CN115825521A - 一种llc谐振变换器的电流采样电路及llc谐振变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LLC谐振变换器的电流采样电路及LLC谐振变换器。所述电流采样电路包括采样电阻、差分输入电阻、运算放大器、斜波补偿电阻和积分电容；电流采样电路通过一个电流互感器和LLC谐振变换器的LLC驱动电路连接，电流互感器的初级串接到LLC驱动电路的谐振回路中，次级跨接采样电阻，采样电阻的第一端和第二端分别通过一个差分输入电阻连接到运算放大器的正输入端和负输入端；运算放大器的正输入端和负输入端分别通过一斜坡补偿电阻与用于驱动LLC驱动电路的高边控制信号和低边控制信号连接；两积分电容分别跨接在运算放大器的正输入端和采样电阻的第二端之间，及运算放大器的负输入端和输出端之间；运算放大器的输出端输出电压反馈信号。

Description

一种LLC谐振变换器的电流采样电路及LLC谐振变换器

技术领域

本发明涉及LLC谐振变换器技术领域，尤其涉及一种LLC谐振变换器的电流采样电路及LLC谐振变换器。

背景技术

传统的LLC采用的是电压控制模式或者平均电流控制模式，整个系统的带宽比较窄，动态响应差，而且容易出现谐振腔应力过高的问题。新一代的LLC采用电流控制模式，电流的积分电路通常采用RC积分，但是这种积分电路的控制误差大、比较难添加斜波补偿，容易出现大小波的次谐波振荡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LLC谐振变换器的电流采样电路，可提高控制精度，同时可实现斜波补偿，以避免出现大小波的次谐波振荡。

实现本发明目的的技术方案为：

一种LLC谐振变换器的电流采样电路，包括电流互感器、采样电阻、第一差分输入电阻、第二差分输入电阻、运算放大器、第一斜波补偿电阻、第二斜波补偿电阻、第一积分电容和第二积分电容，所述电流采样电路通过一个电流互感器和LLC谐振变换器的LLC驱动电路连接，所述电流互感器的初级串接到LLC谐振变换器的半桥LLC驱动电路的谐振回路中，所述电流互感器的次级的第一端和第二端之间跨接所述采样电阻；所述采样电阻的第一端通过所述第一差分输入电阻连接到所述运算放大器的正输入端；所述采样电阻的第二端通过所述第二差分输入电阻连接到所述运算放大器的负输入端；

所述运算放大器的正输入端通过所述第一斜波补偿电阻和LLC驱动电路的高边控制信号连接；所述运算放大器的负输入端通过所述第二斜波补偿电阻和LLC驱动电路的低边控制信号连接；所述运算放大器的正输入端和所述采样电阻的第二端之间跨接所述第一积分电容；所述运算放大器的负输入端和所述运算放大器的输出端之间跨接所述第二积分电容；所述运算放大器的输出端输出电压反馈信号以调整高边控制信号和低边控制信号的输出；其中，所述高边控制信号和低边控制信号用于控制LLC驱动电路的开关管的开合，以控制LLC驱动电路的谐振频率。

进一步的，所述第一差分电阻和所述第二差分电阻的阻值相等；所述第一斜波补偿电阻和所述第二斜波补偿电阻的阻值相等；所述第一积分电容和所述第二积分电容的容值相等。

进一步的，所述采样电阻的第二端连接一偏置电路，所述偏置电路为所述采样电阻的第二端提供一偏置电压。

进一步的，所述偏置电路包括第一偏置电阻和第二偏置电阻，所述第一偏置电阻的第一端和电源连接；所述第一偏置电阻的第二端、所述第二偏置电阻的第一端共同和所述采样电阻的第二端连接，所述第二偏置电阻的第二端和地连接。

进一步的，所述电流采样电路还包括第一积分补偿电阻和第二积分补偿电阻，所述第一积分补偿电阻和第二积分补偿电阻分别和所述第一积分电容和第二积分电容并联。

一种LLC谐振变换器，包括控制器、接口硬件电路、LLC驱动电路、电流互感器和电流采样电路；所述控制器和所述LLC驱动电路之间的信号通过接口硬件电路适配，所述电流采样电路通过所述电流互感器和所述LLC驱动电路连接，进行电流采样，并输出电压反馈信号给接口硬件电路，以调整输入LLC驱动电路的高边控制信号和低边控制信号，所述电流采样电路为如上任一项所述的LLC谐振变换器的电流采样电路。

进一步，所述LLC驱动电路为半桥式LLC驱动电路，所述高边控制信号和低边控制信号分别控制半桥式LLC驱动电路的一对开关管中的一个。

进一步，所述LLC驱动电路为全桥式LLC驱动电路，所述高边控制信号和低边控制信号分别控制全桥式LLC驱动电路的四个开关管的两个。

本发明的有益效果：

本发明的LLC谐振变换器的电流采样电路采用有源积分电路和双脉冲斜波补偿，具有积分误差小，双脉冲斜波补偿对占空比不对称的补偿增益高，对抑制次谐波振荡的效果佳，补偿量简单可调等特点。

