一种LLC变换器的控制方法及控制电路与流程

本发明涉及开关变换器控制领域，尤其是涉及一种用于钳位llc变换器的多模态控制方法及电路。

背景技术：

1、钳位llc变换器不仅可以实现原边开关管的zvs以及副边整流管的准zcs，通过pfm/pwm两模态的控制，在相同的输入电压范围内，工作频率范围会比传统llc窄，因此带钳位支路的llc变换器克服了llc变换器电压可调范围较窄的问题，更适用于宽输入/输出电压范围的产品。

2、传统的采用单电压环多模态控制的llc变换器如图1所示，llc谐振变换器包括逆变电路101、谐振电路102、开关管s3和开关管s4组成的钳位支路103、变压器104和整流电路105、滤波电路106和控制器200，控制器200采样副边输出电压并与基准电压进行比较，生成误差电压信号至压频控制器204，通过调节llc变换器的开关频率实现变换器的稳压输出，pwm/pfm模态的的切换即通过设定频率阈值实现两个模态的切换，即当钳位llc变换器的开关频率达到到频率阈值时开关频率不再上升，由pfm模态切换至pwm模态，通过pwm调节实现稳压输出；而传统的采用电荷型控制的llc变换器，则是采样谐振电流或谐振电容电压，使用响应较为迅速的比较器来控制变压器原边能量充电至目标值时使开关管关断，切换为下一个状态，此控制方式较传统的单电压环控制相比有响应速度更快的优点，对变换器的动态性能有极大的提升。但对于采用电荷型控制的变换器，其直接采用比较器控制开关管的驱动实现稳定输出，控制电路中不存在压频控制器(vco)，无法对开关频率进行测控，因此，无法使用传统的设定频率阈值的方法实现pfm/pwm模态的切换和控制，而单独增加频率检测电路的方案不仅增加了控制成本，也增加了控制难度，且该方案的可靠性还有待探究。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：针对采用电荷型控制的钳位llc变换器，提出一种pfm/pwm模态切换和控制的方案，该方案根据开关管驱动脉宽的变化，实现pfm和pwm控制模态的自适应切换和控制。

2、为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供一种llc变换器的控制方法，llc谐振变换器包括逆变电路、钳位支路以及控制电路，逆变电路具有第一桥臂开关管和第二桥臂开关管；第一钳位支路具有第一钳位开关管以及第二钳位开关管，控制方法包括：

4、设定脉宽阈值，并将脉宽阈值转换成脉宽阈值电压信号；

5、获取表征第一桥臂开关管或第二桥臂开关管的驱动脉冲宽度的驱动脉宽电压信号；

6、将驱动脉宽电压信号与脉宽阈值电压信号作比较；当驱动脉宽电压信号大于脉宽阈值电压信号时，控制控制电路工作于pfm模态；当驱动脉宽电压信号小于脉宽阈值电压信号时，控制控制电路工作于pwm模态。

7、在一实施例中，控制电路工作于pfm模态时，第一桥臂开关管的驱动脉冲和第二桥臂开关管的驱动脉冲互补，第一桥臂开关管的驱动脉冲和第二桥臂开关管的驱动脉冲的占空比均为50％，第一钳位开关管和第二钳位开关管保持关闭；控制电路工作于pwm模态时，在开关周期内，钳位开关管的驱动脉冲与第一桥臂开关管的驱动脉冲互补，第二钳位开关管的驱动脉冲与第二桥臂开关管的驱动脉冲互补，第一桥臂开关管和第二桥臂开关管的开关周期为脉宽阈值的2倍。

8、在一实施例中，在pfm模态，驱动脉宽电压信号的下降沿作为驱动置位信号，驱动置位信号用于实现桥第一臂开关管的驱动信号和第二桥臂开关管的驱动信号置位控制；在pwm模态，脉宽阈值电压信号的下降沿作为驱动置位信号，驱动置位信号用于实现桥第一臂开关管的驱动信号和第二桥臂开关管的驱动信号置位控制。

