一种同步整流LLC变换器的数字控制系统及其控制方法技术方案

一种同步整流LLC变换器的数字控制系统及其控制方法，包括电压采样电路、运算放大电路、低通滤波电路、微控制器和隔离驱动电路。在LLC变换器的每一个工作周期内，通过电压采样电路分别在LLC变换器副边侧的同步整流MOS管关断之前和关断之后各采集一次同步整流MOS管的漏端电压，并通过微控制器将上述两个漏端电压进行比较判断，根据实时判断的结果来控制下一周期同步整流MOS管驱动信号的周期和占空比，最终使同步整流MOS管的关断点稳定在其电流过过零点处附近，因此，同步整流LLC变换器就稳定工作在最优效率点附近。

【技术实现步骤摘要】
一种同步整流LLC变换器的数字控制系统及其控制方法
本专利技术涉及采用同步整流方式的LLC谐振全桥开关变换器，尤其是一种同步整流LLC变换器的数字控制系统及其控制方法。
技术介绍
LLC谐振全桥变换器具有高效率的优点，因此其被广泛应用于中等功率的开关变化场合。为了进一步提高LLC谐振全桥变换器的工作效率，变换器副边侧的整流二极管被同步整流MOS管所代替，这种运用同步整流方法的LLC谐振全桥变换器主要的优点有：1、LLC谐振全桥变换器能够实现变换器原边侧的零电压导通和副边侧的零电流导通。2、副边侧同步整流MOS管有效的减小了变换器的导通损耗，特别是在大电流的场合下。然而，不同于其他整流方法，同步整流MOS管的控制方法需要满足LLC谐振全桥变换器更多的要求。比如，为了实现副边侧的零电流导通，当开关速度fs大于谐振频率fr时，同步整流MOS管应该比原边侧开关早关断，当开关速度fs小于谐振频率fr时，同步整流MOS管应该比原边侧开关晚关断。现有主要的同步整流LLC谐振全桥变换器的控制方法可以根据采样技术的不同分为三类：基于电流采样技术的控制方法、基于自驱动模拟电压采样技术的控制方法以及基于数字电压采样技术的控制方法。这三种技术中，基于电流采样技术的控制方法最为准确，但是电流检测带来的电阻功率损耗却是相当大的；而自驱动模拟电压采样技术的电路复杂，而且会降低功率密度，产生源漏寄生震荡。由于上述两种方法的缺点，基于数字电压采样技术的控制方法成为近些年被研究的重要对象。同步整流LLC谐振全桥变换器的数字控制方法应该满足三个要求：电路结构简单以提高功率密度；高频下能准确有效的降低体电阻导通时间；快速有效的控制算法以防止体电阻反向导通。目前，一种通用的同步整流LLC谐振全桥变换器的数字控制方法为：检测同步整流MOS管体二极管是否导通，然后相应的提前或者延迟同步整流MOS管的关断。然而，这种方法会导致同步整流MOS管的关断点始终在体二极管导通和反向导通两种状态之间切换。而体二极管反向导通会形成从负载到变换器的电流通路，带来额外的功率损耗。此外，这种方法的延时在高频时会变大，从而出现反向电流恶化变换器的效率和稳定性。尽管采取了一些优化的措施，但是由于这种控制方法本身的缺陷，效率还是会受到影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种同步整流LLC变换器的数字控制系统及其控制方法，能够提高同步整流LLC谐振全桥变换器的效率。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种同步整流LLC变换器的数字控制系统，其特征在于：包括电压采样电路、运算放大电路、低通滤波电路、以微控制器为核心的控制电路和隔离驱动电路，电压采样电路采样LLC变换器副边侧同步整流MOS管的漏端电压，经过运算放大电路、低通滤波电路后输出给以微控制器为核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路输出的信号包括通过隔离驱动电路输出驱动LLC变换器原边侧MOS管的栅驱动信号和副边侧同步整流MOS管的栅驱动信号以及给运算放大电路的反馈信号；电压采样电路包括电阻R1、电阻R2以及二极管Db，电阻R1的一端连接电源电压Vcc,电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和二极管Db的阳极，二极管Db的阴极连接LLC变换器副边侧中任一个同步整流MOS管的漏端；运算放大电路包括运算放大器OpAmp和电阻RF，运算放大器OpAmp的异名端连接电压采样电路中电阻R2的另一端，电阻RF跨接在运算放大器OpAmp的异名端和输出端之间；低通滤波电路包括电阻R0和电容C0，电阻R0的一端连接运算放大器OpAmp的输出端，电阻R0的另一端连接电容C0的一端并作为低通滤波电路的输出端，电容C0的另一端接地；以微控制器为核心的控制电路包括数模转换器DAC、模数转换器ADC0、逻辑控制单元以及两个定时器TIMer1和TIMer2，模数转换器ADC0的输入端连接低通滤波电路的输出端，模数转换器ADC0的输出与逻辑控制单元双向连接，逻辑控制单元的一路输出经过定时器TIMer1后输出连接LLC变换器副边侧同步整流MOS管的栅极，另一路输出经过定时器TIMer2后，再经过隔离驱动电路输出连接LLC变换器原边侧MOS管的栅极，还有一路输出经数模转换器DAC后连接至运算放大器OpAmp的同名端。上述同步整流LLC变换器的数字控制系统的控制方法，其特征在于：当控制系统处于工作状态时，在LLC变换器的每一个工作周期内，通过电压采样电路分别在LLC变换器副边侧的同步整流MOS管关断之前和关断之后各采集一次同步整流MOS管的漏端电压，并通过微控制器将上述两个漏端电压进行比较判断，根据实时判断的结果来控制下一周期同步整流MOS管驱动信号的周期和占空比，最终使同步整流MOS管的关断点稳定在其电流过零点处附近，同步整流LLC变换器就稳定工作在最优效率点附近；包括以下步骤：(1)在LLC变换器副边侧的同步整流MOS管即将关断之前，电压采样电路采集同步整流MOS管的漏端电压，该漏端电压经运算放大电路和低通滤波电路后记为VSR1，将VSR1经模数转换器ADC0转换成数字电压，存入微控制器中的逻辑控制单元；(2)同一周期内，在LLC变换器副边侧的同步整流MOS管关断之后，电压采样电路采集同步整流MOS管的漏端电压，该漏端电压经运算放大电路和低通滤波电路后记为VSR2，将VSR2经模数转换器ADC0转换成数字电压，存入微控制器中的逻辑控制单元；(3)逻辑控制单元对VSR1和VSR2进行比较，根据比较结果来调整同步整流MOS管驱动信号的周期及占空比；如果VSR1<VSR2，且这两个电压都小于零，则微控制器会控制增加下一开关周期同步整流MOS管驱动信号的高电平时间，即推迟下一开关周期同步整流MOS管的关断时间；(4)如果VSR1>VSR2,此时同步整流MOS管可能恰好在其电流过零点关断，则需进行进一步的判断，如果VSR1为正或者VSR2大于同步整流MOS管关断时其漏端电压经电压采样电路、运算放大电路和低通滤波电路后得到的电压VSR(OFF)，则微控制器会控制减少下一开关周期同步整流MOS管栅端驱动信号的高电平时间，将下一开关周期同步整流MOS管的关断时间提前。如果VSR1为负且VSR2小于同步整流MOS管关断时其漏端电压经电压采样电路、运算放大电路和低通滤波电路后得到的电压VSR(OFF)，则下一开关周期同步整流MOS管的关断时间保持不变。对LLC变换器副边侧的同步整流MOS管漏端电压进行采样时，利用微控制器内部定时器TIMER1中断来实现电压采样的准确控制，具体流程为：(1)在每一个开关周期内，设置定时器TIMER1中断在定时器TIMER1产生下降沿t0时被触发，此时微控制器进入中断处理；(2)经过电路延迟一段时间后，在t1时刻同步整流MOS管开始关断过程，微控制器在LLC变换器副边侧同步整流MOS管未完全关断之前的t2时刻产生中断进行第一次采样；(3)在LLC谐振变换器副边侧同步整流MOS管完全关断之后的t3时刻，微控制器产生中断进行第二次采样。本专利技术具有以下优点及显著效果：1、在每个开关周期内，实时调整LLC谐振变换器副边侧同步整流MOS管的关断时间，自适应能力强，关断时间更加精准。