基于LLC电路的软开关电路、控制方法、控制装置与流程

基于llc电路的软开关电路、控制方法、控制装置
技术领域
1.本公开涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及基于llc电路的软开关实现领域。


背景技术：

2.传统llc电路能够在进行宽范围调压的同时，实现开关管软开关，因此在对效率要求较高的场合得到了广泛的应用。
3.但当llc电路处于boost 升压模式时，若将原边开关管与副边开关管同时刻开通，则副边开关管此时处在硬开关，开关损耗较大，同时硬开关导致较大的噪声，易引起干扰，对变换器整体的emi 滤波设计要求较高。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种基于llc电路的软开关电路、控制方法、控制装置。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种基于llc电路的软开关电路，包括原边、变压器、副边以及控制器；其中，原边为全桥电路，包括直流输入源，q2a、q2b组成的第一桥臂开关管，q3a、q3b组成的第二桥臂开关管，其中，q2a、q2b、q3a、q3b为mosfet，并且q2a、q2b、q3a、q3b各自的源漏极之间分别并联二极管d2a、d2b、d3a、d3b，由谐振电容、谐振电感、励磁电感组成的llc谐振槽；变压器中设有中心抽头；副边为包括q4a、q5a、d4a、d5a、输出滤波电容组成的整流电路，q4a、q5a同样为mosfet，并且q4a、q5a各自的源漏极之间分别并联二极管d4a、d5a；控制器用于获取llc电路的电压区间；当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，控制器还用于向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，控制器向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
6.在第一方面的一些实现方式中，控制器还用于按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
7.在第一方面的一些实现方式中，向q2b以及q3a发送的触发电压根据负载以及预设的反向增益确定，若反向增益越大、负载越重，则向q2b以及q3a发送触发电压的发送时长越长，以使q2b以及q3a的导通时间变长。
8.根据本公开的第二方面，提供了一种基于上述第一方面以及第一方面的一些实现方式中软开关电路的控制方法，该控制方法包括：获取llc电路的电压区间；当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
9.在第二方面的一些实现方式中，向q4a以及q5a发送触发电压，包括：按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
10.在第二方面的一些实现方式中，向q2b以及q3a发送的触发电压根据负载以及预设的反向增益确定，若反向增益越大、负载越重，则向q2b以及q3a发送触发电压的发送时长越长，以使q2b以及q3a的导通时间变长。
11.根据本公开的第三方面，提供了一种基于上述第一方面以及第一方面的一些实现方式中软开关电路的控制装置，该控制装置包括：获取模块，用于获取llc电路的电压区间；触发电压发送模块，用于当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
12.在第三方面的一些实现方式中，触发电压发送模块，还用于按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
13.根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述第二方面，以及第二方面的一些实现方式中的控制方法。
14.根据本公开的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如以上所述第二方面，以及第二方面的一些实现方式中的控制方法。
15.根据本公开的第六方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现如以上所述第二方面，以及第二方面的一些实现方式中的控制方法。
16.本公开提供的基于llc电路的软开关电路、控制方法、控制装置，在当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，控制器向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，控制器向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。本发明在不改变传统llc 电路结构的基础上，利用boost升压运行模式，在实现反向宽范围调压的基础上，通过改变原边开关管开通的时刻，实现副边开关管的软开关，减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率，降低emi 噪声，进一步提高了传统llc 的反向运行性能。
17.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
18.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：图1示出了本公开实施例的一种基于llc电路的软开关电路的结构示意图；图2示出了本公开实施例的一种软开关电路在反向boost升压运行模式中驱动/电流等波形的示意图；图3示出了本公开的实施例的一种控制方法的流程示意图；图4示出了本公开的实施例的一种控制装置的结构示意图；图5示出了能够实施本公开的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
19.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
20.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
21.传统llc电路能够在进行宽范围调压的同时，实现开关管软开关，因此在对效率要求较高的场合得到了广泛的应用。
22.但当llc电路处于boost升压 模式时，若将原边开关管与副边开关管同时刻开通，则副边开关管此时处在硬开关，开关损耗较大，同时硬开关导致较大的噪声，易引起干扰，对变换器整体的emi 滤波设计要求较高。
