CN106787776A - 一种混合控制的llc谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合控制的LLC谐振变换器，涉及功率变换技术领域，包括电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载和控制电路，所述电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载依次连接，控制电路包括电压采样信号、第一参考电压、第二参考电压、第一比较器、第二比较器、比较电路、振荡器、时钟脉冲产生电路、逻辑门电路。本发明混合控制的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器的控制电路采用PFM或PWM混合控制驱动开关管，PFM与PWM工作方式可以根据工作状态相互转换，从而实现谐振变换器的全负载范围内的软开关；副边整流采用同步整流控制，可以减小副边整流管的导通损耗，进一步提高谐振变换器的转换效率。

Description

一种混合控制的LLC谐振变换器
技术领域
本发明涉及功率变换技术领域，尤其涉及一种混合控制的LLC谐振变换器。
背景技术
随着现代电力电子技术的发展、高频开关器件的诞生，开关电源向着高频化、集成化和模块化的方向发展。功率谐振变换器是以谐振电路为基本变换单元，利用电路发生谐振时，电流或电压周期性地过零点，使得开关器件在零电压或者零电流条件下开通或者关断，从而实现软开关，达到降低开关损耗的目的。
LLC谐振变换器在比较宽的频率范围内能够实现一次侧开关管的零电压开通，且具有较好的掉电维持时间特性；由于二次侧整流管零电流关断，因此减小了整流管的关断损耗；电路工作频率高可减小电源的体积，是一种比较理想的谐振变换器拓扑。LLC谐振变换器采用变频控制技术，能实现原边侧主开关管零电压ZVS开通、副边侧整流管零电流ZCS关断的软开关技术、开关管与整流管的电压应力低、开关损耗低、整流管没有反向恢复损耗、开关频率可高频化、允许输入电压范围宽、效率高、功率密度大、方便使用磁集成技术等优点。但是随着LLC谐振变换器研究的不断深入，LLC谐振开关变换器采用变频PFM控制，轻载、空载时谐振槽路内电流大，损耗严重。
中国专利文献公开了申请号为201310301554.0的LLC谐振变换器轻负载控制方法及装置,该装置由负载的电压和电流条件进行PFM或PWM工作模式的选择，两种工作模式只能在额定负载谐振频率处切换，当变换器进入特殊工作模态(空载或短路状态等)时，不能实现PFM和PWM两种控制模式的自由切换。
发明内容
本发明的目的针对上述现有技术的问题，提供一种混合控制的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器的控制电路采用PFM或PWM方式混合控制驱动开关管，PFM与PWM工作方式可以根据工作状态相互转换，从而实现谐振变换器的全负载范围内的软开关，提高谐振变换器的效率，尤其是空载效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种混合控制的LLC谐振变换器，包括电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载和控制电路，所述电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载依次连接，所述控制电路包括电压采样信号、第一参考电压、第二参考电压、第一比较器、第二比较器、比较电路、振荡器、时钟脉冲产生电路、逻辑门电路；所述电压采样信号分别与第一比较器反相输入端、比较电路的输入端相连，所述第一参考电压与第一比较器同相输入端相连，所述第二参考电压与比较电路的输入端相连；所述第一比较器的输出端与第二比较器同相输入端相连，所述比较电路的输出与时钟脉冲产生电路输入端相连；所述时钟脉冲产生电路的输出端分别与振荡器和逻辑门电路相连，所述振荡器的输出分别与第二比较器的反相输入端和时钟脉冲产生电路输入端相连，所述第二比较器的输出端与逻辑门电路相连；所述逻辑门电路的输出驱动开关管。
进一步地，所述比较电路为最大值输出比较电路。
进一步地，所述第一比较器的反相输入端与第一比较器的输出端之间增设有补偿器。
进一步地，所述补偿器为PI调节器。
进一步地，所述开关管为两个串联连接的MOS管。
进一步地，所述谐振网络包括谐振电容、串联谐振电感和并联谐振电感。
进一步地，所述谐振电容、串联谐振电感串联连接后与并联谐振电感相连，所述并联谐振电感并联在变压器的原边绕组上。
进一步地，所述变压器为副边绕组带有中心抽头，所述变压器原副边绕组的匝比为n:1：1。
进一步地，所述整流电路为同步整流电路。
本发明的有益效果：一种混合控制的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器的控制电路采用PFM或PWM方式混合控制驱动开关管，PFM与PWM工作方式可以根据工作状态相互转换，从而实现谐振变换器的全负载范围内的软开关，提高谐振变换器的效率，尤其是空载效率；副边整流采用同步整流控制，可以减小副边整流管的导通损耗，进一步提高谐振变换器的转换效率。
附图说明
图1为本发明谐振变换器原理图；
相关元件符号说明：
1、电源；2、开关管；3、谐振网络；4、变压器；5、整流电路；6、负载；7、控制电路；70、电压采样信号；71、第一参考电压；72、第一比较器；73、PI调节器；74、第二比较器；75、比较电路；76、第二参考电压；77、振荡器；78、时钟脉冲产生电路；79、逻辑门电路。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
