[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

一種同步整流LLC變換器的數字控制系統及其控制方法，包括電壓采樣電路、運算放大電路、低通濾波電路、微控制器和隔離驅動電路。在LLC變換器的每一個工作周期內，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過零點處附近，因此，同步整流LLC變換器就穩定工作在最優效率點附近。

技術領域

本發明涉及采用同步整流方式的LLC諧振全橋開關變換器，尤其是一種同步整流LLC變換器的數字控制系統及其控制方法。

背景技術

LLC諧振全橋變換器具有高效率的優點，因此其被廣泛應用于中等功率的開關變化場合。為了進一步提高LLC諧振全橋變換器的工作效率，變換器副邊側的整流二極管被同步整流MOS管所代替，這種運用同步整流方法的LLC諧振全橋變換器主要的優點有：

1、LLC諧振全橋變換器能夠實現變換器原邊側的零電壓導通和副邊側的零電流導通。

2、副邊側同步整流MOS管有效的減小了變換器的導通損耗，特別是在大電流的場合下。

然而，不同于其他整流方法，同步整流MOS管的控制方法需要滿足LLC諧振全橋變換器更多的要求。比如，為了實現副邊側的零電流導通，當開關速度f_s大于諧振頻率f_r時，同步整流MOS管應該比原邊側開關早關斷，當開關速度f_s小于諧振頻率f_r時，同步整流MOS管應該比原邊側開關晚關斷。

現有主要的同步整流LLC諧振全橋變換器的控制方法可以根據采樣技術的不同分為三類：基于電流采樣技術的控制方法、基于自驅動模擬電壓采樣技術的控制方法以及基于數字電壓采樣技術的控制方法。這三種技術中，基于電流采樣技術的控制方法最為準確，但是電流檢測帶來的電阻功率損耗卻是相當大的；而自驅動模擬電壓采樣技術的電路復雜，而且會降低功率密度，產生源漏寄生震蕩。

由于上述兩種方法的缺點，基于數字電壓采樣技術的控制方法成為近些年被研究的重要對象。同步整流LLC諧振全橋變換器的數字控制方法應該滿足三個要求：電路結構簡單以提高功率密度；高頻下能準確有效的降低體電阻導通時間；快速有效的控制算法以防止體電阻反向導通。

目前，一種通用的同步整流LLC諧振全橋變換器的數字控制方法為：檢測同步整流MOS管體二極管是否導通，然后相應的提前或者延遲同步整流MOS管的關斷。然而，這種方法會導致同步整流MOS管的關斷點始終在體二極管導通和反向導通兩種狀態之間切換。而體二極管反向導通會形成從負載到變換器的電流通路，帶來額外的功率損耗。此外，這種方法的延時在高頻時會變大，從而出現反向電流惡化變換器的效率和穩定性。盡管采取了一些優化的措施，但是由于這種控制方法本身的缺陷，效率還是會受到影響。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供一種同步整流LLC變換器的數字控制系統及其控制方法，能夠提高同步整流LLC諧振全橋變換器的效率。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：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；