[发明专利]一种LLC谐振变换器及宽增益控制方法

说明书

本发明公开了一种LLC谐振变换器的宽增益控制方法，通过将输入电压范围分为两个电压段，并使用两种控制模态，在输入电压范围的低压段，采用全桥LLCPFM控制模态，通过改变开关频率来改变输出电压增益；在输入电压范围的高压段，采用全桥LLC变占空比控制模态，在整个高压段范围内，开关频率等于谐振频率fr，通过改变原边开关管的占空比来改变输出电压增益。本发明还公开了使用该控制方法的LLC谐振变换器。本发明可实现模态间的平滑切换，提高了变换器的工作效率、增益范围和功率密度，满足宽电压增益范围变换场合的要求。

技术领域

本发明涉及开关变换器领域，具体地说是涉及一种LLC谐振变换器及其实现宽增益的控制方法。

背景技术

随着电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛。人们对开关变换器提出更多要求：高功率密度、高可靠性、高效率、小体积、宽输入电压范围。LLC谐振变换器作为一种谐振变换器，具有诸多优点，比如低噪声、低应力、开关损耗低等。然而传统LLC谐振变换器一般需要通过改变开关频率实现输出电压的调节，当输入电压范围较宽时，开关频率需要在很宽的范围内变化，当频率太低时，很难实现零电压开通，当频率太高时，很难实现零电流关断；同时，较宽的频率给变压器的设计和电路的控制都带来了极大的困难。因此，当工作频率变化范围较宽时，传统LLC谐振变换器的效率明显下降。

较多的学者研究通过改变控制方式以提高LLC谐振变换器的增益，拓宽其输入电压的范围。

廖政伟等人2013年发表了论文《应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路》，通过在低压段时采用全桥LLC变频控制模态，高压段时采用半桥LLC变频控制模态，将电路增益提高一倍，但是在控制模态切换前后电路的工作状态相差较大，较难实现平滑切换。

谢晶晶于2016年发表了硕士学位论文《小型光伏并网逆变器中变模态控制LLC研究》，当输入电压为低压段时采用FBLLC变频控制模态，当输入电压为中压段时采用全桥LLC定频控制模态，当输入电压为高压段时采用半桥LLC变频控制模态，但是该三模态方案在全桥LLC定频控制模态与半桥LLC变频控制模态这两个模态之间依然不能实现平滑切换。

申请号CN201910859317的专利公开了一种三模态控制方案，两个邻近的电压段之间可实现平滑切换，但控制方案较复杂，且当输入电压的变化跨越三个电压段时较难实现平滑切换。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种LLC谐振变换器及其宽增益控制方法，既能提高变换器的电压增益范围，又能使控制模态切换简单可靠。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种LLC谐振变换器的宽增益控制方法，通过将输入电压范围分为低和高两个电压段，分别对应两种控制模态，在输入电压范围的低压段，采用全桥LLC PFM控制模态，通过改变开关频率来改变输出电压增益；在输入电压范围的高压段，采用全桥LLC变占空比控制模态，在整个高压段范围内，开关频率等于谐振频率fr，通过改变原边开关管的占空比来改变输出电压增益。

优选地，两种控制模态之间的电压切换点设置应满足：输入电压上升至高于模态切换电压，即开关频率等于谐振频率fr时对应的电压V_fr，LLC谐振变换器由全桥LLC PFM控制模态进入全桥LLC变占空比控制模态；输入电压下降至低于模态切换电压，即开关频率等于谐振频率fr时对应的电压V_fr，LLC谐振变换器由全桥LLC变占空比控制模态进入全桥LLC PFM控制模态。

优选地，所述的两种控制模态的切换方式为：开关频率增大至等于谐振频率fr后，开关频率稳定在该值，原边开关管的占空比逐渐减小至稳定，控制模态由全桥LLC PFM控制模态进入全桥LLC变占空比控制模态；原边开关管的占空比增大至等于50％后，原边开关管的占空比稳定在该值，开关频率逐渐减小至稳定，控制模态由全桥LLC变占空比控制模态进入全桥LLC PFM控制模态。