LLC同步整流谐振变换器数字控制装置和方法

摘要

本发明涉及一种LLC同步整流谐振变换器数字控制装置和方法。本装置包括数字信号处理器、原边高频驱动电路、电流采样检测电路、电压采样检测电路和副边高频驱动电路。本方法使用数字信号处理芯片对LLC谐振变换器进行数字控制：轻载时提前开通副边同步整流管，有效解决了传统控制策略轻载时引入的同步整流管导通损耗问题；重载时根据电路参数及时关断副边驱动信号，并通过设计过电流保护电路监控当工作区域切换时因等效阻抗变小而导致的输出过流。

主权项

一种LLC同步整流谐振变换器的数字控制方法，采用下述的LLC同步整流谐振变换器控制装置进行控制，该装置包括一个数字信号处理器（101）、一个原边高频驱动电路（103）、一个电流采样检测电路（105）、一个电压采样检测电路（102）和一个副边高频驱动电路（104），其特征在于所述数字信号处理器DSP（101）分别经所述原边高频驱动电路（103）、电流采样检测电路（105）、电压采样检测电路（102）和副边高频驱动电路（104）连接受控的LLC同步整流谐振变换器电路（100）；所述的数字信号处理器（101）根据经电压采样检测电路（102）反馈的输出电压判断电路运行区域，经三极点两零点补偿后分别改变两个片内周期寄存器值以生成高频驱动信号，并由数字信号处理器（101）输出到所述的原边高频驱动电路（103）与副边高频驱动电路（104）中，所述两个高频驱动电路（103、104）将其隔离和功率放大后驱动原副边MOS管；所述的电流采样检测电路（105）检测副边输出电流，并输出到数字信号处理器（101），数字信号处理器（101）根据该电流大小判断是否重载或区域切换时的过流，以及时切断原副边高频驱动电路（103、104）；所述副边高频驱动电路（104）采用IR公司的IR2110、或IR2130自举驱动电路、或三态门与变压器的组合驱动电路；所述原边高频驱动电路（103）采用三态门与变压器的组合驱动电路；其特征在于控制步骤如下：(1) 初始化数字信号处理器（101）片内定时器和，将其设为比较中断，设置相同的死区时间、相同的高频周期寄存器值、相同的比较寄存器值，通过选择与值实现电路的高频低占空比软启动，减少变频启动对电路的冲击和电磁干扰；其中定时器的寄存器输出控制原边驱动信号，定时器的寄存器输出控制副边驱动信号；(2) 进入中断后，判断电路软启动是否结束或者电路是否过流，若电路工作于输出过流状态，则关断PWM输出，退出中断；若电路工作于软启动状态，则继续保持定占空比定频启动控制；(3) 清中断标志，允许同级中断，将两个定时寄存器配置为周期中断，对电路进行三极点两零点的补偿，并对补偿结果采用Delta‑Sigma算法，在减少该两个定时寄存器位数提高计算速度的同时保证了求解精度，得到控制信号；(4) 判断电路工作区域，进行分类控制：   若控制信号大于给定信号，则系统处于极轻载区域或启动区，对系统进行高频区域驱动控制，实现定频调脉宽闭环；给定信号为系统进行调频与调占空比切换的临界频率，精度为12位；若控制信号，则系统处于重载或额定工作区域，对系统进行第二区域驱动控制，实现对应原副边驱动信号同步开通，原副边驱动信号根据电路参数关断，系统运行于调频定脉宽状态；其中给定信号与为LLC同步谐振变换器的两个谐振点，并保留12位精度：，若控制信号，则系统处于轻载区域，对系统进行第一区域驱动控制，实现副边驱动信号提前原边驱动信号若干时钟周期开通，原副边驱动信号同步关断；其中Lr及Cr分别为谐振电感和电容，Lm为变压器等效励磁电感；(5) 退出中断，返回步骤(2)；所述的步骤（3）中的Delta‑sigma算法在如下：①补偿结果与上一次的中间变量相加，减去上一次输出得到中间变量；②补偿结果与相加后截取前12位作为这一次的输出，。所述的第一区域驱动子程序执行如下步骤：①设置定时器的寄存器死区时间为，定时器的寄存器死区时间为，且满足，其中与电路启动时定频控制设置死区时间相同，实现副边驱动信号提前开通；②定时器的周期寄存器值为， 定时器的周期寄存器值设为；其中决定了副边同步整流管提前开通的时间，确保了谐振结束副边驱动信号立刻关断，防止能量倒灌；；所述的第二区域驱动子程序执行如下步骤：①设置定时器寄存器死区时间设置为，定时器寄存器死区时间设置为，且满足，其中、与电路启动时定频控制设置死区时间相同，实现原副边开关管同时开通；②定时器的周期寄存器值设为，定时器的周期寄存器值设为，确保副边开关管的及时关断，，；所述的高频区域驱动子程序执行如下步骤：①关闭周期中断，清除中断标志，开启比较中断，进行两极点单零点PI补偿运算得到；②设置定时器寄存器死区时间设置为，定时器寄存器死区时间设置为，满足，其中、与电路启动时定频控制设置死区时间相同，实现原副边开关管同时开通；③设置定时器和定时器周期寄存器值为，设置定时器和定时器比较寄存器值为，实现电路定频调占空比控制，防止数字信号处理器计算溢出，，。