专利名称：谐振变换器的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种谐振变换器的控制方法和装置。
背景技术：
高效率高功率高密度是电力电子产品的一个重要的发展趋势。LLC (Lr, Lm, Cr的缩写，它们分别代表谐振参数中的谐振电感、励磁电感和谐振电容)谐振变换器由于在变换效率和功率密度方面具有突出的优势，从而得到很多开关电源行业人员的青睐，具体而言，LLC谐振变换器的优点包括以下三点I) LLC谐振变换器的谐振元件工作在正弦谐振状态的时候，开关管上的电压自然过零，在变频的范围内都能够实现原边开关管的零电压开通与关断，所以电源损耗很小；2)由于电源损耗很小，所以LLC谐振变换器的工作频率可以做得比较高，因此可有效减小变换器的体积降低制造变换器的成本，同时提高了变换器的功率密度；3)由于LLC谐振变换器的副边二极管可以实现自然的关断，因此消除了副边电压尖峰，降低了关断所造成的电源损耗。然而，由于LLC谐振变换器在采用低压轻载输出时一般采用的是调宽或者移相的控制方式，无论是采用调宽的控制方式还是采用移相的控制方式，都不能在全负载范围内很好地实现变压器原边开关管的软开关。目前，根据数字控制由于具有很强适应性和灵活性的优点，并具备直接监控、处理并适用系统条件的能力，还可以通过远程诊断以确保持续的系统可靠性，实现故障管理、自动冗余以及在线升级等功能，因此数字控制在开关电源领域得到了越来越广泛的应用。目前，通过数字处理器对谐振变换器进行控制的步骤如图1所示包括S102 :判断LLC谐振变换器的工作状态，如果LLC谐振变换器处于开机且无故障发生，则执行步骤S104，否则，转而执行SI 12 ；S104 :数字处理器的采样电路对谐振变换电路的输出信号进行采样；S106:数字处理器根据预设的给定量和采样得到的信号进行比较，进而得到电压补偿控制信号；S108 :数字处理器对得到的电压补偿控制信号进行比较判断确定对LLC谐振变换器的控制方式，生成相应的脉宽调制信号；SllO :驱动电路对上述脉宽调制信号进行放大，驱动LLC谐振变换电路工作，结束本流程；S112 :数字处理器中的脉宽调制模块封锁驱动电路，LLC谐振电路停止工作，结束本流程。由上述方法可以看出在一个中断算法周期内，数字处理器需要通过实现补偿环路的电压输出，并通过此电压输出转换成相应的脉宽调制信号，完成一个完整的DC/DC变换器应该具备恒压、限流、恒功率甚至限流回缩等功能。目前，补偿环路都在数字处理器的算法中断过程中执行，由于成本的限制，运用在LLC谐振变换器控制上的数字处理器的主频一般不会很高，而LLC谐振变换器的最高工作频率一般在200KHz甚至300KHz以上。由此可知，由于数字处理器在一个中断算法周期内需要处理的步骤太多，因此在谐振变换器频率很高的时候，在一个脉宽调制周期内数字处理器无法完成对整个反馈控制运算的处理，也就不可能在每个脉宽调制周期上都对LLC谐振变换器进行控制，从而使得对LLC谐振变换器的控制产生延时，进而使得整个环路的相位产生衰减，环路带宽变窄，同时，对输出直接的影响是使输出电压的峰峰值杂音和电话衡重等指标很难得到优化。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种谐振变换器的控制方法和装置，以至少解决在谐振变换器工作频率很高的情况下由于数字处理器难以在一个脉宽调制周期内执行完一次反馈控制运算造成的反馈控制产生延时的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种谐振变换器的控制方法，包括对谐振变换电路的模拟输出信号进行采样；将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号；将模拟补偿信号转换成数字补偿信号，并根据数字补偿信号对谐振变换电路进行反馈控制。进一步的，将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号的步骤包括将采样得到的电压信号经过电压环补偿电路得到电压模拟补偿信号；或者将采样得到的电流信号经过电流环补偿电路得到电流模拟补偿信号。进一步的，将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号的步骤包括将采样得到的电压信号经过电压环补偿电路得到电压模拟补偿信号，以及将采样得到的电流信号经过电流环补偿电路得到电流模拟补偿信号；将电压模拟补偿信号与电流模拟补偿信号进行比较；若电压模拟补偿信号小于电流模拟补偿信号，则将电压模拟补偿信号作为模拟补偿信号进行输出；否则，将电流模拟补偿信号作为模拟补偿信号进行输出。