CN112671246B - 基于反激芯片的llc谐振拓扑控制电路 - Google Patents

基于反激芯片的llc谐振拓扑控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，包括LLC谐振腔、电流型反激芯片U1、第一驱动电路、第二驱动电路、电荷泵电路和反馈电路，LLC谐振腔包括开关管Q1、开关管Q2、谐振电感L1、谐振电容C1和输出变压器T1，开关管Q1与开关管Q2串联、谐振电感L1、输出变压器T1的原边线圈与谐振电容C1串联后与开关管Q2并联；开关管Q1的栅极与第一驱动电路的输出端相连，第一驱动电路的输入端与电流型反激芯片U1的GD端相连；开关管Q2的栅极与第二驱动电路的输出端相连，第二驱动电路的输入端与电流型反激芯片U1的RT端相连；谐振电容C1的一端通过电荷泵电路与电流型反激芯片U1的CS端相连。本申请提供的LLC谐振拓扑控制电路具有成本低、体积小的特点。

Description

基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路
技术领域
本发明涉及LLC谐振控制技术领域，特别是涉及一种基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路。
背景技术
一般产品设计中，是使用现有的专业控制芯片来做LLC谐振电路，该产品设计完全受限于芯片本身，且目前国产芯片涉及这块很少，都是国外半导体公司在做，价格较高，体积较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、体积小的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，包括LLC谐振腔、电流型反激芯片U1、第一驱动电路、第二驱动电路、电荷泵电路和反馈电路，其中，所述LLC谐振腔包括开关管Q1、开关管Q2、谐振电感L1、谐振电容C1和输出变压器T1，所述开关管Q1的漏极接电源VBUS端，所述开关管Q1的源极分别与所述开关管Q2的漏极、所述谐振电感L1的一端相连，所述谐振电感L1的另一端通过所述输出变压器T1的原边线圈与所述谐振电容C1的一端相连，所述谐振电容C1的另一端和所述开关管Q2的源极接电源LG端；
所述开关管Q1的栅极与所述第一驱动电路的输出端相连，所述第一驱动电路的输入端与所述电流型反激芯片U1的GD端相连；所述开关管Q2的栅极与所述第二驱动电路的输出端相连，所述第二驱动电路的输入端与所述电流型反激芯片U1的RT端相连；所述谐振电容C1的一端通过所述电荷泵电路与所述电流型反激芯片U1的CS端相连；所述输出变压器T1的副边线圈与所述反馈电路的输入端相连，所述反馈电路的输出端通过光耦合隔离器U2与所述电流型反激芯片U1的FB端相连。
相比于传统的LLC谐振控制电路，本申请提供的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路采用电流型反激芯片U1来控制LLC谐振拓扑，芯片体积小巧，比现有市面芯片封装小很多；且芯片成本更低，设计灵活，能有效提升产品竞争力。
所述第一驱动电路包括三极管Q3～Q6、变压器T2、二极管D1、电容C2和电阻R2～R4，所述电流型反激芯片U1的GD端通过电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端、三极管Q5的发射极相连，所述电阻R2的另一端分别与三极管Q3的基极、二极管D1的阳极相连，所述三极管Q3的集电极通过电阻R4分别与电阻R3的另一端、三极管Q5的基极相连，所述三极管Q5的集电极分别与三极管Q4的基极、三极管Q6的基极相连，所述三极管Q6的发射极分别与所述三极管Q4的发射极、所述变压器T2的原边线圈的一端相连，所述变压器T2的原边线圈的另一端与所述电容C2的一端相连，所述变压器T2的副边线圈的一端通过电阻R5与所述开关管Q1的栅极相连，所述变压器T2的副边线圈的另一端分别与所述二极管D1的阴极、所述谐振电感L1的一端相连；所述电容C2的另一端、所述三极管Q4的集电极和所述三极管Q3的发射极均接电源LG端，所述三极管Q6的集电极接电源VCC端。
