LLC转换器和用于LLC转换器的次级侧控制器制造技术

公开了一种LLC转换器和用于LLC转换器的次级侧控制器。LLC转换器的初级侧包括连接至LLC网络的初级侧开关网络，LLC网络具有隔离变压器的第一绕组。次级侧包括次级侧开关网络，次级侧开关网络具有耦合至隔离变压器的第二绕组的不同抽头点的第一整流支路和第二整流支路。基于驱动信号和指示整流支路中的电路的电流感测信号来控制次级侧开关网络的切换。对于每个切换周期的第一部分，基于电流感测信号的、在第一整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测不连续导通模式(DCM)。对于每个切换周期的第二部分，基于电流感测信号的、在第二整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测DCM。现的下降沿来检测DCM。现的下降沿来检测DCM。

【技术实现步骤摘要】
LLC转换器和用于LLC转换器的次级侧控制器


[0001]本公开一般地涉及电子学领域，并且具体地涉及用于串并联谐振转换器的同步整流器控制器和相关感测电路。

技术介绍

[0002]通常称为LLC转换器的串并联谐振转换器是具有谐振网络的隔离转换器，该谐振网络包括等效串联电感器(L)、等效并联电感器(L)和等效串联电容器(C)。LLC转换器可以被划分成由主变压器分开的两侧，以用于降低电压并提供初级侧或输入侧与次级侧或输出侧之间的绝缘。初级侧可以是半桥或全桥，其以可变频率并且通常以50％占空比生成方波，不过其他调制也是可能的。
[0003]通常放置在LLC转换器的初级侧上的谐振回路包括串联电感器、并联电感器和串联电容器。这种拓扑的优点在于，若干谐振元件可以通过变压器自身的寄生效应来实现，例如，具有变压器的泄漏的串联谐振电感器(LlKg)和具有变压器的磁化电感(Lm)的并联电感器。LLC转换器的大信号增益可以通过在谐振回路(Fr)的串联谐振频率附近改变切换频率(Fsw)来调节。当以Fr切换时，大信号增益理想地为一。然而，通过以低于Fr的频率切换，大信号增益变得大于一(升压操作)。相反，通过以高于Fr的频率切换，大信号增益变得低于一(降压操作)。升压和降压工作模式由以下公式表示：
[0004][0005][0006][0007]LLC转换器的次级侧对变压器的输出进行整流和滤波。根据具体应用，许多配置(例如中心抽头、全桥、倍压器等)是可能的。对于高电流输出，LLC转换器的效率可以利用通常称为同步整流(SR)的有源整流来提高。次级侧整流器不仅使用无源二极管，而且被有源地切换以降低正向电压降。
[0008]然而，由于LLC转换器的性质及其若干工作模式，对这些转换器中的SR的控制不是直接的。商用电源中最常见的工作模式是CCMA(连续导通模式A)、DCMB(不连续导通模式B)、DCMAB和DCMA。一些模式导致初级侧器件的硬换向以及谐振电容器上的高电流和电压应力。
[0009]SR导通时间的一些特性如下。初级侧转变和次级侧电流上升不一定对准。因此，在所有工作条件下，SR的接通不能与初级侧信号同步。初级侧转变和次级侧电流下降也不一定对准。因此，在所有工作条件下，SR的关断不能与初级侧信号同步。而且，LLC转换器根据输入电压、输出电压、负载和切换频率在不同的工作模式之间移动。此外，当在任何CCMA或在DCMA模式下工作时，SR中的电流的关断的偏移也取决于串联电感器的大小，其具有一定的生产容差。
[0010]因此，对SR的准确控制应当基于对器件的导通的直接或间接感测。基于在线或离
线计算的定时的估计方法通常既不准确也不针对批量生产的转换器或针对所有工作条件进行优化。
[0011]用于感测和控制谐振LLC转换器中的SR的最常见的方法包括电压感测和电流感测技术。电压感测技术是通过在接通之前测量二极管的电压降并且检测用于关断的沟道电阻(R
ds,on
)的电压降的减小来实现的。这种技术的主要缺点如下。由于在该工作模式中较高的di/dt，当工作在谐振以上时，由于沿感测点的电感引起的误差(其导致早期关断)是最严重的。而且，在DCM谐振幅度足够高以接触相反电压轨的情况下，该技术对于非常低的R
ds,on
整流器不能很好地工作并且在谐振下工作时可能容易被错误触发。
[0012]一些自适应算法试图校正电压感测技术的上述缺点。一些控制器对SR门施加下拉以增加R
ds,on
，并且随着沟道中增加的压降部分地校正感应压降，并且因此产生附加的损耗。所谓的智能实现方式应用自适应方案，该自适应方案测量有效死区时间并且在随后的切换周期中对其进行迭代校正。这通常仅针对关断转变来进行。尽管这种方法仍然部分地对之前列出的缺点敏感，例如，难以选择允许的最大虚拟关断阈值，并且取决于电路的电感和可能变化很大的最大di/dt，为了执行前面提及的校正，可以人为地增加关断阈值并且当在工作模式之间改变时需要若干切换周期用于适应。
[0013]在电流感测技术中，一些技术旨在直接测量通过整流器的电流。虽然这将给出最准备的结果，但是它使布局和感测复杂化，因为感测路径通常传导最大的rms(均方根)电流。例如，一些直流感测方法需要罗戈夫斯基(Rogowski)线圈在整流级之前围绕次级侧PCB(印刷电路板)。另一方法基于通过转换器的初级侧的电流
‑
降压转换器中的最低电流路径。然而，这种方法需要重建需要从感测电流中减去的磁化电流。
[0014]另一方法涉及利用电流感测变压器实现次级侧电流，其中次级侧电流不是那么大，因为应用具有高电压输出。该实现方式还包括基于初级侧栅极驱动信号的消隐逻辑，然而这对于在宽范围应用中考虑LLC转换器的若干工作模式是不完整的。
[0015]因此，需要改进对谐振LLC转换器中的SR的感测和控制。

