一种谐振变换器制造技术

本发明专利技术提供一种谐振变换器，能够解决现有技术中存在的一些问题，使得不对称半桥反激拓扑及其他的谐振拓扑可以不受功率级限制实现峰值电流控制模式。实现电压调整率、负载调整率及动态响应等性能的提升。与现有技术相比，本发明专利技术具有以下有益效果：实现不对称半桥反激及类似拓扑的峰值电流控制模式；实现低损耗的峰值电流采样，提高电源的效率；无需前沿消隐，消除噪声干扰并提高控制策略的实时性；采用峰值电流控制模式可以提升带宽，改善动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振变换器
本专利技术涉及一种谐振变换器。
技术介绍
熟悉开关电源的工程师都知道，PWM型开关稳压电源是一个闭环控制系统，其基本工作原理就是在输入电压、内部元器件参数、外接负载等因素发生变化时，通过检测被控制信号与基准信号的差值，利用此差值调节主电路功率开关器件的导通脉冲宽度，从而改变输出电压的平均值，使得开关电源的输出电压保持稳定。目前在开关电源中广泛使用的控制方式是通过对输出电压或电流(功率开关器件或输出电感上流过的电流)进行采样，即形成两类控制方式：电压控制模式与电流控制模式。峰值电流型控制策略与电压型控制策略为主流的PWM电源控制策略，究其根本二者有什么不同呢？电压型PWM是指控制器按反馈电压来调节输出脉宽，峰值电流型PWM是指控制器按反馈电流来调节输出脉宽。从图1的电压型与峰值电流型两种控制方式的系统框图可以知道，电压型控制与电流型控制的不同处是指对反馈信号的取样不同，电压型控制以电源的输出电压为反馈信号，该反馈信号与给定值的偏差经比较器放大后与锯齿波比较产生控制脉冲；而电流型控制是以高频变压器原边输出电流为采样反馈信号组成电流闭环，以电压反馈信号组成电压外环，电压外环的输出偏差作为电流内环的给定，与电流反馈信号比较产生控制脉冲，电流型PWM是在脉宽比较器的输入端，直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的PWM控制器。本文主要就峰值电流型控制进行分析，故以峰值电流型控制方式为主体与电压型控制进行对比。图2为检测输出电感电流的电流型控制的基本原理框图。它的主要特点是：将采样得到的电感电流直接反馈去控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值电流直接跟随电压反馈电路中误差放大器输出的信号。从图2中可以看出，与单一闭环的电压控制模式相比，电流模式控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路形成，内环由互感器采样输出电感电流形成。在该双环控制中，由电压外环控制电流内环，即内环电流在每一开关周期内上升，直至达到电压外环设定的误差电压阈值。电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的，并且监测输出电感电流的动态变化，电压外环只负责控制输出电压。因此电流型控制模式具有比起电压型控制模式大得多的带宽。早期的PWM控制器是电压控制型的，由于工程上对开关电源电压调整率、负载调整率以及瞬态响应特性的需求不断提高，峰值电流型控制慢慢登上了开关电源界控制策略的舞台。但是峰值电流型控制在用于大功率场合时，因其电流取样的损耗较大，因此在大功率开关电源中，还是使用了传统的电压型控制。通过分析可知道，电流型控制模式较电压型控制模式有以下优点：1)、线性调整率(电压调整率)非常好，这是因为输入电压的变化立即反映为电感电流的变化，无须经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再加上输出电压到误差放大器的控制，使得电压调整率更好。由于对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应快，故适合于负载快速变化时对响应速度要求较高的场所。2)、虽然电源的L-C滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频率响应特性，可以做出较大的带宽。3)、具有瞬时峰值电流限流功能，这是由于受控的电流在上升到设定值时，会使PWM停止输出，因此电流型自身具有固有的逐个脉冲限流功能，在电路中不必另外附加限流保护电路；而且这种峰值电感电流检测技术可以较精确地限制最大电流，从而使开关电源中的功率变压器和开关管不必有较大的冗余，就能保证可靠工作。4)、使用峰值电流型控制，简化了反馈控制补偿网络、负载限流、磁通平衡等电路的设计，减少了元器件的数量和成本，这对提高开关电源的功率密度，实现小型化，模块化具有重要的意义。