专利名称：交错并联llc谐振变换器控制装置和方法
技术领域：
本发明属于通信电源及LED照明领域，特别涉及一种并联LLC谐振变换器的控制装置和方法。
背景技术：
LLC谐振变换器具有高效率，宽频率范围调制以及可靠性高的特点，逐步取代全桥移相拓扑作为通信、服务器以及照明电源的主电路。LLC谐振变换器原边的MOS管能够在较宽的频率范围内实现零电压开通，并能跟随原边输入电压的升高而提升自身的效率，更适合工作于功率因数校正电路的后端。由于半桥LLC谐振变换器仅适合用于3KW以下功率的传输，故采用并联运行的LLC谐振变换器能满足3KW以上功率的传输。常用LLC谐振变换器控制芯片因主控芯片设计等因素，不适合工作于大功率场合，故通常采用数字信号处理芯片作为主控芯片对电路进行控制。数字信号处理芯片具有调试方便，可编程性强的优点，但同时带来了成本高，外围硬件控制电路复杂以及抗干扰性差的缺点。常用并联运行的DC-DC拓扑，须增加电流均流环以保证两个及以上电路的均流化，使用硬件调节增加了电路的复杂度，使用软件调节则增加了 AD 口与运算时间，不利于电路的高频化。
发明内容
本发明的目的在于针对现有控制方案成本较高及控制复杂的缺陷，提供了一种交错并联运行LLC谐振变换器控制装置和方法。利用芯片UCC3895死区0-100%调整以及延迟可控的特点，通过合理的硬件设计对并联运行的LLC谐振变换器不同区域进行分类控制 当电路工作在启动或轻载空载状态时，芯片UCC3895对电路进行调脉宽定频控制，通过反馈电路对主控芯片PWM输出的死区进行调整，等效于调脉宽控制；当电路工作在额定负载或重载时，芯片UCC3895对电路进行调频定脉宽控制。为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种交错并联LLC谐振变换器的控制装置，包括一套交错并联LLC谐振变换器，其特征在于通过一个基于全桥移相芯片UCC3895的控制电路控制一套交错并联LLC谐振变换器主电路。当电路工作于轻载时，通过死区反馈补偿环节调整芯片UCC3895的输出脉宽；当电路工作于重载时，通过调频反馈补偿环节调整芯片UCC3895的输出频率，并通过修改交错并联LLC谐振变换器主电路的耦合变压器原边端连接方式，改进副边电路的均流。基于全桥移相芯片UCC3895的控制电路包括一个芯片UCC3895、一个LLC三型调频补偿电路与一个调整芯片UCC3895工作频率的调频控制电路相连构成的调频反馈补偿环节、一个切换芯片UCC3895工作状态的选择器控制电路与一个选择器、一个LLC三型调脉宽补偿电路与一个调脉宽死区控制电路相连构成的死区反馈补偿环节，所述的芯片UCC3895 (108)与调频控制电路(104)和调脉宽死区控制电路(106)相连，所述的选择器 (103)、调频补偿电路(101)、芯片UCC3895(108)与交错并联谐振变换器主电路相连。上述交错并联LLC谐振变换器的控制装置输入为同一直流电压源，该主电路耦合变压器连接处不接地。上述控制芯片UCC3895管脚配置特征在于
(1)芯片UCC3895管脚EAOUT与管脚VREF的分压电路相连接，确保管脚EAOUT电压恒定，控制芯片UCC3895管脚A0UT、B0UT与管脚C0UT、D0UT相移大小为180度，实现了电路的交错并联。(2)芯片UCC3895管脚ADS与CS管脚接地，不使用该管脚的死区延时调整功能。(3)芯片UCC3895管脚RT与调频控制电路输出连接。该芯片的工作频率由管脚CT 外接电容的充放电时间决定，故调整管脚RT外接等效电阻的大小等同于调节芯片UCC3895
工作频率。(4)芯片UCC3895管脚ABDELAY、⑶DELAY与调脉宽死区控制电路连接，该管脚能使电路输出死区时间由0%至100%调制，等效于调节占空比。上述调频反馈补偿环节的设计由调频补偿电路与调频控制电路连接构成
(1)所述调频补偿电路包括一个光耦、一个稳压管以及构成两零点三极点补偿
的电阻电容，此处稳压管^5采用TL431便于零极点调节，其连接方式为交错并联LLC谐
振变换器输出电压「-‘(S)经过电阻爲。与乓！分压后通过补偿电容Cf31与Q2、稳压管U35、
补偿电阻爲2与R-込连接于光耦U31原边；光耦副边与补偿元件C33、i 33相连；巧为辅助电源
供电，约为5V直流。其中&、C31构成一个零点；Rsi、Ryi与C32构成另一个零点；B恐、C32
构成一个极点；為3、C33构成另一个极点；光耦反相放大构成第三个极点，其特征描述如下
设IpM⑷为原边光耦原边的电流
其中 A(S)为
权利要求
