TWI641210B - PSR current control system under LLC architecture - Google Patents

Abstract

一種LLC架構下的PSR電流控制系統，包括電壓極性轉換電路、電流訊號取樣電路、電流交越偵測電路、零電流偵測電路，以及電流積分電路，電壓極性轉換電路由LLC變壓器一次側取得電壓訊號輸出正電壓訊號，然後電流積分電路分別取得電流訊號取樣電路輸出的電流輸入訊號、電流交越偵測電路輸出的零點電流點、與零電流偵測電路輸出的零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流，令LLC變壓器直接一次側取得用以控制二次側輸出的狀態的輸出電流。

Description

LLC架構下的PSR電流控制系統

本發明係有關於一種LLC架構下的PSR電流控制系統，特別是指一種在一次側取得變壓器電流訊號，推算出輸出電流，以達到穩定控制的LLC架構下的PSR電流控制系統。

近年來消費性電子產品及LED驅動電路市場不斷成長，使得電源轉換器必須更省電和小型化。LLC架構已經大量使用在高效率的電壓轉換系統，如PC、伺服器的電源供應器，照明或網通電源等。常見的LLC控制以傳統次級側調節回授，透過次級側的一組光耦合器及比較器(Error Amplifier)來達到定電壓與定電流控制。在次級側電路中主要用途為將次級側的訊號傳導到初級側，回授電路可藉由此訊號來調整脈波訊號的責任週期，以達到當輸出負載變動時，該電源供應器仍可提供穩定的電流與電壓給輸出負載使用，而隨著負載的變化，LLC的操作頻率會呈現負相關的改變，可能使變壓器電流操作在不同的三個模式，也就是：當操作頻率低於諧振頻率時，變壓器電流操作模式會進入非連續模式(DCM)；當操作頻率等於諧振頻率時，變壓器電流操作模式會進入臨界模式；以及，當操作頻率高於諧振頻率時，變壓器電流操作模式會進入連續模式(CCM)。現行控制方法須在次級側增加零件數、PCB空間及成本，而且次級側的偵測電路會產生功率損耗、影響待機功耗。因此，許多業者 便朝向PSR(Primary-Side Regulation，初級側調整)來發展。

PSR不需要次級側的回授控制電路即可透過初級側控制輸出負載狀況來達到定電流與定電壓控制。此控制方法是透過偵測初級側變壓器輔助繞組上的電壓訊號，以控制脈波訊號的責任週期來穩定輸出負載狀況。

最常用PSR控制的架構是Flyback(返馳控制)，但Flyback必須操作在臨界模式，或非連續模式，一旦進去連續模式(COM)，Flyback的PSR控制就會失控。但LLC架構是利用改變頻率來改變輸出的增益。因此無法限制LLC的操作是處於何種模式。

有鑑於習用有上述缺點，發明人乃針對前述缺點研究改進之道，終於有本發明產生。

本發明主要目的在於，提供一種在一次側取得變壓器電流訊號，計算輸出電流，達到穩定控制的LLC架構下的PSR電流控制系統。

為達成上述目的及功效，本發明所採行的技術手段包括：一電壓極性轉換電路，與一預設的LLC變壓器一次側電性連接，將一電壓訊號中的負電壓轉為正電壓並輸出一正電壓訊號；一電流訊號取樣電路，與前述電壓極性轉換電路電性連接，其接收正電壓訊號取得一電流輸入訊號；一電流交越偵測電路，與前述電壓極性轉換電路電性連接，其接收正電壓訊號並計算出一零點電流點； 一零電流偵測電路，與前述LLC變壓器一次側電性連接，偵測一零電流狀態；以及，一電流積分電路，分別與前述電流訊號取樣電路、電流交越偵測電路與零電流偵測電路電性連接，其接收電流輸入訊號、零點電流點與零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流；藉此，電壓極性轉換電路由前述LLC變壓器一次側取得電壓訊號輸出輸出正電壓訊號，然後電流積分電路分別取得電流訊號取樣電路輸出的電流輸入訊號、電流交越偵測電路輸出的零點電流點、與零電流偵測電路輸出的零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流，令LLC變壓器直接一次側取得用以控制二次側輸出的狀態的輸出電流。

依上述結構，其中該零電流偵測電路電性連接至前述LLC變壓器預設的一零電位節點。

依上述結構，其中該電流積分電路電性連接至預設的一LED驅動電路。

為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲得更具體的瞭解，依各附圖說明如下：

1‧‧‧LLC變壓器

2‧‧‧電壓極性轉換電路

3‧‧‧電流訊號取樣電路

4‧‧‧電流交越偵測電路

5‧‧‧零電流偵測電路

6‧‧‧電流積分電路

7‧‧‧LED驅動電路

S1‧‧‧正週期

S2‧‧‧負週期

t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6‧‧‧時間點

I‧‧‧取樣電流

Iout‧‧‧輸出電流

ID1、ID2‧‧‧控制輸出

ZCD‧‧‧零電流偵測點

A‧‧‧控制訊號

第1圖是本發明較佳實施例之電路方塊圖。

第2圖是第1圖中部份電路方塊示意圖。

第3圖是本發明於連續模式下的動作波形圖。

第4圖是第3圖的波形分解示意圖。

第5圖是本發明於非連續模式下的動作波形圖。

第6圖是本發明於臨界模式下的動作波形圖。

請參閱第1、2圖所示，可知本發明的結構主要包括：一電壓極性轉換電路2，與一預設的LLC變壓器1一次側電性連接，將一電壓訊號中的負電壓轉為正電壓並輸出一正電壓訊號；一電流訊號取樣電路3，與前述電壓極性轉換電路2電性連接，其接收正電壓訊號取得一電流輸入訊號；一電流交越偵測電路4，與前述電壓極性轉換電路2電性連接，其接收正電壓訊號並計算出一零點電流點；一零電流偵測電路5，與前述LLC變壓器1一次側電性連接，偵測一零電流狀態；以及，一電流積分電路6，分別與前述電流訊號取樣電路3、電流交越偵測電路4與零電流偵測電路5電性連接，其接收電流輸入訊號、零點電流點與零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流；藉此，電壓極性轉換電路2由前述LLC變壓器1一次側取 得電壓訊號輸出正電壓訊號，然後電流積分電路6分別取得電流訊號，取樣電路3輸出的電流輸入訊號、電流交越偵測電路4輸出的零點電流點、與零電流偵測電路5輸出的零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流，令LLC變壓器1直接一次側取得用以控制二次側輸出的狀態的輸出電流。

請同時參閱第1~6圖所示，控制訊號A的控制波形，依據正負半周的周期，區分為正周期S1與負周期S2，取樣電流I對應控制訊號A，則取樣電流I在正周期S1：時間點t0-t1：取樣電流I是負電壓，因此，電壓極性轉換電路2將負電壓轉回正電壓；時間點t1-t2：取得轉為正電壓的取樣電流I；時間點t2-t4：零電流偵測電路5的零電流偵測點ZCD檢測到零電流輸出，則取樣電流I被固定在零電流出現時的電流值；時間點t3-t4：電流交越偵測電路4感測到控制訊號A的週期轉換，由低電位轉為高電位，此時，輸出電流I是正電壓狀態；時間點t4-t5：同時，輸出電流由正周期S1進入負周期S2，電壓極性轉換電路2將負電壓的取樣電流轉為正電壓；時間點t6-t0：此時，電流積分電路6將時間點t0-t6的電流積分波形積分後產生一輸出電流Iout，令LLC變壓器1直接一次側取得用以控制二次側輸出的狀態的輸出電流；一個完整的控制訊號A的周期結束，後續動作則重複前述時間點t0-t6。

由圖中可以得知，控制訊號A經本發明的系統後得輸出結果，既為ID1、ID2所組合的波形。

綜合以上所述，本發明的調光控制優化系統確實達成利用同一個補償電壓在中高亮度時控制類比調光，在低亮度時進入固定頻率的數位調光，而且中間的轉換過程不產生閃爍(轉換的間隙落差)。實為一具新穎性及進步性的發明，爰依法提出申請發明專利；惟上述說明的內容，僅為本發明的較佳實施例說明，舉凡依本發明的技術手段與範疇所延伸的變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明的專利申請範圍內。

Claims (3)

1. 一種LLC架構下的PSR電流控制系統，其至少包括：一電壓極性轉換電路，與一預設的LLC變壓器一次側電性連接，將一電壓訊號中的負電壓轉為正電壓並輸出一正電壓訊號；一電流訊號取樣電路，與前述電壓極性轉換電路電性連接，其接收正電壓訊號取得一電流輸入訊號；一電流交越偵測電路，與前述電壓極性轉換電路電性連接，其接收正電壓訊號並計算出一零點電流點；一零電流偵測電路，與前述LLC變壓器一次側電性連接，偵測一零電流狀態；以及，一電流積分電路，分別與前述電流訊號取樣電路、電流交越偵測電路與零電流偵測電路電性連接，其接收電流輸入訊號、零點電流點與零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流；藉此，電壓極性轉換電路由前述LLC變壓器一次側取得電壓訊號輸出輸出正電壓訊號，然後電流積分電路分別取得電流訊號取樣電路輸出的電流輸入訊號、電流交越偵測電路輸出的零點電流點、與零電流偵測電路輸出的零電流狀態，依據零點電流點與零電流狀態，將電流輸入訊號的最低電流準位提昇到零點電流，產生一電流積分波形並積分後產生一輸出電流，令LLC變壓器直接一次側取得用以控制二次側輸出的狀態的輸出電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之LLC架構下的PSR電流控制系統，其中該零電流偵測電路電性連接至前述LLC變壓器預設的一零電位節點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之LLC架構下的PSR電流控制系統，其中該電流積分電路電性連接至預設的一LED驅動電路。