用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路制造技术

本发明专利技术涉及一种用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，包括检测电容Cc1、检测电容Cc2、高侧充电电流源Icp1、低侧充电电流源Icp2、输出反馈电压检测电路、环路判别比较电路、高速输出驱动电路。本发明专利技术为提高LLC半桥谐振控制器的响应速度，首先采用了LLC电流输出SW节点特性比例复制电路，在SW节点电流输出之前预判谐振腔特性，避免现有LLC谐振控制器中反馈电压信号FB和电流检测信号CS延迟带来的响应速度慢问题；另外采用了高速输出驱动电路，通过减小内部信号摆幅来降低内部信号延时，从而实现更快的环路响应。从而实现更快的环路响应。从而实现更快的环路响应。

【技术实现步骤摘要】
用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路


[0001]本专利技术涉及一种用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，属于集成电路


技术介绍

[0002]随着材料物理学以及功率器件技术的突破，具有软开关特性的谐振变换器凭借其重量轻、体积小、能效高等显著的优点，在锂电池充电器领域占有着相当的市场份额。在诸多谐振软开关变换器类型中，LLC谐振变换器同时兼具空载工作能力强和谐振电流反映负载轻重的能力，得到了广泛的应用。
[0003]图1为典型LLC半桥谐振变换器系统的拓扑结构图。谐振变换器系统中主开关MOSFETS1，S2的栅端控制信号分别为HG和LG，由LLC谐振控制器芯片200根据变换器输出的反馈电压信号FB、电流检测信号CS和频率控制信号FSET的状态产生；谐振控制器芯片200的电流输出SW节点连接驱动LLC谐振腔。半桥驱动发出两路占空比为50％、频率为f的开关信号，并且两路信号的相位相差180
°
，控制主开关MOSFETS1和S2交替导通；谐振电容Cr、激磁电感Lm和谐振电感Lr三个元件构成谐振腔；二极管D1、D2以及输出电容Co组成整流滤波电路；负载为锂电池包。上述系统中S1和S2驱动信号由LLC半桥谐振控制器200提供，S1和S2驱动信号之间的死区时间必须合理设置，从而为零电压开通创造条件。如果死区时间设置不当，将导致MOSFET无法实现ZVS开通，为此需要变换器具备快速的响应速度实现更精确的软开关范围。
[0004]为进一步提高LLC谐振控制器芯片200的响应速度，本专利技术引入了一种全新的快速补偿控制环路，如图2所示。本专利技术在图1所示系统，在传统LLC谐振电流检测CS基础上，引入了谐振信号检测电容Cc1和Cc2，对LLC谐振电路的电压状态进行检测，并将检测得到的信号VLC反馈到LLC谐振控制器芯片200内部。通过在LLC谐振控制器芯片200内部新增一条快速控制环路，实现对LLC谐振系统电压和电流状态的精确控制，此方案对于提高LLC谐振控制芯片和谐振开关控制器的速度和稳定性，有明显效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术在现有技术基础上，提供了一种用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，提升控制器的整体效率和响应速度。
[0006]本专利技术提供的快速响应控制环路包括检测电容Cc1、检测电容Cc2、高侧充电电流源Icp1、低侧充电电流源Icp2、输出反馈电压检测电路、环路判别比较电路、第一高速输出驱动电路和第二高速输出驱动电路；
[0007]所述检测电容Cc2的下端连接LLC半桥谐振变换器电源系统中谐振电容的接地端，检测电容Cc1的上端连接LLC半桥谐振变换器电源系统中谐振电容的非接地端Vlcbus，检测电容Cc1的下端连接检测电容Cc2的上端以及高侧充电电流源Icp1的下端、低侧充电电流源Icp2的上端，该电路连接节点产生谐振电压检测信号VLC连接到环路判别比较电路的谐振
电压检测端口；高侧充电电流源Icp1的上端接电源电压VCC，低侧充电电流源Icp2的下端接地电压；输出反馈电压检测电路用于检测LLC半桥谐振变换器电源系统输出的电压信号FB，并输出反馈电压信号Vfb，连接到环路判别比较电路的反馈电压输入端口；环路判别比较电路根据反馈电压信号Vfb、谐振电压检测信号VLC和参考电压信号Vcm的状态，判决得到高侧输出电压Voh和低侧输出电压Vol；高侧输出电压Voh一方面连接到第一高速输出驱动电路的输入端，还用于控制高侧充电电流源Icp1的开通和关闭；低侧输出电压Vol一方面连接到第二高速输出驱动电路的输入端，还用于控制低侧充电电流源Icp2的开通和关闭；第一高速输出驱动电路和第二高速输出驱动电路分别对高侧输出电压Voh和低侧输出电压Vol进行缓冲驱动，输出高侧输出驱动信号HG和低侧输出驱动信号LG；所述第一高速输出驱动电路和第二高速输出驱动电路采用相同的输出驱动电路。
