一种控制电路、控制方法及谐振变换器与流程

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种控制电路、控制方法及谐振变换器。

背景技术：

图1为现有技术中llc谐振变换器的电路示意图。在图1所示谐振变换器的控制方案中，系统上电后，电容c2被充电；在电容c2和二极管d3公共端的电压vcc达到第一电压阈值后，下管q2被导通，电容c2及c3被充电；当电容c3和二极管d3公共端的电压vb充到第二阈值电压后，谐振变换器开始正常工作。然而，这种方式在下管q2导通瞬间，电感lr及电容cr构成的谐振网络会有较大的谐振能量，尤其是上管q1和下管q2组成的半桥结构的半桥中点hb的电压初始值接近输入电压vbus时，下管q2一直导通，电容cr的电压会谐振至过高电压。为此，本发明提供了一种控制电路，避免谐振变换器下管导通时，谐振电容电压过冲。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种控制电路、控制方法及谐振变换器，通过在谐振变换器下管导通前控制谐振变换器的桥中点电压，以避免下管导通期间谐振电容电压过冲。

根据本发明的第一方面，提出了一种控制电路，应用于谐振变换器，所述谐振变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关和所述第二功率开关依次串联耦接在所述谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间。所述控制电路包括桥中点电压控制电路，被配置为在谐振变换器启动的过程中，控制桥中点电压，以避免第二功率开关导通期间谐振电容的电压过高，其中，所述桥中点电压被配置为所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端的电压。

优选地，所述控制电路还包括驱动电压生成电路，接收输入电压，以生成第一供电电压和第二供电电压，所述输入电压对所述驱动电压生成电路进行充电动作，以增加第一供电电压和第二供电电压的电压值。

优选地，所述驱动电压生成电路包括第一电容、第一二极管和第二电容，依次串联耦接在地电位和所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端之间，所述第一电容和所述第一二极管的公共端耦接至所述谐振变换器的输入端的高电位端以接收所述输入电压，以对所述第一电容和所述第二电容进行充电；其中，所述第一电容和所述第一二极管的公共端的电压被配置为所述第一供电电压；所述第二电容和所述第一二极管的公共端的电压被配置为所述第二供电电压。

优选地，所述桥中点电压控制电路包括下拉电流电路，被配置为在谐振变换器启动的过程中，当所述第一供电电压大于第一阈值电压时，输出有效的第一使能信号，使能所述下拉电流电路，以下拉所述桥中点电压。

优选地，所述控制电路还包括开关启动电路，被配置为在谐振变换器启动的过程中，根据所述桥中点电压控制所述第二功率开关的开关状态；其中，当所述桥中点电压大于第二阈值电压时，控制所述第二功率开关处于关断状态；当所述桥中点电压小于第二阈值电压时，控制所述第二功率开关处于导通状态，以增大所述第一供电电压和第二供电电压。

优选地，所述控制电路还包括箝位电路，在所述桥中点电压下拉期间，将所述第一供电电压箝位在第一阈值电压。

优选地，所述控制电路还包括启动完成检测电路，被配置为当所述第二供电电压大于第三阈值电压时，输出有效的启动完成信号，所述谐振变换器完成启动，所述第一功率开关和所述第二功率开关的开关状态由pwm控制信号进行控制。

优选地，所述桥中点电压控制电路包括下拉电流电路，被配置为当所述第一供电电压大于第一阈值电压且所述启动完成信号无效时，输出有效的第一使能信号，使能所述下拉电流电路，以下拉所述桥中点电压。

优选地，所述下拉电流电路包括第一电流源和第一电阻，所述第一电流源的控制端用于接收所述第一使能信号，所述第一电流源的输入端耦接所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端，所述第一电流源的输出端耦接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端接地。