所述第二驱动电路包括三极管Q7～Q9、稳压二极管ZD1、二极管D2和电阻R7～R9，所述电流型反激芯片U1的RT端通过电阻R6与电阻R7的一端相连，所述电阻R7的另一端分别与三极管Q7的基极、三极管Q8的基极、三极管Q9的集电极、稳压二极管ZD1的阴极相连，所述三极管Q8的发射极分别与所述三极管Q7的发射极、电阻R8的一端相连，所述三极管Q9的基极通过二极管D2与所述谐振电感L1的一端相连，所述电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、所述开关管Q2的栅极相连，所述电阻R9的另一端、所述三极管Q9的发射极、所述三极管Q7的集电极和所述稳压二极管ZD1的阳极均接电源LG端，所述三极管Q8的集电极接电源VCC端。
在其中一个实施例中，所述电荷泵电路包括三极管Q10、二极管D3～D4、电容C3～C6和电阻R10～R14，所述谐振电容C1的一端通过电容C3分别与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端相连，所述电阻R11的另一端通过电容C5分别与二极管D4的阳极、二极管D3的阴极相连，所述二极管D4的阴极分别与电容C6的一端、三极管Q10的发射极相连，所述三极管Q10的基极与所述电阻R10的另一端相连，所述三极管Q10的集电极分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端相连，所述电阻R13的另一端与所述电流型反激芯片U1的CS端相连，所述电阻R14的另一端、所述电阻R12的另一端、所述电容C4的另一端、所述二极管D3的阳极和所述电容C6的另一端均接电源LG端。
在其中一个实施例中，所述反馈电路包括整流供电电路和采样电路，其中，
所述整流供电电路包括电容C7～C8、二极管D5～D9和电阻R15，所述输出变压器T1的副边线圈的一端分别与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，所述输出变压器T1的副边线圈的另一端分别与二极管D7的阳极、二极管D8的阳极相连，所述输出变压器T1的副边线圈的调节端与电容C7、电容C8的一端相连，所述电容C7的另一端分别与所述二极管D5的阴极、所述二极管D6的阴极、所述二极管D7的阴极、二极管D8的阴极一端相连，所述电容C8的另一端通过电阻R15与光耦合隔离器U2的一输入端相连；
所述采样电路包括运算放大器U3A、电容C9～C10和电阻R17～R21，光耦合隔离器U2的另一输入端通过电阻R16分别与电阻R17的一端、运算放大器U3A的输出端相连，电阻R17的另一端通过电容C9分别与电阻R18的一端、电阻R20的一端、所述运算放大器U3A的反相输入端相连，所述电阻R20的另一端通过电阻R19与所述电容C7的另一端相连，所述运算放大器U3A的正相输入端分别与电阻R21的一端、电容C10的一端相连，所述电阻R21的另一端接+15V电源端，所述电容C10的另一端和所述电阻R18的另一端接地。
在其中一个实施例中，还包括电源电路，所述电源电路包括三极管Q11、稳压二极管ZD2、电容C11、二极管D10和电阻R22，所述三极管Q11的发射极为电源VCC端；所述三极管Q11的基极分别与所述电阻R22的一端、所述稳压二极管ZD2的阴极相连，所述电阻R22的另一端分别与所述三极管Q11的集电极、所述电容C11的一端、所述二极管D10的阴极相连，所述二极管D10的阳极端为电源VD端；所述电容C11的另一端和所述稳压二极管ZD2的阳极共接一点，共接点为电源LG端。
在其中一个实施例中，所述电流型反激芯片U1采用OB2263/8系列反激芯片。
附图说明
图1为一实施例中基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路的电路原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
参见图1，本实施例提供了一种基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，包括LLC谐振腔10、电流型反激芯片U1、第一驱动电路100、第二驱动电路200、电荷泵电路300和反馈电路，其中，LLC谐振腔包括开关管Q1、开关管Q2、谐振电感L1、谐振电容C1和输出变压器T1，开关管Q1的漏极接电源VBUS端，开关管Q1的源极分别与开关管Q2的漏极、谐振电感L1的一端相连，谐振电感L1的另一端通过输出变压器T1的原边线圈与谐振电容C1的一端相连，谐振电容C1的另一端和开关管Q2的源极接电源LG端；开关管Q1的栅极与第一驱动电路100的输出端相连，第一驱动电路100的输入端与所述电流型反激芯片U1的GD端相连；开关管Q2的栅极与第二驱动电路200的输出端相连，第二驱动电路200的输入端与电流型反激芯片U1的RT端相连；谐振电容C1的一端通过电荷泵电路300与电流型反激芯片U1的CS端相连；输出变压器T1的副边线圈与反馈电路的输入端相连，反馈电路的输出端通过光耦合隔离器U2与电流型反激芯片U1的FB端相连。具体地，本实施例中提供的电流型反激芯片U1可采用OB2263/8系列反激芯片。
