谐振转换器的启动期间的涌入电流控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直流/直流转换器。更具体地，本发明涉及谐振直流/直流转换器的软启动控制方案。
【背景技术】
[0002]针对谐振直流到直流转换器(例如，LLC或LLCLL谐振转换器)的使用高侧开关脉冲宽度调制(PWM)控制、低侧开关PWM控制或任何其他不对称PWM控制的已知软启动控制方案需要在启动之前对谐振转换器中的初始条件进行考虑。例如，如果使用高侧开关PMW控制(即，高侧开关以可变占空比进行操作，而低侧开关以全占用比进行操作)，将通过低侧开关两端的初始电压来确定涌入电流。初始电压越高，则涌入电流将越大。
[0003]大的涌入电流会在谐振转换器的启动期间导致一个或更多个以下问题:
[0004]I)高初始电流会导致谐振转换器的输入电容器(即谐振电容器)中的过压瞬态，这会缩短输入电容器的寿命。
[0005]2)大涌入电流会缩短谐振转换器的输入开关(即，初级侧开关)的寿命。
[0006]3)大涌入电流还会使谐振转换器的谐振电感器饱和。从而，涌入电流会由于谐振电感器被饱和而增加。
[0007]4)大涌入电流会导致在软启动谐振转换器的初始阶段期间在谐振转换器的输出处出现谐振(例如大的纹波电压)。
[0008]Sun等人(U.S.8，018，740)教导了在LLC谐振转换器的启动期间用固定频率和可变脉冲占空比操作模式来操作LLC谐振转换器。Sun等人的LLC谐振转换器一完成启动(例如，当在与LLC谐振转换器的输出相连的负载处达到预定电压时)就切换至可变频率和固定脉冲占空比操作模式。也就是说，在启动期间，Sun等人的LLC谐振转换器以PWM模式来操作，使得仅占空比是受控制的而LLC谐振转换器的频率保持固定，然后在启动之后切换至脉冲频率调制(PFM)模式。
[0009]因此，Sun等人的控制方案的一个缺点在于:针对LLC谐振转换器使用商用控制集成电路(IC)的该方案的实现是困难的，原因在于LLC谐振转换器的LLC的传统控制IC通常不包括可变脉冲占空比能力。因此，尽管该方案可以有效地限制LLC谐振转换器中的涌入电流，仍需要外部电路来控制高侧和低侧开关来以可变占空比操作。这种外部电路需要复杂的实施方式来满足高侧开关的隔离需求。Sun等人的控制方案的另一个缺点是启动期间软切换的损失，其针对栅极驱动设计需要特殊考虑。
[0010]Feng等人(“Optimal Trajectory Control of Resonat LLC Converter for SoftStart-Up)教导了使用不对称的电流限制带来稳定初始电压和电流电平的LLC谐振转换器的控制方案。因为在不对称的电流限制带内控制Feng等人的启动电流，在启动期间不存在涌入电流。因此，Feng等人的控制方案的一个缺点在于需要不对称的电流限制带来实现不对称的电流限制带，不对称的电流限制带增加了包括Feng等人的控制方案的系统的总成本。Feng等人的控制方案的另一个缺点在于:该控制方案仅适用于如图1所示的具有单个谐振电容器的半桥LLC谐振转换器，而不适用于具有分离的谐振电容器的半桥LLC谐振转换器。
【发明内容】
[0011]为了克服上述问题，本发明的优选实施例为可变频率谐振转换器提供了软启动控制方案，以克服在传统谐振转换器启动期间发生的上述问题。根据本发明的优选实施例的软启动控制方案通过针对一个开关(高侧或低侧)使用泄放设备和执行可变占空比控制来限制涌入电流和降低瞬态过压，来设置谐振转换器的初始条件，谐振转换器的初始条件优选地包括在启动谐振转换器之前将电容器的电压设置为零或接近零。如果泄放设备是泄放电阻器，则泄放电阻器R优选地具有非常大的电阻，并因此对谐振转换器的正常操作的作用忽略不计。
