LLC转换器及其操作方法和控制器以及电源技术

本发明专利技术公开了LLC转换器及其操作方法和控制器以及电源，所述LLC转换器包含：具有在公共节点处耦接到LLC谐振电路的功率开关器件的初级侧；具有同步整流器开关器件的次级侧；以及将初级侧耦接到次级侧的变压器。在第一操作模式中，功率开关器件和同步整流器开关器件以所计算的频率进行切换，以调节LLC转换器的输出电压。在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，切换功率开关器件直到输出电压上升到第一电平，并且然后关断功率开关器件，直到输出电压下降到低于第一电平的第二电平。不管输出电压的状态如何均在第二操作模式中连续地切换同步整流器开关器件。

【技术实现步骤摘要】
LLC转换器及其操作方法和控制器以及电源
本申请涉及LLC转换器，具体地涉及在LLC转换器的突发模式操作期间的同步整流器(SR)控制。
技术介绍
LLC转换器具有利用转换器的初级侧上的两个电感器和一个电容器(“LLC”)的组合的拓扑结构。初级侧的开关(全或半)桥产生激励LLC振荡电路的方形波形，作为响应LLC振荡电路输出谐振正弦电流，其由LLC转换器的变压器和整流电路进行缩放和整流。输出电容器对整流的交流电流进行滤波并输出直流电压。在LLC转换器的次级侧上的同步整流器(SR)开关通常在输出电压未被调节的轻负载条件期间被关断，并因此用作二极管整流器。采用这种方法简化PWM(脉冲宽度调制)模式生成，避免反向功率流动并降低硬换向的可能性，但由于内置FET(场效应晶体管)二极管损耗较高而降低了可实现的效率。用于LLC转换器的初级侧上的桥式开关器件的常见驱动方案使用了自举电容器。然而，为了应用恰当的PWM模式，自举电容器必须先被充电。这不仅适用于转换器启动，而且适用于轻负载条件下的突发模式操作，因为关断时间可足够长以对自举电容器放电。典型地，将几个切换周期的大脉冲施加到低侧桥式开关器件，以将自举电容器充电到足以允许稍后对高侧桥式开关器件进行适当的PWM操作的电平。然而，在分离电容器设计的情况下，与串联连接的分离电容器并联存在的钳位二极管会导致分离电容器电压不平衡。具体地，低侧电容器被完全放电。由于谐振电容器电压的不平衡，谐振电流在PWM改变之前不改变极性。因此，发生硬换向，其可能破坏初级侧上的桥式开关器件。此外，次级侧SR开关器件中的电压应力增加，这会损坏SR开关器件。一种常规技术涉及使用不对称PWM，其占空比不同于50％。在这种情况下，第一个PWM脉冲呈现一个减小的占空比以确保谐振电流的极性改变。在突发模式期间，可以应用相同的模式来恢复操作。如果存在钳位二极管，则谐振电容器电压的不平衡可能需要占空比不同于50％的一个以上的PWM脉冲，从而使控制器序列复杂化。更复杂的传统技术涉及使用谐振电流信息来施加在该电流的过零点与PWM变化之间的时间延迟。该序列完全避免了初级侧的桥式开关器件的硬换向。然而，对于适当的行为需要进行谐振电流检测。此外，时间对于避免电路中的电流应力至关重要。上述传统技术的一个缺点在于，LLC转换器的次级侧上的SR开关器件在某些负载条件下关断。这导致即使在轻负载操作下效率也较低，取决于在突发模式操作期间施加的切换频率，效率可能进一步降低。在突发模式下，LLC转换器关断，然后再次启动。LLC转换器的输出电压在突发模式下增加，直到转换器再次关断，此时输出电压开始下降。通常，当LLC转换器关断时，LLC转换器的初级侧和次级侧上的所有开关器件被关断(即，不切换)。由于电流较小，次级侧开关已关断。当输出电压上升到一定电平时，初级侧开关器件也会关断。当输出电压下降到一定电平(在轻负载条件下)时，初级侧开关器件在突发模式下再次导通，而次级侧开关器件由于轻负载条件而保持关断。上述传统技术还存在以下问题：将次级侧上的SR开关器件用作二极管会改变LLC转换器的增益行为。这种增益变化可能导致更多的突发模式操作，这增加了开关器件中硬换向和附加应力的风险。
技术实现思路