在本实施例中，第一驱动电路100可包括三极管Q3～Q6、变压器T2、二极管D1、电容C2和电阻R2～R4，电流型反激芯片U1的GD端通过电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端、三极管Q5的发射极相连，电阻R2的另一端分别与三极管Q3的基极、二极管D1的阳极相连，三极管Q3的集电极通过电阻R4分别与电阻R3的另一端、三极管Q5的基极相连，三极管Q5的集电极分别与三极管Q4的基极、三极管Q6的基极相连，三极管Q6的发射极分别与三极管Q4的发射极、变压器T2的原边线圈的一端相连，变压器T2的原边线圈的另一端与电容C2的一端相连，变压器T2的副边线圈的一端通过电阻R5与开关管Q1的栅极相连，变压器T2的副边线圈的另一端分别与二极管D1的阴极、谐振电感L1的一端相连；电容C2的另一端、三极管Q4的集电极和三极管Q3的发射极均接电源LG端，三极管Q6的集电极接电源VCC端。
第二驱动电路200可包括三极管Q7～Q9、稳压二极管ZD1、二极管D2和电阻R7～R9，电流型反激芯片U1的RT端通过电阻R6与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端分别与三极管Q7的基极、三极管Q8的基极、三极管Q9的集电极、稳压二极管ZD1的阴极相连，所述三极管Q8的发射极分别与所述三极管Q7的发射极、电阻R8的一端相连，所述三极管Q9的基极通过二极管D2与所述谐振电感L1的一端相连，所述电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、所述开关管Q2的栅极相连，所述电阻R9的另一端、所述三极管Q9的发射极、所述三极管Q7的集电极和所述稳压二极管ZD1的阳极均接电源LG端，所述三极管Q8的集电极接电源VCC端。
电荷泵电路300可包括三极管Q10、二极管D3～D4、电容C3～C6和电阻R10～R14，谐振电容C1的一端通过电容C3分别与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端相连，电阻R11的另一端通过电容C5分别与二极管D4的阳极、二极管D3的阴极相连，二极管D4的阴极分别与电容C6的一端、三极管Q10的发射极相连，三极管Q10的基极与电阻R10的另一端相连，三极管Q10的集电极分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端相连，电阻R13的另一端与电流型反激芯片U1的CS端相连，电阻R14的另一端、电阻R12的另一端、电容C4的另一端、二极管D3的阳极和电容C6的另一端均接电源LG端。
反馈电路可包括整流供电电路410和采样电路420，其中，整流供电电路410可包括电容C7～C8、二极管D5～D9和电阻R15，输出变压器T1的副边线圈的一端分别与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，输出变压器T1的副边线圈的另一端分别与二极管D7的阳极、二极管D8的阳极相连，输出变压器T1的副边线圈的调节端与电容C7、电容C8的一端相连，电容C7的另一端分别与二极管D5的阴极、二极管D6的阴极、二极管D7的阴极、二极管D8的阴极一端相连，电容C8的另一端通过电阻R15与光耦合隔离器U2的一输入端相连；采样电路420可包括运算放大器U3A、电容C9～C10和电阻R17～R21，光耦合隔离器U2的另一输入端通过电阻R16分别与电阻R17的一端、运算放大器U3A的输出端相连，电阻R17的另一端通过电容C9分别与电阻R18的一端、电阻R20的一端、运算放大器U3A的反相输入端相连，电阻R20的另一端通过电阻R19与电容C7的另一端相连，运算放大器U3A的正相输入端分别与电阻R21的一端、电容C10的一端相连，电阻R21的另一端接+15V电源端，电容C10的另一端和所述电阻R18的另一端接地。