1.一种交错并联LLC谐振变换器控制装置，包括一套交错并联LLC谐振变换器主电路 LLC谐振变换器主电路(100)，其特征在于通过一个基于全桥移相芯片UCC3895的控制电路控制所述交错并联LLC谐振变换器主电路(100);当电路工作于轻载时，通过死区反馈补偿环节调整芯片UCC3895 (108)的输出脉宽；当电路工作于重载时，通过调频反馈补偿环节调整芯片UCC3895 (108)的输出频率，并通过修改交错并联LLC谐振变换器主电路(100)的耦合变压器4、Lsa原边端连接方式，改进副边电路的均流。
2.根据权利要求1所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于所述基于全桥移相芯片UCC3895的控制电路，包括一个芯片UCC3895 (108)、一个LLC三型调频补偿电路(101)与一个调整芯片UCC3895 (108)工作频率的调频控制电路(104)相连构成的调频反馈补偿环节以及一个切换芯片UCC3895 (108)工作状态的选择器控制电路(105)与选择器(103)、一个LLC三型调脉宽补偿电路(102)与一个调脉宽死区控制电路(106)构成的死区反馈补偿环节；所述的芯片UCC3895 (108)与调频控制电路(104)、调脉宽死区控制电路(106)相连，所述的选择器(103)、调频补偿电路(101)、芯片UCC3895 (108)与交错并联谐振变换器主电路(100)相连。
3.根据权利要求2所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于交错并联 LLC谐振变换器主电路(100)的输入为同一直流电压源；交错并联LLC谐振变换器主电路的耦合变压器连接处(109)不接地。
4.根据权利要求2所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于所述芯片 UCC3895 (108)管脚连接方式；(1)芯片UCC3895(108)管脚EAOUT与管脚VREF的分压电路相连接，所述管脚EAOUT 电压恒定，从而控制芯片UCC3895 (108)管脚AOUT、BOUT与管脚COUT、DOUT相移大小恒为 180度，实现电路的交错并联；(2)芯片UCC3895(108)管脚ADS与CS管脚接地，不使用该管脚的延时调整功能；(3)芯片UCC3895(108)管脚RT与调频控制电路(104)输出连接；该芯片的工作频率由管脚CT外接电容的充放电时间决定，故调整管脚RT外接等效电阻的大小等同于调节芯片UCC3895 (108)输出频率；(4)芯片UCC3895(108)管脚ABDELAY、CDDELAY与调脉宽死区控制电路(106)连接。
5.根据权利要求2所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于所述调频反馈补偿环节，由所述调频补偿电路(101)与调频控制电路(104)连接构成(1)所述调频补偿电路(101)包括一个光耦U31 (408)、一个稳压管巧5 (419)以及构成两零点三极点补偿的电阻电容，其连接方式为交错并联LLC谐振变换器输出电压UoutO) 经过电阻^3与馬i分压后通过补偿电容Cf31与C32、稳压管^5、补偿电阻^2与馬3连接于光耦(408)原边；光耦U31 (408)副边与补偿元件C33、爲3相连；巧为辅助电源供电，约为5V直流；其中i 3Q、C31构成一个零点；&、Ri2与C32构成另一个零点；Rn、C32构成一个极点； 爲3、Q3构成另一个极点；光耦反向放大构成第三个极点，其特征描述如下设‘⑷为原边光耦原边的电流
6.根据权利要求2所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于选择器控制电路(105)由运放(413), (414)与一个RS触发器巧2 (412)构成，其连接方式为运放巧3 (413)负端输入连接于调频补偿电路(101)的输出，正端输入连接于芯片UCC3895 (108)的分压电阻低压侧，输出连接至RS触发器％2 (412)的S端；运放Um (414)正端输入连接于调频补偿电路(101)的输出，负端输入连接于芯片UCC3895 (108)的分压电阻高压侧，输出连接至RS触发器U32 (412)的R端；RS输出器CZ32 (412)输出Q端连接至第二压控电路(416)的启动继电器，&端连接至第一压控电路(415)的启动继电器及选择器(103)。
