[发明专利]谐振转换器的控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振转换器的控制，具体涉及使用控制参数来控制谐振转换器。

背景技术

在现有技术的谐振LLC转换器的状态中，谐振电容器和两个电感器形成了谐振电路，还可能与额外的部件连接。该转换器还包括变压器和整流电路，用于产生DC输出电压。通过在整流电路中添加串联电阻，能够使输出电流变得连续。这种转换器存在许多变体，包括利用桥式整流器进行整流，或在照明应用中完全不使用整流。此外，有些情况下可以省去变压器。

为了实现谐振转换器令人满意的操作，在正确的时刻闭合和断开用于产生交流的开关是重要的。开关操作的频率定义了转换器的操作模式。

现有技术的转换器的状态通常由控制逻辑电路的50％占空比的频率而控制，其中通过改变操作频率而控制转换器的输出功率。还可以使用与50％不同的占空比。在这种情况下，占空比也决定了输出功率。

这种通过频率进行控制的原理具有一些严重的缺点：

-当由频率来控制时，谐振部件在每个时间间隔(高端(high side)或低端(low side)导通间隔)开始时的电压和电流不仅取决于频率，而且还取决于先前导通过程的历史。这个历史引起相当大的瞬时响应以及控制回路更为复杂的稳定性问题，特别是转换器在接近于谐振的情况下而操作时。

-对于现代设计，低负载上的小路和待机(无输出功率)期间的输入功率变为主要问题。在传统的50％占空比控制的情况下，难以解决这个问题，这是因为低负载上的大循环能量(circulating energy)。对此，一种解决方案是突发模式，但突发模式不总是被允许，因为输出端具有大纹波。此外，从准则模式到突发模式或相反方向的突然转变会在输出端上产生无法容忍的瞬变。

-在低占空比上操作是保持低功率上的高效率的一种解决方案。然而，在固定的频率上改变占空比会对回路增益产生无法容忍的符号改变。

美国专利6,711,034公开了一种谐振转换器，其中，开关导通次数的频率由定时器来控制，同时通过测量电量值(例如主电流)次级二极管电流中的非对称进行补偿。

发明内容

本发明提供了一种改进的谐振转换器。本发明由独立权利要求来限定。从属权利要求限定了有利的实施例。

本发明的实施例提供了用于控制转换器的改进的手段，从而能够提供更加简单、更具有鲁棒性和更便宜的谐振转换器。优选地，本发明单独地或以任意组合的形式缓解、减轻或消除了上述或其他缺点中的一个或更多个。

在本发明的实施例中，提供了一种谐振转换器，其中对状态变量进行监测，并实施控制算法，使得谐振转换器根据由控制参数而设立的准则而操作。谐振回路(resonant tank)中流动的电流也被称作主电流。

以这种方式操作谐振转换器带来许多优点。通过监测主电流和预定点上的电压而直接操作开关，能够提供对系统更快的控制和更好的系统稳定性。此外，通过准则的设置和/或控制参数的设置，可以直接包括安全特征，例如短路输出保护。此外，通过建立考虑不同方面的不同准则，可以把50％占空比的高输出功率的平滑组合与高效率低输出功率/待机模式相组合，甚至在期望时允许以不同于50％的占空比而操作。另一个优点是，如果需要，能够获得对称受控的转换器。应当注意的是，本专利的范围还覆盖了预定电压由间接测量所取代的实施例，这将在下文结合图7来说明。

权利要求2的可选特征是有利的，因为除了设立主电流和预定点上的电压与控制参数的关系的特定准则外，可以确保的是：尽管在导通间隔开始时满足准则，然而可以忽视该准则。可以理解的是，不需要由定时器装置来获得对经过最小时间的准则的满足。例如，这也可以通过主电流和/或预定点上的电压与特定准则相关的已知发展来获得.或其它等的方式。

权利要求3的可选特征是有利的，因为可以提供通用的谐振转换器，这是由于不需要专用的转换器电路以使谐振转换器在期望的操作模式下操作。

权利要求4的可选特征是有利的，因为可以提供更加稳定的谐振转换器，这是因为稳定性不与可能表现为瞬时响应、纹波、脉冲串等的状态变量直接有关。

权利要求5的可选特征是有利的，因为可以获得通用的谐振转换器，这是因为不需要专用的转换器电路以使谐振转换器在具有不同输出功率的模式下操作。

权利要求6和7的可选特征是有利的，因为可以避免规定多个控制参数以使谐振转换器在给定操作模式下操作，这是因为可以通过单一操作参数考虑多个控制参数之间的关系。