CN113422516A - 一种pfm-pwm混合控制cllc谐振变换器的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PFM‑PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法及***,该方法包括:采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流,输出电压和输出电流分别与参考值进行比较,然后分别经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压控制电路后,得到PFM开关频率控制信号;PFM开关频率控制信号经一次线性函数计算得到PWM控制信号;PFM开关频率控制信号经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号;将PWM控制信号与三角载波信号进行比较得到控制信号,然后经驱动电路后生成CLLC谐振变换器的驱动信号。该方法在宽输入电压和宽负载范围能实现开关管的零电压开通,具有磁元件易设计,工作效率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域,特别地涉及一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法及***。
背景技术
电动汽车双向车载充电器的拓扑以隔离型双向DC-DC变换器为主,其中CLLC谐振变换器以其效率高、控制简单、二次侧输出EMI小等优势被广泛应用在电动汽车双向车载充电器上。
一般CLLC谐振变换器中采用脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)方法来进行控制,该方法控制简单,轻载效率高,可以在较宽频率范围内实现ZVS等特点。但是,脉冲频率调制(PFM)方法存在变压器设计困难,轻载换流功率大等问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法及***,解决了脉冲频率调制(PFM)开关频率范围宽,轻载环流功率大,磁元件设计困难等问题。同时,该方法也针对脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)中存在的开关管零电压开关(ZVS)窄,重载时谐振电流峰值大,换流损耗严重等问题进行了有效的解决。
本发明第一方面提供一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,该方法包括:采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流,输出电压和输出电流分别与参考值比较,然后分别经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号;PFM开关频率控制信号经一次线性函数计算得到PWM控制信号;PFM开关控制信号经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号;将PWM控制信号与三角载波信号进行比较得到控制信号,然后经驱动电路生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
进一步的,所述PFM开关控制信号的获取方法具体为:采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流;将CLLC谐振变换器的输出电压与电压参考值进行比较,得到电压误差信号;
将CLLC谐振变换器的输出电流与电流参考值进行比较,得到电流误差信号;电压误差信号或电流误差信号分别经过PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号。
进一步的,当***工作在恒压模式时,电压误差信号经过电压环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒压控制后,得到PFM开关频率控制信号;当***工作在恒流模式时,电流误差信号经过电流环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒流控制后,得到PFM开关频率控制信号。
进一步的,所述PWM控制信号的计算方法为:
va=b-a*vf
其中,a和b是常数,vf为PFM开关频率控制信号,va为PWM控制信号。
本发明第二方面提供一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,该***包括:PFM调制模块,用于采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流,输出电压和输出电流分别与参考值进行比较,然后分别经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号;PWM调制模块,用于将PFM开关频率控制信号经一次线性函数计算得到PWM控制信号;三角载波模块,用于将PFM开关控制信号经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号;比较模块,用于将PWM控制信号与三角载波信号进行比较得到控制信号,然后经驱动电路生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
进一步的,所述PFM调制模块具体实现过程为:采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流;将CLLC谐振变换器的输出电压与电压参考值进行比较,得到电压误差信号;将CLLC谐振变换器的输出电流与电流参考值进行比较,得到电流误差信号;电压误差信号或电流误差信号分别经过PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号。
进一步的,当***工作在恒压模式时,所述PFM调制模块将电压误差信号经过电压环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒压控制后,得到PFM开关频率控制信号;当***工作在恒流模式时,所述PFM调制模块将电流误差信号经过电流环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒流控制后,得到PFM开关频率控制信号。
进一步的,所述PWM调制模块计算PWM控制信号的方法为:
va=b-a*vf
其中,a和b对应的是常数,vf为PFM开关频率控制信号,va为PWM控制信号。
本发明提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,在宽输入电压和宽负载范围能实现开关管的零电压开通(ZVS),具有磁元件易设计,工作效率高等特点。该方法有效地解决了脉冲频率调制(PFM)开关频率范围宽,轻载环流功率大,磁元件设计困难等问题。同时,该方法也有效地解决了脉冲宽度调制(PFM)中存在的开关管ZVS窄,重载时谐振电流峰值大,换流损耗严重等问题。
附图说明
为了说明而非限制的目的,现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明,其中:
图1是CLLC谐振变换器拓扑的结构示意图;
图2是传统PFM控制CLLC谐振变换器的调制框图;
图3是本发明实施例提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法的流程图;
图4是PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器工作波形
图5是本发明实施例提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***的结构框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
实施例一
电动汽车双向车载充电器的拓扑以隔离型双向DC-DC变换器为主,其中CLLC谐振变换器以其效率高、控制简单、二次侧输出EMI小等优势被广泛应用在双向电动汽车充电器上。图1示出了双向车载充电机中采用的CLLC谐振变换器拓扑结构的结构图。该CLLC谐振变换器拓扑结构可实现双向运行,能在较高的开关频率范围内实现软开关,提高***效率。一般CLLC中采用脉冲频率调制(PFM),图2示出了传统PFM控制CLLC谐振变换器的结构框图。该方法控制简单,轻载效率高,可以在较宽频率范围内实现ZVS等特点,但存在变压器设计困难,轻载换流功率大等问题。
针对上述脉冲频率调制(PFM)存在的问题,本发明提供一种PWM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的调制方法。
图3是本实施例提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法的流程图。
请参阅附图3,该PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法包括以下步骤:
S101,采集CLLC谐振变换器的输出电压Vo和输出电流Io,输出电压Vo和输出电流Io分别与参考值比较,然后分别经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压(CC/CV)充电电路控制后,得到PFM开关控制信号vf。
