[发明专利]一种程控LLC串联谐振变换器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种程控LLC串联谐振变换器及其控制方法，其特征在于：程控LLC串联谐振变换器由一次侧桥式电路、一次侧辅助电源电路、LLC谐振电路、LLC谐振驱动电路、二次侧输出整流电路、二次侧输出调整电路、单片机控制电路、单片机输出PWM转换电路、电源反馈电路构成。通过单片机与LLC串联谐振变换器的组合设计，完成了电源在不同负载情况下的输出电压控制，并解决与上位机通信，完成上位机对本变换器控制的功能。

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，具体来说涉及一种串联谐振开关电源及其宽范围输出的控制方法。

背景技术

随着电子与电气技术的飞速发展，高功率和高效率成为发展趋势。近年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、寄生电容和反向恢复时间的减小，为谐振变换器的实现创造了条件。LLC谐振半桥变换器就是其中一种，它保持上下桥臂开关管导通占空比不变，通过调节开关频率来调节输出电压，实现软开关变换。与其他软开关技术相比，LLC谐振半桥变换器不但具有一次侧开关管零电压开通特性，而且其掉电维持时间特性比较好，同时能实现二次侧整流二极管的零电流导通和低耐压要求，可以减小损耗，提高电源效率。LLC谐振半桥变换器由两个功率开关管构成半桥电路，用于驱动后级的LLC谐振网络。谐振网络由串联谐振电容Cr、串联谐振电感Lr和变压器激磁电感Lm构成，其中Lr是独立的电感。两个功率开关管半桥由前级控制器驱动，整流电路由一对连接到输出电容C₀的两个整流二极管构成，两个整流二极管阴极接C₀的正极，阳极分别连到变压器次级绕组n_s1正向同名端、n_s2的反向同名端；n_s1反向同名端和n_s2的正向同名端连在一起，同时和输出地相连。

LLC谐振网络的两个谐振频率f_r和f_m分别如下：

工作时两功率开关管交错导通，工作于恒定占空比(占空比小于50％)，控制器通过调整驱动工作频率来实现对输出稳压。通常为提高效率，LLC谐振半桥变换器通过适当的参数和频率控制实现一次侧半桥电路功率开关管零电压开关，同时使二次侧整流二极管实现零电流开关。要实现上述目的，控制器可工作在以下三个频率段：

(1)f_SW＝f_r

(2)f_sw＞f_r

(3)f_r＞f_sw＞f_m

当工作频率f_sw大于谐振频率f_r时，励磁电感Lm作为负载未参与谐振，此时的工作模式类似于一般的串联谐振变换器(SRC)。当LLC串联谐振变换器工作在空载或轻载时，工作频率升高或者谐振频率降低，会使电压增益变小，当f_sw＞f_r时，增益的微小变化会引起很大的效率变化，因此LLC串联谐振变换器在空载或者轻载条件下输出电压难以稳定。当工作在低压轻载状态时，增益特性曲线趋于平坦，如果稳压就需要很高的工作频率，但工作频率很高会带来一系列问题，如磁性器件难易优化，开关损耗增加，可靠性降低等；另外当负载接近空载时，随着频率或占空比的升高，输出电压的范围会上升，导致无法进行反馈环路控制。

为实现最高的效率，通常控制LLC谐振半桥变换器在标称输入电压、满载条件下工作频率大于f_r频点，这样在负载动态变化或电压短时中断时进入f_r＞f_sw＞f_m工作区域。