諧振轉換器的啟動期間的涌入電流控制的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流/直流轉換器。更具體地，本發明涉及諧振直流/直流轉換器的軟啟動控制方案。
【背景技術】
[0002]針對諧振直流到直流轉換器(例如，LLC或LLCLL諧振轉換器)的使用高側開關脈沖寬度調制(PWM)控制、低側開關PWM控制或任何其他不對稱PWM控制的已知軟啟動控制方案需要在啟動之前對諧振轉換器中的初始條件進行考慮。例如，如果使用高側開關PMW控制(即，高側開關以可變占空比進行操作，而低側開關以全占用比進行操作)，將通過低側開關兩端的初始電壓來確定涌入電流。初始電壓越高，則涌入電流將越大。
[0003]大的涌入電流會在諧振轉換器的啟動期間導致一個或更多個以下問題:
[0004]I)高初始電流會導致諧振轉換器的輸入電容器(即諧振電容器)中的過壓瞬態，這會縮短輸入電容器的壽命。
[0005]2)大涌入電流會縮短諧振轉換器的輸入開關(即，初級側開關)的壽命。
[0006]3)大涌入電流還會使諧振轉換器的諧振電感器飽和。從而，涌入電流會由于諧振電感器被飽和而增加。
[0007]4)大涌入電流會導致在軟啟動諧振轉換器的初始階段期間在諧振轉換器的輸出處出現諧振(例如大的紋波電壓)。
[0008]Sun等人(U.S.8，018，740)教導了在LLC諧振轉換器的啟動期間用固定頻率和可變脈沖占空比操作模式來操作LLC諧振轉換器。Sun等人的LLC諧振轉換器一完成啟動(例如，當在與LLC諧振轉換器的輸出相連的負載處達到預定電壓時)就切換至可變頻率和固定脈沖占空比操作模式。也就是說，在啟動期間，Sun等人的LLC諧振轉換器以PWM模式來操作，使得僅占空比是受控制的而LLC諧振轉換器的頻率保持固定，然后在啟動之后切換至脈沖頻率調制(PFM)模式。
[0009]因此，Sun等人的控制方案的一個缺點在于:針對LLC諧振轉換器使用商用控制集成電路(IC)的該方案的實現是困難的，原因在于LLC諧振轉換器的LLC的傳統控制IC通常不包括可變脈沖占空比能力。因此，盡管該方案可以有效地限制LLC諧振轉換器中的涌入電流，仍需要外部電路來控制高側和低側開關來以可變占空比操作。這種外部電路需要復雜的實施方式來滿足高側開關的隔離需求。Sun等人的控制方案的另一個缺點是啟動期間軟切換的損失，其針對柵極驅動設計需要特殊考慮。
[0010]Feng等人(“Optimal Trajectory Control of Resonat LLC Converter for SoftStart-Up)教導了使用不對稱的電流限制帶來穩定初始電壓和電流電平的LLC諧振轉換器的控制方案。因為在不對稱的電流限制帶內控制Feng等人的啟動電流，在啟動期間不存在涌入電流。因此，Feng等人的控制方案的一個缺點在于需要不對稱的電流限制帶來實現不對稱的電流限制帶，不對稱的電流限制帶增加了包括Feng等人的控制方案的系統的總成本。Feng等人的控制方案的另一個缺點在于:該控制方案僅適用于如圖1所示的具有單個諧振電容器的半橋LLC諧振轉換器，而不適用于具有分離的諧振電容器的半橋LLC諧振轉換器。
【發明內容】
[0011]為了克服上述問題，本發明的優選實施例為可變頻率諧振轉換器提供了軟啟動控制方案，以克服在傳統諧振轉換器啟動期間發生的上述問題。根據本發明的優選實施例的軟啟動控制方案通過針對一個開關(高側或低側)使用泄放設備和執行可變占空比控制來限制涌入電流和降低瞬態過壓，來設置諧振轉換器的初始條件，諧振轉換器的初始條件優選地包括在啟動諧振轉換器之前將電容器的電壓設置為零或接近零。如果泄放設備是泄放電阻器，則泄放電阻器R優選地具有非常大的電阻，并因此對諧振轉換器的正常操作的作用忽略不計。
[0012]根據本發明的第一優選實施例的一種使用軟啟動的轉換器，包括:變壓器；第一和第二開關，第一和第二開關與變壓器連接來為變壓器供電；控制器，控制器與第一和第二晶體管連接，并且被布置為:在轉換器啟動期間，以可變占空比來切換第一開關，并以固定占空比或具有比第一開關的可變占空比的脈沖更大的脈沖的可變占空比來切換第二開關；以及泄放設備，被布置為通過在啟動之前對轉換器中的電容器放電，來在轉換器啟動之前設置轉換器的初始條件。
[0013]泄放設備優選地與第二開關并聯。
[0014]優選地，或者:
[0015]I)第一開關是高側開關且第二開關是低側開關；或者
[0016]2)第一開關是低側開關且第二開關是高側開關。
[0017]轉換器優選地還包括串聯的第一和第二電容器；其中第一電容器優選地與第一晶體管連接以及其中第二電容器優選地與第二晶體管連接。優選地，泄放設備與第二電容器并聯；以及第二電容器是轉換器中的在啟動之前由泄放設備來放電的電容器。
[0018]優選地，要么
[0019]I)第一開關是高側開關；
[0020]2)第二開關是低側開關；
[0021 ] 3)第一電容器是高側電容器；以及
[0022]4)第二電容器是低側電容器；
[0023]要么
[0024]I)第一開關是低側開關；
[0025]2)第二開關是高側開關；
[0026]3)第一電容器是低側電容器；以及
[0027]4)第二電容器是高側電容器。
[0028]泄放設備優選地在啟動之前將轉換器中的電容放電至零或接近零。轉換器優選地還包括諧振電感器。優選地，諧振電感器是分立電感器或變壓器的漏電感。優選地，泄放設備包括電阻器或開關。轉換器優選地是諧振轉換器。對第一開關的切換優選地是中心對齊的、左對齊的或右對齊的。
[0029]根據發明的優選實施例的一種針對轉換器的軟啟動方法，包括以下步驟:提供包括以下部件的轉換器:變壓器和第一和第二開關，第一和第二開關與變壓器連接來為變壓器供電；在啟動轉換器之前，通過在啟動之前對轉換器中的電容器放電來設置轉換器的初始條件；以及在轉換器啟動期間，以可變占空比來切換第一開關，并以固定占空比或具有比第一開關的可變占空比的脈沖更大的脈沖的可變占空比來切換第二開關。
[0030]優選地使用與第二開關并聯的泄放設備來執行設置初始條件步驟。
[0031]轉換器還優選地包括串聯的第一和第二電容器；其中第一電容器優選地與第一晶體管連接；以及第二電容器優選地與第二晶體管連接；以及使用與第二電容器并聯的泄放設備來執行設置初始條件步驟。
[0032]優選地，在啟動之前將轉換器中的電容器放電到零或接近零。轉換器優選地是諧振轉換器。
[0033]根據以下對本發明的優選實施例的詳細說明并參照附圖，本發明的以上的和其他的特征、單元、特性、步驟和優點將變得更加明顯。
【附圖說明】
[0034]圖1是具有單個諧振電容器Cr的傳統半橋LLC諧振轉換器的電路圖。
[0035]圖2是具有添加的泄放電阻器R的對稱半橋LLC諧振轉換器的電路圖。
[0036]圖3A-3D示出了在使用不具有泄放電阻器R的高側PWM的軟啟動期間的波形。
[0037]圖4A-4D示出了在使用具有泄放電阻器R的高側PWM的軟啟動期間的波形。
[0038]圖5是具有用于高側PWM的與低側諧振電容器C2并聯的泄放電阻器R的轉換器的電路圖。
[0039]圖6是具有用于高側PWM的與低側開關Q2并聯的泄放電阻器R的轉換器的電路圖。
[0040]圖7A-7C示出了僅對于高側開關Ql具有可變占空比控制的柵極驅動信號。圖7A示出了中心對齊的占空比，圖7B示出了左對齊的占空比，并且圖7C示出了右對齊的占空比。
[0041]圖8是具有用于低側PWM的與高側諧振電容器Cl并聯的泄放電阻器R的轉換器的電路圖。
[0042]圖9是具有用于低側P