23.为了解决llc电路处于boost升压模式时，存在变换器整体的emi 滤波设计要求较高的问题，本公开提供了一种基于llc电路的软开关电路、控制方法、控制装置、电子设备以及计算机可读存储介质，通过获取llc电路的电压区间；当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，控制器向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，控制器向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。本发明在不改变传统llc 电路结构的基础上，利用boost升压运行模式，在实现反向宽范围调压的基础上，通过改变原边开关管开通的时刻，实现副边开关管的软开关，减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率，降低emi 噪声，进一步提高了传统llc 的反向运行性能。
24.下面结合附图对本公开实施例提供的技术方案进行描述。
25.如图1所示，基于llc电路的软开关电路，包括原边、变压器、副边以及控制器；其中，原边为全桥电路，包括直流输入源，q2a、q2b组成的第一桥臂开关管，q3a、q3b组成的第二桥臂开关管，其中q2a、q2b、q3a、q3b为mosfet，并且q2a、q2b、q3a、q3b各自的源漏极之间分别并联二极管d2a、d2b、d3a、d3b，由谐振电容、谐振电感、励磁电感组成的llc谐振槽；变压器中设有中心抽头；副边为包括q4a、q5a、d4a、d5a、输出滤波电容组成的整流电路，q4a、q5a同样为mosfet，并且q4a、q5a各自的源漏极之间分别并联二极管d4a、d5a；本发明的副边采用一个mosfet晶体管q4a并联一个二极管d4a以及一个mosfet晶体管q5a并联一个二极管d5a的方式构成整流电路，可以实现续流的功能。具体来说，现有技术中，整流电路通常使用串联的两个二极管再并联另两个串联的二极管构成的全桥整流电路。这种整流电路无法实现续流功能。而本发明中，如果mosfet晶体管q4a和q5a被关闭，电流仍然可以通过二极管d4a和d5a流通，从而实现续流。
26.控制器用于获取llc电路的电压区间；当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，控制器还用于向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，控制器向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
27.在一个实施例中，q2a、q3b的漏极相连并与输入直流源的正极相连，q2a、q3b的源
极分别与q2b、q3a的漏极相连，q2b、q3a的源极相连并与输入直流源的负极相连，谐振电感lr的一端与q2a的源极和q2b的漏极相连，另一端与励磁电感lm的一端以及变压器t0的原边的一端相连，谐振电容cr的一端与q3b的源极和q3a的漏极相连，另一端与励磁电感lm的另一端以及变压器t0的原边的另一端相连，而且q2a、q2b、q3a以及q3b的栅极也与控制器连接。
28.在一个实施例中，控制器还分别与滤波电容co以及直流输入源并联，以用于获取llc电路的电压区间。
29.在一个实施例中，变压器t0的副边的一端连接q4a的漏极，变压器t0的副边上的中心抽头连接输出滤波电容co的一端；变压器t0的副边的另一端连接q5a的漏极；q4a的源极与q5a的源极相连，连接输出滤波电容co的另一端。
30.在一个实施例中，控制器还用于按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
31.在一个实施例中，向q2b以及q3a发送的触发电压根据负载以及预设的反向增益确定，若反向增益越大、负载越重，则向q2b以及q3a发送触发电压的发送时长越长，以使q2b以及q3a的导通时间变长。
32.也就是说，在本公开中，可以采用50%固定占空比，死区互补的驱动方式，原边采用boost升压的方式，原边下管驱动提前副边开关管驱动开通，原边下管的导通时间（ton）根据所需增益自动调节，需要实现的反向增益越大，负载越重，则ton 越大，提前时间tadvance，可以设置为一定值，也可根据电压区间、负载区间调节。
33.图2示出了上述软开关电路中在反向boost升压运行模式中驱动/电流等波形的示意图。在llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，控制器向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，控制器向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。提前的时间根据电压区间而定。具体而言，本发明中，一个优选的提前时间如图2所示；首先在第一个1/2周期内，向q2b发送触发电压的时间要比向q4a发送触发电压的时间提前12个时间单位，该第一个1/2周期内控制器并没有向q3a、q5a发送触发电压；接着，在第二个1/2周期内，控制器关闭向q2b和q4a发送触发电压，转而向q3a和q5a发送触发电压，控制器向q3a发送触发电压的时间要比向q5a发送触发电压的时间同样提前12个时间单位。该时间单位与频率有关，在本发明中，优选的频率为60mhz，那么换算过来，12个时间单位为12/60mhz，即0.2微秒。进一步说明的是，图2中方波旁所示的数字，例如12、18和22分别表示12个时间单位、18个时间单位和22个时间单位。
34.本公开基于llc电路的软开关电路，在不改变传统llc 电路结构的基础上，利用boost升压运行模式，在实现反向宽范围调压的基础上，通过改变原边开关管开通的时刻，实现副边开关管的软开关，减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率，降低emi 噪声，进一步提高了传统llc 的反向运行性能。
35.此外，本公开在llc 反向boost升压运行模式的基础上，通过改变原边开关管的开通时刻，可以实现副边开关管的软开关，从而减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率；通过软开关的实现，避免了在开关管开关时刻，电路寄生参数引起较大电压振荡，降低了emi 噪声，减小了开关管耐压要求，降低了变换器成本。在保留llc 正向运行传统优势的同时，进一步提高了传统llc 的反向运行性能，使得llc 拓扑在电能双向流动的场合更具
优势，拓宽了llc 拓扑的应用场景。
36.与图1所示的基于llc电路的软开关电路相对应，本公开还提供了一种控制方法，图3是本公开实施例提供的一种控制方法的流程示意图，该控制方法包括：s301：获取llc电路的电压区间。
37.s302：当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
