CN114583932B - 一种用于llc谐振变换器的控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于LLC谐振变换器的控制电路和控制方法，首先获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号；再依据谐振电流信号和谐振电压信号获取开关驱动信号。其中，开关驱动信号用于实现对LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制。由于依据谐振电流信号和谐振电压信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性，并提升了变换器的动态响应速度，降低了纹波电压，且易于实现。

Description

一种用于LLC谐振变换器的控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及直流电转换技术领域，具体涉及一种用于LLC谐振变换器的控制电路和控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，人们对各类电子产品的需求也日益提高，同时对直流电源的需求也越来越高。请参考图1，为一种半桥LLC变换器的电路拓扑图，LLC谐振转换器的基本电路一般包含一个带MOSFET的控制器、一个谐振网络和一个整流器网络。控制器以50%的占空比交替为两个MOSFET提供门信号，随负载变化而改变工作频率，调节输出电压Vout，这称为脉冲频率调制(PFM)。谐振网络包括两个谐振电感和一个谐振电容(L-L-C)。谐振电感lr、lm与谐振电容Cr主要作为一个分压器，其阻抗随工作频率而变化，以获得所需的输出电压。整流器网络通过半桥接或全桥接的开关网络将直流输入电压转换成方波并输入谐振槽路，可以有效地滤除谐波并提供正弦曲线电压和电流波形输出给变压器，以实现电压缩放和初级/次级隔离。对谐振腔的谐振方波频率进行调制可控制转换器的功率流。在LLC谐振转换器中，所有半导体开关是软开关或零电压开关（针对初级MOSFET而打开）和零电流开关（针对次级端整流器打开和关闭），因此有较低的电磁辐射水平（EMI）。然而，LLC谐振转换器目前还是采用以反馈量去直接控制开关频率来实现对输出功率的控制方法，该方法在实际应用中具有以下缺点：

1）环路响应速度慢;

2）控制到输出的传递函数中存在双极点，极不易稳定；

3）过流保护和过功率保护不准确。

请参考图2，为一种LLC变换器的直接控制频率方法中从控制到输出的传递函数Bode图，在不同的输出功率下传递函数中的双极点位置不固定，在对LLC变换器的控制方法进行设计时，需要在三种不同的区域中分别考虑闭环的稳定性，提升了设计的复杂程度。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是如何实现对LLC谐振变换器的电流模式控制。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于LLC谐振变换器的控制电路，所述LLC谐振变换器用于将第一直流电转换为第二直流电；所述LLC谐振变换器包括开关逆变电路、谐振电路、变压电路、输出电路和开关驱动控制电路；

所述开关逆变电路与所述谐振电路连接，用于将所述第一直流电转换为高频交流电输出给所述谐振电路；

所述谐振电路与所述变压电路连接，用于将所述高频交流电进行谐振转换后输出给所述变压电路；

所述变压电路与所述输出电路连接，用于对谐振转换后的所述高频交流电进行降压后输出给所述输出电路；

所述输出电路用于输出所述第二直流电；

所述开关驱动控制电路与所述开关逆变电路和所述谐振电路连接，用于监测所述谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号，并依据监测获取的所述谐振电流信号和所述谐振电压信号向所述开关逆变电路的功率开关管输出开关驱动信号；所述开关驱动信号用于实现对所述开关逆变电路的功率开关管的开关控制。

根据第二方面，一种实施例中提供一种用于LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器用于将第一直流电转换为第二直流电，所述控制方法包括：

获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号；

获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电容Cr两端的谐振电压信号；

依据所述谐振电流信号和所述谐振电压信号获取开关驱动信号；所述开关驱动信号用于实现对所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制。

一实施例中，所述依据所述谐振电流信号和所述谐振电压信号获取开关驱动信号；所述开关驱动信号用于实现对所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制，包括：

所述开关驱动信号包括高端开关管驱动信号HG和低端开关管驱动信号LG；所述高端开关管驱动信号HG用于驱动所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的高侧功率开关管，所述低端开关管驱动信号LG用于驱动所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的低侧功率开关管；

当输出所述高端开关管驱动信号HG，且所述谐振电流信号过零点时，对所述谐振电压信号进行采样以获取电压采样信号，并获取所述电压采样信号与一预设的第一预设电压信号的电压和信号；

再当所述电压和信号不大于所述谐振电压信号时，切换输出所述低端开关管驱动信号LG；

所述低端开关管驱动信号LG与所述高端开关管驱动信号HG的持续时间相同。

依据上述实施例的用于LLC谐振变换器的控制电路和控制方法，由于依据谐振电流信号和谐振电压信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性，并提升了变换器的动态响应速度，降低了纹波电压，且易于实现。