2、在每个开关周期内，比较判断两次的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步整流LLC变换器的数字控制系统，其特征在于：包括电压采样电路、运算放大电路、低通滤波电路、以微控制器为核心的控制电路和隔离驱动电路，电压采样电路采样LLC变换器副边侧同步整流MOS管的漏端电压，经过运算放大电路、低通滤波电路后输出给以微控制器为核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路输出的信号包括通过隔离驱动电路输出驱动LLC变换器原边侧MOS管的栅驱动信号和副边侧同步整流MOS管的栅驱动信号以及给运算放大电路的反馈信号；电压采样电路包括电阻R1、电阻R2以及二极管Db，电阻R1的一端连接电源电压Vcc,电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和二极管Db的阳极，二极管Db的阴极连接LLC变换器副边侧中任一个同步整流MOS管的漏端；运算放大电路包括运算放大器OpAmp和电阻RF，运算放大器OpAmp的异名端连接电压采样电路中电阻R2的另一端，电阻RF跨接在运算放大器OpAmp的异名端和输出端之间；低通滤波电路包括电阻R0和电容C0，电阻R0的一端连接运算放大器OpAmp的输出端，电阻R0的另一端连接电容C0的一端并作为低通滤波电路的输出端，电容C0的另一端接地；以微控制器为核心的控制电路包括数模转换器DAC、模数转换器ADC0、逻辑控制单元以及两个定时器TIMer1和TIMer2，模数转换器ADC0的输入端连接低通滤波电路的输出端，模数转换器ADC0的输出与逻辑控制单元双向连接，逻辑控制单元的一路输出经过定时器TIMer1后输出连接LLC变换器副边侧同步整流MOS管的栅极，另一路输出经过定时器TIMer2后，再经过隔离驱动电路输出连接LLC变换器原边侧MOS管的栅极，还有一路输出经数模转换器DAC后连接至运算放大器OpAmp的同名端。...

【技术特征摘要】
2017.02.28 CN 20171011056821.一种同步整流LLC变换器的数字控制系统，其特征在于：包括电压采样电路、运算放大电路、低通滤波电路、以微控制器为核心的控制电路和隔离驱动电路，电压采样电路采样LLC变换器副边侧同步整流MOS管的漏端电压，经过运算放大电路、低通滤波电路后输出给以微控制器为核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路输出的信号包括通过隔离驱动电路输出驱动LLC变换器原边侧MOS管的栅驱动信号和副边侧同步整流MOS管的栅驱动信号以及给运算放大电路的反馈信号；电压采样电路包括电阻R1、电阻R2以及二极管Db，电阻R1的一端连接电源电压Vcc,电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和二极管Db的阳极，二极管Db的阴极连接LLC变换器副边侧中任一个同步整流MOS管的漏端；运算放大电路包括运算放大器OpAmp和电阻RF，运算放大器OpAmp的异名端连接电压采样电路中电阻R2的另一端，电阻RF跨接在运算放大器OpAmp的异名端和输出端之间；低通滤波电路包括电阻R0和电容C0，电阻R0的一端连接运算放大器OpAmp的输出端，电阻R0的另一端连接电容C0的一端并作为低通滤波电路的输出端，电容C0的另一端接地；以微控制器为核心的控制电路包括数模转换器DAC、模数转换器ADC0、逻辑控制单元以及两个定时器TIMer1和TIMer2，模数转换器ADC0的输入端连接低通滤波电路的输出端，模数转换器ADC0的输出与逻辑控制单元双向连接，逻辑控制单元的一路输出经过定时器TIMer1后输出连接LLC变换器副边侧同步整流MOS管的栅极，另一路输出经过定时器TIMer2后，再经过隔离驱动电路输出连接LLC变换器原边侧MOS管的栅极，还有一路输出经数模转换器DAC后连接至运算放大器OpAmp的同名端。2.根据权利要求1所述的同步整流LLC变换器的数字控制系统的控制方法，其特征在于：当控制系统处于工作状态时，在LLC变换器的每一个工作周期内，通过电压采样电路分别在LLC变换器副边侧的同步整流MOS管关断之前和关断之后各采集一次同步整流MOS管的漏端电压，并通过微控制器将上述两个漏端电压进行比较判断，根据实时判断的结果来控制下一周期同步整流MOS管驱动信号的周期和占空比，最终使同步整流MOS管的关断点...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，詹成旺，刘琦，朱俊杰，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32