一種諧振變換器的控制方法、電路及諧振變換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子電路，具體但不僅限于涉及諧振變換器的控制方法、控制電路及 使用該控制方法和控制電路的諧振變換器。
【背景技術】
[0002] 半橋LLC諧振變換器因其軟開關特性以及元器件數(shù)量少、效率高等特性廣泛地運 用于現(xiàn)代開關電源中。
[0003] 圖1為現(xiàn)有的半橋LLC諧振變換器50A的簡化示意圖。如圖1所示，諧振變換器 50A包括逆變電路501、諧振網(wǎng)絡502、隔離變壓器T、整流電路和負載。逆變電路501采用 半橋結(jié)構(gòu)，包括串聯(lián)連接在直流電壓源V in兩端的高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2,這兩個 開關管由一對占空比相等的互補的控制信號Vtil和V ti2控制，理想情況下，控制信號Vtil和Vti2 的占空比恒定為0. 5。通過交替驅(qū)動高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2,逆變電路501將直流 電壓Vin轉(zhuǎn)換為方波電壓V sw。
[0004] 諧振網(wǎng)絡502被示意為一個LLC諧振變換器，包括電感器Lr、電感器Lm和諧振電 容Cr，其中電感器Lm與隔離變壓器T的原邊繞組并聯(lián)。通常電感器Lm為隔離變壓器T的 勵磁電感。諧振網(wǎng)絡502將方波電壓V sw轉(zhuǎn)換為交流信號。
[0005] 整流電路耦接在隔離變壓器T的副邊繞組與負載之間，通過變壓器接收諧振網(wǎng)絡 502輸出的交流信號，并將交流信號整流為半波直流信號并為負載提供直流輸出電壓ν_。
[0006] 諧振變換器50Α還包括控制電路?？刂齐娐钒妷簷z測電路、電流檢測電路、模 式判斷電路和頻率控制電路。
[0007] 電壓檢測電路檢測輸出電壓VtJirr，并產(chǎn)生一個代表輸出電壓V(j UT的反饋電壓Vfb。電 流檢測電路檢測流過電感器Lr的電感電流Ir的值，并產(chǎn)生一個代表電感電流Ir的電流檢 測信號V es。模式判斷電路接收電流檢測信號Ves，并根據(jù)電流檢測信號Ves產(chǎn)生一個模式判 斷信號MC，用于判定諧振變換器50A工作在容性模式還是感性模式。頻率控制電路接收電 壓反饋信號V fb和模式判斷信號MC，并根據(jù)電壓反饋信號V FB和模式判斷信號MC產(chǎn)生高側(cè) 開關控制信號Vsi和低側(cè)開關控制信號V u控制高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2的導通和關 斷頻率。
[0008] 電容器Cr與電感器Lr決定第一諧振頻率L，電容器Cr與電感器Lr、電感器Lm 決定第二諧振頻率f；2，即：
[0010] 根據(jù)工作頻率和負載的不同，采用LLC串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡的諧振變換器100具有三 種工作情況：（1)工作頻率大于第一諧振頻率I1，諧振變換器300工作于感性區(qū)；（2)工作 頻率小于第一諧振頻率且大于第二諧振頻率f 由負載決定諧振變換器100工作于感 性區(qū)還是容性區(qū)；（3)工作頻率小于第二諧振頻率，諧振變換器50A工作于容性區(qū)。
[0011] 圖2所示為諧振變換器50A工作于感性模式的關鍵波形50B的示意圖。如圖所示， t〇-tl、t2-t3時刻為諧振變換器50A的死區(qū)時間。從圖2可以看出，在高側(cè)開關管Ml導通 時刻（tl)，電感電流Ir為負；當?shù)蛡?cè)開關管M2導通時刻（t3)，電感電流Ir為正，因此諧振 變換器100工作在感性模式。在高側(cè)開關管Ml導通時刻（tl)和低側(cè)開關管M2導通時刻 (t3)，開關節(jié)點電壓V sw的值分別為V IN-0. 7V和-0. 7V(其中0. 7V為高側(cè)開關管Ml和低側(cè) 開關管M2的體二極管DM1、DM2的導通壓降），因此高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2均能實現(xiàn) 零電壓導通。
[0012] 然而諧振變換器50A在啟動、負載變化或負載短路等期間，常因為工作頻率低而 使得諧振變換器50A進入容性工作模式，導致不能實現(xiàn)高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2的 零電壓導通，高側(cè)開關管Ml和低側(cè)開關管M2將被損壞。
[0013] 通常，一旦諧振變換器50A進入容性工作模式，通常將通過頻率控制電路增大諧 振變換器50A的工作頻率，使得諧振變換器50A從容性工作模式恢復至感性工作模式。