进一步的，将模拟补偿信号转换成数字补偿信号的步骤包括将模拟补偿信号进行模数转换得到数字信号；将数字信号的值与预定阈值进行比较；根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成作为数字补偿信号的脉宽调制信号。进一步的，根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成作为数字补偿信号的脉宽调制信号的步骤包括当数字信号小于第一预定阈值时，采用移相方式生成作为数字补偿信号的脉宽调制信号；当数字信号大于等于第一预定阈值小于第二预定阈值时，采用移相调频方式生成作为数字补偿信号的脉宽调制信号；当数字信号大于等于第二预定阈值时，采用调频方式生成作为数字补偿信号的脉宽调制信号。根据本发明的另一方面，提供了一种谐振变换器的控制装置，包括谐振变换电路，用于输出模拟输出信号；采样电路，用于对谐振变换电路的模拟输出信号进行采样；模拟补偿电路，用于对采样得到的信号进行补偿得到模拟补偿信号；数字处理器，用于将模拟补偿信号转换成数字补偿信号，并根据数字补偿信号对谐振变换电路进行反馈控制。进一步的，模拟补偿电路包括电压环补偿电路，用于对采样得到的电压信号补偿得到电压模拟补偿信号；或者电流环补偿电路，用于对采样得到的电流信号补偿得到电流模拟补偿信号。进一步的，模拟补偿电路包括电压环补偿电路，用于对采样得到的电压信号补偿得到电压模拟补偿信号；电流环补偿电路，用于对采样得到的电流信号补偿得到电流模拟补偿信号；比较电路，用于将电压模拟补偿信号与电流模拟补偿信号进行比较；若电压模拟补偿信号小于电流模拟补偿信号，则将电压模拟补偿信号作为模拟补偿信号进行输出；否则，将电流模拟补偿信号作为模拟补偿信号进行输出。进一步的，数字处理器包括模数转换单元，用于将模拟补偿信号进行模数转换得到数字信号；比较单元，用于将数字信号的值与预定阈值进行比较；生成单元，用于根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成用于反馈控制的脉宽调制信号。进一步的，谐振变换器的控制装置还包括驱动电路，用于根据脉宽调制信号生成控制信号，并输出给谐振变换电路。在本发明中，采用一种数模混合的谐振变换器控制方法，通过模拟补偿电路完成对环路的补偿，从而使得数字处理器只需要将模拟补偿电路的输出转换为相应的脉宽调制信号，从而缩短了数字处理器执行反馈控制运算的时间，能够做到在每个脉宽调制周期内都对谐振电路进行控制，解决了在谐振变换器工作频率很高的情况下由于数字处理器难以在一个脉宽调制周期内执行完一次反馈控制运算造成的反馈控制产生延时的问题，达到了能够做到在每个脉宽调制周期内都对谐振电路进行控制的目的，从而保证了对谐振电路进行控制的稳定性和实时性。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据现有技术的一种谐振变换器的控制方法的流程图；图2是根据本发明实施例的谐振变换器的控制装置的一种优选结构框图；图3是根据本发明实施例的谐振变换器的控制装置的另一种优选结构框图；图4是根据本发明实施例的三种控制方式对应的电压控制信号和开关频率之间的关系不意图；图5是根据本发明实施例的三种控制方式对应的电压控制信号和占空比之间的关系不意图；图6是根据本发明实施例的谐振变换器的控制装置的一种优选流程图；图7是根据本发明实施例的谐振变换器的控制方法的一种优选结构框图；图8是根据本发明实施例的一种优选的电压环补偿电路示意图；图9是根据本发明实施例的一种优选的电流环补偿电路示意图；图10是根据本发明实施例的工作在调频区间时的脉宽调制信号示意图；图11是根据本发明实施例的工作在移相区间时的脉宽调制信号示意图；图12是根据本发明实施例的谐振变换器的控制方法的另一种优选流程图。
具体实施例方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1