根据操作LLC转换器的方法的实施方式，所述LLC转换器包含：初级侧，其具有在公共节点处耦接到LLC振荡电路的功率开关器件；次级侧，其具有同步整流器开关器件；以及将初级侧耦接到次级侧的变压器，所述方法包括：在第一操作模式中，以所计算的频率来切换所述功率开关器件和所述同步整流器开关器件以调节所述LLC转换器的输出电压；以及在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，切换功率开关器件直到输出电压上升到第一电平，并且然后关断功率开关器件直到输出电压下降到低于第一电平的第二电平，并且不管输出电压的状态如何都连续地切换同步整流器开关器件。根据LLC转换器的实施方式，LLC转换器包括：初级侧，其具有在公共节点处耦接到LLC振荡电路的功率开关器件；次级侧，其具有同步整流器开关器件；将初级侧耦接到次级侧的变压器；以及控制器。在第一操作模式中，控制器可操作为以所计算的频率来切换功率开关器件和同步整流器开关器件以调节LLC转换器的输出电压。在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，控制器可操作为切换功率开关器件直到输出电压上升到第一电平，并且然后关断功率开关器件直到输出电压下降到低于第一电平的第二电平，并且不管输出电压的状态如何均连续地切换同步整流器开关器件。根据用于LLC转换器的控制器的实施方式，该LLC转换器包含：初级侧，其具有耦接到公共节点处的LLC振荡电路的功率开关器件的；次级侧，其具有同步整流器开关器件；以及将初级侧耦接到次级侧的变压器，所述控制器包括数字电路，所述数字电路可操作为：在第一操作模式中，计算用于切换所述功率开关器件和所述同步整流器开关器件以调节所述LLC转换器的输出电压的频率；以及在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，生成如下信号：用于切换功率开关器件直到输出电压上升到第一电平，并且然后关断功率开关器件直到输出电压下降到低于第一电平的第二电平，并且不管输出电压的状态如何均连续地切换同步整流器开关器件。本领域的技术人员在阅读下面的详细描述和查看附图时将认识到附加特征和优点。附图说明附图的元素不一定相对于彼此按比例缩放。相同的附图标记表示相应的类似部分。各种所示实施方式的特征可以被组合，除非它们彼此排斥。实施方式在附图中示出并且在下面的描述中详细描述。图1示出了支持突发模式操作的LLC转换器的实施方式的框图。图2A和图2B示出了具有半桥配置的LLC转换器以及在突发模式操作的不同阶段期间LLC转换器中的电流流动路径的各个电路图。图3示出了用于具有半桥配置并支持突发模式操作的LLC转换器的初级侧驱动器电路和对应的自举电容器的示意图。图4示出了具有固定频率中断的支持突发模式操作的LLC转换器的正常控制回路的实施方式的流程图。图5示出了LLC转换器的突发模式控制回路的实施方式的流程图。图6示出了当LLC转换器退出正常操作模式并进入突发模式时用于控制LLC转换器的初级侧半桥开关器件和次级侧同步整流器开关器件的PWM信号。图7示出了当LLC转换器退出突发模式并进入正常操作模式时用于控制LLC转换器的初级侧半桥开关器件和次级侧同步整流器开关器件的PWM信号。图8示出了包括PFC电路和支持突发模式操作的LLC转换器的电源的实施方式的框图。具体实施方式本文描述的实施方式在轻负载条件期间在突发操作模式下保持LLC转换器的次级侧上的同步整流器(SR)开关器件导通，而初级侧上的(半或全)桥开关器件关断。在一些实施方式中，在突发模式操作期间SR开关器件保持最大操作频率。图1示出了LLC转换器的实施方式。LLC转换器包括：初级侧，其具有开关(半或全)桥100，该开关桥100包括在公共节点处耦接到LLC振荡电路102的功率开关器件；以及次级侧，其具有包括同步整流器(SR)开关器件的整流器电路104。LLC转换器的变压器106将初级侧耦接到次级侧。初级侧将DC电压(Vin)转换为低谐波含量的交流电压。更具体地，开关桥100产生施加到LLC振荡电路1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作LLC转换器的方法，所述LLC转换器包含：初级侧，所述初级侧具有在公共节点处耦接到LLC振荡电路的功率开关器件；次级侧，所述次级侧具有同步整流器开关器件；以及将所述初级侧耦接到所述次级侧的变压器，所述方法包括：在第一操作模式中，以所计算的频率切换所述功率开关器件和所述同步整流器开关器件以调节所述LLC转换器的输出电压；以及在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，切换所述功率开关器件直到所述输出电压上升到第一电平，并且然后关断所述功率开关器件直到所述输出电压下降到低于所述第一电平的第二电平，并且不管所述输出电压的状态如何都连续地切换所述同步整流器开关器件。

