TWI751725B - Llc resonant converter and method for control the same - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關一種LLC諧振轉換器及其控制方法,尤指一種LLC諧振轉換器在負載為輕載或空載時之控制方法。 The present invention relates to an LLC resonant converter and a control method thereof, in particular to a control method of the LLC resonant converter when the load is light or no-load.
LLC諧振轉換器是一種直流對直流的電源轉換器,其具有初級側開關零電壓導通(turn on),次級側整流開關零電流關閉(turn off),故相比其它轉換器具有輸出功率高、轉換效率高等優點。進一步於次級側搭配採用同步整流開關,更易於實現高效率、高功率密度的性能。 The LLC resonant converter is a DC-DC power converter, which has a zero-voltage switch on the primary side (turn on) and a zero-current switch on the secondary side (turn off), so it has higher output power than other converters. , The advantages of high conversion efficiency. It is easier to achieve high efficiency and high power density performance by using a synchronous rectifier switch on the secondary side.
但LLC諧振轉換器之現行控制方式,搭配參考圖1,為初級側的第一開關Q1與第四開關Q4使用同相位的PWM控制訊號,且第二開關Q2與第三開關Q3使用同相位的PWM控制訊號。此控制方式在當負載為輕載或空載時,為了讓輸出電壓可以穩定於規格範圍內,現行做法通常採用幾種方式:1.將開關切換頻率操作在較高頻率,但此種方法可能會造成輸出電壓在空載下無法穩定,並需額外增加虛擬負載(dummy load)或是限制最小負載電流。2.開關切換頻率操作在較高頻率並搭配突發控制模式(Burst mode)或減小初級側開關的責任 週期(duty)的控制方式,此種方法可能造成初級側的開關元件須承受較大的電壓應力,且輸出端會產生較大的電壓漣波。 However, the current control method of the LLC resonant converter, with reference to FIG. 1 , is that the first switch Q1 and the fourth switch Q4 on the primary side use the same phase PWM control signal, and the second switch Q2 and the third switch Q3 use the same phase PWM control signal. PWM control signal. In order to keep the output voltage stable within the specification range when the load is light or no-load, the current practice usually adopts several methods: 1. Operate the switching frequency at a higher frequency, but this method may It will cause the output voltage to be unstable under no-load, and need to add dummy load or limit the minimum load current. 2. The switching frequency of the switch is operated at a higher frequency and is matched with a burst control mode (Burst mode) or reduces the responsibility of the primary side switch This method may cause the switching element on the primary side to bear a large voltage stress, and a large voltage ripple will be generated at the output end.
所以,如何設計出一種LLC諧振轉換器及其控制方法,使LLC諧振轉換器在正常工作時,負載為輕載或無載的狀況下達到降低輸出電壓漣波及降低開關元件所承受的電壓應力,乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。 Therefore, how to design an LLC resonant converter and its control method, so that the LLC resonant converter can reduce the output voltage ripple and reduce the voltage stress on the switching element under the condition of light load or no load when the LLC resonant converter is working normally, It is a major subject that the author of this case intends to study.
為了解決上述問題,本發明係提供一種LLC諧振轉換器,以克服習知技術的問題。因此,本發明LLC諧振轉換器,轉換輸入電壓為輸出電壓,LLC諧振轉換器包括:變壓器。初級側電路,耦接變壓器的初級側繞組,初級側電路包含:第一橋臂,接收輸入電壓,且包括串聯的第一開關與第二開關。以及第二橋臂,並聯第一橋臂,且包括串聯的第三開關與第四開關。及控制單元,提供第一控制訊號控制第一開關,以及提供第四控制訊號控制第四開關。其中,控制單元根據輸出電壓調整第一控制訊號與第四控制訊號之切換頻率,在切換頻率增加至頻率閾值時,控制切換頻率固定於頻率閾值,且控制第一控制訊號與第四控制訊號具有變化的相移量。 In order to solve the above problems, the present invention provides an LLC resonant converter to overcome the problems of the prior art. Therefore, the LLC resonant converter of the present invention converts the input voltage into an output voltage, and the LLC resonant converter includes: a transformer. The primary side circuit is coupled to the primary side winding of the transformer. The primary side circuit includes: a first bridge arm that receives an input voltage, and includes a first switch and a second switch connected in series. and a second bridge arm, the first bridge arm is connected in parallel, and includes a third switch and a fourth switch connected in series. and a control unit, which provides a first control signal to control the first switch, and provides a fourth control signal to control the fourth switch. The control unit adjusts the switching frequency of the first control signal and the fourth control signal according to the output voltage, when the switching frequency increases to the frequency threshold, the control switching frequency is fixed at the frequency threshold, and the first control signal and the fourth control signal have The amount of phase shift that changes.
