本發(fā)明涉及電氣工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器及調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

LLC諧振變換器具有高效率和高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于DC-DC變換器場合。LLC諧振變換器可在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)主邊開關(guān)管零電壓開通(ZVS)，副邊開關(guān)管零電流關(guān)斷(ZCS)，其寄生元件，包括半導(dǎo)體器件的結(jié)電容和變壓器的漏磁電感和勵磁電感，都可以用于實(shí)現(xiàn)ZVS，這使得LLC諧振變換器具有很高的工作效率。LLC諧振變換器最主要的損耗磁性元件所帶來的損耗，LLC諧振變換器通常采用的是可變頻率調(diào)制(VF)技術(shù)，即占空比固定為1/2，對稱驅(qū)動上下臂開關(guān)管，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的方法控制輸出電壓，其開關(guān)頻率須小于諧振頻率f_r。

但是當(dāng)輸入電壓在較大范圍內(nèi)變化時，需調(diào)節(jié)開關(guān)頻率偏離諧振點(diǎn)，這將導(dǎo)致LLC諧振變換器性能和效率的降低，并會導(dǎo)致變換器增益敏感，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。而目前的混合控制引入了降低占空比的對稱PWM調(diào)制或非對稱PWM調(diào)制，這將導(dǎo)致效率的降低或需要輸出側(cè)的濾波電感，這些都不利于LLC濾波器的效率和穩(wěn)定性的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器及調(diào)控方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器，包括：逆變模塊、諧振模塊、變壓器以及整流模塊，輸入電壓依次通過逆變模塊、諧振模塊后通過變壓器降壓，并經(jīng)整流模塊輸出穩(wěn)定的直流電壓；其中，所述變壓器的副邊側(cè)設(shè)置有分接頭，用于根據(jù)輸入電壓的大小調(diào)整變壓器的變比。

優(yōu)選地，所述逆變模塊包括：開關(guān)管G1、開關(guān)管G2、開關(guān)管G3、開關(guān)管G4，所述開關(guān)管G1的集電極、開關(guān)管G2的集電極連接至輸入電源的正極，所述開關(guān)管G1的發(fā)射極、開關(guān)管G2的發(fā)射極分別連接至開關(guān)管G3的集電極、開關(guān)管G4的集電極，且所述開關(guān)管G1的發(fā)射極構(gòu)成逆變模塊的第一輸出端，所述開關(guān)管G2的發(fā)射極構(gòu)成逆變模塊的第二輸出端；開關(guān)管G3的發(fā)射極、開關(guān)管G4的發(fā)射極連接至輸入電源的負(fù)極。

優(yōu)選地，所述諧振模塊包括：諧振電容C_r、諧振電感L_r，諧振電容C_r的一端連接至逆變模塊的第一輸出端，諧振電容C_r的另一端通過諧振電感L_r連接至變壓器原邊的一端；變壓器原邊的另一端均連接至逆變模塊的第二輸出端；變壓器的等效勵磁電感Lm在開關(guān)頻率小于諧振頻率時參與部分諧振。

優(yōu)選地，所述整流模塊包括：第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、電容C₀；第一二極管的正極、第三二極管的負(fù)極均連接至變壓器副邊的一端，第一二極管的負(fù)極分別與第二二極管的負(fù)極、電容C₀的一端相連，第二二極管的正極、第四二極管的負(fù)極均連接至變壓器的分接頭的一端，分接頭的另一端能夠與變壓器副邊的第一端口或者第二端口相連；電容C₀的另一端、第四二極管的正極均與第三二極管的正極相連。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器的調(diào)控方法，包括：檢測輸入電壓的大小，并根據(jù)輸入電壓的大小執(zhí)行分別執(zhí)行如下步驟：

工況一：當(dāng)輸入電壓在額定電壓附近時，將變壓器變比設(shè)定為額定變比，采用變頻控制方法，輸入電壓升高時提高開關(guān)頻率，輸入電壓下降時降低開關(guān)頻率，保持輸出電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)主邊開關(guān)管零電壓切換和副邊開關(guān)管零電流切換；

工況二：當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定閾值下限時，通過改變變壓器副邊分接頭提高變壓器變比，同時保持LLC諧振變換器的諧振頻率f_r基本不變；

