CN102013821B - 谐振变换器的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振变换器的控制方法及装置。谐振变换器包括谐振电路及驱动电路，驱动电路产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压。该控制方法包括：采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；根据电压误差信号，产生PWM调制信号；根据PWM调制信号，产生同步驱动控制信号。本发明谐振变换器的控制方法及控制装置，使得同步驱动控制信号驱动的谐振电路可以输出完整的正弦波，保证谐振变换器的磁复位和同步整流控制信号的可靠性，大大降低了开关的损耗，提高了谐振变换效率。而且，当负载发生变化时，谐振变换器的频率固定不变，使得谐振变换器可以恒定在最佳的工作点。

Description

谐振变换器的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电源变换领域，特别涉及一种谐振变换器的控制方法及装置。

背景技术

随着世界能源危机的激化，降低能耗，保护环境已成共识。为了提高AC/DC和DC/DC电源变换器的效率，半桥LLC谐振变换器已广泛使用。

参照图10，为现有技术中半桥LLC调频变换器。该半桥LLC调频变换器通过晶体管Q1、Q2的交替导通/截止，可以实现零电压软开关，电源损耗很小。

但是，由于其工作频率随着负载的变化而变化，当负载不断变化时，工作频率的变化将会形成干扰噪声，难于实现副边的同步整流控制，而且在谐振腔中的回流往复于谐振电感与谐振电容之间，使其不能恒定地工作在最高效率点。如图11所示，S所指的区域即为谐振腔中的环流能量。

发明内容

本发明的发明目之一是提供一种谐振变换器的控制方法，旨在提高谐振变换器的工作效率。其中，谐振变换器包括谐振电路及驱动电路，驱动电路产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压。

本发明谐振变换器的控制方法包括以下步骤：

采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；

根据所述电压误差信号，产生PWM调制信号；

根据所述PWM调制信号，产生同步驱动控制信号。

优选地，上述根据电压误差信号，产生PWM调制信号的步骤具体为：

将电压误差信号与预设三角波信号进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号。

优选地，上述根据所述PWM调制信号，产生同步驱动控制信号的步骤具体为：

将PWM调制信号与谐振变换器的预设时钟的二分频信号进行同步，并产生同步PWM调制信号；

将所述同步PWM调制信号与驱动控制信号进行逻辑运算，产生同步驱动控制信号。

优选地，上述驱动控制信号由驱动电路根据预设时钟信号产生。

本发明还提出了一种谐振变换器的控制装置，包括谐振电路及驱动电路，驱动电路产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压。其中，该控制装置还包括：

采样电路，与谐振电路的输出端连接，用于采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；

PWM调制信号产生电路，与采样电路连接，用于根据电压误差信号产生PWM调制信号；

驱动信号同步电路，与PWM调制信号产生电路及驱动电路连接，用于根据所述PWM调制信号产生同步驱动控制信号。

优选地，上述PWM调制信号产生电路包括：

比较电路，用于将电压误差信号与预设三角波信号进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号。

优选地，上述驱动信号同步电路包括：

PWM调制信号同步电路，用于将PWM调制信号与预设谐振变换器的时钟的二分频信号进行同步，并产生同步PWM控制信号；

逻辑运算电路，用于将所述同步PWM控制信号与驱动控制信号进行逻辑运算，并产生同步驱动控制信号。

优选地，上述驱动电路包括：

预设时钟产生器，用于产生固定频率的预设时钟；

驱动控制信号产生电路，用于将所述预设时钟进行二分频，产生驱动控制信号。

优选地，上述谐振电路至少为两个，谐振电路之间并联，一个谐振电路向一个负载提供稳定的输出电压，所述采样电路、PWM调制信号产生电路及驱动信号同步电路的个数与谐振电路的个数一致。

优选地，上述谐振电路之间存在的相位差为180°/N，其中N为谐振电路的个数。

本发明谐振变换器的控制方法及控制装置，通过将PWM调制信号与谐振变换器的预设时钟的二分频信号进行同步后，使得同步驱动控制信号驱动的谐振电路可以输出完整的正弦波。而且，谐振变换器的开关管总是在谐振电感和变压器磁复位时才关断，保证谐振变换器的磁复位和同步整流控制信号的可靠性，大大降低开关的损耗，提高谐振变换效率。尤其是，当负载发生变化时，谐振变换器的频率固定不变，使得谐振变换器可以恒定在最佳的工作点。

