[发明专利]谐振开关控制器死区时间自适应调整电路

说明书

本发明涉及一种谐振开关控制器死区时间自适应调整电路，包括电流检测电路、电流损耗跟随检测电路、振荡时钟产生电路、综合控制逻辑电路和可编程死区时间产生电路。与现有的死区时间设定方式不同，本发明提出的谐振开关控制器死区时间自适应调整电路对死区时间的自适应调整过程，一方面受基准时钟OSC的控制，根据频率高低设置不同的死区时间；另外一方面，还可以响应外部负载和其他工作特性引起的软开关损耗变化，调整死区时间大小，从而实现开关损耗最小化。

技术领域

本发明涉及一种谐振开关控制器芯片的死区时间自适应调整电路，属于集成电路开关电源技术领域。

背景技术

随着便携式电子设备对其供电电源的要求不断提高，开关电源市场正在围绕着低功耗、高精度、小体积等性能展开激烈地角逐，对应的电源管理芯片的性能要求愈加严格。在整机电源模块朝着小型化、轻型化、便携式发展的过程中，续航能力成为了人们最关注的技术指标之一。传统的PWM变换器中，功率器件处于硬开关状态，存在较高的开关损耗，因此限制了开关频率的提升。由于电路寄生参数的影响，开关元件会承受较高的开关应力。谐振软开关变换器利用电路的寄生参数，实现开关管的零电压或零电流开关，大幅减小了开关损耗，可以使变换器工作在更高开关频率，以提升功率密度。在诸多谐振软开关变换器类型中，LLC谐振变换器同时兼具空载工作能力强和谐振电流反映负载轻重的能力，这是普通串联谐振变换器和并联谐振变换器无法比拟的优势，因而得到了广泛的应用。

典型LLC全桥谐振变换器拓扑图如图1所示，其中Q1～Q4为主开关IGBT，C1～C4为IGBT输出电容，D1～D4为IGBT续流二极管，DR1～DR4为二次侧整流二极管。谐振电感Ls、谐振电容Cs和变压器的励磁电感Lm构成LLC谐振网络。该电路拓扑为输入电压和输出电压均恒定的ZVS全桥LLC变换器。采用定频控制，同一桥臂2只IGBT的驱动信号互补，对角管2只IGBT驱动信号相同。图1电路正常工作时的主要工作波形如图2所示，其中Vin为输入电压，Vo为输出电压，RLd为电阻负载，n为变压器变比。在Q1关断时，变压器励磁电流对C1充电，C3放电，当C3两端电压下降到零之后，再开通Q3，可以实现Q3的零电压开通。因此，Q1和Q3驱动信号之间的死区时间必须大于C3放电的时间，从而为Q3的零电压开通创造条件。如果死区时间设置不当，将导致IGBT无法实现ZVS开通。死区时间设置过小时，结电容上电压还未放电到0V就去开通IGBT，此时IGBT为硬开通；死区时间设置过大时，结电容电压已放电到0V，但是由于死区时间过大，结电容又开始反向充电，此时再开通IGBT也为硬开通，损耗增大。可以看出，频率确定的情况下，死区时间选择直接决定了变换器的软开关范围，进而影响IGBT的电压应力和变换器的整机效率。

图1所述的传统谐振变换器中Q1～Q4主开关IGBT的控制信号由LLC谐振控制芯片根据变换器输出电压Vo和电流i_R的状态产生；死区时间通常设置为固定值，根据IGBT的技术规格书上的输出电容数据去估算IGBT输出电容充放电时间和死区时间。当负载条件和温度变化时，上述死区时间将会出现偏差，甚至可能影响IGBT零电压开通的实现。因此提供一种可对系统死区时间进行自适应调整的谐振控制器死区时间产生电路，对于提高LLC谐振控制芯片和谐振开关控制器的效率，有着重要的现实意义。

发明内容

本发明在现有技术基础上，提供了一种谐振开关控制器芯片的死区时间自适应调整电路，提升控制器的整体效率和稳定性。

按照本发明提供的谐振开关控制器死区时间自适应调整电路，其包括电流检测电路、振荡时钟产生电路、电流损耗跟随检测电路、综合控制逻辑电路和可编程死区时间产生电路；