[发明专利]谐波变换器的对称时移控制

说明书

一种控制电路，控制谐振变换器的开关电路，其中开关电路包括第一功率开关和第二功率开关。第一功率开关的第一接通时间和第二功率开关的第二接通时间被控制以生成方波信号从而驱动谐振电路。控制电路配置为基于零电流检测时间和时移延迟时间来控制第一接通时间，零电流检测时间表示检测到在谐振电路中响应于方波信号生成的谐振电路的电流过零，时移延迟时间基于谐振变换器的输出电压。第二功率开关的第二接通时间的控制基于对第一功率开关检测到的零电流检测时间以及时移延迟时间。

技术领域

本公开总体涉及开关功率变换器，更具体地涉及谐振变换器的控制。

背景技术

谐振变换器是一种开关功率变换器，其特征在于存在谐振电路，该谐振电路在确定变换器的输入-输出功率流方面起到有效作用。在这些谐振变换器中，作为半桥式电路或全桥式电路的桥式电路接收输入电压，并且响应于施加到桥式电路中的功率开关的控制信号而生成电压方波，该电压方波施加到被调制到接近电压方波基频的频率的谐振电路。由于谐振的选择频率特性，谐振电路主要响应于电压方波的该基频分量，同时对电压方波的高阶频率分量或谐波的响应可忽略不计。利用谐振电路的这些可变频率特性，可通过在保持电压方波的百分之五十(50％)占空比的同时改变电压方波的频率来调制谐振变换器的循环功率。响应于电压方波的基频分量，该频率处的正弦或分段正弦电压和电流在谐振电路中流动。这些正弦电压和电流进行然后被整流和滤波，以提供直流(DC)输出功率，该直流输出功率供应给耦合到谐振变换器的负载。

典型的谐振变换器包括在输入电压与负载之间提供隔离的变压器，并且包括作为谐振电路的一部分并耦合到桥式电路的初级绕组。一个或多个次级绕组形成整流电路装置的一部分，整流电路装置被耦合以通过滤波电路装置向负载供电。关于变压器的初级侧和次级侧，谐振变换器被认为具有包括桥式电路和谐振电路的初级侧以及包括耦合到负载的整流电路装置和滤波器电路装置的次级侧。存在许多类型的谐振变换器，其中所谓的“LLC谐振变换器”是最广泛使用的谐振变换器之一。LLC的命名来自于这样的事实，即，该谐振电路包括两个电感元件(L)和一个电容元件(C)，其中变压器的初级绕组可贡献两个电感元件之一或两个电感元件。

特别地，与常规的非谐振型开关功率变换器(诸如脉宽调制 (PWM)开关功率变换器)相比，谐振变换器和LLC谐振变换器具有许多优点。PWM开关功率变换器调制PWM控制信号的脉冲宽度或占空比，以控制由变换器提供的输出功率。与PWM开关功率变换器相比，谐振功率变换器以无陡边的波形操作，如本领域技术人员应当理解的，由于这种功率开关的“软”开关而实现功率开关的低开关损耗，提供高转换效率，在高频下操作，并且提供低电磁干扰(EMI) 产生和高功率密度。

用于控制LLC谐振变换器的操作的多种控制方法是本领域已知的。在控制LLC谐振变换器的循环功率时，维持电压方波的百分之五十的占空比的同时由桥式电路提供的电压方波的频率被调制。这种控制方法称为直接频率控制(DFC)方法，可被认为是LLC谐振变换器的工业标准控制方法。DFC方法具有缺点，并且DFC方法的一种替代方法(称为时移控制(TSC)方法)解决了与DFC方法相关联的主要问题之一。DFC方法的该主要问题在于，当采用该控制方法时， LLC谐振变换器的频率特性包括具有多个极点的传递函数，其频率根据LLC谐振变换器的操作条件而变化。这使得通过DFC方法的LLC 谐振变换器的分析和控制复杂化。与以基于PWM和DFC的控制为基础的变换器控制相关联的问题在美国专利No.8,773,872中有更详细的讨论，其全部内容通过引用并入本文。TSC方法解决了与DFC方法相关的该问题，因为当通过TSC方法控制LLC谐振变换器时，LLC 谐振变换器表现为单极系统，这允许更高的带宽补偿和更高的输入电压纹波抑制。尽管TSC方法相比于常规的DFC方法控制提供了这些优点，然而这种控制方案产生了不同的问题，并且因此需要用于特别地控制LLC谐振变换器且一般地控制谐振变换器的改进的控制方法。

发明内容