基于llc拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)及控制方法，包括LLC諧振變換器和控制電路，LLC諧振變換器包括由MOSFET全橋變換電路組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入端與電源輸入端相連，輸出端與諧振網(wǎng)路的輸入端相連，諧振網(wǎng)路的輸出端與變壓器的漏感相連，變壓器的副邊線圈與整流濾波網(wǎng)絡(luò)相連；控制電路包括控制單元，控制單元根據(jù)接收的LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的信號控制MOSFET全橋變換電路的MOS管的開關(guān)，使LLC諧振變換器能在全電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，副邊整流二極管的零電流關(guān)斷。本發(fā)明輸出電壓寬，不受充電對象輸入電壓范圍的限制，可以為各種新能源電動汽車充電。
【專利說明】基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全橋LLC諧振變換電路，尤其涉及一種基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵?電壓范圍充電機(jī)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為解決汽車尾氣帶來的環(huán)境污染問題，必須加快推進(jìn)新能源電動汽車的產(chǎn)業(yè)化及 充電站的設(shè)施建設(shè)，充電粧的建設(shè)必須滿足體積小、功率密度大、效率高等要求，以縮短電 池充電時(shí)間并降低成本。而LLC諧振變換器技術(shù)具有高頻、高效、集成化、模塊化等優(yōu)勢，進(jìn) 而在新能源電動汽車充電機(jī)中得到應(yīng)用研宄。
[0003] LLC全橋諧振變換器能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，目前，充電機(jī)大都采用移 相全橋技術(shù)，LLC諧振變換器與移相全橋變換器相比，不僅能夠使原邊開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS，而 且能使副邊整流二極管實(shí)現(xiàn)ZCS，大大降低了開關(guān)損耗，提高了充電機(jī)的充電效率。
[0004] 但就目前新能源電動汽車充電機(jī)的研宄應(yīng)用而言，還有很多需要解決的問題，特 別是充電機(jī)的輸出電壓范圍和充電機(jī)的開關(guān)損耗等技術(shù)問題，具體表現(xiàn)在一下兩個(gè)方面：
[0005] 1、充電機(jī)輸出電壓的局限性。充電機(jī)輸出電壓范圍窄，只能為特定汽車充電。例 如電動大巴的輸入電壓范圍為400V - 750V，而電動乘用車的充電壓范圍是200V - 450V，兩 者的充電機(jī)不能通用。
[0006] 2、整流二極管不能在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZCS。副邊整流二極管存的反向恢復(fù)問題，使整 流電壓振蕩，由此引起的損耗會嚴(yán)重限制充電機(jī)的效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍?圍充電機(jī)及控制方法，基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，輸出電壓范圍為200- 700V，該充電機(jī)采用DSP控制，能夠在全輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管零電壓導(dǎo)通、副邊 整流二極管零電流關(guān)斷，從而大大提高了充電效率，輸出電壓范圍寬，不僅能夠?qū)﹄妱哟蟀?的充電，也能為電動乘用車充電。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0009] 基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，包括LLC諧振變換器和控制電路，LLC 諧振變換器包括由MOSFET全橋變換電路組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入端與電源輸入 端相連，輸出端與諧振網(wǎng)路的輸入端相連，諧振網(wǎng)路的輸出端與變壓器的漏感相連，變壓器 的副邊線圈與整流濾波網(wǎng)絡(luò)相連；
[0010] 所述控制電路包括控制單元，采樣模塊采集LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的 電壓及電流信號經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳送至控制單元，控制單元根據(jù)接收的LLC諧振變換器 的輸入端及輸出端的信號控制MOSFET全橋變換電路的MOS管的開關(guān)，使LLC諧振變換器能 在全電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，副邊整流二極管的零電流關(guān)斷。
