專(zhuān)利名稱(chēng)：Llc串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種LLC串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的由同步整流晶體管構(gòu)成的LLC串聯(lián)諧振變換器的電路圖，其中 LLC串聯(lián)諧振變換器100主要由橋式電路110、諧振電路120和整流電路130組成。橋式電 路110采用對(duì)稱(chēng)半橋的控制方法，上下管互補(bǔ)導(dǎo)通，占空比為50% ；諧振電路120由諧振電 容Cr，諧振電感Lr，勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成諧振體，Lr可用變壓器的漏感來(lái)組成；整流電路130 由一對(duì)連接到輸出電容Co的同步整流晶體管Ql和Q2組成。該變換器100是一種具有雙 諧振點(diǎn)的變換器。僅由Lr，Cr參與諧振時(shí)，產(chǎn)生高頻諧振點(diǎn)fr，此時(shí)Lm不參與諧振；當(dāng)副 邊電流降為零時(shí)，Lm與Lr，Cr串聯(lián)參與諧振，諧振電流頻率為fm。兩個(gè)諧振點(diǎn)的計(jì)算公式 如下 由于該LLC串聯(lián)諧振變換器的橋式電路110是采用調(diào)頻的方式來(lái)控制輸出電壓， 因此還需要調(diào)頻控制器140。根據(jù)該變換器的直流增益特性可知，LLC串聯(lián)諧振變換器不 僅可以工作在fs > fr和fs = fr的頻率范圍內(nèi)，還可以工作在fm < fs < fr的頻率范圍 內(nèi)，fs是LLC串聯(lián)諧振變換器的工作頻率，fm是LLC串聯(lián)諧振變換器的低頻諧振點(diǎn)，fr是 LLC串聯(lián)諧振變換器的高頻諧振點(diǎn)。圖2是LLC串聯(lián)諧振變換器工作在fm < fs < fr區(qū)域時(shí)各主要器件的電壓電流 波形。其中，vg, sl和Vg, s2分別為橋式電路110中兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Sl和S2的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)， ir> im分別為諧振電感Lr和勵(lì)磁電感Lm的電流，iQ1、iQ2和Vg,SK1、Vg,SK2分別為整流電路130 中兩個(gè)同步整流晶體管Ql和Q2的電流波形和驅(qū)動(dòng)電壓波形。在t0時(shí)刻，諧振電流仁由零開(kāi)始反向增大，場(chǎng)效應(yīng)管Sl開(kāi)始正向?qū)ǎ儔浩髟?邊被鉗位，勵(lì)磁電流im線(xiàn)性變化。諧振電流流過(guò)Si，并以正弦形式逐漸上升。i廠(chǎng)流過(guò)Lm 和變壓器原邊，將能量傳遞到變壓器副邊，輸出Vo。當(dāng)諧振電流k和勵(lì)磁電流、相等的時(shí) 候，輸出端的電流為零，即在tl時(shí)刻，該階段結(jié)束。在tl時(shí)亥IJ，諧振電流仁和勵(lì)磁電流、相等，此時(shí)二次側(cè)的兩個(gè)同步整流晶體管Ql 和Q2都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓Vo由輸出電容Co供電。同時(shí)，輸出電壓不再對(duì)變壓器的 原邊鉗位，勵(lì)磁電感Lm開(kāi)始參與諧振，與Lr和Cr組成串聯(lián)諧振。這個(gè)諧振的周期要比Lr 和Cr諧振的周期大得多，諧振電流的斜率小了很多，所以該過(guò)程中，原邊電流可近似不變。 由于諧振電流i,在同步整流晶體管Ql關(guān)斷前已下降到等于勵(lì)磁電流im，因此同步整流晶 體管Ql應(yīng)該在tl時(shí)刻關(guān)斷。在t2時(shí)刻，場(chǎng)效應(yīng)管Sl和S2關(guān)斷，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間。諧振電流“給Sl的寄生電容充電，S2的寄生電容放電。此時(shí)輸出電壓將變壓器原邊鉗位，勵(lì)磁電感Lm恒壓放電。直 至S2的寄生電容放電完畢，體二極管導(dǎo)通，晶體管S2在ZVS (零電壓開(kāi)關(guān))條件下開(kāi)通。在t3 < t < t4和t4 < t < t5的時(shí)間間隔內(nèi)可以分析得到同樣的工作過(guò)程。和 同步整流晶體管Ql同樣的工作狀態(tài)和電流波形iQ2也發(fā)生在同步整流晶體管Q2上，電流 iQ1和iQ2構(gòu)成了輸出整流電流‘。。因?yàn)樵趖l t2和t4 t5時(shí)，同步整流晶體管Ql或 Q2的電流下降為零、且都發(fā)生在晶體管Sl或S2關(guān)斷前，因此它們的導(dǎo)通脈波寬度Vg,Q1、Vg, Q2要比晶體管Sl和S2小。從以上的分析可看出，LLC串聯(lián)諧振變換器100工作在低于諧振頻率時(shí)，同步整流 場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)脈沖必須在其從源極流至漏極的反向電流降到零時(shí)關(guān)斷，即在死區(qū)時(shí)間內(nèi)