為了解決上述問題,本發明係提供一種LLC諧振轉換器之控制方法,以克服習知技術的問題。因此,本發明LLC諧振轉換器包括具有並聯耦接的第一橋臂與第二橋臂的初級側電路,且第一橋臂包括串聯的第一開關與第二開關,第二橋臂包括串聯的第三開關與第四開關,控制方法包括下列步驟:提供第一控制訊號控制第一開關,以及提供第四控制訊號控制第四開關,以控制LLC 諧振轉換器轉換輸入電壓為輸出電壓。根據輸出電壓調整第一控制訊號與第四控制訊號之切換頻率與相移量。在切換頻率增加至頻率閾值時,控制切換頻率固定於頻率閾值,且調整第一控制訊號與第四控制訊號的相移量。 In order to solve the above problems, the present invention provides a control method of an LLC resonant converter to overcome the problems of the prior art. Therefore, the LLC resonant converter of the present invention includes a primary side circuit having a first bridge arm and a second bridge arm coupled in parallel, and the first bridge arm includes the first switch and the second switch connected in series, and the second bridge arm includes a series connection The control method includes the following steps: providing a first control signal to control the first switch, and providing a fourth control signal to control the fourth switch to control the LLC A resonant converter converts an input voltage to an output voltage. The switching frequency and phase shift amount of the first control signal and the fourth control signal are adjusted according to the output voltage. When the switching frequency increases to the frequency threshold, the switching frequency is controlled to be fixed at the frequency threshold, and the phase shift amount of the first control signal and the fourth control signal is adjusted.
本發明之主要目的及功效在於,藉由提供固定頻率加上相移控制的第一控制訊號與第四控制訊號控制第一橋臂與第二橋臂中的開關元件的控制方式,使LLC諧振轉換器可以在輕載或無載的狀況下,不需要調高切換頻率或減小第一控制訊號與第四控制訊號佔空比,仍然可以達到降低輸出電壓的漣波,且降低第一橋臂與第二橋臂所承受的電壓應力與電流應力之功效。 The main purpose and effect of the present invention is to control the control method of the switching elements in the first bridge arm and the second bridge arm by providing a first control signal and a fourth control signal with a fixed frequency plus phase shift control, so that the LLC resonates The converter can be under the condition of light load or no load without increasing the switching frequency or reducing the duty ratio of the first control signal and the fourth control signal, and still can reduce the ripple of the output voltage and reduce the first bridge The effect of voltage stress and current stress on the arm and the second bridge arm.
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,相信本發明之目的、特徵與特點,當可由此得一深入且具體之瞭解,然而所附圖式僅提供參考與說明用,並非用來對本發明加以限制者。 In order to further understand the technology, means and effect adopted by the present invention to achieve the predetermined purpose, please refer to the following detailed description and accompanying drawings of the present invention. For specific understanding, however, the accompanying drawings are only provided for reference and description, and are not intended to limit the present invention.
