[發明專利]一種同步整流LLC變換器的數字控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201710590007.7
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107147302B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 錢欽松;詹成旺;劉琦;朱俊杰;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種同步整流LLC變換器的數字控制系統，其特征在于：包括電壓采樣電路、運算放大電路、低通濾波電路、以微控制器為核心的控制電路和隔離驅動電路，電壓采樣電路采樣LLC變換器副邊側同步整流MOS管的漏端電壓，經過運算放大電路、低通濾波電路后輸出給以微控制器為核心的控制電路，以微控制器為核心的控制電路輸出的信號包括通過隔離驅動電路輸出驅動LLC變換器原邊側MOS管的柵驅動信號和副邊側同步整流MOS管的柵驅動信號以及給運算放大電路的反饋信號；

電壓采樣電路包括電阻R₁、電阻R₂以及二極管D_b，電阻R₁的一端連接電源電壓Vcc,電阻R₁的另一端連接電阻R₂的一端和二極管D_b的陽極，二極管D_b的陰極連接LLC變換器副邊側中任一個同步整流MOS管的漏端；

運算放大電路包括運算放大器OpAmp和電阻R_F，運算放大器OpAmp的異名端連接電壓采樣電路中電阻R₂的另一端，電阻R_F跨接在運算放大器OpAmp的異名端和輸出端之間；

低通濾波電路包括電阻R₀和電容C₀，電阻R₀的一端連接運算放大器OpAmp的輸出端，電阻R₀的另一端連接電容C₀的一端并作為低通濾波電路的輸出端，電容C₀的另一端接地；

以微控制器為核心的控制電路包括數模轉換器DAC、模數轉換器ADC0、邏輯控制單元以及兩個定時器TIMer1和TIMer2，模數轉換器ADC0的輸入端連接低通濾波電路的輸出端，模數轉換器ADC0的輸出與邏輯控制單元雙向連接，邏輯控制單元的一路輸出經過定時器TIMer1后輸出連接LLC變換器副邊側同步整流MOS管的柵極，另一路輸出經過定時器TIMer2后，再經過隔離驅動電路輸出連接LLC變換器原邊側MOS管的柵極，還有一路輸出經數模轉換器DAC后連接至運算放大器OpAmp的同名端；

當控制系統處于工作狀態時，在LLC變換器的每一個開關周期內，通過電壓采樣電路分別在LLC變換器副邊側的同步整流MOS管關斷之前和關斷之后各采集一次同步整流MOS管的漏端電壓，并通過微控制器將上述兩個漏端電壓進行比較判斷，根據實時判斷的結果來控制下一開關周期同步整流MOS管驅動信號的周期和占空比，最終使同步整流MOS管的關斷點穩定在其電流過零點處附近，同步整流LLC變換器就穩定工作在最優效率點附近；包括以下步驟：

(1)在LLC變換器副邊側的同步整流MOS管關斷之前，電壓采樣電路采集同步整流MOS管的漏端電壓，該漏端電壓經運算放大電路和低通濾波電路后記為V_SR1，將V_SR1經模數轉換器ADC0轉換成數字電壓，存入微控制器中的邏輯控制單元；

(2)同一開關周期內，在LLC變換器副邊側的同步整流MOS管關斷之后，電壓采樣電路采集同步整流MOS管的漏端電壓，該漏端電壓經運算放大電路和低通濾波電路后記為V_SR2，將V_SR2經模數轉換器ADC0轉換成數字電壓，存入微控制器中的邏輯控制單元；

(3)邏輯控制單元對V_SR1和V_SR2進行比較，根據比較結果來調整同步整流MOS管驅動信號的周期及占空比；若V_SR1<V_SR2，且這兩個電壓都小于零，則微控制器會控制增加下一開關周期同步整流MOS管驅動信號的高電平時間，即推遲下一開關周期同步整流MOS管的關斷時間；

(4)若V_SR1>V_SR2,此時同步整流MOS管恰好在其電流過零點關斷，則需進行進一步的判斷，若V_SR1為正或者V_SR2大于同步整流MOS管關斷時其漏端電壓經電壓采樣電路、運算放大電路和低通濾波電路后得到的電壓V_SR(OFF)，則微控制器會控制減少下一開關周期同步整流MOS管柵端驅動信號的高電平時間，將下一開關周期同步整流MOS管的關斷時間提前，若V_SR1為負且V_SR2小于同步整流MOS管關斷時其漏端電壓經電壓采樣電路、運算放大電路和低通濾波電路后得到的電壓V_SR(OFF)，則下一開關周期同步整流MOS管的關斷時間保持不變。

2.根據權利要求1所述的同步整流LLC變換器的數字控制系統的控制方法，其特征在于：對LLC變換器副邊側的同步整流MOS管漏端電壓進行采樣時，利用微控制器內部定時器TIMer1中斷，來實現電壓采樣的準確控制，具體流程為：

(1)在每一個開關周期內，設置定時器TIMer1中斷在定時器TIMer1產生下降沿t₀時被觸發，此時微控制器進入中斷處理；

(2)經過電路延遲一段時間后，在t₁時刻同步整流MOS管開始關斷過程，微控制器在LLC變換器副邊側同步整流MOS管未完全關斷之前的t₂時刻產生中斷進行第一次采樣；

(3)在LLC變換器副邊側同步整流MOS管完全關斷之后的t₃時刻，微控制器產生中斷進行第二次采樣。