[發(fā)明專(zhuān)利]諧振半橋電源控制器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710030748.6
• 申請(qǐng)日: 2007-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101399500A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂珍霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 呂珍霞
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/335
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/335
• 代理公司: 韶關(guān)市雷門(mén)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 周勝明

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種諧振半橋電源控制器。

【背景技術(shù)】

諧振半橋(簡(jiǎn)稱(chēng)LLC)電源具有高頻、高效率；開(kāi)關(guān)MOS管、整流二極管電壓應(yīng)力低；整流輸出不需電感，成本低；輻射低等優(yōu)點(diǎn)。

近年來(lái)LLC電源越來(lái)越流行，使用量迅速上升。但該類(lèi)電源也有很多的缺點(diǎn)，尤其是可靠性低。具體表現(xiàn)是：一是可靠性低，LLC電源對(duì)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，即便是最合理的設(shè)計(jì)，由于傳統(tǒng)控制器的工作模式本身對(duì)輸出功率及MOS管電流無(wú)法限制，在一些異常情況下，極易發(fā)生嚴(yán)重故障，如開(kāi)關(guān)MOS管炸裂并連同驅(qū)動(dòng)器炸裂，如輸出負(fù)載出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)載甚至短路，其工作頻率將迅速降低而MOS管進(jìn)入硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)關(guān)管很容易炸裂甚至出現(xiàn)上下MOS同時(shí)導(dǎo)通現(xiàn)象；二是反應(yīng)速度慢，如圖1所示，目前LLC電源的控制是通過(guò)壓控振蕩器產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換及延時(shí)后分別控制半橋的上下管，該控制方式屬于電壓控制模式，反應(yīng)速度慢，從而容易造成啟動(dòng)MOS管電流過(guò)沖，負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)，MOS管電流也容易產(chǎn)生過(guò)沖，而且過(guò)沖幅度不能限制，如果加快反饋環(huán)路速度，即可能引起振蕩；三是工藝難度高、成本高，電平轉(zhuǎn)換電路需采用高壓(600V)半導(dǎo)體器件，工藝難度和成本高；四是對(duì)開(kāi)關(guān)MOS管的電流裕量要求高，由于控制器的工作模式本身對(duì)輸出功率及MOS管電流無(wú)法限制，MOS管必須留有較大裕量以防因電流過(guò)大而損壞。

為了改善可靠性，目前LLC電源的使用普遍采用外圍檢測(cè)MOS管電流，增加保護(hù)電路，以控制控制器停止工作。該辦法雖然能起到一定的保護(hù)作用，但不僅增加了外圍電路的復(fù)雜性，而且對(duì)故障的反應(yīng)速度很慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種可靠性高、反應(yīng)速度快、電路工藝簡(jiǎn)單、制作成本低廉、能有效地限制各種過(guò)沖現(xiàn)象的諧振半橋電源控制器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種諧振半橋電源控制器，采用上下控制器分別控制組成半橋的上下開(kāi)關(guān)MOS管Q1和Q2，控制上下MOS管的控制器采取不共地的方式互相獨(dú)立并隔離，下控制器以系統(tǒng)地為參考地，上控制器以半橋輸出端HB為參考地。

所述上控制器與下控制器采用比較器實(shí)現(xiàn)，分別采用兩個(gè)比較器，其中一個(gè)用作振蕩器U1-A產(chǎn)生方波信號(hào)，另一個(gè)用作振蕩器高電平輸出允許控制電路U1-B，所述下控制器中還采用一個(gè)比較器U6-A用于檢測(cè)并限制下MOS管Q2的電流。

所述上控制器采用控制上MOS管Q1導(dǎo)通時(shí)間等于下MOS管Q2導(dǎo)通時(shí)間的控制方法，通過(guò)電流源將下MOS管Q2的導(dǎo)通時(shí)間轉(zhuǎn)換為電壓儲(chǔ)存在電容C15上，再通過(guò)電流源將電容C15上的電壓轉(zhuǎn)換為Q1的導(dǎo)通時(shí)間；同時(shí)，所述時(shí)間與電壓之間的轉(zhuǎn)換采用兩個(gè)相同電流值的電流源分別對(duì)電容進(jìn)行充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，電流源的開(kāi)關(guān)控制與半橋輸出HB電壓的上升沿和下降沿同步；以HB為參考地時(shí)，所述同步控制信號(hào)取于半橋的供電電壓VB，通過(guò)電阻和電容分壓取得。

上下控制器在同步反相狀態(tài)時(shí)的工作過(guò)程是：當(dāng)半橋輸出HB高電平時(shí)禁止下控制器輸出高電平，即禁止下MOS管導(dǎo)通；當(dāng)半橋輸出HB低電平時(shí)禁止上控制器輸出高電平，即禁止上MOS管導(dǎo)通。

上下控制器工作在同步反相狀態(tài)時(shí)，下控制器的同步信號(hào)取于半橋輸出HB信號(hào)，使用該同步信號(hào)控制允許或禁止下控制器的高電平輸出；上控制器的同步信號(hào)取于半橋的供電電壓VB，使用該同步信號(hào)控制允許或禁止上控制器的高電平輸出；同步信號(hào)的產(chǎn)生或通過(guò)增加變壓器輔助繞組從輔助繞組取樣。所述同步信號(hào)通過(guò)分壓從半橋輸出點(diǎn)HB取樣時(shí)，由于在控制器沒(méi)有啟動(dòng)工作前半橋輸出點(diǎn)HB電壓約為半橋電路供電電壓VB的一半，而禁止下MOS管導(dǎo)通的門(mén)限電壓設(shè)置較低，在該狀態(tài)下，下控制器無(wú)法輸出高電平啟動(dòng)，采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)裝置以啟動(dòng)下控制器工作，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7-A輸出端連接在下振蕩器高電平輸出允許控制器U1-B的輸入端，U7-A的輸入端由振蕩器U1-A的輸出信號(hào)觸發(fā)。U7-A在觸發(fā)前輸出低電平強(qiáng)制提供低電平的同步信號(hào)以允許振蕩器U1-A輸出高電平，當(dāng)觸發(fā)后輸出高阻態(tài)不影響其它電路工作。

通過(guò)檢測(cè)下MOS管電流，采樣電阻R4電壓超過(guò)設(shè)定值VREF3后，控制關(guān)閉下MOS管，當(dāng)系統(tǒng)輸出功率加大，下MOS管在導(dǎo)通期間電流加大，MOS管電流經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后超過(guò)設(shè)定電壓值時(shí)關(guān)斷下MOS輸出，整個(gè)控制過(guò)程在下控制器輸出高電平(下MOS管導(dǎo)通)期間完成，并且每個(gè)工作周期進(jìn)行，即逐周期控制。