LLC谐振转换器及其控制方法技术

一种LLC谐振转换器，包括切换电路、谐振槽、变压器、同步整流单元及控制单元。切换电路包括由第一控制信号控制的第一开关与由第二控制信号控制的第二开关，且同步整流单元包括由第一整流控制信号控制的第一同步整流开关与由第二整流控制信号控制的第二同步整流开关。第一控制信号与第一整流控制信号包括操作频率及相移量，且第二控制信号与第二整流控制信号包括操作频率及相移量。控制单元在LLC谐振转换器的操作频率低至特定值或相移量高至特定值时，固定其中一者，以延长LLC谐振转换器的维持时间。本发明专利技术还涉及一种LLC谐振转换器的控制方法。的控制方法。的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
LLC谐振转换器及其控制方法


[0001]本专利技术有关一种LLC谐振转换器及其控制方法，特别涉及一种具维持时间延长的LLC谐振转换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]LLC谐振转换器具有初级侧开关零电压导通(ZVS turned
‑
on)，次级侧同步整流零电流关断(ZCS turned
‑
off)以及高效率的优点。如图2A所示的全桥式LLC谐振转换器(full
‑
bridge LLC converter)为例，现行的控制方式为初级侧的第一开关Q1、第四开关Q4以及次级侧的第一同步整流开关SR1提供同相位的PWM信号，而初级侧的第二开关Q2、第三开关Q3以及次级侧的第二同步整流开关SR2提供同相位的PWM控制。而这样控制方式在当输入电压不足时，存在以下缺点：
[0003]1、高效率应用：为了达到高效率，一般会将电压的增益值(gain value)设计比较低，但有可能会造成电压增益的不足，使得维持时间(hold
‑
up time)变低。
[0004]2、高维持时间应用：为了达到较高维持时间，一般会将电压的增益值设计比较高，但这样一来，容易造成效率变低，且额外增加谐振槽2中的谐振电容的电压应力。
[0005]所以，如何设计出一种LLC谐振转换器及其控制方法，实现在不缩短维持时间的状况下，维持LLC谐振转换器100于高效率，且不会额外造成谐振电容的电压应力增加的状况，乃为本公开专利技术人所欲行研究的一大课题。
专利技术内容
[0006]为了解决上述问题，本专利技术是提供一种LLC谐振转换器，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术LLC谐振转换器包括切换电路、谐振槽、变压器、同步整流单元及控制单元。切换电路包括第一开关与第二开关，且谐振槽耦接切换电路。变压器包括初级侧与次级侧，且初级侧耦接谐振槽。同步整流单元耦接次级侧，且包括第一同步整流开关与第二同步整流开关。控制单元根据谐振转换器的输出电压提供第一控制信号控制第一开关、提供第二控制信号控制第二开关、提供第一整流控制信号控制第一同步整流开关以及提供第二整流控制信号控制第二同步整流开关，第一控制信号与第一整流控制信号包括操作频率及相移量，且第二控制信号与第二整流控制信号包括操作频率及相移量。其中，控制单元根据操作频率低于相移频率而控制操作频率为变频并调整相移量，且根据操作频率低至频率阈值而控制操作频率等于频率阈值并调整相移量。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种LLC谐振转换器，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术LLC谐振转换器包括切换电路、谐振槽、变压器、同步整流单元及控制单元。切换电路包括第一开关与第二开关，且谐振槽耦接切换电路。变压器包括初级侧与次级侧，且初级侧耦接谐振槽。同步整流单元耦接次级侧，且包括第一同步整流开关与第二同步整流开关。控制单元根据谐振转换器的输出电压提供第一控制信号控制第一开关、提供第二控制信号控制第二开关、提供第一整流控制信号控制第一同步整流开关以及提供第二整流控制
信号控制第二同步整流开关，第一控制信号与第一整流控制信号包括操作频率及相移量，且第二控制信号与第二整流控制信号包括操作频率及相移量。其中，控制单元根据操作频率低于相移频率而控制操作频率为变频并调整相移量，且根据相移量高至相移阈值而控制相移量等于相移阈值并控制操作频率为变频。
[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供一种LLC谐振转换器的控制方法，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术谐振转换器包括切换电路、变压器及同步整流单元，切换电路包括由第一控制信号控制的第一开关与由第二控制信号控制的第二开关，且同步整流单元包括由第一整流控制信号控制的第一同步整流开关与由第二整流控制信号控制的第二同步整流开关。控制方法包括：根据输出电压反馈得到操作频率。根据操作频率调整第一控制信号与第一整流控制信号的相移量，且根据操作频率调整第二控制信号与第二整流控制信号的相移量。判断操作频率是否低于相移频率。根据操作频率低于相移频率而控制操作频率为变频并调整相移量。及(a1)根据操作频率低至频率阈值而控制操作频率等于频率阈值并调整相移量；或(a2)根据相移量高至相移阈值而控制相移量等于相移阈值并控制操作频率为变频。
[0009]本专利技术的主要目的及技术效果在于，利用控制单元在LLC谐振转换器的操作频率低至特定值或相移量高至特定值时，固定操作频率或相移量的其中一者，以实现在不缩短维持时间的状况下，维持LLC谐振转换器于高效率，且不会额外造成谐振电容的电压应力增加的状况。
