[发明专利]一种LLC谐振变换器结构及其控制方法

说明书

本发明提供一种LLC谐振变换器结构和控制方法，通过输出端的负载情况实时调整LLC谐振网络的谐振腔电感比值k的大小，具体通过在轻负荷区增大励磁电感比值k，降低谐振腔损耗，提高轻载效率，可使全负载范围内的变换器效率维持在较高水平。

技术领域

本发明涉及隔离型开关电源功率变换器领域，具体涉及一种改进型变拓扑结构式高效率水平LLC谐振变换器以及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的迅速发展，高频开关电源功率变换器已在绝大部分应用场合取代了效率偏低的线性电源，广泛应用于工业自动化、通讯、计算机、航空航天等领域。大功率、高效率和高功率密度已是开关电源的主要发展方向和追求目标，LLC谐振变换器在软开关方面具有优良的特性，成为业界目前广泛应用的软开关谐振拓扑之一，但变频控制(PFM)LLC谐振变换器随着输出侧负载变轻，需要提高工作频率以稳定输出电压，该特性导致其存在轻载状态下效率较低的问题。

针对LLC谐振变换器轻载效率较低的问题，业界学者以及相关人员作出大量研究工作，比如已公开文献《Optimal trajectory control of burst mode for LLC resonantconverter》IEEE Transactions on Power Electronics 28.1(2013)：457-466，文中提出采用Burst控制模式提高LLC谐振变换器在轻载时的效率，具有明显效果，但Burst控制模式可能导致电流噪声，对负载产生影响，同时Burst控制模式往往在极轻负载阶段以及空载阶段投入使用，因此效率提升范围相对较小。又比如文献《Analysis and implementation ofLLC burst mode for light load efficiency improvement》Applied PowerElectronics Conference and Exposition,2009.APEC2009.Twenty-Fourth AnnualIEEE.IEEE,2009：58-64，在Burst控制模式的基础上提出一种分段控制方法，将LLC的Burst控制模式分为三个过程，并仔细分析每个过程的损耗分布，找到降低功率损耗的规则，确保在不同负载点达到最高效率，该方法在0％-15％负载范围内使得轻载效率明显提高，但其作用范围仍然较小。

现阶段多采用引入Burst控制模式提高LLC谐振变换器轻载效率，各方面研究表明该方法能够有效提高轻载效率，但同时也存在着有效作用范围较小、控制模式相对复杂等问题。本发明采用变拓扑结构式思想理论提供一种基于变压器复合联接的高效LLC谐振变换器拓扑结构及控制方法，能够在较宽负荷范围内实现变换器效率的提高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种LLC谐振变换器结构及其控制方法，有效解决现有LLC谐振变换器轻载效率水平低的问题。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种LLC谐振变换器结构的控制方法，通过实时判断负荷功率P_o大小来调节谐振腔电感比值k的大小，使谐振腔电感比值k与当前负荷功率区间适配；其中，k＝L_m/L_r，这里L_m为励磁电感，L_r为谐振电感；

具体适配方法如下：

根据负荷功率的大小，通过J-1个负荷功率区间分段点将负荷功率划分为J个区间，其中J为不小于2的正整数，区间1到区间J的负荷功率值递增；

当负荷功率P_o大小满足P_switch-j-1P_o≤P_switch-j时，将当前谐振腔电感比值k设置为k_j；其中，P_switch-j表示区间j与区间j+1的之间的负荷功率分段点，j为1～J-1间的正整数。