[0011] 所述整流濾波網(wǎng)絡(luò)包括由二極管組成的全橋整流電路及與全橋整流電路相并聯(lián) 的濾波電容。
[0012] 所述諧振網(wǎng)路包括相串聯(lián)的諧振電容及諧振電感和勵(lì)磁電感，勵(lì)磁電感與變壓器 的漏感相并聯(lián)。
[0013] 所述全橋變換電路包括Q1-Q4四個(gè)MOS管，D1-D4與C1-C4分別為相應(yīng)MOS管的 體二極管和寄生電容。
[0014] 所述控制單元為DSP控制單元，采用TMS320F2808作為控制芯片。
[0015] 基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，包括：
[0016] LLC諧振變換器輸出電壓經(jīng)電壓外環(huán)控制，跟隨參考電壓；當(dāng)負(fù)載變大，輸出電流 達(dá)到限定值時(shí)，LLC諧振變換器的控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲀?nèi)環(huán)控制；負(fù)載減小時(shí)，輸出電流小于輸 出限流，控制自動轉(zhuǎn)換為電壓外環(huán)控制，對LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的采樣信號 經(jīng)隔離后，送人DSP的A/D入口，通過與設(shè)定的輸出電壓的參考值比較，控制單元通過PI控 制調(diào)節(jié)MOS開關(guān)驅(qū)動波形頻率；
[0017] LLC諧振變換器電路參數(shù)選定后，LLC諧振變換器的變壓器變比為一恒值，輸出電 壓與輸入電壓呈比例，在范圍內(nèi)，開關(guān)頻率固定，通過調(diào)節(jié)輸入電壓，使輸出電 壓線性變化；，當(dāng)輸出電壓在之間變化時(shí)，采用雙脈沖觸發(fā)方式，兩脈沖信號 間存在死區(qū)時(shí)間，通過調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率，穩(wěn)定輸出電壓。
[0018] 在觸發(fā)MOS管之前，諧振電流h使寄生電容放電，體二極管導(dǎo)通，諧振電流滯后于 諧振變換器輸入電壓v in，全橋變換電路的Ql、Q4采用同一觸發(fā)脈沖，Q2、Q3采用同一觸發(fā) 脈沖，且Q1與Q2互補(bǔ)導(dǎo)通；兩觸發(fā)信號之間有設(shè)定的死區(qū)時(shí)間。
[0019] LLC諧振變換器的輸出電壓采用分段控制，包括輸入電壓控制和變頻控制；
[0020] 所述輸入電壓控制是指LLC諧振變換器的輸入電壓在380-400V范圍內(nèi)線性變化 時(shí)，使LLC諧振變換器輸出電壓隨之線性變化；
[0021] 所述變頻控制是指：當(dāng)LLC諧振變換器輸入電壓達(dá)到額定輸入電壓時(shí)，控制方式 轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻控制，通過控制單元使LLC諧振變換器的輸出電壓增益隨著開關(guān)頻率的降低而 增加，在諧振頻率點(diǎn)處，LLC諧振變換器的效率最高，在LLC諧振變換器輸出電壓隊(duì)=U 時(shí)，使LLC諧振變換器工作在諧振頻率點(diǎn)f；處，當(dāng)LLC諧振變換器輸出電壓需要升高時(shí)，通 過降低開關(guān)頻率來穩(wěn)定輸出電壓，為輸出電壓最大值。
[0022] 所述輸入電壓控制，輸出電壓最大值通過如下關(guān)系式計(jì)算：
【權(quán)利要求】
1. 基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，其特征是，包括LLC諧振變換器和控制電 路，LLC諧振變換器包括由MOSFET全橋變換電路組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入端與電 源輸入端相連，輸出端與諧振網(wǎng)路的輸入端相連，諧振網(wǎng)路的輸出端與變壓器的漏感相連， 變壓器的副邊線圈與整流濾波網(wǎng)絡(luò)相連； 所述控制電路包括控制單元，采樣模塊采集LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的電壓 及電流信號經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳送至控制單元，控制單元根據(jù)接收的LLC諧振變換器的輸 入端及輸出端的信號控制MOSFET全橋變換電路的MOS管的開關(guān)，使LLC諧振變換器能在全 電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，副邊整流二極管的零電流關(guān)斷。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，其特征是，所述整流 濾波網(wǎng)絡(luò)包括由二極管組成的全橋整流電路及與全橋整流電路相并聯(lián)的濾波電容。