CN102170286A - 一种死区时间的调整方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种死区时间的调整方法和装置，所述装置包括：死区时间发生器，用于控制LLC电路的死区时间；死区时间调节单元，将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。

Description

一种死区时间的调整方法和装置
技术领域
本发明涉及开关技术领域，尤其是涉及一种LLC电路中死区时间(deadtime)的调整方法和装置。
背景技术
目前，由于串并联拓扑(LLC)电路的特殊性，LLC电路已经广泛地应用于一次开关电源，以实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)的特性，即软开关技术。如图1所示为现有技术中一种LLC电路的结构示意图，其中电容Cr、电感Lr和Lm构成了谐振回路，在开关频率的控制下，该谐振回路会呈现不同的阻抗，而当谐振回路呈感性时，电流会滞后于电压，从而可以实现ZVS特性。
下面对ZVS特性进行简单的描述，如图2所示为LLC电路实现软开关技术的示意图，其可以包括如下过程：首先，如图2中(a)状态所示，MOS管Q1关断、Q2开通，谐振电流Ir会流经MOS管Q2；接着，如图2中(b)状态所示，MOS管Q1关断、Q2关断，励磁电流Ir会分别流经MOS管Q1的寄生电容C1和MOS管Q2的寄生电容C2，从而使C1放电，C2充电；接着，如图2中(c)状态所示，当C2充电完毕，C1放电完毕后，剩余的谐振电流会流经MOS管Q1的寄生二极管D3；最后，如图2中(d)状态所示，MOS管Q1导通，Q2关断，谐振电流Ir会流经MOS管Q1，即开关管导通。
上述MOS管Q1、Q2都关断状态下的时间即死区时间，通过上述描述可知，描述死区时间的关系式可以为：tdead＝t1+t2，其中，t1为C1和C2充放电时间，t2为剩余的谐振电流流经MOS管Q1的寄生二极管D3的时间。
要保证LLC电路实现ZVS，上述死区时间的设置需要合理，死区时间过大或者过小都将不能保证LLC电路实现ZVS。比如，当死区时间过大时，会出现谐振电流为C1、2充放电完成后，剩余电流流经寄生二极管D3续流至零后，然后反向为C1、2反向充放电，此时开通开关管将使得ZVS失败；当死区时间过小时，会出现在谐振电流为C1、2充放电完成前开通开关管，使得ZVS失败。而由于LLC电路的输入电压，输出负载等的变化，固定的死区时间通常很难满足LLC拓扑全负载范围内的软开通，而现有技术中LLC电路的死区时间恰恰都是固定的，从而导致LLC电路的工作效率和可靠性都不高。
发明内容
本发明实施例提供一种死区时间的调整方法和装置，用于使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而满足LLC拓扑全负载范围内的软开通，提高LLC电路的工作效率和可靠性。
一方面，本发明实施例提供了一种死区时间的调整装置，包括：死区时间发生器，用于控制LLC电路的死区时间；死区时间调节单元，将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。
另一方面，本发明实施例提供了一种死区时间的调整方法，包括：根据LLC电路的输出电压信号得到输出电压负反馈信号；将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。
本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种LLC电路的结构示意图；
图2为LLC电路实现软开关技术的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种死区时间的调整装置的结构示意图；
图4为UCC25600芯片的内部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种死区时间的调整装置的结构示意图；
图6为将本发明实施例的装置和现有技术中的LLC电路相结合来应用的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种死区时间的调整装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种死区时间的调整方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示为本发明实施例提供的一种死区时间的调整装置的结构示意图，该装置包括死区时间发生器310和死区时间调节单元320，死区时间发生器310和死区时间调节单元320相连。
死区时间发生器310用于控制LLC电路的死区时间，死区时间发生器310具体如何控制死区时间属于现有技术，在此不再赘述。现有的LLC控制单元内都包含有死区时间发生器310，LLC控制单元比如可以为UCC25600芯片，如图4所示为该芯片的内部结构示意图，由图4可见，UCC25600芯片内部具有一死区时间发生器310(dead time generator)，其配合相关电路及可实现死区时间的控制，但需要指出的是，现有技术中死区时间发生器310对LLC电路的死区时间的控制是固定的，即只能使LLC电路产生固定的死区时间。
死区时间调节单元320用于根据LLC电路的输出电压负反馈信号调节LLC电路的死区时间。现有的LLC控制单元是根据LLC电路的输出电压反馈信号来调节LLC电路的开关频率的，而该开关频率和LLC电路的死区时间之间是同向变化的线性关系，即开关频率越高，死区时间越大，开关频率越低，死区时间越小，因此本实施例中死区时间调节单元320调节死区时间的原则实质上是使死区时间可以和LLC电路的开关频率同向变化。因此为了使死区时间可以和LLC电路的开关频率同向变化，只需要使死区时间随着LLC电路的输出电压的反馈信号进行相应的变化即可，在本发明实施例中即是利用了输出电压的负反馈信号来调节死区时间使死区时间随着输出电压的变化而变化。
