基于输出需求调节PFC和LLC拓扑输出电压的电路和方法与流程

基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路和方法
技术领域
1.本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路和方法。


背景技术：

2.长久以来，传统电源的输出为固定电压。而随着5g、物联网等新技术的推广，催生了新式的可调式电源，例如，pd电源、自动可调式或协议沟通调节式的功率电子设备。相较于传统固定电压输出的电源，这种自动可调式电源存在以下优点：输出的配置多样化(例如，定制多样化、组合多样化等)；宽动态输出电压(例如，3.3-48v输出连续可调)；高至5a的输出电流。
3.llc为软开关拓扑，其具有开关损耗小效率高的优点，但是这种软开关方式在输入电压与匝比固定时存在输出电压不可调的缺点，否则会破坏软开关品质导致效率低。因此，llc的变压器匝比与输出电压定好后，llc的输入电压也固定的，加上功率因素的要求，所以llc一般搭配pfc使用，pfc既提供了固定电压也解决功率因素。因此，pfc+llc拓扑输出电压固定不可调，这会导致将该拓扑应用到上述可调式电源时很难满足宽动态输出的需求。因此，在现有的可调式电源中，都是通过增加一级dc-dc转换电路来实现输出电压可调，但是，当需要的输出功率与输入输出压差较高时，例如高于60w时，dc-dc转换电路会消耗较多的功率。
4.基于此，需要一种新的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路和方法。
6.为实现上述目的，本发明提供一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路，包括pfc电路、llc电路和电源输出模块，所述llc电路连接于所述pfc电路和所述电源输出模块之间，还包括调压信号产生模块和pfc输出电压调节模块，所述调压信号产生模块连接于所述电源输出模块和所述pfc输出电压调节模块之间，所述pfc输出电压调节模块还连接于所述pfc电路，所述电源输出模块将输出电压需求转换成调压控制信号，并反馈至所述调压信号产生模块，所述调压信号产生模块根据所述调压控制信号产生调压信号；所述pfc输出电压调节模块利用所述调压信号调节所述pfc电路的输出电压，实现所述llc电路的输出电压的调整。
7.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，所述电源输出模块将所述调压控制信号发送至所述llc电路，所述llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，同时控制所述调压信号产生模块产生所述调压信号使所述llc电路工作在最佳谐振频率处。
8.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，，所述调压
信号产生模块通过改变所述pfc电路输出电压来改变所述llc电路的开关频率，使所述llc电路始终工作在最佳谐振频率处，利用所述开关频率的变化生成所述调压信号。
9.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，所述调压信号产生模块通过所述llc电路的供电模块的变压器的vcc辅助绕组的电压变化生成所述调压信号。
10.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，所述调压信号产生模块包括第三二极管d3、可控精密稳压源u2、第二电容c2、第三电容c3、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8，所述第五电阻r5的第一端和所述第六电阻r6的第一端连接于所述llc电路的供电模块的输出端，所述第六电阻r6的第二端连接于所述第七电阻r7的第一端、所述第三电容c3的第一端和所述可控精密稳压源u2的参考端，所述第八电阻r8的第一端连接所述可控精密稳压源的阳极，所述第五电阻r5的第二端连接可控精密稳压源的阴极、所述第三二极管d3的阴极和所述第二电容c2的第一端，所述第二电容c2的第二端、所述第八电阻r8的第二端、所述第七电阻r7的第二端、所述第三电容c3的第二端接地，所述第三二极管d3的阳极输出所述调压信号。
11.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，所述调压信号产生模块包括光耦控制器，根据所述调压控制信号改变所述光耦控制器的反馈，利用所述光耦控制器的反馈变化生成所述调压信号。