9、本发明还提供一种用于llc变换器的控制电路，包括：脉宽阈值采样电路、模态控制比较电路、驱动脉宽采样电路以及控制电路；

10、脉宽阈值采样电路用于将从外界输入的脉宽阈值信号转化为脉宽阈值电压信号并将脉宽阈值电压信号输送至模态控制比较电路；

11、驱动脉宽采样电路获取表征第一桥臂开关管或第二桥臂开关管的驱动脉冲宽度的驱动脉宽电压信号，并将驱动脉宽电压信号输送至模态控制比较电路；

12、模态控制比较电路将脉宽阈值电压信号和驱动脉宽电压信号进行比较，并根据比较结果输出模态控制信号至控制电路；

13、控制电路接收模态控制信号，并根据模态控制信号控制电路工作于pwm模态或pfm模块，具体地：

14、当驱动脉宽电压信号大于脉宽阈值电压信号时，控制电路工作于pfm模态；当驱动脉宽电压信号小于脉宽阈值电压信号时，控制电路工作于pwm模态。

15、在一实施例中，控制电路还包括：逻辑电路，逻辑电路的第一输入端与第一桥臂开关管或第二桥臂开关管的驱动脉宽信号连接，逻辑电路的第二输入端与从外界输入的脉宽阈值信号连接，逻辑电路的输出端与控制电路的连接，当驱动脉宽信号大于脉宽阈值信号时，逻辑电路以驱动脉宽信号的下降沿为触发信号，输出驱动置位信号，驱动置位信号用于实现桥第一桥臂开关管的驱动信号和第二桥臂开关管的驱动信号置位控制；当驱动脉宽信号小于脉宽阈值信号时，逻辑电路以脉宽阈值信号的下降沿为触发信号，输出驱动置位信号，驱动置位信号用于实现桥第一桥臂开关管的驱动信号和第二桥臂开关管的驱动信号置位控制。

16、本发明再提供一种用于电荷型控制的llc变换器的控制方法，包括：

17、在llc变换器的开始工作前，设定脉宽阈值，通常为谐振周期的一半；

18、llc变换器的开始工作时，以pfm模态启机，此模态钳位支路不工作，开关电路第一桥臂开关管和第二桥臂开关管的驱动信号均固定50％占空比，即脉宽相等且在开关周期内互补，llc变换器以脉宽阈值为第一、第二桥臂开关管驱动的初始脉宽开始工作，并将初始脉宽转化成电压信号，作为比较阈值。

19、当开关管的驱动关断时，将当前开关周期的脉宽转换成电压信号，与比较阈值进行比较。

20、若电压信号大于比较阈值，则说明此时llc变换器的开关频率小于谐振频率，继续保持pfm模态。

21、若电压信号大于比较阈值，则说明此时llc变换器的开关频率大于谐振频率，llc变换器切换至pwm模态，此模态钳位支路中的的第一、第二钳位管开始工作，第一桥臂开关管和第二桥臂开关管的驱动信号开关周期固定为阈值脉宽的两倍，即等于谐振周期，驱动信号的占空比根据第一、第二桥臂开关管实际关断时刻自适应调节，第一、第二钳位开关管分别与第一、第二桥臂开关管在开关周期内互补，形成pwm模态的续流回路。

22、与现有技术相比，本发明根据脉宽变化和脉宽阈值的设定实现钳位llc变换器的多模态切换，无需频率检测，解决了电荷型llc控制无法应用于钳位llc变换器的痛点，实现了高动态性能和宽范围应用两大优势的结合；另一方面，本发明控制方法精准、可靠，成本低易实现，并且在下管关断时刻进行模态切换的判断，确保周期完整性，提高了钳位llc变换器的稳定性。

