專利名稱：諧振電路輸出特性控制方法和諧振電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振電路控制技術(shù)，具體是涉及一種諧振電路輸出特性控制方法和諧振電路。
背景技術(shù)：
目前，諧振電路一般采用變頻控制(PFM)的方式，通過調(diào)節(jié)電路工作的開關(guān)頻率，得到需要的輸出電壓。圖1是一個(gè)典型的半橋LLC串聯(lián)諧振電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管S1、S2的零電壓開通，消除輸出整流二極管D3、D4的反向恢復(fù)，提高電路的效率。在對該電路采用PFM控制時(shí)，兩個(gè)開關(guān)管S1、S2互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)，各導(dǎo)通50％的開關(guān)周期。調(diào)節(jié)S1、S2的開關(guān)頻率來獲得需要的輸出電壓，輸出電壓Vo和開關(guān)頻率f的關(guān)系如圖2所示。
參考圖2，一般開關(guān)頻率會(huì)選擇在圖2中M＝Vo/Vin取得最大值之后的頻率段，所以頻率與電壓的基本關(guān)系是頻率升高，輸出電壓下降。但是從圖2中可以看出，當(dāng)頻率升高到一定程度時(shí)，特性曲線變得非常平坦，甚至還可能出現(xiàn)不降反升的情況，使得頻率變化對電壓的調(diào)節(jié)能力變得很弱。對于需要得到較寬輸出電壓范圍的模塊來說，很大程度上影響了模塊的性能。
上面以半橋LLC串聯(lián)諧振電路為例說明了PFM控制方式存在的缺陷，同樣的，全橋LLC串聯(lián)諧振電路的現(xiàn)象與半橋LLC串聯(lián)諧振現(xiàn)象是完全相同的。從理論上講，所有的PFM控制的諧振電路都存在類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)PFM控制方式存在的上述缺陷，提供一種可擴(kuò)展諧振電路輸出范圍的諧振電路輸出特性控制方法和諧振電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種諧振電路輸出特性控制方法，是根據(jù)輸出負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)，使得諧振電路的電壓輸出范圍擴(kuò)展。
所述諧振電路優(yōu)選為LLC諧振電路，在該種電路中采用上述方法的效果尤為顯著。
電容和/或電感參數(shù)的調(diào)節(jié)可采用這樣的方法在所述諧振電路的電容和/或電感上并聯(lián)調(diào)節(jié)支路，所述調(diào)節(jié)支路包括串聯(lián)的調(diào)節(jié)電容/電感和控制其通斷的可控開關(guān)，通過反饋電路獲得諧振電路的輸出負(fù)載信息，控制電路接收該信息并控制各調(diào)節(jié)支路的可控開關(guān)的通斷，通過接入或斷開不同的調(diào)節(jié)支路來調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)。
對于LLC諧振電路，電感參數(shù)的調(diào)節(jié)也可采用這樣的方法其諧振電感采用鐵硅鋁或鐵粉作為磁芯材料；或者，其諧振電感采用鐵氧體作為磁芯，所述磁芯上具有非均勻氣隙，氣隙各部分的厚度有差異。
本發(fā)明還提供采用上述控制方法的一種諧振電路，包括振蕩回路、調(diào)節(jié)支路、控制電路和反饋電路，所述振蕩回路的電容和/或電感上并聯(lián)有至少一條調(diào)節(jié)支路，所述調(diào)節(jié)支路包括串聯(lián)的調(diào)節(jié)電容/電感和控制其通斷的可控開關(guān)，所述可控開關(guān)的控制端接控制電路；所述振蕩回路的輸出經(jīng)反饋電路接控制電路，所述控制電路根據(jù)輸出負(fù)載控制各調(diào)節(jié)支路的可控開關(guān)的通斷。
以及另一種諧振電路，所述振蕩回路為串聯(lián)振蕩回路，其諧振電感采用鐵硅鋁或鐵粉作為磁芯材料。
上述諧振電路優(yōu)選為LLC諧振電路。
以及再一種諧振電路，包括振蕩回路，其諧振電感采用鐵氧體作為磁芯，所述氣隙是非均勻的，氣隙各部分的厚度有差異。
