本發(fā)明涉及一種電源裝置，尤其涉及一種可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著市場(chǎng)對(duì)電源模塊的需求越來越廣泛，電源輸出電壓環(huán)路的快速響應(yīng)、高穩(wěn)定度、負(fù)載高動(dòng)態(tài)響應(yīng)在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域體現(xiàn)的尤為突出。目前缺少一種能自主可控的、負(fù)載高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高穩(wěn)定的直流濺射電源裝置。為保證電源本身的負(fù)載高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、提高項(xiàng)目電源的穩(wěn)定度、提高電源產(chǎn)品的水平、促進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展，需要針對(duì)目前功率變換技術(shù)llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

2、考慮到本發(fā)明研究的大功率llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電源輸出功率較大，輸出電壓范圍較寬，且效率要求高，本發(fā)明設(shè)計(jì)的電路方案主要針對(duì)現(xiàn)有l(wèi)lc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3、現(xiàn)有技術(shù)的llc拓?fù)潆娐泛?jiǎn)介：

4、一個(gè)完整的全橋llc諧振變換器的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，將變換器的主電路模塊化后，可以將其劃分為：逆變網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)和整流濾波網(wǎng)絡(luò)。

5、圖1中，q1～q4為主功率開關(guān)管，d1～d4、c1～c4分別為它們的體二極管及其漏源極之間的寄生電容。tr為主功率變壓器。dr1和dr2為輸出整流二極管，cf為輸出濾波電容，rld為負(fù)載電阻。諧振電感l(wèi)r(包括變壓器的原邊漏感)、勵(lì)磁電感l(wèi)m和諧振電容cr組成llc諧振變換器的諧振網(wǎng)絡(luò)。其中，勵(lì)磁電感l(wèi)m集成在變壓器里；諧振電容cr串聯(lián)在原邊回路中，同時(shí)起到隔直電容的作用。

6、llc工作原理簡(jiǎn)介，如圖2所示：

7、根據(jù)開關(guān)頻率fs與諧振頻率fr的大小關(guān)系，llc諧振變換器存在以下三種工作模式：

8、工作模式1：fs<fr，此時(shí)變換器的主要工作波形如圖2(a)所示。該模式下，當(dāng)諧振電感電流ilr諧振到與勵(lì)磁電感電流ilm相等時(shí)，如圖中[t2～t4]所示，此時(shí)勵(lì)磁電感l(wèi)m參與諧振，整流二極管電流斷續(xù)，因此整流二極管可以實(shí)現(xiàn)zcs關(guān)斷。

9、工作模式2：fs＝fr，主要工作波形如圖2(b)所示。勵(lì)磁電感l(wèi)m不再參與諧振，其兩端電壓一直被輸出電壓箝位在nvo。整流二極管電流臨界連續(xù)，因此同樣能夠?qū)崿F(xiàn)zcs關(guān)斷。

10、工作模式3：fs>fr，工作波形如圖2(c)所示。該模式下勵(lì)磁電感l(wèi)m不參與諧振，其兩端電壓一直被箝位在nvo。整流二極管電流連續(xù)，工作在硬關(guān)斷模式下，因此存在反向恢復(fù)問題。

11、缺點(diǎn)：

12、當(dāng)負(fù)載在由0-25％-50％-75％-100％動(dòng)態(tài)波動(dòng)時(shí)，cpu要對(duì)等效負(fù)載映射到原邊的等效負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出相應(yīng)的開關(guān)頻率，cpu既要采樣輸出電壓和輸出電流，然后通過pid算法進(jìn)行運(yùn)算，消耗了很長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)這樣造成了輸出電壓的波動(dòng)，不能及時(shí)響應(yīng)負(fù)載的拉電流需求，尤其是在機(jī)械臂供電的特殊場(chǎng)合，對(duì)輸出負(fù)載調(diào)整率提出了很高的要求，尤其是大動(dòng)態(tài)負(fù)載的波動(dòng)，輸出電壓不能有很大的波動(dòng)。

13、現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：

14、現(xiàn)有l(wèi)lc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：lr是固定不變的，cr也是固定不變的，當(dāng)負(fù)載0～25％～50％～75％～100％動(dòng)態(tài)波動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有l(wèi)lc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的cpu通過pid算法來尋找合適的諧振頻率，在計(jì)算過程中消耗大量的cpu計(jì)算資源，導(dǎo)致輸出電壓環(huán)路的波動(dòng)，不穩(wěn)定。

