅動使能時間Ton2。
在步驟S406中,由驅動使能時間Ton2和Burst週期的占空比D1,計算得到實際的Burst週期值Tburst1。
在步驟S408中,根據Burst週期值Tburst1、第一開關次數Non1和開關週期Ts可以獲取驅動禁止時間Toff1,或者,直接由Burst週期值Tburst1和驅動使能時間Ton2相減,獲取驅動禁止時間Toff1;再根據驅動使能時間Ton2和驅動禁止時間Toff1生成驅動訊號。
其中,驅動禁止時間Toff1的計算公式為:驅動禁止時間Toff1=Burst週期值Tburst1-第一開關次數Non1*開關週期Ts。
每個Burst週期結束後更新Burst週期值 Tburst1、驅動使能時間Ton2和驅動使能期間內開關開通次數(第一開關次數Non1),用於產生下一個Burst週期開關元件的驅動訊號。驅動使能期間的開關開通次數是指如第1圖所示的開關SW1(或開關SW2,或開關SW3,或開關SW4)開通的次數。一個開關週期內開關SW1、開關SW2、開關SW3和開關SW4的開通次數相同。
在本案實施例中,進一步地,可以通過調整驅動使能時間段內第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的開關元件的導通時間,降低開關損耗。
在驅動使能期間,若以常規驅動方式,即正負半周各50%占空比,如第4圖所示,在驅動使能期間內的前若干個開關週期,由於激磁電流im存在偏置,諧振電流ip正負半周不對稱,使得前若干個開關週期的正半周或負半周ZVS丟失,開關損耗增加。
可通過優化驅動使能期間的第一個開關週期的驅動方式,使激磁電流im儘快達到正負半周對稱,以利於實現ZVS,降低總開關損耗。
在一個實施例中,如第5圖所示,在驅動使能期間的第一個開關週期內,正半周開通時間為0.25Ts,負半周開通時間為0.5Ts。這樣,正區間對應的開關SW1和SW4的導通時間為0.25Ts,負區間對應的開關SW2和SW3的導通時間為0.5Ts,使激磁電流im在第一個開關週期結束後即可近似達到正負半周平衡。餘下開關週期內正負半周占空比各為50%。其中,Ts為開關週期。
在另一個實施例中,如第6圖所示,在驅動使能期間的第一個開關週期內,正半周開通時間為0.33Ts,負半周開通時間為0.67Ts,正半周開通時間約為負半周的一半。這樣,正區間對應的開關SW1和SW4的導通時間為0.33Ts,負區間對應的開關SW2和SW3的導通時間為0.67Ts,使激磁電流im在第一個開關週期結束後近似達到正負半周平衡。餘下開關週期正負半周占空比各為50%。其中,Ts為開關週期。
如第7圖所示,本案實施例提供的直流變換器的控制方法包括以下步驟: 步驟S701,設定第一預設值。 步驟S702,對輸出訊號進行閉環控制,得到Burst週期的占空比。 步驟S703,根據Burst週期占空比和第一預設值,計算第一時間。 步驟S704,根據第一時間和開關週期,計算第一時間內的第一開關次數。 步驟S705,根據第一開關次數和開關週期,計算驅動使能時間。 步驟S706,根據驅動使能時間和Burst週期占空比,計算Burst週期值。 步驟S707,根據Burst週期值,第一開關次數和開關週期,產生驅動訊號。
如第8圖所示,在本案實施例中,在Burst運行方式下,Burst週期值Tburst1為0.5Tctrl0,閉環控制穩態時,Burst週期的占空比約為0.5,脈衝使能的時間等於0.5Tburst1時,輸出電壓紋波約等於Burst週期值為2Tctrl0時的四分之一,大大降低了輸出電壓紋波。
如第9圖所示,本案實施例還提供一種直流變換器,直流變換器包括開關電路、採樣電路901以及控制器902,其中:採樣電路901與直流變換器的輸出端和控制器902連接,用以採集輸出端的輸出訊號並發送至控制器902;控制器902與開關電路連接,用於生成並發送驅動訊號驅動開關電路中的開關元件進行動作。如第9圖所示,四個開關元件組成開關元件組903,驅動訊號驅動開關元件組903進行動作。其中,控制器902用以根據輸出訊號、第一預設值以及開關元件的開關週期生成驅動訊號。
在本案實施例中,直流變換器可以為全橋LLC諧振變換器或半橋LLC諧振變換器。其中,控制器可以包括: 占空比獲取單元,可以用於根據輸出參考訊號和輸出訊號獲取Burst週期的占空比。 開關次數和使能時間獲取單元,可以用於根據Burst週期的占空比、第一預設值和開關元件的開關週期獲取第一開關次數和驅動使能時間。 Burst週期獲取單元,可以用於根據驅動使能時間和Burst週期的占空比獲取Burst週期值。 驅動訊號生成單元,可以用於根據Burst週期值、第一開關次數和開關週期生成驅動訊號。
進一步的,控制器還可以包括驅動訊號調整單元,用於調整驅動使能時間內的第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的開關元件的導通時間。
如第9圖所示,開關電路包括原邊電路,原邊電路包括兩兩串聯後並聯的四個開關元件,控制訊號用於控制四個開關元件導通和關斷。
本案實施例的直流變換器的控制方法及直流變換器中,通過預先設置第一預設值,並對輸出進行閉環控制,調節Burst週期內驅動使能時間的占空比,並據此生成開關元件的驅動訊號,可使輸出電壓紋波滿足負載要求。
圖式須注意,上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例,本案不限於所述之實施例,本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。
Vin:輸入電壓 Lr:諧振電感 Cr:諧振電容 Lm:變壓器激磁電感 n:變壓器原副邊變比 D1、D2、D3、D4:二極體 SW1、SW2、SW3、SW4:開關 S1、S2:驅動訊號 Ts:開關週期 S402、S404、S406、S408、S701、S702、S703、S704、S705、S706、S707:步驟 im:激磁電流 ip:諧振電流 Tctrl0:控制週期 Tburst1:Burst週期值 901:採樣電路 902:控制器 903:開關元件組
第1圖示意性示出一種直流變換器的結構示意圖; 第2圖示意性示出一種開關電路的驅動訊號時序圖; 第3圖示意性示出本案一種實施例的直流變換器的控制方法的流程圖; 第4圖示意性示出本案一種實施例的開關電路的驅動訊號時序及相應的激磁電流與諧振電流關係的示意圖; 第5圖示意性示出本案另一種實施例的開關電路的驅動訊號時序及相應的激磁電流與諧振電流關係的示意圖; 第6圖示意性示出本案又一種實施例的開關電路的驅動訊號時序及相應的激磁電流與諧振電流關係的示意圖; 第7圖示意性示出本案又一種實施例的直流變換器的控制方法的流程圖; 第8圖示意性示出本案又一種實施例的開關電路的驅動訊號時序及輸出電壓關係的示意圖;以及 第9圖示意性示出本案一種實施例的直流變換器的結構示意圖。
S402、S404、S406、S408:步驟

Claims (12)

  1. 一種直流變換器的控制方法,該直流變換器包括一開關電路、一採樣電路以及一控制器,該採樣電路與該直流變換器的一輸出端以及該控制器連接,用以採集該輸出端的一輸出訊號並發送至該控制器,該控制器與該開關電路連接,用於根據該輸出訊號生成驅動訊號驅動該開關電路中的開關元件進行動作,該控制方法包括: 根據一輸出參考訊號和該輸出訊號獲取一Burst週期的一占空比; 根據該Burst週期的該占空比、一第一預設值和該開關元件的一開關週期獲取一第一開關次數和一驅動使能時間; 根據該驅動使能時間和該Burst週期的該占空比獲取該Burst週期值;以及 根據該Burst週期值、該第一開關次數和該開關週期生成該驅動訊號。
  2. 如請求項1之控制方法,其中根據該Burst週期的該占空比、該第一預設值和該開關週期獲取該驅動使能時間的該步驟,進一步包括: 根據該Burst週期的該占空比和該第一預設值獲取一第一時間; 根據該第一時間和該開關週期獲取該第一時間內包含的一第一開關次數;以及 根據該第一開關次數和該開關週期獲取該驅動使能時間。
  3. 如請求項2之控制方法,其中根據該第一時間和該開關週期獲取該第一開關次數的該步驟,進一步包括: 根據該第一時間和該開關週期獲取該第一時間內包含的對應於該開關週期的一第二開關次數;以及 對該第二開關次數進行取整得到該第一開關次數。
  4. 如請求項1之控制方法,其中根據該Burst週期值、該第一開關次數和該開關週期生成該驅動訊號的該步驟,進一步包括: 根據該Burst週期值、該第一開關次數和該開關週期獲取一驅動禁止時間;以及 根據該驅動使能時間和該驅動禁止時間生成該驅動訊號。
  5. 如請求項1之控制方法,其中該第一預設值根據一紋波因數、該直流變換器的一輸出電流、該直流變換器的一輸出電壓、該直流變換器的一輸出功率、一負載占空比以及該Burst週期的該占空比中的一個或多個參數進行設定。
  6. 如請求項1之控制方法,其中該直流變換器為全橋LLC諧振變換器或半橋LLC諧振變換器。
  7. 如請求項1之控制方法,其中還包括: 調整該驅動使能時間段內第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的該開關元件的一導通時間。
  8. 如請求項1之控制方法,其中該輸出訊號為輸出電壓訊號、輸出電流訊號或輸出功率訊號。
  9. 一種直流變換器,該直流變換器包括一開關電路、一採樣電路以及一控制器,其中: 該採樣電路與該直流變換器的一輸出端和該控制器連接,用以採集該輸出端的一輸出訊號並發送至該控制器;以及 該控制器與該開關電路連接,用於生成並發送一驅動訊號驅動該開關電路中的開關元件進行動作,其中,該控制器用以根據該輸出訊號、一第一預設值以及該開關元件的開關週期生成該驅動訊號。
  10. 如請求項9之直流變換器,其中該直流變換器為全橋LLC諧振變換器或半橋LLC諧振變換器。