工況三：當(dāng)改變變壓器的變比時，通過控制開關(guān)頻率調(diào)整諧振變換器增益，則開關(guān)頻率重新穩(wěn)定在諧振頻率附近；

工況四：當(dāng)輸入電壓高于設(shè)定閾值上限時，恢復(fù)額定變壓器變比，按照工況一進(jìn)行控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明中設(shè)計的LLC諧振變換器可以保持開關(guān)頻率變化范圍較小，基本穩(wěn)定在0.8f_r到f_r之間，同時保證在較寬輸入電壓范圍內(nèi)有穩(wěn)定的輸出電壓，提高了LLC諧振變換器的效率和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明中設(shè)計的LLC諧振變換器在傳統(tǒng)全橋逆變、諧振腔、不控全橋整流的拓?fù)渲屑尤刖哂懈边叿纸宇^的變壓器，全頻域內(nèi)使用VF控制(變頻控制)，實(shí)現(xiàn)主邊開關(guān)管的ZVS(零電壓切換)和副邊開關(guān)管的ZCS(零電流切換)，保持較高的變換器效率。

3、本發(fā)明中設(shè)計的LLC諧振變換器不需要進(jìn)行混合控制，占空比對稱均為50％，輸出側(cè)不需要濾波電感，且不存在占空比浪費(fèi)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明提供的基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器的電路圖；

圖2為本發(fā)明提供的LLC諧振變換器的分工況調(diào)控流程示意圖；

圖3為不進(jìn)行變壓器變比調(diào)節(jié)時輸入電壓為150V的電流波形圖；

圖4為進(jìn)行變壓器變比調(diào)節(jié)時輸入電壓為150V的電流波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于變壓器變比可調(diào)的寬輸入LLC諧振變換器的拓?fù)溆扇珮蚰孀儹h(huán)節(jié)、諧振腔、副邊具有分接頭的變壓器以及不控全橋整流環(huán)節(jié)組成。其中：諧振電感L_r為90μH，勵磁電感L_m為270μH，諧振電容C_r為30nF，輸出電容為1000μF，諧振頻率f_r為96.858kHz，輸入電壓范圍為150V到210V，額定輸出電壓為12V，額定變壓器變比為17:1，分接頭變壓器變比為15:1，額定功率為300W，額定輸入電壓為190V，額定開關(guān)頻率為83.5kHz。

工況一：在輸入電壓為額定電壓190V時，開關(guān)頻率為額定開關(guān)頻率83.5kHz；在輸入電壓升高時，需要減小諧振變換器增益，提高開關(guān)頻率，在輸入電壓為210V時，所需開關(guān)頻率為93kHZ,該頻率小于諧振頻率fr；當(dāng)輸入電壓下降時，需要降低開關(guān)頻率以提高諧振變換器增益，當(dāng)輸入電壓為170V時，所需開關(guān)頻率為75.6kHz，該開關(guān)頻率已略小于0.8fr；而輸入電壓為150V時，為保持輸出電壓為12V，此時開關(guān)頻率已過小，將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，圖3給出了此時勵磁電流Im和一次電流波形Ia，從中可以計算出一個開關(guān)周期為0.00001445s，即開關(guān)頻率為69.2kHz。

工況二：為防止開關(guān)頻率過多地偏離諧振頻率，當(dāng)輸入電壓為170V及以下時，改變變壓器副邊分接頭，將變比調(diào)整為15:1，保持諧振頻率基本不變。

工況三：在新的變壓器變比下，進(jìn)行VF控制，當(dāng)輸入電壓為170V時，此時為保證輸出電壓為12V的開關(guān)頻率為84.5kHz，接近額定工作頻率；當(dāng)輸入電壓下降到150V時，調(diào)節(jié)開關(guān)頻率以保持輸出電壓為12V，圖4給出了此時勵磁電流和一次電流波形，圖中可以看出I_m和I_a重合部分，即勵磁電感參與諧振部分所占比例減小，并從中可以計算出一個開關(guān)周期為0.00001326s，開關(guān)頻率為75.4kHz，接近0.8fr，與未調(diào)節(jié)變比相比開關(guān)頻率更接近諧振頻率，系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

工況四：當(dāng)輸入電壓上升到170V及以上時，恢復(fù)變壓器額定變比，按照工況一進(jìn)行工作。

本發(fā)明中變壓器僅采用兩個分接頭，變比接近，可將開關(guān)頻率穩(wěn)定在0.77f_r到0.96f_r之間。設(shè)定閾值為170V，為避免劇烈波動，可進(jìn)行簡單的閾值控制，在輸入電壓小于168V時，改變變壓器變比；在輸入電壓大于172V時，恢復(fù)額定變壓器變比。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。