基于数字环路控制的谐振变换器变换方法及芯片、电源技术

一种基于数字环路控制的谐振变换器变换方法及芯片、电源，方法包括：如果全桥电路工作于半桥模态，则判断出环路输出值u

【技术实现步骤摘要】
基于数字环路控制的谐振变换器变换方法及芯片、电源


[0001]本专利技术涉及谐振型LLC电路领域，尤其涉及一种基于数字环路控制的谐振变换器变换方法及芯片、电源。

技术介绍

[0002]谐振型LLC电路以其低成本、高效率及高可靠性等优异的性能被广泛应用于大功率电源中。由于受限于开关损耗、芯片资源和器件参数等限制，谐振型LLC增益调节范围有限，输出范围较窄，尤其轻载时输出电压易高不易低，因此不适合应用于输出电压从零伏到上百伏变化的场合。占空比与频率混合地调节方式可以拓宽谐振型LLC输出电压范围，但会导致其半载以下效率较低，对于加热电源等大功率电源是极其不利的。
[0003]相同工况下，半桥LLC的增益仅为全桥LLC增益的一半，因此有方案提出半载以下采用半桥LLC，半载以上采用全桥LLC以提高电源的输出范围和轻载效率。但对于低压大电流的加热电源来讲，由于其输出电压小、输出电流大，负载阻抗小，因此半桥LLC与全桥LLC切换时极易发生输出电流断续、谐振腔电流较大等问题而影响电源可靠运行。
[0004]目前，实现半桥LLC与全桥LLC切换的主要方法有：
[0005]1)借助开关管实现半桥与全桥LLC的切换：通过引入一组反并联开关管作为谐振变换器全桥与半桥切换的枢纽，通过控制该开关管的开通、关断可使其在半桥LLC与全桥LLC之间进行工作模态切换，但其引入的开关管无疑增加了成本和损耗，同时其所需驱动也增加了控制和电路复杂度，当输出电流较大时很难做到带载平稳切换；
[0006]2)基于控制芯片寄存器配置实现半桥与全桥LLC的切换：采用全桥LLC电路，通过控制其开关管的开通与关断便可以实现全桥LLC与半桥LLC的切换，比如说CN115224944A公开了一种具备平滑切换功能的变拓扑谐振变换器控制方法，但其切换过程复杂，轨迹控制计算量大，对控制芯片提出了较高的要求，其所述方法需要基于寄生参数的仿真结果获得全桥和半桥模态下的三维增益曲面并将其表格化，对产品量产化过程中参数的一致性有较高要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路复杂或计算复杂的缺陷，提供一种基于数字环路控制的谐振变换器变换方法及芯片、电源。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一方面，构造一种基于数字环路控制的谐振变换器变换方法，由控制芯片执行，所述方法包括：
[0010]采样周期处理步骤：在一个采样周期到来时读取负载前端采样信息，计算环路输出值和全桥电路的驱动周期，如果全桥电路工作于半桥模态则执行半桥模态处理步骤，否则执行全桥模态处理步骤；
[0011]半桥模态处理步骤：判断环路输出值是否大于最大环路值，如果是，则将所述环路
输出值强制置于预设低值并更新所述驱动周期，等待预设个采样周期后按照全桥模态配置发波寄存器；
[0012]全桥模态处理步骤：判断环路输出值是否小于最小环路值，如果是，则将所述环路输出值强制置于预设高值并更新所述驱动周期，按照半桥模态配置发波寄存器；
[0013]其中，所述预设低值和预设高值满足如下条件：预设低值所对应的全桥模态增益不低于最大环路值对应的半桥模态增益，预设高值所对应的半桥模态增益不高于最小环路值所对应的全桥模态增益。
[0014]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述预设低值和预设高值还满足如下条件：预设低值所对应的全桥模态增益不低于最小环路值所对应的全桥模态增益，预设高值所对应的半桥模态增益不高于最大环路值所对应的半桥模态增益。
[0015]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述的按照全桥模态配置发波寄存器，包括：将控制芯片给全桥电路提供驱动信号的所有引脚所对应的发波寄存器全部配置为不执行任何输出约束行为；
[0016]所述的按照半桥模态配置发波寄存器，包括：按照半桥模态的特点，将控制芯片给全桥电路提供的驱动信号是PWM信号的引脚所对应的发波寄存器配置为不执行任何输出约束行为，将控制芯片给全桥电路提供的驱动信号是低电平或高电平的引脚所对应的发波寄存器配置为输出约束为低电平或者高电平。
[0017]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述半桥模态处理步骤中，在判断出环路输出值大于最大环路值时将模态标志设置为第一预设值；
[0018]所述全桥模态处理步骤中，在判断出环路输出值小于最小环路值时将模态标志设置为第二预设值；
[0019]所述采样周期处理步骤中，在计算出驱动周期后，读取模态标志，如果模态标志被设定为第二预设值，则按照半桥模态配置发波寄存器后执行所述半桥模态处理步骤，如果模态标志被设定为第一预设值，则按照全桥模态配置发波寄存器后执行所述全桥模态处理步骤。
[0020]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述采样周期处理步骤、半桥模态处理步骤均是通过以下方式计算或者更新所述驱动周期：将环路输出值的具体取值代入周期曲线Period＝k