上述諧振電路優(yōu)選為LLC諧振電路，其振蕩回路為串聯(lián)振蕩回路，所述氣隙可以為楔形或臺階形。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于1)根據(jù)將在具體實(shí)施方式
中詳細(xì)敘述的分析可知，諧振電路的電容/電感參數(shù)與其輸出特性曲線的變化趨勢密切相關(guān)，因此能夠根據(jù)諧振電路的負(fù)載情況來調(diào)節(jié)電路中的電容/電感參數(shù)，使電路工作在適合的特性曲線上。例如在高壓重載時(shí)令電路工作于具有高工作效率的曲線，而低壓輕載時(shí)工作于具有更低電壓輸出的曲線，就可以兩邊兼顧，彌補(bǔ)PFM控制方式的不足，有效地?cái)U(kuò)大電路的輸出調(diào)節(jié)能力，而又不影響電路在核心工作區(qū)的性能。
2)采用并聯(lián)調(diào)節(jié)支路的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行控制，精確可靠；采用鐵硅鋁芯或鐵粉芯電感以及采用具有非均勻氣隙的鐵氧體磁芯電感，這些類型的電感的感量能夠自適應(yīng)的隨電流的增大而減小，不必對電路進(jìn)行額外的改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，簡單經(jīng)濟(jì)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
圖1是一種現(xiàn)有典型的半橋LLC串聯(lián)諧振電路示意圖。
圖2是圖1中電路的輸出特性曲線圖。
圖3是圖1中Lm不同時(shí)的輸出特性曲線比較圖。
圖4是圖1中Ls不同時(shí)的輸出特性曲線比較圖。
圖5(a)、(b)分別是臺階形氣隙及其電感—電流關(guān)系圖。
圖6是鐵硅鋁或鐵粉芯材料的電感在不同的電流條件下其電感量相對于0電流時(shí)電感量的比例圖。
圖7(a)、(b)分別是楔形氣隙及其電感—電流關(guān)系圖。
圖8是圖1中Cs不同時(shí)的輸出特性曲線比較圖。
圖9是采用本發(fā)明控制方式的一種諧振電路示意圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例一、一種諧振電路輸出特性控制方法，是根據(jù)輸出負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)，使得諧振電路的電壓輸出范圍擴(kuò)展。
仍以圖1中電路為例，當(dāng)勵(lì)磁電感Lm變化時(shí)，其輸出特性曲線的變化如圖3所示。圖3中fs=12πLsCs;]]>“Lm大”是在核心工作區(qū)(如48V輸出系統(tǒng)，核心工作區(qū)為48V～58V)以效率為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的參數(shù)取值；“Lm小”是在輕載條件下以寬的輸出電壓范圍為目的設(shè)計(jì)的參數(shù)取值。
由圖3可以看到，控制特性曲線會(huì)隨著勵(lì)磁電感Lm的變化而變化，如果要得到更低的輸出電壓，可以減小Lm。但是單純減小Lm，雖然可以向下延展輸出電壓的范圍，卻會(huì)使得變換器無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，變換器效率顯著下降達(dá)4％，變換器諧振回路器件損耗成倍增加，散熱困難。因此根據(jù)輸出負(fù)載的變化調(diào)節(jié)Lm，使得輸出高壓重載時(shí)電路工作于Lm大的曲線，而低壓輕載時(shí)工作于Lm小那條曲線，就可以兩邊都能兼顧，有效地?cái)U(kuò)大輸出的調(diào)節(jié)能力，而又不影響核心工作區(qū)的性能。
與改變勵(lì)磁電感Lm類似，改變串聯(lián)諧振電路的其他電感參數(shù)例如諧振電感Ls，也可以得到類似的改善特性。仍以圖1中電路為例，當(dāng)勵(lì)磁電感Lm變化時(shí)，其輸出特性曲線的變化如圖4所示。圖4中fs=12πLsCs;]]>“Ls小”是在核心工作區(qū)(如48V輸出系統(tǒng)，核心工作區(qū)為48V～58V)以效率為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的參數(shù)取值；“Ls大”是在輕載條件下以寬的輸出電壓范圍為目的設(shè)計(jì)的參數(shù)取值。