如图2所示，本发明提供了一种优选的谐振变换器的控制装置，该装置包括谐振变换电路202 ;采样电路204，直接与谐振变换电路202连接，或者通过负载与谐振变换电路202连接；模拟补偿电路206，与采样电路204连接；数字处理器208，与模拟补偿电路206连接；以及，驱动电路210，与谐振变换电路202和数字处理器208连接。其中，数字处理器208包括模数转换单元2082，与模拟补偿电路206连接；生成单元2086，与驱动电路210连接；比较单元2084，与模数转换单元2082以及生成单元2086相连；以及，给定单元2088，与模拟补偿电路206连接。在本发明的一个优选实施方式中，通过模拟补偿电路206完成对环路的补偿，从而使得数字处理器208只需要将模拟补偿电路206的输出转换为相应的脉宽调制信号，从而缩短了数字处理器208中断算法的执行时间，解决了在谐振变换器工作频率很高的情况下由于数字处理器难以在一个脉宽调制周期内执行完一次反馈控制运算造成的反馈控制产生延时的问题，达到了能够做到在每个脉宽调制周期内都对谐振电路进行控制的目的，从而保证了对谐振电路进行控制的稳定性和实时性。基于图2所示的装置，本发明提供了一个优选的谐振变换器的控制方法，在本优选实施例所涉及的控制方法中，以采样信号为电压信号为例进行说明，但是本发明不限于此，上述采样信号也可以是电流信号。下面将结合图2和图3来描述本实施例中的谐振变换器的控制方法，其包括步骤S1-S8 S1:在每个脉宽调制周期中断程序开始时，判断LLC谐振变换器的工作状态，如果LLC谐振变换器处于开机且无故障发生，则执行步骤S2，否则，转而执行S8。S2 :采样电路204对谐振变换电路202输出的电压模拟输出信号进行采样，得到电
压V。。S3 :模拟补偿电路206对给定单元2088给定的电压给定量Vg和采样得到的电压信号V。进行比较，根据比较结果对采样得到的电压信号V。进行补偿得到模拟补偿信号vf，然后，将得到的模拟补偿信号Vf输出给数字处理器208中的模数转换单元2082。S4 :模数转换单元2082对模拟补偿信号Vf进行模数转换，以便将模拟补偿信号Vf转换得到数字信号，并将得到的数字信号传输给比较单元2084。S5 比较单元2084将转换得到的数字信号和预定的阈值进行比较。S6 :生成单元2086根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成用于所述反馈控制的脉宽调制信号。在本发明的优选实施例中，谐振变换器202 (例如，LLC谐振变换器)的工作方式包括定频移相、移相调频和调频三种，基于这三种工作方式，对于定频移相、移相调频和调频三种工作和预先设定的固定电压(或者是电流，功率等)存在如图4-5所示的关系。基于图4-5所示的关系，比较单元2084将转换得到的数字信号和预定的阈值进行比较的步骤可以包括当电压控制信号(例如，上述步骤S4中转换得到的数字信号)小于固定电压Vl (第一预定阈值)时，采用定频移相控制，LLC谐振变换器工作的开关频率保持最大值(fmax)不变，移相占空比随电压控制信号线性变化，电压控制信号越小，移相占空比D越小；当电压控制信号(例如，S4中转换得到的数字信号)大于等于固定电压Vl但小于固定电压V2(第二预定阈值)时，采用调频移相控制，移相占空比和开关频率均随电压控制信号线性变化，电压控制信号越小，移相占空比D越小，开关频率越高；当电压控制信号大于等于固定电压V2时，采用调频控制方式，移相占空比为最大值Dmax不变，开关频率随电压控制信号线性变化，电压控制信号越大，开关频率越低。图6进一步示出了上述步骤S5和S6中的生成用于所述反馈控制的脉宽调制信号的方案，具体而言，如图6所示，当判断LLC谐振变换器202工作状态为开机且无故障发生时，采样电路204采样模拟补偿信号(Vf)，将采样得到的数字信号和预定的阈值进行比较，根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成用于所述反馈控制的脉宽调制信号。具体判断步骤包括:当所述数字信号(Vf)小于第一预定阈值(Vl)时，采用移相方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号；当所述数字信号大于等于所述第一预定阈值小于第二预定阈值(V2)时，采用移相调频方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号；当所述数字信号大于等于所述第二预定阈值时，采用调频方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号。优选的，电压环补偿电路如图8所示，将给定单元2088给定的电压给定量Vg和采样得到的电压信号V。进行比较，求取误差；然后经过一个双零点、三极点的III型补偿放大器，得到一个经过放大补偿过的电压信号Vf。优选的，III型补偿放大器的传递函数如下式所示:
权利要求