10、10’:LLC諧振轉換器 10, 10': LLC resonant converter
122:第一橋臂 122: The first bridge arm
Q1:第一開關 Q1: The first switch
Q2:第二開關 Q2: Second switch
124:第二橋臂 124: Second bridge arm
Q3:第三開關 Q3: The third switch
Q4:第四開關 Q4: Fourth switch
Q1、Q2、Q3、Q4:開關 Q1, Q2, Q3, Q4: switch
126:諧振單元 126: Resonant unit
T:變壓器 T: Transformer
12:初級側電路 12: Primary side circuit
14、14’:次級側電路 14, 14': Secondary side circuit
142、142’:整流電路 142, 142': rectifier circuit
QR1:第一整流開關 QR1: The first rectifier switch
QR2:第二整流開關 QR2: Second rectifier switch
QR3:第三整流開關 QR3: The third rectifier switch
QR4:第四整流開關 QR4: Fourth rectifier switch
Co:輸出電容 Co: output capacitance
16:控制單元 16: Control unit
162:比較單元 162: Compare Unit
164:電壓控制單元 164: Voltage Control Unit
166:頻率調整單元 166: Frequency adjustment unit
168:相位調整單元 168: Phase adjustment unit
170:驅動控制單元 170: Drive control unit
171:脈寬調變單元 171: PWM unit
172:驅動電路 172: Drive circuit
20:負載 20: load
Vin:輸入電壓 Vin: input voltage
Vo:輸出電壓 Vo: output voltage
Uv:電壓上限值 Uv: voltage upper limit value
Lv:電壓下限值 Lv: Voltage lower limit value
Vref:參考電壓 Vref: reference voltage
Io:輸出電流 Io: output current
Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sr1、Sr2、Sr3、Sr4:控制訊號 Sc1, Sc2, Sc3, Sc4, Sr1, Sr2, Sr3, Sr4: Control signal
Sc1:第一控制訊號 Sc1: The first control signal
Sc2:第二控制訊號 Sc2: The second control signal
Sc3:第三控制訊號 Sc3: The third control signal
Sc4:第四控制訊號 Sc4: Fourth control signal
Sr1、Sr2、Sr3、Sr4:整流控制訊號 Sr1, Sr2, Sr3, Sr4: rectification control signal
Ser:誤差訊號 Ser: error signal
Scm:頻率命令 Scm: Frequency command
Sp:相位調整訊號 Sp: Phase adjustment signal
Sa:使能訊號 Sa: enable signal
Sb:禁能訊號 Sb: Disable signal
f:頻率 f: frequency
fsw:切換頻率 fsw: switching frequency
fmax:頻率閾值 fmax: frequency threshold
Ps:相移量 Ps: phase shift amount
Pmax:最大相移量 Pmax: maximum phase shift amount
Pt:相移閾值 Pt: phase shift threshold
Pp:臨限值 Pp: Threshold value
I、II、III:區域 I, II, III: Regions
BM:突發控制模式 BM: Burst Control Mode
(S100)~(S360):步驟 (S100)~(S360): Steps
圖1為本發明之LLC諧振轉換器第一實施例電路結構圖;圖2為本發明之LLC諧振轉換器第二實施例電路結構圖;圖3為本發明之控制單元之電路方塊圖;圖4為本發明之LLC諧振轉換器之控制曲線圖;圖5為本發明之LLC諧振轉換器在突發控制模式之波形示意圖;及圖6為本發明之LLC諧振轉換器之控制流程圖。 Fig. 1 is a circuit structure diagram of the LLC resonant converter of the first embodiment of the present invention; Fig. 2 is a circuit structure diagram of the LLC resonant converter of the second embodiment of the present invention; Fig. 3 is a circuit block diagram of the control unit of the present invention; 4 is a control curve diagram of the LLC resonant converter of the present invention; FIG. 5 is a schematic waveform diagram of the LLC resonant converter of the present invention in burst control mode; and FIG. 6 is a control flow chart of the LLC resonant converter of the present invention.