附图说明

图1是本发明第一实施例中谐振变换器的控制方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施例中谐振变换器的控制装置的结构框图；

图3是上述实施例中驱动电路的电路结构图；

图4是上述实施例中谐振电路的电路结构图；

图5是上述实施例中PWM调制信号产生电路及驱动信号同步电路的电路结构图；

图6是上述实施例中采样电路的电路结构图；

图7是上述实施例中谐振变换器的控制装置的工作时序图；

图8是图7中A部局部放大的工作时序图；

图9是上述实施例中另一种谐振变换器的控制装置的结构框图；

图10是现有技术中半桥LLC调频变换器的电路结构图；

图11是图10中半桥LLC调频变换器工作波形图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，提出了第一实施例中的一种谐振变换器的控制方法。该谐振变换器包括谐振电路及驱动电路，驱动电路产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压。该方法包括以下步骤：

S11、采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；

步骤S11具体为：

A1、从谐振电路的输出端采样其输出电压；

A2、将输出电压与基准电压进行比较，获得电压误差信号。

该基准电压根据谐振电路或负载的特性及其他参数确定，以获得准确的电压误差信号。

S12、根据电压误差信号，产生PWM调制信号；

步骤S12具体为：将电压误差信号与预设三角波信号通过比较器进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号。例如，电压误差信号大于预设的三角波信号时，比较器输出高电平信号；电压误差信号小于预设的三角波信号时，比较器输出低电平信号，因此根据电压误差信号与预设三角波信号的比较结果可以产生PWM调制信号。

S13、根据所述PWM调制信号，产生同步驱动控制信号。

步骤S13具体为：

B1、将PWM调制信号与谐振变换器的预设时钟的二分频信号进行同步，并产生同步PWM调制信号；

B2、将所述同步PWM控制信号与驱动控制信号进行逻辑运算，产生同步驱动控制信号。

上述驱动控制信号由驱动电路根据预设时钟产生。通过将PWM调制信号进行同步后，与驱动控制信号进行逻辑运算，产生同步驱动控制信号来驱动谐振电路，使得谐振电路可以产生完整的正弦波，达到控制输出电压的目的。而且，同步驱动控制信号不改变谐振变换器的预设时钟的频率，当负载发生变化时，由固定频率的同步驱动控制信号可以使谐振变换器工作在最佳的工作点，提高了工作效率。

参照图2，提出了第二实施例的谐振变换器的控制装置100，包括谐振电路10、驱动电路20、采样电路30、PWM调制信号产生电路40及驱动信号同步电路50。驱动电路20可以产生驱动控制信号，以驱动谐振电路10向负载200提供稳定的输出电压。采样电路30与谐振电路10的输出端连接，用于采样谐振电路10的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号Verr。PWM调制信号产生电路40与采样电路30连接，用于根据电压误差信号Verr产生PWM调制信号。驱动信号同步电路50与PWM调制信号产生电路40连接，用于根据所述PWM调制信号产生同步驱动控制信号。

参照图3，上述驱动电路20包括振荡器21及第一触发器22。振荡器21用于产生固定频率的预设时钟，且该预设时钟的频率为F1。第一触发器22与振荡器21连接，根据预设时钟可以产生驱动控制信号。该驱动控制信号包括第一驱动控制信号VgsA和第二驱动控制信号VgsB。

上述第一触发器22为D触发器。该D触发器的控制输入端与振荡器21的输出端连接，D触发器的Q端及Q端分别输出第一驱动控制信号VgsA及第二驱动控制信号VgsB，且该D触发器的D输入端与第二驱动控制信号VgsB连接，构成F1的二分频器。D触发器的SET及RST端均与电源VCC连接，使得该D触发器的能一直处于置位的触发状态。由图8可知，通过第一触发器22获得的第一驱动控制信号VgsA与第二驱动控制信号VgsB的相位差为180°，且占空比均为50％。