7.根据权利要求2所述的交错并联LLC谐振变换器控制装置，其特征在于所述死区反馈补偿环节，包括调脉宽补偿电路(102)和调脉宽死区控制电路(106)(1)所述调脉宽补偿电路(102)包括一个光耦U51 (503)、一个稳压管巧2 (509)以及构成两零三极点补偿的电阻电容，此处稳压管巧2 (509)采用TL431便于零极点调节，其连接方式为交错并联LLC谐振变换器输出电压‘(S)经过电阻^3l3与分压后通过补偿电容 C21与C22、稳压管[/52、补偿电阻马2与乓3连接于光耦U51 (503)原边；光耦U51 (503)副边与补偿元件C23、Rli相连；F1为辅助电源供电，约为5V直流；其中战。、C21构成一个零点；R7i、R22 1J Cf22构成另一个零 点；爲2、C22构成一个极点；马3、Qs构成另一个极点；光耦反向放大构成第三个极点； 该补偿电路的传递函数为KM4W 末聯—κ _^31)[1 + ‘闲3 + &]Um(S) “ Ufflt(S) U-(S) IM iSiiaA1 (1+si^cyci+S^3C6);(2)调脉宽死区控制电路(106)由电阻R21 (505), (507), (510), ^31 (511), ^6 (506), (512)以及二极管^31 (508)和马9 (513)构成；芯片UCC3895 (108)死区时间大小取决于调脉宽补偿电路(102)的输出电压值K2、电阻知(505), (507), (510)和爲！(511)，其连接方式为调脉宽补偿电路(102)的输出通过钳位二极管A1 (508)、D22 (513)与频率控制电阻瑪7 (505), (507), (510)和 (511)相连；电阻^8 (507), (511)与芯片 UCC3895 (108)管脚 ABDELAY、CDDELAY 相连，负责调节该芯片的死区时间。
8.一种交错并联LLC谐振变换器控制方法，采用权利要求1所述交错并联LLC谐振变换器控制装置进行控制，其特征在于控制步骤如下当电路运行于重载时，使用调频闭环法进行控制，硬件电路包括调频补偿电路(101)、 调频控制电路(104)和选择器控制电路(105)；当电路运行于轻载时，使用调脉宽闭环进行控制，硬件电路包括调脉宽补偿电路 (102)、调脉宽死区控制电路(106)、选择器控制电路(105)和选择器(103)。
9.根据权利要求8所述的交错并联LLC谐振变换器变换器控制方法，其特征在于当电路运行于重载时，进行调频控制的步骤如下(1)芯片UCC3895(108)管脚VREF输出被电阻(411), (410)与及衫(409)分压，得到电压&与并与调频补偿电路(101)的输出^做比较，将结果分别送入RS触发器 (412)两端；(2)由于电路工作在重载时，VsK V01 ;选择器控制电路(105)收到RS触发器(412)关闭信号，通过选择器(103)将调脉宽补偿电路(102)和脉宽死区控制电路(106)切除，此时交错并联LLC谐振变换器的死区时间为芯片UCC3895最小死区时间；(3)芯片UCC3895(108)管脚RT的外接等效电阻，其最大值由电阻(404)决定，最小值由电阻式J404)与(405)决定；当电路运行于额定工作状态时，第一压控电路(415)与调频补偿电路(401)的输出连接，从而根据补偿电路输出电压G1的变化动态调节管脚RT的外接等效电阻，达到调频功能。
10.根据权利要求8所述的交错并联LLC谐振变换器变换器控制方法，其特征在于当电路运行于轻载时，进行调脉宽控制的控制步骤如下(1)当电路刚启动及工作在空载、轻载区域时，调频补偿电路(101)输出G1较小，此时Ki < ^r ；RS锁存器(412)将第二压控电路(406)与(403)相连，进行死区时间调制；(2)由于&< Fz，由选择器控制电路(105)通过选择器(103)将调脉宽死区控制电路 (106)、调脉宽补偿电路(102)与主电路(100)相连；芯片UCC3895 (108)死区时间大小取决于调脉宽补偿电路(102)的输出电压值Fci2、电阻爲7 (505),^(507), (510)和為！ (511)；调脉宽补偿电路(102)输出电压&2与调脉宽死区控制电路(106)配合动态调节芯片 UCC3895 (108)的死区时间，等效于调节占空比，保证电路的稳定运行；(3)由于第一压控电路(415)被切除，故电路运行于定频控制，频率取决于电阻^ (404)。
全文摘要
本发明涉及一种交错并联LLC谐振变换器控制装置和方法。装置包括一套交错并联LLC谐振变换器主电路LLC谐振变换器主电路(100)，其特征在于通过一个基于全桥移相芯片UCC3895的控制电路控制所述交错并联LLC谐振变换器主电路(100)；当电路工作于轻载时，通过死区反馈补偿环节调整芯片UCC3895(108)的输出脉宽；当电路工作于重载时，通过调频反馈补偿环节调整芯片UCC3895(108)的输出频率，并通过修改交错并联LLC谐振变换器主电路(100)的耦合变压器、原边端连接方式，改进副边电路的均流。本发明使交错并联LLC谐振电路不受传统LLC主控芯片的应用场合限制，适用于大功率场合，同时简化电路，提高了鲁棒性。
文档编号H02M3/335GK102364861SQ20111033079
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者余定轩, 廖文, 钮悦, 高艳霞 申请人:上海大学