Llc轉(zhuǎn)換器及電感模式損失檢測電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制LLC及其它串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器以促進零電壓開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]LLC轉(zhuǎn)換器為一種形式的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器，其具有包含變壓器初級繞組的串聯(lián)諧振電路，其中開關(guān)電路用于將諧振電路或儲能電路的開關(guān)節(jié)點交替地耦合到正供應(yīng)節(jié)點或接地節(jié)點以提供通過變壓器初級繞組的交變諧振電流。次級電路(例如，整流器)提供輸出電壓以驅(qū)動負載，其中調(diào)整開關(guān)電流操作以調(diào)節(jié)輸出電壓。取決于諧振電路及次級電路的操作頻率及阻抗，串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器可以所謂的電感模式或電容模式操作，其中通過變壓器的匝數(shù)比將輸出整流器及任何相關(guān)聯(lián)濾波器電路的沖擊反射回到初級諧振電路中，借此包含次級電路的負載阻抗實質(zhì)上與諧振電流串聯(lián)。開關(guān)電路的頻率控制可用于基于一或多個反饋信號調(diào)節(jié)輸出條件(例如，輸出電壓、輸出電流等等)，其中諧振電路阻抗在諧振頻率下最小化。LLC轉(zhuǎn)換器提供諧振電感(通常為與變壓器初級繞組及諧振電路電容串聯(lián)連接的電感器以及串聯(lián)電路中的磁化電感器)，其中LLC諧振轉(zhuǎn)換器通常具有兩個諧振頻率。在較高諧振頻率下的操作有利地促進以最小頻率調(diào)整調(diào)節(jié)較寬的負載范圍。
[0003]LLC轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地設(shè)計為在電感區(qū)域中操作，其中諧振電路電流使電壓滯后。所述電感區(qū)域中的滯后電流操作促進用于串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器中的MOSFET或其它開關(guān)裝置上的零電壓開關(guān)(ZVS)，由此增強系統(tǒng)效率同時減緩開關(guān)降級。然而，某些操作條件可改變朝向電容區(qū)域的諧振電路操作，由此抑制零電壓或接近零電壓開關(guān)操作。因此，電容區(qū)域中的操作是不合意的，且可能導(dǎo)致開關(guān)組件上的電流反向應(yīng)力。雖然可定制操作頻率、諧振電路組件值及其它系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)來幫助防止或最小化電容區(qū)域中的操作，但輸入電壓下降或輸入電壓的其它降低及/或輸出電流過載條件可能致使電路在電容區(qū)域中操作，這會導(dǎo)致開關(guān)裝置上的過度應(yīng)力。并且，在諧振電路電容器被完全充電到穩(wěn)態(tài)值之前，某些電路配置可能在啟動時經(jīng)受電容模式操作。因此，電容區(qū)域操作降低系統(tǒng)效率，且可能在一些情形中導(dǎo)致對開關(guān)裝置的降級或損壞。因此，仍舊需要改進的控制設(shè)備及技術(shù)來促進零電壓開關(guān)或接近零電壓開關(guān)且減緩LLC及其它串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的電容區(qū)域中的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]現(xiàn)在概述本發(fā)明的各種方面以通過簡要指示本發(fā)明的本質(zhì)及實質(zhì)來促進對本發(fā)明的基本理解，其中此概述并非本發(fā)明的詳盡概覽且既不意在識別本發(fā)明的某些要素也不意在劃定本發(fā)明的范圍。