專利名稱：諧振電路輸出特性控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振電路控制技術(shù)，具體是涉及一種諧振電路輸出特性控制方法。
背景技術(shù)：
目前，諧振電路一般采用變頻控制(Pulse frequency modulation，簡稱PFM)的方式，通過調(diào)節(jié)電路工作的開關(guān)頻率，得到需要的輸出電壓。圖1是一個(gè)典型的半橋LLC串聯(lián)諧振電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管S1、S2的零電壓開通，消除輸出整流二極管D3、D4的反向恢復(fù)，提高電路的效率。在對該電路采用PFM控制時(shí)，兩個(gè)開關(guān)管S1、S2互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)，各導(dǎo)通50％的開關(guān)周期。在進(jìn)行PFM控制時(shí)，不同頻率下S1、S2的導(dǎo)通狀態(tài)如圖2(a)、(b)所示，t為時(shí)間軸，V為驅(qū)動(dòng)電壓，t1、t2分別表示S1、S2在一個(gè)周期中的導(dǎo)通時(shí)間，圖2(b)中的開關(guān)頻率是圖2(a)中的兩倍，不管開關(guān)頻率怎樣變化，t1＝t2。調(diào)節(jié)S1、S2的開關(guān)頻率來獲得需要的輸出電壓，輸出電壓Vo和開關(guān)頻率f的關(guān)系如圖3所示。
參考圖3，一般開關(guān)頻率會(huì)選擇在圖3中M＝Vo/Vin取得最大值之后的頻率段，所以頻率與電壓的基本關(guān)系是頻率升高，輸出電壓下降。但是從圖3中可以看出，當(dāng)頻率升高到一定程度時(shí)，特性曲線變得非常平坦，甚至還可能出現(xiàn)不降反升的情況，使得頻率變化對電壓的調(diào)節(jié)能力變得很弱。對于需要得到較寬輸出電壓范圍的模塊來說，很大程度上影響了模塊的性能。由于業(yè)界普遍缺乏對PFM控制的諧振電路的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍特性的清楚認(rèn)識(shí)，對于其在某些開關(guān)頻率區(qū)域的不單調(diào)性知之甚少，因此上述問題被忽視，而其所帶來的控制缺陷始終無法改善。
上面以半橋LLC串聯(lián)諧振電路為例說明了PFM控制方式存在的缺陷，同樣的，全橋LLC串聯(lián)諧振電路的現(xiàn)象與半橋LLC串聯(lián)諧振現(xiàn)象是完全相同的。從理論上講，所有的PFM控制的諧振電路都存在類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)PFM控制方式存在的上述缺陷，提供一種可解決其開關(guān)頻率區(qū)域的不單調(diào)性問題的諧振電路輸出特性控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種諧振電路輸出特性控制方法，是通過改變其輸入開關(guān)管的導(dǎo)通頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，還根據(jù)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率或輸出電壓的變化調(diào)整所述開關(guān)管的占空比，所述開關(guān)管為兩組。PWM(Pulse width modulation，占空比控制)切入PFM的時(shí)機(jī)可通過設(shè)定切入頻率或切入電壓來控制當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率低于設(shè)定值或諧振電路的輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓；當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率高于設(shè)定值或諧振電路輸出電壓低于設(shè)定值時(shí)，還同時(shí)調(diào)整所述開關(guān)管的占空比，來進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。
開關(guān)管的調(diào)整方案具體可選擇兩組開關(guān)管保持互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，其占空比之和為1；或者，對一組開關(guān)管的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，另一組開關(guān)管的占空比保持特定占空比。
所述諧振電路優(yōu)選為LLC諧振電路，在該種電路中采用上述方法的效果尤為顯著。
由于頻率升高到一定程度后PFM的控制能力已經(jīng)很弱，因此還可以進(jìn)一步設(shè)定PFM退出控制而只采用PWM控制的階段當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率繼續(xù)升高到另一設(shè)定值時(shí)，固定頻率，只調(diào)整開關(guān)管的占空比。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于根據(jù)將在具體實(shí)施方式