由于死区时间发生器310是控制LLC电路的死区时间的，死区时间发生器310输入端的对地阻抗和死区时间是同向变化的关系，因此，具体来说，死区时间调节单元320是用于将LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述LLC控制单元内死区时间发生器310输入端的对地阻抗，使得死区时间发生器310输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化。比如，当控制芯片为UCC25600时，其DT管脚是和死区时间发生器相连的管脚，该芯片在用于LLC电路控制的时候，其DT管脚会连接一电阻RDT后再接地。而该电阻RDT的电阻值就决定了死区时间发生器310所产生的死区时间的长短。因此，本发明实施例的死区时间调节单元320只需要利用LLC电路的输出电压负反馈信号来控制死区时间发生器310输入端的对地阻抗，使该对地阻抗随着输出电压负反馈信号的变化而变化，即可到达动态调节死区时间的目的，当然，由于对地阻抗和死区时间是同向变化的，因此死区时间和LLC电路的开关频率也同向变化。
本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。
如图5所示为本发明实施例提供的另一种死区时间的调整装置的结构示意图，为了便于说明，在本实施例中LLC控制单元利用UCC25600芯片进行替换，但是，需要指出的是，这并不是对本发明实施例的限定，任何可以实现和UCC25600同样功能的芯片或者单独的电路，都应该在本发明实施例的范围内。
由图5可见，该装置包括UCC25600芯片和死区时间调节单元510，其中死区时间调节单元510又可以包括射随器511和比例放大器512，它们之间的连接关系如下：
射随器511的正输入端用于接入LLC电路的负反馈电压信号(V-feedback)，其输出端除了和负输入端相连，还和比例放大器512的负输入端相连。比例放大器512的正输入端用于输入设定的参考电压信号(V-reference)，其负输入端还和输出端相连，而其输出端则连接至UCC25600芯片的DT管脚。
作为本发明的一个实施例，为了得到上述所需的LLC电路的负反馈电压信号，可以将LLC电路的反馈电压通过一运算放大器来实现，比如图5中的的运算放大器513。具体来说，是将LLC电路的反馈电压(V feedback)接入运算放大器513的负输入端，而在运算放大器513的正输入端输入一参考电压，这样，就可以在运算放大器513的输出端得到一负反馈电压信号。
下面在上述连接的基础上对本发明实施例如何实现动态调节死区时间进行描述：
由于射随器511的输出端电压会随着其输入电压V-feedback变化而变化，而由于射随器511的输出端连接至比例放大器512的负输入端，因此比例放大器512输出端的电压也会随着V-feedback变化而变化，这就相当于UCC25600芯片的DT管脚的接地电阻也会随着V-feedback变化而变化。进而构成一个反馈的环路，将输出电压的反馈值同死区时间的调节进行了关联，从而对死区时间进行随动的控制。
如图6所示为将本发明实施例的装置和现有技术中的LLC电路相结合来应用的结构示意图。当然，由于LLC电路及相关应用的不同，其连接方式或者器件可以有所不同，在此仅是举例对本发明实施例装置的应用进行相应描述。
从图6中可见，将从运算放大器513输出的负反馈电压信号连接至UCC25600芯片的RT管脚，使得UCC25600芯片可以以此来调节LLC电路的开关频率fs；而从比例放大器512输出的信号则连接至DT管脚，以此来动态调节LLC电路的死区时间。
本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。
如图7所示为本发明实施例提供的另一种死区时间的调整装置的结构示意图，为了便于说明，在本实施例中LLC控制单元利用UCC25600芯片进行替换，但是，需要指出的是，这并不是对本发明实施例的限定，任何可以实现和UCC25600同样功能的芯片或者单独的电路，都应该在本发明实施例的范围内。
由图7可见，该装置包括UCC25600芯片和死区时间调节单元710，其中死区时间调节单元710又可以包括第一晶体三极管711和第一晶体三极管712，它们之间的连接关系如下：
第一晶体三极管711和第一晶体三极管712的的基极相互连接，且第一晶体三极管711和第一晶体三极管712的的发射极共同接地，LLC电路的负反馈电压信号分别接入第一晶体三极管711的集电极和基极，而第二晶体管712的集电极则连接至UCC25600芯片的DT管脚。
由于第一晶体三极管711和第一晶体三极管712的上述连接方式，它们构成了一个镜像电流源，从而711所示的晶体管的集电极电压发生变化时，也同样的影响712所示的晶体管的集电极电压，而712集电极电压直接影响了死区时间，从而构成一个输出电压的反馈值到死区时间控制的反馈环路。
本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。
虽然本发明实施例例举了上述两个具体的实施例来对本发明进行描述，但是，需要指出的是，本发明实施例并不限定在上述实施例中，只要利用LLC电路的负反馈电压来完成死区时间调整的电路都应该在本发明的范围之内，本发明实施例比如还可以采用射随器和镜像电流源相结合的方式来实现等。
如图8所示为本发明实施例提供的一种死区时间的调整方法流程示意图，该方法包括：