优选地，所述第一电容和所述第一二极管的公共端通过第二电阻耦接至所述谐振变换器的输入端的高电位端。

优选地，高压启动电路，所述第一电容和所述第一二极管的公共端通过所述高压启动电路耦接至所述谐振变换器的输入端的高电位端。

优选地，在谐振变换器启动过程中，所述高压启动电路受控导通。

优选地，谐振变换器启动过程中，在所述桥中点电压下拉期间，所述高压启动电路受控关闭，以将所述第一供电电压箝位至第一阈值电压。

优选地，所述桥中点电压下拉期间的起点为所述第一供电电压上升到所述第一阈值电压的时刻，所述桥中点电压下拉期间的终点为所述桥中点电压下降到第二阈值电压的时刻。

优选地，所述谐振变换器完成启动后，所述高压启动电路受控关闭。

优选地，所述高压启动电路被配置为第二电流源或高压mos管。

根据本发明的第二方面，提出了一种谐振变换器。所述谐振变换器包括变压器，包括原边绕组和副边绕组；谐振电感和谐振电容，与所述原边绕组串联以构成谐振模块；第一功率开关和第二功率开关，依次串联耦接在所述谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间；以及上述任一所述控制电路。

根据本发明的第三方面，提出了一种控制方法，用于谐振变换器，所述谐振变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关和所述第二功率开关依次串联耦接在所述谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间。所述控制方法包括在谐振变换器启动的过程中，控制桥中点电压，以避免第二功率开关导通期间谐振电容的电压过高，其中，所述桥中点电压被配置为所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端的电压。

优选地，接收输入电压，以生成第一供电电压和第二供电电压，所述输入电压进行充电动作，以增加第一供电电压和第二供电电压的电压值。

优选地，控制所述桥中点电压包括在谐振变换器启动的过程中，当所述第一供电电压大于第一阈值电压时，下拉所述桥中点电压。

优选地，在谐振变换器启动的过程中根据所述桥中点电压控制所述第二功率开关的开关状态。

优选地，在谐振变换器启动过程中根据所述桥中点电压控制所述第二功率开关的开关状态包括，当所述桥中点电压大于所述第二阈值电压时，控制所述第二功率开关处于关断状态；当所述桥中点电压小于第二阈值电压时，控制所述第二功率开关处于导通状态，以增大所述第一供电电压和第二供电电压。

优选地，所述控制方法还包括在所述桥中点电压下拉期间，将第一供电电压箝位在第一阈值电压。

优选地，所述桥中点电压下拉期间的起点为所述第一供电电压上升到所述第一阈值电压的时刻，所述桥中点电压下拉期间的终点为所述桥中点电压下降到第二阈值电压的时刻。

优选地，所述控制方法还包括当所述第二供电电压大于第三阈值电压时，输出有效的启动完成信号，所述谐振变换器完成启动。

优选地，控制所述桥中点电压包括，当所述第一供电电压大于第一阈值电压且所述启动完成信号无效时，下拉所述桥中点电压。

综上所述，本发明公开了一种控制电路、控制方法及谐振变换器。所述谐振变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关和所述第二功率开关依次串联耦接在所述谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间；所述控制电路包括桥中点电压控制电路，在谐振变换器启动的过程中，控制桥中点电压以避免第二功率开关导通期间谐振电容的电压过高，其中，所述桥中点电压被配置为所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端的电压。本发明通过在谐振变换器下管导通前控制谐振变换器的桥中点电压低于某一电压阈值，以避免第二功率开关导通期间谐振电容电压过冲。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为现有技术谐振变换器的电路示意图；

图2为本发明谐振变换器和控制电路实施例一的结构框图；

图3为本发明谐振变换器和控制电路实施例一的具体电路图；

图4为本发明谐振变换器的工作波形图；

图5为本发明谐振变换器和控制电路的实施例二的结构框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图2为本发明谐振变换器和控制电路实施例一的结构框图。在本实施例中，谐振变换器为半桥谐振变换器。如图2所示，半桥谐振变换器包括第一功率开关q1和第二功率开关q2，依次串联耦接在谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间；变压器(包括原边绕组ta和副边绕组tb、tc)；谐振电容cr及谐振电感lr，与原边绕组ta串联以构成谐振模块；副边整流电路，和副边绕组tb、tc耦接，以在所述谐振变换器的输出端产生输出信号；以及控制电路1。

在本实施例中，所述谐振模块耦接在第一功率开关q1和第二功率开关q2的公共端和地电位之间，本发明不对此进行限制。例如，在其他的实施例中，所述谐振模块耦接在第一功率开关q1和第二功率开关q2的公共端和所述谐振变换器输入端的高电位端。

