一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，所述全橋LLC諧振變換器由直流輸入源V

A fixed frequency control method of full bridge LLC Resonant Converter

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法
本專利技術(shù)涉及一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，尤其是應(yīng)用于隔離型直流—直流功率變換器，屬于電力電子功率變換器

技術(shù)介紹
隔離型直流—直流變換器在當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛，包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源，電動(dòng)汽車車載充電器，光伏直流微電網(wǎng)，燃料電池，LED驅(qū)動(dòng)電路等，變換器的高效率、高功率密度一直是人們追求的目標(biāo)。LLC諧振變換器結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)和零電流開關(guān)(ZCS)，具有高效、低電磁干擾、調(diào)壓性能好、電流隔離等優(yōu)良特性，在諧振頻率點(diǎn)很容易實(shí)現(xiàn)高效高功率密度，近年來成為人們關(guān)注的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的諧振變換器通過脈沖頻率調(diào)制(PFM)調(diào)節(jié)電壓增益，諧振變換器工作在寬頻率范圍，使諧振參數(shù)設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，降低了基波分析法(FHA)的精確性。當(dāng)開關(guān)頻率遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)時(shí)，電路存在較大的循環(huán)電流，增加了開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，且不利于磁性元器件磁集成設(shè)計(jì)，增加了變壓器體積，降低功率密度。為了實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益，設(shè)計(jì)較小的勵(lì)磁電感，初級(jí)側(cè)開關(guān)導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗、變壓器繞組導(dǎo)通損耗明顯增加，極大降低了功率變換器效率，不利于實(shí)現(xiàn)高效高功率密度的變換器。為了實(shí)現(xiàn)諧振變換器的高電壓增益、高效率、高功率密度，國內(nèi)外學(xué)者常用兩種方法對(duì)傳統(tǒng)諧振變換器改進(jìn)。第一種方法添加輔助開關(guān)器件，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)節(jié)電壓增益，但添加的輔助功率器件增加了電路復(fù)雜性和設(shè)計(jì)成本費(fèi)用，額外增加的PWM控制增加了控制的復(fù)雜性。另外一種方法對(duì)控制策略進(jìn)行改進(jìn)，但存在控制電路復(fù)雜、電壓增益有限、效率低等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，改進(jìn)功率變換器的電壓增益范圍，提高效率和功率密度。本專利技術(shù)的技術(shù)方案提供一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，所述全橋LLC諧振變換器由直流輸入源Vin、原邊方波發(fā)生器Ⅰ、原邊LLC諧振電路Ⅱ、變壓器Ⅲ、副邊全橋整流電路Ⅳ、輸出濾波電容Co和輸出電阻負(fù)載Ro構(gòu)成，原邊方波發(fā)生器Ⅰ由原邊第一開關(guān)管S1、原邊第二開關(guān)管S2、原邊第三開關(guān)管S3和原邊第四開關(guān)管S4組成；原邊LLC諧振電路Ⅱ由諧振電容Cr、諧振電感Lr和勵(lì)磁電感Lm組成；原邊第二開關(guān)管S2和原邊第四開關(guān)管S4通過一對(duì)定頻互補(bǔ)脈沖控制，占空比為50％，開關(guān)頻率等于諧振電容Cr和諧振電感Lr的串聯(lián)諧振頻率；原邊第一開關(guān)管S1和原邊第三開關(guān)管S3的開關(guān)脈沖通過輸出電壓反饋控制，原邊第一開關(guān)管S1和原邊第三開關(guān)管S3開關(guān)脈沖的占空比互補(bǔ)；對(duì)輸出電阻負(fù)載Ro的輸出電壓采樣，得到輸出電壓值Vo，該值Vo與額定輸出參考值Vo-ref進(jìn)行比較，得到電壓誤差量Vo-error，經(jīng)過PI控制器參數(shù)整定得到輸出量u(t)，u(t)與定頻載波Sm進(jìn)行比較，經(jīng)過開關(guān)選擇，輸出原邊第一開關(guān)管S1和原邊第三開關(guān)管S3的控制脈沖；其中，定頻載波Sm的頻率等于諧振電容Cr和諧振電感Lr的串聯(lián)諧振頻率，因此原邊第一開關(guān)管S1和原邊第三開關(guān)管S3的脈沖頻率也等于諧振頻率。而且，當(dāng)原邊第一開關(guān)管S1占空比D1＝0時(shí)，原邊第一開關(guān)管S1關(guān)斷，原邊第三開關(guān)管S3占空比D3＝1，原邊第三開關(guān)管S3閉合，原邊第二開關(guān)管S2和原邊第四開關(guān)管S4互補(bǔ)導(dǎo)通，所述全橋LLC諧振變換器工作在半橋狀態(tài)。而且，當(dāng)原邊第一開關(guān)管S1占空比D1＝0.5時(shí)，原邊第三開關(guān)管S3占空比D3＝0.5，原邊第一開關(guān)管S1和原邊第三開關(guān)管S3互補(bǔ)導(dǎo)通，原邊第二開關(guān)管S2和原邊第四開關(guān)管S4互補(bǔ)導(dǎo)通，所述全橋LLC諧振變換器工作在全橋狀態(tài)。而且，全橋LLC諧振變換器原邊第一開關(guān)管S1的占空比由輸出電壓反饋控制，當(dāng)原邊第一開關(guān)管S1的占空比為D1時(shí)，原邊LLC諧振電路Ⅱ輸入占空比為D的負(fù)方波電壓，其中D＝D1。而且，通過調(diào)節(jié)占空比D實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓增益。本專利技術(shù)技術(shù)與既有技術(shù)方案的本質(zhì)區(qū)別在于，原邊第一開關(guān)管S1、原邊第二開關(guān)管S2、原邊第三開關(guān)管S3、原邊第四開關(guān)管S4工作在諧振頻率點(diǎn)，開關(guān)頻率等于諧振頻率，利于磁集成設(shè)計(jì)，所述技術(shù)方案采用電壓比例積分(PI)閉環(huán)控制，控制方法簡單，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。所述技術(shù)方案電壓增益范圍寬，且獨(dú)立于負(fù)載，滿足寬電壓增益變換器的應(yīng)用場(chǎng)合，得到高效高功率密度的功率變換器。本專利技術(shù)具有如下有益優(yōu)良效果：(1)電壓增益范圍寬，增益獨(dú)立于功率因數(shù)，簡化諧振元件參數(shù)設(shè)計(jì)過程；(2)諧振變換器設(shè)置較大勵(lì)磁電感，減小原邊開關(guān)的傳導(dǎo)損耗和關(guān)斷損耗；(3)原邊開關(guān)管零電壓導(dǎo)通(ZVS)，副邊整流二極管零電流關(guān)斷(ZCS)；(4)諧振變換器恒定工作在諧振頻率點(diǎn)，減小循環(huán)電流，提升效率；(5)利于磁性元器件的磁集成設(shè)計(jì)，減小變壓器體積，提高功率密度。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例所述全橋LLC諧振變換器原理圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例的控制框圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例的原邊開關(guān)管的調(diào)制脈沖示意圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入方波電壓示意圖；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例開關(guān)脈沖波形示意圖；圖6是本專利技術(shù)實(shí)施例原邊第一開關(guān)管S1和諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電壓波形示意圖；圖7是本專利技術(shù)實(shí)施例原邊側(cè)開關(guān)管軟開關(guān)波形圖；圖8是本專利技術(shù)實(shí)施例副邊側(cè)零電流關(guān)斷和負(fù)載輸出波形圖；圖9是本專利技術(shù)實(shí)施例原邊第一開關(guān)管S1占空比和原邊LLC諧振電路Ⅱ輸入方波電壓的控制過程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解該專利技術(shù)。