諧振變換器的控制方法和裝置的製作方法
2023-12-04 07:34:26 3
專利名稱：諧振變換器的控制方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，具體而言，涉及一種諧振變換器的控制方法和裝置。
背景技術：
高效率高功率高密度是電力電子產品的一個重要的發展趨勢。LLC (Lr, Lm, Cr的縮寫，它們分別代表諧振參數中的諧振電感、勵磁電感和諧振電容)諧振變換器由於在變換效率和功率密度方面具有突出的優勢，從而得到很多開關電源行業人員的青睞，具體而言，LLC諧振變換器的優點包括以下三點I) LLC諧振變換器的諧振元件工作在正弦諧振狀態的時候，開關管上的電壓自然過零，在變頻的範圍內都能夠實現原邊開關管的零電壓開通與關斷，所以電源損耗很小；2)由於電源損耗很小，所以LLC諧振變換器的工作頻率可以做得比較高，因此可有效減小變換器的體積降低製造變換器的成本，同時提高了變換器的功率密度；3)由於LLC諧振變換器的副邊二極體可以實現自然的關斷，因此消除了副邊電壓尖峰，降低了關斷所造成的電源損耗。然而，由於LLC諧振變換器在採用低壓輕載輸出時一般採用的是調寬或者移相的控制方式，無論是採用調寬的控制方式還是採用移相的控制方式，都不能在全負載範圍內很好地實現變壓器原邊開關管的軟開關。目前，根據數字控制由於具有很強適應性和靈活性的優點，並具備直接監控、處理並適用系統條件的能力，還可以通過遠程診斷以確保持續的系統可靠性，實現故障管理、自動冗餘以及在線升級等功能，因此數字控制在開關電源領域得到了越來越廣泛的應用。目前，通過數字處理器對諧振變換器進行控制的步驟如圖1所示包括S102 :判斷LLC諧振變換器的工作狀態，如果LLC諧振變換器處於開機且無故障發生，則執行步驟S104，否則，轉而執行SI 12 ；S104 :數字處理器的採樣電路對諧振變換電路的輸出信號進行採樣；S106:數字處理器根據預設的給定量和採樣得到的信號進行比較，進而得到電壓補償控制信號；S108 :數字處理器對得到的電壓補償控制信號進行比較判斷確定對LLC諧振變換器的控制方式，生成相應的脈寬調製信號；SllO :驅動電路對上述脈寬調製信號進行放大，驅動LLC諧振變換電路工作，結束本流程；S112 :數字處理器中的脈寬調製模塊封鎖驅動電路，LLC諧振電路停止工作，結束本流程。由上述方法可以看出在一個中斷算法周期內，數字處理器需要通過實現補償環路的電壓輸出，並通過此電壓輸出轉換成相應的脈寬調製信號，完成一個完整的DC/DC變換器應該具備恆壓、限流、恆功率甚至限流回縮等功能。目前，補償環路都在數字處理器的算法中斷過程中執行，由於成本的限制，運用在LLC諧振變換器控制上的數字處理器的主頻一般不會很高，而LLC諧振變換器的最高工作頻率一般在200KHz甚至300KHz以上。由此可知，由於數字處理器在一個中斷算法周期內需要處理的步驟太多，因此在諧振變換器頻率很高的時候，在一個脈寬調製周期內數字處理器無法完成對整個反饋控制運算的處理，也就不可能在每個脈寬調製周期上都對LLC諧振變換器進行控制，從而使得對LLC諧振變換器的控制產生延時，進而使得整個環路的相位產生衰減，環路帶寬變窄，同時，對輸出直接的影響是使輸出電壓的峰峰值雜音和電話衡重等指標很難得到優化。針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
發明內容
本發明提供了一種諧振變換器的控制方法和裝置，以至少解決在諧振變換器工作頻率很高的情況下由於數字處理器難以在一個脈寬調製周期內執行完一次反饋控制運算造成的反饋控制產生延時的問題。根據本發明的一個方面，提供了一種諧振變換器的控制方法，包括對諧振變換電路的模擬輸出信號進行採樣；將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號；將模擬補償信號轉換成數字補償信號，並根據數字補償信號對諧振變換電路進行反饋控制。進一步的，將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號的步驟包括將採樣得到的電壓信號經過電壓環補償電路得到電壓模擬補償信號；或者將採樣得到的電流信號經過電流環補償電路得到電流模擬補償信號。進一步的，將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號的步驟包括將採樣得到的電壓信號經過電壓環補償電路得到電壓模擬補償信號，以及將採樣得到的電流信號經過電流環補償電路得到電流模擬補償信號；將電壓模擬補償信號與電流模擬補償信號進行比較；若電壓模擬補償信號小於電流模擬補償信號，則將電壓模擬補償信號作為模擬補償信號進行輸出；否則，將電流模擬補償信號作為模擬補償信號進行輸出。