茲有關本發明之技術內容及詳細說明,配合圖式說明如下: Hereby, the technical content and detailed description of the present invention are described as follows in conjunction with the drawings:
請參閱圖1為本發明之LLC諧振轉換器第一實施例電路結構圖。LLC諧振轉換器10包括變壓器T、初級側電路12、次級側電路14及控制單元16,變壓器T耦接初級側電路12與次級側電路14。控制單元16通過控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sr1、Sr2控制初級側電路12與次級側電路14,以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo並提供電力給負載20。如圖1所示,次級側電路14包括整流電路142與輸出電容Co。整流電路142可以為第一整流開關QR1與第二整流開關QR2,並搭配變壓器T次級側繞組為中心抽頭式的結構而構成半橋架構,輸出電容Co則耦接整流電路142及負載20。其中,第一整流開關QR1與第二整流開關QR2不限為同步整流開關,也可以是二極體。初級側電路12包括並聯耦接的第一橋臂122、第二橋臂124,以及諧振單元126。第一橋臂122包括串聯耦接的第一開關Q1與第二開關Q2,第二橋臂124包括串聯耦接的第三開關Q3與第四開關Q4。諧振單元126的一端耦接第一開關Q1與第二開關Q2的共接點,且諧振單元126的另一端通過變壓器T的初級側繞組耦接第三開關Q3與第四開關Q4的共接點。
Please refer to FIG. 1 , which is a circuit structure diagram of the LLC resonant converter according to the first embodiment of the present invention. The LLC
控制單元16藉由偵測LLC諧振轉換器10的實際輸出電壓Vo來調整控制第一開關Q1的第一控制訊號Sc1、控制第二開關Q2的第二控制訊號Sc2、控制第三開關Q3的第三控制訊號Sc3,以及控制第四開關Q4的第四控制訊號Sc4。其中,第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2的波形大致上為互補,且第三控制訊號Sc3與第四控制訊號Sc4的波形大致上為互補。控制單元16也提供整流控制訊號Sr1、Sr2分別控制整流電路142的第一整流開關QR1與第二
整流開關QR2,以使整流電路142可以進行同步整流。值得一提,LLC諧振轉換器中的諧振單元126不限為圖中之連接方式,其可利用LC產生兩個諧振頻率的結構皆應包含在本實施例之範疇當中。
The
請參閱圖2為本發明之LLC諧振轉換器第二實施例電路結構圖,復配合參閱圖1。圖2實施例之LLC諧振轉換器10’與圖1的LLC諧振轉換器10差異在於,LLC諧振轉換器10’的次級側電路14’的整流電路142’為全橋架構。包括第一整流開關QR1、第二整流開關QR2、第三整流開關QR3及第四整流開關QR4,且控制單元16提供整流控制訊號Sr1、Sr2、Sr3、Sr4分別控制整流開關QR1、QR2、QR3、QR4,以使整流電路142’可以進行同步整流。本實施例未提及之電路架構及控制方式皆與圖1相同,在此不再加以贅述。
Please refer to FIG. 2 , which is a circuit structure diagram of the LLC resonant converter according to the second embodiment of the present invention, and also refer to FIG. 1 . The difference between the LLC resonant converter 10' of the embodiment of Fig. 2 and the LLC
請參閱圖3為本發明之控制單元之電路方塊圖,復配合參閱圖1~2。控制單元16包括比較單元162、電壓控制單元164、頻率調整單元166及相位調整單元168。比較單元162接收實際輸出電壓Vo的回授,以及作為輸出電壓Vo目標值的參考電壓Vref,電壓控制單元164耦接比較單元162與頻率調整單元166,相位調整單元168耦接頻率調整單元166。頻率調整單元166及相位調整單元168耦接驅動電路172以提供控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4控制初級側電路12開關Q1、Q2、Q3、Q4的導通或關斷。
Please refer to FIG. 3 , which is a circuit block diagram of the control unit of the present invention, and refer to FIGS. 1 to 2 in combination. The
比較單元162計算輸出電壓Vo與參考電壓Vref的誤差量產生誤差訊號Ser。電壓控制單元164根據誤差訊號Ser產生決定控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4切換頻率fsw的頻率命令Scm。其中,由於頻率命令Scm係根據輸出電壓Vo與參考電壓Vref之間的誤差量所產生,輸出電壓Vo又會隨著負載20
的抽載而有所變化,因此頻率命令Scm即反應了負載的輕重。負載越重時,頻率命令Scm值會相對應的降低,負載越輕時,頻率命令Scm值會相對應的提高。
The