附图说明

图1是本发明的LLC谐振变换器的功能框图；

图2是本发明的LLC谐振变换器的LLC驱动电路的实施例。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1给出了LLC谐振变换器的功能框图，主要由控制器10、接口硬件电路20、电流采样电路30、电流互感器T1和LLC驱动电路40组成。

控制器10通常为单片机等微处理器，通过程序控制，生成占空比互补的高边控制信号和低边控制信号；高边控制信号H_Drv和低边控制信号H_Drv通过接口硬件电路20的信号分析单元和驱动输出单元后输出给LLC驱动电路40，LLC驱动电路40内置电流或电压检测电路，输出电压反馈信号V_CS给到通过接口硬件电路的信号分析单元，以调整输入LLC驱动电路40的高边控制信号H_Drv和低边控制信号L_Drv，同时LLC驱动电路40输出电压Vout(即图2中的+12V)给到控制器10以形成闭环控制。

图2给出了一种LLC谐振变换器的半桥LLC驱动电路和电流采样电路的电路图。

在本实施例中，LLC驱动电路40采用半桥LLC驱动电路。电流采样电路30，由采样电阻RSEN、差分输入电阻R1A、R1B、运算放大器U1、斜波补偿电阻R2A、R2B、积分电容C1A、C1B、偏置电阻R4A、R4B等器件组成。电流采样电路30通过电流互感器T1和半桥LLC驱动电路40连接，电流互感器T1的初级(ISEN+、ISEN-)接入半桥LLC驱动电路的谐振回路中，以采集半桥LLC驱动电路的谐振回路的电流，电流互感器T1的次级的第一端和第二端之间跨接采样电阻RESN，将半桥LLC驱动电路的谐振回路的电流值转化为采样电阻RSEN两端的电压值。采样电阻RESN的第一端通过差分输入电阻R1A连接到运算放大器U1的正输入端；采样电阻RESN的第二端通过差分输入电阻R1B连接到运算放大器U1的负输入端。H_Drv’可以表示高边控制信号H_Drv，也可以表示高边控制信号H_Drv进行线性缩放后的信号，运算放大器U1的正输入端通过斜波补偿电阻R2A和半桥LLC驱动电路的开关管的高边控制信号H_Drv连接,或和高边控制信号H_Drv进行线性缩放后的信号连接；同理L_Drv’可以表示低边控制信号L_Drv，也可以表示低边控制信号L_Drv进行线性缩放后的信号，运算放大器U1的负输入端通过斜波补偿电阻R2B和半桥LLC驱动电路的开关管的低边控制信号L_Drv连接，或和低边控制信号L_Drv进行线性缩放后的信号连接；运算放大器U1的正输入端和采样电阻RESN的第二端之间跨接积分电容C1A；运算放大器U1的负输入端和运算放大器U1的输出端之间跨接积分电容C1B；运算放大器U1的输出端输出电压反馈信号V_CS。

偏置电阻R4A的第一端和电源VCC连接；偏置电阻R4A的第二端、偏置电阻R4B的第一端共同和采样电阻RESN的第二端连接，偏置电阻R4B的第二端和地连接。

在本实施例中，根据电流大小和采样电压限幅选择电流互感器T1的匝数比(如150:1)和采样电阻RSEN的阻值(如50mΩ)。

差分输入电阻R1A＝R1B＝12KΩ，斜波补偿电阻R2A＝R2B＝100KΩ，采用高精度电阻，斜波补偿的输入信号为半桥LLC驱动电路开关管的高边控制信号和低边控制信号，高边控制信号和低边控制信号的幅值均为3.3V。

积分电容C1A＝C1B＝1nF，另外为了改善积分漂移现象，在C1A和C1B分别并联电阻R3A、R3B，电阻R3A＝R3B＝10MΩ。

偏置电阻R4A和R4B的组成偏置电路，为采样电阻的RESN的第二端提供合适的偏置电压，使得运算放大器U1的输出信号为正信号。该偏置电路也可以是一个电压源或电压源和分压电路组成的偏置电路。

在本实施例中，差分输入电阻和斜波补偿电阻均为高精密电阻，并且两差分输入电阻的阻值相等，两斜波补偿电阻的阻值相等，这样才能最大可能的减小运放的失调电压，提高运放的输出信号精度。

工作原理：

1、电流采样过程：

本实施例的电流采样电路30，通过电流互感器T1将被测电流成比例缩小，再经过采样电阻RSEN，转换成电压信号。

2、运算放大器积分过程：

采样电阻RSEN上有正负信号，经过差分输入电阻R1A、R1B输入运算放大器U1，进行运算放大器U1积分，先不考虑斜波补偿信号，根据运算放大器U1的虚短虚断原理，运算放大器U1的输出Vo＝Vi/(SRC)，其中Vi为采样电阻RSEN两端的电压差值，S为复数频率，R为R1A、R1B的阻值，C为积分电容C1A、C1B的电容值。

