[发明专利]一种适用于谐振变换器的复合调制闭环控制软启动方法

说明书

本发明公开了一种LLC谐振变换器的软启动控制方法，涉及谐振变换器技术领域。该本发明采取PWM和PFM复合调制方法，以谐振变换器输出电压上升率为控制目标，对软启动进行闭环控制,使得启动过程中输出电压上升平稳，输出电容充电电流冲击小，有效抑制了谐振腔的浪涌电流冲击，软启动过程更加稳定可靠。本发明的整个软启动过程由数字控制器控制，可通过灵活设置谐振电流上限和输出电压上升率，满足不同谐振变换器的启动要求，提高了本发明的适用性。

所属领域

本发明涉及谐振变换器技术领域，特别是涉及一种LLC谐振变换器的软启动控制方法。

现有技术

LLC谐振变换器可实现宽负载范围内开关管的零电压导通和整流二极管的零电流关断，具有软开关、高效率和宽输出电压范围等优点，是一种性能优越的变换器，得到广泛的应用。通常LLC谐振变换器在输出端配置较大容量的输出电容用于滤除开关电流纹波，减小输出电压纹波。在LLC谐振变换器上电启动时，该输出电容上电压为零，相当于变换器的变压器副边短路，变压器原边电压被箝位为零，此时谐振腔的阻抗很小。变换器启动时要对该电容充电，因此变换器的谐振腔会产生很大的浪涌电流，这会导致功率器件承受很大的电流应力和电压应力，对功率器件造成损害引起变换器故障，或者触发过流保护影响谐振变换器正常工作。对谐振变换器进行软启动是解决上述问题的常用措施。

目前LLC谐振变换器软启动方法主要有：

(1)降频软启动。软启动初始工作频率比较高，便于减小谐振腔的电压电流应力，然后逐步降低工作频率，直至输出电压建立结束软启动。该方法优点是实现方式简单，缺点是由于谐振变换器的最大开关频率受元器件限制，因此难以实现过高的启动频率，不能很好的抑制启动时的浪涌电流。

(2)脉宽调制控制软启动。保持开关频率不变，把占空比从较小的初值逐步增加到50％，直到完成输出电压建立，实现软启动。优点是软启动实现容易，浪涌电流抑制效果比较明显，缺点是软启动时间长。

(3)移相软启动。移相控制本质可看作是一种脉宽调制控制方式，保持所有开关管的占空比为0.5，通过控制两个桥臂的移相角由0°逐步增大至180°限制启动电流。移相启动仅适用于全桥LLC谐振变换器，无法应用于半桥LLC谐振变换器，通用性较差。

(4)混合控制软启动。包括脉宽调制和脉冲频率调制的混合控制软启动、移相控制和脉冲频率调制的混合控制软启动。脉宽调制和脉冲频率调制混合控制软启动可以在一定程度上抑制启动中的浪涌电流峰值，但控制过程过于复杂，推广实施困难。移相控制和脉冲频率调制混合控制软启动可以限制电流浪涌，但在移相启动过程电路工作在硬开关状态，损耗大，且移相控制仅适用于全桥电路，使用范围受限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采取脉宽调制和脉冲频率调制构成的复合调制闭环控制启动方法，采取该方法可以有效抑制LLC谐振变换器启动时的浪涌电流冲击，输出电压上升平稳快速，使谐振变换器启动过程稳定可靠，具有较高的工程使用价值。

本发明提供一种LLC谐振变换器软启动控制方法。所述的谐振变换器的为LLC全桥谐振变换器或LLC半桥谐振变换器，包括全桥或半桥开关电路、LLC谐振电路、整流滤波电路，输出电压电流检测电路、谐振电路检测电路、控制电路(MCU)以及驱动电路。软启动期间控制电路(控制器可以是DSP、单片机、ARM嵌入式处理器或FPGA可编程芯片)对LLC谐振变换器的输出电压进行检测，并根据输出电压的上升速度产生一定占空比或开关频率的信号对全桥(或半桥)功率变换电路的开关管进行开关操作，使LLC谐振变换器启动时的谐振电流保持在可接受的范围内，快速稳定建立输出电压，实现LLC谐振变换器的软启动。

具体的技术方案为：一种适用于谐振变换器的复合调制闭环控制软启动方法，包括如下步骤：