CN206977316U - 一种lcc谐振dc‑dc变换器的控制装置 - Google Patents

一种lcc谐振dc‑dc变换器的控制装置 Download PDF

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陈鸣
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Abstract

本实用新型公开了一种LCC谐振DC‑DC变换器的控制装置，输出电压采样电路(100)对LCC谐振DC‑DC变换器输出采样后输入误差放大电路(200)，误差放大电路与平行设置的第一调制电路(310)和第二调制电路(320)信号连接；开关驱动电路(400)接收来自第二调制电路(320)的输出信号v1，并输出LCC谐振DC‑DC变换器开关管的驱动信号vg1、vg2。本实用新型可以减小传统LCC谐振DC‑DC变换器的开关频率变化范围，同时保持了LCC谐振DC‑DC变换器在宽输入电压与宽负载范围内的零电压软开关运行条件。

Description

一种LCC谐振DC-DC变换器的控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种LCC谐振DC-DC变换器的控制方法及其装置。
背景技术
近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关变换器以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域中的主流地位，随着业界要求的不断提高，开关电源也不断向着小型化、模块化、高频化的方向发展。谐振变换器因其良好的软开关特性与较低的EMI干扰得到了工业界与学术界的广泛重视。传统二元件谐振变换器中，串联谐振变换器轻载电压调节能力差，并联谐振变换器轻载效率低，LCC谐振变换器在综合以上两者优点的同时也克服了相应的缺点，已被广泛应用于各类场合。传统LCC谐振DC-DC变换器的控制方法有两种：一是变频控制，即通过调节变换器开关频率来实现输出稳压功能；二是定频控制，即通过调整变换器占空比以实现输出稳压功能。一般考虑到控制电路的实现复杂度，LCC谐振DC-DC变换器广泛采用变频控制，但是传统变频控制开关频率变化宽，严重增加了变换器中磁性元件与驱动电路的设计难度；另一方面采用变频控制的谐振变换器在不同输入电压与输出功率时EMI频谱分布也随开关频率不同而变化，这也给各类EMI滤波器设计带来了困难。尽管定频控制通过确保开关频率固定消除了以上问题，但LCC谐振DC-DC变换器软开关范围严重受限，且增大了各元件的电压电流应力，因此并未得到广泛应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新颖的LCC谐振DC-DC变换器的控制装置，以使LCC谐振DC-DC变换器在宽输入电压与宽输出功率范围内保持软开关运行，同时使LCC谐振DC-DC变换器的开关频率在较窄范围内变化。
本实用新型为实现其目的，所采用的技术方案具体作法是：
LCC谐振DC-DC变换器的控制装置，在控制电路中：输出电压采样电路100对LCC谐振DC-DC变换器输出采样后输入误差放大电路200，误差放大电路200与平行设置的第一调制电路310和第二调制电路320信号连接；开关驱动电路400接收来自第二调制电路320的输出信号v1，并输出LCC谐振DC-DC变换器开关管的驱动信号vg1、vg2。
进一步地，所述误差放大电路200由误差放大器202与基准电压源203及跨接于误差放大器202负端与输出端的补偿网络201构成；第一调制电路310由第一锯齿波发生器311及与之输出端连接的第一比较器312构成；第二调制电路320由顺序连接的第一J-K触发器321、第二锯齿波发生器322、第三比较器325和第一或门328组成，第二比较器326连接在第二锯齿波发生器322的输出与脉冲发生器327之间、脉冲发生器327的输出端与第一或门328相连；第二或门324连接在第三比较器325与第一J-K触发器321的输入之间、参考电压源323与第三比较器325连接；第一J-K触发器321的输出亦与第一锯齿波发生器311的输入端连接；开关驱动电路400由第二J-K触发器401与第一驱动电路403与第二驱动电路402组成；所述误差放大器202的负向输入端连接至电阻分压网络采样输出，误差放大器202的正向输入端连接至基准电压源203电压Vref，电压采样电路100输出信号vo与基准电压源203电压Vref经误差放大后产生误差信号ve；所述第一调制电路310接收第二调制电路320中第一J-K触发器321的反向输出信号vnq与误差放大器202输出信号ve，并输出比较结果vc1；所述第二调制电路320接收第一调制电路310的比较结果vc1与误差放大器202输出信号ve，经第一或门328输出逻辑运算结果v1；开关驱动电路400接收来自第二调制电路320的输出信号v1，并输出LCC谐振DC-DC变换器开关管的驱动信号vg1、vg2。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、相对于传统的变频控制LCC谐振DC-DC变换器，采用本实用新型的LCC谐振DC-DC变换器控制方式开关频率变化范围更小；2、相对于传统的定频控制LCC谐振DC-DC变换器，采用本实用新型的LCC谐振DC-DC变换器控制方式在宽输入电压与宽负载范围内均可实现开关管的零电压软开关运行；3、相对于传统的定频控制LCC谐振DC-DC变换器，采用本实用新型的LCC谐振DC-DC变换器控制方式可使谐振元件电压电流应力有效降低。