。必須為零。否則，變換器工作在死區(qū)時(shí)間，可能會(huì)出現(xiàn)二次側(cè)能量向一次側(cè)回灌的現(xiàn)象， 從而造成電路誤動(dòng)作。因此，為了避免同步整流場(chǎng)效應(yīng)管誤動(dòng)作，同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg,Q1、 Vg, Q2必須參照對(duì)應(yīng)的半橋場(chǎng)效應(yīng)管控制信號(hào)Vg, S1、Vg, S2，與Vg, S1、Vg, S2落后導(dǎo)通或是提前截 止，如此可確保電路在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，利用同步整流晶體管內(nèi)部的本體二極管可阻擋二次側(cè) 能量回灌一次側(cè)。當(dāng)工作在大于諧振頻率fs時(shí)，LLC串聯(lián)諧振變換器的原邊開(kāi)關(guān)管在任何負(fù)載下都 能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，但變壓器勵(lì)磁電感Lm由于被輸出電壓所鉗位，而不參與整個(gè)諧 振過(guò)程，因此，變壓器副邊同步整流管上的電流連續(xù)。此時(shí)，輸出整流電流。為一準(zhǔn)正弦 絕對(duì)值波形，與同步整流晶體管Ql和Q2的驅(qū)動(dòng)脈波同步，如圖3所示。同時(shí)當(dāng)LLC串聯(lián)諧 振變換器工作在大于諧振頻率時(shí)，上述i,e。不存在死區(qū)，同步整流晶體管Ql和Q2的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)可以簡(jiǎn)單得利用一次側(cè)場(chǎng)效應(yīng)管Sl和S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)獲得。請(qǐng)參閱圖4，其為一種現(xiàn)有技術(shù)LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū)動(dòng)方法的電路 圖，與圖1相比，LLC串聯(lián)諧振變換器400多裝設(shè)了 2個(gè)參考電壓，2個(gè)比較器，2個(gè)與門(mén)。在 圖4中，當(dāng)同步整流晶體管Q2流過(guò)從源極到漏極的電流時(shí)，會(huì)在其溝道電阻上產(chǎn)生溝道電 阻壓降。因此，在諧振變換器400的工作頻率小于諧振頻率時(shí)，此溝道電阻壓降Vds(。n)通過(guò) 比較器410和參考電壓Vref進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈波信號(hào)V。。m。\。111信號(hào)和場(chǎng)效應(yīng)管52的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)\,32經(jīng)過(guò)與門(mén)420處理之后可獲得同步整流晶體管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。而當(dāng)諧振變換器400 的工作頻率大于諧振頻率時(shí)，則利用用于分別驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Si、S2的相同信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)整流 電路的同步整流晶體管Ql和Q2。圖4方案雖然可以自適應(yīng)地得到同步整流晶體管的驅(qū)動(dòng)脈波。但是，由于Vds(。n)電 壓幅值很低，為了達(dá)到最佳的同步整流驅(qū)動(dòng)效果，參考電壓值Vref必須很低，很容易受到干 擾影響。尤其是在LLC電路工作在低于諧振頻率且連接于輕載時(shí)，由于vds(。n)產(chǎn)生振蕩或是 受到干擾，將使得比較器410的輸出脈波信號(hào)V。。m出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)，若錯(cuò)誤信號(hào)惡劣時(shí)還會(huì)造 成同步整流晶體管共同短路的現(xiàn)象。因此，該方案抗干擾能力差。請(qǐng)參閱圖5，其為另一種現(xiàn)有技術(shù)LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū)動(dòng)方法的電 路圖，與圖4相比，LLC串聯(lián)諧振變換器500多裝設(shè)了 2個(gè)同步電路(Syn) 510、2個(gè)恒定脈 寬產(chǎn)生器(F0T)520、2個(gè)或門(mén)530。在圖5中，當(dāng)同步整流晶體管Q2流過(guò)從源極到漏極的電 流時(shí)，會(huì)在其溝道電阻上產(chǎn)生一個(gè)壓降，這個(gè)壓降Vds(。n)通過(guò)和參考電壓在比較器410 上進(jìn)行比較而產(chǎn)生脈波信號(hào)V。。m。在諧振變換器500的工作頻率小于諧振頻率、且諧振變換 器500連接于輕載時(shí)，由于壓降Vds(。n)很小，不易得到比較信號(hào)，所以通過(guò)同步電路510與固
5定脈寬產(chǎn)生器520產(chǎn)生恒定脈寬信號(hào)Vtot，該脈波寬度由諧振參數(shù)Lr、Cr決定，脈波上升沿 通過(guò)同步電路510與信號(hào)Vsyn同步。恒定脈寬信號(hào)Vfqt和脈波信號(hào)V。。m經(jīng)過(guò)或門(mén)530處理 后，再與場(chǎng)效應(yīng)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg,s2經(jīng)過(guò)與門(mén)420處理之后可獲得同步整流晶體管Q2的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。而當(dāng)諧振變換器500的工作頻率小于諧振頻率、且諧振變換器500連接于重載 時(shí)，針對(duì)同步整流晶體管Ql和Q2的溝道電阻電壓Vds(。n)與和參考電壓Vref在比較器410上 進(jìn)行比較后產(chǎn)生的脈波信號(hào)\ 用以驅(qū)動(dòng)整流電路的同步整流晶體管Ql和Q2。最后，在諧 振變換器500的工作頻率大于諧振頻率時(shí)，則利用用于分別驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Si、S2的相同信 號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)整流電路的同步整流晶體管Ql和Q2。圖5方案在圖4方案的基礎(chǔ)上，增加了輕載時(shí)LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū) 動(dòng)裝置，即在工作頻率小于諧振頻率、且變換器連接于輕載時(shí)，利用該諧振電路的諧振參數(shù) 以決定恒定脈寬信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)同步整流晶體管。然而輕載時(shí)諧振變換器的輸出整流電流斷 續(xù)，當(dāng)同步整流晶體管流過(guò)該電流的周期比諧振周期還短時(shí)，因同步整流晶體管的驅(qū)動(dòng)脈 沖是由諧振周期決定的，則在該電流降到零時(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖仍未關(guān)斷，此時(shí)變換器會(huì)出現(xiàn)電流 倒灌，即二次測(cè)能量回灌一次側(cè)。因此，該方案在輕載時(shí)的可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種LLC串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法，以至少解決 上述的可靠性較低的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種LLC串聯(lián)諧振變換器，包括一個(gè)橋式電路 (110)，耦接于輸入電壓(Vin)，由至少兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)構(gòu)成；一個(gè)諧振電路(120)，耦 接于橋式電路(110)，受第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器(TX)，耦接于諧振電路(120)； 一個(gè)整流電路(60)，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路(601，602)，分別包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)， 耦接于變壓器(Tx)的副邊的兩端，用于提供LLC串聯(lián)諧振變換器的電壓輸出(Vo)；—個(gè)關(guān) 斷電路，用于向第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)提供關(guān)斷信號(hào)(V。。m)，其包括一個(gè)電流互感器(CT1，CT2)， 串接于變壓器(Tx)的副邊與兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)之間，用于測(cè)量流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2) 的源-漏極支路的電流以產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)(V。。m)；—個(gè)脈寬處理器(610)，用于減小第一開(kāi)關(guān) (S1，S2)的控制端的變壓器原邊功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vg,sl，Vg,s2)的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào) (Vpulse)提供給第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種LLC串聯(lián)諧振變換器的驅(qū)動(dòng)方法，LLC串聯(lián)諧 振變換器包括一個(gè)橋式電路(110)，耦接于輸入電壓(Vin)，由至少兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)(S1，S2) 構(gòu)成；一個(gè)諧振電路(120)，耦接于橋式電路(110)，受第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器 (TX)，耦接于諧振電路(120)；—個(gè)整流電路(60)，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路(601，602)，分別 包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)，耦接于變壓器(Tx)的副邊的兩端，用于提供LLC串聯(lián)諧振變 換器的電壓輸出(Vo)；—個(gè)關(guān)斷電路，用于向第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)提供關(guān)斷信號(hào)(VcJ，其包 括一個(gè)電流互感器(CT1，CT2)，串接于變壓器(Tx)的副邊與兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)之間， 用于測(cè)量流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)的源-漏極支路的電流以產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)(V。。m)；—個(gè)脈寬 處理器(610)，用于減小第一開(kāi)關(guān)(Si，S2)的控制端的變壓器原邊功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vg, sl，Vg,s2)的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)提供給第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)；驅(qū)動(dòng)方法包括當(dāng)LLC 串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)，關(guān)斷電路向第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)提供關(guān)斷信號(hào)(VcJ，脈寬處理器(610)向第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)提供開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)。本發(fā)明的LLC串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法，因?yàn)椴捎秒娏骰ジ衅鳒y(cè)量流經(jīng)第二 開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)的源-漏極支路的電流，所以解決了相關(guān)技術(shù)的LLC串聯(lián)諧振變換器電流倒 灌導(dǎo)致可靠性較低的問(wèn)題，提高了在輕載時(shí)的可靠性。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是一種相關(guān)技術(shù)的由同步整流晶體管所構(gòu)成的LLC串聯(lián)諧振變換器的電路 圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的LLC串聯(lián)諧振變換器在開(kāi)關(guān)頻率小于諧振頻率的狀態(tài)下的波形 時(shí)序圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的LLC串聯(lián)諧振變換器在開(kāi)關(guān)頻率大于或等于諧振頻率的狀態(tài)下 的波形時(shí)序圖。圖4是一種現(xiàn)有技術(shù)LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū)動(dòng)方案的電路圖。圖5是另一種現(xiàn)有技術(shù)LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū)動(dòng)方案的電路圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例提出的LLC串聯(lián)諧振變換器的同步整流驅(qū)動(dòng)方案的電路圖。圖7與圖8是本發(fā)明提出的LLC串聯(lián)諧振變換器的實(shí)施例的主要波形時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的 情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。圖6是本發(fā)明提出的LLC串聯(lián)諧振變換器600的同步整流驅(qū)動(dòng)方案的電路圖，包 括一個(gè)橋式電路110，耦接于輸入電壓Vin，由兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)Si，S2構(gòu)成；一個(gè)諧振電路120，耦接于橋式電路110，受第一開(kāi)關(guān)Si，S2驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器TX，耦接于諧振電路120 ；一個(gè)整流電路60，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路601，602，分別包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2，耦接于變壓器Tx的副邊的兩端，用于提供LLC串聯(lián)諧振變 換器的電壓輸出Vo ；一個(gè)關(guān)斷電路，用于向第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2提供關(guān)斷信號(hào)V。。m，其包括一個(gè)電流互感器 CT1，CT2，串接于變壓器Tx的副邊與兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)Q1，Q2之間，用于測(cè)量流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)Q1， Q2的源_漏極支路的電流以產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)V。。m ；—個(gè)脈寬處理器610，用于減小第一開(kāi)關(guān)Si，S2的控制端的變壓器原邊功率開(kāi)關(guān) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg,sl，Vg,s2的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào)Vpulse提供給第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2。該LLC串聯(lián)諧振變換器的驅(qū)動(dòng)方法包括當(dāng)LLC串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)工作 頻率范圍內(nèi)，關(guān)斷電路向第二開(kāi)關(guān)Q1，Q2提供關(guān)斷信號(hào)V。。m，脈寬處理器610向第二開(kāi)關(guān)Q1， Q2提供開(kāi)通信號(hào)Vpulse。優(yōu)選地，脈寬處理器的輸出信號(hào)的上升沿與對(duì)應(yīng)的這些功率開(kāi)關(guān)Si、S2的驅(qū)動(dòng)信
7號(hào)的上升沿同步。參閱圖2和圖3中的LLC串聯(lián)諧振變換器的工作波形可知在輸出整流電流存 在死區(qū)時(shí)，其每個(gè)同步整流晶體管Ql或Q2的導(dǎo)通時(shí)間就是LLC串聯(lián)諧振頻率的半個(gè)周期 l/(2fs)，只是由Ls和Cs的參數(shù)值決定，當(dāng)輸入電壓或輸出電壓范圍變化時(shí)，只要fm < fs < fr,每個(gè)同步整流晶體管Ql或Q2的導(dǎo)通時(shí)間不會(huì)改變，改變的只是輸出整流電流中 死區(qū)的大小，即時(shí)間間隔tl t2或t4 t5的寬度。而當(dāng)fs彡fr時(shí)，輸出整流電流 不存在死區(qū)，所以此時(shí)同步整流晶體管Ql或Q2的導(dǎo)通時(shí)間分別對(duì)應(yīng)于場(chǎng)效應(yīng)管Sl和S2 的導(dǎo)通時(shí)間。該LLC串聯(lián)諧振變換器因?yàn)椴捎秒娏骰ジ衅鰿T1，CT2測(cè)量流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)Q1， Q2的源-漏極支路的電流，所以解決了相關(guān)技術(shù)的LLC串聯(lián)諧振變換器電流倒灌導(dǎo)致可靠 性較低的問(wèn)題，提高了在輕載時(shí)的可靠性。優(yōu)選地，橋式電路110為半橋電路或全橋電路。優(yōu)選地，諧振電路120由諧振電容Cr、諧振電感Lr及勵(lì)磁電感Lm串聯(lián)組成。優(yōu)選地，諧振電感為獨(dú)立的外置電感Lr，或?yàn)樽儔浩鱐x的漏感。這些電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，如圖6所示，每個(gè)關(guān)斷電路包括一個(gè)參考電壓源Vref、一個(gè)電流互感器 CT1，CT2、一個(gè)磁復(fù)位電阻Rl，R3、一個(gè)采樣電阻R2，R4、一個(gè)二極管D1，D2、一個(gè)比較器410、 一個(gè)或門(mén)530，電流互感器CT1，CT2的原邊輸入端連接于第二開(kāi)關(guān)Q1，Q2的輸入端，原邊輸 出端連接于變壓器Tx的副邊，電流互感器CT1，CT2的副邊兩端并聯(lián)磁復(fù)位電阻Rl，R3 ；磁 復(fù)位電阻Rl，R3 一端接二極管Dl，D2的正極，另一端接地；二極管Dl，D2的負(fù)極與地之間 并聯(lián)采樣電阻R2，R4 ；比較器410的第一輸入端與第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2的輸出端之間串聯(lián)參考 電壓源Vref，比較器410的第二輸入端連接二極管Dl，D2的負(fù)極，比較器410用于比較二 極管Dl，D2輸出的電壓V。與參考電壓源Vref輸出的電壓Vref后產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)V。。m，脈寬 處理器610使開(kāi)通信號(hào)Vpulse的占空比等于或小于關(guān)斷信號(hào)V。。m的占空比；或門(mén)530的第一 輸入端與第一開(kāi)關(guān)Si，S2的控制端之間串聯(lián)脈寬處理器610，或門(mén)530的第二輸入端連接 比較器410的輸出端，或門(mén)530的輸出端連接第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2的控制端。優(yōu)選地，在上述的LLC串聯(lián)諧振變換器中，第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2的驅(qū)動(dòng)方式為第二開(kāi) 關(guān)Ql，Q2的驅(qū)動(dòng)方式為當(dāng)LLC串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)頻率范圍時(shí)，電流互感器CT1， CT2采樣的電流信號(hào)通過(guò)采樣電阻R2，R4轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)二極管D1，D2輸出為電壓\， 通過(guò)比較器410與參考電壓源Vref的電壓Vref進(jìn)行比較產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)V。。m，關(guān)斷信號(hào)V· 和另一個(gè)開(kāi)通信號(hào)Vpulse經(jīng)過(guò)或門(mén)530處理之后獲得完整的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)第二開(kāi)關(guān)Q1， Q2。本實(shí)施例雖然使用兩個(gè)“或”邏輯門(mén)530來(lái)實(shí)現(xiàn)同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的自適應(yīng)式控 制，但是在具體電路實(shí)現(xiàn)時(shí)并不僅限于此等邏輯門(mén)結(jié)構(gòu)，任何可實(shí)現(xiàn)此“或”邏輯功能的電 路架構(gòu)都在本發(fā)明的涵蓋范圍內(nèi)。該整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。圖7與圖8是本發(fā)明提出的LLC串聯(lián)諧振變換器的實(shí)施例的主要波形時(shí)序圖。