[发明专利]适用于负载突变场合的变流器

说明书

技术领域

本发明涉及变流器，具体为适用于负载突变场合的变流器。

背景技术

工业应用中，变流器所处的应用工况越来越复杂；变流器应用到负载突变的工况也原来越多，一般突投突切功率较大时，就对变流器的冲击较大，很难保证变流器有较稳定的输出。此时，对变流器输出特性的要求及可靠性提出了更高的要求。

图1、图2为现有变流器拓扑结构图；图1为半桥电路拓扑，一般小中功率采用半桥电路；图2为全桥电路拓扑，中大功率采用全桥电路。针对频繁突投突切类的负载，此类现有变换器若要保证变流器有较稳定的输出，有两种办法：一种是，在直流负载下，则整流后的滤波电容将比较大，这一方面浪费资源；另一方面也增加了变流器的重量与体积。另一种是提高控制器的控制频率，来提高变流器的动态响应速度；但控制频率受到控制芯片的中断频率的影响，当系统较为复杂时，中断中需要执行的任务较多，这就限制了中断频率的进一步提高，从而影响了控制频率的提高。

发明内容

本发明解决现有变流器针对频繁突投突切类负载，难以保证稳定输出的问题，提供一种适用于负载突变场合的变流器。

本发明是采用如下技术方案实现的：适用于负载突变场合的变流器，包括相互连接的非隔离DC/DC变换器和LLC谐振变换器，以及用于控制非隔离DC/DC变换器和LLC谐振变换器（内的开关元件）的DSP控制芯片，非隔离DC/DC变换器的输入端作为变流器的直流电压输入端，LLC谐振变换器的输出端为变流器的交流电压输出端；针对直流负载，LLC谐振变换器的输出端连接有整流电路；DSP控制芯片内的控制软件是由如下控制方法实现的：1）采集非隔离DC/DC变换器的输出电压和输出电流；2）采集LLC谐振变换器的由其电器元件参数决定的LLC谐振频率，使用于控制LLC谐振变换器动作的PWM发生器产生的PWM脉冲信号的频率等于采集的LLC谐振频率；3）设定非隔离DC/DC变换器输出电压的给定值；4）非隔离DC/DC变换器输出电压的给定值与采集到的非隔离DC/DC变换器输出电压作差，输入给电压外环PI控制器（环节）进行调节；5）电压外环PI控制器（环节）的输出与采集的非隔离DC/DC变换器输出电流作差，输入给电流内环PI控制器（环节）进行调节；6）电流内环PI控制器（环节）的输出进入PWM发生器（环节）而产生用于控制非隔离DC/DC变换器动作的PWM脉冲信号。

本发明提出了非隔离DC/DC变换器与LLC谐振变换器组合的这种具有两级拓扑结构的主电路及其非隔离DC/DC变换器的双闭环（电流内环、电压外环）的控制，LLC谐振变换器开环定频的控制方式。一方面利用了非隔离DC/DC变换器设计简单，技术成熟，控制方便的特点；另一方面利用了LLC谐振变换器的变压器使网侧与输出隔离；同时利用LLC谐振变换器可以实现开关管零电压开通，整流二极管零电流关断的特点，变换器效率高；再者，LLC谐振变换器工作频率为谐振频率，巧妙的利用了LLC谐振变换器在谐振频率处电压增益恒定等于1的特性；LLC谐振变换器采用开环定频控制，控制简单，且针对负载频繁投切的工况，可以较好的保证变换器最终的输出电压稳定。

附图说明

图1为现有变流器拓扑图之一；

图2为现有变流器拓扑图之一；

图3为本发明所述适用于负载突变场合的变流器的拓扑图；

图4为本发明采用Buck+半桥LLC谐振变换器时的电路原理图；

图5为本发明采用Buck+全桥LLC谐振变换器时的电路原理图；

图6为本发明采用Boost+半桥LLC谐振变换器时的电路原理图；

图7为本发明采用Boost+全桥LLC谐振变换器时的电路原理图；

图8为本发明的控制原理示意图。

具体实施方式

适用于负载突变场合的变流器，包括相互连接的非隔离DC/DC变换器和LLC谐振变换器，以及用于控制非隔离DC/DC变换器和LLC谐振变换器（内的开关元件）的DSP控制芯片，非隔离DC/DC变换器的输入端作为变流器的直流电压输入端，LLC谐振变换器的输出端为变流器的交流电压输出端；针对直流负载，LLC谐振变换器的输出端连接有整流电路；DSP控制芯片内的控制软件是由如下控制方法实现的：1）采集非隔离DC/DC变换器的输出电压和输出电流；2）采集LLC谐振变换器的由其电器元件参数决定的LLC谐振频率，使用于控制LLC谐振变换器动作的PWM发生器产生的PWM脉冲信号的频率等于采集的LLC谐振频率；3）设定非隔离DC/DC变换器输出电压的给定值；4）非隔离DC/DC变换器输出电压的给定值与采集到的非隔离DC/DC变换器输出电压作差，输入给电压外环PI控制器（环节）进行调节；5）电压外环PI控制器（环节）的输出与采集的非隔离DC/DC变换器输出电流作差，输入给电流内环PI控制器（环节）进行调节；6）电流内环PI控制器（环节）的输出进入PWM发生器（环节）而产生用于控制非隔离DC/DC变换器动作的PWM脉冲信号。具体实施时，所述的非隔离DC/DC变换器采用Buck电路或Boost电路；若输入电压较高，需要降压时采用Buck电路，根据功率大小可以采用半桥或者全桥LLC谐振变换器，则主电路如图4、图5所示。若输入电压较低，需要升压时采用Boost电路，根据功率大小可以采用半桥或者全桥LLC谐振变换器，则主电路如图6、图7所示。