15、現(xiàn)有的llc的pid算法的缺點(diǎn)是：

16、當(dāng)負(fù)載在很大情況下的波動(dòng)，隨著電源模塊輸出電壓的不斷降低，通過pid算法對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整后，即對(duì)副邊反射到原邊的等效阻抗lm、諧振電感l(wèi)r1和諧振電容的諧振頻率進(jìn)行計(jì)算，然后再通過調(diào)整pwm的頻率來達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定，輸出電壓由100％跌落大約5％，然后再調(diào)整回來，致使輸出電壓在輸出電壓100％-95％之間波動(dòng)，這樣無法快速的負(fù)載拉電流的需求，因而傳統(tǒng)的llc的pid算法方式已經(jīng)無法滿足半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械臂對(duì)對(duì)輸出電壓環(huán)路高穩(wěn)定響應(yīng)的要求。

17、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供了一種可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置，包括逆變網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流濾波網(wǎng)絡(luò)；

4、所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感組件和諧振電容，所述諧振電感組件包括多個(gè)并聯(lián)的諧振電感。

5、上述的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置配置諧振電感的方法，包括：

6、當(dāng)cpu檢測(cè)到負(fù)載電流是空載時(shí)，即負(fù)載為0，通過硬件計(jì)算好諧振電感l(wèi)r1的電感量；通過cpu直接接通控制開關(guān)s1，這時(shí)諧振電路處于諧振狀態(tài)；

7、當(dāng)cpu檢測(cè)到負(fù)載電流是25％時(shí)，通過硬件計(jì)算好諧振電感l(wèi)r1+lr2的電感量；通過cpu直接接通控制開關(guān)s1、s2，這時(shí)諧振電路處于諧振狀態(tài)；

8、當(dāng)cpu檢測(cè)到負(fù)載電流是50％時(shí)，通過硬件計(jì)算好諧振電感l(wèi)r1+lr2+lr3的電感量；通過cpu直接接通控制開關(guān)s1、s2、s3，這時(shí)諧振電路處于諧振狀態(tài)；

9、當(dāng)cpu檢測(cè)到負(fù)載電流是75％時(shí)，通過硬件計(jì)算好諧振電感l(wèi)r1+lr2+lr3+lr4的電感量；通過cpu直接接通控制開關(guān)s1、s2、s3、s4，這時(shí)諧振電路處于諧振狀態(tài)；

10、當(dāng)cpu檢測(cè)到負(fù)載電流是100％時(shí)，通過硬件計(jì)算好諧振電感l(wèi)r1+lr2+lr3+lr4+lr5的電感量；通過cpu直接接通控制開關(guān)s1、s2、s3、s4、s5，這時(shí)諧振電路處于諧振狀態(tài)。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置和方法，使諧振腔通過硬件的方式快速的達(dá)到諧振(即諧振頻率等于工作頻率)，使llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速的工作在諧振狀態(tài)下，有效降低了通過軟件算法來尋找諧振頻率點(diǎn)，大大提高了llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作效率。

技術(shù)特征：

1.一種可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置，其特征在于，包括逆變網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流濾波網(wǎng)絡(luò)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置，其特征在于，所述諧振電感組件包括5個(gè)并聯(lián)的諧振電感，分別為lr1、lr2、lr3、lr4、lr5；每個(gè)諧振電感對(duì)應(yīng)設(shè)有單獨(dú)的控制開關(guān)，分別為s1、s2、s3、s4、s5；每個(gè)控制開關(guān)均與cpu連接，多個(gè)控制開關(guān)至少一個(gè)連通。

3.一種權(quán)利要求1或2所述的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置配置諧振電感的方法，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可配置諧振電感的llc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置配置諧振電感的方法，其特征在于，當(dāng)負(fù)載在上述負(fù)載狀態(tài)任意跳動(dòng)時(shí)，cpu檢測(cè)到相應(yīng)的負(fù)載狀態(tài)，就會(huì)切換到相應(yīng)的負(fù)載狀態(tài)，這樣能保持諧振電路一直工作在諧振狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可配置諧振電感的LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源裝置和方法，包括逆變網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流濾波網(wǎng)絡(luò)；諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感組件和諧振電容，所振電感組件包括5個(gè)并聯(lián)的諧振電感Lr1、Lr2、Lr3、Lr4、Lr5；每個(gè)諧振電感對(duì)應(yīng)設(shè)有單獨(dú)的控制開關(guān)，由CPU控制。使諧振腔通過硬件的方式快速的達(dá)到諧振(即諧振頻率等于工作頻率)，使LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速的工作在諧振狀態(tài)下，有效降低了通過軟件算法來尋找諧振頻率點(diǎn)，大大提高了LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作效率。降低了由于PID算法計(jì)算電壓環(huán)和電流環(huán)帶來的延遲，提升了電源輸出電壓的穩(wěn)定度。

技術(shù)研發(fā)人員：高濤,沈雪銀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大華無線電儀器有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6