專(zhuān)利名稱：Llc拓?fù)湫蕛?yōu)化方法、系統(tǒng)及l(fā)lc拓?fù)湎到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源，特別是涉及一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前業(yè)界LLC拓?fù)渲饕獞?yīng)用于PFC(功率因素校正)電路后級(jí)加LLC降壓的場(chǎng)合，對(duì)于電池升壓的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，業(yè)界形成的產(chǎn)品幾乎沒(méi)有。主要是低壓大電流的環(huán)境導(dǎo)致LLC拓?fù)涞母哳l高效的特點(diǎn)發(fā)揮不好。但由于LLC拓?fù)涞年P(guān)斷損耗可控，并且可以用低壓低阻抗的M。SFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)做開(kāi)關(guān)管，優(yōu)化控制可以使得系統(tǒng)的效率也大大優(yōu)于傳統(tǒng)的PwM(脈寬調(diào)制)變換器。應(yīng)用在電池升壓場(chǎng)合的LLC拓?fù)湓趯?shí)際應(yīng)用中存在以下的問(wèn)題，只在額定輸入輸出和額定負(fù)載下實(shí)現(xiàn)了LLC的最小損耗點(diǎn)。而對(duì)于額定點(diǎn)以外的常見(jiàn)電壓范圍的客戶價(jià)值區(qū)，LLC拓?fù)涞南到y(tǒng)損耗受到關(guān)斷損耗的影響很大。特別是在升壓的應(yīng)用場(chǎng)合，由于環(huán)路電流很大，導(dǎo)致關(guān)斷損耗占總損耗的比例相當(dāng)可觀。如何提高LLC應(yīng)用場(chǎng)合的整體效率是此種應(yīng)用下一個(gè)難點(diǎn)。
以下以全橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加逆變器的系統(tǒng)為例解釋LLC拓?fù)湔{(diào)頻工作的原理
全橋LLC電路如圖l所示，諧振網(wǎng)絡(luò)的等效電路模型如圖2所示。
將變壓器的副邊折算到原邊，按照阻抗分壓原理，輸入的增益如下式 式(1)表達(dá)了相同負(fù)載下，工作頻率對(duì)系統(tǒng)增益的調(diào)節(jié)作用，Vp為變壓器原邊電壓。

…………(2)
式(2)中，Re為等效負(fù)載，n為變壓器變比。
………………一(3)[OO11] 式(3)中，h為諧振電感，Cr為諧振電容。
式(4)中，QS為中間變量。
式(5)中，Lm為變壓器原邊激磁電感。
V。一VbuS*(2D—1)………………………………………一(6)[OO17] 式(6)中，V。為逆變器的輸出電壓D為開(kāi)關(guān)管的占空比
由LLC拓?fù)涞幕竟ぷ髟砜芍?，?dāng)系統(tǒng)工作在諧振頻率點(diǎn)即f = fr時(shí)，開(kāi)關(guān)管 的關(guān)斷電流接近零開(kāi)關(guān)損耗和系統(tǒng)的環(huán)流最小，這種情況下得到最佳的工作效率?？蛇M(jìn)一 步說(shuō)明如下對(duì)于LLC拓?fù)涞墓ぷ髂Ｊ剑梢苑譃橄旅嫒N典型的工作區(qū)間1、工作頻率f >諧振頻率fr，工作波形如圖3所示，相同負(fù)載下工作頻率越高，關(guān) 斷損耗越大；2、工作頻率f=諧振頻率fr，工作波形如圖4所示，此時(shí)由于關(guān)斷電流接近零，開(kāi) 關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗也接近零；3、工作頻率f <諧振頻率fr，工作波形如圖5所示，相同負(fù)載下工作頻率越低，諧 振腔的環(huán)流造成的損耗越大。從工作波形可以看出，當(dāng)系統(tǒng)工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)，關(guān)斷損耗和系統(tǒng)環(huán)流最小，擁 有最佳的工作性能。由于系統(tǒng)輸入輸出的比例關(guān)系滿足下面的關(guān)系式 可知，當(dāng)
時(shí)，f = fr，此時(shí)系統(tǒng)的損耗最小。
Vin按照傳統(tǒng)的控制方案，輸出母線定標(biāo)Vbus是保持不變的，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，系 統(tǒng)的工作頻率相應(yīng)的發(fā)生變化。這導(dǎo)致系統(tǒng)工作頻率遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)，增加的開(kāi)關(guān)損耗和 諧振腔環(huán)流造成的損耗，成為提高系統(tǒng)效率的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法和 系統(tǒng)，其擴(kuò)大LLC拓?fù)湓谥C振頻率點(diǎn)的工作范圍，提高系統(tǒng)的工作效率。本發(fā)明的另一目的提供一種效率優(yōu)化的LLC拓?fù)湎到y(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟1)檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷海?)根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算出給定的輸出母線電壓如下Vbus = n*Vin，其中 Vbus為輸出母線電壓，Vin為輸入電壓，η為變壓器副邊對(duì)原邊的變比；3)將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出母線電壓。優(yōu)選地，所述輸入電壓為電池電壓。優(yōu)選地，所述步驟3)之前還包括對(duì)LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷哼M(jìn)行檢測(cè)，所述步驟3)包 括根據(jù)輸出電壓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷海惠敵鲭妷航o定模塊，用于根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算給定的輸出母線電壓如下 Vbus = n*Vin，其中Vbus為輸出母線電壓，Vin為輸入電壓，η為變壓器副邊對(duì)原邊的變比；
