[發明專利]一種諧振電路輸出特性控制方法

有效

• 申請號: 201010213382.8
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101969303A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 首福俊;柳樹渡;朱春輝
• 申請（專利權）人: 艾默生網絡能源系統北美公司
• 主分類號: H03K7/10
• 分類號: H03K7/10
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

【技術領域】

本發明涉及諧振電路控制方法，特別是涉及一種諧振電路輸出特性控制方法。

【背景技術】

現有的諧振電路包括串聯諧振電路、并聯諧振電路、串并聯諧振電路、LLC諧振電路等。諧振電路中，控制開關管調節輸出電壓時，可通過脈沖頻率調制(Pulse?Frequency?Modulation，PFM)來調節諧振電路的輸出電壓，也可通過脈沖寬度調制(Pulse?Width?Modulation，PWM)來調節諧振電路的輸出電壓，也可同時采用兩種調制方法相結合，即脈沖寬度頻率調制(PWM-PFM)來調節諧振電路的輸出電壓。

圖1所示，為典型的半橋LLC串聯諧振電路，脈沖頻率調制PFM調節時，兩個開關管S1、S2互補對稱驅動，各導通50％的開關周期。調節兩個開關管S1、S2的驅動信號的脈沖頻率即獲得需要的輸出電壓V0。脈沖寬度調制PWM調節時，兩個開關管S1、S2間隔導通，即開關管S1導通時，開關管S2關斷；開關管S1關斷時，開關管S2導通。調節開關管S1或S2的驅動信號的脈沖占空比即獲得需要的輸出電壓V0。而脈沖寬度頻率調制PWM-PFM調節時，則是同時改變驅動信號的脈沖頻率和脈沖占空比獲得需要的輸出電壓V0。控制開關管時，選用何種調節方式，根據輸出電壓V0所在的區間以及調節方式對該區間的輸出電壓的調節靈敏度來選取。如下說明調節方式的選取規律。

圖2a-d所示分別為串聯諧振電路、并聯諧振電路、串并聯諧振電路、LLC諧振電路的直流增益特性曲線。各圖中，Gain表示諧振電路的直流增益，fs表示諧振電路中開關管的導通頻率，fr表示諧振電路的諧振頻率，Q表示不同的負載對應的諧振電路的品質因數。從各圖的直流增益特性曲線可以看出，針對不同的負載，即不同的Q值對應的曲線，各諧振電路的直流增益Gain與開關管的導通頻率fs的關系為：當開關管的導通頻率fs為諧振電路的諧振頻率fr時，諧振電路的直流增益Gain最大，此時諧振電路的輸出電壓最大。開關管的導通頻率fs取諧振電路的諧振頻率fr后，隨著開關管的導通頻率fs增大，諧振電路的直流增益Gain下降，即諧振電路的輸出電壓變小。但當開關管的導通頻率fs升高到一定程度后，特性曲線會變得非常平坦，使得頻率變化對輸出電壓的調節作用變得很弱。而諧振電路的輸出電壓也受開關管的占空比的影響，當開關管的導通頻率變化對輸出電壓的調節作用變弱時，可配合調節開關管的占空比，達到對輸出電壓的靈敏控制。

圖3中示出了一種調節諧振電路輸出特性的控制方法示意圖。圖中，Vmax表示直流增益Gain為1時對應的輸出電壓，此時的輸出電壓最大；V表示第一設定值，第一設定值V一般可從各諧振電路的直流增益曲線中得出，即如果有一點，該點之后直流增益特性曲線變得非常平坦，即該點之后頻率fs的變化對輸出電壓的調節作用會很弱，那么該點對應的電壓值通常作為第一設定值。輸出電壓V0在區間段[V，Vmax]時，區間段對應的頻率段對輸出電壓的調節作用較強，輸出電壓V0小于第一設定值V時，此時的頻率調節作用很弱了。控制方法s1中，當輸出電壓V0小于Vmax大于第一設定值V時，僅采用脈沖頻率調制PFM控制。因為，此階段頻率fs的變化對輸出電壓的調節作用很強，僅調節開關管的導通頻率fs即可達到調節輸出電壓的目的。當輸出電壓V0小于設定值V時，采用脈沖寬度調制PWM控制。這是因為，當開關管的導通頻率升高到一定階段時，頻率變化對輸出電壓的調節作用已變弱，利用脈沖頻率調制PFM控制已達不到調節輸出電壓的目的，所以改用脈沖寬度調制PWM控制調節，調節開關管的占空比d調節輸出電壓。

圖3中示出了另一種調節諧振電路輸出特性的控制方法示意圖。圖3中，在第一設定值V與輸出電壓最大值Vmax之間還引入第二設定值V’，第二設定值V’具體設定為多少不作要求，設置在第一設定值V與輸出電壓最大值Vmax之間即可。控制方法s2與圖2中控制方法s1相比，區別在于：當輸出電壓大于第一設定值V小于第二設定值V’時，控制方法s1僅采用了脈沖頻率調制PFM的控制方法，而控制方法s2采用了脈沖頻率調制PFM和脈沖寬度調制PWM相結合的控制方法。由于控制方法s2中，輸出電壓在降到第一設定值V之前，是經過脈沖頻率調制PFM和脈沖寬度調制PWM相結合的控制，所以之后輸出電壓小于第一設定值V時的調節過程中對應的開關管的導通頻率的固定取值要比控制方法s1中小。而開關管導通頻率取值小，對應的開關管的損耗就小，所以控制方法s2相比于控制方法s1的優點就在于：控制方法s2中開關管的損耗要小于控制方法s1中開關管的損耗。