附图说明
图1为本实用新型LCC谐振DC-DC变换器***结构框图。
图2为图1所示电路主要波形图。
图3为本实用新型实施例电路结构示意图。
图4为图3所示电路结构图在低电压输入、重载输出的仿真结果，其中电路参数为：Ls＝65μH，Cs＝56nF，Cp＝56nF，Lf＝100μH，Cf＝200μF，k1＝0.52V/μs，k2＝0.7V/μs，Vin＝200V，Vo＝48V，Po＝500W。
图5为图3在高电压输入、重载输出(Vin＝400V，Po＝500W)时的仿真结果。
图6为图3在低电压输入、轻载输出时(Vin＝200V，Po＝100W)功率时的仿真结果。
图7为图3在高输入电压、轻载输出时(Vin＝400V，Po＝100W)的仿真结果。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本实用新型做进一步详细的描述。
图1为本实用新型的***结构框图，包括输出电压采样电路100、误差放大电路200、第一调制电路310、第二调制电路320、开关驱动电路400。更进一步地，输出电压采样电路100采集输出电压后产生输出信号vo至误差放大电路200；误差放大电路200通过将vo与内部基准电压Vref进行误差放大，输出误差信号ve至第一调制电路310与第二调制电路320；第一调制电路310输出第一调制信号vsaw1至第二调制电路320；第二调制电路320输出第二调制信号vsaw2与比较结果v1至第一调制电路310与开关驱动电路400；开关驱动电路400根据锯齿波信号vsaw2产生LCC谐振DC-DC变换器第一开关管与第二开关管的门极控制信号vg1、vg2。
图2为图1所示电路主要波形图。从波形图可以得知，在一个开关周期内，第一调制信号vsaw1与第二调制信号vsaw2交替出现：在开关周期起始时刻，vsaw1开始从零电位以固定斜率k1上升，同时vsaw2被箝位至零电位；当vsaw1上升至与误差信号ve相等时，vsaw2开始从零电位以固定斜率k2上升，同时vsaw1被箝位至零电位；当vsaw2上升至与参考信号Vt相等时，变换器进入下一个开关周期。从波形图可以得知，LCC谐振DC-DC变换器两开关管的导通、关断时间由第一调制信号vsaw1与第二调制信号vsaw2共同决定：在第一调制信号vsaw1与第二调制信号vsaw2从零电位上升至误差信号ve时段中，LCC谐振DC-DC变换器第一开关管S1保持导通而第二开关管S2保持关断；在第二调制信号vsaw2从误差信号ve上升至参考信号Vt时段中，LCC谐振DC-DC变换器第一开关管S1保持关断而第二开关管S2保持导通。
图3示出，本实用新型的一种具体实施方式为，一种LCC谐振DC-DC变换器控制方法及其装置，其具体作法是：
LCC谐振DC-DC变换器控制电路包括输出电压采样电路100、误差放大电路200、第一调制电路310、第二调制电路320、开关驱动电路400。更进一步地，输出电压采样电路100由电阻R1101、电阻R2102组成；误差放大电路200由补偿网络201、误差放大器202与基准电压源Vref203组成；第一调制电路310由第一锯齿波发生器311、第一比较器312组成；第二调制电路320由第一J-K触发器321、第二锯齿波发生器322、第二比较器326、第三比较器325、脉冲发生器327、第一或门328、第二或门324、参考电压源323组成；开关驱动电路400由第二J-K触发器401、第一开关管驱动电路403、第二开关驱动电路402组成。误差放大器202的负向输入端接入输出电压采样电路100的输出端，误差放大器202的正向输入端为基准电压Vref203，采样输出信号vo与基准电压Vref经误差放大后产生误差信号ve。第一调制电路310与第二调制电路320分别产生第一调制信号vsaw1、第二调制信号vsaw2，当第一调制电路310中第一调制信号vsaw1上升至与误差信号ve相等时，第一比较器312输出由低电平变为高电平，其上升沿被第二调制电路320中第一J-K触发器321捕获，此时第一J-K触发器321正向输出端使能第二调制电路320中的第二锯齿波发生器322使其输出斜率固定为k2的第二调制信号vsaw2，同时第一J-K触发器321反向输出端失能锯齿波发生器311使其输出维持为零。