進一步的，將模擬補償信號轉換成數字補償信號的步驟包括將模擬補償信號進行模數轉換得到數位訊號；將數位訊號的值與預定閾值進行比較；根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成作為數字補償信號的脈寬調製信號。進一步的，根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成作為數字補償信號的脈寬調製信號的步驟包括當數位訊號小於第一預定閾值時，採用移相方式生成作為數字補償信號的脈寬調製信號；當數位訊號大於等於第一預定閾值小於第二預定閾值時，採用移相調頻方式生成作為數字補償信號的脈寬調製信號；當數位訊號大於等於第二預定閾值時，採用調頻方式生成作為數字補償信號的脈寬調製信號。根據本發明的另一方面，提供了一種諧振變換器的控制裝置，包括諧振變換電路，用於輸出模擬輸出信號；採樣電路，用於對諧振變換電路的模擬輸出信號進行採樣；模擬補償電路，用於對採樣得到的信號進行補償得到模擬補償信號；數字處理器，用於將模擬補償信號轉換成數字補償信號，並根據數字補償信號對諧振變換電路進行反饋控制。進一步的，模擬補償電路包括電壓環補償電路，用於對採樣得到的電壓信號補償得到電壓模擬補償信號；或者電流環補償電路，用於對採樣得到的電流信號補償得到電流模擬補償信號。進一步的，模擬補償電路包括電壓環補償電路，用於對採樣得到的電壓信號補償得到電壓模擬補償信號；電流環補償電路，用於對採樣得到的電流信號補償得到電流模擬補償信號；比較電路，用於將電壓模擬補償信號與電流模擬補償信號進行比較；若電壓模擬補償信號小於電流模擬補償信號，則將電壓模擬補償信號作為模擬補償信號進行輸出；否則，將電流模擬補償信號作為模擬補償信號進行輸出。進一步的，數字處理器包括模數轉換單元，用於將模擬補償信號進行模數轉換得到數位訊號；比較單元，用於將數位訊號的值與預定閾值進行比較；生成單元，用於根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成用於反饋控制的脈寬調製信號。進一步的，諧振變換器的控制裝置還包括驅動電路，用於根據脈寬調製信號生成控制信號，並輸出給諧振變換電路。在本發明中，採用一種數模混合的諧振變換器控制方法，通過模擬補償電路完成對環路的補償，從而使得數字處理器只需要將模擬補償電路的輸出轉換為相應的脈寬調製信號，從而縮短了數字處理器執行反饋控制運算的時間，能夠做到在每個脈寬調製周期內都對諧振電路進行控制，解決了在諧振變換器工作頻率很高的情況下由於數字處理器難以在一個脈寬調製周期內執行完一次反饋控制運算造成的反饋控制產生延時的問題，達到了能夠做到在每個脈寬調製周期內都對諧振電路進行控制的目的，從而保證了對諧振電路進行控制的穩定性和實時性。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據現有技術的一種諧振變換器的控制方法的流程圖；圖2是根據本發明實施例的諧振變換器的控制裝置的一種優選結構框圖；圖3是根據本發明實施例的諧振變換器的控制裝置的另一種優選結構框圖；圖4是根據本發明實施例的三種控制方式對應的電壓控制信號和開關頻率之間的關係不意圖；圖5是根據本發明實施例的三種控制方式對應的電壓控制信號和佔空比之間的關係不意圖；圖6是根據本發明實施例的諧振變換器的控制裝置的一種優選流程圖；圖7是根據本發明實施例的諧振變換器的控制方法的一種優選結構框圖；圖8是根據本發明實施例的一種優選的電壓環補償電路示意圖；圖9是根據本發明實施例的一種優選的電流環補償電路示意圖；圖10是根據本發明實施例的工作在調頻區間時的脈寬調製信號示意圖；圖11是根據本發明實施例的工作在移相區間時的脈寬調製信號示意圖；圖12是根據本發明實施例的諧振變換器的控制方法的另一種優選流程圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。實施例1
