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一种LLC谐振转换器的启动电路、芯片及方法

文献发布时间:2023-06-19 13:49:36


一种LLC谐振转换器的启动电路、芯片及方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域,尤其涉及一种LLC谐振转换器的启动电路、芯片及方法。

背景技术

开关谐振转换器是一种直流—直流(DC—DC)转换器。正常工作状态下,开关谐振转换器具有软开关特性。但是在启动期间,由于开关谐振转换器中谐振电容上的直流电压平均值会从0变化到VIN/2,在最初的几个开关周期中可能会产生硬开关严重损伤开关管11现象。由于开关谐振转换器中高边/低边开关管的体二极管反向恢复能力差,硬开关可能会对开关管造成严重的损伤,并且会造成瞬间大电流。对于特殊情况,需要反复启动谐振转换器时,硬开关造成的危害更大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种LLC谐振转换器的启动电路、芯片及方法,该启动电路可以避免LLC谐振转换器启动过程中出现开关管的寄生二极管反向恢复损伤开关管。

第一方面,一种启动电路,启动电路应用于包括开关管的LLC谐振转换器,启动电路包括:

检测模块,用于与LLC谐振转换器连接,检测模块被配置为获取LLC谐振转换器的电学参数,并在电学参数符合预设条件时输出有效检测信号;

驱动模块,被配置为输出用于控制开关管工作的驱动信号;

控制模块,与检测模块、驱动模块分别连接,控制模块用于与所述开关管连接,控制模块被配置为根据有效检测信号获取屏蔽后的驱动信号,将屏蔽后的驱动信号输至开关管,以避免开关管的寄生二极管反向恢复损伤开关管。

第二方面,一种LLC谐振转换器的启动芯片,包括第一方面的LLC谐振转换器的启动电路。

第三方面,一种LLC谐振转换器的启动方法,LLC谐振转换器的启动方法应用于包括开关管的LLC谐振转换器,LLC谐振转换器的启动方法包括:

获取LLC谐振转换器的电学参数,并在电学参数符合预设条件时输出有效检测信号;

获取用于控制开关管工作的驱动信号;以及

根据有效检测信号获取屏蔽后的驱动信号,将屏蔽后的驱动信号输至开关管,以避免开关管的寄生二极管反向恢复损伤开关管。

由上述技术方案可知,本发明提供的启动电路、芯片及方法,可以在控制开关管导通之前,确定开关管是否将会出现硬开关,若确定开关管会出现硬开关现象,可以产生屏蔽后的驱动信号以控制开关管,避免出现严重的开关管寄生二极管反向恢复现象,防止开关管损坏,提高开关管的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例提供的一种LLC谐振转换器的启动电路的模块框图。

图2为实施例提供的LLC谐振转换器的电路图。

图3为实施例提供的LLC谐振转换器的一电流流向示意图。

图4为实施例提供的LLC谐振转换器的另一电流流向示意图。

图5为实施例提供的LLC谐振转换器的启动电路的一模块框图。

图6为实施例提供的LLC谐振转换器的启动电路的另一模块框图。

图7为实施例提供的驱动信号屏蔽方式的示意图。

图8为实施例提供的驱动信号另一种屏蔽方式的示意图。

图9为实施例提供的减幅振荡条件下的谐振电流的一示意图。

图10为实施例提供的另一种边沿检测模块的电路图。

图11为实施例提供的另一种LLC谐振转换器的启动电路的模块框图。

图12为实施例提供的高边控制单元的模块框图。

图13为实施例提供的第一低边控制单元的模块框图。

图14为实施例提供的高边控制单元和第一低边控制单元的电路图。

图15为实施例提供的LLC谐振转换器的启动方法的流程图。

图16为实施例提供的LLC谐振转换器的启动电路的一仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解,在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样,术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

实施例:

一种LLC谐振转换器的启动电路,参见图1,LLC谐振转换器包括开关管11,启动电路包括检测模块2、驱动模块3和控制模块4。其中,检测模块2用于与LLC谐振转换器1连接,检测模块2被配置为获取LLC谐振转换器1的电学参数,并在电学参数符合预设条件时输出有效检测信号。驱动模块3被配置为输出用于控制开关管11工作的驱动信号。控制模块4与检测模块2、驱动模块3分别连接,控制模块4用于与开关管11连接,控制模块4被配置为根据有效检测信号获取屏蔽后的驱动信号,将屏蔽后的驱动信号输至开关管11,以避免开关管11的寄生二极管反向恢复损伤开关管11。