由圖4可以看到，控制特性曲線會(huì)隨著諧振電感Ls的變化而變化，如果要得到更低的輸出電壓，可以增大Ls。但是單純增大Ls，雖然可以向下延展輸出電壓的范圍，卻會(huì)使得變換器無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。因此根據(jù)輸出負(fù)載的變化調(diào)節(jié)Ls，使得輸出高壓重載時(shí)電路工作于Ls小的曲線，而低壓輕載時(shí)工作于Ls大那條曲線，就可以兩邊都能兼顧，有效地?cái)U(kuò)大輸出的調(diào)節(jié)能力，而又不影響核心工作區(qū)的性能。
使電感可以改變的方法有很多，可以采用突變或漸變兩種方式(1)突變改變電感值的方法有給被控電感并聯(lián)調(diào)節(jié)支路，在某個(gè)負(fù)載條件下將此支路切入電路或從電路中斷開，改變電路的調(diào)節(jié)特性，這種結(jié)構(gòu)將在下面的實(shí)施例中詳細(xì)敘述；也可以使用鐵氧體磁芯的電感，將氣隙開成臺階形，如圖5(a)所示，這種結(jié)構(gòu)的電感其感量與電流具有如圖5(b)所示的當(dāng)電流增大到一定值時(shí)電感值突變減小的關(guān)系。
(2)漸變改變電感值的方法有使用鐵硅鋁、鐵粉芯等磁性材料，這些材料的特性使得電感會(huì)隨著電流的增大電感量減小，如圖6所示(各曲線上所標(biāo)注的電流值單位為μA)；也可以使用鐵氧體磁芯的電感，將氣隙開成楔形，如圖7(a)所示，這種結(jié)構(gòu)的電感其感量與電流具有如圖7(b)所示的電感值隨電流增大而減小的關(guān)系。
工程實(shí)踐中，在Lm大→Lm小時(shí)，采用(2)中所述逐漸變化的自適應(yīng)方式效果較好。
同樣，改變諧振電路的電容類參數(shù)也有相似的效果。仍以圖1中電路為例，當(dāng)電容參數(shù)Cs變化時(shí)，其輸出特性曲線的變化如圖8所示，因此同樣可通過調(diào)節(jié)電容參數(shù)來擴(kuò)大電路的動(dòng)態(tài)輸出范圍。改變電容的具體方式可以采用給被控電容并聯(lián)調(diào)節(jié)支路等方法。
實(shí)施例二、一種諧振電路，如圖9所示，包括串聯(lián)LLC振蕩回路、調(diào)節(jié)支路、控制電路(未在圖中畫出)和反饋電路(未在圖中畫出)。所述串聯(lián)LLC振蕩回路由Lm、Ls和Cs串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)開關(guān)管S1、S2互補(bǔ)對稱驅(qū)動(dòng)，控制振蕩回路的開關(guān)頻率；調(diào)節(jié)支路由調(diào)節(jié)電感Lmt和可控開關(guān)S3串聯(lián)構(gòu)成，S3是可控導(dǎo)通、可控關(guān)斷的，而且在關(guān)斷時(shí)能夠阻斷雙向電流(S3可以用兩個(gè)可控導(dǎo)通、可控關(guān)斷但只能阻斷單向電流的開關(guān)器件對頂合成，如采用兩個(gè)MOS管對頂合成)，可控開關(guān)S3由控制電路控制其導(dǎo)通和關(guān)斷；調(diào)節(jié)支路并聯(lián)在Lm上；振蕩回路的輸出經(jīng)反饋電路接控制電路，控制電路根據(jù)輸出負(fù)載控制可控開關(guān)S3的通斷。
具體工作過程反饋電路將輸出的負(fù)載信息傳送給控制電路，當(dāng)電路輸出高壓重載時(shí)，控制電路斷開S3，使電路工作于圖3中的曲線Lm大；當(dāng)?shù)蛪狠p載時(shí)，控制電路接通S3，使電路工作于圖3中的曲線Lm小，既有效地?cái)U(kuò)大整個(gè)電路的輸出調(diào)節(jié)能力，又不影響核心工作區(qū)的性能。
圖6中調(diào)節(jié)支路的“調(diào)節(jié)元件+可控開關(guān)”的結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用到其它各種諧振電路中，并不限于上述形式，其調(diào)節(jié)的對象可以是回路中的電感也可以是電容，針對調(diào)節(jié)對象選擇相應(yīng)的調(diào)節(jié)元件即可，甚至可以同時(shí)為電容和電感配備調(diào)節(jié)支路，每個(gè)被調(diào)節(jié)元件也不只限于配備一條調(diào)節(jié)支路，其數(shù)目可根據(jù)需要調(diào)節(jié)的精度和實(shí)際需要來確定。
權(quán)利要求
