諧振轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)期間的涌入電流控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流/直流轉(zhuǎn)換器。更具體地，本發(fā)明涉及諧振直流/直流轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)控制方案。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)諧振直流到直流轉(zhuǎn)換器(例如，LLC或LLCLL諧振轉(zhuǎn)換器)的使用高側(cè)開(kāi)關(guān)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制、低側(cè)開(kāi)關(guān)PWM控制或任何其他不對(duì)稱(chēng)PWM控制的已知軟啟動(dòng)控制方案需要在啟動(dòng)之前對(duì)諧振轉(zhuǎn)換器中的初始條件進(jìn)行考慮。例如，如果使用高側(cè)開(kāi)關(guān)PMW控制(即，高側(cè)開(kāi)關(guān)以可變占空比進(jìn)行操作，而低側(cè)開(kāi)關(guān)以全占用比進(jìn)行操作)，將通過(guò)低側(cè)開(kāi)關(guān)兩端的初始電壓來(lái)確定涌入電流。初始電壓越高，則涌入電流將越大。
[0003]大的涌入電流會(huì)在諧振轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)期間導(dǎo)致一個(gè)或更多個(gè)以下問(wèn)題:
[0004]I)高初始電流會(huì)導(dǎo)致諧振轉(zhuǎn)換器的輸入電容器(即諧振電容器)中的過(guò)壓瞬態(tài)，這會(huì)縮短輸入電容器的壽命。
[0005]2)大涌入電流會(huì)縮短諧振轉(zhuǎn)換器的輸入開(kāi)關(guān)(即，初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān))的壽命。
[0006]3)大涌入電流還會(huì)使諧振轉(zhuǎn)換器的諧振電感器飽和。從而，涌入電流會(huì)由于諧振電感器被飽和而增加。
[0007]4)大涌入電流會(huì)導(dǎo)致在軟啟動(dòng)諧振轉(zhuǎn)換器的初始階段期間在諧振轉(zhuǎn)換器的輸出處出現(xiàn)諧振(例如大的紋波電壓)。
[0008]Sun等人(U.S.8，018，740)教導(dǎo)了在LLC諧振轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)期間用固定頻率和可變脈沖占空比操作模式來(lái)操作LLC諧振轉(zhuǎn)換器。Sun等人的LLC諧振轉(zhuǎn)換器一完成啟動(dòng)(例如，當(dāng)在與LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出相連的負(fù)載處達(dá)到預(yù)定電壓時(shí))就切換至可變頻率和固定脈沖占空比操作模式。也就是說(shuō)，在啟動(dòng)期間，Sun等人的LLC諧振轉(zhuǎn)換器以PWM模式來(lái)操作，使得僅占空比是受控制的而LLC諧振轉(zhuǎn)換器的頻率保持固定，然后在啟動(dòng)之后切換至脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式。
[0009]因此，Sun等人的控制方案的一個(gè)缺點(diǎn)在于:針對(duì)LLC諧振轉(zhuǎn)換器使用商用控制集成電路(IC)的該方案的實(shí)現(xiàn)是困難的，原因在于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的LLC的傳統(tǒng)控制IC通常不包括可變脈沖占空比能力。因此，盡管該方案可以有效地限制LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的涌入電流，仍需要外部電路來(lái)控制高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)以可變占空比操作。這種外部電路需要復(fù)雜的實(shí)施方式來(lái)滿(mǎn)足高側(cè)開(kāi)關(guān)的隔離需求。Sun等人的控制方案的另一個(gè)缺點(diǎn)是啟動(dòng)期間軟切換的損失，其針對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)需要特殊考慮。
[0010]Feng等人(“Optimal Trajectory Control of Resonat LLC Converter for SoftStart-Up)教導(dǎo)了使用不對(duì)稱(chēng)的電流限制帶來(lái)穩(wěn)定初始電壓和電流電平的LLC諧振轉(zhuǎn)換器的控制方案。因?yàn)樵诓粚?duì)稱(chēng)的電流限制帶內(nèi)控制Feng等人的啟動(dòng)電流，在啟動(dòng)期間不存在涌入電流。因此，F(xiàn)eng等人的控制方案的一個(gè)缺點(diǎn)在于需要不對(duì)稱(chēng)的電流限制帶來(lái)實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的電流限制帶，不對(duì)稱(chēng)的電流限制帶增加了包括Feng等人的控制方案的系統(tǒng)的總成本。Feng等人的控制方案的另一個(gè)缺點(diǎn)在于:該控制方案僅適用于如圖1所示的具有單個(gè)諧振電容器的半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器，而不適用于具有分離的諧振電容器的半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為可變頻率諧振轉(zhuǎn)換器提供了軟啟動(dòng)控制方案，以克服在傳統(tǒng)諧振轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間發(fā)生的上述問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的軟啟動(dòng)控制方案通過(guò)針對(duì)一個(gè)開(kāi)關(guān)(高側(cè)或低側(cè))使用泄放設(shè)備和執(zhí)行可變占空比控制來(lái)限制涌入電流和降低瞬態(tài)過(guò)壓，來(lái)設(shè)置諧振轉(zhuǎn)換器的初始條件，諧振轉(zhuǎn)換器的初始條件優(yōu)選地包括在啟動(dòng)諧振轉(zhuǎn)換器之前將電容器的電壓設(shè)置為零或接近零。如果泄放設(shè)備是泄放電阻器，則泄放電阻器R優(yōu)選地具有非常大的電阻，并因此對(duì)諧振轉(zhuǎn)換器的正常操作的作用忽略不計(jì)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的一種使用軟啟動(dòng)的轉(zhuǎn)換器，包括:變壓器；第一和第二開(kāi)關(guān)，第一和第二開(kāi)關(guān)與變壓器連接來(lái)為變壓器供電；控制器，控制器與第一和第二晶體管連接，并且被布置為:在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間，以可變占空比來(lái)切換第一開(kāi)關(guān)，并以固定占空比或具有比第一開(kāi)關(guān)的可變占空比的脈沖更大的脈沖的可變占空比來(lái)切換第二開(kāi)關(guān)；以及泄放設(shè)備，被布置為通過(guò)在啟動(dòng)之前對(duì)轉(zhuǎn)換器中的電容器放電，來(lái)在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)之前設(shè)置轉(zhuǎn)換器的初始條件。
[0013]泄放設(shè)備優(yōu)選地與第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)。
[0014]優(yōu)選地，或者:
[0015]I)第一開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)且第二開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)；或者
[0016]2)第一開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)且第二開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)。
[0017]轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地還包括串聯(lián)的第一和第二電容器；其中第一電容器優(yōu)選地與第一晶體管連接以及其中第二電容器優(yōu)選地與第二晶體管連接。優(yōu)選地，泄放設(shè)備與第二電容器并聯(lián)；以及第二電容器是轉(zhuǎn)換器中的在啟動(dòng)之前由泄放設(shè)備來(lái)放電的電容器。
[0018]優(yōu)選地，要么
[0019]I)第一開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)；
[0020]2)第二開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)；
[0021 ] 3)第一電容器是高側(cè)電容器；以及
[0022]4)第二電容器是低側(cè)電容器；
[0023]要么
[0024]I)第一開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)；
[0025]2)第二開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)；
[0026]3)第一電容器是低側(cè)電容器；以及
[0027]4)第二電容器是高側(cè)電容器。
[0028]泄放設(shè)備優(yōu)選地在啟動(dòng)之前將轉(zhuǎn)換器中的電容放電至零或接近零。轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地還包括諧振電感器。優(yōu)選地，諧振電感器是分立電感器或變壓器的漏電感。優(yōu)選地，泄放設(shè)備包括電阻器或開(kāi)關(guān)。轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地是諧振轉(zhuǎn)換器。對(duì)第一開(kāi)關(guān)的切換優(yōu)選地是中心對(duì)齊的、左對(duì)齊的或右對(duì)齊的。
[0029]根據(jù)發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種針對(duì)轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)方法，包括以下步驟:提供包括以下部件的轉(zhuǎn)換器:變壓器和第一和第二開(kāi)關(guān)，第一和第二開(kāi)關(guān)與變壓器連接來(lái)為變壓器供電；在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器之前，通過(guò)在啟動(dòng)之前對(duì)轉(zhuǎn)換器中的電容器放電來(lái)設(shè)置轉(zhuǎn)換器的初始條件；以及在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間，以可變占空比來(lái)切換第一開(kāi)關(guān)，并以固定占空比或具有比第一開(kāi)關(guān)的可變占空比的脈沖更大的脈沖的可變占空比來(lái)切換第二開(kāi)關(guān)。
[0030]優(yōu)選地使用與第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的泄放設(shè)備來(lái)執(zhí)行設(shè)置初始條件步驟。
[0031]轉(zhuǎn)換器還優(yōu)選地包括串聯(lián)的第一和第二電容器；其中第一電容器優(yōu)選地與第一晶體管連接；以及第二電容器優(yōu)選地與第二晶體管連接；以及使用與第二電容器并聯(lián)的泄放設(shè)備來(lái)執(zhí)行設(shè)置初始條件步驟。
[0032]優(yōu)選地，在啟動(dòng)之前將轉(zhuǎn)換器中的電容器放電到零或接近零。轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地是諧振轉(zhuǎn)換器。
[0033]根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明并參照附圖，本發(fā)明的以上的和其他的特征、單元、特性、步驟和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是具有單個(gè)諧振電容器Cr的傳統(tǒng)半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0035]圖2是具有添加的泄放電阻器R的對(duì)稱(chēng)半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0036]圖3A-3D示出了在使用不具有泄放電阻器R的高側(cè)PWM的軟啟動(dòng)期間的波形。
[0037]圖4A-4D示出了在使用具有泄放電阻器R的高側(cè)PWM的軟啟動(dòng)期間的波形。
[0038]圖5是具有用于高側(cè)PWM的與低側(cè)諧振電容器C2并聯(lián)的泄放電阻器R的轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0039]圖6是具有用于高側(cè)PWM的與低側(cè)開(kāi)關(guān)Q2并聯(lián)的泄放電阻器R的轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0040]圖7A-7C示出了僅對(duì)于高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql具有可變占空比控制的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖7A示出了中心對(duì)齊的占空比，圖7B示出了左對(duì)齊的占空比，并且圖7C示出了右對(duì)齊的占空比。
[0041]圖8是具有用于低側(cè)PWM的與高側(cè)諧振電容器Cl并聯(lián)的泄放電阻器R的轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0042]圖9是具有用于低側(cè)P