进一步地，本实施例提供的基于反激芯片的LLC谐振拓扑电路还包括电源电路500，电源电路500可包括三极管Q11、稳压二极管ZD2、电容C11、二极管D10和电阻R22，三极管Q11的发射极为电源VCC端；三极管Q11的基极分别与电阻R22的一端、稳压二极管ZD2的阴极相连，电阻R22的另一端分别与三极管Q11的集电极、电容C11的一端、二极管D10的阴极相连，二极管D10的阳极端为电源VD端；电容C11的另一端和稳压二极管ZD2的阳极共接一点，共接点为电源LG端。
本实施例提供的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路包括LLC谐振腔10、电流型反激芯片U1、第一驱动电路100、第二驱动电路200、电荷泵电路300和反馈电路，借助电流型反激芯片U1的频率设置脚通过电阻R6与LLC谐振腔10工作频率同步工作。其中，电荷泵电路300包括三极管Q10、二极管D3～D4、电容C3～C6和电阻R10～R14，用于完成电流-电压转换，电荷泵经电容C3分流谐振电容C1的电流，当LLC谐振腔10能量太高，谐振电容C1的电压增大，二极管D3/D4整流后电压也变高，超过电流型反激芯片U1 CS端设置的保护阈值；且在LLC谐振腔10中的谐振电容C1电压出现下降过0且发生负值，三极管Q10导通，电流型反激芯片U1的CS端逐周期过流保护触发过功率保护。本实施例中的电源电路500包括三极管Q11、稳压二极管ZD2、电容C11、二极管D10和电阻R22，用于形成稳压电路给电流型反激芯片U1供电，二极管D9和电容C8给反馈电路供电，运算放大器U3A组成的反馈电路通过光耦合隔离器U2给电流型反激芯片U1来控制输出电压。
工作启动机制：电流型反激芯片U1得电发出驱动信号，经过电阻R1后，通过三极管Q4和Q6去推动驱动变压器T2来驱动上桥臂中的开光管Q1导通，LLC谐振腔10开始工作，VD反偏置截止，下半周期后VD为正，VD通过电阻R7驱动下桥臂中的开关管Q2导通，二极管Q3和二极管D1以及三极管Q9与二极管D2形成自锁，防止谐振腔中开关管Q1和Q2直通。
本实施例提供的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路的关键核心是工作启动和保护机制，启动只控制上桥臂，下桥臂由变压器T2自激驱动，保护由二极管Q3和二极管D1以及三极管Q9与二极管D2实现驱动信号互锁，防止直通，LLC谐振腔10中的过流保护由三极管Q10和电荷泵组成。
相比于传统的LLC谐振控制电路，本实施例提供的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路采用反激电流型反激芯片U1来控制LLC谐振拓扑，芯片体积小巧，比现有市面芯片封装小很多；且芯片成本更低，设计灵活，能有效提升产品竞争力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，其特征在于，包括LLC谐振腔、电流型反激芯片U1、第一驱动电路、第二驱动电路、电荷泵电路和反馈电路，其中，所述LLC谐振腔包括开关管Q1、开关管Q2、谐振电感L1、谐振电容C1和输出变压器T1，所述开关管Q1的漏极接电源VBUS端，所述开关管Q1的源极分别与所述开关管Q2的漏极、所述谐振电感L1的一端相连，所述谐振电感L1的另一端通过所述输出变压器T1的原边线圈与所述谐振电容C1的一端相连，所述谐振电容C1的另一端和所述开关管Q2的源极接电源LG端；
所述开关管Q1的栅极与所述第一驱动电路的输出端相连，所述第一驱动电路的输入端与所述电流型反激芯片U1的GD端相连；所述开关管Q2的栅极与所述第二驱动电路的输出端相连，所述第二驱动电路的输入端与所述电流型反激芯片U1的RT端相连；第二驱动电路的输入端通过电阻 R6 与变压器T1的辅助 绕组异名端VD相连；所述谐振电容C1的一端通过所述电荷泵电路与所述电流型反激芯片U1的CS端相连；所述输出变压器T1的副边线圈与所述反馈电路的输入端相连，所述反馈电路的输出端通过光耦合隔离器U2与所述电流型反激芯片U1的FB端相连；
所述第一驱动电路包括三极管Q3～Q6、变压器T2、二极管D1、电容C2和电阻R2～R4，所述电流型反激芯片U1的GD端通过电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端、三极管Q5的发射极相连，所述电阻R2的另一端分别与三极管Q3的基极、二极管D1的阳极相连，所述三极管Q3的集电极通过电阻R4分别与电阻R3的另一端、三极管Q5的基极相连，所述三极管Q5的集电极分别与三极管Q4的基极、三极管Q6的基极相连，所述三极管Q6的发射极分别与所述三极管Q4的发射极、所述变压器T2的原边线圈的一端相连，所述变压器T2的原边线圈的另一端与所述电容C2的一端相连，所述变压器T2的副边线圈的一端通过电阻R5与所述开关管Q1的栅极相连，所述变压器T2的副边线圈的另一端分别与所述二极管D1的阴极、所述谐振电感L1的一端相连；所述电容C2的另一端、所述三极管Q4的集电极和所述三极管Q3的发射极均接电源LG端，所述三极管Q6的集电极接电源VCC端；