1.一種諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于根據(jù)輸出負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)，使得諧振電路的電壓輸出范圍擴(kuò)展。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于所述諧振電路為LLC諧振電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于在所述諧振電路的電容和/或電感上并聯(lián)調(diào)節(jié)支路，所述調(diào)節(jié)支路包括串聯(lián)的調(diào)節(jié)電容/電感和控制其通斷的可控開關(guān)，通過反饋電路獲得諧振電路的輸出負(fù)載信息，控制電路接收該信息并控制各調(diào)節(jié)支路的可控開關(guān)的通斷，通過接入或斷開不同的調(diào)節(jié)支路來調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于所述LLC諧振電路的諧振電感采用鐵硅鋁或鐵粉作為磁芯材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振電路輸出特性控制方法，其特征在于所述LLC諧振電路的諧振電感采用鐵氧體作為磁芯，所述磁芯上具有非均勻氣隙，氣隙各部分的厚度有差異。
6.一種諧振電路，包括振蕩回路，其特征在于還包括調(diào)節(jié)支路、控制電路和反饋電路，所述振蕩回路的電容和/或電感上并聯(lián)有至少一條調(diào)節(jié)支路，所述調(diào)節(jié)支路包括串聯(lián)的調(diào)節(jié)電容/電感和控制其通斷的可控開關(guān)，所述可控開關(guān)的控制端接控制電路；所述振蕩回路的輸出經(jīng)反饋電路接控制電路，所述控制電路根據(jù)輸出負(fù)載控制各調(diào)節(jié)支路的可控開關(guān)的通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振電路，其特征在于所述諧振電路為LLC諧振電路。
8.一種諧振電路，包括振蕩回路，其特征在于所述振蕩回路為串聯(lián)振蕩回路，其諧振電感采用鐵硅鋁或鐵粉作為磁芯材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振電路，其特征在于所述諧振電路為LLC諧振電路。
10.一種諧振電路，包括振蕩回路，其特征在于其諧振電感采用鐵氧體作為磁芯，所述磁芯上具有非均勻氣隙，氣隙各部分的厚度有差異。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振電路，其特征在于所述諧振電路為LLC諧振電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的諧振電路，其特征在于所述氣隙呈楔形。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的諧振電路，其特征在于所述氣隙呈臺階形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振電路輸出特性控制方法，是根據(jù)輸出負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)諧振電路的電容和/或電感參數(shù)，使得諧振電路的電壓輸出范圍擴(kuò)展。本發(fā)明并提供采用上述控制方法的諧振電路。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)諧振電路的負(fù)載情況來調(diào)節(jié)電路中的電容/電感參數(shù)，使電路工作在適合的特性曲線上，在高壓重載時(shí)令電路工作于高谷值、高效率的曲線，而低壓輕載時(shí)工作于具有低谷值的曲線，就可以兩邊兼顧，彌補(bǔ)PFM控制方式的不足，有效地?cái)U(kuò)大電路的輸出調(diào)節(jié)能力。
文檔編號H02M3/24GK1747308SQ20051002180
公開日2006年3月15日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者唐建華, 李軍, 任曌華, 吳寶善, 許峰 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司