CN107332444A - 一种llc变换器及其控制电路 - Google Patents

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宋晨
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Abstract

本申请公开了一种LLC变换器的控制电路，LLC变换器包括原边驱动电路、变压器和副边输出电路；控制电路包括采样模块和控制模块；其中，采样模块的输入端与变压器的原边连接，采样模块的输出端与控制模块的输入端连接，用于采集变压器的原边电压，并输出采集信号；控制模块的输出端与原边驱动电路的输入端连接，用于根据采集信号计算LLC变换器的输出电压，根据输出电压生成驱动信号，并将驱动信号输入给原边驱动电路，以便调节输出电压。本申请将采样模块的采样点设置在了变压器的原边侧，因而无需设置隔离电路并避免了长距离走线，由此可以优化电路结构并提高控制精度。本申请还公开了一种LLC变换器，同样具有上述有益效果。

Description

一种LLC变换器及其控制电路
技术领域
本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种LLC变换器及其控制电路。
背景技术
LLC变换器具有良好的电压调节特性和较高的转换效率，被广泛地应用在大功率应用场合。
为了实现对LLC变换器输出电压的有效调节，LLC变换器的控制电路需要对输出电压进行采样，进而生成电路中开关管的驱动信号，以便调节输出电压，实现闭环控制。请参考图1，图1为现有技术中所提供的LLC变换器的控制电路的结构示意图。如图1所示，T1为变压器；直流电源Vin、开关管驱动电路、开关管Q1和Q2、电容C1以及电感L1构成了LLC变换器的原边驱动电路；二极管D1和D2、电容Co以及负载等效电阻Ro构成了LLC变换器的副边输出电路；隔离电路a和b、控制器以及采样电路构成了LLC变换器的控制电路，其中，采样电路所采集的电压是位于变压器T1副边侧的输出电压。
可见，在现有技术中，LLC变换器的控制电路同时涉及到了变压器T1的强电侧和弱电侧，因此，为了电路的安全，必须要保证强电侧与弱点侧之间有相应的电气隔离，即，图1中所示的隔离电路a和b中至少应保留一个。但是，隔离电路的设置必会增加电路结构的复杂程度。此外，采样点与控制器之间的距离比较远，不可避免地会增加走线的困难，并且长距离走线很可能会增加线路耦合等因素带来的干扰，降低采样的精度，进而影响控制效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种LLC变换器的控制电路，以便有效地优化电路结构并提高控制精度。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种LLC变换器的控制电路，所述LLC变换器包括原边驱动电路、变压器和副边输出电路；所述控制电路包括采样模块和控制模块；
其中，所述采样模块的输入端与所述变压器的原边连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，用于采集所述变压器的原边电压，并输出采集信号；
所述控制模块的输出端与所述原边驱动电路的输入端连接，用于根据所述采集信号计算所述LLC变换器的输出电压，根据所述输出电压生成驱动信号，并将所述驱动信号输入给所述原边驱动电路，以便调节所述输出电压。
可选地，所述采样模块为第一运放比例调节电路；
其中，所述第一运放比例调节电路的输入端作为所述采样模块的输入端，所述第一运放比例调节电路的输出端作为所述采样模块的输出端，所述第一运放比例调节电路中的运放的一个输入端与基准电压源连接，用于对所述采集信号的大小进行调节，以便所述采集信号符合所述控制模块的检测范围。
可选地，所述第一运放比例调节电路为运放正比例调节电路。
可选地，所述采样模块包括整流电路和第二运放比例调节电路；
其中，所述整流电路的输入端作为所述采样模块的输入端，所述整流电路的输出端与所述第二运放比例调节电路的输入端连接，用于对所述原边电压的采集信号进行整流并输出；
所述第二运放比例调节电路的输出端作为所述采样模块的输出端，用于对接收到的采集信号的大小进行调节并输出，以便所述采集信号符合所述控制模块的检测范围。
可选地，所述第二运放比例调节电路为运放正比例调节电路。
可选地，所述整流电路为整流桥电路。
可选地，所述整流电路为半波整流电路。
可选地，所述采样模块还包括滤波电路；
其中，所述滤波电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端与所述第二运放比例调节电路的输入端连接，用于对所述整流电路输出的采集信号进行滤波并输出。
可选地，所述滤波电路为电容滤波电路。
本申请还提供了一种LLC变换器，包括上述任一种LLC变换器的控制电路。
本申请所提供的LLC变换器的控制电路中，所述控制电路包括采样模块和控制模块；其中，所述采样模块的输入端与所述变压器的原边连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，用于采集所述变压器的原边电压，并输出采集信号；所述控制模块的输出端与所述原边驱动电路的输入端连接，用于根据所述采集信号计算所述LLC变换器的输出电压，根据所述输出电压生成驱动信号，并将所述驱动信号输入给所述原边驱动电路，以便调节所述输出电压。