×
u
out
+b中，计算得到所述驱动周期的具体取值。
[0021]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述方法还包括：
[0022]周期曲线建立步骤：预先设定所述环路输出值的最大值对应的最大开关周期，设定所述环路输出值的最小值对应的最小开关周期；根据最大值对应的最大开关周期、最小值对应的最小开关周期进行曲线拟合得到周期曲线：Period＝k
×
u
out
+b，其中k,b为任意实数。
[0023]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述环路输出值的具体数值所对应的增益与所述驱动周期相关。
[0024]进一步地，在本专利技术所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法中，所述采样周期处理步骤中通过以下方式计算环路输出值：读取由电流霍尔采集并经运放调制后输入至控制芯片的负载前端电流信息，根据采样信息换算为实际负载输出电流值，计算输出电流给定值与实际负载输出电流值的差值，基于所述差值计算得到环路输出值:u
out
＝I
out_err
*K
p
+K
i
∫I
out_err
dt，式中，K
p
，K
i
均为任意实数。
[0025]二方面，构造一种控制芯片，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的方法的步骤。
[0026]三方面，构造一种电源，包括依次连接的输入整流电路、全桥电路、谐振电路、输出整流电路，还包括采样电路和如前所述的控制芯片，所述采样电路的输入连接所述输出整流电路的负载侧，所述控制芯片连接所述采样电路的输出和所述全桥电路的控制端。
[0027]本专利技术的基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字环路控制的谐振变换器变换方法，由控制芯片执行，其特征在于，所述方法包括：采样周期处理步骤：在一个采样周期到来时读取负载前端采样信息，计算环路输出值(u
out
)和全桥电路的驱动周期(Period)，如果全桥电路工作于半桥模态则执行半桥模态处理步骤，否则执行全桥模态处理步骤；半桥模态处理步骤：判断环路输出值(u
out
)是否大于环路最大值(u
max_half
)，如果是，则将所述环路输出值(u
out
)强制置于预设低值(u
out_Full
)并更新所述驱动周期(Period)，等待预设个采样周期后按照全桥模态配置发波寄存器；全桥模态处理步骤：判断环路输出值(u
out
)是否小于环路最小值(u
min_Full
)，如果是，则将所述环路输出值(u
out
)强制置于预设高值(u
out_Half
)并更新所述驱动周期(Period)，按照半桥模态配置发波寄存器；其中，所述预设低值(u
out_Full
)和预设高值(u
out_Half
)满足如下条件：预设低值(u
out_Full
)所对应的全桥模态增益(Gain
out_Full
)不低于最大环路值(u
max_half
)所对应的半桥模态增益(Gain
max_half
)，预设高值(u
out_Half
)所对应的半桥模态增益(Gain
out_Half
)不高于最小环路值(u
min_Full
)所对应的全桥模态增益(Gain
min_Full
)。2.根据权利要求1所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法，其特征在于，所述预设低值(u
out_Full
)和预设高值(u
out_Half
)还满足如下条件：预设低值(u
out_Full
)所对应的全桥模态增益(Gain
out_Full
)不低于最小环路值(u
min_Full
)所对应的全桥模态增益(Gain
min_Full
)，预设高值(u
out_Half
)所对应的半桥模态增益(Gain
out_Half
)不高于最大环路值(u
max_half
)所对应的半桥模态增益(Gain
max_half
)。3.根据权利要求1所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法，其特征在于，所述的按照全桥模态配置发波寄存器，包括：将控制芯片给全桥电路提供驱动信号的所有引脚所对应的发波寄存器全部配置为不执行任何输出约束行为；所述的按照半桥模态配置发波寄存器，包括：按照半桥模态的特点，将控制芯片给全桥电路提供的驱动信号是PWM信号的引脚所对应的发波寄存器配置为不执行任何输出约束行为，将控制芯片给全桥电路提供的驱动信号是低电平或高电平的引脚所对应的发波寄存器配置为输出约束为低电平或者高电平。4.根据权利要求1所述的基于数字环路控制的谐振变换器变换方法，其特征在于，所述半桥模态处理步骤中，在判断出环路输出值(u
out
)大于环路最大值(u
max_half
)时将模态标志(HalfFlag)设置为第一预设值；所述全桥模态处理步骤中，在判断出环路输出值(u
out
)小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，
申请(专利权)人：西安盛弘电气有限公司，
类型：发明
国别省市：