在本实施例中,LLC谐振转换器1的电路图参见图2,开关管11的数量可以为大于等于二,至少两个开关管11串联形成半桥模块,至少两个开关管11包括高边开关管111和低边开关管112。例如LLC谐振转换器1可以包括由两个开关管11串联形成半桥模块,也可以包括由两个半桥模块形成的全桥模块。

LLC谐振转换器1还可以包括电感114和变压器,变压器可以包括初级线圈116、次级线圈119和次级线圈120。其中,电感114可以是单独设计的电感也可以是变压器的初级线圈116的漏感。以如图2所示的开关管11为N型MOS管(金氧半场效晶体管,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)为例,高边开关管111的第三端和低边开关管112的第三端可以分别与控制模块4连接,高边开关管111的第一端与输入电压端VIN连接,高边开关管111的第二端和低边开关管112的第一端均连接至半桥中间节点HB,低边开关管112的第二端连接至参考地端GND。另外,高边开关管111的第三端可以为高边开关管111的栅极,高边开关管111的第一端可以为高边开关管111的漏极,高边开关管111的第二端可以为高边开关管111的源极,低边开关管112同理。另外,在高边开关管111的源极与漏极之间可具有第一二极管113,该第一二极管113与高边开关管111可以为寄生关系,也可以为外接关系,同理,在低边开关管112的源极与漏极之间可具有第二二极管115,该第二二极管115与低边开关管112可以为寄生关系,也可以为外接关系。半桥中间节点HB通过电感114连接至初级线圈116的第一端,初级线圈116的第二端通过第一电容117连接至参考地端GND,次级线圈119的第一端通过正接第三二极管118与输出端子123连接,次级线圈118的第二端和次级线圈120的第一端连接至参考地端GND,次级线圈120的第二端通过正接第四二极管121与输出端子123连接,输出端子123通过第二电容122连接至参考地端GND。

在本实施例中,LLC谐振转换器1的电学参数可以是电流信号和/或电压信号,例如可以是谐振电流Ir、半桥中间节点HB电压VHB、高边开关管111的漏源电压Vds1、低边开关管112的漏源电压Vds2、半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt等等。所述预设条件可以为在当前电学参数情况下控制开关管11导通时产生硬开关严重损伤开关管11的条件。

需要注意的是,在本实施例中,电感114的谐振电流Ir小于零可以用于表示电流方向为电流流经电感114至半桥中间节点HB,电感114的谐振电流Ir大于零可以用于表示电流方向为电流流经半桥中间节点HB至电感114。

另外,在一些实施例中,电学参数具体可以包括LLC谐振转换器1的谐振电流Ir、开关管两端的电压、半桥模块的半桥中间节点HB电压VHB、半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt中的至少一者。其中,开关管11两端的电压可以为开关管11的漏源电压。

为了能够更加清楚地说明本实施例中检测模块2所涉及的电学参数及预设条件的具体含义,以如图2至4所示的LLC谐振转换器1进行如下说明:

具体地,如图2至图4所示,当高边开关管111导通时,电流流向为:第一电容117的正极→初级线圈116→电感114→高边开关管111的源极→高边开关管111的漏极→输入电压端VIN,此时,半桥中间节点HB电压VHB为VIN,高边开关管111的漏源电压Vds1接近0,低边开关管112的漏源电压Vds2接近VIN,流经电感114的谐振电流Ir小于零,谐振电流Ir的绝对值逐渐减小。在高边开关管111导通结束,高边开关管111和低边开关管112同时处于截止状态,此时可以视为半桥模块的死区时间,在该死区时间内,第一二极管113导通,电流流向为:第一电容117的正极→初级线圈116→电感114→第一二极管113的正极→第一二极管113的负极→VIN,谐振腔通过第一二极管113完成续流,谐振电流Ir的绝对值逐渐减小,流经电感114的谐振电流Ir小于零;在该死区时间内,半桥中间节点HB电压VHB为VIN,高边开关管111的漏源电压Vds1接近0,低边开关管112的漏源电压Vds2接近VIN。若在该死区时间刚要结束时控制低边开关管112导通,半桥中间节点HB电压从VIN瞬间降到GND,此时存在从VIN通过高边开关管111的第一二极管113到低边开关管112沟道电阻再到GND的瞬间大电流,导致高边开关管111的第一二极管113上存在反向恢复问题,从而损坏高边开关管111。

