用于校準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本文提供一種用于校準(zhǔn)電感－電感－電容（LLC）諧振轉(zhuǎn)換器（100）的方法和系統(tǒng)。該方法包含：數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及LLC諧振轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓；以及在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作LLC諧振轉(zhuǎn)換器。該方法還包含：測(cè)量LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及比較測(cè)量的輸出電壓與計(jì)算的輸入電壓。
【專利說(shuō)明】用于校準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/793，763的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參考將其整體并入本文。

【背景技術(shù)】
[0002]本【技術(shù)領(lǐng)域】一般涉及功率轉(zhuǎn)換器，更具體而言，涉及校準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的方法和系統(tǒng)。
[0003]在輸出級(jí)采用電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的當(dāng)前設(shè)計(jì)使用實(shí)證方法來(lái)確定要求的輸入電壓，以適應(yīng)電路中的所有容差。例如，容差可以包含諧振電感值中的+/-5%至8%的變化、和/或電容值中的+/-5%的變化。因?yàn)閷?shí)證方法使用最差的情況條件，所以該方法沒(méi)有在所有負(fù)載條件和所有輸出電壓下實(shí)現(xiàn)高效率。已知的方法對(duì)諧振頻率使用查找表或者關(guān)閉循環(huán)(close-a-loop)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種校準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的方法。該方法包含:數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及LLC轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓；以及在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作LLC轉(zhuǎn)換器。該方法還包含:測(cè)量LLC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及比較測(cè)量的輸出電壓與計(jì)算的輸入電壓。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包含逆變器、諧振回路、以及耦合至逆變器和諧振回路的控制器?？刂破髋渲脼?數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及LLC轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓；以及在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作LLC轉(zhuǎn)換器?？刂破鬟€配置為:測(cè)量LLC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及比較測(cè)量的輸出電壓與計(jì)算的電壓。
[0006]按照本公開的第一方面，提供一種校準(zhǔn)電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器的方法，所述方法包括:
數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓；
在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器；
測(cè)量所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及比較所測(cè)量的輸出電壓與所計(jì)算的輸入電壓。
[0007]按照第一方面的方法，其中，在開環(huán)模式下操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器包括以預(yù)定義的負(fù)載來(lái)操作。
[0008]按照第一方面的方法，其中，在開環(huán)模式下操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器包括以預(yù)定義的輸入電壓來(lái)操作。
[0009]按照第一方面的方法，其中，數(shù)學(xué)上計(jì)算輸入電壓包括:根據(jù)V6us = VoatXNtXM +10UtXfXy±x來(lái)計(jì)算輸入電壓，其中，Vout是所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，Nt是變壓器的匝數(shù)比，M是乘數(shù)，1ut是所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的實(shí)時(shí)輸出電流，f是輸入頻率，y是代表跨400V總線的紋波的系數(shù)，X是能夠在測(cè)試期間獲得的校準(zhǔn)因子。
[0010]按照第一方面的方法，其中，所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器包含半橋整流器，所述方法還包括對(duì)所述乘數(shù)M使用2的值來(lái)計(jì)算輸入電壓。
[0011 ] 按照第一方面的方法，其中，所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器包含全橋整流器，所述方法還包括對(duì)所述乘數(shù)M使用I的值來(lái)計(jì)算輸入電壓。
[0012]按照第一方面的方法，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓低于所計(jì)算的輸入電壓時(shí)，所述方法包括對(duì)X應(yīng)用負(fù)值。
[0013]按照第一方面的方法，還包括確定作為所測(cè)量與所計(jì)算的輸入電壓之間的差異的函數(shù)的所述電壓的大小。
[0014]按照第一方面的方法，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓高于所計(jì)算的輸入電壓時(shí)，所述方法還包括對(duì)X應(yīng)用正值。