【技术特征摘要】
2017.06.02 US 15/612,6151.一种操作LLC转换器的方法，所述LLC转换器包含：初级侧，所述初级侧具有在公共节点处耦接到LLC振荡电路的功率开关器件；次级侧，所述次级侧具有同步整流器开关器件；以及将所述初级侧耦接到所述次级侧的变压器，所述方法包括：在第一操作模式中，以所计算的频率切换所述功率开关器件和所述同步整流器开关器件以调节所述LLC转换器的输出电压；以及在输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，切换所述功率开关器件直到所述输出电压上升到第一电平，并且然后关断所述功率开关器件直到所述输出电压下降到低于所述第一电平的第二电平，并且不管所述输出电压的状态如何都连续地切换所述同步整流器开关器件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二操作模式中，不管所述输出电压的状态如何均以固定频率连续地切换所述同步整流器开关器件。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二操作模式中：所述功率开关器件以最大切换频率被切换，直到所述输出电压上升到所述第一电平，并且然后被关断直到所述输出电压下降到所述第二电平；以及不管所述输出电压的状态如何均以所述最大切换频率连续地切换所述同步整流器开关器件。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二操作模式中：所述功率开关器件以最大切换频率被切换，直到所述输出电压上升到所述第一电平，并且然后被关断直到所述输出电压下降到所述第二电平；以及不管所述输出电压的状态如何均以在所述LLC转换器的谐振频率以上的、最高达所述最大切换频率的频率来连续地切换所述同步整流器开关器件。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初级侧上的功率开关器件以半桥或全桥配置被连接至所述LLC振荡电路，并且其中，所述次级侧上的同步整流器开关器件以全波整流器配置、桥式整流器配置或中心抽头配置被连接至所述变压器。6.一种LLC转换器，包括：初级侧，具有在公共节点处耦接到LLC振荡电路的功率开关器件；次级侧，具有同步整流器开关器件；变压器，将所述初级侧耦接到所述次级侧；以及控制器，能够操作为：在第一操作模式中，以所计算的频率切换所述功率开关器件和所述同步整流器开关器件以调节所述LLC转换器的输出电压；以及在所述输出电压未被调节的轻负载条件期间的第二操作模式中，切换所述功率开关器件直到所述输出电压上升到第一电平，并且然后关断所述功率开关器件直到所述输出电压下降到低于所述第一电平的第二电平，并且不管所述输出电压的状态如何均连续地切换所述同步整流器开关器件。7.根据权利要求6所述的LLC转换器，其中，在所述第二操作模式中，不管所述输出电压的状态如何，所述控制器能够操作为以固定频率连续地切换所述同步整流器开关器件。8.根据权利要求6所述的LLC转换器，其中，在所述第二操作模式中，所述控制器能够操作为以最大切换频率切换所述功率开关器件，直到所述输出电压上升到所述第一电平，并且然后关断所述功率开关器件直到所述输出电压下降到所述第二电平，并且其中，在所述第二操作模式中，不管所述输出电压的状态如何，所述控制器能够操作为以所述最大切换频率连续地切换所述同步整流器开关器件。9.根据权利要求6所述的LLC转换器，其中，在所述第二操作模式中，所述控制器能够操作为以最大切换频率切换所述功率开关器件，直到所述输出电压上升到所述第一电平，并且然后关断所述功率开关器件直到所述输出电压下降到所述第二电平，并且其中，在所述第二操作模式中，不管所述输出电压的状态如何，所述控制器能够操作为以在所述LLC转换器的谐振频率以上的、最高达所述最大切换频率的频率来连续地切换所述同步整流器开关器件。10.根据权利要求6所述的L...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·梅内塞斯赫雷拉，马泰奥亚历山德罗·库特沙克，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT