一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法

摘要

本公开属于电力电子DC‑DC变换领域，公开一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法，包括：实时测量LLC谐振变换器谐振电感Lr电压V

说明书

技术领域

本公开属于电力电子DC-DC变换领域，具体涉及一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法。

背景技术

LLC谐振变换器作为一种常用的DC-DC变换器，具有高转换效率，输入输出电压范围宽，输入输出电气隔离的特征，已经广泛应用于数据中心电源系统、电动汽车充电、可再生能源隔离并网、分布式电源系统和LED照明电源等领域。但是，由于LLC谐振变换器的二次侧整流部分使用二极管有较大导通电阻，导致变换器转换效率降低。如果使用MOS(MetalOxideSemiconductor)管替代二极管则，使用同步整流的方法，可以大幅降低导通电阻，从而提高变换器的电能转换效率。

目前对于LLC谐振变换器同步整流方法已经开展了一定研究，现有的同步整流方法根据实现原理分成简单近似法，整流电流驱动法、整流MOS导通电压测量法、调制状态测量法。虽然实现了同步整流功能，但是仍存在整流电流检测电路结构复杂与体积较大，测量电压容易受到干扰误触发，调制状态判断不准确导致开关时间有提前或者延迟以及不能在全负载范围内实现同步整流的问题。因此，需要提出新的LLC谐振变换器同步整流方法，对以上问题进行优化研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法，解决了常用基于电流同步整流带来的体积庞大和成本高的问题，也避免了传统基于整流MOS导通电压测量法抗干扰差的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法，包括以下步骤：

步骤1、实时测量LLC谐振变换器谐振电感Lr电压V

步骤2、根据系统控制器发出PWM波控制开关管Q1\Q4和Q2\Q3的控制信号V

步骤3、根据电路工作模态测量P态持续时间TSTA_P和N态持续时间TSTA_N；

步骤4、使用判断的LLC谐振变换器工作模态和测量的P态持续时间TSTA_P和N态持续时间TSTA_N，在系统输出电压稳定，以及模态持续时间稳定的条件下，输出同步整流信号V

优选的，所述LLC谐振变换器包括：输入电压源V

优选的，判断所述LLC谐振变换器工作模态，测量工作频率fs和已知的LLC谐振变换器电路的谐振频率fr比较，当f

测量电感Lr电压V

λ|v

则系统处于P态，否则系统处于O态，其中λ＝Lm/Lr，n代表变压器主边与副边的变比；

在控制信号V

持续判断λ|v

系统进入P态后，通过测量谐振电感L

如果计算的值|V

如果系统转换成O态，此时如果系统状态发生变化，则会转换为N态。通过测量谐振电感L

如果系统转换成N态，本状态将保持到上半周期结束，结束时刻为控制信号V

从V

优选的，判断所述LLC谐振变换器工作模态，测量工作频率fs和已知的LLC谐振变换器电路的谐振频率fr比较，当f

从V

控制器实时测量谐振电感Lr电压V

λ|v

则系统处于N态，否则系统处于O态；

在控制信号V

持续判断λ|v

系统进入N态后，通过测量谐振电感L

如果计算的值|V

如果系统转换成O态，此时如果系统状态发生变化，则会转换P态。通过测量谐振电感L

如果系统转换成P态，本状态将保持到上半周期结束，结束时刻为控制信号V

从V

优选的，所述输出同步整流信号V

判断当前LLC系统输出电压Vo、P态的时间长度TSTA_P和N态的时间长度TSTA_N稳定性；

当稳定性测量值不稳定，关闭同步MOS管：V

当稳定性测量值稳定，系统进入P态时刻：V

当系统进入N态时刻：V

当系统处于O态时刻：V

本公开的有益效果：

本公开提供了一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法，解决了常用基于电流同步整流带来的体积庞大和成本高的问题，也避免了传统基于整流MOS导通电压测量法抗干扰差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开方法基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法流程图；

