交错的llc变换器及其电流共享方法
【专利说明】交错的LLC变换器及其电流共享方法
[0001]相关申请的交叉引用
本发明申请要求2013年3月15提交的美国临时专利申请号61/793，848的优先权，其通过引用全部并入本文。
【背景技术】
[0002]本发明的领域一般涉及功率变换器，更确切地来说涉及交错式电感器-电感器-电容器(LLC)变换器。
[0003]由于导致高输出波纹电流的硬开关拓扑局限，电流隔离的板载功率(BMP)设计无法实现高效率。减少输出波纹电流的一种公知方法是将多个LLC变换器交错以使用较少的输出电容器。因为LLC变换器是频率控制的，所以将具有不同谐振槽增益的变换器交错会由于这些变换器的组件中的容差而困难。当两个LLC变换器在相同频率下在容差内驱动时，常常有两个不同的输出电压。不同的输出电压产生LLC变换器之间无法电流共享。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，提供一种方法，用于第一 LLC功率变换器与第二 LLC功率变换器交错之间的电流共享。该方法包括确定第一和第二 LLC功率变换器的至少其中之一的期望输出电压，并测量第一和第二 LLC功率变换器的至少其中之一的输出电压。该方法还包括在测得的输出电压超过期望输出电压时，增加第一和第二 LLC功率变换器的至少其中之一的停滞时间。最后，该方法包括将第一和第二 LLC功率变换器交错，其中第一 LLC功率变换器的输出电流大致等于第二 LLC功率变换器的输出电流。
[0005]在另一个实施例中，提供一种系统，其包括第一 LLC功率变换器和与第一 LLC功率变换器交错的第二 LLC功率变换器。将第一和第二 LLC功率变换器的至少其中之一的停滞时间配置成使得第一 LLC功率变换器的输出电流大致等于第二 LLC功率变换器的输出电流。
[0006]在又一个实施例中，提供一种方法，用于将第一 LLC功率变换器与第二 LLC功率变换器交错。该方法包括校准第一和第二 LLC功率变换器的其中至少其中之一的停滞时间，以使第一 LLC功率变换器的输出电流大致等于第二 LLC功率变换器的输出电流。该方法还包括将第一和第二 LLC功率变换器耦合到公共负载，以及将第一 LLC功率变换器耦合到第一电源以及将第二 LLC功率变换器耦合到第二电源。
【附图说明】
[0007]图1是用于第一 LLC功率变换器与第二 LLC功率变换器的交错的示范性系统的框图。
[0008]图2是无停滞时间控制的情况下图1所示的示范性交错的LLC功率变换器的输出电流的曲线图。
[0009]图3是具有停滞时间控制的情况下图1所示的示范性交错的LLC功率变换器的输出电流的曲线图。
[0010]图4是用于固定输入和固定负载的图1的第一和第二 LLC功率变换器的增益曲线的曲线图。
[0011]图5是具有停滞时间控制的情况下图1所示的第一和第二 LLC功率变换器的增益曲线的曲线图。
【具体实施方式】
[0012]图1是用于将第一 LLC功率变换器201与第二 LLC功率变换器241交错的系统200的一个实施例的框图。在示范实施例中，第一 LLC功率变换器201包括作为LLC功率变换器电压源的第一电源205。更确切地来说，在示范性实施例中，第一电源205是生成方波电压输出的等效戴维南电压源。第一电源205的方波电压输出可以跨在桥电路的两个金属氧化物半导体场效应晶体管(“M0SFET)(未示出)的结上测得。第一 LLC功率变换器201还包括親合到第一电压源205的第一谐振电感器210，和親合到第一谐振电感器210的第一谐振电容器215。第一 LLC功率变换器201还包括第一变压器220且是第一变压器220的初级绕组，第一变压器220具有親合到第一谐振电容器215的第一磁电感器224。第一磁电感器224也耦合到第一电源205。第一变压器220还包括次级绕组228。
[0013]在示范性实施例中，第二 LLC功率变换器241包括次级电源270。更确切地来说，在示范性实施例中，第二电源270是生成方波电压输出的等效戴维南电压源。第二电源270的方波电压输出可以跨在桥电路的两个MOSFET的结上测得。第二 LLC功率变换器241包括耦合到第二电压源270的第二谐振电感器260，和耦合到第二谐振电感器260的第二谐振电容器250。第二 LLC功率变换器241还包括第二变压器240且是第二变压器240的初级绕组，第二变压器240具有耦合到第二谐振电容器250的第二磁电感器244。