如 圖7和圖8所示，為本實(shí)施例的LLC串聯(lián)諧振變換器工作頻率處于fm和fr之間以及工作 頻率高于fr時(shí)的同步整流驅(qū)動(dòng)時(shí)序工作圖。其中脈寬處理器的輸出信號(hào)Vpulse與比較器的 輸出信號(hào)￥_相或后得到同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg,Q1、Vg,Q1。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開(kāi)通由原邊功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)決定，關(guān)斷則由比較器的輸出信號(hào)決定。優(yōu)選地，第一開(kāi)關(guān)S1，S2為場(chǎng)效應(yīng)管，第二開(kāi)關(guān)Q1，Q2為場(chǎng)效應(yīng)管。第一開(kāi)關(guān)Si， S2與第二開(kāi)關(guān)Ql，Q2的輸入端、輸出端與控制端分別為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、源極與柵極。場(chǎng) 效應(yīng)管成本低，容易實(shí)現(xiàn)。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明的LLC串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn) 是同步整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與電流信號(hào)完全同步，占空比丟失較少，提高了變換器的效率。同 時(shí)互感器將電流信號(hào)放大為大電壓信號(hào)，不易受地線(xiàn)電壓尖峰的干擾，從而有效地避免了 輕載時(shí)諧振變換器由于脈波信號(hào)V。。m發(fā)生錯(cuò)誤，造成同步整流電路中各開(kāi)關(guān)被不正確驅(qū)動(dòng) 的現(xiàn)象發(fā)生，因此該方案抗干擾能力更強(qiáng)。此外，該同步整流驅(qū)動(dòng)方法采用對(duì)變換器輸出電 流采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步整流晶體管的驅(qū)動(dòng)控制，不僅簡(jiǎn)化了以往驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，而且可以有 效地防止同步整流管直通或輸出電壓反灌，進(jìn)一步提高了可靠性。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，包括一個(gè)橋式電路(110)，耦接于輸入電壓(Vin)，由至少兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)構(gòu)成；一個(gè)諧振電路(120)，耦接于所述橋式電路(110)，受第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器(TX)，耦接于所述諧振電路(120)；一個(gè)整流電路(60)，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路(601，602)，分別包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)，耦接于所述變壓器(Tx)的副邊的兩端，用于提供所述LLC串聯(lián)諧振變換器的電壓輸出(Vo)；一個(gè)關(guān)斷電路，用于向所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)提供關(guān)斷信號(hào)(Vcom)，其包括一個(gè)電流互感器(CT1，CT2)，串接于所述變壓器(Tx)的副邊與所述兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)之間，用于測(cè)量流經(jīng)所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的源 漏極支路的電流以產(chǎn)生所述關(guān)斷信號(hào)(Vcom)；一個(gè)脈寬處理器(610)，用于減小所述第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)的控制端的變壓器原邊功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vg，s1，Vg，s2)的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)提供給所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于， 所述橋式電路(110)為半橋電路或全橋電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，所述諧振電路(120)由諧振電容(Cr)、諧振電感(Lr)及勵(lì)磁電感(Lm)串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，所述諧振電感為獨(dú)立的外置電感(Lr)，或?yàn)樗鲎儔浩?Tx)的漏感。