[0015]按照第一方面的方法，還包括確定作為所測(cè)量與所計(jì)算的輸入電壓之間的差異的函數(shù)的所述電壓的大小。
[0016]按照本公開的第二方面，提供一種電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器，包括:
逆變器；
諧振回路；以及
控制器，耦合至所述逆變器和所述諧振回路，所述控制器配置為:
數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及所述LLC轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓；
在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器；
測(cè)量所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及比較所測(cè)量的輸出電壓與所計(jì)算的電壓。
[0017]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制器還配置為以預(yù)定義的負(fù)載和預(yù)定義的電壓中的至少一個(gè)來(lái)操作。
[0018]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，為了數(shù)學(xué)上計(jì)算輸入電壓，所述控制器還配置為根據(jù)匕=匕/^^#+/0?^/^_7±1來(lái)計(jì)算輸入電壓。
[0019]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，Vout是所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，Nt是變壓器的匝數(shù)比，M是乘數(shù)，1ut是所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的實(shí)時(shí)輸出電流，f是輸入頻率，Y是代表跨400V總線的紋波的系數(shù)，X是能夠在測(cè)試期間獲得的校準(zhǔn)因子。
[0020]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，還包括半橋整流器，所述控制器還配置為對(duì)M應(yīng)用2的值。
[0021 ] 按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，還包括全橋整流器，所述控制器還配置為對(duì)M應(yīng)用I的值。
[0022]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓低于所計(jì)算的電壓時(shí)，所述方法包括對(duì)X應(yīng)用負(fù)值。
[0023]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓高于所計(jì)算的電壓時(shí)，所述方法包括對(duì)X應(yīng)用正值。
[0024]按照第二方面的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，所述諧振回路包括諧振電感和諧振電容。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是常規(guī)LLC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的電路圖；
圖2是示出對(duì)于圖1所示的LLC功率轉(zhuǎn)換器的增益曲線的圖表；
圖3是示出查找表與應(yīng)用于具有標(biāo)稱附近的回路值(tank value)的整流器的示范方程之間的效率比較的圖表；
圖4是示出查找表與應(yīng)用于具有在容差范圍的低端的回路元件(tank element)的整流器的示范方程之間的效率比較的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1是電感一電感一電容(LLC)串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器100的電路圖，該串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器100用于將輸入電壓Vg轉(zhuǎn)換為其輸出處的不同電壓V。。在不范實(shí)施例中,轉(zhuǎn)換器100包含逆變器102、LLC串聯(lián)諧振回路104和整流器106。逆變器102是半橋逆變器，并包含第一開關(guān)(Mp) 110和第二開關(guān)(Mn) 112。開關(guān)110和112被互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，以在諧振回路(resonanttank) 104的輸入Vin產(chǎn)生方波。諧振回路104包含串聯(lián)耦合的電感(Ls) 114、串聯(lián)電容器(Cs) 116和諧振電感(Lp) 118，以實(shí)現(xiàn)諧振。諧振電感118與負(fù)載并聯(lián)耦合。
[0027]在示范實(shí)施例中，整流器106包含中心抽頭變壓器120、濾波電容(CF)122、第一整流二極管(Dp) 124和第二整流二極管(Dn) 126。整流器106將來(lái)自諧振回路104的AC波形整流為DC輸出。整流器106可以是半橋整流器、全橋整流器、或者能使整流器106如本文說(shuō)明的那樣發(fā)揮功能的任何其他類型的整流器。在低輸出電壓、高電流應(yīng)用中，第一和第二整流二極管124和126被替換為同步整流器(未示出)，以減小跨每個(gè)半導(dǎo)體整流器的電壓降(傳導(dǎo)損耗)。
[0028]在示范實(shí)施例中，LLC轉(zhuǎn)換器100還包含可通信地耦合至逆變器102、諧振回路104和/或整流器106的控制器108?？刂破?08配置為執(zhí)行轉(zhuǎn)換器100的一個(gè)或多個(gè)操作，如本文進(jìn)一步具體說(shuō)明的那樣。例如，控制器108使用數(shù)學(xué)式來(lái)計(jì)算最佳總線電壓，所述總線電壓作為輸出電壓、負(fù)載電流、輸入頻率和/或LLC回路104的元件(即諧振電感118和諧振電容116)的容差的函數(shù)。這便于每個(gè)元件在峰值效率下操作，而不會(huì)降低諸如噪聲計(jì)噪聲(psophometric noise)的其他性能。數(shù)學(xué)式給出如下:
Vbus = VoutXNtXM+ 10UtXfXy±x(I)
“V-”是LLC轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓。“Nt”是變壓器120的匝數(shù)比?！癕”是乘數(shù)，對(duì)于半橋整流器應(yīng)用2的值，而對(duì)于全橋整流器應(yīng)用I的值?！?Iwt”是LLC轉(zhuǎn)換器100的實(shí)時(shí)輸出電流?！癴 ”是輸入頻率，“y”是代表跨400V總線的紋波的系數(shù)，“X”是能夠在測(cè)試期間獲得的校準(zhǔn)因子。
[0029]在示范實(shí)施例中，通過(guò)在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作LLC轉(zhuǎn)換器100來(lái)完成校準(zhǔn)。還可以通過(guò)以預(yù)定義的負(fù)載或者以預(yù)定義的輸入電壓操作LLC轉(zhuǎn)換器100，來(lái)完成在開環(huán)模式下操作LLC轉(zhuǎn)換器100。在該測(cè)試期間，測(cè)量輸出電壓V。，并與期望的標(biāo)稱值比較。如果測(cè)量的輸出電壓V。低于期望值，那么可以推斷出特定回路具有更低的諧振頻率，因此系數(shù)X將具有符號(hào)，并且大小是測(cè)量值對(duì)期望值之間的差異的函數(shù)?；蛘撸绻麥y(cè)量的電壓高于所期望的，這意味著該單元的諧振頻率高于標(biāo)稱，而系數(shù)X將具有符號(hào)。大小是測(cè)量值對(duì)期望值之間的差異的函數(shù)。
[0030]圖2是示出對(duì)于(圖1所示的)LLC功率轉(zhuǎn)換器100的增益曲線的圖表。增益曲線對(duì)應(yīng)于LLC功率轉(zhuǎn)換器100的歸一化DC輸出電壓，并且包含第一歸一化增益曲線200、第二歸一化增益曲線205以及第三歸一化增益曲線210。在示范實(shí)施例中，諧振電感具有+/-8%的變化，以及諧振電容具有+/-5%的變化。如圖2所示，標(biāo)稱諧振頻率大約為186kHz，以及標(biāo)稱輸出電壓在IV與1.02V之間。
[0031]圖3是示出使用查找表的系統(tǒng)與使用應(yīng)用于具有標(biāo)稱附近的回路值的整流器的上述方程(I)的系統(tǒng)之間的效率比較的圖表。第一曲線300與使用方程(I)來(lái)確定電壓的LLC轉(zhuǎn)換器的效率關(guān)聯(lián)。第二曲線305與使用查找表來(lái)確定電壓的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。在示范實(shí)施例中，方程(I)被應(yīng)用于具有標(biāo)稱附近的回路值的整流器。如圖3所示，與使用查找表的曲線305相比，代表方程(I)的曲線300遍及幾乎整個(gè)操作范圍實(shí)現(xiàn)更高效率。
[0032]圖4是示出查找表與具有在容差范圍的低端的回路元件的整流器的方程(I)之間的效率比較的圖表。第一曲線400與使用方程(I)來(lái)確定電壓的LLC轉(zhuǎn)換器的效率關(guān)聯(lián)。第二曲線405與使用查找表來(lái)確定電壓的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。如圖4所示，與使用查找表的曲線405相比，代表方程(I)的曲線400遍及基本上所有整個(gè)操作范圍實(shí)現(xiàn)更高效率。
[0033]本文說(shuō)明的實(shí)施例提供一種控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算最佳總線電壓的數(shù)學(xué)方法，該總線電壓為輸出電壓、負(fù)載電流、輸入頻率和LLC回路元件(即諧振電感和諧振電容)的容差的函數(shù)。實(shí)施例能使每個(gè)元件在峰值效率下操作，而不會(huì)降低諸如噪聲計(jì)噪聲的其他性能。此夕卜，實(shí)施例提供一種過(guò)程來(lái)獲得用于補(bǔ)償LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的容差的系數(shù)，而不用測(cè)量回路頻率。
[0034]本書面說(shuō)明使用包含優(yōu)選模式的示例公開了本發(fā)明，另外能使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員將本發(fā)明付諸實(shí)踐，包含制造并使用任何設(shè)備或系統(tǒng)并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可專利的范圍由權(quán)利要求定義，并可以包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員能想到的其他示例。如果該其他示例具有沒(méi)有不同于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的構(gòu)成要素，或者如果其包含與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言具有非實(shí)質(zhì)差異的等價(jià)構(gòu)成要素，那么該其他示例預(yù)期落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0035]本文使用的術(shù)語(yǔ)控制器可以指電子控制器，其可以包含計(jì)算機(jī)處理器或者處理設(shè)備(未示出)。處理器一般是能夠處理信息的任何硬件，所述信息諸如有例如數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)可讀程序代碼、指令等(一般是“計(jì)算機(jī)程序”、例如軟件、固件等)和/或其他適當(dāng)?shù)碾娮有畔ⅰ＠?，處理器可以配置為?zhí)行計(jì)算機(jī)程序或者命令，其可以存儲(chǔ)在板載處理器，或者另外可以存儲(chǔ)在關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(未示出)中。在又一個(gè)示例中，處理器可以具體化為或者另外包含一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等。因此，盡管處理器能夠執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來(lái)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能，但是各種示例的處理器能夠執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能，而不用計(jì)算機(jī)程序的協(xié)助。本文使用的電子或者計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器一般是能夠存儲(chǔ)信息的任何硬件，所述信息諸如臨時(shí)性質(zhì)或者永久性質(zhì)的數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序和/或其他適當(dāng)?shù)男畔?。