[0014]在示范性实施例中，第一变压器220的次级绕组228并联耦合到公共负载230。第二变压器240的次级绕组248也并联耦合到公共负载230。公共负载230可磁耦合到第一和第二 LLC功率变换器201和241。
[0015]在系统200的一些实施例中，为了进行交错，第一 LLC功率变换器201和第二 LLC功率变换器241应该输出大致相同量的电流，以使公共负载230由两个LLC功率变换器201和241两者驱动。高电感变化造成交错LLC功率变换器时的困难。在示范性实施例中，通过有利地调整LLC功率变换器201和241的其中之一或二者的停滞时间，系统200将LLC功率变换器201和241交错以便在大致相等的输出电流下操作。在示范性实施例中，“停滞时间”可以定义为防止电源205和270的其中之一短路而在第一方向上对变压器220和240加电与在第二方向上对变压器220和240加电之间的等待时间。作为附加或备选，还可以将停滞时间定义为桥电路的MOSFET之间没有活动信号的时间。在校准期间，通过在标称谐振频率比较LLC功率变换器201和241中每一个的开回路响应来获取停滞时间。对于在开回路中测试时第一和第二 LLC功率变换器中任一个测得更高输出电压增加停滞时间。
[0016]在示范实施例中，将LLC功率变换器201和241配置成电流共享包括，确定LLC功率变换器201和241的至少其中之一的期望输出电压。确定期望输出电压可以包括，使用预定输入电压、预定频率和/或施加于每个LLC功率变换器201和241的已知负载来预测输出电压。然后测量LLC功率变换器201和LLC功率变换器241之一的输出电压。在一些实施方案中，测量输出电压包括，测量第一和第二 LLC功率变换器201和241中每一个的相应输出电压。将测得的相应输出电压与期望值比较。当测得的输出电压超过期望输出电压时，增加该变换器的停滞时间。重复此过程，直到测得的输出电压大致等于期望输出电压为止。
[0017]在备选实施例中，测量第一和第二 LLC功率变换器201和241的每一个的输出电压，并彼此比较。对于第一和第二 LLC功率变换器201和241中任一个测得更高输出电压，增加停滞时间。增加特定LLC功率变换器的停滞时间有效地降低该变换器的增益。
[0018]在系统200中，可以通过降低LLC功率变换器201和241中每一个的输出电流之间的波纹电流的变化来进行LLC功率变换器201和241的交错。此类降低使得系统200能够通过匹配的LLC功率变换器的交错来支持比以常规LLC功率变换器一般可获得的更高的总输出电流(即，通过公共负载230的电流)。
[0019]图2是无停滞时间控制的情况下(图1所示)示范性交错的LLC功率变换器201和241的输出电流的曲线图。图3是具有停滞时间控制的情况下示范性交错的LLC功率变换器201和241的输出电流的曲线图。第一 LLC功率变换器201的输出由曲线290表示，以及第二 LLC功率变换器241的输出由曲线295表示。在示范性实施例中，第一谐振电感器LI 210具有值1.08 X Lr以及第二谐振电感器L2 260具有值0.92 X Lr，其中Lr是这些电感值变化前的谐振电感的给定值。在图3中，LI和Cl配置成具有150纳秒的停滞时间。L2和C2配置成具有600纳秒的停滞时间。
[0020]如图3所示，具有大致匹配的谐振的LLC功率变换器201和241的交错显示，LLC功率变换器电流波形的电流特征大致相似，从而使得能够交错LLC功率变换器201和241。一般来说，LLC功率变换器201和241的交错将通过负载的累计输出波纹电流的变化与交错的LLC功率变换器201和241的数量成比例地降低。这些相似的波形彼此按固定相位异相，这对于降低电流输出的平均变化有所贡献。具有相似的输出电流振幅使得系统200具有更高效率以及更高电流密度。
[0021]图4是用于固定输入和固定负载的(如图1所示)的第一和第二 LLC功率变换器201和241的增益曲线的曲线图。图5是具有停滞时间控制的情况下(图1所示)第一和第二 LLC功率变换器201和241的增益曲线的曲线图。这些增益曲线对应于归一化的DC输出电压，且包括与第一 LLC功率变换器201关联的第一归一化增益曲线400和与第二 LLC功率变换器241关联的第二归一化增益曲线405。第一和第二归一化增益曲线400和405包含1