具体地,上述的步骤S101中,PFM开关频率控制信号vf的获取方法具体为:
(1)采集CLLC谐振变换器的输出电压Vo和输出电流Io;
(2)将CLLC谐振变换器的输出电压Vo与电压参考值Vref进行比较,得到电压误差信号;
(3)将CLLC谐振变换器的输出电流Io与电流参考值Iref进行比较,得到电流误差信号;
(4)电压误差信号或电流误差信号分别经过PI补偿器调节和恒流/恒压(CC/CV)充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号vf。
当***工作在恒压模式时,电压误差信号经过电压环的PI补偿器调节以及恒流/恒压(CC/CV)充电电路恒压控制后,得到PFM开关频率控制信号vf。
当***工作在恒流模式时,电流误差信号经过电流环的PI补偿器调节以及恒流/恒压(CC/CV)充电电路恒流控制后,得到PFM开关控制信号vf。
S102,PFM开关控制信号vf经一次线性函数计算得到PWM控制信号va。
具体地,上述步骤S102中,PWM控制信号va的计算方法为:
va=b-a*vf
其中,a和b对应的是常数。
S103,PFM开关控制信号vf经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号vt。
S104,将PWM控制信号va与三角载波信号vt进行比较得到控制信号vc,然后经驱动电路生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
当开关控制信号大于三角载波信号时输出高电平,当开关控制信号小于三角载波信号时输出低电平。
图4是PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的工作波形。图中Vgs1、Vgs2、Vgs3、Vgs4分别对应的是图1中Q1、Q2、Q3、Q4开关器件的驱动信号。采用本申请提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,当负载或者输入电压变化时,可同时调节***的开关频率和占空比,在相同的调压范围内,减小调频范围,使变压器易设计,同时减小环流损耗,提高***效率。
当***的输出电压升高,PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法使其开关频率增大,导通角减小,***的占空比随着增大,这样有助于减小CLLC的调频范围,同时减小环流损耗。
实施例二
图5是本实施例提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***的结构框图。
请参阅附图5,该PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***包括:
PFM调制模块,用于采集CLLC谐振变换器的输出电压Vo和输出电流Io,输出电压Vo和输出电流Io分别与参考值进行比较,然后分别经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压(CC/CV)充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号vf。
PWM调制模块,用于将PFM开关控制信号vf经一次线性函数计算得到PWM控制信号va。
三角载波模块,用于将PFM开关频率控制信号vf经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号vt。
比较模块,用于将PWM控制信号va与三角载波信号vt进行比较得到控制信号vc,然后经驱动电路生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
采用本申请提出的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,当负载或者输入电压变化时,可同时调节***的开关频率和占空比,在相同的调压范围内,减小调频范围,使变压器易设计,同时减小环流损耗,提高***效率。
当***的输出电压升高,PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***使其开关频率增大,导通角减小,***的占空比随着增大,这样有助于减小CLLC的调频范围,同时减小环流损耗。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,取决于设计要求和其他因素,可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (8)
1.一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,其特征在于,包括:
采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流,输出电压和输出电流分别与参考值比较,并经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号;
PFM开关频率控制信号经一次线性函数计算得到PWM控制信号;
PFM开关频率控制信号经三角波载波电路后输出设定频率的三角载波信号;
将PWM控制信号与三角载波信号进行比较得到控制信号,经驱动电路后生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,其特征在于,所述PFM开关频率控制信号的获取方法具体为:
采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流;
将CLLC谐振变换器的输出电压与电压参考值进行比较,得到电压误差信号;
将CLLC谐振变换器的输出电流与电流参考值进行比较,得到电流误差信号;
电压误差信号或电流误差信号分别经过PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关控制信号。
3.根据权利要求2所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,其特征在于,当***工作在恒压模式时,电压误差信号经过电压环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒压控制后,得到PFM开关控制信号;
当***工作在恒流模式时,电流误差信号经过电流环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒流控制后,得到PFM开关控制信号。
4.根据权利要求1所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的方法,其特征在于,所述PWM控制信号的计算方法为:
va=b-a*vf
其中,a和b是常数,vf为PFM开关控制信号,va为PWM控制信号。
5.一种PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,其特征在于,包括:
PFM调制模块,用于采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流,输出电压和输出电流分别与参考值比较,并经各自的PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关频率控制信号;
PWM调制模块,用于将PFM开关频率控制信号经一次线性函数计算得到PWM控制信号;
三角载波模块,用于将PFM开关控制信号经三角波载波电路后得到设定频率的三角载波信号;
比较模块,用于将PWM控制信号与三角载波信号进行比较得到控制信号,经驱动电路后生成CLLC谐振变换器的驱动信号。
6.根据权利要求5所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,其特征在于,所述PFM调制模块具体实现过程为:
采集CLLC谐振变换器的输出电压和输出电流;
将CLLC谐振变换器的输出电压与电压参考值进行比较,得到电压误差信号;
将CLLC谐振变换器的输出电流与电流参考值进行比较,得到电流误差信号;
电压误差信号或电流误差信号分别经过PI补偿器调节和恒流/恒压充电电路控制后,得到PFM开关控制信号。
7.根据权利要求5所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,其特征在于,当***工作在恒压模式时,所述PFM调制模块将电压误差信号经过电压环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒压控制后,得到PFM开关频率控制信号;
当***工作在恒流模式时,所述PFM调制模块将电流误差信号经过电流环的PI补偿器调节以及恒流/恒压充电电路恒流控制后,得到PFM开关频率控制信号。
8.根据权利要求5所述的PFM-PWM混合控制CLLC谐振变换器的***,其特征在于,所述PWM调制模块计算PWM控制信号的方法为:
va=b-a*vf
其中,a和b对应的是常数,vf为PFM开关频率控制信号,va为PWM控制信号。
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