[发明专利]基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全桥LLC谐振变换电路，尤其涉及一种基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机及控制方法。

背景技术

为解决汽车尾气带来的环境污染问题，必须加快推进新能源电动汽车的产业化及充电站的设施建设，充电桩的建设必须满足体积小、功率密度大、效率高等要求，以缩短电池充电时间并降低成本。而LLC谐振变换器技术具有高频、高效、集成化、模块化等优势，进而在新能源电动汽车充电机中得到应用研究。

LLC全桥谐振变换器能够在全负载范围内能实现软开关，目前，充电机大都采用移相全桥技术，LLC谐振变换器与移相全桥变换器相比，不仅能够使原边开关管实现ZVS，而且能使副边整流二极管实现ZCS，大大降低了开关损耗，提高了充电机的充电效率。

但就目前新能源电动汽车充电机的研究应用而言，还有很多需要解决的问题，特别是充电机的输出电压范围和充电机的开关损耗等技术问题，具体表现在一下两个方面：

1、充电机输出电压的局限性。充电机输出电压范围窄，只能为特定汽车充电。例如电动大巴的输入电压范围为400V—750V，而电动乘用车的充电压范围是200V—450V，两者的充电机不能通用。

2、整流二极管不能在全范围内实现ZCS。副边整流二极管存的反向恢复问题，使整流电压振荡，由此引起的损耗会严重限制充电机的效率。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机及控制方法，基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机，输出电压范围为200—700V，该充电机采用DSP控制，能够在全输出电压范围内实现原边开关管零电压导通、副边整流二极管零电流关断，从而大大提高了充电效率，输出电压范围宽，不仅能够对电动大巴的充电，也能为电动乘用车充电。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机，包括LLC谐振变换器和控制电路，LLC谐振变换器包括由MOSFET全桥变换电路组成的开关网络，开关网络的输入端与电源输入端相连，输出端与谐振网路的输入端相连，谐振网路的输出端与变压器的漏感相连，变压器的副边线圈与整流滤波网络相连；

所述控制电路包括控制单元，采样模块采集LLC谐振变换器的输入端及输出端的电压及电流信号经A/D模块转换后传送至控制单元，控制单元根据接收的LLC谐振变换器的输入端及输出端的信号控制MOSFET全桥变换电路的MOS管的开关，使LLC谐振变换器能在全电压范围内实现原边开关管的零电压导通，副边整流二极管的零电流关断。

所述整流滤波网络包括由二极管组成的全桥整流电路及与全桥整流电路相并联的滤波电容。

所述谐振网路包括相串联的谐振电容及谐振电感和励磁电感，励磁电感与变压器的漏感相并联。

所述全桥变换电路包括Q1-Q4四个MOS管，D1-D4与C1-C4分别为相应MOS管的体二极管和寄生电容。

所述控制单元为DSP控制单元，采用TMS320F2808作为控制芯片。

基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机的控制方法，包括：

LLC谐振变换器输出电压经电压外环控制，跟随参考电压；当负载变大，输出电流达到限定值时，LLC谐振变换器的控制转变为电流内环控制；负载减小时，输出电流小于限定值，控制自动转换为电压外环控制，对LLC谐振变换器的输入端及输出端的采样信号经隔离后，送入DSP的A/D入口，通过与设定的输出电压的参考值比较，控制单元通过PI控制调节MOS开关驱动波形频率；

LLC谐振变换器电路参数选定后，LLC谐振变换器的变压器变比为一恒值，输出电压与输入电压呈比例，在U_{o_min}—U_{o1_max}范围内，开关频率固定，通过调节输入电压，使输出电压线性变化；，当输出电压在U_{o1_max}—U_{o_max}之间变化时，采用双脉冲触发方式，两脉冲信号间存在死区时间，通过调节脉冲信号的频率，稳定输出电压。

在触发MOS管之前，谐振电流i_r使寄生电容放电，体二极管导通，谐振电流滞后于谐振变换器输入电压V_in，全桥变换电路的Q1、Q4采用同一触发脉冲，Q2、Q3采用同一触发脉冲，且Q1与Q2互补导通；两触发信号之间有设定的死区时间。

LLC谐振变换器的输出电压采用分段控制，包括输入电压控制和变频控制；