所述第二驱动电路包括三极管Q7～Q9、稳压二极管ZD1、二极管D2和电阻R7～R9，所述电流型反激芯片U1的RT端通过电阻R6与电阻R7的一端相连，所述电阻R7的另一端分别与三极管Q7的基极、三极管Q8的基极、三极管Q9的集电极、稳压二极管ZD1的阴极相连，所述三极管Q8的发射极分别与所述三极管Q7的发射极、电阻R8的一端相连，所述三极管Q9的基极通过二极管D2与所述谐振电感L1的一端相连，所述电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端、所述开关管Q2的栅极相连，所述电阻R9的另一端、所述三极管Q9的发射极、所述三极管Q7的集电极和所述稳压二极管ZD1的阳极均接电源LG端，所述三极管Q8的集电极接电源VCC端。
2.根据权利要求1所述的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括三极管Q10、二极管D3～D4、电容C3～C6和电阻R10～R14，所述谐振电容C1的一端通过电容C3分别与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端相连，所述电阻R11的另一端通过电容C5分别与二极管D4的阳极、二极管D3的阴极相连，所述二极管D4的阴极分别与电容C6的一端、三极管Q10的发射极相连，所述三极管Q10的基极与所述电阻R10的另一端相连，所述三极管Q10的集电极分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端相连，所述电阻R13的另一端与所述电流型反激芯片U1的CS端相连，所述电阻R14的另一端、所述电阻R12的另一端、所述电容C4的另一端、所述二极管D3的阳极和所述电容C6的另一端均接电源LG端。
3.根据权利要求1所述的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，其特征在于，所述反馈电路包括整流供电电路和采样电路，其中，
所述整流供电电路包括电容C7～C8、二极管D5～D9和电阻R15，所述输出变压器T1的副边线圈的一端分别与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，所述输出变压器T1的副边线圈的另一端分别与二极管D7的阳极、二极管D8的阳极相连，所述输出变压器T1的副边线圈的调节端与电容C7、电容C8的一端相连，所述电容C7的另一端分别与所述二极管D5的阴极、所述二极管D6的阴极、所述二极管D7的阴极、二极管D8的阴极一端相连，所述电容C8的另一端通过电阻R15与光耦合隔离器U2的一输入端相连；
所述采样电路包括运算放大器U3A、电容C9～C10和电阻R17～R21，光耦合隔离器U2的另一输入端通过电阻R16分别与电阻R17的一端、运算放大器U3A的输出端相连，电阻R17的另一端通过电容C9分别与电阻R18的一端、电阻R20的一端、所述运算放大器U3A的反相输入端相连，所述电阻R20的另一端通过电阻R19与所述电容C7的另一端相连，所述运算放大器U3A的正相输入端分别与电阻R21的一端、电容C10的一端相连，所述电阻R21的另一端接+15V电源端，所述电容C10的另一端和所述电阻R18的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路包括三极管Q11、稳压二极管ZD2、电容C11、二极管D10和电阻R22，所述三极管Q11的发射极为电源VCC端；所述三极管Q11的基极分别与所述电阻R22的一端、所述稳压二极管ZD2的阴极相连，所述电阻R22的另一端分别与所述三极管Q11的集电极、所述电容C11的一端、所述二极管D10的阴极相连，所述二极管D10的阳极端为电源VD端；所述电容C11的另一端和所述稳压二极管ZD2的阳极共接一点，共接点为电源LG端。
5.根据权利要求1所述的基于反激芯片的LLC谐振拓扑控制电路，其特征在于，所述电流型反激芯片U1采用OB2263/8系列反激芯片。
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