[0014] 圖3為現(xiàn)有的個頻率控制電路50C的fg]化不意圖。如圖3所不，頻率控制電路 50C接收模式判斷信號MC和電壓反饋信號V fb，并輸出高側(cè)開關Ml的驅(qū)動信號Vsi和低側(cè)開 關的驅(qū)動信號Vti2。當諧振變換器50A進入容性模式后，模式判斷信號MC將導通開關M ss，用 于將軟啟動電容Css放電，進而增大諧振變換器50A的工作頻率。當諧振變換器50A的工作 頻率增大后，諧振變換器50A跳出容性工作模式返回感性工作模式。
[0015] 由于軟啟動電容Css的值很大，例如，通常為luF，所以通過放電軟啟動電容C ss來 增大諧振變換器50A的工作頻率是一個緩慢的過程。
[0016] 圖4為現(xiàn)有的諧振變換器50A在容性工作模式和感性工作模式的驅(qū)動信號波形圖 50D。如圖所示，頻率設定電容CT的電壓SVct。感性工作模式下，電壓￥"的波形如圖中實 線Vct a所示，高側(cè)開關驅(qū)動信號和低側(cè)開關驅(qū)動信號如圖中V 和V 所示。當諧振變換 器50A進入容性模式，軟啟動電容Css被放電，頻率設定電容CT的充電電流I set變大，此時 電壓Vct的波形如圖中虛線V CT b所示，高側(cè)開關驅(qū)動信號和低側(cè)開關驅(qū)動信號如圖中V 和Vti2 b所示。從圖4中可以看出，現(xiàn)有技術中，當諧振變換器50A進入容性模式后，其工作 頻率并不能快速變大使其從容性工作模式恢復。
[0017] 因此，我們期望一種控制方法和電路，能使得諧振變換器具有一個更快的動態(tài)響 應，快速從容性工作模式恢復感性工作模式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018] 為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本發(fā)明提出與現(xiàn)有技術不同的用于 諧振變換器的控制方法、電路和相應的諧振變換器。
[0019] 本發(fā)明一方面提供了一種諧振變換器的控制方法。其中，諧振變換器包括至少具 有一對以相同占空比互補導通和關斷的高側(cè)開關和低側(cè)開關的逆變電路，通過改變高側(cè)開 關和低側(cè)開關的導通和關斷頻率，將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；諧振變換器還包括具有 至少一個諧振電感和至少一個諧振電容的諧振網(wǎng)絡；諧振變換器還包括一個頻率設定電 容，通過改變該頻率設定電容的充電電流和放電電流進而改變高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通 和關斷頻率；其中，高側(cè)開關和低側(cè)開關具有一個公共端，諧振電感的一端和該公共端相 連。所述控制方法，包括：檢測流過諧振電感的電感電流，并產(chǎn)生一個代表電感電流的電 流檢測信號；根據(jù)電流檢測信號判斷諧振變換器工作在容性工作模式或感性工作模式；其 中，諧振變換器包括N個上限閾值信號和N個下限閾值信號；N個上限閾值信號中的每一個 一一對應N個下限閾值信號中的每一個；N個上限閾值信號中的每一個均大于對應的下限 閾值信號，N為大于等于2的正整數(shù)；每一個上限閾值信號和對應的下限閾值信號作為一組 閾值，分別與頻率設定電容的電壓比較，產(chǎn)生高側(cè)開關控制信號和低側(cè)開關控制信號分別 用于控制高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷；高側(cè)開關控制信號和低側(cè)開關控制信號具有 互補的第一邏輯狀態(tài)和第二邏輯狀態(tài)；當頻率設定電容的電壓大于上限閾值信號，高側(cè)開 關控制信號從第二邏輯狀態(tài)變化至第一邏輯狀態(tài)，低側(cè)開關控制信號從第一邏輯狀態(tài)變化 至第二邏輯狀態(tài)；當頻率設定電容的電壓小于下限閾值信號，高側(cè)開關控制信號從第一邏 輯狀態(tài)變化至第二邏輯狀態(tài)，低側(cè)開關控制信號從第二邏輯狀態(tài)變化至第一邏輯狀態(tài)；其 中，當諧振變換器工作在感性工作模式下，將頻率設定電容的電壓分別與N個上限閾值信 號中最大的閾值信號和N個下限閾值信號中最小的閾值信號比較；以及當諧振變換器工作 在容性工作模式下，將頻率設定電容的電壓分別與N個上限閾值信號和N個下限閾值信號 比較，其中，改變N個上限閾值信號和N個下限閾值信號的值，可改變高側(cè)開關和低側(cè) 開關的導通和關斷頻率。