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，其特征是，所述諧振 網(wǎng)路包括相串聯(lián)的諧振電容及諧振電感和勵(lì)磁電感，勵(lì)磁電感與變壓器的漏感相并聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，其特征是，所述全橋 變換電路包括Q1-Q4四個(gè)MOS管，D1-D4與C1-C4分別為相應(yīng)MOS管的體二極管和寄生電 容。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)，其特征是，所述控制 單元為DSP控制單元。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，其特征 是，包括： LLC諧振變換器輸出電壓經(jīng)電壓外環(huán)控制，跟隨參考電壓；當(dāng)負(fù)載變大，輸出電流達(dá)到 限定值時(shí)，LLC諧振變換器的控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲀?nèi)環(huán)控制；負(fù)載減小時(shí)，輸出電流小于輸出限 流，控制自動轉(zhuǎn)換為電壓外環(huán)控制，對LLC諧振變換器的輸入端及輸出端的采樣信號經(jīng)隔 離后，送人DSP的A/D入口，通過與設(shè)定輸出電壓的參考值比較，控制單元通過PI控制調(diào)節(jié) MOS開關(guān)驅(qū)動波形頻率； LLC諧振變換器電路參數(shù)選定后，LLC諧振變換器的變壓器變比為一恒值，輸出電壓與 輸入電壓呈比例，在Utjmin-Utjlmax范圍內(nèi)，開關(guān)頻率固定，通過調(diào)節(jié)輸入電壓，使輸出電壓線 性變化；，當(dāng)輸出電壓在Utjl _-隊(duì)_之間變化時(shí)，采用雙脈沖觸發(fā)方式，兩脈沖信號間存 在死區(qū)時(shí)間，通過調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率，穩(wěn)定輸出電壓。
7. 如權(quán)利要求6所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，其特征 是，在觸發(fā)MOS管之前，諧振電流h使寄生電容放電，體二極管導(dǎo)通，諧振電流滯后于諧振 變換器輸入電壓Vin，全橋變換電路的Q1、Q4采用同一觸發(fā)脈沖，Q2、Q3采用同一觸發(fā)脈沖， 且Ql與Q2互補(bǔ)導(dǎo)通；兩觸發(fā)信號之間有設(shè)定的死區(qū)時(shí)間。
8. 如權(quán)利要求6所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，其特征 是，LLC諧振變換器的輸出電壓采用分段控制，包括輸入電壓控制和變頻控制； 所述輸入電壓控制是指LLC諧振變換器的輸入電壓在380- 400V范圍內(nèi)線性變化時(shí)， 使LLC諧振變換器輸出電壓隨之線性變化； 所述變頻控制是指：當(dāng)LLC諧振變換器輸入電壓達(dá)到額定輸入電壓時(shí)，控制方式轉(zhuǎn)變 為調(diào)頻控制，通過控制單元使LLC諧振變換器的輸出電壓增益隨著開關(guān)頻率的降低而增 加，在諧振頻率點(diǎn)處，LLC諧振變換器的效率最高，在LLC諧振變換器輸出電壓U。=U^max 時(shí)，使LLC諧振變換器工作在諧振頻率點(diǎn)f；處，當(dāng)LLC諧振變換器輸出電壓需要升高時(shí)，通 過降低開關(guān)頻率來穩(wěn)定輸出電壓，Utmax為輸出電壓最大值。
9.如權(quán)利要求8所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，其特征 是，所述輸入電壓控制，輸出電壓最大值通過如下關(guān)系式計(jì)算：
式（6)中，Vin_n(M為輸入額定電壓，Vinjlin為輸入最低電壓，Utjjlin為最低輸出電壓。
10.如權(quán)利要求6所述的基于LLC拓?fù)涞某瑢捿敵鲭妷悍秶潆姍C(jī)的控制方法，其特征 是，LLC諧振變換器工作在感性區(qū)，勵(lì)磁電流的峰值在死區(qū)時(shí)間內(nèi)將即將開通的MOS管的結(jié) 電容放電，電壓降為零；同時(shí)對已關(guān)斷的開關(guān)管結(jié)電容充電，所以，應(yīng)該滿足如下的勵(lì)磁電 流與死區(qū)時(shí)間的關(guān)系
式（5)中，Cj為MOS管結(jié)電容，tdead為死區(qū)時(shí)間。
【文檔編號】H02J7/00GK104467443SQ201510004904
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】劉愛忠, 萬玉超, 唐亮, 陳嵩, 李勇, 楊勇 申請人:山東魯能智能技術(shù)有限公司