可见，相比于现有技术，本申请所提供的LLC变换器的控制电路中，采样模块的采样点设置在了变压器的原边侧，即，变压器的强电侧与弱电侧之间不存在电路上的直接联系，因此，无需在控制电路中设置隔离电路，并避免了长距离走线以及长距离走线过程中受到的电路干扰。由此可见，本申请所提供的LLC变换器的控制电路，可以有效地优化电路结构并提高电路抗干扰能力，进而提高电路的控制精度。本申请还提供了一种LLC变换器，包括上述LLC变换器的控制电路，同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为现有技术中所提供的一种LLC变换器的控制电路的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种LLC变换器的控制电路的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种LLC变换器的控制电路的电路结构图；
图4为本申请实施例所提供的另一种LLC变换器的控制电路的电路结构图；
图5为本申请实施例所提供的又一种LLC变换器的控制电路的电路结构图。
具体实施方式
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种LLC变换器的控制电路的结构示意图。
如图2所示，本申请中所提供的LLC变换器的控制电路21包括控制模块211和采样模块212；其中，采样模块212的输入端与变压器的原边连接，采样模块212的输出端与控制模块211的输入端连接；而控制模块211的输出端与开关管驱动电路的输入端连接。
采样模块212用于采集变压器T1的原边电压Vp，并将其采集到的采集信号输出；控制模块211在接收到采样模块212输出的采集信号之后，可以用于根据该采集信号计算生成LLC变换器当前的输出电压Vo，进而可以用于生成开关管Q1和Q2的驱动信号，并将该驱动信号输入给开关管驱动电路，以便对LLC变换器的输出电压Vo进行调节。
这里所说的控制模块211可以由功能、参数合适的单片机等控制器来实现，本申请实施例对此并不进行限定；相应地，采样模块212也可由本领域技术人员自行选择并设置，并保证采样模块212输出的采集信号满足控制模块211的检测范围。
具体地，根据变压器T1的工作原理，原边电压Vp和输出电压Vo之间应当满足关系式
|Vp|·Ns＝(Vo+Vd)·Np，
其中，Ns为变压器T1副边的匝数，Np为变压器T1原边的匝数，Vd为二极管D1的导通压降。
由此，当获取到原边电压Vp的采集信号之后，控制模块211可用于根据上述关系式，计算得到当前的输出电压Vo，并与预设的输出电压值进行比较，根据比较结果生成开关管Q1和Q2的驱动信号并输出，以便实现对输出电压Vo的控制。
可见，本申请实施例所提供的LLC变换器的控制电路21中，采样模块212的采样对象是变压器T1的原边电压Vp，控制模块211可以根据原边电压Vp与输出电压Vo的对应关系，计算当前时刻的输出电压Vo，进而实现对输出电压Vo的调节与控制。由于本申请中控制电路21的输入端和输出端都位于变压器T1的原边侧，因此无需进行电气隔离，并且避免了长距离走线，既优化了电路结构，又提高了电路的抗干扰能力。
请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种LLC变换器的控制电路的电路结构图。
图3所示的LLC变换器的控制电路31中，采样模块具体为第一运放比例调节电路312。
其中，第一运放比例调节电路312的输入端作为控制电路31的采样模块的输入端，第一运放比例调节电路312的输出端就作为控制电路31的采样模块的输出端。如图3所示，运放U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2和电容C3构成了第一运放比例调节电路312，位于变压器T1原边侧的采样点通过与电阻R1和电阻R4连接，将原边电压输入给第一运放比例调节电路312。需要说明的是，图3中电容C2和电容C3的主要作用在于滤波，以保证运放U1的工作性能，因此也可以不使用；并且，以上内容及下文中所提到的各个元器件的具体参数，均可由本领域技术人员自行选择并设置，本申请实施例对此并不进行限定。
此外，由于图3中第一运放比例调节电路312的输入信号是未经处理过的原边电压，是一种交流信号，因此，需要将第一运放比例调节电路312中的运放U1的一个输入端与基准电压源Vref连接，对输出的采集信号的大小进行调节，以便输出单向脉动的采集信号，且使得输出的采集信号符合控制模块311的检测范围。当然，这里所说的运放U1的一个输入端可以具体为其正相输入端，也可以为其反相输入端，本申请实施例对此并不进行限定。
具体地，如图3所示，第一运放比例调节电路312优选为运放正比例调节电路，以便输出与输入信号正相关的输出信号；当然，其也可以为运放反比例调节电路，并设置相应的基准电压源，本领域技术人员可以自行选择并设置，本申请实施例并不进行限定。
请参考图4，图4为本申请实施例所提供的又一种LLC变换器的控制电路的电路结构图。
图4所示的LLC变换器的控制电路41中，采样模块412具体包括整流电路4121和第二运放比例调节电路4122。
其中，整流电路4121的输入端作为控制电路41的采样模块412的输入端，第二运放比例调节电路4122的输出端作为控制电路41的采样模块412的输出端，而整流电路4121的输出端与该第二运放比例调节电路4122的输入端连接。
