一種新型全橋llc空載及帶載時的電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于屬于諧振變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型全橋LLC空載及帶載時的電壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LLC諧振型高頻隔離DC-DC變換器，利用LLC型的諧振腔，可實現(xiàn)原邊的ZVS和副邊的ZCS。相比于其它的隔離型DC-DC變換器，LLC變換器擁有更高的效率和功率密度，增益范圍較寬，能夠適應(yīng)輸入電壓的寬范圍變化。工程上常將LLC變換器應(yīng)用在降壓直流供電的場合下，其應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。近年來，越來越多的人將其應(yīng)用在分布式發(fā)電和電動汽車充放電等領(lǐng)域，獲得了較好的效果。
[0003]但是LLC在空載工況下，受寄生參數(shù)的影響，其增益曲線出現(xiàn)上翹，產(chǎn)生輸出電壓抬高，難以控制的現(xiàn)象。對此可以在空載工況下采用定頻率控制的方式，但此方法會導(dǎo)致LLC效率下降。為了提升效率，也可采用burst模式對其進行控制，當(dāng)輸出電壓升高到某一上限值時，關(guān)斷所有開關(guān)管的控制信號，變換器進入空閑狀態(tài)，輸出電壓因而下降；而當(dāng)輸出電壓降低到某一下限值時，開關(guān)管的控制信號正常給出，變換器正常工作，將電壓抬高，如此往復(fù)。此方法導(dǎo)致輸出電壓紋波過大，會對供電系統(tǒng)造成較大電磁干擾，不利于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。并且，受制于較窄的帶寬，LLC的動態(tài)響應(yīng)速度比較慢，需要提出新型控制方式以彌補此不足。
[0004]經(jīng)過檢索，發(fā)現(xiàn)以下相近領(lǐng)域的已公開專利文獻。
[0005]—種LLC諧振變換器(CN104578804A)，通過增加的雙向開關(guān)，與原邊橋臂及諧振電感構(gòu)建一個升壓環(huán)節(jié)；再通過所述控制器對于所述雙向開關(guān)的控制可實現(xiàn)所述LLC諧振變換器的升壓控制，進而適應(yīng)更寬的輸入輸出電壓范圍，解決了現(xiàn)有技術(shù)難適應(yīng)過寬的輸入輸出電壓范圍的問題。
[0006]基于LLC拓撲的超寬輸出電壓范圍充電機及控制方法(CN104467443A)，包括LLC諧振變換器和控制電路，LLC諧振變換器包括由MOSFET全橋變換電路組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入端與電源輸入端相連，輸出端與諧振網(wǎng)路的輸入端相連，諧振網(wǎng)路的輸出端與變壓器的漏感相連，變壓器的副邊線圈與整流濾波網(wǎng)絡(luò)相連；控制電路包括控制單元，控制單元根據(jù)接收的LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的信號控制MOSFET全橋變換電路的MOS管的開關(guān)，使LLC諧振變換器能在全電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，副邊整流二極管的零電流關(guān)斷。本發(fā)明輸出電壓寬，不受充電對象輸入電壓范圍的限制，可以為各種新能源電動汽車充電。
[0007]經(jīng)過對比，以上公開文件的技術(shù)方案與本專利申請存在較大不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種新型全橋LLC空載及帶載時的電壓控制方法，可以在不改變原電路硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)空載工況和帶載工況下LLC輸出電壓控制，并在空載時降低工作頻率且不產(chǎn)生電壓紋波。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]一種新型全橋LLC空載及帶載時的電壓控制方法，其特征在于:本控制方法采用的控制電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)利用開關(guān)管Q1、Q2、Q3和Q4組成單相全橋可控逆變器的結(jié)構(gòu)；諧振網(wǎng)絡(luò)采用LLC型諧振腔。
[0011]而且，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)具體為:開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的電路內(nèi)并聯(lián)有兩條橋臂，其中一條橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2組成，另一條橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管Q3和開關(guān)管Q4組成；