因此,在高边功率管111关断之后的死区时间结束时,若谐振电流Ir小于零,控制低边开关管112导通会出现硬开关现象。另外,在高边开关管111关断之后的死区时间内,当谐振电流Ir小于零时,同时也会出现低边开关管112的漏源电压Vds2超过预设电压、半桥中间节点HB电压VHB超过预设电压、低边开关管112的漏源电压Vds2处于上升沿、半桥中间节点HB电压VHB处于上升沿、高边开关管111的漏源电压Vds1为低电平等,因此检测模块2检测到的电学参数可以为与上述电流、电压相关的参数;同时,对于低边开关管112的预设条件,可以谐振电流Ir小于零或者用于表征谐振电流Ir小于零的条件。

具体地,如图2至图4所示,当低边开关管112导通时,电流方向为:参考地端GND→低边开关管112的源极→低边开关管112的漏极→电感114→初级线圈116→第一电容117的正极,此时,半桥中间节点HB电压VHB为GND,高边开关管111的漏源电压Vds1接近VIN,低边开关管112的漏源电压Vds2接近0,流经电感114的谐振电流Ir大于零,谐振电流Ir的逐渐减小。在低边开关管112导通结束,高边开关管111和低边开关管112同时处于截止状态,此时可以视为半桥模块的死区时间,在该死区时间内,第二二极管115导通;电流流向为:参考地端GND→第二二极管115的正极→第二二极管115的负极→电感114→初级线圈116→第一电容117的正极,谐振腔通过第二二极管115完成续流,流经电感114的谐振电流Ir大于零;此时,半桥中间节点HB电压VHB为GND,高边开关管111的漏源电压Vds1接近VIN,低边开关管112的漏源电压Vds2接近0。若在该死区时间刚要结束时控制高边开关管111要开启,半桥中间节点HB电压VHB从GND瞬间充到VIN,此时存在从VIN通过高边开关管111沟道电阻到低边开关管112的第二二极管115再到地的瞬间大电流,低边开关管112的第二二极管115上存在反向恢复问题,从而损坏低边开关管112。

因此,在低边功率管111关断之后的死区时间结束时,若谐振电流Ir大于零,控制高边开关管111导通会出现硬开关现象。另外,在低边开关管112关断之后的死区时间内,当谐振电流Ir大于零时,同时也会出现低边开关管112的漏源电压Vds2为低电平、半桥中间节点HB电压VHB为低电平、低边开关管112的漏源电压Vds2处于下降沿、半桥中间节点HB电压VHB处于下降沿、高边开关管111的漏源电压Vds1为高电平、半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt小于零等,因此检测模块2检测到的电学参数可以为与上述电流、电压相关的参数;同时,对于高边开关管111的预设条件,可以谐振电流Ir大于零或者用于表征谐振电流Ir大于零的条件。

另外,当检测模块2获取的电学参数为谐振电流Ir时,该检测模块2可以与LLC谐振转换器1中的电感114、变压器、半桥中间节点HB等连接;当检测模块2获取的电学参数为半桥中间节点HB电压VHB,该检测模块2可以与LLC谐振转换器1中的半桥中间节点HB连接,此处对检测模块2的具体检测实施方式不作具体限制,本领域技术人员应当可以基于实际需求及场景进行设置。

在本实施例中,有效检测信号可以是电平信号。例如当检测模块2检测到电学参数符合预设条件时,输出高电平信号,当检测模块2检测到电学参数不符合预设条件时,输出低电平信号。