輸出電壓調(diào)整模塊，用于將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出母線電壓。優(yōu)選地，所述輸入電壓為電池電壓。優(yōu)選地，還包括輸出電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷翰⒎答佒了?輸出電壓調(diào)整模塊。所述LLC拓?fù)淇梢詾榘霕?、全橋或不?duì)稱半橋拓?fù)?。一種LLC拓?fù)湎到y(tǒng)，包括LLC拓?fù)渲麟娐泛退龅腖LC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述LLC拓?fù)渲麟娐返妮敵瞿妇€后級(jí)帶逆變器。本發(fā)明有益的技術(shù)效果是根據(jù)本發(fā)明，在變壓器變比η確定的情況下，將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷?通常為母線 電壓)的給定約定為輸入電壓的函數(shù)，——使LLC拓?fù)涞妮斎胼敵鲭妷罕３忠欢ǖ暮瘮?shù)關(guān) 系Vbus = n*Vin，最主要的表現(xiàn)是，這樣處理后，就可以保證在輸入電壓變化時(shí)，母線電壓 跟隨輸入電壓按照該函數(shù)關(guān)系而變化，從而系統(tǒng)的工作頻率f = fr，即維持在諧振頻率點(diǎn) 附近，此時(shí)系統(tǒng)的損耗最小，效率最高。與傳統(tǒng)的母線電壓恒定的控制方案相比，本發(fā)明擴(kuò)大了 LLC拓?fù)湎到y(tǒng)在諧振頻率 點(diǎn)的工作范圍，有效擴(kuò)展了 LLC應(yīng)用的最佳效率工作區(qū)，大大提高了 LLC拓?fù)涞南到y(tǒng)工作效率。


圖1展示了全橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加逆變器的電路；圖2為圖1的諧振網(wǎng)絡(luò)的等效電路模型；圖3-圖5為L(zhǎng)LC拓?fù)涔ぷ髟诓煌l率下開(kāi)關(guān)管的電流電壓波形。圖6為本發(fā)明LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法一種實(shí)施例的流程圖；圖7為本發(fā)明LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為全橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加全橋逆變器的示例圖；圖9為半橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加半橋逆變器的示例圖。本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖6，本發(fā)明一種實(shí)施例的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法包括以下步驟步驟1 檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎攵穗姵氐碾妷?；步驟2 計(jì)算出給定的輸出電壓如下Vbus = n*Vin，其中Vbus為輸出電壓，Vin為 輸入電壓，η為變壓器副邊對(duì)原邊的變比，優(yōu)選進(jìn)一步計(jì)算出給定的輸出電壓為K*n*Vin， 其中K為根據(jù)寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)增益的影響而確定的調(diào)整系數(shù)；步驟3 將LLC拓?fù)涞妮敵龆四妇€電壓調(diào)整到給定的輸出電壓。優(yōu)選地，在步驟3之前還包括步驟1'對(duì)LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷哼M(jìn)行檢測(cè)；所述步 驟3)包括根據(jù)輸出電壓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。這使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生波動(dòng)的情況下 仍然能達(dá)到或近似于給定的輸出電壓。請(qǐng)參考圖7，本發(fā)明的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)包括輸入電壓檢測(cè)模塊、輸出電壓給 定模塊和輸出電壓調(diào)整模塊。其中，輸入電壓檢測(cè)模塊用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷?；輸?br> 5電壓給定模塊用于根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算給定的輸出電壓如下Vbus = n*Vin，其中 Vbus為輸出電壓，Vin為輸入電壓，η為變壓器副邊對(duì)原邊的變比；輸出電壓調(diào)整模塊用于 將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出電壓。在一種實(shí)施例中，系統(tǒng)包括了同時(shí)檢測(cè)母線電壓、電池電壓的電路，即除了輸入電 壓檢測(cè)模塊之外，還包括輸出電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷杭茨妇€電壓并 反饋至輸出電壓調(diào)整模塊。在各種實(shí)施例中，可采用已知的各種電池電壓、母線電壓采樣方式，可采用已知的 各種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的反饋環(huán)路，也可采用包括軟件或硬件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線電壓 的計(jì)算定標(biāo)。