[發明專利]一種應用于LLC變換器的多模式調制芯片

有效

• 申請號: 202010762527.3
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN112087135B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 張藝蒙;林希賢;張玉明;宋慶文;湯曉燕
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/088
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明涉及一種應用于LLC變換器的多模式調制芯片，第一輸入端口、第二輸入端口、外接電容連接端口、輸入電壓端口、接地端口、第一輸出端口、第二輸出端口、VCO模塊、BURST模式控制模塊、PSM模塊、驅動模塊、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管。該多模式調制芯片將PFM、PSM和BURST三種控制模式進行了有機結合，輸入電壓由低到高依次采用變頻、移相和BURST控制，解決了單種控制方式下變換器在寬輸入電壓范圍內開關頻率變化寬、效率難以優化的問題，集成度高，可靠性好，為電路的優化設計提供了控制；同時將功率管也集成到芯片內部，提高了芯片的工作效率，有利于LLC變換器系統整體功率密度的提高，提高了LLC變換器的輸出范圍，適用于高功率密度變換器。

技術領域

本發明屬于電源管理芯片技術領域，具體涉及一種應用于LLC變換器的多模式調制芯片。

背景技術

電源管理芯片廣泛應用于現代電子產品，其不僅應用在電源電路，在其它的電路應用也很普遍，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開關電源與變壓器相比具有效率高、穩性好、體積小等優點。

現有諧振型直流—直流開關電源芯片，包括PFM(Pulse frequency modulation，脈沖頻率調制)芯片和FSM(Finite State Machine，有限狀態機)芯片；其中，PFM芯片主要通過改變開關頻率來控制輸出電壓，這種方法存在開關頻率變化范圍大、輕載環流功率大、磁性元件參數及反饋控制環路設計困難等問題；FSM芯片主要通過改變相移角來控制輸出電壓，其存在開關管的ZVS(Zero Voltage Switch，零電壓開關)范圍窄、重載時諧振電流峰值大、環流損耗嚴重的問題。在輕載情況下burst(打嗝)模式是較多采用的一種控制策略，該策略一方面可以保持輸出電壓在規格范圍內，另一方面減小了輕載下的輸入功率，提高了輕載下的效率。然而打嗝模式會帶來輸出電壓紋波變大，這在一些應用，例如服務器電源、PC電源等是無法接受的。將PFM、PSM以及BURST模式集成在一種芯片上，可以拓寬諧振型直流—直流開關電源的輸入范圍以及整體效率，而由于開發難度大，多種調制模式集成在一個芯片上的技術幾乎一片空白。

無錫中感微電子股份有限公司在其專利申請文件“一種PWM/PFM控制電路”公開了一種PWM/PFM控制電路。其包括反饋電路、誤差放大器、PWM比較器、振蕩器和振蕩器頻率控制電路。反饋電路采樣一電源轉換電路的輸出電壓并形成反映輸出電壓的反饋電壓；誤差放大器基于一基準電壓和反饋電壓的誤差得到誤差放大電壓；振蕩器產生三角波振蕩信號；所述PWM比較器用于比較三角波振蕩信號和誤差放大電壓以輸出控制信號；振蕩器頻率控制電路基于誤差放大電壓輸出相應的電流信號給振蕩器，振蕩器基于電流信號調節所述振蕩器的充電電流的大小，以改變所述振蕩器輸出的三角波振蕩信號的頻率。與現有技術相比，該專利中的PWM/PFM控制電路不僅可以實現PFM到PWM的連續切換過渡，而且還可以進一步降低PFM模式下的頻率最低值。但是，該電路存在不足之處：該電路只集成了兩種調制方法，輸入電壓的范圍有限，而且該電路只能應用于半橋電路。

劉圓圓發表的“基于模糊PID控制的商用電磁爐控制系統設計”論文中提出了一種Boost(升壓)型寬電壓范圍輸入LLC諧振變換器。其采用模糊PID(proportional-integral-derivative，比例積分微分)復合控制，并結合PWM和PFM兩種調功方式，功率輸出的誤差波動范圍在±5％內，進而輸出功率達到95％以上，在一定程度上提高了輸出功率。但其開關頻率低，且功率開關管沒有和控制電路集成在一起，不利于功率密度的提高。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種應用于LLC變換器的多模式調制芯片。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種應用于LLC變換器的多模式調制芯片，包括：第一輸入端口、第二輸入端口、外接電容連接端口、輸入電壓端口、接地端口、第一輸出端口、第二輸出端口、VCO模塊、BURST模式控制模塊、PSM模塊、驅動模塊、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，