在本实施例中，所述副边绕组包括两个副边绕组，所述副边整流电路采用全波整流的方式进行整流，本发明不对此进行限制。例如，在其他的实施例中，所述副边绕组包括一个副边绕组，所述副边整流电路采用全桥的方式进行整流。

在本实施例中，控制电路1包括驱动电压生成电路11，用以接收输入电压vin，生成第一供电电压vcc和第二供电电压vb。输入电压vin对驱动电压生成电路11进行充电动作，以增加第一供电电压vcc和第二供电电压vb的电压值。

进一步地，控制电路1还包括桥中点电压控制电路12及箝位电路13。具体地，桥中点电压控制电路12，被配置为在谐振变换器启动的过程中，控制桥中点电压vhb，以避免第二功率开关q2导通期间谐振电容的电压过高。其中，桥中点电压vhb为第一功率开关q1和第二功率开关q2的公共端的电压。具体地，在谐振变换器启动过程中，当第一供电电压vcc增加至大于第一阈值电压vth1时，下拉桥中点电压vhb。箝位电路13，在桥中点电压vhb下拉期间，将第一供电电压vcc箝位在第一阈值电压vth1。

进一步地，控制电路1还包括开关控制电路(图中未示出)，所述开关控制电路用于控制所述第一功率开关和第二功率开关的导通和关断。

进一步地，控制电路1还包括开关启动电路14，被配置为在谐振变换器启动的过程中，根据桥中点电压vhb控制第二功率开关q2的开关状态。其中，当桥中点电压vhb大于第二阈值电压vth2时，开关启动电路14控制所述开关控制电路以控制第二功率开关q2处于关断状态；当桥中点电压vhb小于第二阈值电压vth2时，开关启动电路14控制所述开关控制电路以控制第二功率开关q2处于导通状态，以增大第一供电电压和第二供电电压。

在本发明实施例中，所述桥中点电压下拉期间的起点为第一供电电压上升到第一阈值电压的时刻，所述桥中点电压下拉期间的终点为所述桥中点电压下降到所述第二阈值电压的时刻。

进一步地，控制电路1还包括启动完成检测电路15，在启动过程中，当第二供电电压vb大于第三阈值电压vth3时，输出有效的启动完成信号vs，所述谐振变换器完成启动。在本实施例中，所述启动完成信号有效时表征谐振变换器启动完成。

图3为本发明谐振变换器和控制电路实施例一的具体电路图。如图3所示，控制电路1包括驱动电压生成电路11、桥中点电压控制电路12、箝位电路13、开关启动电路14和启动完成检测电路15。

驱动电压生成电路11，接收输入电压vin，以生成第一供电电压vcc和第二供电电压vb，输入电压vin对驱动电压生成电路11进行充电动作，以增加第一供电电压vcc和第二供电电压vb的电压值。具体地，驱动电压生成电路11包括第一电容c1、第一二极管d1和第二电容c2，依次串联耦接在地电位和第一功率开关q1和第二功率开关q2的公共端之间，第一电容c1和第一二极管d1的公共端耦接至谐振变换器的输入端的高电位端以接收输入电压vin，从而对第一电容c1和第二电容c2进行充电；第一电容c1和第一二极管d1的公共端的电压被配置为第一供电电压vcc；第二电容c2和第一二极管d1的公共端的电压被配置为第二供电电压vb。

