[发明专利]一种数字LLC谐振变换器的软启动系统及方法

说明书

本发明公开了一种数字LLC谐振变换器的软启动系统及方法，本发明基于数字LLC谐振变换器，在启动时，设定数字控制器产生的PWM控制信号的占空比为0.5，频率为最大工作频率；并结合了设定目标电压随时间线性增加和设定PWM信号频率随时间线性减小两种算法，避免了直流增益不单调和开关管工作在非零电压开通状态等问题，可以有效抑制数字LLC谐振变换器在启动瞬间的冲击电流和电压，使得电压启动上升曲线更加平滑，同时保证原边侧开关管一直工作在零电压开通状态，系统更加高效和可靠。

技术领域

本发明涉及数字LLC谐振变换器领域，具体涉及一种数字LLC谐振变换器的软启动系统及方法。

背景技术

典型的数字LLC谐振变换器是一个闭环控制系统。当该系统处于稳态工作时，如果数字控制器检测到实际输出电压相对于设定目标输出电压有个增量时，会升高其所产生的PWM信号的频率，来增大LLC谐振阻抗，减小直流增益，从而抑制实际输出电压到设定目标输出电压；反之，如果数字控制器检测到实际输出电压相对于设定目标输出电压有一个负增量时，会降低其所产生的PWM信号的频率，来减小LLC谐振阻抗，增大直流增益，从而提高实际输出电压到设定目标电压。

然而，当系统初始启动时，若仍采用此种闭环控制方式，由于实际输出电压近乎为0，远小于设定目标输出电压，数字控制器便会直接输出最小频率的PWM控制信号，导致LLC谐振阻抗非常小，直流增益非常大，加之后级的滤波电容在启动过程中基本处于短路状态，会引起很大的冲击电流和电压，有损坏开关管等功率器件的风险。

为了抑制启动瞬间的冲击电流和电压，通常采用两种方法。方法一是在启动时，设定数字控制器产生的PWM控制信号的占空比为0.5，设定目标输出电压为其期望输出电压，频率为远高于最大工作频率的某个值，然后逐渐降低其频率到稳态工作频率，使得系统进入闭环稳定工作状态；方法二是在启动时，设定数字控制器产生的PWM控制信号的占空比为某个小于0.5的固定值，设定目标输出电压为其期望输出电压，频率为最大工作频率，然后逐渐增加其占空比到0.5，同时降低其工作频率到稳态工作频率，使得系统进入闭环稳定工作状态。

以上两种方法都有一定程度的缺陷。方法一，由于开始启动时设定目标输出电压为其期望输出电压，电压反馈环处于开环饱和状态，导致输出电压建立极快，瞬间的冲击电流非常大，如果仅依靠频率调整来达到软启动的目的，必须将开关频率从远高于最大工作频率的某个值缓慢降低来减少启动冲击能量，由于谐振变换器的变压器寄生参数的影响，使得工作频率增大至某一点后，直流增益不降反增，增益曲线不单调。因此不能将初始PWM控制信号的频率设置的足够大，频率调节范围有限，对冲击电流和电压的抑制作用也有限。方法二，初始PWM控制信号占空比设定的过小，会导致其原边侧的开关管不能工作在零电压开通状态，增加开关损耗，降低效率。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种数字LLC谐振变换器的软启动系统及方法可以有效抑制数字LLC谐振变换器在启动瞬间的冲击电流和电压，使得电压上升曲线更加平滑，同时保证原边侧开关管一直工作在零电压开通状态，使得系统更加高效和可靠。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种数字LLC谐振变换器的软启动系统，包括输入滤波电路、输入电压采样电路、开关电路、开关管驱动电路、数字控制器、LLC谐振电路、整流电路、输出滤波电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路；所述输入滤波电路的输入端作为数字LLC谐振变换器的软启动系统的输入端，所述输入滤波电路分别与开关电路和输入电压采样电路连接；所述开关电路分别与LLC谐振电路和开关管驱动电路连接；所述数字控制器分别与开关管驱动电路、输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路连接；整流电路分别与LLC谐振电路和输出滤波电路连接；输出滤波电路分别与输出电压采样电路和输出电流采样电路连接，输出滤波电路的输出端作为数字LLC谐振变换器的软启动系统的输出端。