[0008]所述的检测电容Cc1、检测电容Cc2、高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2构成一个谐振腔特性比例复制电路，用于对Vlcbus端的电压和电流特性进行实时快速检测；高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2对检测电容Cc1和检测电容Cc2的充电和放电特性严格按比例复制Vlcbus端的电压和电流特性，即高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2的电流必须相同，且该电流与第一高速输出驱动电路和第二高速输出驱动电路成固定比例。
[0009]具体的，所述输出反馈电压检测电路包括：PMOS管M41、PMOS管M42、PMOS管M46、PMOS管M47、PMOS管M410、PMOS管M411、PMOS管M412、NMOS管M43、NMOS管M44、NMOS管M45、NMOS管M48、NMOS管M49、NMOS管M413、NMOS管M414、NMOS管M415、NMOS管M416、NMOS管M417、NMOS管M418、反相器Inv41和反相器Inv42；
[0010]其中，反相器Inv41的输入端连接控制信号OEN，反相器Inv41的输出端连接反相器Inv42的输入端和NMOS管M418栅极；反相器Inv42的输出端连接PMOS管M41栅极、PMOS管M42栅极、NMOS管M43栅极；NMOS管M43漏极连接电流源Ib4，NMOS管M43源极连接NMOS管M413漏极、NMOS管M413栅极、NMOS管M414栅极、NMOS管M415栅极、NMOS管M416栅极和NMOS管M417栅极；NMOS管M44栅极作为一个信号输入端，连接参考电压Vref，NMOS管M45栅极作为另一个信号输入端，连接电压信号FB；NMOS管M44源极连接NMOS管M414漏极、NMOS管M49栅极；NMOS管M45源极连接NMOS管M415漏极、NMOS管M48栅极；PMOS管M41漏极连接PMOS管M46栅极、PMOS管M47栅极、PMOS管M410栅极、PMOS管M46漏极和PMOS管M48漏极；PMOS管M47漏极连接NMOS管M49漏极、PMOS管M411漏极、PMOS管M42漏极和PMOS管M412栅极；NMOS管M48源极连接NMOS管M49源极、NMOS管M416漏极；PMOS管M410漏极和PMOS管M411源极相连；PMOS管M412漏极连接NMOS管M417漏极、PMOS管M411栅极、NMOS管M418漏极，并作为反馈电压信号Vfb的输出节点；NMOS管M44漏极、NMOS管M45漏极、PMOS管M41源极、PMOS管M42源极、PMOS管M46源极、PMOS管M47源极、PMOS管M410源极和PMOS管M412源极均连接电源电压VCC；NMOS管M413源极、NMOS管M414源极、NMOS管M415源极、NMOS管M416源极、NMOS管M417源极和NMOS管M418源极均连接地电压GND；
[0011]其中，NMOS管M44和NMOS管M414构成源跟随器，NMOS管M45和NMOS管M415构成另一个源跟随器，PMOS管M46、PMOS管M47本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，其特征是，包括检测电容Cc1、检测电容Cc2、高侧充电电流源Icp1、低侧充电电流源Icp2、输出反馈电压检测电路(1)、环路判别比较电路(2)、第一高速输出驱动电路(3)和第二高速输出驱动电路(4)；所述检测电容Cc2的下端连接LLC半桥谐振变换器电源系统中谐振电容的接地端，检测电容Cc1的上端连接LLC半桥谐振变换器电源系统中谐振电容的非接地端Vlcbus，检测电容Cc1的下端连接检测电容Cc2的上端以及高侧充电电流源Icp1的下端、低侧充电电流源Icp2的上端，该电路连接节点产生谐振电压检测信号VLC连接到环路判别比较电路(2)的谐振电压检测端口；高侧充电电流源Icp1的上端接电源电压VCC，低侧充电电流源Icp2的下端接地电压；输出反馈电压检测电路(1)用于检测LLC半桥谐振变换器电源系统输出的电压信号FB，并输出反馈电压信号Vfb，连接到环路判别比较电路(2)的反馈电压输入端口；环路判别比较电路(2)根据反馈电压信号Vfb、谐振电压检测信号VLC和参考电压信号Vcm的状态，判决得到高侧输出电压Voh和低侧输出电压Vol；高侧输出电压Voh一方面连接到第一高速输出驱动电路(3)的输入端，还用于控制高侧充电电流源Icp1的开通和关闭；低侧输出电压Vol一方面连接到第二高速输出驱动电路(4)的输入端，还用于控制低侧充电电流源Icp2的开通和关闭；第一高速输出驱动电路(3)和第二高速输出驱动电路(4)分别对高侧输出电压Voh和低侧输出电压Vol进行缓冲驱动，输出高侧输出驱动信号HG和低侧输出驱动信号LG；所述第一高速输出驱动电路(3)和第二高速输出驱动电路(4)采用相同的输出驱动电路。2.