进一步地，当第二调制信号vsaw2上升至与误差信号ve相等时，第二比较器326输出由低电平变为高电平，该上升沿经脉冲发生器327被开关驱动电路400中的第二J-K触发器401所捕获，此时第二J-K触发器401输出反相，使得LCC谐振DC-DC变换器中第一开关管S1由导通状态变为关断状态，第二开关管S2由关断状态变为导通状态。更进一步地，当第二调制信号vsaw2继续上升至与参考信号Vt相等时，第三比较器325输出由低电平变为高电平，该上升沿被第一J-K触发器321与第二J-K触发器401所捕获，此时第一J-K触发器321正向输出信号失能第二锯齿波发生器322，使其输出维持为零，同时第一J-K触发器321反向输出端使能第一锯齿波发生器311使其输出斜率固定为k1的第一调制信号，同时第二J-K触发器401输出反相，使得LCC谐振DC-DC变换器中第一开关管S1由关断状态变为导通状态，第二开关管S2由导通状态变为关断状态。
图4、图5、图6和图7是利用PSIM仿真软件得到的仿真波形。从图4可以看出本实用新型提出的控制方法实现了变换器的输出稳压功能且开关管均工作于零电压软开关状态；更具体地，在第二开关管S2关断、第一开关管S1导通过程中，LCC谐振DC-DC变换器电压vAB由0上升至Vin，此时电路谐振电流ir小于0，由于开关管S1、S2动作过程中存在死区时间，第一开关管S1体二极管将先于开关管S1导通，第一开关管S1工作于零电压导通状态；在第一开关管S1关断、第二开关管S2导通过程中，LCC谐振DC-DC变换器电压vAB由Vin下降至0，此时电路谐振电流ir大于0，由于开关管S1、S2动作过程中存在死区时间，第二开关管S2体二极管将先于第二开关管S2导通，第二开关管S2工作于为零电压导通状态。图5、图6和图7是分别在图4仿真环境中升高输入电压、降低输出功率、同时升高输入电压与降低输出功率得到的仿真波形。从图5、图6和图7中可以看出，本实用新型提出的控制方法实现了在宽输入电压范围与宽输出功率范围内实现了变换器的输出稳压功能，并保持了开关管的零电压软开关运行状态。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种LCC谐振DC-DC变换器的控制装置，控制电路控制变换器输出电压维持在指定值，使LCC谐振DC-DC变换器工作在零电压软开关状态，其特征在于，输出电压采样电路(100)对LCC谐振DC-DC变换器输出采样后输入误差放大电路(200)，误差放大电路与平行设置的第一调制电路(310)和第二调制电路(320)信号连接；开关驱动电路(400)接收来自第二调制电路(320)的输出信号v1，并输出LCC谐振DC-DC变换器开关管的驱动信号vg1、vg2。
2.根据权利要求1所述的LCC谐振DC-DC变换器的控制装置，其特征在于，所述误差放大电路(200)由误差放大器(202)与基准电压源(203)及跨接于误差放大器(202)负端与输出端的补偿网络(201)构成；第一调制电路(310)由第一锯齿波发生器(311)及与之输出端连接的第一比较器(312)构成；第二调制电路(320)由顺序连接的第一J-K触发器(321)、第二锯齿波发生器(322)、第三比较器(325)和第一或门(328)组成，第二比较器(326)连接在第二锯齿波发生器(322)的输出与脉冲发生器(327)之间、脉冲发生器的输出端与第一或门(328)相连；第二或门(324)连接在第三比较器(325)与第一J-K触发器(321)的输入之间,参考电压源(323)与第三比较器(325)连接；第一J-K触发器(321)的输出亦与第一锯齿波发生器(311)的输入端连接；开关驱动电路(400)由第二J-K触发器(401)与第一驱动电路(403)与第二驱动电路(402)组成；所述误差放大器(202)的负向输入端连接至电阻分压网络采样输出，误差放大器(202)的正向输入端连接至基准电压源(203)电压Vref，电压采样电路(100)输出信号vo与基准电压源(203)电压Vref经误差放大后产生误差信号ve；所述第一调制电路(310)接收第二调制电路(320)中第一J-K触发器(321)的反向输出信号vnq与误差放大器(202)输出信号ve，并输出比较结果vc1；所述第二调制电路(320)接收第一调制电路(310)的比较结果vc1与误差放大器(202)输出信号ve，经第一或门(328)输出逻辑运算结果v1；开关驱动电路(400)接收来自第二调制电路(320)的输出信号v1，并输出LCC谐振DC-DC变换器开关管的驱动信号vg1、vg2。
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WO2021042812A1 (zh) * 2019-09-05 2021-03-11 深圳南云微电子有限公司 有源钳位反激变换器的控制方法及电路

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