[發明專利]全橋諧振直流/直流變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 201611259542.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106787760A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 姜桂賓;李紅雨;關平;楊政
• 申請（專利權）人: 珠海英搏爾電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 黃國豪

本發明公開了一種全橋諧振直流/直流變換器及其控制方法，通過控制開關頻率和開關相位差來調整輸出電壓，使得諧振變換器的輸出電壓范圍得以大幅度擴展，并且引入負反饋可以實現閉環控制，達到穩定輸出電壓或輸出電流的目的。使得本方案在電源工作頻率較低時單獨采用調頻控制，電源工作頻率變高時采用調頻配合移相兩種控制方式，在電源工作頻率達到設定上限時單獨采用移相控制方式持續達到調節諧振直流/直流變換器輸出的目的。本發明解決了諧振變換器的難點問題，即通過在全橋諧振直流/直流變換器中引入移相控制方式，極大地增加了諧振電路的輸出電壓調節能力，有效地擴展了電壓輸出范圍。

技術領域

本發明設計直流電源變換技術，尤其涉及一種全橋諧振直流/直流變換器，以及該直流/直流變換器的控制方法。

背景技術

高效率、高頻化和小型化是當今開關電源的主要發展趨勢，而傳統的BUCK形式變換器由于開關損耗過大，無法應用于高開關頻率的場合。而諧振變換器可以很容易實現軟開關，大大減小了電路中開關元件的開關損耗，成為目前較為流行的開關電源拓撲形式。

以現有的LLC串聯諧振變換器為例，由于諧振元件工作在正弦諧振狀態，開關管上的電壓可以自然過零從而實現零電壓開通，以及很容易實現副邊整流管的零電流關斷，從而減小了開關管的開通損耗，提高了電源的整體效率。這類拓撲通常采用變頻調制（PFM）方式，通過調整開關管的工作頻率達到穩定輸出電壓的目的。

變換器的控制原理是通過對全橋每個橋臂的上下管互補導通，每個開關管的占空比接近50%，并對Q1和Q4以及Q2和Q3同時導通和關斷，再加在諧振網絡上的電壓為+Vin～-Vin變動的方波，占空比為50%，電壓有效值接近Vin。如果僅采用頻率調制的方式調整輸出電壓，則電源輸出電壓增益與開關頻率的關系為：

其中，Vin和Vout分別為輸入電壓和輸出電壓，n為變壓器變比，Lr為諧振電感值，Cr為諧振電容值，Lm為激磁電感值，為工作頻率， 為諧振頻率， ，Rg為輸出負載。

從上式可以看出，在輸入電壓和其它電路參數選定的情況下，LLC串聯諧振的輸出電壓隨工作頻率的提高而降低，其控制頻率與輸出電壓增益的關系如圖1所示，LLC串聯諧振變換器的升壓能力是有限的，在一定范圍內隨著工作頻率的降低輸出電壓升高。超過這個范圍，反而隨著工作頻率降低輸出電壓降低，這不符合電路負反饋的單調性要求而在實際工作中不能使用。同時，LLC串聯諧振的降壓能力也是有限的，雖然理論上隨著工作頻率的提高輸出電壓可以持續下降，但考慮實際電路器件高頻損耗的影響，電路工作頻率不可能很高（一般最高到諧振頻率的2倍左右）。因此，在一定的工作頻率范圍內，LLC串聯諧振電路的輸出電壓不可能降到很低，特別是負載較輕的情況下。綜上所述，LLC諧振變換器雖然具有容易實現軟開關從而提高電路效率的優勢，但其一個非常明顯的弱勢是在僅采用頻率調制的控制方式時輸出電壓范圍很窄，不能應用在需要寬范圍輸出的場合。