38.在一个实施例中，向q4a以及q5a发送触发电压，包括按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
39.在一个实施例中，向q2b以及q3a发送的触发电压根据负载以及预设的反向增益确定，若反向增益越大、负载越重，则向q2b以及q3a发送触发电压的发送时长越长，以使q2b以及q3a的导通时间变长。
40.本公开基于llc电路的软开关电路提供的控制方法，在不改变传统llc 电路结构的基础上，利用boost升压运行模式，在实现反向宽范围调压的基础上，通过改变原边开关管开通的时刻，实现副边开关管的软开关，减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率，降低emi 噪声，进一步提高了传统llc 的反向运行性能。
41.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。
42.与图3所示的基于llc电路的软开关电路的控制方法相对应，本公开还提供了一种控制装置。
43.图4示出了一种控制装置的结构示意图，如图4所示，该装置可以包括获取模块401，可以用于获取llc电路的电压区间；触发电压发送模块402，可以用于当llc电路反向运行且原边处于boost升压区间时，向q2b、q3a、q4a以及q5a发送触发电压，其中，向q2b以及q3a发送触发电压分别提前于向q4a以及q5a发送触发电压。
44.在一个实施例中，触发电压发送模块402，还可以用于按照百分之五十的占空比以及死区互补的方式向q4a以及q5a发送触发电压。
45.在一个实施例中，向q2b以及q3a发送的触发电压根据负载以及预设的反向增益确定，若反向增益越大、负载越重，则向q2b以及q3a发送触发电压的发送时长越长，以使q2b以及q3a的导通时间变长。
46.本公开基于llc电路的软开关电路提供的控制装置，在不改变传统llc 电路结构的基础上，利用boost升压运行模式，在实现反向宽范围调压的基础上，通过改变原边开关管开通的时刻，实现副边开关管的软开关，减小器件开关损耗，提高反向运行的工作效率，降低emi 噪声，进一步提高了传统llc 的反向运行性能。
47.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
48.可以理解的是，图4所示的基于llc电路的软开关电路的控制装置中的各个模块具
有实现图3中各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。
49.本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
50.根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
51.图5示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备500的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
52.设备500包括计算单元501，其可以根据存储在只读存储器（rom）502中的计算机程序或者从存储单元508加载到随机访问存储器（ram）503中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。计算单元501、rom502以及ram503通过总线504彼此相连。输入/输出（i/o）接口505也连接至总线504。
53.设备500中的多个部件连接至i/o接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
54.计算单元501可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元501的一些示例包括但不限于中央处理单元（cpu）、图形处理单元（gpu）、各种专用的人工智能（ai）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器（dsp）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元501执行上文所描述的各个方法和处理，例如图3中的基于llc电路的软开关电路的控制方法。例如，在一些实施例中，图3中的基于llc电路的软开关电路的控制方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序加载到ram503并由计算单元501执行时，可以执行上文描述的基于llc电路的软开关电路的控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元501可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行图3中的基于llc电路的软开关电路的控制方法。
55.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asic）、专用标准产品（assp）、芯片上系统的系统（soc）、负载可编程逻辑设备（cpld）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
56.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来
编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
57.在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（cd-rom）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
58.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，crt（阴极射线管）或者lcd（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。
59.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（lan）、广域网（wan）和互联网。
60.计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
61.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
62.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。