[发明专利]一种数字LLC中ZVS的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字LLC中ZVS的控制方法，属于LLC电路技术领域。

背景技术

目前，LLC电路拓扑在大功率整流电路中较为常见，其优良的软开关特性可以大幅减小电源的开关损耗，提供能量的传输效率，显著降低电源的噪声和EMI，是目前使用最普遍的大功率拓扑之一。

市场上中小功率充电机采用全桥LLC拓扑为主，如图1所示，为了实现ZVS，设计上需要固定一个死区时间(Tdead)来实现ZVS；此时满足ZVS的开关频率可以通过公式(1)计算得出：

其中Tdead为死区时间，fs为实现ZVS的开关频率，Vo为LLC输出电压，Vin为LLC输入电压，N为变压器匝比，Coss为原边MOS管的等效输出电容，Lp为变压器励磁感量。

通过公式(1)可知，在Vin、Vo、N、Coss、Lp固定时，Tdead与fs成正比关系。

目前LLC电路拓扑工作时死区时间是固定的，决定了其存在如下问题：

1)死区固定，可实现ZVS的频率范围就固定，不能提高工作频率；

2)在工作频率低于fs时，Tdead没有相应的减少，此时会增加MOS管寄生体二极管的导通损耗，且离fs越远，寄生体二极管的导通损耗越多，从而影响了整体的效率。

目前电源产品市场上，LLC拓扑电路主要采用的芯片，有意法半导体的L6599，宏冠的CM6901，飞兆的FSFR2100、FSFR2100，英飞凌的ICE1HS01G、ICE2HS01G，德州仪器(TI)的UCC25600，NXP的TEA1610，安森美(ON)的MC33067、NCP1395等芯片。下面以L6599为代为介绍其ZVS的实现原理。

ST的L6599芯片，适用于全桥或半桥LLC拓扑，通过内部高精度振荡器，可以提供最大500kHz的工作频率。通过芯片输出的180°反相、固定50％的占空比，驱动全桥(半桥)电路交替开关。实际工作的占空比包含一个固定的死区时间TD，死区时间内上下臂两只MOS管均关断，正是通过设置的死区时间，确保MOS管能安全开关和ZVS的实现。

通过分析可以看到，图2中阴影带标注的为死区时间内，谐振腔电流走向，为负值。假设次电流发生在下管关断、上管即将开通前，那么根据此电流流向，它将反方向给充电电压为VDS的Q1输出结电容C_OSS1放电(同时给下管电压已经放电至0V的Q2输出结电容C_OSS2充电)。通过计算及设置好的电路参数，此反向电流能够确保在死区时间t_DEAD内将C_OSS1放电完毕，将C_OSS2充电完毕(至V_DS)。此后Q1在驱动电平作用下开通，Q1开通过程中V_DS与I_D将不存在交叠，从而实现了ZVS，如图3所示。由图可以看到，LLC工作模式实现了MOS管V_DS与I_D在开通时的零交叠，实现ZVS，从而减少了开关损耗。以上是ST公司的L6599谐振控制芯片ZVS的实现原理。由于其死区时间是固定的，工作频率范围会受限制，频率低的时候ZVS的实现时也带来了MOS管的能量损耗。模拟控制芯片死区时间在工作时是固定不可调的，工作频率范围会受限制，且频率低的时候ZVS的实现时也带来了MOS管的能量损耗。数字控制将死区加大或分段调控，这样虽然提高了LLC的工作频率，但低频ZVS时MOS管的能量损耗问题依然存在。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字LLC中ZVS的控制方法，以解决目前数字LLC中由于死区固定导致可实现ZVS的频率范围固定以及低频ZVS时MOS管的能量损耗问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种数字LLC中ZVS的控制方法，该控制方法采用双闭环控制，外环为电流环，内环为电压环，外环以LLC输出电流Io为反馈量，以设定参考值Iref为电流给定量，根据Iref与Io的差值进行PI调节输出Vo_ref，内环以输出的Vo_ref为电压给定量，以LLC输出电压Vo为反馈，根据Vo_ref与Vo的差值进行PI调节输出得到开关频率fs，根据死区时间Tdead和fs的关系计算死区时间Tdead，利用死去时间Tdead对LLC进行PWM控制。

所述的死区时间和实现ZVS的开关频率fs之间的关系为：