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，每個(gè)所述關(guān)斷電路包括 一個(gè)參考電壓源(Vref)、一個(gè)所述電流互感器(CT1，CT2)、一個(gè)磁復(fù)位電阻(Rl，R3)、一個(gè) 采樣電阻(R2，R4)、一個(gè)二極管(D1，D2)、一個(gè)比較器(410)、一個(gè)或門(mén)(530)，所述電流互感器(CT1，CT2)的原邊輸入端連接于所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的輸入端，原 邊輸出端連接于所述變壓器(Tx)的副邊，所述電流互感器(CT1，CT2)的副邊兩端并聯(lián)所述 磁復(fù)位電阻(R1，R3)；所述磁復(fù)位電阻(R1，R3) —端接所述二極管(D1，D2)的正極，另一端接地； 所述二極管(D1，D2)的負(fù)極與地之間并聯(lián)所述采樣電阻(R2，R4)； 所述比較器(410)的第一輸入端與所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的輸出端之間串聯(lián)所述參考 電壓源(Vref)，所述比較器(410)的第二輸入端連接所述二極管(Dl，D2)的負(fù)極，所述比 較器(410)用于比較所述二極管(D1，D2)輸出的電壓V。與所述參考電壓源(Vref)輸出的 電壓Vref后產(chǎn)生所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)，所述脈寬處理器(610)使所述開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)的占 空比等于或小于所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)的占空比；所述或門(mén)(530)的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)(Si，S2)的控制端之間串聯(lián)所述脈寬 處理器(610)，所述或門(mén)(530)的第二輸入端連接所述比較器(410)的輸出端，所述或門(mén) (530)的輸出端連接所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的控制端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)為場(chǎng)效應(yīng)管，所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)為場(chǎng)效應(yīng)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LLC串聯(lián)諧振變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)與所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的輸入端、輸出端與控制端分別為所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、源極與柵極。
8.—種LLC串聯(lián)諧振變換器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述LLC串聯(lián)諧振變換器包括 一個(gè)橋式電路(110)，耦接于輸入電壓(Vin)，由至少兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)(Si，S2)構(gòu)成；一個(gè)諧 振電路(120)，耦接于所述橋式電路(110)，受第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器(TX)，耦 接于所述諧振電路(120)；—個(gè)整流電路(60)，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路(601，602)，分別包 括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)，耦接于所述變壓器(Tx)的副邊的兩端，用于提供所述LLC串聯(lián) 諧振變換器的電壓輸出(Vo)；—個(gè)關(guān)斷電路，用于向所述第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)提供關(guān)斷信號(hào) (V。。m)，其包括一個(gè)電流互感器(CT1，CT2)，串接于所述變壓器(Tx)的副邊與所述兩個(gè)第二 開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)之間，用于測(cè)量流經(jīng)所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的源-漏極支路的電流以產(chǎn)生所 述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)；—個(gè)脈寬處理器(610)，用于減小所述第一開(kāi)關(guān)(Si，S2)的控制端的變 壓器原邊功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vg, sl，Vg, s2)的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)提供給所述第 二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)；所述驅(qū)動(dòng)方法包括當(dāng)所述LLC串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)，所述關(guān)斷電路向所述第二開(kāi) 關(guān)(Ql，Q2)提供所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)，所述脈寬處理器(610)向所述第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)提 