如圖2所示，本發明提供了一種優選的諧振變換器的控制裝置，該裝置包括諧振變換電路202 ;採樣電路204，直接與諧振變換電路202連接，或者通過負載與諧振變換電路202連接；模擬補償電路206，與採樣電路204連接；數字處理器208，與模擬補償電路206連接；以及，驅動電路210，與諧振變換電路202和數字處理器208連接。其中，數字處理器208包括模數轉換單元2082，與模擬補償電路206連接；生成單元2086，與驅動電路210連接；比較單元2084，與模數轉換單元2082以及生成單元2086相連；以及，給定單元2088，與模擬補償電路206連接。在本發明的一個優選實施方式中，通過模擬補償電路206完成對環路的補償，從而使得數字處理器208隻需要將模擬補償電路206的輸出轉換為相應的脈寬調製信號，從而縮短了數字處理器208中斷算法的執行時間，解決了在諧振變換器工作頻率很高的情況下由於數字處理器難以在一個脈寬調製周期內執行完一次反饋控制運算造成的反饋控制產生延時的問題，達到了能夠做到在每個脈寬調製周期內都對諧振電路進行控制的目的，從而保證了對諧振電路進行控制的穩定性和實時性。基於圖2所示的裝置，本發明提供了一個優選的諧振變換器的控制方法，在本優選實施例所涉及的控制方法中，以採樣信號為電壓信號為例進行說明，但是本發明不限於此，上述採樣信號也可以是電流信號。下面將結合圖2和圖3來描述本實施例中的諧振變換器的控制方法，其包括步驟S1-S8 S1:在每個脈寬調製周期中斷程序開始時，判斷LLC諧振變換器的工作狀態，如果LLC諧振變換器處於開機且無故障發生，則執行步驟S2，否則，轉而執行S8。S2 :採樣電路204對諧振變換電路202輸出的電壓模擬輸出信號進行採樣，得到電
壓V。。S3 :模擬補償電路206對給定單元2088給定的電壓給定量Vg和採樣得到的電壓信號V。進行比較，根據比較結果對採樣得到的電壓信號V。進行補償得到模擬補償信號vf，然後，將得到的模擬補償信號Vf輸出給數字處理器208中的模數轉換單元2082。S4 :模數轉換單元2082對模擬補償信號Vf進行模數轉換，以便將模擬補償信號Vf轉換得到數位訊號，並將得到的數位訊號傳輸給比較單元2084。S5 比較單元2084將轉換得到的數位訊號和預定的閾值進行比較。S6 :生成單元2086根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成用於所述反饋控制的脈寬調製信號。在本發明的優選實施例中，諧振變換器202 (例如，LLC諧振變換器)的工作方式包括定頻移相、移相調頻和調頻三種，基於這三種工作方式，對於定頻移相、移相調頻和調頻三種工作和預先設定的固定電壓(或者是電流，功率等)存在如圖4-5所示的關係。基於圖4-5所示的關係，比較單元2084將轉換得到的數位訊號和預定的閾值進行比較的步驟可以包括當電壓控制信號(例如，上述步驟S4中轉換得到的數位訊號)小於固定電壓Vl (第一預定閾值)時，採用定頻移相控制，LLC諧振變換器工作的開關頻率保持最大值(fmax)不變，移相佔空比隨電壓控制信號線性變化，電壓控制信號越小，移相佔空比D越小；當電壓控制信號(例如，S4中轉換得到的數位訊號)大於等於固定電壓Vl但小於固定電壓V2(第二預定閾值)時，採用調頻移相控制，移相佔空比和開關頻率均隨電壓控制信號線性變化，電壓控制信號越小，移相佔空比D越小，開關頻率越高；當電壓控制信號大於等於固定電壓V2時，採用調頻控制方式，移相佔空比為最大值Dmax不變，開關頻率隨電壓控制信號線性變化，電壓控制信號越大，開關頻率越低。圖6進一步示出了上述步驟S5和S6中的生成用於所述反饋控制的脈寬調製信號的方案，具體而言，如圖6所示，當判斷LLC諧振變換器202工作狀態為開機且無故障發生時，採樣電路204採樣模擬補償信號(Vf)，將採樣得到的數位訊號和預定的閾值進行比較，根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成用於所述反饋控制的脈寬調製信號。具體判斷步驟包括:當所述數位訊號(Vf)小於第一預定閾值(Vl)時，採用移相方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號；當所述數位訊號大於等於所述第一預定閾值小於第二預定閾值(V2)時，採用移相調頻方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號；當所述數位訊號大於等於所述第二預定閾值時，採用調頻方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號。優選的，電壓環補償電路如圖8所示，將給定單元2088給定的電壓給定量Vg和採樣得到的電壓信號V。進行比較，求取誤差；然後經過一個雙零點、三極點的III型補償放大器，得到一個經過放大補償過的電壓信號Vf。優選的，III型補償放大器的傳遞函數如下式所示:
權利要求
1.一種諧振變換器的控制方法,其特徵在於,包括: 對諧振變換電路的模擬輸出信號進行採樣； 將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號； 將所述模擬補償信號轉換成數字補償信號，並根據所述數字補償信號對所述諧振變換電路進行反饋控制。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號的步驟包括: 將採樣得到的電壓信號經過電壓環補償電路得到電壓模擬補償信號；或者 將採樣得到的電流信號經過電流環補償電路得到電流模擬補償信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號的步驟包括: 將採樣得到的電壓信號經過電壓環補償電路得到電壓模擬補償信號，以及將採樣得到的電流信號經過電流環補償電路得到電流模擬補償信號； 將所述電壓模擬補償信號與所述電流模擬補償信號進行比較； 若所述電壓模擬補償信號小於所述電流模擬補償信號，則將所述電壓模擬補償信號作為所述模擬補償信號進行輸出；否則，將所述電流模擬補償信號作為所述模擬補償信號進行輸出。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述模擬補償信號轉換成數字補償信號的步驟包括: 將所述模擬補償信號進行模數轉換得到數位訊號； 將所述數位訊號的值與預定閾值進行比較； 根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號的步驟包括: 當所述數位訊號小於第一預定閾值時，採用移相方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號； 當所述數位訊號大於等於所述第一預定閾值小於第二預定閾值時，採用移相調頻方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號； 當所述數位訊號大於等於所述第二預定閾值時，採用調頻方式生成作為所述數字補償信號的脈寬調製信號。
6.一種諧振變換器的控制裝置，其特徵在於，包括: 諧振變換電路，用於輸出模擬輸出信號； 採樣電路，用於對所述諧振變換電路的模擬輸出信號進行採樣； 模擬補償電路，用於對採樣得到的信號進行補償得到模擬補償信號； 數字處理器，用於將所述模擬補償信號轉換成數字補償信號，並根據所述數字補償信號對所述諧振變換電路進行反饋控制。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述模擬補償電路包括: 電壓環補償電路，用於對採樣得到的電壓信號補償得到電壓模擬補償信號；或者電流環補償電路，用於對採樣得到的電流信號補償得到電流模擬補償信號。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述模擬補償電路包括: 電壓環補償電路，用於對採樣得到的電壓信號補償得到電壓模擬補償信號； 電流環補償電路，用於對採樣得到的電流信號補償得到電流模擬補償信號； 比較電路，用於將所述電壓模擬補償信號與所述電流模擬補償信號進行比較；若所述電壓模擬補償信號小於所述電流模擬補償信號，則將所述電壓模擬補償信號作為所述模擬補償信號進行輸出；否則，將所述電流模擬補償信號作為所述模擬補償信號進行輸出。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述數字處理器包括: 模數轉換單元，用於將所述模擬補償信號進行模數轉換得到數位訊號； 比較單元，用於將所述數位訊號的值與預定閾值進行比較； 生成單元，用於根據比較得到的結果採用相應的控制方式生成用於所述反饋控制的脈寬調製信號。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，還包括:驅動電路，用於根據所述脈寬調製信號生成控制信號 ，並輸出給所述諧振變換電路。
全文摘要
本發明公開了一種諧振變換器的控制方法和裝置，其中，該方法包括對諧振變換電路的模擬輸出信號進行採樣；將採樣得到的信號經過模擬補償電路得到模擬補償信號；將模擬補償信號轉換成數字補償信號，並根據數字補償信號對諧振變換電路進行反饋控制。本發明解決了在諧振變換器工作頻率很高的情況下由於數字處理器難以在一個脈寬調製周期內執行完一次反饋控制運算造成的反饋控制產生延時的問題，達到了能夠做到在每個脈寬調製周期內都對諧振電路進行控制的目的，從而保證了對諧振電路進行控制的穩定性和實時性。
文檔編號H02M3/00GK103078492SQ20111032980
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者王明金, 萬正海, 張偉, 劉輝 申請人:中興通訊股份有限公司