本發(fā)明涉及LLC諧振變換器領(lǐng)域，具體涉及一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法及單元。

背景技術(shù)：

LLC諧振變換器具有在可調(diào)頻率范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的優(yōu)勢，LLC變換器具有較高的變換效率，但是LLC同時(shí)存在以下幾個(gè)問題：

1、LLC的輸出電壓對開關(guān)頻率的增益與負(fù)載有關(guān)，當(dāng)空載或者輕載時(shí)增益曲線下降緩慢。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖連續(xù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)較寬范圍的電壓變換。

2、當(dāng)空載啟動(dòng)時(shí)輸出過沖會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致輸出母線電容過壓。

LLC電壓環(huán)的比例積分控制器輸出可比例的換算成為開關(guān)頻率，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，當(dāng)空載或輕載時(shí)只有提高開關(guān)頻率來減小電壓增益。但是由于開關(guān)管特性參數(shù)和諧振元器件特性限制，開關(guān)頻率不能無限制提高。

現(xiàn)有的技術(shù)方案是當(dāng)電壓環(huán)控制器的輸出頻率高于正常工作頻率，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖，小于正常工作頻率則開通驅(qū)動(dòng)脈沖。這樣會(huì)存在關(guān)閉較長時(shí)間的脈沖再打開較長時(shí)間的脈沖，不能實(shí)現(xiàn)脈沖的均勻輸出，從而造成輸出電壓不穩(wěn)定，輸出紋波大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出了一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法及單元，實(shí)現(xiàn)了寬電壓范圍輸出，同時(shí)空載輸出有較好的穩(wěn)壓效果與較小的紋波，解決了空載啟動(dòng)沖擊電壓過大的問題。

本發(fā)明提出的一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法，LLC的電壓環(huán)控制器采用調(diào)頻控制方法，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)；當(dāng)電壓環(huán)控制器輸出值換算出的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率高于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，采用驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖開通與關(guān)斷的個(gè)數(shù)進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法為：

保持驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為預(yù)設(shè)頻率不變，根據(jù)電壓環(huán)控制器的輸出計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，并在當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)關(guān)閉對應(yīng)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，具體為：

其中，N_off為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)；f_out為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)電壓環(huán)控制器的輸出轉(zhuǎn)換成的開關(guān)頻率值；f_j為諧振腔工作的最高頻率；N_p為當(dāng)前脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)周期值；k_x為增益調(diào)節(jié)因子。

優(yōu)選的，k_x值根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)，具體為：

輸出電流大于60％額定電流時(shí)，k_x＝8；輸出電流大于40％且小于等于60％額定電流時(shí)，k_x＝16；輸出電流大于20％且小于等于40％額定電流時(shí)，k_x＝32；輸出電流大于10％且小于等于20％額定電流時(shí)，k_x＝64；輸出電流小于等于10％時(shí)，k_x＝128。

優(yōu)選的，所述的預(yù)設(shè)頻率為LLC諧振電路的最大工作頻率。

本發(fā)明提出的一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制單元，該單元用于控制LLC諧振變換器的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率，包括調(diào)頻控制模塊；所述調(diào)頻控制模塊，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)；還包括脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制模塊，所述脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制模塊，配置為當(dāng)電壓環(huán)控制器輸出值換算出的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率高于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法為：

保持驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為預(yù)設(shè)頻率不變，根據(jù)電壓環(huán)控制器的輸出計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，并在當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)關(guān)閉對應(yīng)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，具體為：

其中，N_off為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的脈沖個(gè)數(shù)；f_out為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)電壓環(huán)控制器的輸出轉(zhuǎn)換成的開關(guān)頻率值；f_j為諧振腔工作的最高頻率；N_p為當(dāng)前脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)周期值；k_x為增益調(diào)節(jié)因子。

優(yōu)選的，k_x值根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)，具體為：

優(yōu)選的，所述的預(yù)設(shè)頻率為LLC諧振電路的最大工作頻率。

輸出電流大于60％額定電流時(shí)，k_x＝8；輸出電流大于40％且小于等于60％額定電流時(shí)，k_x＝16；輸出電流大于20％且小于等于40％額定電流時(shí)，k_x＝32；輸出電流大于10％且小于等于20％額定電流時(shí)，k_x＝64；輸出電流小于等于10％時(shí)，k_x＝128。