附图说明

图1为一种半桥LLC谐振变换器的电路拓扑图；

图2为一种LLC谐振变换器的直接控制频率方法中从控制到输出的传递函数Bode图；

图3为一种实施例中LLC谐振变换器的电路结构示意图；

图4为另一种实施例中LLC谐振变换器的电路结构示意图；

图5为一种实施例中驱动控制电路的电路连接示意图；

图6为一种实施例中驱动控制电路的电路连接结构示意图；

图7为一种实施例中LLC谐振变换器的电信号监测示意图；

图8为一种实施例中谐振电流与半桥中点电压的信号时序图；

图9为另一种实施例中功率开关管驱动控制信号与谐振电路电信号的信号对应图；

图10为一种实施例中***开关频率高于谐振频率时谐振变换器电信号的波形对比示意图；

图11为一种实施例中***开关频率低于谐振频率时谐振变换器电信号的波形对比示意图；

图12为一种实施例中传递函数的bode图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

在本申请实施例中，公开了用于LLC谐振变换器的控制方法，首先获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号；再依据谐振电流信号和谐振电压信号获取开关驱动信号。其中，开关驱动信号用于实现对LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制。由于依据谐振电流信号和谐振电压信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性，并提升了变换器的动态响应速度，降低了纹波电压，且易于实现。

实施例一

请参考图3，为一种实施例中LLC谐振变换器的电路结构示意图，LLC谐振变换器用于将第一直流电V_dc转换为第二直流电。LLC谐振变换器包括开关逆变电路1、谐振电路2、变压电路3、输出电路4和开关驱动控制电路5。开关逆变电路1与谐振电路2连接，用于将第一直流电V_dc转换为高频交流电输出给谐振电路2。谐振电路2与变压电路3连接，用于将高频交流电进行谐振转换后输出给变压电路3。变压电路3与输出电路4连接，用于对谐振转换后的高频交流电进行降压后输出给输出电路4。输出电路4用于输出第二直流电。开关驱动控制电路5与开关逆变电路1和谐振电路2连接，用于监测谐振电路2的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号，并依据监测获取的谐振电流信号和谐振电压信号向开关逆变电路的功率开关管输出开关驱动信号。开关驱动信号用于实现对开关逆变电路1的功率开关管的开关控制。其中，开关逆变电路1包括直流正输入端、直流负输入端、整流正输出端和整流负输出端。直流正输入端和直流负输入端用于第一直流电V_dc的输入。整流正输出端和整流负输出端与谐振电路2连接。谐振电路2包括整流正连接端、整流负连接端、原边正连接端和原边负连接端。整流正连接端和整流负连接端分别与整流正输出端和整流负输出端连接，原边正连接端和原边负连接端用于与变压电路3连接。变压电路3包括第一原边连接端、第二原边连接端、第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端。第一原边连接端和第二原边连接端分别与原边正连接端和原边负连接端连接。第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端用于与输出电路4连接。输出电路4包括第一输入连接端、第二输入连接端、第三输入连接端、第四输入连接端、输出正连接端和输出负连接端，第一输入连接端和第二输入连接端分别与第一副边正连接端和第一副边负连接端连接，第三输入连接端和第四输入连接端分别与第二副边正连接端和第二副边负连接端连接，输出电路4的输出正连接端和输出负连接端用于输出第二直流电。谐振电路2包括谐振电容Cr和谐振电感Lr，谐振电感Lr的一端与整流正连接端连接，另一端与原边正连接端连接。谐振电容Cr的一端与整流负连接端连接，另一端与原边负连接端连接。变压电路3包括变压器Tr，变压器Tr包括一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与第一原边连接端连接，另一端与第二原边连接端，一个副边绕组的两端分别与第一副边正连接端和第一副边负连接端连接，另一个副边绕组的两端分别与第二副边正连接端和第二副边负连接端连接。输出电路4包括二极管D11、二极管D12、电容C11、电阻R11和电阻R12。其中，二极管D11的正极与输出电路4的第一输入连接端连接，二极管D11的负极与输出电路4的输出正连接端连接，二极管D12的正极与输出电路4的第四输入连接端连接，二极管D12的负极与输出电路4的输出正连接端连接。电容C11和电阻R11串联，串联后的一端与输出电路的输出正连接端连接，串联后的另一端与输出电路4的输出负连接端连接，电阻R12的一端与输出电路4的输出正连接端连接，另一端与输出电路4的输出负连接端连接。输出电路4的第二输入连接端、第三输入连接端和输出负连接端电连接。

一实施例中，开关逆变电路1为全桥驱动整流电路，开关逆变电路1包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4。第一功率开关管S1的第一极与直流正输入端连接，第一功率开关管S1的第二极与整流正输出端连接，第一功率开关管S1的控制极与开关驱动控制电路5连接。第二功率开关管S2的第一极与整流正输出端连接，第二功率开关管S2的第二极与直流负输入端连接，第二功率开关管S2的控制极与开关驱动控制电路5连接。第三功率开关管S3的第一极与直流正输入端连接，第三功率开关管S3的第二极与整流负输出端连接，第三功率开关管S3的控制极与开关驱动控制电路5连接。第四功率开关管S4的第一极与整流负输出端连接，第四功率开关管S4的第二极与直流负输入端连接，第四功率开关管S4的控制极与开关驱动控制电路5连接。

请参考图4，为另一种实施例中LLC谐振变换器的电路结构示意图，一实施例中，LLC谐振变换器的开关逆变电路1为半桥驱动整流电路，开关逆变电路1包括第一功率开关管S5和第二功率开关管S6,第一功率开关管S5的第一极与直流正输入端连接，第一功率开关管S5的第二极与整流正输出端连接，第一功率开关管S5的控制极与开关驱动控制电路5连接。第二功率开关管S6的第一极与整流正输出端连接，第二功率开关管S6的第二极与整流负输出端连接，第二功率开关管S6的控制极与开关驱动控制电路连接，直流负输入端与整流负输出端电连接。

一实施例中，开关驱动控制电路5包括开关驱动电路40、驱动控制电路30、电压采样电路10和电流转换电路20。电压采样电路10分别与谐振电路2和驱动控制电路30连接，用于监测谐振电路2的谐振电容Cr两端的谐振电压信号，并将监测获取的谐振电压信号发送给驱动控制电路30。电压采样电路10包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，电压采样电路10的第一连接端和第二连接端分别与谐振电容Cr的两端连接，电压采样电路的第三连接端与驱动控制电路30连接。电流转换电路20分别与谐振电路2和驱动控制电路30连接，用于监测流过谐振电路2的谐振电感Lr的谐振电流信号，并将监测谐振电流信号获取的谐振电流监测信号输出给驱动控制电路30。电流转换电路包括第一连接端和第二连接端，电流转换电路20的第一连接端与谐振电路2连接，电流转换电路20的第二连接端与驱动控制电路30连接。

请参考图5，为一种实施例中驱动控制电路的电路连接示意图，驱动控制电路30与开关驱动电路40连接，驱动控制电路30用于输出第一PWM信号给开关驱动电路40。开关驱动电路40与开关逆变电路1连接，开关驱动电路40用于依据第一PWM信号输出开关驱动信号，开关驱动信号包括第一功率管驱动信号DRV_L和第二功率管驱动信号DRV_H，其中，第一功率管驱动信号DRV_L用于开关逆变电路1的低侧功率开关管的驱动，第二功率管驱动信号DRV_H用于开关逆变电路的高侧功率开关管的驱动。开关驱动电路40包括第一连接端、第二连接端和第三连接端。开关驱动电路40的第一连接端与驱动控制电路30连接，用于第一PWM信号的输入。开关驱动电路40的第二连接端与驱动控制电路30和开关逆变电路1连接，用于第一功率管驱动信号DRV_L的输出。开关驱动电路40的第三连接端与开关逆变电路1连接，用于第二功率管驱动信号DRV_H的输出。驱动控制电路30包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端。驱动控制电路30的第一连接端与开关驱动电路40的第一连接端连接，用于输出第一PWM信号。驱动控制电路30的第二连接端与电压采样电路10的第三连接端连接，用于谐振电压信号的输入。驱动控制电路30的第三连接端与电流转换电路20的第二连接端连接，用于谐振电流监测信号的输入。驱动控制电路30的第四连接端与开关驱动电路40的第二连接端连接，用于第一功率管驱动信号DRV_L的输入。一实施例中，驱动控制电路30用于依据谐振电压信号、谐振电流监测信号和第一功率管驱动信号DRV_L输出第一PWM信号。

如图4所示，一实施例中，电压采样电路10包括第一采样电容C31和第二采样电容C32。第一采样电容C31的一端与电压采样电路10的第一连接端连接，另一端与电压采样电路10的第二连接端连接。第二采样电容C32的一端与电压采样电路10的第二连接端连接，另一端与电压采样电路10的第三连接端连接。一实施例中，电流转换电路20包括第一转换电容C21、第一转换电阻R21和第一比较器21。第一转换电容C21的一端与电流转换电路20的第一连接端连接，另一端与第一比较器21的正输入端连接。第一转换电阻R21的两端分别与第一比较器21的正输入端和负输入端连接。第一比较器21的输出端与驱动控制电路30连接，第一比较器21的负输入端接地。

请参考图6，为一种实施例中驱动控制电路的电路连接结构示意图，驱动控制电路30还包括第五连接端，驱动控制电路30的第五连接端用于一预设的第一预设电压信号Vloop的输入。驱动控制电路30还包括过零点检测电路60、采样控制电路70、驱动信号反馈电路80和SR触发器90。过零点检测电路60分别与驱动控制电路30的第三连接端和采样控制电路70连接，过零点检测电路60用于当谐振电流监测信号iLr过零点时输出采样激活信号给采样控制电路70。一实施例中，过零点检测电路60包括第一判断电路61和第一上升沿触发器62，第一判断电路61分别与驱动控制电路30的第三连接端和第一上升沿触发器62连接，用于将驱动控制电路30的第三连接端输入的谐振电流监测信号iLr与0值进行比较，当为0值时输出第一触发信号给第一上升沿触发器62。第一上升沿触发器62与采样控制电路70连接，第一上升沿触发器62响应第一触发信号输出采样激活信号给采样控制电路70。

采样控制电路70分别与驱动控制电路30的第二连接端、第五连接端和SR触发器90连接。采样控制电路70用于响应采样激活信号对谐振电压信号Vcr进行采样，并对采样获取的电压采样信号与第一预设电压信号Vloop求和，且当电压采样信号与第一预设电压信号Vloop的和不大于谐振电压信号Vcr时，输出R触发信号给SR触发器90的R信号输入端。一实施例中，采样控制电路70包括采样激活电路72、加法器73、增益电路71、比较器74和第二上升沿触发器75。采样激活电路72包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，采样激活电路72的第一连接端与过零点检测电路60连接，用于采样激活信号的输入，采样激活电路72的第二连接端与驱动控制电路30的第二连接端连接，用于谐振电压信号Vcr的输入，采样激活电路72的第三连接端与加法器73的一个输入端连接。增益电路71包括第一连接端和第二连接端，增益电路71的第一连接端与驱动控制电路30的第五连接端连接，用于第一预设电压信号Vloop的输入，增益电路71的第二连接端与加法器73的另一个输入端连接。加法器73的输出端与比较器74的负输入端连接，用于将采样获取的电压采样信号与第一预设电压信号Vloop的和发送给比较器。比较器74的正输入端与驱动控制电路30的第二连接端连接，比较器74的输出端与第二上升沿触发器75连接，比较器74用于对谐振电压信号Vcr和采样获取的电压采样信号与第一预设电压信号Vloop的和进行比较，当谐振电压信号Vcr大时输出第二触发信号给第二上升沿触发器75。第二上升沿触发器75包括第一连接端和第二连接端，第二上升沿触发器75的第一连接端与比较器74的输出端连接，用于第二触发信号的输入。第二上升沿触发器75的第二连接端与SR触发器90的R信号输入端连接，第二上升沿触发器75用于响应第二触发信号输出R触发信号给SR触发器90的R信号输入端。

一实施例中，第一预设电压信号Vloop为LLC谐振变换器的输出电压或输出电流的闭环控制的输出。一实施例中，第一预设电压信号Vloop由TL431和光耦组成的稳压环输出。其中，在数字控制中第一预设电压信号Vloop是由输出电压采样和输出电压设定值的误差值经比例积分或其它控制器的计算和处理后输出的。电压环第一预设电压信号Vloop的输出用于实现对LLC谐振变换器输出的稳压控制，通常情况下第一预设电压信号Vloop的输出越大，LLC谐振变换器的传输功率越大。因第一预设电压信号Vloop不影响本申请的发明点，因此涉及第一预设电压信号Vloop的发生电路不做详细表述。一实施例中，可将第一预设电压信号Vloop设定为预设的定值。

驱动信号反馈电路80与驱动控制电路30的第四连接端和SR触发器90连接。驱动信号反馈电路80用于输出S触发信号给SR触发器90的S信号输入端。S触发信号与第一功率管驱动信号DRV_L的下降沿同步。一实施例中，驱动信号反馈电路80包括第一下降沿触发器82、OR电路83和起始信号发生电路81。起始信号发生电路81用于生成一预设起始方波信号，输出给OR电路83的一个输入端。第一下降沿触发器82包括第一连接端和第二连接端，第一下降沿触发器82的第一连接端与驱动控制电路30的第四连接端连接，用于第一功率管驱动信号DRV_L的输入。第一下降沿触发器82的第二连接端与OR电路83的另一个输入端连接。OR电路83的输出端与SR触发器90的S信号输入端连接。SR触发器90的Q输出端与开关驱动电路40连接，用于产生第一PWM信号并输出给开关驱动电路40。

