[实用新型]LLC谐振变换器轻负载控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于功率变换领域，涉及一种LLC谐振变换器轻负载控制装置。

背景技术

随着开关电源技术的发展，高效率和高功率密度成为发展趋势。因此LLC谐振变换器应用而生并越来越广泛。LLC谐振变换器在较宽的频率范围内实现一次侧开关管的零电压开通和二次侧整流管零电流关断。但是随着负载的减轻，为了获得相同的直流增益，LLC谐振变换器需要提高开关频率。开关频率的升高，一方面增加了开关损耗；另一方面，也将导致整流侧二极管的电流在没有回零时就关断，零电流开关的软开关环境丧失，进一步增加开关损耗。同时，轻载使电路品质因数Q值降低，负载变化会严重影响电压增益。因此，LLC谐振变换器轻载下随着开关频率的增加，转换器的效率将受到影响，相比其重载的高效率，很难同时兼顾到轻载时的效率提高。

随着对电源变换器效率的更高要求，LLC变换器需要获得更高的轻载效率，现有技术常采用输出端迟滞带比较电路的控制方法，当输出电压升高到某一上限值时关断开关管控制信号，变换器进入空闲状态；当输出电压降低到某一下限值时产生开关管频率调制控制信号，变换器进入输出功率的工作状态。该方法只适合于极轻负载或待机状态。其它轻负载效率改善策略还有在主、次级增加开关管或二极管辅助支路的方案，也有占空比固定的PWM控制方案。这些方案能使空载或轻负载时的损耗降低，但由于在主电路中增加硬件来实现，对电路的可靠性带来一定的影响，也很难同时兼顾到重载时的效率提高。

中国专利文献公开了申请号为200910221471.4的一种LLC谐振变换器控制方法及装置,该装置通过输入开关管导通频率来判断负载状态，再根据负载状态分别进行变频、调宽控制，一定程度上降低了电路损耗，但该变频调宽控制没有任何约束条件，会使LLC谐振变换器的开关管零电压开关和整流管零电流开关的软开关环境丧失，从而使谐振腔电压增益不确定。

发明内容

本实用新型针对现有的技术存在上述问题，提出了一种LLC谐振变换器轻负载控制装置，该装置采用轻负载定频脉宽控制，从而实现全负载范围的软开关环境和谐振参数优化，提高变换器的效率尤其是轻载效率。

本实用新型通过下列技术方案来实现：一种LLC谐振变换器轻负载控制装置，其特征在于，本装置包括控制器、用于使谐振变换器工作在频率调节控制模式下的调频模块和用于使谐振变换器工作在定频脉宽控制模式下的调宽模块、用于分别检测LLC谐振变换器的硬件电路调理的输出电压信号及输出电流信号的电压检测单元和电流检测单元，所述控制器还连接有反馈补偿误差放大器，所述电压检测单元和基准电压电源分别连接反馈补偿误差放大器的输入端，所述电流检测单元连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接有工作模块切换单元，所述调频模块和调宽模块分别连接控制器和工作模块切换单元，所述工作模块切换单元连接谐振变换器开关管控制端，所述控制器根据电压检测单元检测的输出电压经反馈补偿误差放大器后输出的误差电压信号和电流检测单元检测的输出电流信号判断LLC谐振变换器是否工作于轻负载状态；若不工作在轻负载，则通过工作模块切换单元选择调频模块工作，进行频率调节控制模式；若工作在轻负载，则通过工作模块切换单元选择调宽模块工作，进行定频脉宽控制模式，实现占空比调节电压增益，并经工作模块切换单元输出相应的开关管控制信号给开关管控制端。

LLC谐振变换器硬件电路母线供电电压为直流电压。负载控制电路包括控制器，电压检测单元、电流检测单元、调频模块和调宽模块。电压检测单元采集LLC谐振变换器硬件电路的直流输出负载电压信号，发送给反馈补偿误差放大器，并与基准电压进行比较，比较后的误差电压信号经反馈补偿误差放大器发送给控制器。控制器同时接收电流检测单元采集的输出电流信号，控制器根据接收的误差电压信号和输出电流信号判断负载是额定负载、忠负载还是轻负载，经工作模块切换单元选择相应的控制模式；若是工作在重负载或额定负载，则通过工作模块切换单元选择调频模块工作，进行频率调节控制模式；若工作在轻负载，则通过工作模块切换单元选择调宽模块工作，进行定频脉宽控制模式，实现占空比调节电压增益，并经工作模块切换单元输出相应的开关管控制信号给开关管控制端。

在上述的LLC谐振变换器轻负载控制装置中，所述调宽模块用于产生固定开关频率和根据谐振变换器输出电压信号调节占空比变化的定频脉宽信号。这里实现了在轻负载状况下，谐振变换器接收的控制信号是相同频率、相同占空比且时序相差半个开关周期的两路PWM信号。