[0010]为了能更进一步了解本专利技术为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，相信本专利技术的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制者。
附图说明
[0011]图1为本专利技术具有延长维持时间功能的LLC谐振转换器；
[0012]图2A为本专利技术的控制方式可搭配应用的LLC谐振转换器的第一实施电路；
[0013]图2B为本专利技术的控制方式可搭配应用的LLC谐振转换器的第二实施电路；
[0014]图2C为本专利技术的控制方式可搭配应用的LLC谐振转换器的第三实施电路；
[0015]图2D为本专利技术的控制方式可搭配应用的LLC谐振转换器的第四实施电路；
[0016]图3为本专利技术控制单元的方框示意图；
[0017]图4A为本专利技术LLC谐振转换器在第一控制方式的频率与相位示意图；
[0018]图4B为本专利技术LLC谐振转换器在第二控制方式的频率与相位示意图；
[0019]图5A为本专利技术LLC谐振转换器操作于第一模式下的控制信号的示意图；
[0020]图5B为本专利技术LLC谐振转换器操作于第二模式下的控制信号的示意图；
[0021]图5C为本专利技术LLC谐振转换器操作于第三模式与第四模式下的控制信号的示意图；
[0022]图6为本专利技术LLC谐振转换器的控制方法的流程图；
[0023]图7A为本专利技术LLC谐振转换器在第一控制方法的细节流程图；及
[0024]图7B为本专利技术LLC谐振转换器在第二控制方法的细节流程图。
[0025]附图标记说明：
[0026]100
…
LLC谐振转换器
[0027]100
‑1…
初级侧电路
[0028]100
‑2…
次级侧电路
[0029]1…
切换电路
[0030]12
…
第一开关桥臂
[0031]Q1
…
第一开关
[0032]Q2
…
第二开关
[0033]14
…
第二开关桥臂
[0034]Q3
…
第三开关
[0035]Q4
…
第四开关
[0036]2…
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振转换器，包括：一切换电路，包括一第一开关与一第二开关；一谐振槽，耦接该切换电路；一变压器，包括一初级侧与一次级侧，该初级侧耦接该谐振槽；一同步整流单元，耦接该次级侧，包括一第一同步整流开关与一第二同步整流开关；及一控制单元，根据该谐振转换器的一输出电压分别提供一第一控制信号控制该第一开关、一第二控制信号控制该第二开关、一第一整流控制信号控制该第一同步整流开关以及一第二整流控制信号控制该第二同步整流开关，该第一控制信号与该第一整流控制信号具有一操作频率及一相移量，且该第二控制信号与该第二整流控制信号具有该操作频率及该相移量；其中，该控制单元根据该操作频率低于一相移频率而控制该操作频率为变频并调整该相移量，且根据该操作频率低至一频率阈值而控制该操作频率等于该频率阈值并调整该相移量。2.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该控制单元根据该操作频率高于该相移频率但低于一谐振频率而限制该第一整流控制信号与该第二整流控制信号的一占空比不超过一谐振周期。3.如权利要求2所述的LLC谐振转换器，其中该控制单元根据该操作频率低于该相移频率而限制该占空比高于该谐振周期。4.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该控制单元根据该操作频率低至该频率阈值而控制使该第一整流控制信号的相位超前该第一控制信号的相位，且控制使该第二整流控制信号的相位超前该第二控制信号的相位。5.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该控制单元包括：一比较单元，接收对应该输出电压的一输出电压反馈值与一输出电压参考值，比较该输出电压反馈值与该输出电压参考值产生一电压误差值；一电压控制器，接收该电压误差值，对该电压误差值进行运算以得到对应该操作频率的一频率控制命令；及一信号调制单元，根据该频率控制命令调制相互交错的该第一控制信号与该第二控制信号，且根据该频率控制命令调制对应于该第一控制信号的该第一整流控制信号，以及根据该频率控制命令调制对应于该第二控制信号的该第二整流控制信号。6.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该切换电路包括由该第一开关与该第二开关组成的一第一开关桥臂，以形成一半桥式电路架构。7.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该切换电路包括由该第一开关与该第二开关组成的一第一开关桥臂，及由一第三开关与一第四开关组成的一第二开关桥臂，以形成一全桥式电路架构。8.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该变压器为中心抽头式架构，且该第一同步整流开关与该第二同步整流开关分别耦接该变压器的两端。9.如权利要求1所述的LLC谐振转换器，其中该变压器耦接由该第一同步整流开关与该第二同步整流开关组成的一第一同步整流桥臂，以及由一第三同步整流开关与一第四同步整流开关组成的一第二同步整流桥臂，以形成一全桥式整流电路架构。
10.一种LLC谐振转换器，包括：一切换电路，包括一第一开关与一第二开关；一谐振槽，耦接该切换电路；一变压器，包括一初级侧与一次级侧，该初级侧耦接该谐振槽；一同步整流单元，耦接该次级侧，包括一第一同步整流开关与一第二同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上凯，王贤凯，林彦玮，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：