技术实现思路

[0016]根据LLC转换器的实施方式，LLC转换器包括：通过隔离变压器耦合至次级侧的初级侧，初级侧包括连接至LLC网络的初级侧开关网络，LLC网络包括隔离变压器的第一绕组，次级侧包括次级侧开关网络，次级侧开关网络具有耦合至隔离变压器的第二绕组的不同抽头点的第一整流支路和第二整流支路；初级侧控制器，其被配置成控制初级侧开关网络的切换；以及次级侧控制器，其被配置成基于由初级侧控制器提供的驱动信号和指示第一整流支路和第二整流支路中的电流的电流感测信号来控制次级侧开关网络的切换，其中，对于次级侧开关网络的每个切换周期的第一部分并且在第二整流支路被关断之后，次级侧控制器被配置成在电流感测信号的上升沿超过阈值的情况下以不连续导通模式(DCM)接通第一整流支路，或者在电流感测信号的下降沿下降到阈值以下的情况下以连续导通模式(CCM)接通第一整流支路，其中，对于次级侧开关网络的每个切换周期的第二部分并且在第一整流支路被关断之后，次级侧控制器被配置成在电流感测信号的上升沿超过阈值的情况下以DCM接通第二整流支路，或者在电流感测信号的下降沿下降到阈值以下的情况下以CCM接通第二整流支路。
[0017]根据用于LLC转换器的次级侧控制器的实施方式，次级侧控制器包括：第一输入，其被配置成从LLC转换器的初级侧控制器接收驱动信号；第二输入，其被配置成接收指示LLC转换器的次级侧开关网络的第一整流支路和第二整流支路中的电流的电流感测信号；以及数字控制电路，其被配置成基于在第一输入处接收的驱动信号和在第二输入处接收的电流感测信号来控制次级侧开关网络的切换，其中，对于次级侧开关网络的每个切换周期的第一部分并且在第二整流支路被关断之后，数字控制电路被配置成在电流感测信号的上升沿超过阈值的情况下以不连续导通模式(DCM)接通第一整流支路，或者在电流感测信号的下降沿下降到阈值以下的情况下以连续导通模式(CCM)接通第一整流支路，其中，对于次级侧开关网络的每个切换周期的第二部分并且在第一整流支路被关断之后，数字控制电路被配置成在电流感测信号的上升沿超过阈值的情况下以DCM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LLC转换器，包括：通过隔离变压器耦合至次级侧的初级侧，所述初级侧包括连接至LLC网络的初级侧开关网络，所述LLC网络包括所述隔离变压器的第一绕组，所述次级侧包括次级侧开关网络，所述次级侧开关网络具有耦合至所述隔离变压器的第二绕组的不同抽头点的第一整流支路和第二整流支路；初级侧控制器，其被配置成控制所述初级侧开关网络的切换；以及次级侧控制器，其被配置成基于由所述初级侧控制器提供的驱动信号和指示所述第一整流支路和所述第二整流支路中的电流的电流感测信号，来控制所述次级侧开关网络的切换，其中，对于所述次级侧开关网络的每个切换周期的第一部分、并且在所述第二整流支路被关断之后，所述次级侧控制器被配置成：在所述电流感测信号的上升沿超过阈值的情况下以不连续导通模式DCM接通所述第一整流支路，或者在所述电流感测信号的下降沿下降到所述阈值以下的情况下以连续导通模式CCM接通所述第一整流支路，其中，对于所述次级侧开关网络的每个切换周期的第二部分、并且在所述第一整流支路被关断之后，所述次级侧控制器被配置成：在所述电流感测信号的上升沿超过所述阈值的情况下以DCM接通所述第二整流支路，或者在所述电流感测信号的下降沿下降到所述阈值以下的情况下以CCM接通所述第二整流支路。2.