[发明专利]一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制系统及调制策略

说明书

本发明公开了一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制系统及调制策略，该系统包括电源、半桥变换电路、谐振网络电路、高频变压器、倍流整流电路和输出负载；该策略利用高频变压器二次侧同步整流管的结构，当系统工作在轻载时，通过调节高频变压器一次侧功率管和二次侧同步整流管的移相角，使输出电容向电源侧回馈能量，来达到降低轻载输出电压，同时根据系统输入输出电压关系使输出电压稳定在额定电压。本发明通过调制策略解决了LLC谐振变换器轻载下输出电压泵升问题，稳定了输出电压，无需增加硬件成本，且不存在效率降低、应用范围受限、输出电压纹波大等问题，在工业应用上有较大的前景。

技术领域

本发明涉及LLC谐振变换器技术领域，尤其涉及一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制系统及调制策略。

背景技术

LLC变换器作为直流谐振变换器的一种，因其电压调节范围广、效率高、输出侧无需滤波电感等优点而被广泛应用于通讯电压、电池充电等直流变换领域。但由于变压器和功率管的寄生电容以及负载断流的原因，LLC变换器存在轻载时输出电压泵升难以调节的问题，这导致轻载下变换器闭环控制变得不稳定，功率管的耐压需要选取更大的余量，负载由于电压高于额定值而被损坏，这些问题给变换器设计、稳定运行和供电可靠性带来极大的挑战。目前存在的研究方法能够调节轻载下的输出电压使其降低，但存在效率降低、应用场合受限、硬件成本高、输出电压纹波增加等缺点。因此，研究轻载下LLC变换器的电压调制方法具有重要意义。

针对轻载电压泵升问题，传统LLC谐振变换器主要有两种解决方案，一种是从参数设计、拓扑结构优化方面来降低启动电压，但这些方法存在效率较低、硬件实现困难、成本增加等问题；另一种是通过不同控制策略来降低启动电压，目前主要有通过调节频率、调节占空比、或采用间歇式调控等方式来解决，这些方法存在损耗大且输出电压纹波变大等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中存在损耗大且输出电压纹波大的缺陷，提供一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制系统及调制策略。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制系统，包括电源、半桥变换电路、谐振网络电路、高频变压器、倍流整流电路和输出负载；其中：

半桥变换电路包括串联连接的第一功率管和第二功率管；半桥变换电路的第一功率管的漏级与电源正极相连，第二功率管的源级与电源负极相连；谐振网络电路包括谐振电容、谐振电感和高频变压器，谐振电容一端与半桥变换电路的中点相连，另一端与谐振电感串联连接后与高频变压器一次侧绕组相连，高频变压器一次侧绕组的另一端与电源负极相连；倍流整流电路中设置有第一同步整流管和第二同步整流管；高频变压器的二次侧采用带中心抽头结构，其中心抽头与输出负载端的负极相连，二次侧两端分别与第一同步整流管和第二同步整流管的源级相连；第一同步整流管和第二同步整流管的漏极并联连接并与输出电容和输出负载的正极相连。

进一步地，本发明的谐振网络电路中还设置有高频变压器励磁电感，谐振电感、谐振电容和高频变压器励磁电感依次连接。

本发明提供一种能量回馈的LLC谐振变换器轻载电压调制策略，包括以下工作状态：

当LLC谐振变换器轻载电压调制系统正常工作时，检测输出电压与给定电压相比较，结果送入控制器生成控制指令，再经压频转换环节生成开关频率调节指令，控制变换器第一功率管和第二功率管开关频率，从而调节输出电压到给定电压，系统向输出负载提供能量；

当LLC谐振变换器轻载电压调制系统工作在轻载时，系统进入能量回馈模式，调节第一功率管和第二功率管与第一同步整流管和第二同步整流管之间的移相角，控制输出电容向输入侧释放能量，从而降低输出电压幅值。

进一步地，本发明的该策略还包括以下工作状态：