SLLC转换器的简化混合PWM/PFM控制方法技术

一种转换器，包括：输入电压端子；串联电路，连接到输入电压端子，并且包括串联连接的第一开关和第二开关；变压器，并且包括初级绕组和次级绕组；谐振回路，连接到串联电路，包括初级绕组；辅助开关，连接到串联电路和谐振回路；输出电压端子，连接到次级绕组；以及控制器，基于单个控制环和单个控制参数，用脉冲宽度调制来控制辅助开关，以及用脉冲频率调制来控制第一开关和第二开关。

Simplified Hybrid PWM/PFM Control Method for SLLC Converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SLLC转换器的简化混合PWM/PFM控制方法
本专利技术涉及谐振转换器的控制方法。更具体地，本专利技术涉及谐振转换器的控制方法，包括例如切换具有脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM)两者的LLC(sLLC)转换器。
技术介绍
使用PWM和PFM两者的转换器的常规控制方法在重负载期间使用PWM在轻负载期间使用PFM。使用PWM和PFM两者的转换器将被称为混合转换器，PWM和PFM两者的控制将被称为混合控制。常规的混合转换器可以是降压转换器、反激转换器等。在重负载期间，输出电压由具有独立控制参数的PWM控制。当负载电流减小到一定电平时，即在轻负载时，关断PWM并且开启PFM。PFM使用具有独立控制参数的独立控制环。也就是说，PWM和PFM控制环彼此独立，并且PWM和PFM控制参数彼此独立。常规的PFM使用滞环控制，该滞环控制取决于输出电压阈值或输出电流阈值(电感器电流)。当输出电压降至阈值电压以下时，转换器在导通状态下操作一段时间，因此输出电压增加。然后，关闭转换器处于关断状态，并且输出电压降低，直到输出电压再次降低到阈值电压以下。导通状态和关断状态的持续时间由电感器电流确定。在导通状态开始时，电感器电流为零。在导通状态期间，电感器电流增加。当电感器电流达到阈值电流时，导通状态结束。然后，在关断状态期间，电感器电流减小到零。可以以任何合适的方式测量电感器电流，包括使用霍尔效应传感器、电阻器等。常规的混合控制方法在重负载条件期间使用具有比例积分(PI)控制的PWM来调节输出电压，并在轻负载条件期间使用具有滞环控制的PFM来调节输出电压。由于使用两个独立的控制环和两个独立的控制参数，所以常规的混合控制是复杂的。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术的优选实施例提供了一种转换器和一种控制转换器的方法，该转换器和控制转换器的方法容易地确定使用PFM或PWM中的哪一个，仅对PFM和PWM两者使用一个控制环和一组控制参数，仅感测输出电压，并提供PFM和PWM之间的无缝转变。本专利技术的优选实施例还提供单个转换器拓扑，其中PFM和PWM基于不同的操作条件同时或在不同时间应用于一个或不同的开关。本专利技术的优选实施例提供以下中的一项或多项：1)简化PFM和PWM的定时和转变；2)针对PFM和PWM两者的单个控制环；3)简化用于控制信号生成的感测电路，因为仅需要感测输出电压；以及4)减少PFM和PWM之间由转变所导致的电压尖峰。根据本专利技术的优选实施例，一种转换器包括：输入电压端子；串联电路，连接到输入电压端子，并且包括串联连接的第一开关和第二开关；变压器，包括初级绕组和次级绕组；谐振回路，连接到串联电路，并且包括初级绕组；辅助开关，连接到串联电路和谐振回路；输出电压端子，连接到次级绕组；以及控制器，其执行以下操作：在控制参数的第一范围内，以零占空比来控制辅助开关，并且用脉冲频率调制来控制第一开关和第二开关，其中切换频率处于如下范围内，第一范围内的最高控制参数处的最小切换频率和第一范围内的最低控制参数处的最大切换频率的范围，以及在该控制参数的大于第一范围的第二范围内，以具有大于零占空比的脉冲宽度调制来控制辅助开关，并以最小切换频率来控制第一开关和第二开关。优选地，控制器基于单个控制环来控制脉冲频率调制的切换频率和脉冲宽度调制的占空比。控制器优选地基于输入电压和输出电压来确定控制参数。控制器优选地使用时钟和可复位计数器来提供控制参数。控制器优选地通过调节可复位计数器复位的时间来控制切换频率。控制器优选地通过在保持可复位计数器复位恒定时，调节辅助开关的导通时间来控制占空比。优选地导通和关断辅助开关来维持输出电压电平，以执行升压操作。转换器还优选地包括连接在次级绕组与输出电压之间的整流级。整流级优选地不使用分立二极管来提供整流。控制器优选地基于对输出电压的比例积分控制来确定控制参数。根据本专利技术的优选实施例，转换器包括：输入电压端子；串联电路，连接到输入电压端子，并且包括串联连接的第一开关和第二开关；变压器，包括初级绕组和次级绕组；谐振回路，连接到串联电路，包括初级绕组；辅助开关，连接到串联电路和谐振回路；输出电压端子，连接到次级绕组；以及控制器，基于单个控制环和单个控制参数，用脉冲宽度调制来控制辅助开关，以及用脉冲频率调制来控制第一开关和第二开关。优选地，在单个控制参数的第一范围内，控制器以零占空比来控制辅助开关，并且用脉冲频率调制来控制第一开关和第二开关，其中切换频率处于如下范围内：第一范围内的最高控制参数处的最小切换频率和第一范围内的最低控制参数处的最大切换频率的范围。优选地，在单个控制参数的大于第一范围的第二范围内，控制器以具有大于零占空比的脉冲宽度调制来控制辅助开关，并以最小切换频率来控制第一开关和第二开关。控制器优选地基于输入电压和输出电压来确定单个控制参数。控制器优选地使用时钟和可复位计数器来提供单个控制参数。控制器优选地通过调节可复位计数器何时复位来控制切换频率。