  11. 如請求項9之直流變換器,其中該控制器包括: 一占空比獲取單元,用於根據一輸出參考訊號和該輸出訊號獲取一Burst週期的一占空比; 一開關次數和使能時間獲取單元,用於根據該Burst週期的該占空比、該第一預設值和該開關元件的開關週期獲取一第一開關次數和一驅動使能時間; 一Burst週期獲取單元,用於根據該驅動使能時間和該Burst週期的該占空比獲取一Burst週期值;以及 一驅動訊號生成單元,用於根據該Burst週期值、該第一開關次數和該開關週期生成該驅動訊號。
  12. 如請求項9之直流變換器,其中該控制器還包括一驅動訊號調整單元,該驅動訊號調整單元用於調整該驅動使能時間內第一個開關週期的正區間和負區間各自對應的該開關元件的一導通時間。
TW110116992A 2020-05-14 2021-05-11 直流變換器的控制方法及直流變換器 TWI782526B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010407556.8 2020-05-14
CN202010407556.8A CN113676049B (zh) 2020-05-14 2020-05-14 直流变换器的控制方法及直流变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202143615A true TW202143615A (zh) 2021-11-16
TWI782526B TWI782526B (zh) 2022-11-01

Family

ID=78511999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110116992A TWI782526B (zh) 2020-05-14 2021-05-11 直流變換器的控制方法及直流變換器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11658580B2 (zh)
CN (1) CN113676049B (zh)
TW (1) TWI782526B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11594976B2 (en) * 2020-06-05 2023-02-28 Delta Electronics, Inc. Power converter and control method thereof
CN114189166B (zh) * 2021-12-16 2024-01-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 轻载控制电路、方法及谐振变换器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307356B1 (en) * 1998-06-18 2001-10-23 Linear Technology Corporation Voltage mode feedback burst mode circuit
CN102136801B (zh) * 2010-01-21 2014-02-19 台达电子工业股份有限公司 谐振转换器以及其间歇模式控制方法
TWI458234B (zh) * 2011-03-28 2014-10-21 Delta Electronics Shanghai Co 直流對直流轉換器、電力變換器及其控制方法
CN103138581B (zh) 2011-12-01 2015-08-19 台达电子企业管理(上海)有限公司 直流-直流转换器、电力变换器及其控制方法
US9143043B2 (en) * 2012-03-01 2015-09-22 Infineon Technologies Ag Multi-mode operation and control of a resonant converter
US9318966B2 (en) 2013-06-26 2016-04-19 Stmicroelectronics S.R.L. Method of controlling a switching converter in burst mode and related controller for a switching converter
CN105814972B (zh) * 2013-11-08 2018-03-20 卢特龙电子公司 发光二极管光源的负载控制装置
US9595867B2 (en) 2014-10-02 2017-03-14 Texas Instruments Incorporated System and method to improve standby efficiency of LLC converter