3、斜波补偿原理：

半桥LLC驱动电路的开关管的高边控制信号H_Drv和低边控制信号L_Drv，经过斜波补偿电阻R2A和R2B分别输入运算放大器U1的正负，当两个开关管的驱动信号出现占空比不对称的情况，经过运算放大器U1的积分，会直接反馈在运算放大器U1的输出电压上。经过对高边控制信号和低边控制信号的检测和反馈控制，以达到占空比对称。

综上所述，本实施例的LLC谐振变换器的电流采样电路采用有源积分电路和双脉冲斜波补偿，具有积分误差小，双脉冲斜波补偿对占空比不对称的补偿增益高，对抑制次谐波振荡的效果佳，补偿量简单可调等特点。

优选的，LLC驱动电路40也可以是全桥LLC驱动电路，电流采样电路30也可以和全桥LLC驱动电路连接，此时，高边控制信号和低边控制信号分别控制全桥LLC驱动电路的四个开关管中的两个。

在应用中，可根据输出功率的要求选择半桥LLC驱动电路或全桥LLC驱动电路。常见的，整机功率≤1.5KW时使用半桥LLC驱动电路，整机功率＞1.5KW时使用全桥LLC驱动电路。

本发明的LLC谐振变换器的电流采样电路采用有源积分电路和双脉冲斜波补偿，具有积分误差小，双脉冲斜波补偿对占空比不对称的补偿增益高，对抑制次谐波振荡的效果佳，补偿量简单可调等特点。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种LLC谐振变换器的电流采样电路，其特征在于，包括采样电阻、第一差分输入电阻、第二差分输入电阻、运算放大器、第一斜波补偿电阻、第二斜波补偿电阻、第一积分电容和第二积分电容，所述电流采样电路通过一个电流互感器和LLC谐振变换器的LLC驱动电路连接，所述电流互感器的初级串接到LLC谐振变换器的LLC驱动电路的谐振回路中，所述电流互感器的次级跨接所述采样电阻；所述采样电阻的第一端通过所述第一差分输入电阻连接到所述运算放大器的正输入端；所述采样电阻的第二端通过所述第二差分输入电阻连接到所述运算放大器的负输入端；

所述运算放大器的正输入端通过所述第一斜波补偿电阻和LLC驱动电路的高边控制信号连接；所述运算放大器的负输入端通过所述第二斜波补偿电阻和LLC驱动电路的低边控制信号连接；所述运算放大器的正输入端和所述采样电阻的第二端之间跨接所述第一积分电容；所述运算放大器的负输入端和所述运算放大器的输出端之间跨接所述第二积分电容；所述运算放大器的输出端输出电压反馈信号以调整高边控制信号和低边控制信号的输出。

2.如权利要求1所述的LLC谐振变换器的电流采样电路，其特征在于，所述第一差分电阻和所述第二差分电阻的阻值相等；所述第一斜波补偿电阻和所述第二斜波补偿电阻的阻值相等；所述第一积分电容和所述第二积分电容的容值相等。

3.如权利要求1所述的LLC谐振变换器的电流采样电路，其特征在于，所述采样电阻的第二端连接一偏置电路，所述偏置电路为所述采样电阻的第二端提供一偏置电压。

4.如权利要求3所述的LLC谐振变换器的电流采样电路，其特征在于，所述偏置电路包括第一偏置电阻和第二偏置电阻，所述第一偏置电阻的第一端和某一直流电源连接；所述第一偏置电阻的第二端、所述第二偏置电阻的第一端共同和所述采样电阻的第二端连接，所述第二偏置电阻的第二端和地连接。

5.如权利要求1所述的LLC谐振变换器的电流采样电路，其特征在于，所述电路采样电路还包括第一积分补偿电阻和第二积分补偿电阻，所述第一积分补偿电阻和第二积分补偿电阻分别和所述第一积分电容和第二积分电容并联。

6.一种LLC谐振变换器，其特征在于，包括控制器、接口硬件电路、LLC驱动电路和电流采样电路；所述控制器和所述LLC驱动电路之间的信号通过所述接口硬件电路适配，所述电流采样电路通过电流互感器和所述LLC驱动电路连接，进行电流采样，并输出电压反馈信号给接口硬件电路，以调整输入LLC驱动电路的高边控制信号和低边控制信号，所述电流采样电路为如权利要求1-5任一项所述的电流采样电路。

7.如权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC驱动电路为半桥式LLC驱动电路，所述高边控制信号和低边控制信号分别控制半桥式LLC驱动电路的一对开关管中的一个。

8.如权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC驱动电路为全桥式LLC驱动电路，所述高边控制信号和低边控制信号分别控制全桥式LLC驱动电路的四个开关管中的两个。

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