在一個(gè)示例中，存儲(chǔ)器可以配置為在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)各種信息。存儲(chǔ)器可以包含易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器，可以是固定的或者可移動(dòng)的。適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器的示例包含隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、閃存存儲(chǔ)器、拇指驅(qū)動(dòng)器、可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤、光盤、磁帶或者上述的一些組合。光盤可以包含壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(⑶ROM)、壓縮盤讀寫存儲(chǔ)器(CD-R/W)、數(shù)字視頻盤存儲(chǔ)器(DVD)等。在各種實(shí)例中，存儲(chǔ)器可以被稱為計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其作為能夠存儲(chǔ)信息的非臨時(shí)性設(shè)備，可以區(qū)別于諸如能夠?qū)⑿畔囊粋€(gè)位置攜帶至另一個(gè)的電子暫時(shí)性信號(hào)的計(jì)算機(jī)可讀傳輸介質(zhì)。本文說(shuō)明的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)一般可以指計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)或者計(jì)算機(jī)可讀傳輸介質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種校準(zhǔn)電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器(100)的方法，所述方法包括: 數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓； 在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器； 測(cè)量所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及 比較所測(cè)量的輸出電壓與所計(jì)算的輸入電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，數(shù)學(xué)上計(jì)算輸入電壓包括:根據(jù)Kaus=VmtXNtXM+ ImtXf \y±x來(lái)計(jì)算輸入電壓，其中，Vwt是所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器(100)的輸出電壓，Nt是變壓器(120)的匝數(shù)比，M是乘數(shù)，Itjut是所述LLC轉(zhuǎn)換器的實(shí)時(shí)輸出電流，f是輸入頻率，y是代表跨400V總線的紋波的系數(shù)，X是能夠在測(cè)試期間獲得的校準(zhǔn)因子。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器(100)包含半橋整流器(106)，所述方法還包括對(duì)所述乘數(shù)M使用2的值來(lái)計(jì)算輸入電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器(100)包含全橋整流器(106)，所述方法還包括對(duì)所述乘數(shù)M使用I的值來(lái)計(jì)算輸入電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓低于所計(jì)算的輸入電壓時(shí)，所述方法包括對(duì)X應(yīng)用負(fù)值。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)所測(cè)量的輸出電壓高于所計(jì)算的輸入電壓時(shí)，所述方法還包括對(duì)X應(yīng)用正值。
7.一種電感一電感一電容(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器(100)，包括: 逆變器(102)； 諧振回路(104);以及 控制器(108)，耦合至所述逆變器和所述諧振回路，所述控制器配置為: 數(shù)學(xué)上計(jì)算作為輸出電壓、負(fù)載電流以及所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的組件的容差中的至少一個(gè)的函數(shù)的輸入電壓； 在開環(huán)模式下以標(biāo)稱諧振頻率操作所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器； 測(cè)量所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及 比較所測(cè)量的輸出電壓與所計(jì)算的電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制器(108)還配置為以預(yù)定義的負(fù)載和預(yù)定義的電壓中的至少一個(gè)來(lái)操作。
9.如權(quán)利要求7所述的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，為了數(shù)學(xué)上計(jì)算輸入電壓，所述控制器(108)還配置為根據(jù)= f XX#來(lái)計(jì)算輸入電壓，其中，Vtjut是所述LLC轉(zhuǎn)換器(100)的輸出電壓，Nt是變壓器(120)的匝數(shù)比，M是乘數(shù)，Itjut是所述LLC轉(zhuǎn)換器的實(shí)時(shí)輸出電流，f是輸入頻率，y是代表跨400V總線的紋波的系數(shù)，X是能夠在測(cè)試期間獲得的校準(zhǔn)因子。
10.如權(quán)利要求7所述的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其中，所述諧振回路(104)包括諧振電感(118)和諧振電容(I 16)。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK104052291SQ201410096700
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】R.雷迪, D.D.史密斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司