技术特征：

1.一种llc变换器的控制方法，所述llc谐振变换器包括逆变电路、钳位支路以及控制电路，所述逆变电路具有第一桥臂开关管(s1)和第二桥臂开关管(s2)；所述第一钳位支路具有第一钳位开关管(s3)以及第二钳位开关管(s4)，其特征在于，所述控制方法包括：

2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述控制电路工作于pfm模态时，所述第一桥臂开关管(s1)的驱动脉冲和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动脉冲互补，所述第一桥臂开关管(s1)的驱动脉冲和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动脉冲的占空比均为50％，所述第一钳位开关管(s3)和所述第二钳位开关管(s4)保持关闭；所述控制电路工作于pwm模态时，在开关周期内，所述钳位开关管(s3)的驱动脉冲与所述第一桥臂开关管(s1)的驱动脉冲互补，所述第二钳位开关管(s4)的驱动脉冲与所述第二桥臂开关管(s2)的驱动脉冲互补，所述第一桥臂开关管(s1)和所述第二桥臂开关管(s2)的开关周期为所述脉宽阈值(t_set)的2倍。

3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，在pfm模态，所述驱动脉宽电压信号(v_ts)的下降沿作为驱动置位信号，所述驱动置位信号用于实现桥所述第一臂开关管(s1)的驱动信号和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动信号置位控制；在pwm模态，所述脉宽阈值电压信号(v-tset)的下降沿作为驱动置位信号，所述驱动置位信号用于实现桥所述第一臂开关管(s1)的驱动信号和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动信号置位控制。

4.一种用于llc变换器的控制电路，包括：脉宽阈值采样电路(304)、模态控制比较电路(306)、驱动脉宽采样电路(307)以及控制电路(309)；

5.根据权利要求4所述用于llc变换器的控制电路，其特征在于，所述控制电路(300)还包括：逻辑电路(308)，所述逻辑电路(308)的第一输入端与第一桥臂开关管(s1)或第二桥臂开关管(s2)的驱动脉宽信号(ts)连接，所述逻辑电路(308)的第二输入端与从外界输入的脉宽阈值信号(t-set)连接，所述逻辑电路(308)的输出端与控制电路(309)的连接，当所述驱动脉宽信号(ts)大于所述脉宽阈值信号(t-set)时，所述逻辑电路(308)以所述驱动脉宽信号(ts)的下降沿为触发信号，输出驱动置位信号(v-rest)，所述驱动置位信号用于实现桥所述第一桥臂开关管(s1)的驱动信号和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动信号置位控制；当所述驱动脉宽信号(ts)小于所述脉宽阈值信号(t-set)时，所述逻辑电路(308)以所述脉宽阈值信号(t-set)的下降沿为触发信号，输出驱动置位信号(v-rest)，所述驱动置位信号(v-rest)用于实现桥所述第一桥臂开关管(s1)的驱动信号和所述第二桥臂开关管(s2)的驱动信号置位控制。

技术总结
本发明公开了一种用于钳位LLC变换器的控制方法及电路，应用于由逆变电路、谐振电路、钳位支路、变压器和整流滤波电路组成的LLC谐振变换器，本发明方法是基于LLC的电荷型控制，通过检测逆变电路开关管的驱动脉宽，与脉宽阈值作比较实现变换器两种模态的自适应切换：当驱动脉宽大于阈值时，采用变频PFM控制，通过改变工作频率改变输出电压增益；当驱动脉宽小于脉宽阈值时，采用定频占空比移位PWM控制，通过改变占空比来改变输出电压增益。本发明通过检测驱动脉宽，实现变频PFM和定频PWM控制的切换，实现了电荷型控制LLC变换器的多模态控制，拓宽了电荷型控制LLC变换器的电压增益范围，同时所有开关管均可实现ZVS，电路整体效率较高。

技术研发人员：李泓俊,杜鹃,李仲炜,吴辉
受保护的技术使用者：广州金升阳科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13