S801：将LLC电路的输出电压负反馈信号输入至死区时间调节单元。
作为本发明的一个实施例，为了得到LLC电路的输出电压负反馈信号，可以将LLC电路的反馈电压通过一运算放大器来实现，具体来说，是将LLC电路的反馈电压接入运算放大器的负输入端，而在运算放大器的正输入端输入一参考电压，这样，就可以在运算放大器的输出端得到一负反馈电压信号。
S802：死区时间调节单元将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。
死区时间调节单元可以根据LLC电路的输出电压负反馈信号调节LLC电路的死区时间。现有的LLC控制单元是根据LLC电路的输出电压反馈信号来调节LLC电路的开关频率的，而该开关频率和LLC电路的死区时间之间是同向变化的线性关系，即开关频率越高，死区时间越大，开关频率越低，死区时间越小，因此本实施例中死区时间调节单元调节死区时间的原则实质上是使死区时间可以和LLC电路的开关频率同向变化。因此为了使死区时间可以和LLC电路的开关频率同向变化，只需要使死区时间随着LLC电路的输出电压的反馈信号进行相应的变化即可，在本发明实施例中即是利用了输出电压的负反馈信号来调节死区时间使死区时间随着输出电压的变化而变化。
作为本发明的一个实施例，死区时间调节单元具体可以将LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述LLC控制单元内死区时间发生器3输入端的对地阻抗，使得死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化。比如，当控制芯片为UCC25600时，其DT管脚是和死区时间发生器相连的管脚，该芯片在用于LLC电路控制的时候，其DT管脚会连接一电阻RDT后再接地。而该电阻RDT的电阻值就决定了死区时间发生器所产生的死区时间的长短。因此，本发明实施例的死区时间调节单元只需要利用LLC电路的输出电压负反馈信号来控制死区时间发生器输入端的对地阻抗，使该对地阻抗随着输出电压负反馈信号的变化而变化，即可到达动态调节死区时间的目的，当然，由于对地阻抗和死区时间是同向变化的，因此死区时间和LLC电路的开关频率也同向变化。
本发明实施例利用LLC电路的输出电压负反馈信号来调节LLC电路的死区时间，使得LLC电路的死区时间可以随着负载或输入电压的变化而变化，从而保持在合理的时间范围内，可以提高LLC电路的工作效率和可靠性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种死区时间的调整装置，其特征在于，所述装置包括：
死区时间发生器，用于控制LLC电路的死区时间；
死区时间调节单元，将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述死区时间调节单元包括射随器和比例放大器，所述射随器的输出端分别连接至所述比例放大器的负输入端以及所述射随器的负输入端，所述射随器的正输入端用于输入所述LLC电路的输出电压负反馈信号；所述比例放大器的正输入端用于输入第一参考电压信号，所述比例放大器的输出端连接至所述死区时间发生器的输入端。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述死区时间调节单元包括第一晶体三极管和第二晶体三管，所述第一晶体三极管和所述第二晶体三极管的基极相互连接，所述第一晶体三极管和所述第二晶体三极管的发射极共同接地，所述输出电压负反馈信号分别输入所述第一晶体三极管的集电极以及所述第一晶体三极管和所述第二晶体三极管的基极，所述第二晶体管的集电极连接至所述死区时间发生器的输入端。
4.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，还包括一运算放大器，所述运算放大器的负输入端用于输入所述LLC电路的输出电压反馈信号，所述运算放大器的正输入端用于输入第二参考电压信号，所述运算放大器的输出端用于输出所述LLC电路的输出电压负反馈信号。
5.一种死区时间的调整方法，其特征在于，所述方法包括：
根据LLC电路的输出电压信号得到输出电压负反馈信号；
将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为控制量，控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗，使得所述死区时间发生器输入端的对地阻抗和所述LLC电路的开关频率同向变化，从而使得所述死区时间和所述LLC电路的开关频率同向变化。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制和所述LLC电路相连的死区时间发生器输入端的对地阻抗包括：
将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为射随器的输入信号，通过射随器以及和所述射随器相连的比例放大器来控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述LLC电路的输出电压负反馈信号作为第一晶体三极管的输入信号，通过第一晶体三极管以及和所述射随器相连的比例放大器来控制所述死区时间发生器输入端的对地阻抗。
8.如权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于，所述根据LLC电路的输出电压信号得到输出电压负反馈信号包括：
将所述LLC电路的输出电压信号作为运算放大器负输入端的输入信号，通过所述运算放大器得到所述输出电压负反馈信号。
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