控制电路以及谐振变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及控制电路以及谐振变换器。该控制电路用于控制谐振变换器的开关电路，其中开关电路包括第一功率开关和第二功率开关。第一功率开关的第一接通时间和第二功率开关的第二接通时间被控制以生成方波信号从而驱动谐振电路。控制电路配置为基于零电流检测时间和时移延迟时间来控制第一接通时间，零电流检测时间表示检测到在谐振电路中响应于方波信号生成的谐振电路的电流过零，时移延迟时间基于谐振变换器的输出电压。第二功率开关的第二接通时间的控制基于对第一功率开关检测到的零电流检测时间以及时移延迟时间。

【技术实现步骤摘要】
控制电路以及谐振变换器
本公开总体涉及开关功率变换器，更具体地涉及谐振变换器的控制。
技术介绍
谐振变换器是一种开关功率变换器，其特征在于存在谐振电路，该谐振电路在确定变换器的输入-输出功率流方面起到有效作用。在这些谐振变换器中，作为半桥式电路或全桥式电路的桥式电路接收输入电压，并且响应于施加到桥式电路中的功率开关的控制信号而生成电压方波，该电压方波施加到被调制到接近电压方波基频的频率的谐振电路。由于谐振的选择频率特性，谐振电路主要响应于电压方波的该基频分量，同时对电压方波的高阶频率分量或谐波的响应可忽略不计。利用谐振电路的这些可变频率特性，可通过在保持电压方波的百分之五十(50％)占空比的同时改变电压方波的频率来调制谐振变换器的循环功率。响应于电压方波的基频分量，该频率处的正弦或分段正弦电压和电流在谐振电路中流动。这些正弦电压和电流进行然后被整流和滤波，以提供直流(DC)输出功率，该直流输出功率供应给耦合到谐振变换器的负载。典型的谐振变换器包括在输入电压与负载之间提供隔离的变压器，并且包括作为谐振电路的一部分并耦合到桥式电路的初级绕组。一个或多个次级绕组形成整流电路装置的一部分，整流电路装置被耦合以通过滤波电路装置向负载供电。关于变压器的初级侧和次级侧，谐振变换器被认为具有包括桥式电路和谐振电路的初级侧以及包括耦合到负载的整流电路装置和滤波器电路装置的次级侧。存在许多类型的谐振变换器，其中所谓的“LLC谐振变换器”是最广泛使用的谐振变换器之一。LLC的命名来自于这样的事实，即，该谐振电路包括两个电感元件(L)和一个电容元件(C)，其中变压器的初级绕组可贡献两个电感元件之一或两个电感元件。特别地，与常规的非谐振型开关功率变换器(诸如脉宽调制(PWM)开关功率变换器)相比，谐振变换器和LLC谐振变换器具有许多优点。PWM开关功率变换器调制PWM控制信号的脉冲宽度或占空比，以控制由变换器提供的输出功率。与PWM开关功率变换器相比，谐振功率变换器以无陡边的波形操作，如本领域技术人员应当理解的，由于这种功率开关的“软”开关而实现功率开关的低开关损耗，提供高转换效率，在高频下操作，并且提供低电磁干扰(EMI)产生和高功率密度。用于控制LLC谐振变换器的操作的多种控制方法是本领域已知的。在控制LLC谐振变换器的循环功率时，维持电压方波的百分之五十的占空比的同时由桥式电路提供的电压方波的频率被调制。这种控制方法称为直接频率控制(DFC)方法，可被认为是LLC谐振变换器的工业标准控制方法。DFC方法具有缺点，并且DFC方法的一种替代方法(称为时移控制(TSC)方法)解决了与DFC方法相关联的主要问题之一。DFC方法的该主要问题在于，当采用该控制方法时，LLC谐振变换器的频率特性包括具有多个极点的传递函数，其频率根据LLC谐振变换器的操作条件而变化。这使得通过DFC方法的LLC谐振变换器的分析和控制复杂化。与以基于PWM和DFC的控制为基础的变换器控制相关联的问题在美国专利No.8,773,872中有更详细的讨论，其全部内容通过引用并入本文。TSC方法解决了与DFC方法相关的该问题，因为当通过TSC方法控制LLC谐振变换器时，LLC谐振变换器表现为单极系统，这允许更高的带宽补偿和更高的输入电压纹波抑制。尽管TSC方法相比于常规的DFC方法控制提供了这些优点，然而这种控制方案产生了不同的问题，并且因此需要用于特别地控制LLC谐振变换器且一般地控制谐振变换器的改进的控制方法。
技术实现思路