[0020] 本發(fā)明另一方面提供了一種用于諧振變換器的控制電路。其中，諧振變換器包括 至少具有一對以相同占空比互補導通和關斷的高側(cè)開關和低側(cè)開關的逆變電路，通過改變 高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷頻率，將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；諧振變換器還包 括具有至少一個諧振電感和至少一個諧振電容的諧振網(wǎng)絡；其中，高側(cè)開關和低側(cè)開關具 有一個公共端，諧振電感的一端和該公共端相連。所述控制電路包括：電壓檢測電路，耦接 至諧振變換器的輸出端檢測其輸出電壓，并產(chǎn)生一個代表輸出電壓的反饋信號；電流檢測 電路，耦接至諧振網(wǎng)絡，檢測流過諧振電感的電感電流，并提供一個代表電感電流的電流檢 測信號；模式判斷電路，接收電流檢測信號，并根據(jù)電流檢測信號產(chǎn)生一個模式判斷信號， 用于判斷諧振變換器工作在容性工作模式或感性工作模式；以及頻率控制電路，接收模式 判斷信號和反饋信號，并根據(jù)模式判斷信號和反饋信號產(chǎn)生高側(cè)開關控制信號和低側(cè)開關 控制信號，分別用于控制高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷；其中，頻率控制電路包括一個 頻率設定電容，改變該頻率設定電容的充電電流和放電電流，可改變高側(cè)開關和低側(cè)開關 的導通和關斷頻率；其中，頻率控制電路還包括N個上限閾值信號和N個下限閾值信號，N 個上限閾值信號中的每一個 對應N個下限閾值信號中的每一個；N個上限閾值信號中 的每一個均大于對應的下限閾值信號，N為大于等于2的正整數(shù)；每一個上限閾值信號和對 應的下限閾值信號作為一組閾值，分別與頻率設定電容的電壓比較，產(chǎn)生高側(cè)開關控制信 號和低側(cè)開關控制信號分別用于控制高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷；高側(cè)開關控制信 號和低側(cè)開關控制信號具有互補的第一邏輯狀態(tài)和第二邏輯狀態(tài)；當頻率設定電容的電壓 大于上限閾值信號，高側(cè)開關控制信號從第二邏輯狀態(tài)變化至第一邏輯狀態(tài)，低側(cè)開關控 制信號從第一邏輯狀態(tài)變化至第二邏輯狀態(tài)；當頻率設定電容的電壓小于下限閾值信號， 高側(cè)開關控制信號從第一邏輯狀態(tài)變化至第二邏輯狀態(tài)，低側(cè)開關控制信號從第二邏輯狀 態(tài)變化至第一邏輯狀態(tài)；其中，當諧振變換器工作在感性工作模式下，將該頻率設定電容的 電壓分別與N個上限閾值信號中最大的閾值和N個下限閾值信號中最小的閾值信號比較； 當諧振變換器工作在容性工作模式下，將該頻率設定電容的電壓分別與N個上限閾值信號 和N個下限閾值信號 比較，其中，改變N個上限閾值信號和N個下限閾值信號的值，可 改變高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷頻率。
[0021] 本發(fā)明又一方面提供了一種諧振變換器，包括：逆變電路，至少包括一對以相同占 空比互補導通和關斷的高側(cè)開關和低側(cè)開關，通過改變高側(cè)開關和低側(cè)開關的導通和關斷 頻率，將一輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；諧振網(wǎng)絡，包括第一電感器、第二電感器以及諧振電 容，諧振網(wǎng)絡用于將方波電壓信號轉(zhuǎn)換為交流電壓信號，其中第二電感器與一隔離變壓器 的原邊繞組并聯(lián)；整流電路，耦接在隔離變壓器的副邊繞組和負載之間，用于將交流電壓信 號整流，并為負載提供直流輸出電壓信號；以及以上描述的控制電路。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的實施例所提供的控制方法、電路和諧振變換器，具有電路簡單、成本 低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023] 為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明進行詳細描述：
[0024] 圖1為現(xiàn)有的半橋LLC諧振變換器50A的fg]化不意圖；
[0025] 圖2為現(xiàn)有的諧振變換器50A工作于感性模式的關鍵波形50B的示意圖；
[0026] 圖3為現(xiàn)有的諧振變換器50A中頻率控制電路50C的簡化示意圖；
[0027] 圖4為現(xiàn)有的諧振變換器50A在容性工作模式和感性工作模式的驅(qū)動信號波形 50D示意圖；
[0028] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的頻率控制電路100的電路原理圖；
[0029] 圖6為根據(jù)圖5所示實施例的頻率控制電路100的主要參數(shù)波形200的示意圖；
[0030] 圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的頻率控制電路300的電路原理圖；
[0031 ] 圖8為根據(jù)圖7所示實施例的頻率控制電路300的主要參數(shù)波