根据权利要求1所述的用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，其特征是，所述的检测电容Cc1、检测电容Cc2、高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2构成一个谐振腔特性比例复制电路，用于对Vlcbus端的电压和电流特性进行实时快速检测；高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2对检测电容Cc1和检测电容Cc2的充电和放电特性严格按比例复制Vlcbus端的电压和电流特性，即高侧充电电流源Icp1和低侧充电电流源Icp2的电流必须相同，且该电流与第一高速输出驱动电路(3)和第二高速输出驱动电路(4)成固定比例。3.根据权利要求1所述的用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，其特征是，所述输出反馈电压检测电路(1)包括：PMOS管M41、PMOS管M42、PMOS管M46、PMOS管M47、PMOS管M410、PMOS管M411、PMOS管M412、NMOS管M43、NMOS管M44、NMOS管M45、NMOS管M48、NMOS管M49、NMOS管M413、NMOS管M414、NMOS管M415、NMOS管M416、NMOS管M417、NMOS管M418、反相器Inv41和反相器Inv42；其中，反相器Inv41的输入端连接控制信号OEN，反相器Inv41的输出端连接反相器Inv42的输入端和NMOS管M418栅极；反相器Inv42的输出端连接PMOS管M41栅极、PMOS管M42栅极、NMOS管M43栅极；NMOS管M43漏极连接电流源Ib4，NMOS管M43源极连接NMOS管M413漏极、NMOS管M413栅极、NMOS管M414栅极、NMOS管M415栅极、NMOS管M416栅极和NMOS管M417栅极；NMOS管M44栅极作为一个信号输入端，连接参考电压Vref，NMOS管M45栅极作为另一个信号输入端，连接电压信号FB；NMOS管M44源极连接NMOS管M414漏极、NMOS管M49栅极；NMOS管M45源极连接NMOS管M415漏极、NMOS管M48栅极；PMOS管M41漏极连接PMOS管M46栅极、PMOS管M47栅极、PMOS管M410栅极、PMOS管M46漏极和PMOS管M48漏极；PMOS管M47漏极连接NMOS管M49漏极、PMOS管M411漏极、PMOS管M42漏极和PMOS管M412栅极；NMOS管M48源极连接NMOS管M49源极、NMOS管M416漏极；PMOS管M410漏极和PMOS管M411源极相连；PMOS管M412漏极连接
NMOS管M417漏极、PMOS管M411栅极、NMOS管M418漏极，并作为反馈电压信号Vfb的输出节点；NMOS管M44漏极、NMOS管M45漏极、PMOS管M41源极、PMOS管M42源极、PMOS管M46源极、PMOS管M47源极、PMOS管M410源极和PMOS管M412源极均连接电源电压VCC；NMOS管M413源极、NMOS管M414源极、NMOS管M415源极、NMOS管M416源极、NMOS管M417源极和NMOS管M418源极均连接地电压GND；其中，NMOS管M44和NMOS管M414构成源跟随器，NMOS管M45和NMOS管M415构成另一个源跟随器，PMOS管M46、PMOS管M47、NMOS管M48、NMOS管M49、NMOS管M416、PMOS管M412和NMOS管M417构成一个两级运算放大器电路，PMOS管M41、PMOS管M42、NMOS管M43和NMOS管M418为电路的控制开关；当OEN为“0”时，所述输出反馈电压检测电路(1)输出的反馈电压信号Vfb锁定；当OEN为“1”时，输出反馈电压检测电路(1)输出的反馈电压信号Vfb由反馈电压信号FB和参考电压Vref的大小确定。4.根据权利要求1所述的用于LLC谐振开关控制器的快速响应控制环路，其特征是，所述环路判别比较电路(2)包括：全差分运算放大器OTA5、比较器cmp51、比较器cmp52、电阻R51、电阻R52、电阻R53和电阻R54；电阻R51左端连接到反馈电压信号Vfb，电阻R52左端连接参考电压信号Vcm，电阻R51右端连接全差分运算放大器OTA5的正输入端和电阻R53左端，电阻R52右端连接到全差分运算放大器OTA5的负输入端和电阻R54左端，电阻R53右端连接到全差分运算放大器OTA5的负输出端和比较器cmp51的正输入端，电阻R54右端连接到全差分运算放大器OTA5的正输出端和比较器cmp52的负输入端，比较器cmp52的正输入端和比较器cmp51的负输入端同时连接到谐振电压检测信号VLC，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁波，吴殿升，邹勇，史春杰，
申请(专利权)人：无锡格兰德微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：