为了至少部分地解决现有的和其他问题，提出一种控制电路，其能够消除或减小由于不平衡或非对称操作而对检测电流过零造成的影响。根据本技术的一个方面，提供控制电路。该控制电路被配置为控制谐振变换器的开关电路，所述开关电路包括被耦合到谐振电路的第一功率开关和第二功率开关，所述控制电路被配置为控制所述第一功率开关的第一接通时间以及所述第二功率开关的第二接通时间，以生成方波信号来驱动所述谐振电路，所述控制电路被配置为基于零电流检测时间和时移延迟时间来控制所述第一接通时间，所述零电流检测时间指示在所述谐振电路中响应于所述方波信号而生成的谐振电路的电流过零的检测，所述时移延迟时间基于所述谐振变换器的输出电压，并且所述控制电路还被配置为基于针对所述第一功率开关所检测的零电流检测时间以及所述时移延迟时间，来控制所述第二功率开关的第二接通时间。在某些实施例中，所述控制电路包括零电流检测比较器，所述零电流检测比较器被耦合到所述谐振电路，并且被配置为检测所述谐振电流的电流过零、以及基于检测到的所述电流过零来生成零电流检测信号。在某些实施例中，所述控制电路还包括有限状态机，所述有限状态机被耦合到所述零电流检测比较器以接收所述零电流检测信号，并且所述有限状态机被耦合以接收所述时移延迟时间，并且所述有限状态机被配置为基于所述零电流检测信号和所述时移延迟时间，来控制所述第一功率开关的所述第一接通时间和所述第二功率开关的所述第二接通时间。在某些实施例中，所述有限状态机还被配置为通过首先对于与所述第二功率开关的断开与所述第一功率开关的接通之间的时间相对应的死区时间进行计时，来控制所述第一功率开关的接通时间，并且所述有限状态机被配置为在所述死区时间终止时接通所述第一功率开关，并且在接通所述第一功率开关之后，所述有限状态机还被配置为检测所述谐振电流的电流过零、以及基于检测到的所述电流过零来确定所述零电流检测时间，所述有限状态机被配置为保存所确定的零电流检测时间，在检测到所述电流过零之后延迟所述时移延迟时间，并且在所述时移延迟时间终止时断开所述第一功率开关。在某些实施例中，所述有限状态机还被配置为通过首先对于与所述第一功率开关的断开与所述第二功率开关的接通之间的时间相对应的死区时间进行计时，来控制所述第二功率开关的接通时间，所述有限状态机被配置为在所述死区时间终止时接通所述第二功率开关，并且在接通所述第二功率开关之后，所述有限状态机被配置为对检测到的所述零电流检测时间进行计时，并且在检测到的所述零电流检测时间终止时，所述有限状态机被配置为在所述零电流检测时间终止之后延迟所述时移延迟时间，并且在所述时移延迟时间终止时断开所述第二功率开关。在某些实施例中，所述有限状态机包括计时器，以生成指示检测到的所述零电流检测时间的计数。在某些实施例中，所述开关电路包括半桥式电路，所述半桥式电路包括由所述第一功率开关形成的低侧功率开关和由所述第二功率开关形成的高侧功率开关。在某些实施例中，所述低侧功率开关和所述高侧功率开关中的每一个包括MOSFET。在某些实施例中，所述开关电路还包括被耦合到所述高侧功率开关和所述低侧功率开关的第三功率开关和第四功率开关，以形成全桥式电路。在某些实施例中，所述谐振电路包括串联耦合的两个电感元件L和电容元件C，使得所述谐振变换器包括LLC谐振变换器。在某些实施例中，所述两个电感元件集成在单个变压器结构中。在某些实施例中，所述控制电路完全由模拟电路装置形成。根据本技术的另一方面，提出一种谐振变换器。该谐振变换器包括：半桥式电路，包括第一功率开关、第二功率开关、以及定义在所述第一功率开关和所述第二功率开关的互连处的相位节点；谐振电路，包括具有初级侧和次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制电路，其特征在于，被配置为控制谐振变换器的开关电路，所述开关电路包括被耦合到谐振电路的第一功率开关和第二功率开关，所述控制电路被配置为控制所述第一功率开关的第一接通时间以及所述第二功率开关的第二接通时间，以生成方波信号来驱动所述谐振电路，所述控制电路被配置为基于零电流检测时间和时移延迟时间来控制所述第一接通时间，所述零电流检测时间指示在所述谐振电路中响应于所述方波信号而生成的谐振电路的电流过零的检测，所述时移延迟时间基于所述谐振变换器的输出电压，并且所述控制电路还被配置为基于针对所述第一功率开关所检测的零电流检测时间以及所述时移延迟时间，来控制所述第二功率开关的第二接通时间。