12.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路中，所述pfc输出电压调节模块包括第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，所述第一电阻r1的第一端连接所述pfc电路的输出端，所述第一电阻r1的第二端、所述第二电阻r2第一端和所述第三电阻r3的第一端连接所述pfc电路的主控芯片u1的反馈引脚，所述第二电阻r2第二端接地，所述第三电阻r3的第二端连接所述调压信号。
13.本发明还提供一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的方法，采用如上所述的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路，包括：
14.由电源输出模块将输出电压需求转换成调压控制信号，并反馈至调压信号产生模块；
15.所述调压信号产生模块根据所述调压控制信号产生调压信号；
16.pfc输出电压调节模块利用所述调压信号调节pfc电路的输出电压，实现llc电路的输出电压的调整。
17.10、在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的方法中，由电源输出模块将输出电压需求转换成调压控制信号，并反馈至调压信号产生模块的步骤包括：
18.所述电源输出模块将所述调压控制信号发送至所述llc电路；
19.所述llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，同时控制所述调压信号产生模块产生所述调压信号使所述llc电路工作在最佳谐振频率处，
20.其中，通过改变所述pfc电路输出电压来改变所述llc电路的开关频率，利用所述开关频率的变化生成所述调压信号；或通过所述llc电路的供电模块的变压器的vcc辅助绕组的电压变化生成所述调压信号。
21.在本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的方法中，所述调压信号产生模块包括光耦控制器，根据所述调压控制信号改变所述光耦控制器的反馈，利用所
述光耦控制器的反馈变化生成所述调压信号。
22.本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路和方法具有以下有益效果：本发明提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路，将输出电压需求转换成调压控制信号，然后经由调压信号产生模块根据调压控制信号产生一个调压信号，使得pfc输出电压调节模块利用调压信号去调节pfc电路的输出电压，进而实现llc电路的输出电压的调整；由此，既可以实现根据输出电压需求来调节pfc和llc拓扑的输出电压，满足可调式电源的宽动态输出需求，又可以使llc电路处于最佳谐振频率状态，保证其软开关品质和工作效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
24.图1所示为本发明一实施例提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路的原理框图；
25.图2所示为本发明一实施例提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路的pfc输出电压调节模块的电路图；
26.图3所示为本发明一实施例提供的基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路的调压信号产生模块的电路图。
具体实施方式
27.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
29.本发明总的思路是：针对现有的可调式电源，都是通过增加一级dc-dc转换电路来实现输出电压可调，但是，当需要的输出功率与输入输出压差较高时dc-dc转换电路会消耗较多的功率的问题，本发明提供一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路，将输出电压需求转换成调压控制信号，然后经由调压信号产生模块根据调压控制信号产生一个调压信号，使得pfc输出电压调节模块利用调压信号去调节pfc电路的输出电压，进而实现llc电路的输出电压的调整。由此，既可以实现根据输出电压需求来调节pfc和llc拓扑的输出电压，满足可调式电源的宽动态输出需求，又可以使llc电路最佳谐振频率状态，保证其软开关品质和工作效率。
30.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施
例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
31.实施例一
32.本发明实施例提供了一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的电路，尤其适用于pd电源或自动可调式电源或协议沟通调节式电源等电子设备，参见图1，该电路包括：