[0012]諧振網(wǎng)絡(luò)采用LLC型諧振腔，包含諧振電容Cr，諧振電感Lr和變壓器勵磁電感Lm,該諧振電容Cr，諧振電感Lr以及變壓器勵磁電感Lm依次串聯(lián)，該諧振網(wǎng)絡(luò)一端連接在開關(guān)管Ql與開關(guān)管Q2之間的串聯(lián)電路上，諧振網(wǎng)絡(luò)的另一端連接在開關(guān)管Q3與開關(guān)管Q4之間的串聯(lián)電路上。
[0013]而且，控制步驟為:
[0014]⑴程序開始運行，首先建立全橋半橋切換控制標(biāo)志位SIGNAL_FH，作為反映LLC空載或滿載電壓狀態(tài)的符號；
[0015]⑵當(dāng)該控制程序開始運行后，判定標(biāo)志位SIGNAL_FH的狀態(tài)，決定進入空載調(diào)節(jié)程序或帶載調(diào)節(jié)程序。
[0016]而且，步驟⑴中，檢測SIGNALj7H信號時:
[0017]當(dāng)LLC的原邊電感電流有效值的平均值I^g小于I ^時，此時SIGNAL_FH由“I”變?yōu)椤?”，開關(guān)管Q3斷開，開關(guān)管Q4閉合，LLC由全橋轉(zhuǎn)化到半橋；
[0018]當(dāng)LLC的原邊電感電流有效值的平均值大于U時，此時SIGNAL_FH由“O”變?yōu)椤?”，開關(guān)管Q3、Q4恢復(fù)正常導(dǎo)通，LLC由半橋轉(zhuǎn)化到全橋；
[0019]其中，Ιω小于I l?。
[0020]而且，步驟⑵中:
[0021]當(dāng)SIGNAL_FH為1，進入帶載調(diào)節(jié)程序，開關(guān)管Q1、Q2、Q3和Q4采用脈沖頻率調(diào)制控制策略；
[0022]當(dāng)SIGNALJ^HS 0，進入空載調(diào)節(jié)程序，開關(guān)管Ql和Q2的控制方式不變，將開關(guān)管Q3控制信號置“O”且將開關(guān)管Q4控制信號置“1”，使該橋臂的上方開關(guān)管斷開，下方開關(guān)管閉合；
[0023]若在工作過程中，檢測到SIGNAL_FH信號由“O”轉(zhuǎn)換到“ I ”，LLC電路結(jié)構(gòu)由半橋轉(zhuǎn)換到全橋運行，工作頻率在ff的初值上，以△ f2的步長變化，直至輸出電壓被控制在與參考值1]^誤差的絕對值在八1]2的范圍內(nèi)；
[0024]若檢測到SIGNAL_FH信號由“ I”轉(zhuǎn)換到“0”，LLC電路結(jié)構(gòu)由全橋轉(zhuǎn)換到半橋運行，工作頻率在fh的初值上，以Δ f i的步長變化，直至輸出電壓被控制在與參考值U 誤差的絕對值在AU1的范圍內(nèi)。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0026]1、本發(fā)明的主電路采用主電路包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流網(wǎng)絡(luò)組成的全橋LLC拓撲結(jié)構(gòu)，效率高、體積小、功率密度大且便于實現(xiàn)大功率能量變換。
[0027]2、本發(fā)明在LLC輕載的工況下，通過改變開關(guān)管的工作狀態(tài)，可將全橋LLC轉(zhuǎn)換成半橋LLC，實現(xiàn)了輸出電壓的控制，既降低了空載時的LLC工作頻率，也不會產(chǎn)生過大的電壓紋波。
[0028]3、在全負載范圍內(nèi)，本發(fā)明提出的一整套完整的電壓控制方案，使得LLC可以在空載和重載的工況下均能實現(xiàn)輸出電壓控制。
【附圖說明】
[0029]圖1為全橋LLC諧振DC-DC變換器電路圖；
[0030]圖2為LLC諧振DC-DC變換器驅(qū)動信號；
[0031](a)為全橋LLC驅(qū)動信號；
[0032](b)為半橋LLC驅(qū)動信號；
[0033]圖3為SIGHAL_FH信號的生成流程圖；
[0034]圖4為LLC空載-帶載控制流程圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0036]—種新型全橋LLC空載及帶載時的電壓控制方法，本控制方法采用的控制電路如圖1所示，包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流網(wǎng)絡(luò)，
[0037]開關(guān)網(wǎng)絡(luò)具體為:開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的電路內(nèi)并聯(lián)有兩條橋臂，其中一條橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2組成，另一條橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管Q3和開關(guān)管Q4組成，通過控制開關(guān)管Ql、Q2、Q3和Q4，組成單相全橋可控逆變器的結(jié)構(gòu)；
[0038]諧振網(wǎng)絡(luò)采用LLC型諧振腔，包含諧振電容Cr，諧振電感Lr和變壓器勵磁電感Lm,該諧振電容Cr，諧振電感Lr以及變壓器勵磁電感Lm依次串聯(lián)，該諧振網(wǎng)絡(luò)一端連接在開關(guān)管Ql與開關(guān)管Q2之間的橋臂上，該諧振網(wǎng)絡(luò)另一端連接在開關(guān)管Q3與開關(guān)管Q4之間的橋臂上。
[0039]整流電路采用開關(guān)管器件或整流二極管，實現(xiàn)電能的傳遞