實際上，此概述的主要目的是在下文呈現(xiàn)的更詳細描述之前以簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。揭示功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、用于所述功率轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制設(shè)備及方法。功率轉(zhuǎn)換器包含諧振電路，所述諧振電路具有:串聯(lián)電路，其具有一或多個電感、變壓器初級繞組及串聯(lián)耦合在開關(guān)節(jié)點與恒定電壓節(jié)點之間的至少一個電容；開關(guān)電路，其包含耦合在輸入電壓節(jié)點與恒定電壓節(jié)點之間的兩個或兩個以上開關(guān)裝置?？刂破魈峁┙?jīng)調(diào)制開關(guān)控制信號以控制開關(guān)電路的開關(guān)節(jié)點的電壓從而控制轉(zhuǎn)換器輸出。開關(guān)電路在一系列開關(guān)循環(huán)中通過來自控制器的經(jīng)調(diào)制開關(guān)控制信號操作，且感測電路提供表示在串聯(lián)電路中流動的諧振電流的感測信號。檢測電路在感測信號在給定調(diào)制半循環(huán)的預(yù)定部分中下降到低于預(yù)定閾值的情況下向控制器選擇性地提供指示電容區(qū)域操作的潛在開始或電感區(qū)域操作的損失的檢測信號或值。響應(yīng)于接收到所述檢測信號或值，控制器選擇性地修改開關(guān)控制信號(例如)以增大操作頻率從而促進開關(guān)裝置的零電壓開關(guān)或接近零電壓開關(guān)操作。
[0005]在某些實施例中，預(yù)定半循環(huán)部分在接通給定開關(guān)裝置之后的某個非零時間開始且在關(guān)斷開關(guān)裝置之前結(jié)束，以便避免誤脫扣以實現(xiàn)在諧振電路操作的電流反向每一半循環(huán)期間的期望零穿過。在某些實施例中，可使用比較器來實施檢測電路以接收感測信號及電壓參考，其中在比較器輸出在給定半循環(huán)的預(yù)定部分期間被斷言的情況下時序電路將檢測信號或值選擇性地提供到控制器。在某些實施方案中，處理器實施的控制器及檢測電路從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接收感測值且響應(yīng)于所述感測值在給定半循環(huán)的預(yù)定部分中小于預(yù)定閾值而選擇性地修改開關(guān)控制信號。在某些實施例中，所述預(yù)定閾值可為存儲在電子存儲器中的可調(diào)整值，從而允許個別地配置調(diào)制控制器乘積以防止或抑制各種不同的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的電容區(qū)域操作。
[0006]此外，在某些實施例中，第二檢測電路可操作以將零電壓開關(guān)損失的檢測信號或值提供到控制器以用于調(diào)制死區(qū)時間的選擇性調(diào)整，其中在感測信號的振幅在接通給定開關(guān)裝置之后的非零預(yù)定時間處低于第二預(yù)定閾值的情況下提供第二檢測信號或值。通過此操作，可識別趨向于零電壓開關(guān)損失的條件且可采取補救行動而無需等待對功率轉(zhuǎn)換器的MOSFET或其它開關(guān)裝置的損壞或降級。這又可促進在更寬的操作范圍上維護零電壓開關(guān)同時以更高的系統(tǒng)效率提供改善的死區(qū)時間。
[0007]提供根據(jù)本發(fā)明的其它方面的用于諧振功率轉(zhuǎn)換器控制的方法，所述方法包含:感測在串聯(lián)電路中流動的諧振電流；確定所述諧振電流在給定調(diào)制半循環(huán)的預(yù)定部分中是否低于預(yù)定閾值；及如果所述諧振電流在給定調(diào)制循環(huán)的預(yù)定部分中是低于預(yù)定閾值則選擇性地修改一或多個調(diào)制開關(guān)控制信號以促進所述開關(guān)裝置的零電壓開關(guān)或接近零電壓開關(guān)操作。