如圖1所示，本專利技術(shù)所述全橋LLC諧振變換器由直流輸入源Vin、原邊方波發(fā)生器Ⅰ、原邊LLC諧振電路Ⅱ、變壓器Ⅲ、副邊全橋整流電路Ⅳ、輸出濾波電容Co和輸出電阻負(fù)載Ro構(gòu)成。原邊LLC諧振電路Ⅱ的輸入電壓為VAB。各構(gòu)成部分的元器件為原邊第一開關(guān)管S1、原邊第二開關(guān)管S2、原邊第三開關(guān)管S3、原邊第四開關(guān)管S4、諧振電容Cr、諧振電感Lr、勵(lì)磁電感Lm、變壓器T、副邊第一整流二極管D1、副邊第二整流二極管D2、副邊第三整流二極管D3、副邊第四整流二極管D4。其中直流輸入源Vin范圍為200V≤Vin≤400V，諧振電容Cr為15.32nF，諧振電感Lr為1.65uH，勵(lì)磁電感Lm為16.5uH，變壓器Ⅲ的繞組比Np:Ns＝14.8:1，副邊第一整流二極管D1、副邊第二整流二極管D2、副邊第三整流二極管D3、副邊第四整流二極管D4的管壓降VD均為0.7V，輸出濾波電容Co為0.02F，輸出電阻負(fù)載Ro為0.144Ω，額定輸出電壓Vo為12V，額定功率為1kW。具體地，其中結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如下：原邊方波發(fā)生器Ⅰ由原邊第一開關(guān)管S1、原邊第二開關(guān)管S2、原邊第三開關(guān)管S3、原邊第四開關(guān)管S4組成；原邊LLC諧振電路Ⅱ由諧振電容Cr、諧振電感Lr、勵(lì)磁電感Lm組成；變壓器Ⅲ原邊側(cè)與副邊側(cè)變比為Np:Ns＝n:1；變壓器通常標(biāo)記為T；其中，Vin為直流輸入源電壓本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，所述全橋LLC諧振變換器由直流輸入源(V

【技術(shù)特征摘要】
1.一種全橋LLC諧振變換器定頻控制方法，所述全橋LLC諧振變換器由直流輸入源(Vin)、原邊方波發(fā)生器(Ⅰ)、原邊LLC諧振電路(Ⅱ)、變壓器(Ⅲ)、副邊全橋整流電路(Ⅳ)、輸出濾波電容(Co)和輸出電阻負(fù)載(Ro)構(gòu)成，原邊方波發(fā)生器(Ⅰ)由原邊第一開關(guān)管(S1)、原邊第二開關(guān)管(S2)、原邊第三開關(guān)管(S3)和原邊第四開關(guān)管(S4)組成；原邊LLC諧振電路(Ⅱ)由諧振電容(Cr)、諧振電感(Lr)和勵(lì)磁電感(Lm)組成；其特征在于：
原邊第二開關(guān)管(S2)和原邊第四開關(guān)管(S4)通過一對(duì)定頻互補(bǔ)脈沖控制，占空比為50％，開關(guān)頻率等于諧振電容(Cr)和諧振電感(Lr)的串聯(lián)諧振頻率；
原邊第一開關(guān)管(S1)和原邊第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)脈沖通過輸出電壓反饋控制，原邊第一開關(guān)管(S1)和原邊第三開關(guān)管(S3)開關(guān)脈沖的占空比互補(bǔ)；
反饋控制的實(shí)現(xiàn)方式為，對(duì)輸出電阻負(fù)載(Ro)的輸出電壓采樣，得到輸出電壓值(Vo)，該值(Vo)與額定輸出參考值(Vo-ref)進(jìn)行比較，得到電壓誤差量(Vo-error)，經(jīng)過PI控制器參數(shù)整定得到輸出量u(t)，u(t)與定頻載波(Sm)進(jìn)行比較，經(jīng)過開關(guān)選擇，輸出原邊第一開關(guān)管(S1)和原邊第三開關(guān)管(S3)的控制脈沖；
其中，定頻載波(Sm)的頻率等于諧振電容(Cr)和諧振電感(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘健，劉松林，陳慶東，陳鳳嬌，呂磊，宋豪杰，石迪，劉雨晴，陳光義，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42