[发明专利]谐振半桥电源控制器

说明书

【技术领域】

本发明属于开关电源技术领域，尤其是涉及一种谐振半桥电源控制器。

【背景技术】

谐振半桥(简称LLC)电源具有高频、高效率；开关MOS管、整流二极管电压应力低；整流输出不需电感，成本低；辐射低等优点。

近年来LLC电源越来越流行，使用量迅速上升。但该类电源也有很多的缺点，尤其是可靠性低。具体表现是：一是可靠性低，LLC电源对设计要求严格，即便是最合理的设计，由于传统控制器的工作模式本身对输出功率及MOS管电流无法限制，在一些异常情况下，极易发生严重故障，如开关MOS管炸裂并连同驱动器炸裂，如输出负载出现严重过载甚至短路，其工作频率将迅速降低而MOS管进入硬开关状态，此时开关管很容易炸裂甚至出现上下MOS同时导通现象；二是反应速度慢，如图1所示，目前LLC电源的控制是通过压控振荡器产生控制信号，经电平转换及延时后分别控制半桥的上下管，该控制方式属于电压控制模式，反应速度慢，从而容易造成启动MOS管电流过冲，负载动态变化时，MOS管电流也容易产生过冲，而且过冲幅度不能限制，如果加快反馈环路速度，即可能引起振荡；三是工艺难度高、成本高，电平转换电路需采用高压(600V)半导体器件，工艺难度和成本高；四是对开关MOS管的电流裕量要求高，由于控制器的工作模式本身对输出功率及MOS管电流无法限制，MOS管必须留有较大裕量以防因电流过大而损坏。

为了改善可靠性，目前LLC电源的使用普遍采用外围检测MOS管电流，增加保护电路，以控制控制器停止工作。该办法虽然能起到一定的保护作用，但不仅增加了外围电路的复杂性，而且对故障的反应速度很慢。

【发明内容】

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种可靠性高、反应速度快、电路工艺简单、制作成本低廉、能有效地限制各种过冲现象的谐振半桥电源控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种谐振半桥电源控制器，采用上下控制器分别控制组成半桥的上下开关MOS管Q1和Q2，控制上下MOS管的控制器采取不共地的方式互相独立并隔离，下控制器以系统地为参考地，上控制器以半桥输出端HB为参考地。

所述上控制器与下控制器采用比较器实现，分别采用两个比较器，其中一个用作振荡器U1-A产生方波信号，另一个用作振荡器高电平输出允许控制电路U1-B，所述下控制器中还采用一个比较器U6-A用于检测并限制下MOS管Q2的电流。

所述上控制器采用控制上MOS管Q1导通时间等于下MOS管Q2导通时间的控制方法，通过电流源将下MOS管Q2的导通时间转换为电压储存在电容C15上，再通过电流源将电容C15上的电压转换为Q1的导通时间；同时，所述时间与电压之间的转换采用两个相同电流值的电流源分别对电容进行充放电来实现，电流源的开关控制与半桥输出HB电压的上升沿和下降沿同步；以HB为参考地时，所述同步控制信号取于半桥的供电电压VB，通过电阻和电容分压取得。

上下控制器在同步反相状态时的工作过程是：当半桥输出HB高电平时禁止下控制器输出高电平，即禁止下MOS管导通；当半桥输出HB低电平时禁止上控制器输出高电平，即禁止上MOS管导通。

上下控制器工作在同步反相状态时，下控制器的同步信号取于半桥输出HB信号，使用该同步信号控制允许或禁止下控制器的高电平输出；上控制器的同步信号取于半桥的供电电压VB，使用该同步信号控制允许或禁止上控制器的高电平输出；同步信号的产生或通过增加变压器辅助绕组从辅助绕组取样。所述同步信号通过分压从半桥输出点HB取样时，由于在控制器没有启动工作前半桥输出点HB电压约为半桥电路供电电压VB的一半，而禁止下MOS管导通的门限电压设置较低，在该状态下，下控制器无法输出高电平启动，采用单稳态触发装置以启动下控制器工作，单稳态触发器U7-A输出端连接在下振荡器高电平输出允许控制器U1-B的输入端，U7-A的输入端由振荡器U1-A的输出信号触发。U7-A在触发前输出低电平强制提供低电平的同步信号以允许振荡器U1-A输出高电平，当触发后输出高阻态不影响其它电路工作。

通过检测下MOS管电流，采样电阻R4电压超过设定值VREF3后，控制关闭下MOS管，当系统输出功率加大，下MOS管在导通期间电流加大，MOS管电流经电压转换后超过设定电压值时关断下MOS输出，整个控制过程在下控制器输出高电平(下MOS管导通)期间完成，并且每个工作周期进行，即逐周期控制。