【附圖說明】
[0008]以下描述及圖式詳細陳述本發(fā)明的某些說明性實施方案，所述實施方案指示可實行本發(fā)明的各種原理的若干方式。然而，所說明的實例不窮舉本發(fā)明的所有可行實施例，將在結(jié)合附圖考慮的以下詳細描述中陳述本發(fā)明的其它目標、優(yōu)點及新穎特征，其中:
[0009]圖1為說明具有電感操作損失檢測電路的半橋LLC轉(zhuǎn)換器電路實施例的示意圖；
[0010]圖2為說明隨著LLC轉(zhuǎn)換器操作頻率而改變的不同實例加載條件的增益曲線的圖表，其展示電容操作區(qū)域及電感操作區(qū)域；
[0011]圖3為說明在電感操作區(qū)域中的操作期間LLC轉(zhuǎn)換器的完整循環(huán)上的諧振電流的圖表；
[0012]圖4為說明在接近電容區(qū)域的LLC轉(zhuǎn)換器操作期間的諧振電流的圖表；
[0013]圖5為說明在電容區(qū)域中的操作期間的諧振電流的圖表；
[0014]圖6為說明LLC轉(zhuǎn)換器及電感操作損失檢測電路中的各種波形圖的圖表；
[0015]圖7為說明帶有用于向調(diào)制控制電路提供檢測輸出信號的比較器及消隱電路的電感操作損失檢測電路的第一電路實施例的示意圖；
[0016]圖8為說明使用處理器實施的電感操作損失檢測電路的第二實施例的示意圖；
[0017]圖9為說明用于調(diào)制控制器中的死區(qū)時間調(diào)整的零電壓開關(guān)損失檢測電路的第一實施例的示意圖；
[0018]圖10為說明使用處理器實施的零電壓開關(guān)損失檢測電路的第二實施例的示意圖；以及
[0019]圖11為說明LLC轉(zhuǎn)換器及零電壓開關(guān)檢測電路的損失中的各種波形的圖表。
【具體實施方式】
[0020]下文結(jié)合圖式描述一或多個實施例或?qū)嵤┓桨?，其中相同參考標號自始至終用于指代相同元件且其中各種特征不一定按比例繪制。
[0021]圖1說明具有電感操作損失(L0I)檢測電路的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實施例2。系統(tǒng)2包含帶有諧振電路4的半橋轉(zhuǎn)換器，諧振電路4包含從電源3接收DC輸入電壓(Vin)的開關(guān)電路。諧振電路4將交變初級電流Ip提供到變壓器6的初級繞組Lp，變壓器6的次級繞組Ls連接到無源全橋整流器電路8，無源全橋整流器電路8具有二極管Dl、D2、D3及D4以及輸出電容器Co，從而經(jīng)由正(+)及負(-)端子提供調(diào)節(jié)DC輸出電壓Vout與輸出電流lout以用于驅(qū)動所連接負載10。
[0022]控制設(shè)備12(在一個實例中為調(diào)制控制器集成電路(1C))經(jīng)由高側(cè)驅(qū)動電路14及低側(cè)驅(qū)動電路16提供經(jīng)調(diào)制開關(guān)控制信號以操作分別形成諧振電路4的開關(guān)電路的對應(yīng)高側(cè)開關(guān)裝置Q1及低側(cè)開關(guān)裝置Q2。可使用任何合適形式的調(diào)制，例如頻率調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制等等。此實例中的開關(guān)電路為由Q1及Q2形成的半橋配置，但在各種實施例中，可使用全橋電路及其它開關(guān)電路架構(gòu)來致動串聯(lián)諧振電路的交替操作以將交變電流提供到變壓器初級繞組Lp。此外，雖然在所說明的實施例中展示N溝道MOSFET裝置Q1及Q2，但可使用P溝道MOSFET或可采用N溝道及P溝道開關(guān)的組合，且可使用其它形式的基于半導(dǎo)體的開關(guān)裝置(例如，IGBT、雙極型裝置等等)。在所說明的實施例中，開關(guān)Q1及Q2的柵極端子G分別連接到對應(yīng)驅(qū)動電路14及16，其中Q1的源極S在開關(guān)節(jié)點S2處連接到Q2的漏極D。此外，在此實施例中，如所展示，第一二極管DQ1配備有連接到開關(guān)節(jié)點SW的陽極及連接到正諧振電路輸入節(jié)