中詳細(xì)敘述的分析可知，在諧振電路的輸出控制方式中，引入PWM控制方式，對兩組開關(guān)管進(jìn)行互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)，或?qū)σ唤M開關(guān)管進(jìn)行變占空比驅(qū)動(dòng)而另一組保持不變，能夠有效彌補(bǔ)PFM控制方式在低壓段控制能力弱的缺點(diǎn)，解決PFM控制方式在部分開關(guān)頻率區(qū)域的不單調(diào)性問題，極大地增加電路的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，有效擴(kuò)展電壓輸出范圍。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
圖1是一種現(xiàn)有典型的半橋LLC串聯(lián)諧振電路示意圖。
圖2(a)、(b)是PFM控制下圖1中開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)圖。
圖3是圖1中電路PFM控制方式下的輸出特性曲線圖。
圖4是PFM和PWM的單獨(dú)與綜合控制方式輸出特性比較示意圖。
圖5是一種綜合控制方式下開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)圖。
圖6是另一種綜合控制方式下開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)圖。
圖7是一種全橋串聯(lián)諧振電路示意圖。
具體實(shí)施方式一種諧振電路輸出特性控制方法，是綜合使用PFM和PWM的控制方式控制電路的兩組開關(guān)管對輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，來改善對諧振電路的電壓輸出特性的控制。
仍以圖1中的半橋LLC諧振電路為例，圖4中的曲線A是采用單獨(dú)PFM控制方式，占空比為50％的輸出電壓Vo與頻率f的特性曲線示意圖；圖4中的曲線B1、B2、B3分別是開關(guān)頻率為120kHz、210kHz、290kHz時(shí)采用單獨(dú)PWM控制方式，輸出電壓Vo與占空比D的特性曲線示意圖；圖4中的曲線C1、C2、C3分別是在開關(guān)頻率為120kHz、210kHz、290kHz時(shí)切入PWM后綜合制方式下輸出電壓Vo與占空比D和頻率f的特性曲線示意圖；由圖4中的曲線B1、B2、B3可以看出，不同頻率下PWM特性曲線的形狀幾乎是一致的，都是隨著占空比的減小，輸出電壓先上升后下降，并且可以下降到很低的水平，因此PWM的控制方式能夠極大的增加電路輸出電壓的調(diào)節(jié)能力，彌補(bǔ)PFM特性曲線A在高頻段的平滑弱控制段。由于主功率變換器參數(shù)一旦確定，單獨(dú)的PFM控制曲線A就確定，從圖4中的曲線C1、C2、C3可以看出，在不同的頻率(輸出電壓)點(diǎn)切入PWM控制，綜合的控制曲線的形狀也是大致相同的，因此在實(shí)際工程中具體切入頻率(輸出電壓)點(diǎn)的位置可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。
PWM切入PFM的時(shí)機(jī)可通過諧振電路的輸出電壓進(jìn)行反饋控制，由于切入電壓與切入頻率的對應(yīng)關(guān)系，因此控制方式也可等效的由導(dǎo)通頻率的變化來表述在高壓重載的區(qū)域，采用單獨(dú)的PFM控制方式；當(dāng)開關(guān)頻率升高到一定值，進(jìn)入低壓輕載區(qū)域后，PFM控制能力減弱，開始同時(shí)使用PWM控制方式；若頻率進(jìn)一步升高，則可固定頻率，只進(jìn)行PWM控制，這樣就能夠得到一個(gè)很好的控制特性了。
針對LLC諧振電路，具體可采用如下兩種控制方法方案一、一種輸出特性控制方法用于圖1中的LLC諧振電路，PWM控制控制方式只應(yīng)用于兩組開關(guān)管之一，另一組占空比保持不變該電路采用PFM控制方式，其開關(guān)頻率的可控范圍為120～340kHz，選取210kHz切入PWM控制(對應(yīng)切入電壓為50V)在120～210kHz之間，僅有PFM控制，使得輸出電壓在50V～58V之間；在210～340kHz之間，PFM+PWM綜合控制，使得輸出電壓在40V～50V之間；在340kHz處，開關(guān)頻率保持不變，通過調(diào)節(jié)占空比D(此時(shí)占空比D的調(diào)節(jié)范圍是比較小的，一般為0～0.2；對應(yīng)于切入頻率的占空比為0.5，隨著開關(guān)頻率的增大，占空比是減小的)調(diào)節(jié)輸出電壓，使得模塊輸出更低的電壓；PWM參與控制時(shí)S1、S2的導(dǎo)通狀態(tài)如圖5所示，t為時(shí)間軸，V為驅(qū)動(dòng)電壓，t1、t2分別表示S1、S2在一個(gè)周期中的導(dǎo)通時(shí)間，S2的占空比保持50％不變，減小S1的占空比，獲得輕載時(shí)需要的低輸出電壓。
方案二、另一種輸出特性控制方法用于圖1中的LLC諧振電路該電路采用PFM控制方式，在電路開關(guān)頻率升高、反饋環(huán)輸出降低時(shí)加入PWM控制，兩組開關(guān)管采用互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)?？刂七^程與方案一中基本相同，只是PWM控制時(shí)S1、S2的導(dǎo)通狀態(tài)如圖6所示，t為時(shí)間軸，V為驅(qū)動(dòng)電壓，t1、t2分別表示S1、S2在一個(gè)周期中的導(dǎo)通時(shí)間，S1、S2保持互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，其占空比之和為1，減小S1(或S2)的占空比，獲得輕載時(shí)需要的低輸出電壓。