33.pfc电路、llc电路和电源输出模块，llc电路连接于pfc电路和电源输出模块之间，还包括调压信号产生模块和pfc输出电压调节模块，调压信号产生模块连接于电源输出模块和pfc输出电压调节模块之间，pfc输出电压调节模块还连接于pfc电路，电源输出模块将输出电压需求转换成调压控制信号，并反馈至调压信号产生模块，调压信号产生模块根据调压控制信号产生调压信号；pfc输出电压调节模块利用调压信号调节pfc电路的输出电压，实现llc电路的输出电压的调整。
34.在本实施例中，参见图1，pfc电路的输入端连接ac输入，输出端连接llc电路的输入端，用于将功率因素校正后的pfc输出电压vint输入到llc电路；llc电路的输出端连接至电源输出模块，将来自pfc电路的pfc输出电压进行dc-dc的转换后的llc输出电压vout输出至电源输出模块供负载使用。当负载需求发生变化时，llc电路的输出电压vout需要发生对应变化以满足负载需求，由于llc电路工作在最佳谐振频率f0时vint/vout＝n1/n2，n1与n2为变压器匝数，而n1/n2是变压器一开始就设定好的，如果vout发生改变而vint不变，虽然不影响输出，但是会破坏llc的软开关品质，导致效率降低低。因此，在本实施例中，电源输出模块根据负载的输出电压需求通过光耦控制器将该输出电压需求反馈至llc电路，再由llc电路产生调压控制信号给调压信号产生模块，调压信号产生模块根据输出电压需求产生控制pfc输出电压调节模块的调压信号，使得pfc输出电压调节模块及时调整pfc电路的输出电压，由此，在既不影响输出又不破坏llc的软开关品质的情况下，满足负载的宽范围动态输出需求。
35.具体地，在本发明一实施例中，电源输出模块将调压控制信号发送至llc电路llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，同时控制调压信号产生模块产生调压信号使llc电路工作在最佳谐振频率处。在本实施例中，电源输出模块将输出电压需求先反馈至llc电路的控制芯片的反馈引脚，由llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，同时llc电路发送调压控制信号至调压信号产生模块以生成调压信号。
36.进一步地，在本发明一实施例中，调压信号产生模块通过改变pfc电路输出电压来改变llc电路的开关频率，使llc电路工作在最佳谐振频率处，利用开关频率的变化生成调压信号。在本实施例中，利用llc开关频率来改变生成调压信号。llc电路工作在最佳谐振频率f0时vint/vout＝n1/n2，当vout电压发生改变而vint没有改变时，llc工作在最佳谐振频率f0就会发生改变，此时效率会低但不影响输出，利用f0这个频率变化来同步改变调压信号，从而使用vint电压上涨，使得llc电路的开关频率保持在最谐振频率f0。
37.进一步地，在本发明另一实施例中，调压信号产生模块通过llc电路的供电模块的变压器的vcc辅助绕组的电压变化生成调压信号。在本实施例中，llc电路变压器的vcc辅助绕组与输出绕组匝比是固定的，当输出电压发生改变时vcc电压也会等比例变化，因此，利用变压器的vcc辅助绕组可以控制调压信号。
38.进一步地，在本发明又一实施例中，调压信号产生模块包括光耦控制器，根据调压
控制信号改变光耦控制器的反馈，利用光耦控制器的反馈变化生成调压信号。在本实施例中，当输出电压需要抬高或者降低时，电源输出模块将输出电压需求直接发送到调压信号产生模块，调压信号产生模块利用输出电压需求改变光耦控制器的反馈来产生调压信号，从而改pfc输出电压，进而改llc输出电压。
39.具体地，在本发明一实施例中，pfc输出电压调节模块包括第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一电阻r1的第一端连接pfc电路的输出端，第一电阻r1的第二端、第二电阻r2第一端和第三电阻r3的第一端连接pfc电路的主控芯片u1的反馈引脚，第二电阻r2第二端接地，第三电阻r3的第二端连接调压信号。
40.在本实施例中，如图2所示，pfc电路包括电感l1、电容ce1、电容ce2、场效应管q1、二极管d1、主控芯片u1。电感l1的第一端和电容ce1的第一端连接ac输入，电感l1的第二端连接二极管d1的阳极和场效应管q1的漏极。二极管d1的阳极和电容ce2的第一端连接pfc电路的输出端，场效应管q1的栅极连接主控芯片u1的控制端。ce1的第二端、场效应管q1的源极和电容ce2的第二端接地。pfc输出电压调节模块的电阻r1和r2串联连接在pfc电路的输出端口，且两者的连接点还连接于pfc电路的主控芯片u1的反馈引脚。电阻r3也连接于主控芯片u1的反馈引脚，另一端连接调压信号。这样，当r1与r2固定时，pfc输出电压是固定的，通过电阻r3与调压信号来线性调节pfc输出电压。当调压信号比r1与r2分压后的电压低时，控制引脚控制pfc输出调压向上调节；当调压信号比r1与r2分压后的电压高时，控制引脚控制pfc输出调压向下调节。由此实现pfc的输出电压跟随调压信号的变化而变化。