在本实施例中,同一个驱动信号可以驱动一个或多个开关管工作,例如可以通过驱动信号A驱动高边开关管111工作,通过驱动信号B驱动低边开关管112工作。开关管可以为N型MOS管、P型MOS管等,开关管的连接关系可以根据实际需要确定。假设高边开关管111和低边开关管112的连接结构如图2所示,此时高边开关管111和低边开关管112为N型MOS管,则当驱动信号A为高电平时,高边开关管111导通,当驱动信号A为低电平时,高边开关管111截止。当驱动信号B为高电平时,低边开关管112导通,当驱动信号B为低电平时,低边开关管112截止。

在本实施例中,控制模块4根据有效检测信号获取屏蔽后的驱动信号,其中获取屏蔽后的驱动信号的方法可以包括但不限于以下方式:第一种方式,根据有效检测信号和驱动信号合成新的信号(比如基于有效检测信号与驱动信号做逻辑运算,生成新的信号,将其作为屏蔽后的驱动信号),得到屏蔽后的驱动信号。第二种方式,根据有效检测信号控制驱动模块3输出驱动信号,即当接收到有效检测信号时,控制模块4控制驱动模块3暂停输出驱动信号(比如,当接收到针对高边开关管111的有效检测信号时,控制驱动模块3暂停输出使高边开关管111导通的驱动信号;当接收到针对低边开关管112的有效检测信号时,控制驱动模块3暂停输出使低边开关管112导通的驱动信号),当未接收到有效检测信号时,控制驱动模块3输出驱动信号。第三种方式,根据有效检测信号直接屏蔽驱动信号中的部分信号,例如在接收到有效检测信号时,屏蔽驱动信号中的整个脉冲信号。

在本实施例中,通过采用包括检测模块2、驱动模块3和控制模块4的启动电路,可以在控制开关管11导通之前,确定开关管11是否将会出现硬开关现象,若确定开关管11会出现硬开关现象,可以获取屏蔽后的驱动信号,进而避免LLC谐振转换器1中的开关管出现开关管寄生二极管反向恢复现象,防止开关管损坏,提高开关管的可靠性。

进一步地,在一些实施例中,参见图5驱动模块3包括第一驱动单元31和第二驱动单元32,第一驱动单元31被配置为输出用于控制高边开关管111工作的第一驱动信号;第二驱动单元32被配置为输出用于控制低边开关管112工作的第二驱动信号。

在本实施例中,第一驱动单元31和第二驱动单元32可以分别连接至控制模块4,第一驱动单元31和第二驱动单元32为独立的两个驱动单元,第一驱动单元31输出第一驱动信号来控制高边开关管111,第二驱动单元32输出第二驱动信号来控制低边开关管112。

进一步地,在一些实施例中,参见图6,检测模块2可以包括高边检测单元21和低边检测单元22;高边检测单元21用于与LLC谐振转换器1连接,高边检测单元21被配置为获取LLC谐振转换器1的第一电学参数,并在第一电学参数符合第一预设条件时输出第一有效检测信号;低边检测单元22用于与LLC谐振转换器1连接,低边检测单元22被配置为获取LLC谐振转换器1的第二电学参数,并在第二电学参数符合第二预设条件时输出第二有效检测信号。

在本实施例中,如上述表述,LLC谐振转换器1的第一电学参数可以包括高边开关管111的漏源电压Vds1、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir和半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt,则对应的第一预设条件可以包括漏源电压Vds1下降超过预设电压、半桥中间节点HB电压VHB上升超过预设电压、谐振电流Ir小于零、半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt大于零中的至少一者。LLC谐振转换器1的第二电学参数可以包括低边开关管112的漏源电压Vds2、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir和半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt,则对应的第二预设条件可以包括漏源电压Vds2下降超过预设电压、半桥中间节点HB电压VHB下降超过预设电压、谐振电流Ir大于零、半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt小于零中的至少一者。

在本实施例中,当控制模块4获取到高边检测单元21输出的第一有效检测信号时,可以通过第一驱动单元31获取到屏蔽后的第一驱动信号,通过该屏蔽后的第一驱动信号控制高边开关管111的工作状态,从而防止因高边开关管111导通而产生硬开关,损伤低边开关管112现象。当控制模块4获取到低边检测单元22输出的第二有效检测信号时,可以通过第二驱动单元32获取到屏蔽后的第二驱动信号,通过该屏蔽后的第二驱动信号控制低边开关管112的工作状态,从而防止因低边开关管112导通而产生硬开关,损伤高边开关管111现象。