具体实施时，结合图1，一种混合控制的LLC谐振变换器，包括电源1、开关管2、谐振网络3、变压器4、整流电路5、负载6和控制电路7。电源1、开关管2、谐振网络3、变压器4、整流电路5、负载6依次连接。电源1为直流电源Vin，电源为LLC谐振变换器提供输入能量；开关管2为两个上下串联的MOS管Q1和Q2，MOS管Q1和Q2交替导通半个周期，开关管为LLC谐振变换器提供导通通路；谐振网络3包括谐振电容Cr、串联谐振电感Lr和并联谐振电感Lm,谐振电容Cr与MOS管Q1和Q2的中点N相连，谐振电容Cr与串联谐振电感Lr串联连接后与并联谐振电感Lm相连，并联谐振电感Lm与变压器的原边绕组相并联；变压器副边绕组带有中心抽头，变压器原副边绕组的匝比为n:1：1；整流电路采用全波整流电路，为了减小整流管的导通损耗，整流电路为同步全波整流电路，整流管为MOS管SR1和SR2,MOS管SR1和SR2交替导通；负载为电容Co和电阻Ro并联,输出电压为Vo。
控制电路7包括电压采样信号70、第一参考电压Vref1 71、第二参考电压Vref2 76、第一比较器72、第二比较器74、比较电路75、振荡器77、时钟脉冲产生电路78、逻辑门电路79。电压采样信号70用来采集输出电压为Vo，电压采样信号分别与第一比较器72反相输入端、比较电路75的输入端相连；第一参考电压Vref1 71与第一比较器72同相输入端相连；第二参考电压Vref2 76与比较电路75的输入端相连；第一比较器72的输出端与第二比较器74同相输入端相连；比较电路75的输出端与时钟脉冲产生电路78输入端相连，时钟脉冲产生电路78的输出端分别与振荡器77和逻辑门电路79相连，振荡器77的输出分别与第二比较器74的反相输入端和时钟脉冲产生电路78输入端相连；第二比较器74的输出端与逻辑门电路79相连；逻辑门电路79的输出驱动MOS管Q1和Q2。
比较电路的输入为电压采样信号kVo和第二参考电压Vref2，最高电压kVo要比Vref2大，比较电路为最大值输出比较电路。第一比较器的反相输入端与第一比较器的输出端之间增设有补偿器，补偿器可以为PI调节器。
电压采样信号对应于变换器负载的变化。以电压采样信号从高到低变化，对应着变换器负载由重载到轻载、空载变化，变换器可以实现PFM工作方式向PWM工作方式转换。当kVo大于Vref2时，比较电路的输出为kVo，经过时钟脉冲产生电路和振荡器，逻辑门电路输出频率变化的驱动脉冲，变换器工作在PFM工作模式；随着输出电压Vo的减小，电压采样信号kVo减小，当kVo等于Vref2时，比较电路的输出为kVo即Vref2，变换器工作在PFM与PWM工作模式的临界点；当输出电压Vo继续减小，kVo小于Vref2时，由于Vref2为恒定值，比较电路的输出为Vref2，经过时钟脉冲产生电路和振荡器，逻辑门电路输出周期恒定，占空比变化的驱动脉冲，变换器工作在PWM工作模式。电压采样信号kVo变化与Vref2比较，决定变换器以PFM工作模式或PWM工作模式工作，使变换器可以在全负载范围内实现软开关，提高变换器的转换效率。
一种混合控制的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器的控制电路采用PFM或PWM方式混合控制驱动开关管，PFM与PWM工作方式可以根据工作状态相互转换，从而实现谐振变换器的全负载范围内的软开关，提高谐振变换器的效率，尤其是空载效率；副边整流采用同步整流控制，可以减小副边整流管的导通损耗，进一步提高谐振变换器的转换效率。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合控制的LLC谐振变换器，包括电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载和控制电路，所述电源、开关管、谐振网络、变压器、整流电路、负载依次连接，其特征在于：所述控制电路包括电压采样信号、第一参考电压、第二参考电压、第一比较器、第二比较器、比较电路、振荡器、时钟脉冲产生电路、逻辑门电路；所述电压采样信号分别与第一比较器反相输入端、比较电路的输入端相连，所述第一参考电压与第一比较器同相输入端相连，所述第二参考电压与比较电路的输入端相连；所述第一比较器的输出端与第二比较器同相输入端相连，所述比较电路的输出与时钟脉冲产生电路输入端相连；所述时钟脉冲产生电路的输出端分别与振荡器和逻辑门电路相连，所述振荡器的输出分别与第二比较器的反相输入端和时钟脉冲产生电路输入端相连，所述第二比较器的输出端与逻辑门电路相连；所述逻辑门电路的输出驱动开关管。
2.按照权利要求1所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述比较电路为最大值输出比较电路。
3.按照权利要求1所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述第一比较器的反相输入端与第一比较器的输出端之间增设有补偿器。
4.按照权利要求3所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述补偿器为PI调节器。
5.按照权利要求1所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述开关管为上下两个串联连接的MOS管。
6.按照权利要求1所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述谐振网络包括谐振电容、串联谐振电感和并联谐振电感。
7.按照权利要求6所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述谐振电容、串联谐振电感串联连接后与并联谐振电感相连，所述并联谐振电感并联在变压器的原边绕组上。
8.按照权利要求7所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述变压器为副边绕组带有中心抽头，所述变压器原副边绕组的匝比为n:1：1。
9.按照权利要求1所述的一种混合控制的LLC谐振变换器，其特征在于：所述整流电路为同步整流电路。
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