结合图4，上述谐振电路10包括第一开关S1与第二开关S2、电感L2、第一电容C3、第二电容C4、变压器TX1、第一输出整流管D1及第二输出整流管D9。第一开关S1与第二开关S2串联，电容C3和电容C4串联，且该两个串联后再并联。变压器TX1的原边分别连接第一开关S1与第二开关S2的中点Vmid1及第一电容C3与第二电容C4的中点。变压器TX1的副边分别与第一输出整流管D1及第二输出整流管D9连接。当第一开关S1闭合S2断开时，电源V1经过第一开关S1、电感L2，变压器TX1的原边绕组，及第二电容C4形成回路，并在C4上储能，电流正向流过变压器TX1的原边绕组；当第二开关S2闭合S1断开时，C4上的储能经变压器TX1的原边绕组，电感L2，及第二开关S2、形成回路，电流反向流过变压器TX1的原边绕组。上述第一驱动控制信号VgsA用于驱动第一开关S1，第二驱动控制信号VgsB用于驱动第二开关S2。因为第一驱动控制信号VgsA与第二驱动控制信号VgsB的相位相反，所以第一驱动控制信号VgsA驱动第一开关S1闭合时，第二驱动控制信号VgsB则驱动第二开关S2断开；而第一驱动控制信号VgsA驱动第一开关S1断开时，第二驱动控制信号VgsB则驱动第二开关S2闭合，经过第一开关S1和第二开关S2交替地闭合/断开，即可在变压器TX1的原边产生正弦交流Ipriml。如图8所示。

为了防止第一开关S1与第二开关S2的闭合/断开能顺利地交替，故需在第一驱动控制信号VgsA及第二驱动控制信号VgsB的输出端分别连接延时电路23，该延时电路23可以对第一驱动控制信号VgsA与第二驱动控制信号VgsB进行延时，以达到第一开关S1与第二开关S2之间的顺利交替的目的。

上述谐振电路10产生的谐振频率Fr由电感L2与电容C4构成。为了获得谐振变换器的最佳工作效率，上述振荡器21所产生的预设时钟的频率F1将设置为谐振频率Fr附近的最佳工作点。

参照图5，上述PWM调制信号产生电路40包括第一比较电路41及信号产生器42。信号产生器42用于产生预设三角波信号，该预设三角波信号的频率为F2，且F2小于上述预设时钟的频率F1。第一比较电路41分别与信号产生器42及采样电路30连接，用于将电压误差信号与预设三角波信号进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号。例如，电压误差信号大于预设的三角波信号时，第一比较电路41输出高电平信号；电压误差信号小于预设的三角波信号时，第一比较电路41输出低电平信号。PWM调制信号的波形如图8中的波形B所示。

上述驱动信号同步电路50包括第二触发器51及逻辑运算电路52。第二触发器51为D触发器，其D输入端为PWM调制信号，控制输入端为第一触发器22的Q输出端信号，Q输出端则为同步PWM调制信号。该同步PWM调制信号的波形如图8中的波形C所示。逻辑运算电路52与第二触发器51及驱动电路20连接，用于将第二触发器51产生的同步PWM调制信号与驱动电路20产生的驱动控制信号进行逻辑运算，并产生同步驱动控制信号，用于驱动谐振电路10。

由于同步PWM调制信号的产生是通过谐振变换器预设时钟的二分频信号同步而来，使得上述谐振电路10中的第一开关S1和第二开关S2总是在谐振电感L2和变压器TX1的磁复位时才关断。如图8所示，只有当Vmid1为零时，第一开关S1和第二开关S2才关断，如此可以保证变压器TX1和谐振电感L2进行磁复位，大大降低开关的损耗，提高谐振变换效率。

上述第一整流管D1和第二整流管D9还可用同步整流管替代。上述同步驱动控制信号在驱动变压器TX1原边的开关管的同时，还可用于驱动副边同步整流管。该同步驱动控制信号不但使得谐振电路可以输出完整的正弦波，而且谐振电路输出的正弦波均为一个完整的周期(如图8所示)，这样可以有效地防止变压器TX1副边的同步整流管产生振荡。

参照图6，上述采样电路30包括采样电阻R12、分压电阻R9、第二比较电路31及误差反馈补偿电路32。采样电阻R12的一端与上述谐振电路10的输出端连接，另一端与第二比较电路31的一输入端连接。分压电阻R9的一端连接在采样电阻与第二比较电路31的连接节点上，另一端接地。第二比较电路31的另一输入端与电源V2连接，该电源V2用于提供第二比较电路31的基准电压。该基准电压根据谐振电路10或负载的特性及其他参数确定，以获得准确的电压误差信号。误差反馈补偿电路32的一端连接第二比较电路31的输出端，另一端连接在采样电阻R12与第二比较电路31的连接节点上。该误差反馈补偿电路32用于对第二比较电路31的输出结果进行反馈补偿，使得采样电路30获得的电压误差信号Verr更加精确。