进一步地，控制电路1还包括第二电阻r2，第一电容c1和第一二极管d1的公共端通过第二电阻r2耦接至所述谐振变换器的输入端的高电位端。

桥中点电压控制电路12被配置为在谐振变换器启动的过程中，当第一供电电压vcc大于第一阈值电压vth1时，产生有效的第一使能信号en1，下拉vhb桥中点电压。具体地，桥中点控制电路12包括第一使能信号产生电路121和下拉电流电路122。所述第一使能信号产生电路121包括非门电路not，比较器cmp1和与门电路and，用以产生第一使能信号en1。具体地，非门电路not接收一启动完成检测信号vs，所述非门信号not的输出端耦接与门电路and的第一输入端，比较器cmp1的第一输入端接收第一驱动电压vcc，比较器的第二输入端接收第一阈值电压vth1，以判断第一供电电压vcc是否达到第一阈值电压vth1，比较器cmp1的输出端耦接与门电路and的第二输入端，门电路and的输出端产生第一使能信号en1。启动完成检测信号vs用于表征谐振变换器启动过程是否完成。具体地，在本发明实施例中，当谐振变换器处于启动过程中时，启动完成检测信号vs为低电平，本发明对此不进行限制。下拉电流电路122用以根据第一使能信号en1下拉桥中点电压vhb。具体地，下拉电流电路122包括电流源i1以及第一电阻r1，第一电流源i1的控制端用于接收第一使能信号en1，其输入端耦接第一功率开关q1和第二功率开关q2的公共端，其输出端耦接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端接地。在谐振变换器的启动过程中，当第一供电电压vcc增加至第一阈值电压vth1时(即图4中的t1时刻)，与门电路and输出有效第一使能信号en1(即高电平)，电流源i1被使能，下拉桥中点电压vhb。

箝位电路13，在桥中点电压vhb下拉期间，将第一供电电压vcc箝位在第一阈值电压vth1。

进一步地，控制电路1还包括开关控制电路(图中未示出)，所述开关控制电路用于产生控制信号ho以及lo分别控制所述第一功率开关和第二功率开关地导通和关断。

进一步地，开关启动电路14被配置为在谐振变换器启动的过程中，根据所述桥中点电压vhb产生第二使能信号en2控制开关控制电路(图中未示出)以所述第二功率开关q2的开关状态。具体地，开关启动电路14包括第二比较器cmp2，在本实施例中，其同向输入端接收桥中点电压vhb，反向输入端接收第二阈值电压vth2，本发明对此不进行限制。可选地，在其他实施例中，其反向输入端接收桥中点电压vhb，同向输入端接收第二阈值电压vth2。在本发明实施例中，当桥中点电压vhb大于第二阈值电压vth2时，第二使能信号en2为高电平，此时第二使能信号en2为无效状态，控制所述开关控制电路产生低电平的控制信号lo控制第二功率开关q2处于关断状态；当桥中点电压vhb小于第二阈值电压vth2时(即图4中的t2时刻)，第二使能信号en2低电平，此时第二使能信号en2为有效状态，控制所述开关控制电路产生高电平的控制信号lo控制第二功率开关q2处于导通状态，输入电压vin对第一电容c1和第二电容c2进行充电，以增加第一驱动电压vcc和第二驱动电压vb。

在本实施例中，桥中点电压vhb下拉期间的起点为第一供电电压vcc上升到所述第一阈值电压vth1的时刻(即图4中的t1时刻)，桥中点电压vhb下拉期间的终点为桥中点电压vhb下降到所述第二阈值电压vth2的时刻(即图4中的t2时刻)。

在本实施例中，第一使能信号产生电路121仅接收启动完成检测信号vs和第一供电电压vcc，即在图4中的t1-t3区间，下拉电流电路122均被使能，但由于t2时刻后，第二功率开关q2导通，桥中点电压vhb的电压直接等于地电位，从而下拉电流电路122仅在t1-t2区间下拉桥中点电压vhb，本发明不对此进行限制。例如，在其他的实施例中，第一使能信号产生电路121接收启动完成检测信号vs、第一供电电压vcc以及控制信号lo，从而下拉电流电路122的使能期间和其下拉桥中点电压vhb期间均为t1-t2区间。

启动完成检测电路15，导通第二功率开关q2后，当第二供电电压vb大于第三阈值电压vth3时(即图4中的t3时刻)，输出有效的启动完成检测信号vs，所述谐振变换器完成启动。具体地，启动完成检测电路15包括第三比较器cmp3，其同向输入端接收第二供电电压vb，反向输入端接收第三阈值电压vth3并在其输出端输出启动完成检测信号vs。当第二供电电压vb大于第三阈值电压vth3时，第三比较器cmp3输出有效的启动完成检测信号vs(即高电平)，谐振变换器完成启动。在谐振变换器启动完成后，所述开关控制信号产生pwm形式的控制信号lo和ho以控制所述第一功率开关和第二功率开关互补导通。