进一步地,在一些实施例中,参见图11,所述检测模块2可以包括谐振电流检测单元23、差压检测单元24、电压检测单元25、dVHB/dt检测单元26中的至少一者;

其中,谐振电流检测单元23用于与LLC谐振转换器1连接,谐振电流检测单元23被配置为检测LLC谐振转换器1的谐振电流Ir以生成有效检测信号;差压检测单元24用于与开关管11连接,差压检测单元24用于检测开关管11两端的电压以生成有效检测信号;电压检测25单元用于与半桥模块的半桥中间节点HB连接,电压检测单元25被配置为检测半桥模块的半桥中间节点电压VHB以生成有效检测信号;dVHB/dt检测单元26用于与半桥模块的半桥中间节点HB连接,以对半桥中间节点HB电压的微分信号dVHB/dt进行检测,以生成有效检测信号。

需要注意的是,在本实施例中,谐振电流检测单元23可以检测谐振电流Ir,当该谐振电流Ir符合第一预设条件时,高边检测单元21获取与第一驱动单元31对应的有效检测信号(即第一有效检测信号),当该谐振电流Ir符合第二预设条件时,低边检测单元22获取与第二驱动单元32对应的有效检测信号(即第二有效检测信号);同理,压差检测单元24可以检测高边开关管111两端的压差(高边开关管111的漏源电压Vds1),当该压差符合第一预设条件时,高边检测单元21获取与第一驱动单元31对应的有效检测信号(即第一有效检测信号),当该压差符合第二预设条件时,低边检测单元22获取与第二驱动单元32对应的有效检测信号(即第二有效检测信号);同理,电压检测单元25可以检测半桥中间节点HB电压VHB,当半桥中间节点HB电压VHB符合第一预设条件时,高边检测单元21获取与第一驱动单元31对应的有效检测信号(即第一有效检测信号),当半桥中间节点HB电压VHB符合第二预设条件时,低边检测单元22获取与第二驱动单元32对应的有效检测信号(即第二有效检测信号);同理,dVHB/dt检测单元26可以检测半桥中间节点HB电压VHB的微分信号dVHB/dt,当dVHB/dt符合第一预设条件时,高边检测单元21获取与第一驱动单元31对应的有效检测信号(即第一有效检测信号),当dVHB/dt符合第二预设条件时,低边检测单元22获取与第二驱动单元32对应的有效检测信号(即第二有效检测信号)。

基于上述描述可知,谐振电流检测单元23、压差检测单元24、电压检测单元25、dVHB/dt检测单元26也可以针对均连接至低边检测单元22,实际使用过程中,谐振电流检测单元23、压差检测单元24、电压检测单元25、dVHB/dt检测单元26还可以连接至高边检测单元21,进而检测到的参数判断该参数是否符合第一预设条件。

在本实施例中,针对高边开关管111的驱动信号的屏蔽方式如下:

1)可以将高边开关管111的漏源电压Vds1下降幅度作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,差压检测单元24可以获取高边开关管111的两端的电压,即获取高边开关管111的漏源电压Vds1,当漏源电压Vds1下降超过预设电压时,即生成第一有效检测信号,并发送至控制模块4。

2)可以将半桥中间节点HB电压VHB电平作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,电压检测单元25可以获取半桥中间节点HB电压VHB,当半桥中间节点HB电压VHB上升超过预设电压值时,即生成第一有效检测信号,并发送至控制模块4。

3)可以将谐振电流Ir作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,谐振电流检测单元23可以获取谐振电流Ir,当谐振电流Ir小于零时,生成第一有效检测信号,并发送至控制模块4。其中,也可以用dVHB/dt来表征谐振电流Ir方向,当dVHB/dt小于零时,产生第一有效检测信号,并发送至控制模块4。

在本实施例中,针对低边开关管112的驱动信号的屏蔽方式如下:

1)可以将低边开关管112的漏源电压Vds2作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,差压检测单元24可以获取低边开关管112的两端的电压,即获取低边开关管112的漏源电压Vds2,当漏源电压Vds2下降超过预设电压时,生成第二有效检测信号,并发送至控制模块4。

2)可以将半桥中间节点HB电压VHB电平作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,电压检测单元25可以获取半桥中间节点HB电压VHB,当半桥中间节点HB电压VHB下降超过预设电压时,生成第二有效检测信号,并发送至控制模块4。

3)可以将谐振电流Ir作为判断电学参数是否符合预设条件的依据,谐振电流检测单元23可以获取谐振电流Ir,当谐振电流Ir大于零时,生成第二有效检测信号,并发送至控制模块4。其中,也可以用dVHB/dt来表征谐振电流Ir方向,当dVHB/dt大于零时,生成第二有效检测信号,并发送至控制模块4。

进一步地,在一些实施例中,控制模块4还被配置为在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的驱动信号,在未获取到有效检测信号时停止获取屏蔽后的驱动信号。

在本实施例中,参见图7,有效检测信号反应出电学参数符合预设条件,当电学参数符合预设条件时,此时获取屏蔽后的驱动信号,进而控制开关管11截止,以上开关管的控制方法适用于高边开关管111和低边开关管112。M1为屏蔽前的驱动信号,M2为屏蔽后的驱动信号,t1为有效检测信号的起始时间,t2为有效检测信号的结束时间。

针对高边开关管111的屏蔽方式而言,当高边开关管111的漏源电压Vds1的下降超过预设电压之后、半桥中间节点HB电压VHB上升超过预设电压之后、检测到谐振电流Ir小于零之后,检测到微分信号dVHB/dt大于零之后,立即停止控制高边开关管111的屏蔽信号。

针对低边开关管112的屏蔽方式而言,当低边开关管112的漏源电压Vds2下降超过预设电压之后、半桥中间节点HB电压VHB下降超过预设电压之后、检测到谐振电流Ir大于零之后,检测到微分信号dVHB/dt大于零之后,立即停止控制低边开关管112的屏蔽信号。

进一步地,在一些实施例中,参见图11,控制模块4可以包括第一低边控制单元41,第一低边控制单元41被配置为在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的第二驱动信号,在第二脉冲信号与有效检测信号对应的一个周期中用于控制低边开关管112导通的信号之后停止获取屏蔽后的第二驱动信号。

在本实施例中,低边开关管112还可以采用以下屏蔽方式,当检测到低边开关管112的漏源电压Vds2、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir、微分信号dVHB/dt满足第二预设条件时,控制用于驱动高边开关管111导通的驱动信号所在周期中,屏蔽一整个用于驱动低边开关管112导通的驱动信号,参见图8中第一种屏蔽方式。当在高边开关管111导通结束后的死区时间检测到漏源电压Vds2、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir、微分信号dVHB/dt满足第二预设条件时,屏蔽用于驱动低边开关管112导通的驱动信号的整个脉冲,防止因在该种情况下控制低边开关管112导通而出现硬开关现象,同时由于无需设置专门检测谐振电流Ir翻转的电路,电路实现方式更简洁。

同理,在本实施例中,高边开关管111也可以采用上述屏蔽方式,当检测到高边开关管111的漏源电压Vds1、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir、微分信号dVHB/dt满足第一预设条件时,屏蔽接下来的一整个用于驱动高边开关管111导通的驱动信号,参见图8中第一种屏蔽方式。当在低边开关管112导通结束后的死区时间检测到漏源电压Vds1、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir、微分信号dVHB/dt满足第一预设条件时,屏蔽用于驱动高边开关管111导通的驱动信号的整个脉冲。

进一步地,在一些实施例中,参见图11,启动电路还包括电流检测模块5,电流检测模块5用于与LLC谐振转换器1连接,电流检测模块5用于检测LLC谐振转换器1的谐振电流大小;控制模块4包括第二低边控制单元42,第二低边控制单元42与电流检测模块5连接,第二低边控制单元42被配置为在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的第二驱动信号,在获取到谐振电流Ir为LLC谐振转换器1在处于减幅振荡的电流峰值时停止获取屏蔽后的第二驱动信号。

在本实施例中,参见图8中第二种屏蔽方式,同时参见图9中谐振电流Ir在时刻t5暂停获取屏蔽后的第二驱动信号。在该死区时间,谐振腔处于减幅振荡状态,此时谐振电流Ir的变化过程如图8所示,电流检测模块5可以检测减幅振荡状态下的谐振电流Ir,当检测到该谐振电流Ir恰好翻转至谐振电流峰值时(如图8和图9中的时刻t5),暂停获取屏蔽后的第二驱动信号。

进一步地,在一些实施例中,设置所述微分电路dVHB/dt或边沿检测模块,用于作为屏蔽条件检测方式之一;其用于低边开关管112屏蔽过程中,检测半桥中间节点HB电压VHB的边沿信号,当半桥中间节点HB电压VHB为上升沿时,屏蔽低边开关管112的驱动信号。

其中,边沿检测模块的电路参见图10,边沿检测模块包括第一开关管73、第二开关管74、第三开关管75和第四开关管76,其中第一开关管73的第一端通过第一电阻71连接至电压端VDD,第一开关管73的第三端连接至参考地端GND,第一开关管73的第二端与第二开关管74的第二端连接,第一开关管73的第二端与第二开关管74的第二端共接后与第三电容77连接,第二开关管74的第三端连接至参考地端GND,第二开关管74的第一端连接至第三开关管75的第一端、第三开关管75的第二端,第三开关管75的第三端连接至第四开关管76的第三端,第三开关管75的第二端和第四开关管76的第二端连接至参考地端GND,第四开关管76的第一端通过第二电阻72连接至电压端VDD,第一开关管73的第一端连接至第一比较器78的第一端,第四开关管76的第二端连接至第一比较器78的第三端和第二比较器79的第三端,第四开关管76的第一端连接至第二比较器79的第一端,第二比较器79的输出端可以与第一低边控制单元41连接,当该第二比较器79的输出端输出高电平时,表示该边沿检测模块检测到上升沿。

需要注意的是,如图10所示的电路图中,是以第一开关管73、第二开关管74、第三开关管75和第四开关管76为N型MOS管作为示例,在另一些示例中,第一开关管73、第二开关管74、第三开关管75和第四开关管76中的部分开关管或全部开关管也可以采用P型MOS管,本领域技术人员可以基于实际的MOS管类型及电路需求配置相应的MOS管和连接关系。

当半桥中间节点HB电压VHB下降时,由于第三电容77两端的电压差不会发生突变。当第一开关管73的第三端和第三端之间电压大于第一开关管73的阈值电压时,第一开关管73导通,此时,电流流向为VDD→第一开关管73的第三端→第一开关管73的第二端→第三电容77→半桥中间节点HB,当第一开关管73的第二端电流足够大时,流经第一电阻71的电流也会增大,第一电阻71两端的电压增大,使得第一开关管73的第一端的电压发生翻转,表示半桥中间节点HB电压VHB处于下降沿状态,从而实现下降沿检测。

当半桥中间节点HB电压VHB上升时,第二开关管74的第三端和第二端之间电压大于第二开关管74的阈值电压的绝对值后,第二开关管74导通,流经第二电阻器72的电流也会增大,第二电阻器72两端的电压增大,使得第四开关管76的第一端电压发生翻转,表示半桥中间节点HB电压VHB处于上升沿状态,从而实现上升沿检测。

需要注意的是,第一比较器78的输出端可以与高边控制单元44连接,此时,当第一比较器78的输出端输出高电平,表示边沿检测模块检测到下降沿。另外,此处针对谐振电流检测单元23、压差检测单元24、电压检测单元25、dVHB/dt检测单元26(也即是边沿检测模块)的具体电路结构不作具体限制,本领域技术人员可以基于实际需求进行选择和配置。

进一步地,在一些实施例中,参见图12、13,控制模块4包括高边控制单元44,高边控制单元44包括第一非功能子单元441和第一或非功能子单元442;第一非功能子单元441与第一驱动单元31、第一或非功能子单元442的第二输入端分别连接,第一或非功能子单元442的第一输入端与检测模块2连接,第一或非功能子单元442的输出端与高边开关管111连接。

在本实施例中,第一非功能子单元441可以为非门4411,第一或非功能子单元442可以为或非门4421。关于高边开关管111的屏蔽:当检测到高边开关管111的漏源电压Vds1、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir符合第一预设条件时,输出高电平。当检测模块2输出高电平且高边控制单元44输出高电平时,控制高边开关管111截止。

另外,需要注意的是,第一非功能子单元441、第一或非功能子单元442可以为数字电路、模拟电路、数字与模拟结合电路形成,此处对第一非功能子单元441、第一或非功能子单元442的具体类型和结构不作具体限制。

进一步地,在一些实施例中,参见图13、13,第一低边控制单元41包括锁存子单元411、第二非功能子单元412及第二或非功能子单元413;锁存子单元411的第一输入端与检测模块2连接,第二非功能子单元412的第一端与第二驱动单元32连接,第二非功能子单元412的第二端与锁存子单元411的第二输入端、第二或非功能子单元413的第二输入端分别连接,锁存子单元411的输出端与第二或非功能子单元413的第一输入端连接,第二或非功能子单元413的输出端与低边开关管112连接。

在本实施例中,锁存子单元411包括SR锁存器4111,第二非功能子单元412包括非门4121,第二或非功能子单元413包括或非门4131。关于低边开关管112的屏蔽:当检测到低边开关管112的漏源电压Vds2、半桥中间节点HB电压VHB、谐振电流Ir符合第二预设条件时,输出高电平。当检测模块2输出高电平且第一低边控制单元41输出高电平时,控制低边开关管112截止。

另外,需要注意的是,第二非功能子单元412及第二或非功能子单元413可以为数字电路、模拟电路、数字与模拟结合电路形成,此处对第二非功能子单元412及第二或非功能子单元413的具体类型和结构不作具体限制。

如图16所示为本实施例提供的LLC谐振转换器的启动电路系统仿真的示意图,可以直观看出,采用了本实施例提供的LLC谐振转换器的启动电路后,开关管11在导通时不存在大电流,因此不会因为开关管11的寄生二极管反向恢复而损伤。

一种LLC谐振转换器的启动芯片,包括上述的LLC谐振转换器的启动。

本发明实施例所提供的芯片,为简要描述,实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。

一种LLC谐振转换器的启动方法,LLC谐振转换器包括开关管,参见图15,LLC谐振转换器的启动方法包括:

S1:获取LLC谐振转换器的电学参数,并在电学参数符合预设条件时输出有效检测信号;

S2:获取用于控制开关管工作的驱动信号;以及

S3:根据有效检测信号获取屏蔽后的驱动信号,将屏蔽后的驱动信号输至开关管,以避免开关管的寄生二极管反向恢复损伤开关管。

开关管的数量为大于等于二,至少两个开关管串联形成半桥模块,至少两个开关管包括高边开关管和低边开关管。

进一步地,在一些实施例中,步骤S2可以包括获取用于控制高边开关管工作的第一驱动信号;获取用于控制低边开关管工作的第二驱动信号。

进一步地,在一些实施例中,步骤S3可以包括:在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的驱动信号,在未获取到有效检测信号时停止获取屏蔽后的驱动信号。

进一步地,在一些实施例中,步骤S3可以包括:在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的第二驱动信号,在第二脉冲信号与有效检测信号对应的一个周期中用于控制低边开关管导通的信号之后停止获取屏蔽后的第二驱动信号。

进一步地,在一些实施例中,步骤S3可以包括:获取LLC谐振转换器的谐振电流大小;在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的第二驱动信号,在获取到谐振电流大于或等于零时停止获取屏蔽后的第二驱动信号。

进一步地,在一些实施例中,步骤S3可以包括:在获取到有效检测信号时开始获取屏蔽后的第二驱动信号,在获取到谐振电流为LLC谐振转换器在处于减幅振荡的电流峰值时停止获取屏蔽后的第二驱动信号。

本发明实施例所提供的方法,为简要描述,实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

相关技术
  • 一种LLC谐振转换器的启动电路、芯片及方法
  • LLC谐振转换器的控制器、谐振转换器及包括谐振转换器的控制电路的半导体产品
技术分类

06120113819140