图2是本公开基于LLC拓扑的DC-DC变换电源系统示意图；

图3是本公开系统运行波形图；

图4是本公开模态切换原理示意图；

图5是本公开系统运行状态判断流程图；

图6是本公开系统同步整流控制信号输出流程图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，一种基于谐振电感电压的LLC谐振变换器同步整流方法，包括以下步骤：

步骤1、实时测量LLC谐振变换器谐振电感Lr电压V

步骤2、根据系统控制器发出PWM波控制开关管Q1\Q4和Q2\Q3的控制信号V

步骤3、根据电路工作模态测量P态持续时间TSTA_P和N态持续时间TSTA_N；

步骤4、使用判断的LLC谐振变换器工作模态和测量的P态持续时间TSTA_P和N态持续时间TSTA_N，在系统输出电压稳定，以及模态持续时间稳定的条件下，输出同步整流信号V

LLC谐振变换器如图1所示，LLC谐振变换器包括:输入电压源V

系统工作模态如图3和图4所示，在t0～t1时，系统处于N态。谐振电感Lr中流过的电流Ir变小，励磁电感Lm中流过的电流Im变小，此时λ|V

在t1～t2时，系统处于O态。在t1时刻，此时Ir值变化到和Im相等，谐振电感Lr和励磁电感Lm共同与Cr谐振，Ir＝Im，此时谐振电感Lr和励磁电感Lm的电压根据分压原理λV

在t2～t3时，系统处于P态。谐振电感Lr中流过的电流Ir变大，励磁电感Lm中流过的电流Im变大，此时λ|V

控制器发出PWM波控制开关管Q1\Q4和Q2\Q3将直流电源输入变换成交流，谐振电感Lr和电容Cr协助实现软开关。交流电源通过变压器耦合，控制器控制同步整流开关管S1和S2，实现交流电源变换成直流电源。

具体产生同步整流信号的方法分成如下三步：

第一步，测量系统的工作频率f

测量电感Lr电压V

λ|v

则系统处于P态，否则系统处于O态，其中λ＝Lm/Lr，n代表变压器主边与副边的变比；

在控制信号V

持续判断λ|v

系统进入P态后，通过测量谐振电感L

如果计算的值|V

如果系统转换成O态，此时如果系统状态发生变化，则会转换为N态。通过测量谐振电感L

如果系统转换成N态，本状态将保持到上半周期结束，结束时刻为控制信号V

从V

判断所述LLC谐振变换器工作模态，测量工作频率fs和已知的LLC谐振变换器电路的谐振频率fr比较，当f

从V

控制器实时测量谐振电感Lr电压V

λ|v

则系统处于N态，否则系统处于O态；

在控制信号V

持续判断λ|v

系统进入N态后，通过测量谐振电感L

如果计算的值|V

如果系统转换成O态，此时如果系统状态发生变化，则会转换P态。通过测量谐振电感L

如果系统转换成P态，本状态将保持到上半周期结束，结束时刻为控制信号V

从V

第二步，通过第一步，则可以判断出LLC在任意时刻系统所处的状态。测量处于P态的时间长度TSTA_P，处于N态的时间长度TSTA_N。

第三步，SR同步整流控制信号输出环节，所述输出同步整流信号V

判断当前LLC系统输出电压Vo、P态的时间长度TSTA_P和N态的时间长度TSTA_N稳定性；

当稳定性测量值不稳定，关闭同步MOS管：V

当稳定性测量值稳定，系统进入P态时刻：V

当系统进入N态时刻：V

当系统处于O态时刻：V

通过以上三步完成同步整流信号的输出和同步整流功能实现。

同步整流方法通过测量谐振电感电压的数值，判断LLC谐振变换器当前所处的谐振状态。采用时域分析算法计算谐振电感电压变化值，变化方向，变化时机，得出当前电路所处模态，并输出同步整流MOS管控制信号，建立了同步整流方法，实现了LLC谐振变换器的同步整流功能。所提方法可以准确，快速打开同步整流MOS管，提高了LLC谐振整流电路的转换效率。所提方法原理简明，抗干扰性好，解决了常用基于电流同步整流带来的体积庞大和成本高的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。