TWI601367B (zh) 2016-10-05 2017-10-01 A DC-DC Converter Based on Load Current Modulation Full-Bridge Control Mode
US11031873B2 (en) 2016-12-30 2021-06-08 Texas Instruments Incorporated Primary side burst mode controller for LLC converter
CN109802569B (zh) 2018-09-17 2021-02-12 合肥博鳌电气科技有限公司 一种llc谐振变换器轻载控制方法
CN109245531B (zh) * 2018-10-29 2020-07-07 合肥鑫晟光电科技有限公司 占空比确定方法、装置、脉宽调制信号生成方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI782526B (zh) 2022-11-01
CN113676049B (zh) 2023-06-27
CN113676049A (zh) 2021-11-19
US11658580B2 (en) 2023-05-23
US20210359611A1 (en) 2021-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI750780B (zh) 適用於寬輸出電壓範圍的隔離式dc/dc轉換器及其控制方法
US8988901B2 (en) Switching power supply device
EP3584919B1 (en) Resonant converter and control method
Zhang et al. High-power density design of a soft-switching high-power bidirectional dc–dc converter
US8456868B2 (en) Controller for a resonant switched-mode power converter
US8665611B2 (en) Controller for a resonant switched-mode power converter
US9906147B2 (en) Adaptive dead time control apparatus and method for switching power converters
TWI568166B (zh) A High Efficiency LLC Resonant Converter with Secondary Side Synchronous Rectifier Blind Control
US7869237B1 (en) Phase-shifted bridge with auxiliary circuit to maintain zero-voltage-switching
TW201005461A (en) Voltage regulator and control method thereof
TWI446133B (zh) Method and control device for tail current control isolated converter
JP2002101655A (ja) スイッチング電源装置
TW201414147A (zh) 諧振轉換器混合控制方法、諧振轉換器系統及混合控制器
TWI782526B (zh) 直流變換器的控制方法及直流變換器
TW201838303A (zh) 控制裝置及控制方法
US20220255444A1 (en) Controller and control system for dc/dc converter
CN113937988A (zh) 不对称半桥反激变换器及其控制方法
CN112421960A (zh) Llc谐振变换器及其控制方法
WO2020228818A1 (zh) 准谐振反激变换器的同步整流控制系统及方法
CN110677018B (zh) 控制电路、控制方法和开关变换器
TW202332172A (zh) 返馳變換器電源及其控制電路和方法
US20240014741A1 (en) Insulated power supply apparatus and semiconductor device for power supply control
JP4683364B2 (ja) 複合共振型スイッチング電源装置
US20230030593A1 (en) Control circuit and resonant converter thereof
Wang et al. LLC Resonant converter with topology morphing rectifier for wide output voltage range application