本發(fā)明中，當(dāng)電壓環(huán)控制器輸出的開關(guān)頻率高于LLC的設(shè)計(jì)工作頻率時(shí)，采用脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法來代替調(diào)頻控制方法，有效實(shí)現(xiàn)了基于LLC的諧振變換器寬電壓范圍輸出，并且有效降低了空載或輕載時(shí)的電壓紋波；避免了現(xiàn)有技術(shù)方案中采用簡單開通、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖帶來的電壓震蕩；在LLC輸出較低電壓且恒流輸出時(shí)有更好的穩(wěn)流效果；有效降低了空載啟動(dòng)時(shí)的電壓超調(diào)量。

附圖說明

圖1是本實(shí)施例的LLC半橋變換器示意圖；

圖2是圖1中LLC半橋變換器的電壓增益曲線圖；

圖3是本實(shí)施例中采用的脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明是在MCU微控制器里面進(jìn)行計(jì)算并控制PWM模塊。

本發(fā)明提出的一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法，LLC的電壓環(huán)控制器采用調(diào)頻控制方法，即通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)；當(dāng)電壓環(huán)控制器輸出值換算出的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率高于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，采用驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法，即通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖開通與關(guān)斷的個(gè)數(shù)進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中的LLC半橋變換器如圖1所示，若不采取輸出電壓控制措施，其電壓增益曲線如圖2所示。圖1中，V_in為輸入電壓，V_O為輸出電壓，Q₁、Q₂為MOSFET開關(guān)管，L_r為電感，C為電容，L_m為變壓器原邊的勵(lì)磁電感，R_O為負(fù)載電阻。

本實(shí)施例中，所述的預(yù)設(shè)頻率為LLC諧振電路的最大工作頻率。

本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法為：

保持驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為預(yù)設(shè)頻率不變，根據(jù)電壓環(huán)控制器的輸出計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，并在當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)關(guān)閉對應(yīng)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，所述計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，如公式(1)所示，具體為：

其中，N_off為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)；f_out為當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)電壓環(huán)控制器的輸出轉(zhuǎn)換成的開關(guān)頻率值；f_j為諧振腔工作的最高頻率；N_p為當(dāng)前脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)周期值；k_x為增益調(diào)節(jié)因子。如圖3所示，當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期值N_p＝8，計(jì)算出的當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)N_off＝5。

本實(shí)施例中，k_x值根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)，具體為：

輸出電流大于60％額定電流時(shí)，k_x＝8；輸出電流大于40％且小于等于60％額定電流時(shí)，k_x＝16；輸出電流大于20％且小于等于40％額定電流時(shí)，k_x＝32；輸出電流大于10％且小于等于20％額定電流時(shí)，k_x＝64；輸出電流小于等于10％時(shí)，k_x＝128。

本發(fā)明提出的一種LLC諧振變換器驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制單元，該單元用于控制LLC諧振變換器的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率，包括調(diào)頻控制模塊；所述調(diào)頻控制模塊，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)；還包括脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制模塊，所述脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制模塊，配置為當(dāng)電壓環(huán)控制器輸出值換算出的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率高于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，所述的預(yù)設(shè)頻率為LLC諧振電路的最大工作頻率。

本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方法為：

保持驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為預(yù)設(shè)頻率不變，根據(jù)電壓環(huán)控制器的輸出計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，并在當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)關(guān)閉對應(yīng)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，所述計(jì)算當(dāng)前脈沖計(jì)數(shù)周期內(nèi)要關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)，如公式(1)所示。

本實(shí)施例中，k_x值根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)，具體為：

輸出電流大于60％額定電流時(shí)，k_x＝8；輸出電流大于40％且小于等于60％額定電流時(shí)，k_x＝16；輸出電流大于20％且小于等于40％額定電流時(shí)，k_x＝32；輸出電流大于10％且小于等于20％額定電流時(shí)，k_x＝64；輸出電流小于等于10％時(shí)，k_x＝128。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的方法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明電子硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以電子硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。