頻率調整單元166根據頻率命令Scm相應地提供頻率調整訊號Sfa調整控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4的切換頻率fsw。在頻率調整單元166根據頻率命令Scm判斷其控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4的切換頻率fsw將大於LLC諧振轉換器10所預先設定的頻率閾值fmax時,則頻率調整單元166將控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4的切換頻率fsw設定為等於頻率閾值fmax的固定頻率。在頻率調整單元166將切換頻率fsw設定為固定頻率後,頻率調整單元166並提供相位調整訊號Sp至相位調整單元168以通知相位調整單元168提供相移訊號Sps開始調整第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的相移量Ps,使兩者之波形相位差由臨限值Pp(例如但不限於,通常為0°)慢慢變大。由於第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2的波形大致上為互補,且第三控制訊號Sc3與第四控制訊號Sc4的波形大致上為互補,故此步驟等同於調整第二控制訊號Sc2與第三控制訊號Sc3之間的相移量Ps。
The
進一步而言,控制單元16更包括脈寬調變單元171與驅動電路172。脈寬調變單元171接收頻率調整訊號Sfa與相移訊號Sps並據此調製控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4。其中,頻率調整訊號Sfa與相移訊號Sps可以以三角波的形式輸出,再與參考電壓Vref比較後,對應的產出控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4。驅動電路172接收控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4,且根據控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4驅動第一橋臂122與第二橋臂124。值得一提,脈寬調變單元171可包括多種實施方式,圖3中電路示意僅為多種實施方式的其中一種,在此並不設限。此外,驅動電路172乃為順利利用弱電訊號驅動大功率開關的驅動裝置,
當控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4無須驅動電路172而可順利驅動第一橋臂122與第二橋臂124時,則可不需要加裝驅動電路172。
Further, the
復參閱圖3,控制單元16更包括驅動控制單元170,且控制單元16進一步偵測輸出電流Io(圖未示)。驅動控制單元170耦接驅動電路172並根據輸出電壓Vo與輸出電流Io的大小,決定該提供使能訊號Sa或禁能訊號Sb給驅動電路172,以進一步控制驅動電路172的使能或禁能,其判斷使能或禁能的方式將於後文有進一步說明。於本發明之一實施例中,在未有驅動電路172的狀況下,驅動控制單元170亦可通過簡易的邏輯電路(例如但不限於AND閘、OR閘)耦接脈寬調變單元171,以利用使能訊號Sa與禁能訊號Sb控制脈寬調變單元171的輸出與否。值得一提,於本發明之一實施例中,控制訊號Sc1、Sc2與Sc3、Sc4可以對調。即圖3中脈寬調變單元171上方比較器的輸出控制第三開關Q3及第四開關Q4,而下方比較器的輸出控制第一開關Q1及第二開關Q2。此外,於本發明之一實施例中,並不限定控制單元16內之元件必須依此架構實施,舉凡可實現相同功能(例如比較功能並不限定僅能使用比較器)的元件、電路或軟體程式(及利用寫入控制軟體程式而使控制器據此程式控制LLC諧振轉換器)皆應包含在本實施例之範疇當中。
Referring back to FIG. 3 , the
請參閱圖4為本發明之LLC諧振轉換器之控制曲線圖,復配合參閱圖1~3。在圖4中,縱軸同時表示頻率f以及相移P的大小,越往上表示頻率f越大,相移P越小。橫軸表示輸出電壓Vo與參考電壓Vref的誤差量(即對應負載大小)。要說明的是,根據LLC諧振轉換器10的電路規格,會有預設定好的切換頻率曲線(以實線表示)。在相應的頻率命令Scm,控制單元16會根據預設
定好的切換頻率曲線提供控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4相對應的切換頻率fsw。另外一條虛線所構成的曲線為相移量曲線。
Please refer to FIG. 4 , which is a control curve diagram of the LLC resonant converter of the present invention, and refer to FIGS. 1 to 3 in combination. In FIG. 4 , the vertical axis shows the magnitude of the frequency f and the phase shift P at the same time, and the higher the frequency f is, the smaller the phase shift P is. The horizontal axis represents the amount of error between the output voltage Vo and the reference voltage Vref (ie, the corresponding load). It should be noted that, according to the circuit specification of the LLC
