用于改进llc转换器中的负载瞬变响应的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本文提供用于改进LLC转换器中的负载瞬变响应的方法和系统。该方法包括将电流感测电路耦合到LLC转换器的输出，感测LLC转换器的负载电流，以及基于所感测负载电流来增加功率因数校正(PFC)电路输出的设定点电压。
【专利说明】用于改进LLC转换器中的负载瞬变响应的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请N0.61/793907的权益，通过引用将其完整地结合于此。
【技术领域】
[0002]一般来说，本发明的领域涉及电感器-电感器-电容器(LLC)转换器，更具体来说，涉及改进使用LLC转换器的负载瞬变响应。
【背景技术】
[0003]采用前端功率因数校正(PFC)电路和LLC DC/DC转换器的整流器调整PFC输出电压，以增加整个转换器系统的效率。在这类系统中，通过操作LLC转换器在其串联谐振频率附近，来增加效率。在输出负载变化期间，LLC转换器迅速调整输出电压，从而使其控制器饱和并且达到最小频率，这相当于达到PWM控制器中的99%占空比的最大值。由于升压(boost)响应缓慢，所以输出电压因为PFC输出电压下降而下跌。
[0004]增加效率的另一种已知方法通常涉及采用分开的光耦合器电路向PFC控制器传送输出负载电流信息，以便在负载瞬变期间调整PFC输出电压，或者使用较快的通信端口在主要与辅助数字信号处理器(DSP)之间传递数据。又一种已知方法在LLC转换器的初级侧使用电流感测变压器。这类已知方法通常要求附加的高成本组件，这常常缺乏LLC转换器操作所需的响应时间。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，提供一种用于改进LLC转换器中的负载瞬变响应的方法。该方法包括将电流感测电路耦合到LLC转换器的输出，感测LLC转换器的负载电流，以及基于所感测负载电流来增加功率因数校正(PFC)电路输出的设定点电压。
[0006]在一个实施例中，所述方法还包括由所述电流感测电路在所述LLC转换器的输出电压开始下跌之前自动响应负载电流的变化。
[0007]在另一个实施例中，提供一种电感器-电感器-电容器(LLC)转换器，所述转换器包括功率因数校正(PFC)电路、电流感测电路以及耦合到电流感测电路的升压控制器。电流感测电路配置成感测LLC转换器的负载电流。升压控制器耦合到电流感测电路，并且配置成激活PFC电路开关以增加PFC电路输出的设定点电压。
[0008]在一个实施例中，所述转换器还包括谐振电容器，其中所述电流感测电路耦合在所述谐振电容器两端。
[0009]在一个实施例中，所述电流感测电路配置成感测所述谐振电容器上的负载电流。
[0010]在一个实施例中，所述升压控制器包括配置成接收来自所述电流感测电路的模拟信号的模数(A/D)转换器。
[0011]在一个实施例中，所述A/D转换器还配置成:将所述模拟信号转换成数字信号；以及将所述数字信号传送给所述升压控制器的数字信号处理器(DSP)。
[0012]在一个实施例中，所述DSP包括配置成激活所述PFC电路开关的脉宽调制器。
[0013]在一个实施例中，所述电流感测电路配置成在所述LLC转换器的输出电压开始下跌之前自动响应负载电流的变化。
[0014]在又一个实施例中，提供一种交流(AC)-直流(DC)转换器，所述转换器包括整流器、耦合到整流器的PFC电路以及耦合到PFC电路的电感器-电感器-电容器(LLC)转换器。LLC转换器包括:配置成感测LLC转换器的负载电流的电流感测电路；以及耦合到电流感测电路的升压控制器。升压控制器配置成激活PFC电路开关，以增加PFC电路输出的设定点电压。
[0015]在一个实施例中，所述转换器还包括谐振电容器，其中所述电流感测电路耦合在所述谐振电容器两端。
[0016]在一个实施例中，所述升压控制器包括配置成接收来自所述电流感测电路的模拟信号的模数(A/D)转换器。
[0017]在一个实施例中，所述电流感测电路配置成在所述LLC转换器的输出电压开始下跌之前自动响应负载电流的变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是交流(AC) -直流(DC)转换器的一个实施例的框图。
[0019]图2是不出已知LLC转换器中输出负载变化期间的输出电流中的偏离的图表。
[0020]图3是示出如图1所示的具有电流感测电路和升压控制器的LLC转换器中的输出电流中的偏离的图表。
【具体实施方式】
[0021]图1是交流(AC)-直流(DC)转换器100的一个实施例的框图。在一个示范实施例中，AC-DC转换器100包括整流器110、功率因数校正(PFC)电路120和DC/DC转换器130。
[0022]在一个示范实施例中，整流器110配置成接收AC输入，并且生成DC输出。AC输入可来自常规电源，诸如墙上插座或者使整流器110能够按照本文所述来工作的任何其它电源。整流器110可以是常规整流器。在一个示范实施例中，整流器110是全桥整流器。在一个备选实施例中，整流器110可以是半桥整流器。
[0023]在一个示范实施例中，PFC电路120配置成接收并且调节由整流器110生成的DC输出。PFC电路120包括输入电感器124(L)、输出二极管126 (Dl)和输出电容器128(C)。在一个实施例中，PFC电路120升高来自整流器110的DC输出。PFC电路120配置成采用主电力开关122 (Qbtrast)来升高DC输入电压并且生成DC输出电压。