整流电路4121具体用于对原边电压的采集信号进行整流并输出；而第二运放比例调节电路4122具体用于对接收到的采集信号的大小进行调节并输出，以便输出的采集信号符合控制模块411的检测范围。
图4中所示的整流电路4121为使用较广的整流桥电路，当然，这里也可以采用较为简单的半波整流电路，本领域技术人员可以根据实际使用情况自行选择，并根据相应的计算公式，由整流后的电压值计算得到变压器T1的原边电压，本申请实施例对此并不进行限定。
此外，如图4所示，第二运放比例调节电路4122优选为运放正比例调节电路，以便得到与输入信号正相关的输出信号；当然，其也可以为运放反比例调节电路，本领域技术人员可以自行选择并设置，本申请实施例对此并不进行限定。
可见，相比于图3，本申请实施例所提供的LLC变换器的控制电路41，增加了对原边电压进行整流的整流电路4121，由此可以省却为运放U1设置的基准电压源Vref，提高了电路效率。
请参考图5，图5为本申请实施例所提供的又一种LLC变换器的控制电路的电路结构图。在图4的基础上，图5中所示的LLC变换器的控制电路51中，采样模块512还包括滤波电路5123。
其中，滤波电路5123的输入端与整流电路5121的输出端连接，而滤波电路5123的输出端与第二运放比例调节电路5122的输入端连接。滤波电路5123用于对整流电路5121输出的采集信号进行滤波并输出，以便进一步抑制采集信号的脉动，提高采样精度。
图5中所示的滤波电路5123为简单常用的电容滤波电路，当然，这里也可以采用其他一些更为复杂的滤波电路，如有源滤波电路等；本领域技术人员可以根据实际使用情况自行选择并设置，本申请实施例对此并不进行限定。
由此可见，图5所示的LLC变换器的控制电路，相较于图4，因增加了滤波电路5123而具有更好的采样精度。有关本申请实施例中的其他部分请参考图4所示控制电路的相关内容，这里就不再赘述。
本申请还提供了一种LLC变换器，包括以上任一实施例所提供的LLC变换器的控制电路。有关本申请实施例所提供的LLC变换器的具体内容，请参考以上各个实施例的详细介绍，本申请实施例就不再赘述。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LLC变换器的控制电路，所述LLC变换器包括原边驱动电路、变压器和副边输出电路；其特征在于，所述控制电路包括采样模块和控制模块；
其中，所述采样模块的输入端与所述变压器的原边连接，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，用于采集所述变压器的原边电压，并输出采集信号；
所述控制模块的输出端与所述原边驱动电路的输入端连接，用于根据所述采集信号计算所述LLC变换器的输出电压，根据所述输出电压生成驱动信号，并将所述驱动信号输入给所述原边驱动电路，以便调节所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述采样模块为第一运放比例调节电路；
其中，所述第一运放比例调节电路的输入端作为所述采样模块的输入端，所述第一运放比例调节电路的输出端作为所述采样模块的输出端，所述第一运放比例调节电路中的运放的一个输入端与基准电压源连接，用于对所述采集信号的大小进行调节，以便所述采集信号符合所述控制模块的检测范围。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一运放比例调节电路为运放正比例调节电路。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述采样模块包括整流电路和第二运放比例调节电路；
其中，所述整流电路的输入端作为所述采样模块的输入端，所述整流电路的输出端与所述第二运放比例调节电路的输入端连接，用于对所述原边电压的采集信号进行整流并输出；
所述第二运放比例调节电路的输出端作为所述采样模块的输出端，用于对接收到的采集信号的大小进行调节并输出，以便所述采集信号符合所述控制模块的检测范围。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第二运放比例调节电路为运放正比例调节电路。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述整流电路为整流桥电路。
7.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述整流电路为半波整流电路。
8.根据权利要求4至7任一项所述的控制电路，其特征在于，所述采样模块还包括滤波电路；
其中，所述滤波电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端与所述第二运放比例调节电路的输入端连接，用于对所述整流电路输出的采集信号进行滤波并输出。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述滤波电路为电容滤波电路。
10.一种LLC变换器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的LLC变换器的控制电路。
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