供所述開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，每個(gè)所述關(guān)斷電路包括一個(gè)參考 電壓源(Vref)、一個(gè)所述電流互感器(CT1，CT2)、一個(gè)磁復(fù)位電阻(Rl，R3)、一個(gè)采樣電阻 (R2，R4)、一個(gè)二極管(D1，D2)、一個(gè)比較器(410)、一個(gè)或門(mén)(530)，所述電流互感器(CTl, CT2)的原邊輸入端連接于所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的輸入端，原邊輸出端連接于所述變壓器 (Tx)的副邊，所述電流互感器(CT1，CT2)的副邊兩端并聯(lián)所述磁復(fù)位電阻(R1，R3)；所述磁 復(fù)位電阻(R1，R3) —端接所述二極管(D1，D2)的正極，另一端接地；所述二極管(D1，D2)的 負(fù)極與地之間并聯(lián)所述采樣電阻(R2，R4)；所述比較器(410)的第一輸入端與所述第二開(kāi) 關(guān)(Q1，Q2)的輸出端之間串聯(lián)所述參考電壓源(Vref)，所述比較器(410)的第二輸入端連 接所述二極管(D1，D2)的負(fù)極，所述比較器(410)用于比較所述二極管(D1，D2)輸出的電 壓(V。)與所述參考電壓源(Vref)輸出的電壓后產(chǎn)生所述關(guān)斷信號(hào)(VcJ，所述脈寬處理器 (610)使所述開(kāi)通信號(hào)(Vpulse)的占空比等于或小于所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)的占空比；所述或 門(mén)(530)的第一輸入端與所述第一開(kāi)關(guān)(S1，S2)的控制端之間串聯(lián)所述脈寬處理器(610)， 所述或門(mén)(530)的第二輸入端連接所述比較器(410)的輸出端，所述或門(mén)(530)的輸出端 連接所述第二開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)的控制端；所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)的驅(qū)動(dòng)方式為當(dāng)所述LLC串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)工作頻 率范圍內(nèi)，所述電流互感器(CT1，CT2)采樣的電流信號(hào)通過(guò)所述采樣電阻(R2，R4)轉(zhuǎn)換為 電壓信號(hào)，經(jīng)所述二極管(D1，D2)輸出為電壓(V。)，通過(guò)所述比較器(410)與所述參考電壓 源(Vref)的電壓(Vref)進(jìn)行比較產(chǎn)生所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)，所述關(guān)斷信號(hào)(V。。m)和另一個(gè) 所述開(kāi)通信號(hào)(VpulJ經(jīng)過(guò)所述或門(mén)(530)處理之后獲得完整的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述第二 開(kāi)關(guān)(Ql，Q2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，還包括當(dāng)所述LLC串聯(lián)諧振變換器工作在整個(gè)工作頻率范圍時(shí)，利用所述開(kāi)通信號(hào)(VpulJ來(lái) 驅(qū)動(dòng)所述第二開(kāi)關(guān)(Q1，Q2)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種LLC串聯(lián)諧振變換器及其驅(qū)動(dòng)方法，一種LLC串聯(lián)諧振變換器，包括一個(gè)橋式電路，耦接于輸入電壓，由至少兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)構(gòu)成；一個(gè)諧振電路，耦接于橋式電路，受第一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)；一個(gè)變壓器，耦接于諧振電路；一個(gè)整流電路，其包括兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路，分別包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，耦接于變壓器的副邊的兩端，用于提供LLC串聯(lián)諧振變換器的電壓輸出；一個(gè)關(guān)斷電路，用于向第二開(kāi)關(guān)提供關(guān)斷信號(hào)，其包括一個(gè)電流互感器，串接于變壓器的副邊與兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)之間，用于測(cè)量流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)的源-漏極支路的電流以產(chǎn)生關(guān)斷信號(hào)；一個(gè)脈寬處理器，用于減小第一開(kāi)關(guān)的控制端的變壓器原邊功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比后，得到開(kāi)通信號(hào)提供給第二開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101895201SQ20101023805
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者王靜, 范杰 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司