在區域I中,LLC諧振轉換器10為負載20正常抽載時的工作情況。此時,控制單元16進入變頻控制模式,使第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的相移量Ps為等於臨限值Pp之定值,並具有隨負載大小變化的切換頻率fsw。由於第二控制訊號Sc2與第一控制訊號Sc1為互補,且第三控制訊號Sc3與第四控制訊號Sc4為互補,故第二控制訊號Sc2與第三控制訊號Sc3之相移量Ps亦等於臨限值Pp,且具有隨負載大小變化的切換頻率fsw。負載20變重時切換頻率fsw會變小,負載20變輕時切換頻率fsw會變大。當切換頻率fsw因負載變輕而持續變大至頻率閾值fmax時,控制曲線進入區域II。
In region I, the LLC
在區域II中,控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的切換頻率fsw為等於頻率閾值fmax的固定頻率,並開始變化兩者之間的相移量Ps而進入移相控制模式。此時,控制單元16進一步判斷輸出電流Io是否小於電流閾值,當輸出電流Io不小於電流閾值(例如但不限於6A)時,表示LLC諧振轉換器10處於輕載條件,控制單元16繼續操作在移相控制模式,使第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的切換頻率保持固定,而相移量Ps隨輸出電流Io下降而變大。當相移量Ps持續變大至相移閾值Pt時,控制曲線進入區域III。
In region II, the
在區域III中,負載為無載或接近無載,控制單元16維持第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的切換頻率fsw等於頻率閾值fmax。相位調整單元168也已將相移量Ps調整至上限的相移閾值Pt(例如但不限於,通常為165°至135°,可根據LLC諧振轉換器10的電路規格而自訂)而保持相移量Ps等於相
移閾值Pt。此時,控制單元16持續監控輸出電流Io,當輸出電流Io小於電流閾值時,LLC諧振轉換器10進入突發控制模式,此模式下,控制單元16根據輸出電壓Vo的大小進一步控制驅動控制單元170的使能或禁能。值得一提,當該控制曲線仍在區域II,即相移量Ps尚未頂到相移閾值Pt時,若控制單元16偵測到輸出電流Io小於電流閾值,LLC諧振轉換器10則直接進入突發控制模式,此時之控制訊號Sc1、Sc4(或Sc2、Sc3)的相移量Ps會等於控制模式變化當下的相移量Ps(介於臨界值Pp與相移閾值Pt之間)。
In the region III, when the load is no-load or near no-load, the
請參閱圖5為本發明之LLC諧振轉換器在突發控制模式之波形示意圖,復配合參閱圖1~4。在圖5的突發控制模式中,控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4之間的相移量Ps為定值,使得第一開關Q1與第四開關Q4的開關切換具有固定的相移量Ps。而且,控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的切換頻率fsw固定為頻率閾值fmax。其中,第二控制訊號Sc2與第一控制訊號Sc1之波形為互補,而第三控制訊號Sc3與第四控制訊號Sc4之波形為互補,故第二開關Q3與第三開關Q3的開關切換亦具有相同的固定相移量Ps及固定切換頻率fsw。控制單元16進一步偵測輸出電壓Vo的大小,當輸出電壓Vo頂到電壓上限值Uv時,驅動控制單元170送出禁能訊號Sb給驅動電路172,使其處於禁能模式而不送出控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4,此時第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3及第四開關Q4全部被關斷使得輸出電壓Vo下降。待輸出電壓Vo降到電壓下限值Lv時,驅動控制單元170送出使能訊號Sa給驅動電路172使其正常工作,開關Q1、Q2、Q3、Q4根據控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4控制導通或關閉,故輸出電壓Vo開始上升。通過此控制方式,控制單元16可控制輸出電壓Vo保持在電壓上限值Uv與
電壓下限值Lv之間的預定範圍(例如但不限於,使輸出電壓Vo的漣波維持在±3%的變動範圍內)。
Please refer to FIG. 5 , which is a schematic diagram of waveforms of the LLC resonant converter of the present invention in the burst control mode. Please refer to FIGS. 1 to 4 for further details. In the burst control mode of FIG. 5 , the