【技术特征摘要】
2017.01.05 US 15/399,3351.一种控制电路，其特征在于，被配置为控制谐振变换器的开关电路，所述开关电路包括被耦合到谐振电路的第一功率开关和第二功率开关，所述控制电路被配置为控制所述第一功率开关的第一接通时间以及所述第二功率开关的第二接通时间，以生成方波信号来驱动所述谐振电路，所述控制电路被配置为基于零电流检测时间和时移延迟时间来控制所述第一接通时间，所述零电流检测时间指示在所述谐振电路中响应于所述方波信号而生成的谐振电路的电流过零的检测，所述时移延迟时间基于所述谐振变换器的输出电压，并且所述控制电路还被配置为基于针对所述第一功率开关所检测的零电流检测时间以及所述时移延迟时间，来控制所述第二功率开关的第二接通时间。2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括零电流检测比较器，所述零电流检测比较器被耦合到所述谐振电路，并且被配置为检测所述谐振电流的电流过零、以及基于检测到的所述电流过零来生成零电流检测信号。3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括有限状态机，所述有限状态机被耦合到所述零电流检测比较器以接收所述零电流检测信号，并且所述有限状态机被耦合以接收所述时移延迟时间，并且所述有限状态机被配置为基于所述零电流检测信号和所述时移延迟时间，来控制所述第一功率开关的所述第一接通时间和所述第二功率开关的所述第二接通时间。4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述有限状态机还被配置为通过首先对于与所述第二功率开关的断开与所述第一功率开关的接通之间的时间相对应的死区时间进行计时，来控制所述第一功率开关的接通时间，并且所述有限状态机被配置为在所述死区时间终止时接通所述第一功率开关，并且在接通所述第一功率开关之后，所述有限状态机还被配置为检测所述谐振电流的电流过零、以及基于检测到的所述电流过零来确定所述零电流检测时间，所述有限状态机被配置为保存所确定的零电流检测时间，在检测到所述电流过零之后延迟所述时移延迟时间，并且在所述时移延迟时间终止时断开所述第一功率开关。5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述有限状态机还被配置为通过首先对于与所述第一功率开关的断开与所述第二功率开关的接通之间的时间相对应的死区时间进行计时，来控制所述第二功率开关的接通时间，所述有限状态机被配置为在所述死区时间终止时接通所述第二功率开关，并且在接通所述第二功率开关之后，所述有限状态机被配置为对检测到的所述零电流检测时间进行计时，并且在检测到的所述零电流检测时间终止时，所述有限状态机被配置为在所述零电流检测时间终止之后延迟所述时移延迟时间，并且在所述时移延迟时间终止时断开所述第二功率开关。6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述有限状态机包括计时器，以生成指示检测到的所述零电流检测时间的计数。7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述开关电路包括半桥式电路，所述半桥式电路包括由所述第一功率开关形成的低侧功率开关和由所述第二功率开关形成的高侧功率开关。8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述低侧功率开关和所述高侧功率开关中的每一个包括MOSFET。9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述开关电路还包括被耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·比安科，M·戴尔’奥罗，G·斯卡帕图拉，L·隆吉，M·苏卡梅丽，D·钱贝洛蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT