CN117833686B - 一种具有宽增益调节范围的llc谐振变换器控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，包括：电压下垂控制电路和母线电压调节电路；所述电压下垂控制电路用于采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB；所述电压下垂控制电路包括用于输出电压的电压输出端VOUT；所述母线电压调节电路包括功率因素校正单元、母线电容和控制器；所述功率因素校正单元和所述母线电容分别与LLC谐振变换器并联，所述控制器分别与所述功率因素校正单元、所述母线电容、所述电压下垂控制电路和LLC谐振变换器电连接。本发明实现在较低的成本下扩展LLC谐振变换器的输出电压的调节范围。

Description

一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***

技术领域

本发明涉及控制电路领域，尤其涉及一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***。

背景技术

LLC谐振变换器由于其高效率、高功率密度以及软开关特性，成为目前主流的变换器之一。对于LLC谐振变换器的基本控制方式是：对不同负载条件下的不同增益，调节工作频率来进行闭环控制。这种控制方式下一般存在以下缺点：一是在空载或轻载时处于间歇驱动（打嗝）模式，造成空载或轻载时输出纹波大；二是对输出电压进行上下调压时，由于工作频率变化跨度大，通过调节工作频率来进行闭环控制的方式很难满足调压需求。

现有技术中，通常会采用前级LLC开环+后级同步整流BUCK的方案来增加输出电压的调节范围，但这种方案需要额外的器件和电路设计、以及复杂的***设计和调试，导致实现的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，实现在较低的成本下扩展LLC谐振变换器的输出电压的调节范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，包括：电压下垂控制电路和母线电压调节电路；

所述电压下垂控制电路用于采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB，所述电压反馈信号FB随负载电流信号的增大而减小，随负载电流信号的减小而增大；所述电压下垂控制电路包括用于输出电压的电压输出端VOUT；

所述母线电压调节电路包括功率因素校正单元、母线电容和控制器；所述功率因素校正单元和所述母线电容分别与LLC谐振变换器并联，所述控制器分别与所述功率因素校正单元、所述母线电容、所述电压下垂控制电路和LLC谐振变换器电连接；

所述控制器接收到所述电压反馈信号FB减小时，使LLC谐振变换器的输出电压下调；所述控制器接收到所述电压反馈信号FB增大时，使LLC谐振变换器的输出电压上调。

优选的，所述电压下垂控制电路包括依次连接的电流采样放大模块、输出电压反馈模块；

所述电流采样放大模块用于采集所述LLC谐振变换器输出的负载电流信号，并将所述负载电流信号按预设比例放大为与所述负载电流信号成线性比例的电压信号A；

所述输出电压反馈模块用于对所述电压信号A叠加一个直流偏置，以得到电压信号B，并将所述电压信号B与基准电压进行比较，然后输出电压反馈信号FB给所述控制器；所述电压信号B大于基准电压时，所述输出电压反馈模块降低输出的电压反馈信号FB；所述电压信号B小于基准电压时，所述输出电压反馈模块提高输出的电压反馈信号FB。

优选的，所述电流采样放大模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、运算放大器以及第一电容；

所述运算放大器的负极输入引脚连接所述第一电阻，正极输入引脚连接所述第二电阻，通过所述第一电阻以及所述第二电阻采集所述LLC谐振变换器输出的负载电流信号，所述运算放大器的输出端用于输出所述电压信号A；

所述第三电阻一端连接所述运算放大器的正极输入引脚，另一端接地；

所述第四电阻一端连接所述运算放大器的负极输入引脚，另一端连接所述运算放大器的输出引脚；

所述第一电容一端连接所述运算放大器的驱动电源引脚，另一端接地。

优选的，所述输出电压反馈模块包括依次连接的分压电路以及电压比较电路；

所述分压电路用于对所述电压信号A叠加一个直流偏置得到电压信号B，并对所述电压信号B进行分压，所述分压电路包括电压输出端VOUT；

所述电压比较电路用于将所述电压信号B与基准电压进行比较，然后输出电压反馈信号FB给所述控制器；所述电压信号B大于基准电压时，所述电压比较电路降低输出的电压反馈信号FB；所述电压信号B小于基准电压时，所述电压比较电路提高输出的电压反馈信号FB。

优选的，所述电压比较电路包括电压比较器以及第二电容；

所述电压比较器的正极输入端用于接收所述基准电压，负极输入端用于接收所述电压信号B，输出引脚连接所述控制器；

所述第二电容一端连接所述电压比较器的驱动电源引脚，另一端接地。

优选的，所述分压电路包括第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第五电阻一端用于接收所述电压信号A，另一端连接所述电压比较器的负极输入端；

所述第六电阻一端接所述电压比较器的负极输入端，另一端为电压输出端VOUT；

所述第七电阻一端连接所述电压比较器的负极输入端，另一端接地。

优选的，所述控制器包括数字信号处理器或单片机。

优选的，所述LLC谐振变换器包括全桥LLC谐振变换器或半桥LLC谐振变换器。

优选的，所述运算放大器包括差分运算放大器、电流互感器、电感或变压器辅助绕组。

优选的，所述电压比较器包括基准反馈控制器、数字信号处理器或单片机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.电压下垂控制电路通过采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB给控制器来调节LLC谐振变换器的输出电压，形成一种输出电压随输出负载增大而下降的控制方式，这样能形成输出自然均流的特性，方便多模块并联时实现输出自然均流，具有更好的应用价值。

2.在电压下垂控制电路的调节达到上限和下限时，母线电压调节电路介入补充调节；在电压下垂控制电路的基础上，通过加入母线电压调节电路扩展输出电压的调节范围，实现在较低的成本下扩展LLC谐振变换器的输出电压的调节范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实施例中电压下垂控制电路的结构示意图；

图2为本实施例中母线电压调节电路的结构示意图。

附图标记说明：10、电压下垂控制电路；11、电流采样放大模块；12、输出电压反馈模块；121、分压电路；122、电压比较电路；20、母线电压调节电路。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

在介绍本实施例的控制过程前，首先简要说明一下LLC谐振变换器在不同输出负载条件下的控制逻辑为：输出负载轻时，需要的增益低，工作频率需往高调整；输出负载重时，需要的增益高，工作频率需往低调整；

其次，输出电压的控制逻辑为：输出电压上调时，增益变小，工作频率需往低调整；输出电压下调时，增益变大，工作频率需往高调整。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例公开的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，参照图1至图2，包括：包括电压下垂控制电路10和母线电压调节电路20；

电压下垂控制电路10用于采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB，电压反馈信号FB随负载电流信号的增大而减小，随负载电流信号的减小而增大；所述输出电压下垂控制电路10包括用于输出电压的电压输出端VOUT；

母线电压调节电路20包括功率因素校正单元、母线电容C和控制器；功率因素校正单元和母线电容C分别与LLC谐振变换器并联，控制器分别与功率因素校正单元、母线电容C、电压下垂控制电路10和LLC谐振变换器电连接；控制器接收到电压反馈信号FB减小时，使LLC谐振变换器的输出电压下调；控制器接收到电压反馈信号FB增大时，使LLC谐振变换器的输出电压上调。

电压下垂控制电路10通过采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB给控制器来调节LLC谐振变换器的输出电压，形成一种输出电压随输出负载增大而下降的控制方式，这样能形成输出自然均流的特性，方便多模块并联时实现输出自然均流，具有更好的应用价值。

母线电压调节电路20可以实现在较低的成本下扩展LLC谐振变换器的输出电压的调节范围。在电压下垂控制电路10的调节达到上限时，母线电压调节电路20介入补充调节，通过抬高前级BOOST母线电压（母线电容C两端的电压）来进一步提高后级LLC谐振变换器的输出电压上调带来的增益提升的需求；在电压下垂控制电路10的调节达到下限时，母线电压调节电路20介入补充调节，通过降低前级BOOST母线电压（母线电容C两端的电压）来进一步降低后级LLC谐振变换器的输出电压下调带来的增益降低的需求。

母线电压调节电路20的具体调节过程如下：

当输出电压经电压下垂控制电路10调节达到上限，输出电压还需要继续上调时，控制器依照需求向功率因素校正单元发出上调母线电压Vbus（母线电容C两端的电压）的指令，同时监测LLC谐振变换器的工作状态是否在预设点附近，当输出电压上调到目标值，则维持和保存母线电压的目标值，直到接收到下一个输出电压调节需求再进行相应适的调整；

反之，当输出电压经电压下垂控制电路10调节达到下限，输出电压还需要继续下调时，控制器依照需求向功率因素校正单元发出下调母线电压Vbus（母线电容C两端的电压）的指令，同时监测LLC谐振变换器的工作状态是否在预设点附近，当输出电压下调到目标值，则维持和保存母线电压的目标值，直到接收到下一个输出电压调节需求再进行相应适的调整。

上述LLC谐振变换器包括全桥LLC谐振变换器或半桥LLC谐振变换器。上述控制器包括数字信号处理器、单片机或类似功能的模拟芯片控制器。

参照图1，电压下垂控制电路10包括依次连接的电流采样放大模块11、输出电压反馈模块12；

电流采样放大模块11用于采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号，并按预设比例将负载电流信号放大为与负载电流信号成线性比例的电压信号A；输出电压反馈模块12用于对电压信号A叠加一个直流偏置以得到电压信号B，并将电压信号B与基准电压VREF进行比较，然后输出电压反馈信号FB给控制器；电压信号B大于基准电压VREF时，输出电压反馈模块12降低输出的电压反馈信号FB（控制器接收到电压反馈信号FB减小时，使LLC谐振变换器的输出电压下调）；电压信号B小于基准电压VREF时，输出电压反馈模块12提高输出的电压反馈信号FB（控制器接收到电压反馈信号FB增大时，使LLC谐振变换器的输出电压上调）。

参照图1，电流采样放大模块11包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、运算放大器U1以及第一电容C1；

运算放大器U1的负极输入引脚连接第一电阻R1，正极输入引脚连接第二电阻R2，通过第一电阻R1以及第二电阻R2采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号，运算放大器U1的输出端用于输出电压信号A；第三电阻R3一端连接运算放大器U1的正极输入引脚，另一端接地；第四电阻R4一端连接运算放大器U1的负极输入引脚，另一端连接运算放大器U1的输出引脚；第一电容C1一端连接运算放大器U1的驱动电源引脚，另一端接地。

LLC谐振变换器输出的负载电流信号IO_SENSE+和IO_SENSE-，经过第一电阻R1和第二电阻R2进入运算放大器U1，运算放大器U1按预设比例将负载电流信号放大为与负载电流信号成线性比例的电压信号A。

上述运算放大器U1包括差分运算放大器、电流互感器、电感或变压器辅助绕组。

参照图1，输出电压反馈模块12包括依次连接的分压电路121以及电压比较电路122；分压电路121用于对电压信号A叠加一个直流偏置得到电压信号B，并对电压信号B进行分压，分压电路121包括电压输出端VOUT；电压比较电路122用于将电压信号B与基准电压VREF进行比较，然后输出电压反馈信号FB给控制器；电压信号B大于基准电压VREF时，电压比较电路122降低输出的电压反馈信号FB；电压信号B小于基准电压VREF时，电压比较电路122提高输出的电压反馈信号FB。

参照图1，电压比较电路122包括电压比较器U2以及第二电容C2；电压比较器U2的正极输入端用于接收基准电压VREF，负极输入端用于接收电压信号B，输出引脚连接控制器；第二电容C2一端连接电压比较器U2的驱动电源引脚，另一端接地。

分压电路121包括第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；第五电阻R5一端用于接收电压信号A，另一端连接电压比较器U2的负极输入端；第六电阻R6一端接电压比较器U2的负极输入端，另一端为电压输出端VOUT；第七电阻R7一端连接电压比较器U2的负极输入端，另一端接地。

上述电压比较器U2包括基准反馈控制器、数字信号处理器或单片机。

第五电阻R5对电压信号A叠加一个直流偏置以得到电压信号B，LLC谐振变换器输出的负载电流信号越大，电压信号A相对GNDEL的电压越高，在B点叠加的直流偏置（加权信号）就越大；此电压信号A再注入到电压比较电路122，电压信号B大于基准电压VREF时，电压反馈信号FB降低，控制器使LLC谐振变换器的输出电压上调；电压信号B小于基准电压VREF时，电压反馈信号FB提高，控制器使LLC谐振变换器的输出电压下调；形成一种输出电压随负载电流的增大（工作频率需往低调整）而适当下降（工作频率需往高调整）的控制方式。

电压下垂控制电路10的控制原理为：

输出空载时，基准电压VREF设置比常规设计值高，确保LLC谐振变换器在初始空载状态下避开间歇驱动（打嗝）模式，避免LLC谐振变换器在空载空载状态下输出纹波大的问题；

随着输出负载的增大（对应工作频率需往低调整），在输出电压采样B点加入的直流偏置（加权）信号也越大，使得输出电压下调（对应工作频率需往高调整），工作频率下调和工作频率上调一合并，就使得此过程的工作频率基本维持不变，或在很窄的工作频率范围内变化，这样整个负载范围内的工作频率变化能控制在很小的范围内。因此显著改善了大动态负载切换时输出动态过冲大的问题；另外，输出电压随输出负载电流增大而下调的方式也适合应用在多个产品输出并联自然均流的场合。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，包括：电压下垂控制电路和母线电压调节电路；

所述电压下垂控制电路用于采集LLC谐振变换器输出的负载电流信号并相应的输出电压反馈信号FB，所述电压反馈信号FB随负载电流信号的增大而减小，随负载电流信号的减小而增大；所述电压下垂控制电路包括用于输出电压的电压输出端VOUT；

所述母线电压调节电路包括功率因素校正单元、母线电容和控制器；所述功率因素校正单元和所述母线电容分别与LLC谐振变换器并联，所述控制器分别与所述功率因素校正单元、所述母线电容、所述电压下垂控制电路和LLC谐振变换器电连接；

所述控制器接收到所述电压反馈信号FB减小时，使LLC谐振变换器的输出电压下调；所述控制器接收到所述电压反馈信号FB增大时，使LLC谐振变换器的输出电压上调；

当输出电压经电压下垂控制电路调节达到上限，输出电压还需要继续上调时，控制器依照需求向功率因素校正单元发出上调母线电容两端电压的指令，同时监测LLC谐振变换器的工作状态是否在预设点附近，当输出电压上调到目标值，则维持和保存母线电压的目标值，直到接收到下一个输出电压调节需求再进行相应适的调整；

反之，当输出电压经电压下垂控制电路调节达到下限，输出电压还需要继续下调时，控制器依照需求向功率因素校正单元发出下调母线电容两端电压的指令，同时监测LLC谐振变换器的工作状态是否在预设点附近，当输出电压下调到目标值，则维持和保存母线电压的目标值，直到接收到下一个输出电压调节需求再进行相应适的调整。

2.根据权利要求1所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述电压下垂控制电路包括依次连接的电流采样放大模块、输出电压反馈模块；

所述电流采样放大模块用于采集所述LLC谐振变换器输出的负载电流信号，并将所述负载电流信号按预设比例放大为与所述负载电流信号成线性比例的电压信号A；

所述输出电压反馈模块用于对所述电压信号A叠加一个直流偏置，以得到电压信号B，并将所述电压信号B与基准电压进行比较，然后输出电压反馈信号FB给所述控制器；所述电压信号B大于基准电压时，所述输出电压反馈模块降低输出的电压反馈信号FB；所述电压信号B小于基准电压时，所述输出电压反馈模块提高输出的电压反馈信号FB。

3.根据权利要求2所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述电流采样放大模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、运算放大器以及第一电容；

所述运算放大器的负极输入引脚连接所述第一电阻，正极输入引脚连接所述第二电阻，通过所述第一电阻以及所述第二电阻采集所述LLC谐振变换器输出的负载电流信号，所述运算放大器的输出端用于输出所述电压信号A；

所述第三电阻一端连接所述运算放大器的正极输入引脚，另一端接地；

所述第四电阻一端连接所述运算放大器的负极输入引脚，另一端连接所述运算放大器的输出引脚；

所述第一电容一端连接所述运算放大器的驱动电源引脚，另一端接地。

4.根据权利要求2所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述输出电压反馈模块包括依次连接的分压电路以及电压比较电路；

所述分压电路用于对所述电压信号A叠加一个直流偏置得到电压信号B，并对所述电压信号B进行分压，所述分压电路包括电压输出端VOUT；

所述电压比较电路用于将所述电压信号B与基准电压进行比较，然后输出电压反馈信号FB给所述控制器；所述电压信号B大于基准电压时，所述电压比较电路降低输出的电压反馈信号FB；所述电压信号B小于基准电压时，所述电压比较电路提高输出的电压反馈信号FB。

5.根据权利要求4所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述电压比较电路包括电压比较器以及第二电容；

所述电压比较器的正极输入端用于接收所述基准电压，负极输入端用于接收所述电压信号B，输出引脚连接所述控制器；

所述第二电容一端连接所述电压比较器的驱动电源引脚，另一端接地。

6.根据权利要求5所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述分压电路包括第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第五电阻一端用于接收所述电压信号A，另一端连接所述电压比较器的负极输入端；

所述第六电阻一端接所述电压比较器的负极输入端，另一端为电压输出端VOUT；

所述第七电阻一端连接所述电压比较器的负极输入端，另一端接地。

7.根据权利要求1所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述控制器包括数字信号处理器或单片机。

8.根据权利要求1所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述LLC谐振变换器包括全桥LLC谐振变换器或半桥LLC谐振变换器。

9.根据权利要求3所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述运算放大器包括差分运算放大器、电流互感器、电感或变压器辅助绕组。

10.根据权利要求5所述的具有宽增益调节范围的LLC谐振变换器控制***，其特征在于，所述电压比较器包括基准反馈控制器、数字信号处理器或单片机。