[0024]DC/DC转换器130接收来自PFC电路120的经调节的DC输出，并且将其转换成不同DC电压，以提供DC转换器输出。DC/DC转换器130可以是常规DC/DC转换器。在一个示范实施例中，DC/DC转换器130是谐振转换器，诸如例如LLC转换器131。LLC转换器131可以是单级转换器或者可以是多级转换器。LLC转换器131包括LLC MOSFET (Q1) 132和(Q2) 133、谐振电感器(Lr) 134、谐振电容器(Cr) 135以及变压器(TX) 136。
[0025]在一个示范实施例中，AC-DC转换器100还包括电流感测电路(Vsm) 140。电流感测电路140间接感测经由变压器136的初级侧上的谐振电容器135的负载电流。负载电流用来得到PFC电路120的输出的较高设定点电压。电流感测电路140定位成使得它没有跨越隔离边界，得到的结果是较低成本和系统复杂度。响应负载的变化，电流感测电路140通过在转换器100的输出功率变化发生之前向升压控制器150传送所感测电流来自动响应。
[0026]在一个示范实施例中，升压控制器150包括模数(A/D)转换器152或者电平检测器(未示出)，其感测LLC转换器130的初级侧的电压，并且使用阶跃变化信息来升起升压电压。升压控制器150还包括数字信号处理器(DSP) 154，DSP 154耦合到A/D转换器152的输出。DSP 154作为典型的脉宽调制器(PWM)来操作。DSP 154配置成生成控制信号，以激活(即，接通)和去活(即，关断)主开关122。DSP 154还激活开关122，以生成PFC电路120的较高设定点电压。
[0027]图2是示出已知LLC转换器中输出负载变化期间的输出电流中的偏离的图表。图3是示出具有电流感测电路140和升压控制器150(图1所示)的LLC转换器中的输出电流中的偏离的图表。
[0028]参照图2，当输出负载的变化发生时，大偏离在输出电流200中发生。在示范实施例中，输出电流在I毫秒的转换器恢复时间从2.5A偏离到27.5A。在大约4毫秒，升压响应的滞后发生，从而引起转换器的输出电压中的400V升压纹波202。
[0029]参照图3，电流感测电路140作为LLC转换器130的输出电流302的瞬变跟踪器300来操作。当输出电流偏离时，瞬变跟踪器300跟踪偏离，并且基于跟踪信息来采取动作。这包括将所感测电流变化馈送到升压控制器150。电流感测电路140对于负载正在转变的了解使升压响应能够在输出电压开始下跌之前开始激活PFC电路110。
[0030]本文所述的实施例便于改进具有PFC校正电路的LLC DC/DC转换器的负载瞬变响应时间。通过使用电流感测电路间接地感测经由谐振电容器的负载电流并且将电流信号传送给DSP，信号不必跨越变压器的隔离边界，从而得到更快的响应时间。间接感测负载电流消除了对于LLC转换器的初级侧上的电流感测变压器的需要，这使得减少了组件的尺寸和成本以及操作。
[0031]本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构要素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构要素，则它们预期是在权利要求的范围之内。
[0032]配件表
【权利要求】
1.一种改进电感器-电感器-电容器(LLC)转换器中的负载瞬变响应的方法，所述方法包括: 将电流感测电路耦合到所述LLC转换器的输出； 感测所述LLC转换器的负载电流；以及 基于所感测负载电流来增加功率因数校正(PFC)电路输出的设定点电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中，耦合电流感测电路包括将所述电流感测电路耦合在所述LLC转换器的谐振电容器两端。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述LLC转换器包括变压器，所述方法还包括将所述谐振电容器耦合在所述变压器的初级侧。
4.如权利要求3所述的方法，其中，感测负载电流包括间接感测所述谐振电容器上的负载电流。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述LLC转换器包括升压控制器，所述方法还包括将所感测电流馈送到所述升压控制器。
6.如权利要求5所述的方法，还包括将所述所感测电流作为模拟信号馈送到所述升压控制器的模数(A/D)转换器。
7.如权利要求6所述的方法，还包括: 将所述模拟信号转换成数字信号；以及 将所述数字信号传送给所述升压控制器的数字信号处理器(DSP)。
8.如权利要求7所述的方法，还包括对所述数字信号进行脉宽调制，以激活与所述PFC电路关联的开关。
9.一种电感器-电感器-电容器(LLC)转换器,包括: 功率因数校正(PFC)电路； 电流感测电路，配置成感测所述LLC转换器的负载电流；以及 升压控制器，耦合到所述电流感测电路，所述升压控制器配置成激活PFC电路开关以增加所述PFC电路输出的设定点电压。
10.一种交流(AC)-直流(DC)转换器，包括: 整流器； 耦合到所述整流器的功率因数校正(PFC)电路；以及 耦合到所述PFC电路的电感器-电感器-电容器(LLC)转换器，所述LLC转换器包括: 电流感测电路，配置成感测所述LLC转换器的负载电流；和 耦合到所述电流感测电路的升压控制器，所述升压控制器配置成激活PFC电路开关以增加所述PFC电路输出的设定点电压。
【文档编号】H02M1/42GK104052297SQ201410096783
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】R.雷迪 申请人:通用电气公司