图4为本发明实施例的谐振变换器的工作波形图。在本发明实施例中，以第二比较器cmp2同向输入端接收桥中点电压vhb，反向输入端接收第二阈值电压vth2为例。结合图4的工作波形图和图3中的电路进行说明。

如图4所示，t0-t1区间，在t0时刻，谐振变换器上电，输入电压vin对第一电容c1进行充电，第一供电电压vcc逐渐增加，直到t1时刻，第一供电电压vcc增加至大于第一阈值电压vth1，与门电路and输出有效第一使能信号en1，第一电流源i1被使能，以下拉桥中点电压vhb。

t1-t2区间，在t1时刻，桥中点电压vhb在第一电流源i1作用下逐渐减小，直到t2时刻，桥中点电压vhb下降至第二阈值电压vth2，第二比较器cmp2输出有效第二使能信号en2，第二功率开关q2被导通，并且在t1-t2期间，第一供电电压vcc被箝位在第一阈值电压vth1。

t2-t3区间，在t2时刻，第二功率开关q2被导通，从而第一电容c1与第二电容c2被充电，第一供电电压vcc与第二供电电压vb逐渐增加，直到在t3时刻，第二供电电压vb达到第三阈值电压vth3，第三比较器cmp3输出有效的启动完成检测信号vs，谐振变换器启动过程结束。

t3时刻后，第一功率开关q1与第二功率开关q2受pwm控制信号控制以进行正常工作。

图5为本发明谐振变换器和控制电路的实施例二的结构框图。本实施例与实施例一的不同之处在于：控制电路1还包括高压启动电路16，第一电容c1和第一二极管d1的公共端通过高压启动电路16耦接至所述谐振变换器的输入端的高电位端。

在所述桥中点电压下拉期间(即图4中的t1-t2区间)，高压启动电路16受控关闭，以将第一供电电压vcc箝位至第一阈值电压。在所述谐振变换器启动过程中的其余区间(即图4中的t0-t1以及t2-t3区间)，所述高压启动电路受控导通，以对第一电容c1和第二电容c2进行充电。

在谐振变换器完成启动后(即图4中的t3时刻之后)，高压启动电路16受控关闭。在本实施例中，所述高压启动电路在不需要对第一电容c1和第二电容c2进行充电的时候可以关闭，由此节省了能量的损失，更加节能，降低了系统整体功耗，和实施例一中利用第二电阻r2进行充电的方案相比，具有更大的优势。

在本实施例中，所述控制电路1利用高压启动电路16进行箝位，本发明不对此进行限制。在其他的实施例中，所述控制电路1包括高压启动电路16和箝位电路，由此，所述箝位电路在所述桥中点电压下拉期间(即图4中的t1-t2区间)进行箝位，高压启动电路16在整个谐振变换器启动过程中(即图4中的t0-t3)均导通。

其余过程与实施例一相同，在此不进行赘述。

可选地，高压启动电路16被配置为第二电流源，所述第二电流源的输入端耦接所述输入电压vin，所述第二电流源的输出端耦接第一电容c1和第一二极管d1的公共端，所述第二电流源受控导通时，输出第二电流，以对第一电容c1和第二电容c2进行充电。

可选地，高压启动电路被配置为高压mos管，所述高压mos管的第一功率端接收所述输入电压vin，所述高压mos管的第二功率端耦接第一电容c1和第一二极管d1的公共端，所述高压mos管受控导通时，所述输入电压vin对第一电容c1和第二电容c2进行充电。

综上所述，本发明公开了一种控制电路、控制方法及谐振变换器。所述谐振变换器包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关和所述第二功率开关依次串联耦接在所述谐振变换器的输入端的高电位端和地电位之间。所述控制电路包括桥中点电压控制电路，在谐振变换器启动的过程中，控制桥中点电压以避免第二功率开关导通期间谐振电容的电压过高。其中，所述桥中点电压被配置为所述第一功率开关和所述第二功率开关的公共端的电压。

依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。