不对称半桥反激变换器是一种非常有特点的谐振变换器，它的输入结构和驱动方式与不对称半桥类似，输出结构和能量传递方式与反激类似；稳态输入/输出电压增益与正激类似；功率器件的软开关实现与半桥LLC类似。这些类似，使得不对称半桥反激在稳态方面同时兼顾了不对称半桥、反激、正激和半桥LLC这四种变换器的优点，如：与半桥LLC比较，为定频控制，但同样可以实现MOSFET的ZVS和二极管的ZCS；与不对称半桥比较，电路结构更加简单；与反激比较，MOSFET可容易实现ZVS，二极管可容易实现ZCS；与正激比较，有类似的稳态增益特性。综上所述即结构简单，控制方便，还可利用变压器的激磁电感、漏感等方便地实现功率器件的软开关，进而实现功率级的高效率。目前不对称半桥拓扑一般都是应用其电压控制模式，对其电流采样的研究较少。而电压控制模式的电压调整率、负载调整率以及瞬态响应等特性都不及峰值电流控制模式，且无法实现逐周期的过流检测，在应用中受到限制。一般的峰值电流型控制的电流取样有两种形式，一种是通过电流互感器，取样原边功率级的电流；另一种是采用电阻取样电路，这两种峰值电流采样方式应用于不对称半桥拓扑的电路如图3所示，从原理上分析知道，这两种取样方式的损耗都很大，都不是无损检测，而且在大功率场合取样电流的波形会受到很大的开关噪声干扰，严重影响了电路的稳定性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种谐振变换器，能够解决现有技术中存在的一些问题，使得不对称半桥反激拓扑及其他的谐振拓扑可以不受功率级限制实现峰值电流控制模式。实现电压调整率、负载调整率及动态响应等性能的提升。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术措施实现的：一种谐振变换器，包括不对称半桥反激拓扑电路102和峰值电流控制系统电路104，不对称半桥反激拓扑电路102中包括谐振电容Cr；谐振变换器还包括电流取样电路103；电流取样电路103通过对谐振电容Cr的电流分流，再将电流信号转换成电压信号，滤除采样的负值电流信号后，将电流采样信号输出给峰值电流控制系统电路104；峰值电流控制系统电路104将电流采样信号用于峰值电流控制，并输出一定占空比的驱动信号，再通过死区时间调节电路使其输出互补的具有死区时间的两个驱动信号。所述的电流取样电路103包括第一电阻Rs、第一二极管D1和第二电容C2，所述的第一电阻Rs的一端与第二电容C2的一端串联，第二电容C2的另一端连接所述的谐振电容Cr的一端，第一电阻Rs的另一端连接谐振电容Cr的另一端，第一二极管D1的阴极连接第一电阻Rs与第二电容C2的串联节点，第一二极管D1的阳极连接第一电阻Rs的另一端；第一电阻Rs与第二电容C2的串联节点输出电流采样信号给峰值电流控制系统电路。优选的，电流取样电路103包括第一电阻Rs、第一二极管D1和第二电容C2，所述的第一电阻Rs的一端与第二电容C2的一端串联，第二电容C2的另一端连接所述的谐振电容Cr的一端，第一电阻Rs的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振变换器，包括不对称半桥反激拓扑电路102和峰值电流控制系统电路104，不对称半桥反激拓扑电路102中包括谐振电容Cr；其特征在于：所述的谐振变换器还包括电流取样电路103；电流取样电路103通过对谐振电容Cr的电流分流，再将电流信号转换成电压信号，滤除采样的负值电流信号后，将电流采样信号输出给峰值电流控制系统电路104；峰值电流控制系统电路104将电流采样信号用于峰值电流控制，并输出驱动信号，再通过死区时间调节电路使其输出互补的具有死区时间的两个驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种谐振变换器，包括不对称半桥反激拓扑电路102和峰值电流控制系统电路104，不对称半桥反激拓扑电路102中包括谐振电容Cr；其特征在于：所述的谐振变换器还包括电流取样电路103；电流取样电路103通过对谐振电容Cr的电流分流，再将电流信号转换成电压信号，滤除采样的负值电流信号后，将电流采样信号输出给峰值电流控制系统电路104；峰值电流控制系统电路104将电流采样信号用于峰值电流控制，并输出驱动信号，再通过死区时间调节电路使其输出互补的具有死区时间的两个驱动信号。2.根据权利要求1所述的一种谐振变换器，其特征在于：所述的电流取样电路103包括第一电阻Rs、第一二极管D1和第二电容C2，所述的第一电阻Rs的一端与第二电容C2的一端串联，第二电容C2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭启利，刘湘，王志燊，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44