[发明专利]用于谐振转换器的控制设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于谐振转换器的控制设备。

背景技术

现有技术中已知具有用于其控制的设备的开关转换器。谐振转换器代表以存在谐振电路为特征的范围广泛的开关转换器，谐振电路在确定输入输出功率流的过程中起到积极的作用。在这些转换器中，由四个(或两个)电源开关(典型地为功率MOSFET)组成的通过直流电压供电的桥(或半桥)产生方波电压，该方波电压应用于调谐到与所述方波的基本频率接近的频率的谐振电路。因此，由于其选择性特征，谐振电路主要对该基本分量做出响应，并且忽略对方波的较高阶谐波的响应。结果是，可能通过改变方波频率来调制循环功率，保持占空比恒定为50％。而且，依赖于谐振电路的配置，与功率流相关联的电流和/或电压具有正弦形状或分段正弦形状。

要对这些电压进行整流和滤波，从而将DC电源提供给负载。在离线应用中，为了符合安全规范，向负载供电的整流和滤波系统通过上述规范要求的方式与谐振电路耦合，该方式使用变压器提供源和负载之间的隔离。正如在所有隔离的网络转换器中，也是在这种情况下，连接到输入源的初级侧(有关于变压器的初级绕组)与通过整流和滤波系统向负载供电的次级侧(有关于变压器的次级绕组)被区分开。

在许多类型的谐振转换器中，所谓的LLC谐振转换器被广泛使用，特别是其半桥版本。名称LLC来源于采用两个电感器(L)和一个电容器(C)的谐振电路；图1显示了LLC谐振转换器的原理图。谐振转换器1包括晶体管Q1和Q2在输入电压Vin和接地电压GND之间组成的半桥，该半桥由驱动电路3驱动。晶体管Q1和Q2之间的公共端子HB连接到电路块2，电路块2包括串联的电容器Cr、电感Ls和另一电感Lp，另一电感Lp与次级具有中心抽头的变压器10并联连接。变压器10的具有中心抽头的次级的两个绕组连接到两个二极管D1和D2的阳极，这两个二极管的阴极都连接到电容器Cout和电阻Rout的并联上；谐振转换器的输出电压Vout施加于所述并联两端，而DC输出电流Iout流过Rout。

与传统的开关转换器(非谐振控制的，典型地为PWM-脉宽调制)相比，谐振转换器提供相当大的优势：波形没有陡峭边缘，在电源开关中由其“软”切换带来的低开关损耗，高转换效率(95％以上是容易达到的)，高频下操作的能力，产生低EMI(电磁干扰)，以及最终的高功率密度(即能够构建有能力在相对小的空间内处理相当大的功率电平的转换系统)。

如在大多数DC-DC转换器中那样，当操作条件(即其输入电压Vin和/或输出电流Iout)改变时，闭环负反馈控制系统保持转换器的输出电压恒定。这通过将部分输出电压和参考电压进行比较来实现；输出电压感测系统(通常为电阻分压器)提供的值与参考值之间的差值信号或误差信号由误差放大器放大，该误差放大器的输出修正转换器内部的量x，并且转换器在每个开关循环期间传送的能量实质上依赖于该误差放大器。在谐振转换器中，这种重要的量是激励谐振电路的方波的开关频率。

对于开关转换器的许多应用、因此也对于使用谐振转换器的应用来说，其共同要求是也在低负载时优化转换效率(即输出功率和输入功率之间的比率)和/或当负载为零时最小化从源提取出的功率，以便符合节能规范(例如，EnergyStar、CEC、Eu CoC等)。

为了优化低负载时的效率并且最小化零负载时吸收的功率，在所有开关转换器(谐振或非谐振的)中广泛实施的技术是其中开关转换器在所谓“突发模式”中操作。根据该操作模式，转换器以间歇性的方式在时间间隔隔开的一系列开关循环(突发)中操作，在该时间间隔内转换器不切换。当负载低至使开关转换器操作于突发模式时，转换器不切换的时间间隔在初始时是相当短的；随着负载降低，这些间隔变长：突发的持续时间减少，突发的时间距离增大。因此，平均开关频率显著降低，并且相应地，与转换器的寄生元件的开关相关联的损耗降低，而且与变压器的磁化电流的流动相关联的损耗也降低，与变压器的磁化电流的流动相关联的损耗代表低或非常低负载条件下的功率损耗的主要部分。

在所有已知的实施例中，当转移功率下降到预先设立的水平之下时，产生进入这种突发模式的入口。同一反馈控制环路控制连续的突发，以使转换器的输出电压总是保持在控制之下。

鉴于使用的控制方法，在脉宽调制控制(PWM)转换器中，存有在转换器中运送的功率水平和控制量之间的直接关系，因此以下文描述的方式通过使用磁滞比较器简单地提供突发模式的操作。