[发明专利]一种谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振变换器。

背景技术

熟悉开关电源的工程师都知道，PWM型开关稳压电源是一个闭环控制系统，其基本工作原理就是在输入电压、内部元器件参数、外接负载等因素发生变化时，通过检测被控制信号与基准信号的差值，利用此差值调节主电路功率开关器件的导通脉冲宽度，从而改变输出电压的平均值，使得开关电源的输出电压保持稳定。目前在开关电源中广泛使用的控制方式是通过对输出电压或电流(功率开关器件或输出电感上流过的电流)进行采样，即形成两类控制方式：电压控制模式与电流控制模式。

峰值电流型控制策略与电压型控制策略为主流的PWM电源控制策略，究其根本二者有什么不同呢？电压型PWM是指控制器按反馈电压来调节输出脉宽，峰值电流型PWM是指控制器按反馈电流来调节输出脉宽。

从图1的电压型与峰值电流型两种控制方式的系统框图可以知道，电压型控制与电流型控制的不同处是指对反馈信号的取样不同，电压型控制以电源的输出电压为反馈信号，该反馈信号与给定值的偏差经比较器放大后与锯齿波比较产生控制脉冲；而电流型控制是以高频变压器原边输出电流为采样反馈信号组成电流闭环，以电压反馈信号组成电压外环，电压外环的输出偏差作为电流内环的给定，与电流反馈信号比较产生控制脉冲，电流型PWM是在脉宽比较器的输入端，直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的PWM控制器。

本文主要就峰值电流型控制进行分析，故以峰值电流型控制方式为主体与电压型控制进行对比。图2为检测输出电感电流的电流型控制的基本原理框图。它的主要特点是：将采样得到的电感电流直接反馈去控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值电流直接跟随电压反馈电路中误差放大器输出的信号。

从图2中可以看出，与单一闭环的电压控制模式相比，电流模式控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路形成，内环由互感器采样输出电感电流形成。在该双环控制中，由电压外环控制电流内环，即内环电流在每一开关周期内上升，直至达到电压外环设定的误差电压阈值。电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的，并且监测输出电感电流的动态变化，电压外环只负责控制输出电压。因此电流型控制模式具有比起电压型控制模式大得多的带宽。

早期的PWM控制器是电压控制型的，由于工程上对开关电源电压调整率、负载调整率以及瞬态响应特性的需求不断提高，峰值电流型控制慢慢登上了开关电源界控制策略的舞台。但是峰值电流型控制在用于大功率场合时，因其电流取样的损耗较大，因此在大功率开关电源中，还是使用了传统的电压型控制。通过分析可知道，电流型控制模式较电压型控制模式有以下优点：

1)、线性调整率(电压调整率)非常好，这是因为输入电压的变化立即反映为电感电流的变化，无须经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再加上输出电压到误差放大器的控制，使得电压调整率更好。由于对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应快，故适合于负载快速变化时对响应速度要求较高的场所。

2)、虽然电源的L-C滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频率响应特性，可以做出较大的带宽。

3)、具有瞬时峰值电流限流功能，这是由于受控的电流在上升到设定值时，会使PWM停止输出，因此电流型自身具有固有的逐个脉冲限流功能，在电路中不必另外附加限流保护电路；而且这种峰值电感电流检测技术可以较精确地限制最大电流，从而使开关电源中的功率变压器和开关管不必有较大的冗余，就能保证可靠工作。

4)、使用峰值电流型控制，简化了反馈控制补偿网络、负载限流、磁通平衡等电路的设计，减少了元器件的数量和成本，这对提高开关电源的功率密度，实现小型化，模块化具有重要的意义。