[发明专利]LLC同步整流谐振变换器数字控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于通信电源及LED照明领域，特别涉及一种LLC同步整流谐振变换器数字控制装置和方法，尤指一种改善轻载状态下LLC同步整流谐振变换器损耗的控制方法。 

背景技术

传统的LLC谐振变换器通过谐振电感、谐振电容和变压器产生谐振以实现软开关。 

LLC谐振变换器工作状态可分为两个区域：当电路工作在轻载或者空载时，谐振变换器运行在工作区域一；当电路工作于额定负载或重载时，谐振变换器运行于工作区域二。此时副边快恢复二极管零电流开通，进一步提升LLC变换器的效率。若电路工作于大电流应用场合，由快恢复二极管引起的导通损耗将降低电路的效率，通常使用同步整流管代替快恢复二极管。现有的控制方法有： 

1. 检测副边同步整流管源漏极的电压，当该电压下降至一定数值时，开通同步整流管，使电流由同步整流管的寄生体二极管转由同步整流管流过。由于MOS管源漏极电压信号与电流信号不同步，当MOS管导通时，电流已过零一段时间，副边MOS管将不能零电流开通，同时检测电路也增加了成本和体积。

2. 使用电流互感器检测流经副边同步整流管寄生体二极管的电流，当检测到有电流通过时开通同步整流管。但电流互感器具有寄生电感，易将电流信号延迟，易使开通信号延迟，同时电流互感器增加了成本和体积，容易受干扰，故较少采用。 

3. 使用专用同步整流芯片进行控制。 

当LLC谐振变换器工作在轻载状态时，流经副边同步整流管的电流比对应的原边驱动高电平信号提早了若干时间，采用传统的控制方法，不易提前副边同步整流管开通时间，从而导致了开通损耗，且损耗随着副边电流的增加而增加。 

当LLC 谐振变换器从轻载区域至重载区域切换时，经过谐振点处电路阻抗最小，易产生过电流。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提出一种LLC同步整流谐振变换器数字控制装置和方法，通过程序设计，提前LLC同步整流谐振变换器副边同步整流管的开通时间，以减少副边同步整流管开通时电流不为零所带来的损耗。启动及空载轻载时使用定频控制，并设计过流保护装置，防止因工作区域跳变而导致的输出过流。同时，为了减少计算时间，采用Delta-Sigma算法减少寄存器变量位数同时保证了补偿结果的精度。 

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种LLC谐振变换器同步整流数字控制装置包括一个数字信号处理器DSP、一个原边高频驱动电路、一个电流采样检测电路、一个电压采样检测电路和一个副边高频驱动电路，其特征在于所述数字信号处理器DSP分别经所述原边高频驱动电路、电流采样检测电路、电压采样检测电路和副边高频驱动电路连接受控的LLC同步整流谐振变换器电路。

所述的数字信号处理器根据经电压采样检测电路反馈的输出电压判断电路运行区域，经三极点两零点补偿后分别改变两个片内周期寄存器值以生成高频驱动信号，并由数字信号处理器输出到高频驱动电路中，经隔离和功率放大后驱动原副边MOS管。 

所述的电流检测电路检测副边输出电流，并输出到数字信号处理器检测口，数字信号处理器根据该电流大小判断是否重载或区域切换时的过流，以及时切断原副边高频驱动电路。 

上述的驱动电路采用IR公司的IR2110、或IR2130自举驱动电路、或三态门与变压器的组合驱动电路。 

一种LLC谐振变换器同步整流数字控制方法，采用于控制上述装置进行控制，其特征在于控制步骤如下： 

(1) 初始化数字信号处理器片内定时器 和，将其设为比较中断，设置相同的死区时间、相同的高频周期寄存器值、相同的比较寄存器值。通过合适的与值实现电路的高频低占空比软启动，减少变频启动对电路的冲击和电磁干扰。其中寄存器输出控制原边驱动信号，寄存器输出控制副边驱动信号。

(2) 进入中断后，判断电路软启动是否结束或者电路是否过流，若电路工作于输出过流状态，则关断PWM输出，退出中断；若电路工作于软启动状态，则继续保持定占空比定频启动控制； 

(3) 清中断标志，允许同级中断，将两个定时寄存器配置为周期中断，对电路进行三极点两零点的补偿，并对补偿结果采用Delta-Sigma算法，在减少寄存器位数提高计算速度的同时保证了求解精度，得到控制信号。

(4) 判断电路工作区域，进行分类控制：   

   若控制信号大于给定信号，则系统处于极轻载区域或启动区，对系统进行高频区域驱动控制，实现定频调脉宽闭环。其中给定信号为系统进行调频与调占空比切换的临界频率，精度为12位。