1.一种谐振变换器的控制方法,其特征在于,包括: 对谐振变换电路的模拟输出信号进行采样； 将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号； 将所述模拟补偿信号转换成数字补偿信号，并根据所述数字补偿信号对所述谐振变换电路进行反馈控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号的步骤包括: 将采样得到的电压信号经过电压环补偿电路得到电压模拟补偿信号；或者 将采样得到的电流信号经过电流环补偿电路得到电流模拟补偿信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号的步骤包括: 将采样得到的电压信号经过电压环补偿电路得到电压模拟补偿信号，以及将采样得到的电流信号经过电流环补偿电路得到电流模拟补偿信号； 将所述电压模拟补偿信号与所述电流模拟补偿信号进行比较； 若所述电压模拟补偿信号小于所述电流模拟补偿信号，则将所述电压模拟补偿信号作为所述模拟补偿信号进行输出；否则，将所述电流模拟补偿信号作为所述模拟补偿信号进行输出。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述模拟补偿信号转换成数字补偿信号的步骤包括: 将所述模拟补偿信号进行模数转换得到数字信号； 将所述数字信号的值与预定阈值进行比较； 根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号的步骤包括: 当所述数字信号小于第一预定阈值时，采用移相方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号； 当所述数字信号大于等于所述第一预定阈值小于第二预定阈值时，采用移相调频方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号； 当所述数字信号大于等于所述第二预定阈值时，采用调频方式生成作为所述数字补偿信号的脉宽调制信号。
6.一种谐振变换器的控制装置，其特征在于，包括: 谐振变换电路，用于输出模拟输出信号； 采样电路，用于对所述谐振变换电路的模拟输出信号进行采样； 模拟补偿电路，用于对采样得到的信号进行补偿得到模拟补偿信号； 数字处理器，用于将所述模拟补偿信号转换成数字补偿信号，并根据所述数字补偿信号对所述谐振变换电路进行反馈控制。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模拟补偿电路包括: 电压环补偿电路，用于对采样得到的电压信号补偿得到电压模拟补偿信号；或者电流环补偿电路，用于对采样得到的电流信号补偿得到电流模拟补偿信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模拟补偿电路包括: 电压环补偿电路，用于对采样得到的电压信号补偿得到电压模拟补偿信号； 电流环补偿电路，用于对采样得到的电流信号补偿得到电流模拟补偿信号； 比较电路，用于将所述电压模拟补偿信号与所述电流模拟补偿信号进行比较；若所述电压模拟补偿信号小于所述电流模拟补偿信号，则将所述电压模拟补偿信号作为所述模拟补偿信号进行输出；否则，将所述电流模拟补偿信号作为所述模拟补偿信号进行输出。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数字处理器包括: 模数转换单元，用于将所述模拟补偿信号进行模数转换得到数字信号； 比较单元，用于将所述数字信号的值与预定阈值进行比较； 生成单元，用于根据比较得到的结果采用相应的控制方式生成用于所述反馈控制的脉宽调制信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括:驱动电路，用于根据所述脉宽调制信号生成控制信号 ，并输出给所述谐振变换电路。
全文摘要
本发明公开了一种谐振变换器的控制方法和装置，其中，该方法包括对谐振变换电路的模拟输出信号进行采样；将采样得到的信号经过模拟补偿电路得到模拟补偿信号；将模拟补偿信号转换成数字补偿信号，并根据数字补偿信号对谐振变换电路进行反馈控制。本发明解决了在谐振变换器工作频率很高的情况下由于数字处理器难以在一个脉宽调制周期内执行完一次反馈控制运算造成的反馈控制产生延时的问题，达到了能够做到在每个脉宽调制周期内都对谐振电路进行控制的目的，从而保证了对谐振电路进行控制的稳定性和实时性。
文档编号H02M3/00GK103078492SQ20111032980
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者王明金, 万正海, 张伟, 刘辉 申请人:中兴通讯股份有限公司