控制器优选地通过在保持可复位计数器复位时间恒定时，保持调节辅助开关的导通时间来控制占空比。转换器还优选地包括连接在次级绕组与输出电压之间的整流级。整流级优选地不使用分立二极管来提供整流。控制器优选地基于对输出电压的比例积分控制来确定单个控制参数。根据以下参考附图对本专利技术的优选实施例的详细描述，本专利技术的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更显而易见。附图说明图1是示出sLLC转换器拓扑的电路图。图2示出了根据本专利技术的优选实施例的PFM/PWM控制逻辑。图3是根据本专利技术的优选实施例的单环PFM/PWM控制方法的图。图4是示出根据本专利技术的优选实施例的控制方法的流程图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的优选实施例的可以与混合控制一起使用的sLLC转换器拓扑。sLLC转换器包括初级侧和次级侧。初级侧是位于DC输入Vin和/或变压器Tx之间的转换器侧。次级侧是位于变压器Tx和输出电压V0之间的转换器侧。初级电路包括初级开关Q1、Q2、谐振电感器Lr、谐振电容器Cr、开关Qaux和电感器Lm。初级开关Q1、Q2连接到输入电压Vin。谐振电感器Lr、电感器Lm和谐振电容器Cr彼此串联连接，并且连接在输入电压Vin的正端子、与初级开关Q1、Q2之间的节点之间。开关Qaux连接在输入电压Vin的负端子、与谐振电感器Lr和电感器Lm之间的节点之间。电感器Lm并联连接在变压器Tx的初级绕组上。变压器匝数比为N。可以有谐振电感器Lr、谐振电容器Cr、电感器Lm和开关Qaux的不同布置，例如，如美国申请No.62/220,465和PCT申请No.PCT/US2016/052278中所示。这两个申请的全部内容通过引用并入本文。如美国申请No.62/220,465和PCT申请No.PCT/US2016/052278中所示，谐振电感器Lr、谐振电容器Cr和电感器Lm限定了LLC谐振回路，并且具有相对于开关Q1、Q2和变压器Tx的不同的布置，并且开关Qaux可以以任何合适的方式连接在谐振回路和串联连接的开关Q1、Q2之间。例如，开关Qaux的一个端子可以连接到输入电压的正端子、输入电压Vin的负端子和串联连接的开关Q1、Q2之间的节点中的一个，开关Qaux的另一个端子可以连接到谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转换器，包括：输入电压端子；串联电路，连接到所述输入电压端子，并且包括串联连接的第一开关和第二开关；变压器，包括初级绕组和次级绕组；谐振回路，连接到所述串联电路，并且包括所述初级绕组；辅助开关，连接到所述串联电路和所述谐振回路；输出电压端子，连接到所述次级绕组；以及控制器，所述控制器执行以下操作：在控制参数的第一范围内，以零占空比来控制所述辅助开关，并且用脉冲频率调制来控制所述第一开关和所述第二开关，其中切换频率处于如下范围内：所述第一范围内的最高控制参数处的最小切换频率和所述第一范围内的最低控制参数处的最大切换频率的范围；以及在所述控制参数的大于所述第一范围的第二范围内，以具有大于零占空比的脉冲宽度调制来控制所述辅助开关，并以所述最小切换频率来控制所述第一开关和所述第二开关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种转换器，包括：输入电压端子；串联电路，连接到所述输入电压端子，并且包括串联连接的第一开关和第二开关；变压器，包括初级绕组和次级绕组；谐振回路，连接到所述串联电路，并且包括所述初级绕组；辅助开关，连接到所述串联电路和所述谐振回路；输出电压端子，连接到所述次级绕组；以及控制器，所述控制器执行以下操作：在控制参数的第一范围内，以零占空比来控制所述辅助开关，并且用脉冲频率调制来控制所述第一开关和所述第二开关，其中切换频率处于如下范围内：所述第一范围内的最高控制参数处的最小切换频率和所述第一范围内的最低控制参数处的最大切换频率的范围；以及在所述控制参数的大于所述第一范围的第二范围内，以具有大于零占空比的脉冲宽度调制来控制所述辅助开关，并以所述最小切换频率来控制所述第一开关和所述第二开关。2.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述控制器基于单个控制环来控制所述脉冲频率调制的切换频率和所述脉冲宽度调制的占空比。3.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述控制器基于输入电压和输出电压来确定所述控制参数。4.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述控制器使用时钟和可复位计数器来提供所述控制参数。5.根据权利要求4所述的转换器，其中，所述控制器通过调节所述可复位计数器复位的时间来控制所述切换频率。6.根据权利要求4所述的转换器，其中，所述控制器通过在保持所述可复位计数器复位时间恒定时，调节所述辅助开关的导通时间来控制所述占空比。7.根据权利要求1所述的转换器，其中，导通和关断所述辅助开关来维持输出电压电平，以执行升压操作。8.根据权利要求1所述的转换器，还包括连接在所述次级绕组与所述输出电压之间的整流级。9.根据权利要求8所述的转换器，其中，所述整流级不使用分立二极管来提供整流。10.根据权利要求1所述的转换器，其中，所述控制器基于对输出电压的比例积分控制来确定所述控制参数。11.一种转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈扬，汪洪亮，刘燕飞，贾汉吉尔·阿夫沙里安，龚冰，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP