[发明专利]电压转换电路及其控制方法

说明书

本公开提供一种电压转换电路的控制方法，应用于电压转换电路，电压转换电路包括电性耦接的直流电压输入端、变压器原边开关网络、谐振电感、变压器、变压器副边开关网络、直流电压输出端，谐振电感与变压器串联连接，电压转换电路还包括与该谐振电感谐振的一谐振电容；控制方法包括控制变压器原边开关网络和变压器副边开关网络中的开关元件，使电压转换电路的总导通时间Ton与电压转换电路的谐振周期Tr的比值Ton/Tr的数值范围为(0,1.8)U(2.7,3.7)U(4.8,5.5)，且该电压转换电路的品质因数Q≤5。本公开实施例提供的控制方法可以降低电压转换电路的导通损耗、开关损耗，进而提升效率、降低成本。

技术领域

本公开涉及电源电路技术领域，具体而言，涉及一种电压转换电路及其控制方法。

背景技术

图1所示为两级级联的变换器结构，通常采用先降压后调压的工作方式。例如，第一级变换器可以采用高效的直流变压器将输入的48V母线电压(Uin)降为较低的中间母线电压(Uib)，例如4V，效率为η1，第二级变换器采用多相交错并联的BUCK变换器，通过闭环控制BUCK输出电压Uo，效率为η2，保证负载(例如处理器芯片)的供电。

图2所示为图1中两级变换器的第一级变换器的典型拓扑—LLC串联谐振电路，图3A～图3C是图2所示LLC电路的运行波形示意图。图2所示LLC电路可以通过调整变压器T₁的励磁电流来在原边开关元件(Q1～Q4)的死区时间(图3A中的t2-t3,t5-t6)内充放原边开关元件的寄生电容从而实现原边开关元件的ZVS(Zero Voltage Switch，零电压开关)运行，实现了极小的开关元件开通损耗；同时谐振的方式让原边开关元件可以实现较小的关断电流，从而减少关断损耗。

这种LLC电路采用了原边串联谐振方式，以电流0值为中心值进行谐振，谐振过程中传递能量的最大时间为一个谐振周期。如图3A所示，当开关频率fs小于谐振频率fr(fsfr)时，在t1时刻，谐振电感Lr上的电流iLr等于励磁电流iLm，Lr与Cr停止谐振，所以在半个周期内，Lr的谐振时间最多为半个谐振周期。这样在半个周期内由一次侧向二次侧传递能量的时间是t0-t1时间段，t1～t2时间段不传递能量。参考图3A～图3C，在fsfr、fs＝fr、fsfr三种工作状态下谐振电感Lr的谐振电流波形均接近正弦波。随着开关频率fs的继续升高，谐振电流波形则由正弦波逐渐趋向于三角波。在理论上而言，相同的平均电流情况下，正弦波的有效值是方波有效值的1.1倍，三角波的有效值是方波的有效值的1.15倍。因此LLC电路的谐振电流iLr的有效值较大，从而使LLC电路的通态损耗较大。

为了实现高功率密度的电压转换电路，提高开关频率可以有效的减少体积最大的磁性元件从而提高功率密度。然而随着开关频率的提高和电路体积的缩小，散热变得更加困难，所以需要大幅减少变换器的损耗以达到相应的热平衡，而图2所示的LLC电路在开关频率提高时会增加电路损耗。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电压转换电路及其控制方法，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的谐振电路自身的电流有效值大而造成的电路损耗大的问题。

根据本公开的一个方面，提供一种电压转换电路的控制方法，应用于电压转换电路，所述电压转换电路包括电性耦接的直流电压输入端、变压器原边开关网络、谐振电感、变压器、变压器副边开关网络、直流电压输出端，所述谐振电感与所述变压器串联连接，所述电压转换电路还包括与该谐振电感谐振的谐振电容；包括：