根据权利要求1所述的LLC转换器，其中，所述隔离变压器包括主体，其中，所述隔离变压器的第一绕组被设置在所述主体中，所述LLC转换器还包括：谐振电感器，其与所述隔离变压器的第一绕组并联且被设置在所述主体外部，其中，所述第一绕组的磁化电感大于所述谐振电感器的电感；以及电流互感器，其被布置在所述隔离变压器与所述谐振电感器之间以用于生成所述电流感测信号。3.根据权利要求2所述的LLC转换器，其中，所述第一绕组的磁化电感比所述谐振电感器的电感大至少一个数量级。4.根据权利要求2所述的LLC转换器，其中，所述隔离变压器的主体包括实现所述隔离变压器的第一绕组和第二绕组的多个电路板层，并且其中，所述谐振电感器通过间隙与所述电路板层分隔开。5.根据权利要求1所述的LLC转换器，其中，所述次级侧控制器包括比较器，所述比较器被配置成将所述电流感测信号与所述阈值进行比较，其中，所述比较器在每个切换周期被重置，其中，对于每个切换周期的第一部分，所述次级侧控制器被配置成响应于所述比较器的输出的上升沿而以DCM接通所述第一整流支路，或者响应于所述比较器的输出的下降沿而以CCM接通所述第一整流支路，并且其中，对于每个切换周期的第二部分，所述次级侧控制器被配置成响应于比较器的输出的上升沿而以DCM接通所述第二整流支路，或者响应于所述比较器的输出的下降沿而以CCM接通所述第二整流支路。6.根据权利要求1所述的LLC转换器，其中，由所述初级侧控制器提供的驱动信号是脉冲宽度调制PWM信号，其中，所述次级侧控制器使用同一个比较器来检测针对所述第一整流支路和所述第二整流支路的DCM或CCM，并且其中，所述次级侧控制器被配置成基于所述PWM信号的极性变化来重置所述比较器。
7.根据权利要求6所述的LLC转换器，其中，所述比较器具有对应于所述PWM信号的极性的使能窗口，其中，所述使能窗口具有在所述PWM信号的极性改变之后的可编程延迟，并且其中，在从所述第一整流支路和所述第二整流支路中的一个转变到另一个的情况下，所述使能窗口被消隐以避免击穿。8.根据权利要求1所述的LLC转换器，其中，所述次级侧控制器被配置成基于所述电流感测信号的、在所述第一整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测针对所述第一整流支路的DCM，并且其中，所述次级侧控制器被配置成基于所述电流感测信号的、在所述第二整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测针对所述第二整流支路的DCM。9.根据权利要求8所述的LLC转换器，其中，所述次级侧控制器被配置成基于DCM检测来跟踪所述LLC转换器的谐振频率。10.根据权利要求8所述的LLC转换器，其中，所述次级侧控制器包括比较器，所述比较器被配置成将所述电流感测信号与所述阈值进行比较，其中，所述比较器在每次由所述初级侧控制器提供的驱动信号改变极性时被重置，其中，所述次级侧控制器被配置成基于所述比较器的输出的、在所述第一整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测针对所述第一整流支路的DCM，并且其中，所述次级侧控制器被配置成基于所述比较器的输出的、在所述第二整流支路的驱动信号的下降沿之前出现的下降沿来检测针对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马努埃尔，
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：