請參閱圖6為本發明之LLC諧振轉換器之控制方法流程圖,復配合參閱圖1~5。LLC諧振轉換器之控制方法首先包括,比較輸出電壓與參考電壓而產生頻率命令(S100)。控制單元16中的比較單元162比較輸出電壓Vo與參考電壓Vref,且根據比較結果提供誤差訊號Ser。電壓控制單元164再根據誤差訊號Ser而產生頻率命令Scm,頻率命令Scm即為控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4的切換頻率fsw目標值。然後,判斷頻率命令是否大於頻率閾值(S120)。頻率調整單元166接收頻率命令Scm,且判斷頻率命令Scm是否大於頻率閾值。當步驟(S120)結果為”否”時,則控制單元控制LLC諧振轉換器進入變頻控制模式(220),並使能驅動電路(S360)。此時代表LLC諧振轉換器10工作於負載20正常抽載的情況,控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2之間的相移量Ps維持臨限值Pp,且控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2的切換頻率fsw為變化值。然後,驅動控制單元170提供使能訊號Sa給驅動電路172以使驅動電路正常工作,故第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3及第四開關Q4根據控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4導通或關閉。當步驟(S120)結果為”是”時,即切換頻率fsw大於頻率閾值時,切換頻率fsw設定為固定頻率,且進行相移控制(S140)。在切換頻率fsw大於頻率閾值fmax時,代表負載20目前處於輕載狀態,此時切換頻率fsw被限制在頻率閾值fmax。頻率調整單元166進一步提供相位調整訊號Sp至相位調整單元168以改變第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4的相移量Ps。
Please refer to FIG. 6 for a flowchart of the control method of the LLC resonant converter of the present invention, and refer to FIGS. 1 to 5 in combination. The control method of the LLC resonant converter firstly includes comparing the output voltage with a reference voltage to generate a frequency command ( S100 ). The
然後,判斷相移量是否小於相移閾值(S160)。當步驟(S160)的結果為”否”時,控制相移量維持在相移閾值(S180)。在相移量Ps不小於相移閾值Pt時,代表負載20處於更輕載,控制單元16控制第一控制訊號Sc1與第四控制訊號Sc4之間的相移量Ps維持在相移閾值Pt。然後進一步判斷輸出電流是否小於電流閾值(S200)。
Then, it is judged whether the phase shift amount is smaller than the phase shift threshold value (S160). When the result of the step (S160) is "No", the control phase shift amount is maintained at the phase shift threshold value (S180). When the phase shift amount Ps is not less than the phase shift threshold value Pt, it means that the
當步驟(S200)結果為”否”時,則進入步驟(S360)使能驅動電路,驅動控制單元170提供使能訊號Sa給驅動電路172以使驅動電路正常工作,故第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3及第四開關Q4根據控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4導通或關閉。當步驟(S200)的結果為”是”時,即輸出電流Io小於電流閾值,代表負載20已處於無載或是接近無載,此時,控制單元16控制LLC諧振轉換器10進入突發控制模式BM。其中,在步驟(S160)結果為”是”時,控制單元16也會控制LLC諧振轉換器10以當下的工作頻率fsw及相移量Ps進到步驟(S200)。在突發控制模式BM中,控制單元16判斷輸出電壓值是否大於電壓上限值(S300)。電壓上限值Uv可根據LLC諧振轉換器10的負載20能接受的電壓上限來決定。在步驟(S300)的結果為”是”時,通過控制訊號禁能驅動電路(S320)。意即,藉由驅動控制單元170發送禁能訊號Sb以禁能驅動電路172,使開關Q1、Q2、Q3、Q4不受控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4控制而全部關斷。在步驟(S300)的結果為”否”時,則判斷輸出電壓值是否小於電壓下限值(S340)。電壓下限值Lv可根據LLC諧振轉換器10的負載20能接受的電壓下限來決定。因此,在步驟(S340)的結果為”是”時,通過控制訊號使能驅動電路(S360)。意即,藉由驅動控制單元170發送使能訊號Sa以使驅動電路172正常工作,使開關Q1、Q2、Q3、Q4根據控制訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4導通或關閉。在步驟(S340)的結果為”否”
時,則返回步驟(S200)。其中,步驟(S300)及步驟(S340)中的輸出電壓與電壓上/下限值的判斷可根據比較單元162計算輸出電壓Vo與參考電壓Vref的誤差量來輔助判斷。
When the result of the step (S200) is "No", then the step (S360) is entered to enable the driving circuit, and the driving
以上所述,僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式,惟本發明之特徵並不侷限於此,並非用以限制本發明,本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準,凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例,皆應包括於本發明之範疇中,任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內,可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。 The above descriptions are only detailed descriptions and drawings of the preferred embodiments of the present invention, but the features of the present invention are not limited thereto, and are not intended to limit the present invention. The entire scope of the present invention should be defined as the following claims All the embodiments that conform to the spirit of the scope of the patent application of the present invention and its similar variations shall be included in the scope of the present invention. Modifications can be covered by the following patent scope of this case.
10:LLC諧振轉換器 10: LLC Resonant Converter
122:第一橋臂 122: The first bridge arm
Q1:第一開關 Q1: The first switch
Q2:第二開關 Q2: Second switch
124:第二橋臂 124: Second bridge arm
Q3:第三開關 Q3: The third switch
Q4:第四開關 Q4: Fourth switch
126:諧振單元 126: Resonant unit
T:變壓器 T: Transformer
12:初級側電路 12: Primary side circuit
14:次級側電路 14: Secondary side circuit
142:整流電路 142: Rectifier circuit
QR1:第一整流開關 QR1: The first rectifier switch
QR2:第二整流開關 QR2: Second rectifier switch
Co:輸出電容 Co: output capacitance
16:控制單元 16: Control unit
20:負載 20: load
Vin:輸入電壓 Vin: input voltage
Vo:輸出電壓 Vo: output voltage
Io:輸出電流 Io: output current
Sc1:第一控制訊號 Sc1: The first control signal
Sc2:第二控制訊號 Sc2: The second control signal
Sc3:第三控制訊號 Sc3: The third control signal
Sc4:第四控制訊號 Sc4: Fourth control signal
Sr1、Sr2:整流控制訊號 Sr1, Sr2: rectification control signal
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW109134007A TWI751725B (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Llc resonant converter and method for control the same |
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TWI751725B true TWI751725B (en) | 2022-01-01 |
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TW200843315A (en) * | 2007-04-16 | 2008-11-01 | You-Gang Luo | Full-bridge phase shift type series resonance controlling circuit and its method |
-
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- 2020-09-30 TW TW109134007A patent/TWI751725B/en active
Patent Citations (1)
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TW200843315A (en) * | 2007-04-16 | 2008-11-01 | You-Gang Luo | Full-bridge phase shift type series resonance controlling circuit and its method |
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