参照图7、图8，为谐振变换器的控制装置的工作时序图。由图中可以看出，波形B为PWM调制信号，波形C为同步PWM调制信号，通过该同步PWM调制信号与驱动控制信号进行逻辑运算产生的同步驱动控制信号，可以使谐振电路10输出完整的正弦波，大大降低了开关的损耗，提高了谐振变换效率。而且，PWM调制信号保证了谐振变换器中变压器和谐振电感的磁复位，防止变压器副边的整流管产生振荡。同步驱动控制信号的频率F2与谐振变换器的预设时钟的频率F1均为固定值，使得谐振变换器获得最佳的工作效率。

上述谐振变换器可以为全桥、半桥或LLC谐振变换器。

参照图9，在上述实施例的基础上，提出了一种可以实现多路错相的变换器组合的控制装置。该控制装置包括至少两个谐振电路10，该谐振电路10并联且向负载200提供稳定的输出电压。相应地，该控制装置包括采样电路30、PWM调制信号产生电路40、驱动信号同步电路50的个数均与谐振电路10的个数一致。谐振电路10之间存在的相位差为180°/N，其中N为谐振电路10的个数。通过实现多路错相，使得经过变压器TX1的副边整流管产生的纹波大大地减小。

上述实施例的谐振变换器的控制装置可以实现多路错相的变换器组合，同步驱动控制信号的频率F2与谐振变换器的预设时钟的频率F1均为固定值，使得每个谐振电路均可以工作在最佳的工作点。而且，在负载变化时，也可以保证各谐振电路之间的相位差恒定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种谐振变换器的控制方法，所述谐振变换器包括谐振电路及驱动电路，驱动电路根据预设时钟产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

设置谐振变换器的预设时钟的频率F1为谐振频率附近的最佳工作点；

采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；

根据所述电压误差信号，产生PWM调制信号；

将PWM调制信号与谐振变换器的预设时钟的二分频信号进行同步，产生同步PWM调制信号，并将所述同步PWM调制信号与驱动控制信号进行逻辑运算，产生同步驱动控制信号。

2.如权利要求1所述的谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述根据所述电压误差信号，产生PWM调制信号的步骤具体为：

将电压误差信号与预设三角波信号进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号，三角波的频率为固定值F2。

3.一种谐振变换器的控制装置，包括谐振电路及驱动电路，驱动电路根据预设时钟产生驱动控制信号，驱动谐振电路向负载提供稳定的输出电压，其特征在于，还包括：

采样电路，与谐振电路的输出端连接，用于采样谐振电路的输出电压，并根据输出电压获得电压误差信号；

PWM调制信号产生电路，与采样电路连接，用于根据电压误差信号产生PWM调制信号；

驱动信号同步电路，与PWM调制信号产生电路及驱动电路连接，用于将PWM调制信号与谐振变换器的预设时钟的二分频信号进行同步，产生同步PWM调制信号，并将所述同步PWM调制信号与驱动控制信号进行逻辑运算，产生同步驱动控制信号；

所述预设时钟的频率为谐振变换器的最佳工作点。

4.如权利要求3所述的谐振变换器的控制装置，其特征在于，所述PWM调制信号产生电路包括：

比较电路，用于将电压误差信号与预设三角波信号进行比较，并根据比较结果产生PWM调制信号。

5.如权利要求3所述的谐振变换器的控制装置，其特征在于，所述驱动电路包括：

预设时钟产生器，用于产生固定频率的预设时钟；

驱动控制信号产生电路，用于将所述预设时钟进行二分频，产生驱动控制信号。

6.如权利要求3或4所述的谐振变换器的控制装置，其特征在于，所述谐振电路至少为两个，谐振电路之间并联，一个谐振电路向一个负载提供稳定的输出电压，所述采样电路、PWM调制信号产生电路及驱动信号同步电路的个数与谐振电路的个数一致。

7.如权利要求6所述的谐振变换器的控制装置，其特征在于，所述谐振电路之间存在的相位差为180°/N，其中N为谐振电路的个数。

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