同時(shí)，本發(fā)明所適用的LLC拓?fù)浒ǖ幌抻诎霕颉⑷珮蛞约安粚?duì)稱半橋拓?fù)?。在另一方面，本發(fā)明還提供一種LLC拓?fù)湎到y(tǒng)，包括LLC拓?fù)渲麟娐泛颓笆龅腖LC 拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)。優(yōu)選地，LLC拓?fù)渲麟娐返妮敵瞿妇€后級(jí)帶逆變器。如圖8所示，一種實(shí)例的LLC 拓?fù)湎到y(tǒng)采用全橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加全橋逆變器。如圖9所示，另一種實(shí)例的LLC拓?fù)湎到y(tǒng) 采用半橋LLC拓?fù)浜蠹?jí)加半橋逆變器。根據(jù)本發(fā)明的效率優(yōu)化方案，雖然由于LLC拓?fù)漭敵瞿妇€電壓的調(diào)整還受到輸出 電壓范圍、器件應(yīng)力、變換效率等條件的約束，不能保證系統(tǒng)在任何工況下都工作在諧振頻 率點(diǎn)，但是，與傳統(tǒng)的母線電壓恒定的控制方法相比，本發(fā)明使得電路在額定工況以外的工 況實(shí)現(xiàn)了諧振頻率點(diǎn)下工作，大大地?cái)U(kuò)展了 LLC應(yīng)用的最佳效率工作區(qū)，提高了系統(tǒng)整體 的工作效率。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟1)檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷海?)根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算出給定的輸出母線電壓如下Vbus＝n*Vin，其中Vbus為輸出母線電壓，Vin為輸入電壓，n為變壓器副邊對(duì)原邊的變比；3)將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出母線電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法，其特征在于，所述輸入電壓為電池電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2)中，進(jìn)一 步計(jì)算出給定的輸出電壓為K*n*Vin，其中K為根據(jù)寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)增益的影響而確定的 調(diào)整系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3)之前還 包括對(duì)LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷哼M(jìn)行檢測(cè)，所述步驟3)包括根據(jù)輸出電壓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)iF. ο
5.一種LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括 輸入電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷?；輸出電壓給定模塊，用于根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算給定的輸出母線電壓如下=Vbus =n*Vin，其中Vbus為輸出母線電壓，Vin為輸入電壓，η為變壓器副邊對(duì)原邊的變比； 輸出電壓調(diào)整模塊，用于將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出母線電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電壓為電池電壓。
7.如權(quán)利要求5所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括輸出電壓檢測(cè)模 塊，用于檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮敵瞿妇€電壓并反饋至所述輸出電壓調(diào)整模塊。
8.如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述LLC拓?fù)?為半橋、全橋或不對(duì)稱半橋拓?fù)洹?br> 9.一種LLC拓?fù)湎到y(tǒng)，其特征在于，包括LLC拓?fù)渲麟娐泛透鶕?jù)權(quán)利要求4所述的LLC 拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的LLC拓?fù)湎到y(tǒng)，其特征在于，所述LLC拓?fù)渲麟娐返妮敵瞿妇€ 后級(jí)帶逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種LLC拓?fù)涞男蕛?yōu)化方法，包括以下步驟1)檢測(cè)LLC拓?fù)涞妮斎腚妷海?)根據(jù)檢測(cè)到的輸入電壓計(jì)算出給定的輸出母線電壓如下Vbus＝n＊Vin，其中Vbus為L(zhǎng)LC拓?fù)漭敵瞿妇€電壓，Vin為輸入電壓，n為變壓器副邊對(duì)原邊的變比；3)將LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷赫{(diào)整到給定的輸出母線電壓。還公開(kāi)了一種相應(yīng)的LLC拓?fù)湫蕛?yōu)化系統(tǒng)以及LLC拓?fù)湎到y(tǒng)。本發(fā)明將LLC拓?fù)涞墓ぷ黝l率維持在諧振頻率點(diǎn)附近，擴(kuò)大了系統(tǒng)在諧振頻率點(diǎn)的工作范圍，提高了系統(tǒng)的整體工作效率。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101931329SQ200910151610
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者劉芳, 衛(wèi)中俊 申請(qǐng)人:力博特公司