[0012]根据本发明的第一优选实施例的一种使用软启动的转换器，包括:变压器；第一和第二开关，第一和第二开关与变压器连接来为变压器供电；控制器，控制器与第一和第二晶体管连接，并且被布置为:在转换器启动期间，以可变占空比来切换第一开关，并以固定占空比或具有比第一开关的可变占空比的脉冲更大的脉冲的可变占空比来切换第二开关；以及泄放设备，被布置为通过在启动之前对转换器中的电容器放电，来在转换器启动之前设置转换器的初始条件。
[0013]泄放设备优选地与第二开关并联。
[0014]优选地，或者:
[0015]I)第一开关是高侧开关且第二开关是低侧开关；或者
[0016]2)第一开关是低侧开关且第二开关是高侧开关。
[0017]转换器优选地还包括串联的第一和第二电容器；其中第一电容器优选地与第一晶体管连接以及其中第二电容器优选地与第二晶体管连接。优选地，泄放设备与第二电容器并联；以及第二电容器是转换器中的在启动之前由泄放设备来放电的电容器。
[0018]优选地，要么
[0019]I)第一开关是高侧开关；
[0020]2)第二开关是低侧开关；
[0021 ] 3)第一电容器是高侧电容器；以及
[0022]4)第二电容器是低侧电容器；
[0023]要么
[0024]I)第一开关是低侧开关；
[0025]2)第二开关是高侧开关；
[0026]3)第一电容器是低侧电容器；以及
[0027]4)第二电容器是高侧电容器。
[0028]泄放设备优选地在启动之前将转换器中的电容放电至零或接近零。转换器优选地还包括谐振电感器。优选地，谐振电感器是分立电感器或变压器的漏电感。优选地，泄放设备包括电阻器或开关。转换器优选地是谐振转换器。对第一开关的切换优选地是中心对齐的、左对齐的或右对齐的。
[0029]根据发明的优选实施例的一种针对转换器的软启动方法，包括以下步骤:提供包括以下部件的转换器:变压器和第一和第二开关，第一和第二开关与变压器连接来为变压器供电；在启动转换器之前，通过在启动之前对转换器中的电容器放电来设置转换器的初始条件；以及在转换器启动期间，以可变占空比来切换第一开关，并以固定占空比或具有比第一开关的可变占空比的脉冲更大的脉冲的可变占空比来切换第二开关。
[0030]优选地使用与第二开关并联的泄放设备来执行设置初始条件步骤。
[0031]转换器还优选地包括串联的第一和第二电容器；其中第一电容器优选地与第一晶体管连接；以及第二电容器优选地与第二晶体管连接；以及使用与第二电容器并联的泄放设备来执行设置初始条件步骤。
[0032]优选地，在启动之前将转换器中的电容器放电到零或接近零。转换器优选地是谐振转换器。
[0033]根据以下对本发明的优选实施例的详细说明并参照附图，本发明的以上的和其他的特征、单元、特性、步骤和优点将变得更加明显。
【附图说明】
[0034]图1是具有单个谐振电容器Cr的传统半桥LLC谐振转换器的电路图。
[0035]图2是具有添加的泄放电阻器R的对称半桥LLC谐振转换器的电路图。
[0036]图3A-3D示出了在使用不具有泄放电阻器R的高侧PWM的软启动期间的波形。
[0037]图4A-4D示出了在使用具有泄放电阻器R的高侧PWM的软启动期间的波形。
[0038]图5是具有用于高侧PWM的与低侧谐振电容器C2并联的泄放电阻器R的转换器的电路图。
[0039]图6是具有用于高侧PWM的与低侧开关Q2并联的泄放电阻器R的转换器的电路图。
[0040]图7A-7C示出了仅对于高侧开关Ql具有可变占空比控制的栅极驱动信号。图7A示出了中心对齐的占空比，图7B示出了左对齐的占空比，并且图7C示出了右对齐的占空比。
[0041]图8是具有用于低侧PWM的与高侧谐振电容器Cl并联的泄放电阻器R的转换器的电路图。
[0042]图9是具有用于低侧P