本申请实施例中公开的LLC谐振变换器的控制电路，包括开关驱动控制电路。开关驱动控制电路包括开关驱动电路、驱动控制电路、电压采样电路和电流转换电路。开关驱动控制电路首先获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号；再依据谐振电流信号和谐振电压信号获取开关驱动信号。其中，开关驱动信号用于实现对LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制。由于依据谐振电流信号和谐振电压信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性，并提升了变换器的动态响应速度，降低了纹波电压，且易于实现。

实施例二

本申请还公开了一种用于LLC谐振变换器的控制方法，其中LLC谐振变换器用于将第一直流电转换为第二直流电，该控制方法包括：

获取LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号，及获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电容Cr两端的谐振电压信号；再依据谐振电流信号和谐振电压信号获取开关驱动信号。其中，开关驱动信号用于实现对LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制。

一实施例中，依据谐振电流信号和谐振电压信号获取开关驱动信号，包括：

开关驱动信号包括高端开关管驱动信号HG和低端开关管驱动信号LG。高端开关管驱动信号HG用于驱动LLC谐振变换器的开关逆变电路的高侧功率开关管，低端开关管驱动信号LG用于驱动LLC谐振变换器的开关逆变电路的低侧功率开关管。当输出高端开关管驱动信号HG，且谐振电流信号过零点时，对谐振电压信号进行采样以获取电压采样信号，并获取电压采样信号与一预设的第一预设电压信号的电压和信号；再当电压和信号不大于谐振电压信号时，切换输出低端开关管驱动信号LG。其中，低端开关管驱动信号LG与高端开关管驱动信号HG的持续时间相同。一实施例中，通过计时器或积分器实现对低端开关管驱动信号LG的持续时间进行计时，以实现低端开关管驱动信号LG与高端开关管驱动信号HG的持续时间相同。

下面对本申请提出的依据谐振电流信号和谐振电压信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制的原理进行说明，具体包括：

如图3和图4所示，分别为全桥和半桥驱动的LLC谐振变换器，在LLC谐振变换器工作时，从电源经开关管流入到LC谐振腔的电流，可以表现为谐振电容的电压变化，具体来说就是电感的磁场能转移到电容器的电场能，而LLC变换器依托谐振的原理实现了高效率的电源转化效率。其中，在图3中，电压采样电路10采用高阻差分的原理实现谐振电容两端电压信号的采样，电流转换电路20采用电流互感或霍尔原理实现对谐振电流的采样。

请参考图7，为一种实施例中LLC谐振变换器的电信号监测示意图，其中第一行为第一功率管驱动信号DRV_L（以下简称DRV_L）和第二功率管驱动信号DRV_H（以下简称DRV_H）的信号时序示意图，第二行为谐振电流的电流波形示意图，第三行为谐振电容的电压波形示意图。当谐振电流过零点时意味着谐振电流全部流入到谐振电容，此时正对应着谐振电容的电压达到峰值。如图7的第二行所示，上下正弦波动的为谐振电流的波形，直线且有跳变的为谐振电流从负向到正向的零穿越点。如图7的第三行所示，谐振电容的电压信号当谐振电流的负向穿越到正向时，正好对应着谐振电容的负向电压峰值。

本申请提出采样谐振电容的电压，因为谐振电流超前电容相位90°，可以使用一个电容串联以微分的方法来把谐振电流信号从谐振电容的电压上提取到。如图4所示，而谐振电容的电压可以直接使用两个电容串联的方法得到，其中，Vcr是对谐振电容电压的采样，iLr是对谐振电流的采样。

请参考图8，为一种实施例中谐振电流与半桥中点电压的信号时序图，其中，iR是谐振电流，vHB是半桥中点电压。监测代表谐振电流的信号的过零穿越点iLr_ZCD，并在此时间点是触发采样/保持（sample/hold）对谐振电容的电压采样。依如上所述的原理，当谐振电流过零点时，对应着谐振电容的电压峰值。当谐振变换器在感性区域工作时，当开关HG（高侧功率开关管）导通时，电流不会立刻从电源流入到谐振腔，而是要等待谐振电流方向换向，发生极性转换后才开始从电压源流入到谐振腔。

因此谐振电流方向换向的时刻正是谐振电流的过零穿越点iLr_ZCD由低变高时间点，所以HG开关导通后真正流入进谐振腔的电流或是流入到谐振电容的电荷的积分，都被表现在谐振电容从负向峰值开始上升到的正向的某个电压之间的差值ΔVcr。本申请提出通过控制谐振电容的负向峰值点电压到反馈环所设定的谐振电容电压的增量ΔVcr电压来控制流入谐振腔的电流大小，也等同于控制了在HG开通时流入谐振腔的功率。从原边母线电压和流入谐振腔的电流即可计算出在开通HG导通时传输的功率：

Pout=Vin*Iin=ΔVcr*Cr*fsw*Vin；

因此，通过控制住谐振电容的电压在谐振电流过零点时到HG开关关闭点的电压增量ΔVcr，就可以实现对LLC谐振变换器的功率控制，实现电流模式的控制方法。

请参考图9，为另一种实施例中功率开关管驱动控制信号与谐振电路电信号的信号对应图，依据监测获取的谐振电路的电信号实现对LLC谐振变换器的电流模式控制，具体的控制流程包括：

iLr是谐振电流采样信号，vCr是谐振电容的电压采样信号，Vloop是电压外环的输出值。监测到谐振电流iLr大于0时刻触发对谐振电容Vcr的采样/保持，并把S/H的输出加上电压外环vloop的设定值后与谐振电容的电压采样值vCr进行比较，当谐振电容的电压高于谐振设置值时触发关闭HG的信号，并在***死区时间后，开启LG信号，并把HG开通时间长度复制给低端开通，实现HG/LG的导通时间一致，解决LLC谐振变换器的电流不平衡问题。

实现上述控制流程的电路参见图6所示，在LG的关闭后，取其下降沿信号，去重新置位SR触发器，重新开启新一个周期的HG信号，并再等待谐振电流的过零信号iLr_ZCD发生，然后采样保持（S/H）谐振电容电压，再加上Vloop后等待电容电压升高到谐振电容设定点，再关闭HG，重复这种工作，实现***稳态工作。

请参考图10和图11，分别为一种实施例中***开关频率高于谐振频率时谐振变换器电信号的波形对比示意图和***开关频率低于谐振频率时谐振变换器电信号的波形对比示意图。在图10和图11中，第一行的波形图其正弦波电信号为，第一行的上端直线为电压采样信号（谐振电容Vcr的采样电信号Vcr_ZCD）与第一预设电压信号（Vloop）的电压和信号，第一行的下端直线表示在谐振电流ZCD点用S/H采样谐振电容电压获取的采样电信号Vcr_ZCD。第二行的波形图表示谐振电流iLr的跳变电信号和HG的开关控制时序波形图。第三行的波形图表示谐振电流采样信号iLr波形。第四行的波形图表示谐振电容vCr的电压采样信号波形图。第五行的波形图表示第一功率管驱动信号DRV_L和第二功率管驱动信号DRV_H的波形图。

请参考图12，为一种实施例中传递函数的bode图，是对控制量到输出电压的传递函数的测量图，Magni tude图和Phase图的纵坐标单位分别为“dB”和“°”。对交流信号进行分析，从电容电压增量设定值ΔVcr到输出电压的传递函数扫描，可见即使是在低于谐振频率的区域工作，在传递函数的bode图的增益和相位上没有看到二阶双极点引起的极点和相位移等问题存在，是一个典型的一阶***的波形。因此可以认为，通过控制在谐振电流过零点处谐振电容的电压增大到反馈环设定的谐振电容之间的差值ΔVcr，实现了对LLC变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性。因为直接控制了电流流入到谐振腔的增量，也就从控制上直接控制了输出功率，因此在过流和短路等问题上比直接控制频率的控制方法更有优势，可靠性更好。

本申请公开的用于LLC谐振变换器的控制方法，通过控制在谐振电流过零点处谐振电容的电压到反馈设定的谐振电容之间的ΔVcr，实现了对LLC变换器的电流模式控制，大幅度的提升了闭环稳定性和可靠性，提升了***的动态性能，也因为低频处DC增益高，比直接控制频率的LLC变换器的工频纹波抑制效果更好，低频纹波也会更好。也因为直接控制了谐振电流的增量，也从直接控制了输出功率，因此在过流和短路等问题上比直接控制频率的控制方法更有优势，可靠性更好。

本申请实施例中公开的用于LLC谐振变换器的控制方法和电路，以简单的方式实现了电流模式LLC的控制，并提升了变换器的动态响应速度，降低了纹波电压，并易于实现。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种用于LLC谐振变换器的控制电路，其特征在于，所述LLC谐振变换器用于将第一直流电转换为第二直流电；所述LLC谐振变换器包括开关逆变电路、谐振电路、变压电路、输出电路和开关驱动控制电路；

所述开关逆变电路与所述谐振电路连接，用于将所述第一直流电转换为高频交流电输出给所述谐振电路；

所述谐振电路与所述变压电路连接，用于将所述高频交流电进行谐振转换后输出给所述变压电路；

所述变压电路与所述输出电路连接，用于对谐振转换后的所述高频交流电进行降压后输出给所述输出电路；

所述输出电路用于输出所述第二直流电；

所述开关驱动控制电路与所述开关逆变电路和所述谐振电路连接，用于监测所述谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号和谐振电容Cr两端的谐振电压信号，并依据监测获取的所述谐振电流信号和所述谐振电压信号向所述开关逆变电路的功率开关管输出开关驱动信号；所述开关驱动信号用于实现对所述开关逆变电路的功率开关管的开关控制；

所述开关驱动控制电路包括开关驱动电路、驱动控制电路、电压采样电路和电流转换电路；

所述电压采样电路分别与所述谐振电路和所述驱动控制电路连接，用于监测所述谐振电路的谐振电容Cr两端的谐振电压信号，并将监测获取的所述谐振电压信号发送给所述驱动控制电路；所述电压采样电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述电压采样电路的第一连接端和第二连接端分别与谐振电容Cr的两端连接，所述电压采样电路的第三连接端与所述驱动控制电路连接；

所述电流转换电路分别与所述谐振电路和所述驱动控制电路连接，用于监测流过所述谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号，并将监测所述谐振电流信号获取的谐振电流监测信号输出给所述驱动控制电路；所述电流转换电路包括第一连接端和第二连接端，所述电流转换电路的第一连接端与所述谐振电路连接，所述电流转换电路的第二连接端与所述驱动控制电路连接；

所述驱动控制电路与所述开关驱动电路连接，所述驱动控制电路用于输出第一PWM信号给所述开关驱动电路；

所述开关驱动电路与所述开关逆变电路连接，所述开关驱动电路用于依据所述第一PWM信号输出所述开关驱动信号，所述开关驱动信号包括第一功率管驱动信号和第二功率管驱动信号；所述开关驱动电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述开关驱动电路的第一连接端与所述驱动控制电路连接，用于所述第一PWM信号的输入；所述开关驱动电路的第二连接端与所述驱动控制电路和所述开关逆变电路连接，用于所述第一功率管驱动信号的输出；所述开关驱动电路的第三连接端与所述开关逆变电路连接，用于所述第二功率管驱动信号的输出；

所述驱动控制电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；所述驱动控制电路的第一连接端与所述开关驱动电路的第一连接端连接，用于输出所述第一PWM信号；所述驱动控制电路的第二连接端与所述电压采样电路的第三连接端连接，用于所述谐振电压信号的输入；所述驱动控制电路的第三连接端与所述电流转换电路的第二连接端连接，用于所述谐振电流监测信号的输入；所述驱动控制电路的第四连接端与所述开关驱动电路的第二连接端连接，用于所述第一功率管驱动信号的输入；

所述驱动控制电路还包括第五连接端，所述驱动控制电路的第五连接端用于一预设的第一预设电压信号的输入；

所述驱动控制电路还包括过零点检测电路、采样控制电路、驱动信号反馈电路和SR触发器；

所述过零点检测电路分别与所述驱动控制电路的第三连接端和所述采样控制电路连接；所述过零点检测电路用于当所述谐振电流监测信号过零点时输出采样激活信号给所述采样控制电路；

所述采样控制电路分别与所述驱动控制电路的第二连接端、第五连接端和所述SR触发器连接；所述采样控制电路用于响应所述采样激活信号对所述谐振电压信号进行采样，并对采样获取的电压采样信号与所述第一预设电压信号求和，且当所述电压采样信号与所述第一预设电压信号的和不大于所述谐振电压信号时，输出R触发信号给所述SR触发器的R信号输入端；

所述驱动信号反馈电路与所述驱动控制电路的第四连接端和所述SR触发器连接；所述驱动信号反馈电路用于输出S触发信号给所述SR触发器的S信号输入端；所述S触发信号与所述第一功率管驱动信号的下降沿同步；

所述SR触发器的Q输出端与所述开关驱动电路连接，用于所述第一PWM信号的输出。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述开关逆变电路包括直流正输入端、直流负输入端、整流正输出端和整流负输出端；所述直流正输入端和所述直流负输入端用于所述第一直流电的输入；所述整流正输出端和所述整流负输出端与所述谐振电路连接；

所述谐振电路包括整流正连接端、整流负连接端、原边正连接端和原边负连接端；所述整流正连接端和所述整流负连接端分别与所述整流正输出端和所述整流负输出端连接，所述原边正连接端和所述原边负连接端用于与所述变压电路连接；

所述变压电路包括第一原边连接端、第二原边连接端、第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端；所述第一原边连接端和所述第二原边连接端分别与所述原边正连接端和所述原边负连接端连接；所述第一副边正连接端、所述第一副边负连接端、所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端用于与所述输出电路连接；

所述输出电路包括第一输入连接端、第二输入连接端、第三输入连接端、第四输入连接端、输出正连接端和输出负连接端；所述第一输入连接端和所述第二输入连接端分别与所述第一副边正连接端和所述第一副边负连接端连接，所述第三输入连接端和所述第四输入连接端分别与所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端连接；所述输出电路的输出正连接端和输出负连接端用于输出所述第二直流电；

所述谐振电路包括谐振电容Cr和谐振电感Lr；谐振电感Lr的一端与所述整流正连接端连接，另一端与所述原边正连接端连接；谐振电容Cr的一端与所述整流负连接端连接，另一端与所述原边负连接端连接；

所述变压电路包括变压器Tr，变压器Tr包括一个原边绕组和两个副边绕组；所述原边绕组的一端与所述第一原边连接端连接，另一端与所述第二原边连接端，一个所述副边绕组的两端分别与所述第一副边正连接端和所述第一副边负连接端连接，另一个所述副边绕组的两端分别与所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端连接；

所述输出电路包括二极管D11、二极管D12、电容C11、电阻R11和电阻R12；其中，二极管D11的正极与所述输出电路的第一输入连接端连接，二极管D11的负极与所述输出电路的输出正连接端连接；二极管D12的正极与所述输出电路的第四输入连接端连接，二极管D12的负极与所述输出电路的输出正连接端连接；电容C11和电阻R11串联，串联后的一端与所述输出电路的输出正连接端连接，串联后的另一端与所述输出电路的输出负连接端连接；电阻R12的一端与所述输出电路的输出正连接端连接，另一端与所述输出电路的输出负连接端连接；所述输出电路的第二输入连接端、第三输入连接端和输出负连接端电连接。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关逆变电路包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4；第一功率开关管S1的第一极与所述直流正输入端连接，第一功率开关管S1的第二极与整流正输出端连接，第一功率开关管S1的控制极与所述开关驱动控制电路连接；第二功率开关管S2的第一极与所述整流正输出端连接，第二功率开关管S2的第二极与所述直流负输入端连接，第二功率开关管S2的控制极与所述开关驱动控制电路连接；第三功率开关管S3的第一极与所述直流正输入端连接，第三功率开关管S3的第二极与整流负输出端连接，第三功率开关管S3的控制极与所述开关驱动控制电路连接；第四功率开关管S4的第一极与所述整流负输出端连接，第四功率开关管S4的第二极与所述直流负输入端连接，第四功率开关管S4的控制极与所述开关驱动控制电路连接。

4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关逆变电路包括第一功率开关管S5和第二功率开关管S6；第一功率开关管S5的第一极与所述直流正输入端连接，第一功率开关管S5的第二极与所述整流正输出端连接，第一功率开关管S5的控制极与所述开关驱动控制电路连接；第二功率开关管S6的第一极与所述整流正输出端连接，第二功率开关管S6的第二极与所述整流负输出端连接，所述第二功率开关管S6的控制极与所述开关驱动控制电路连接；所述直流负输入端与所述整流负输出端电连接。

5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电压采样电路包括第一采样电容和第二采样电容；所述第一采样电容的一端与所述电压采样电路的第一连接端连接，另一端与所述电压采样电路的第二连接端连接；所述第二采样电容的一端与所述电压采样电路的第二连接端连接，另一端与所述电压采样电路的第三连接端连接。

6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电流转换电路包括第一转换电容、第一转换电阻和第一比较器；所述第一转换电容的一端与所述电流转换电路的第一连接端连接，另一端与所述第一比较器的正输入端连接；所述第一转换电阻的两端分别与所述第一比较器的正输入端和负输入端连接；所述第一比较器的输出端与所述驱动控制电路连接，所述第一比较器的负输入端接地。

7.一种用于LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述LLC谐振变换器用于将第一直流电转换为第二直流电，所述控制方法包括：

获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电感Lr的谐振电流信号；

获取所述LLC谐振变换器的谐振电路的谐振电容Cr两端的谐振电压信号；

依据所述谐振电流信号和所述谐振电压信号获取开关驱动信号；所述开关驱动信号用于实现对所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的功率开关管的开关控制，包括：

所述开关驱动信号包括高端开关管驱动信号HG和低端开关管驱动信号LG；所述高端开关管驱动信号HG用于驱动所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的高侧功率开关管，所述低端开关管驱动信号LG用于驱动所述LLC谐振变换器的开关逆变电路的低侧功率开关管；

当输出所述高端开关管驱动信号HG，且所述谐振电流信号过零点时，对所述谐振电压信号进行采样以获取电压采样信号，并获取所述电压采样信号与一预设的第一预设电压信号的电压和信号；

再当所述电压和信号不大于所述谐振电压信号时，切换输出所述低端开关管驱动信号LG；

所述低端开关管驱动信号LG与所述高端开关管驱动信号HG的持续时间相同。

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