[發明專利]一種適用于LLC諧振電路的低損耗同步整流控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110360931.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113193754B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 錢欽松;周遠航;王廷營;楊靜;劉琦;孫偉鋒;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學;連云港杰瑞電子有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/217;H02M1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了一種適用于LLC諧振電路的低損耗同步整流控制方法及系統，屬于發電、變電或配電的技術領域。針對現有LLC自適應同步整流方案損耗大以及需要多次采樣的缺陷，該方法在不同的檢測窗口內檢測相應的同步整流管的關斷狀態，通過比較采樣電壓自行進行控制模式的切換，在采樣電壓較大或者采樣電壓為負值時，在循環內進行操作，相應改變循環內的預設同步整流管關斷點值，作為下一周期的整流管關斷點，通過采樣模塊、檢測窗口模塊、模式檢測模塊及自適應控制模塊組成的系統與受控的開關電源連接起來構成一個閉環實現。本發明的同步整流方案在采樣電壓穩定較小時，自適應控制成功，同步整流管恰好關斷。

技術領域

本發明涉及開關電源，尤其涉及一種適用于LLC諧振電路的低損耗同步整流控制方法及系統，屬于發電、變電或配電的技術領域。

背景技術

現代電力電子技術中，Dc-Dc變換器電路拓撲結構種類較多，而諧振變換器電路拓撲具有易實現軟開關的特點，因此在高功率密度和高效率的開關電源中應用廣泛。直流電源電壓經過逆變網絡變換成交流方波電壓，再經過諧振網絡轉變成諧振量，最后經過整流濾波電路輸出需要的電壓等級的直流電壓，實現Dc-Dc變換。

隨著開關電源市場競爭日益激烈和用戶需求日益提高，Dc-Dc變換器有時需要較高的功率密度以滿足用戶的需求，但在同樣的效率下，Dc-Dc變換器功率密度越高，其單位體積散發的熱量就越多，不利于變換器散熱處理。因此，若需要提高Dc-Dc變換器的功率密度，在散熱條件受限的情況下，必須進一步提高其工作效率。LLC變換器在固態變壓器等需要高效隔離直流到直流轉換的大功率應用中越來越受歡迎，這種流行可以歸因于它的效率和易于擴展。

同步整流是一種提高Dc-Dc變換器效率的技術，尤其是在低電壓、大電流應用場合，其效果更為顯著。同步整流技術是通過采用導通電阻較小的MOS管代替Dc-Dc變換器中的整流二極管，從而提高效率。同步整流技術對于提高Dc-Dc變換器效率的作用毋庸置疑，但由于其整流管采用 MOS管替代二極管，因此電路設計時還需要設計MOS管的驅動電路，增加了電路的復雜度。同時，同步整流采用的MOS管價格成本往往都要高于二極管，因此在設計Dc-Dc變換器時應綜合考慮效率和成本的問題。

同步整流管主要有兩種驅動方式，電流型驅動方式與電壓型驅動方式。電流型驅動的工作原理是根據流過同步整流管的電流情況，經過一定判斷轉換后向同步整流管提供驅動信號。當檢測到流過同步整流管的電流時，開通同步整流管；當流過同步整流管的電流下降為零時，關斷同步整流管。因此，電流型驅動不會發生傳統型外驅動以及電壓型驅動的能量回流情況，是一種較為理想的同步整流驅動方式。電流型驅動最大的問題在于其電路中需要用到電流檢測電路，增加了電路的復雜度和變換器的體積。

電壓型驅動是使用同步整流管的導通電阻為電流分流，檢測漏極到源級的電壓V_ds，從而產生驅動信號?；谶@種方法開發了許多驅動芯片來簡化同步整流驅動。然而，實際測出來的V_ds實際上是導通電阻電壓降和封裝的感應電壓降的總和。由PCB布線引入的寄生電感將導致相當大的占空比損耗。因此，同步整流管會比預期的關斷時間關得更早，導致同步整流管關斷時仍有電流通過，從而導致額外的導通損耗。而且由于MOS管的檢測閾值的額定電壓只有幾毫伏。因此，即使是由電路寄生參數引起的很小的過零振鈴也可能導致假的驅動信號。