41.在通过llc电路的供电模块的变压器的vcc辅助绕组的电压变化生成调压信号时，调压信号产生模块包括第三二极管d3、可控精密稳压源u2、第二电容c2、第三电容c3、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8，第五电阻r5的第一端和第六电阻r6的第一端连接于llc电路的供电模块的输出端，第六电阻r6的第二端连接于第七电阻r7的第一端、第三电容c3的第一端和可控精密稳压源u2的参考端，第八电阻r8的第一端连接可控精密稳压源的阳极，第五电阻r5的第二端连接可控精密稳压源的阴极、第三二极管d3的阴极和第二电容c2的第一端，第二电容c2的第二端、第八电阻r8的第二端、第七电阻r7的第二端、第三电容c3的第二端接地，第三二极管d3的阳极输出调压信号。
42.在本实施例中，如图3所示，变压器的vcc辅助绕组与输出绕组匝比是固定的，当输出电压发生改变时vcc电压也会等比例变化。因此，调压信号产生模块连接在vcc辅助绕组的输出端，即电阻r6和r7串联后并联在llc电路的供电模块的电容c1的两端，电阻r6还经由二极管d2和电阻r4连接在vcc辅助绕组的一端。当输出电压需求发生改变时，llc电路的控制芯片控制vcc辅助绕组一端的电压发生改变，通过电阻r6与r7分压来定调压阀值的进入点。当r6与r7分压电压高于可控精密稳压源u2的阀值时，u2就会导通，电阻r8的电压开始增高，电阻r8的电压加上可控精密稳压源u2的阀值电压最终会稳定在和r6与r7分压一样的电压，可控精密稳压源u2的阀值不会变，当r6与r7分压电压越大，电阻r8电压就会越高，电阻r8电压越高电流越大，r5又与r8串连在一起，r8电流越大r5电压越大，所以r6与r7分压越大r5电压越大，从而使得“调压信号”降低。即输出电压需求增高时，调压信号降低，调压信号控制pfc电路的输出调压升高以满足增长的输出电压需求；输出电压需求降低时，调压信号增高，调压信号控制pfc电路的输出调压降低以满足降低的输出电压需求。进一步地，输出电压需求刚传至vcc辅助绕组这一侧时，由于没有负载，此时vcc辅助绕组的电压为虚电压，
无法稳定输出，通过可控精密稳压源可以将虚电压快速放掉。
43.实施例二
44.本实施例提供一种基于输出需求调节pfc和llc拓扑输出电压的方法，包括：
45.由电源输出模块将输出电压需求转换成调压控制信号，并反馈至调压信号产生模块；
46.调压信号产生模块根据调压控制信号产生调压信号；
47.pfc输出电压调节模块利用调压信号调节pfc电路的输出电压，实现llc电路的输出电压的调整。
48.具体地，在本发明一实施例中，电源输出模块将调压控制信号发送至llc电路，llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，同时控制调压信号产生模块产生调压信号使llc电路工作在最佳谐振频率处。在本实施例中，电源输出模块将输出电压需求先反馈至llc电路的控制芯片的反馈引脚，由llc电路调节输出电压来满足所述电源输出模块的需求，，同时llc电路发送调压控制信号至调压信号产生模块以生成调压信号。
49.进一步地，在本发明一实施例中，调压信号产生模块通过改变pfc电路输出电压来改变llc电路的开关频率，使llc电路工作在最佳谐振频率处，利用开关频率的变化生成调压信号。在本实施例中，利用llc开关频率来改变生成调压信号。
50.进一步地，在本发明另一实施例中，调压信号产生模块通过llc电路的供电模块的变压器的vcc辅助绕组的电压变化生成调压信号。在本实施例中，llc电路变压器的vcc辅助绕组与输出绕组匝比是固定的，当输出电压发生改变时vcc电压也会等比例变化，因此，利用变压器的vcc辅助绕组可以控制调压信号。
51.进一步地，在本发明又一实施例中，调压信号产生模块包括光耦控制器，根据调压控制信号改变光耦控制器的反馈，利用光耦控制器的反馈变化生成调压信号。在本实施例中，当输出电压需要抬高或者降低时，电源输出模块将输出电压需求直接发送到调压信号产生模块，调压信号产生模块利用输出电压需求改变光耦控制器的反馈来产生调压信号，从而改pfc输出电压，进而改llc输出电压。
52.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
53.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
54.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
55.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。