需要說明的是，在上述的具體方法解釋及方案描述中將單個(gè)開關(guān)管的最高占空比描述為50％，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)時(shí)總占空比描述為1，這是一種近似的說法，實(shí)際上該值必然略小于50％(或1)，這是為了避免直通在兩組開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)之間設(shè)定適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)引起的，死區(qū)一般選取100納秒左右，由于該值微小且產(chǎn)生原因?yàn)楸娝瑢Ρ景l(fā)明方案不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，因此在進(jìn)行描述的時(shí)候采用通常使用的近似描述，仍將最高占空比稱為50％，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)時(shí)總占空比稱為1。
本發(fā)明控制方式適用于使用諧振原理工作的電路，包括串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振等，電路拓?fù)淇梢允侨珮?、半橋等。例如圖7所示的全橋串聯(lián)諧振電路，其四個(gè)開關(guān)管可分為S1、S3和S2、S4兩組，采用上述方法進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種諧振電路輸出特性控制方法，是通過改變其輸入開關(guān)管的導(dǎo)通頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，其特征在于還根據(jù)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率或輸出電壓的變化調(diào)整所述開關(guān)管的占空比，所述開關(guān)管為兩組，當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率低于設(shè)定值或諧振電路的輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓；當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率高于設(shè)定值或諧振電路輸出電壓低于設(shè)定值時(shí)，還同時(shí)調(diào)整所述開關(guān)管的占空比，來進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于所述兩組開關(guān)管，保持互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，其占空比之和為1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于對一組開關(guān)管的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，另一組開關(guān)管的占空比保持特定占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于當(dāng)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率繼續(xù)升高到另一設(shè)定值時(shí)，固定頻率，只調(diào)整開關(guān)管的占空比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于所述諧振電路為LLC諧振電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振電路輸出特性控制方法，是通過改變其輸入開關(guān)管的導(dǎo)通頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，還根據(jù)開關(guān)管的導(dǎo)通頻率或輸出電壓的變化調(diào)整所述開關(guān)管的占空比，所述開關(guān)管為兩組，控制方式切換的時(shí)機(jī)可通過設(shè)定切入頻率或切入電壓來控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在諧振電路的輸出控制方式中，引入PWM控制方式，對兩組開關(guān)管進(jìn)行互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)，或?qū)σ唤M開關(guān)管進(jìn)行變占空比驅(qū)動(dòng)而另一組保持不變，能夠有效彌補(bǔ)PFM控制方式在低壓段控制能力弱的缺點(diǎn)，解決PFM控制方式在部分開關(guān)頻率區(qū)域的不單調(diào)性問題，極大地增加電路的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，有效擴(kuò)展電壓輸出范圍。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1885699SQ20061002137
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者李軍, 任曌華, 許峰, 吳寶善 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司