用于led驱动的llc转换器上的初级侧电流调节的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及改善电感器电容器转换器(“LLC转换器”)的成功操作，且更特定来说，涉及增加LLC转换器的可靠性和降低LLC转换器的生产成本。更具体来说，本发明的实例涉及通过在LLC转换器的变压器的初级侧上使用电流感测变压器来控制LLC转换器的输出。
【背景技术】
[0002]日益受到关注的一种类型的功率转换器为电感器电容器转换器(“LLC转换器”)。在标准LLC转换器中，初级侧电流为反射次级侧电流(除以匝数比)与磁化电流的总和。
[0003]图1为具有半桥结构的普通LLC转换器I的现有技术电路配置。LLC转换器I表示由两个电感器和一个电容器组成的电路。半桥电路3由用于驱动谐振网络9的一对电源开关5和7形成。LLC具有三个谐振参数。第一谐振参数为串联谐振电感器Lr，第二参数为串联谐振电容器Cr且第三谐振参数为变压器11的磁化电感器Lm。
[0004]LLC转换器的输入端子13为DC电压。变压器11通过一初级侧绕组17和两个串联次级侧绕组19、21使半桥电路3和谐振网络9与整流电路15隔离。两个串联次级侧绕组19、21串联耦合。
[0005]整流电路15包含一对整流二极管23和25。二极管23和25连接到输出电容器27。二极管23、25的阴极连接到电容器27的正极端子。二极管23的阳极连接到次级侧线圈19的正极端子，且二极管25的阳极连接到次级侧线圈21的负极端子。线圈19、21之间的共同连接节点为输出电压的接地。
[0006]LLC转换器I的电源开关5、7在相等脉冲宽度的条件下(一般在50%的条件下)减去延迟时间操作。通过改变电源开关5、7的操作频率来获得对输出电压的调整。
[0007]为给LLC转换器提供适当驱动信号以稳定输出电流，可根据现有技术水平使用电流感测变压器。所述电流感测变压器反平行地连接到次级侧线圈。此电流感测变压器的缺点中的一者为:此类电流感测变压器是昂贵的，这是因为它们必须经受(例如)4kV的高隔离电压。此外，在输出侧上需要额外的过电压保护，这是因为LLC转换器仅在电流感测变压器的帮助下受电流控制。此过电压保护可(例如)由光耦合器和齐纳二极管或短路器系统提供。结合电流感测变压器，使用光耦合器和齐纳二极管使总系统十分昂贵。
[0008]因此，需要更好的技术来解决以上问题以给LLC转换器提供适当驱动信号。因此，本发明的一般目标为提供用于给LLC转换器提供适当驱动信号的替代方案，所述替代方案允许对次级侧电流和次级侧电压的更廉价感测。
【发明内容】
[0009]本发明的一个方面为LLC转换器。根据本发明的一个实例，LLC转换器可具有桥接电路(其耦合到输入电压)和至少一对电源开关。谐振网络可耦合到所述桥接电路且可由所述至少一对电源开关驱动。此外，LLC转换器可具有耦合到所述谐振网络的变压器，其中所述变压器可包括第一和第二初级侧绕组和至少一个次级侧绕组。此外，LLC转换器可包括电流感测变压器(其在初级侧上串联耦合到谐振网络和变压器的第一初级绕组)以及积分器电路(其可并联耦合到变压器的第二初级侧绕组且可并联耦合到电流感测变压器的次级侧绕组，从而提供变压器的图3上展示的第二初级侧绕组(或辅助绕组)272的电压的积分)。整流电路可耦合到所述变压器的次级侧绕组。所述变压器可提供LLC串联谐振转换器的输出电流。频率调整控制器可耦合在所述至少一对电源开关与所述电流感测变压器和所述积分器电路之间，从而向所述至少一对电源开关提供驱动信号。
[0010]应分别示范性地理解术语变压器和电流感测变压器的正极端子和负极端子和初级侧和次级侧以易于对本发明的理解。当然，正极端子可为负极端子且初级侧可为变压器的次级侧，且反之亦然。
[0011]本发明的意外发现中的一者为，根据现有技术水平，可使用变压器的初级侧上的电流感测变压器而非使用次级侧上的电流感测变压器来控制LLC转换器的输出。
[0012]此在初级侧上直接测量LLC转换器的电流的缺点中的一者为，必须补偿变压器的磁化电感器的磁化电流以计算变压器的次级侧电流。借此，归因于将方波施加到变压器，变压器自身的磁化电流可具有三角波形。
[0013]根据本发明，可通过在积分器的帮助下合成磁化电流来补偿所述磁化电流。积分器自身可借此充当低通滤波器。因为积分器可并联耦合到变压器的辅助绕组，所以合成三角波形的峰值和斜率可以与磁化电流自身相同的方式依赖于变压器电压和开关频率。通过将积分器耦合到电流感测变压器的次级侧，可减去合成磁化电流，且借此可消除或减少变压器的初级电流对磁化电流的依赖性。为从电流感测变压器的次级侧上的电流减去合成磁化电流，可为有利的是，耦合变压器的初级侧的次级绕组的正极端子与电流感测变压器的次级绕组的负极端子且耦合变压器的初级侧的次级绕组的负极端子与电流感测变压器的次级绕组的正极端子。
[0014]根据本发明的一方面，积分器电路可包括至少四个电阻器和第一电容器。第一电阻器和第三电阻器可串联连接，其中所述第一电阻器可连接到变压器的第二初级侧绕组的正极端子。第二电阻器和第四电阻器可串联连接，其中所述第二电阻器可连接到变压器的辅助绕组的负极端子。与变压器的第二绕组并联，第一电容器的第一侧可连接在第一电阻器与第三电阻器之间且第一电容器的第二侧可连接在第二电阻器与第四电阻器之间。第三电阻器可连接到电流感测变压器的次级侧绕组的负极端子且第四电阻器可连接到电流感测变压器的次级侧绕组的正极端子。
[0015]根据本发明的再一方面，第一或第二电源开关为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
[0016]根据本发明的一方面，整流电路可包括至少两个整流二极管。根据本发明的一方面，所述至少两个整流二极管可连接到输出电容器的阳极且所述输出电容器的阴极可连接到接地。
[0017]根据本发明的一方面，第一整流二极管的阳极可连接到变压器的次级侧绕组的正极端子，且第二整流二极管的阳极可连接到变压器的次级侧绕组的负极端子。
[0018]在替代方案中，可以连接到变压器的单个次级侧绕组的全波整流器的形式提供整流电路。因此，第一和第二整流二极管的阳极可连接到接地，且第一整流二极管的阴极可连接到变压器的次级绕组的正极端子，且第二整流二极管的阴极可连接到变压器的次级绕组的负极端子，且第三整流二极管的阳极可连接到变压器的次级绕组的正极端子，且第四整流二极管的阳极可连接到变压器的次级绕组的负极端子，且第三和第四第二整流二极管的阴极可连接到输出电容器的阳极，且输出电容器的阴极连接到接地或电阻器。
[0019]根据本发明的另一方面，至少一个电感器可耦合在桥接电路与变压器之间。根据再一实例，第一偏置二极管的阳极连接到变压器的第二初级绕组的正极端子，且第二偏置二极管的阳极连接到变压器的第二初级绕组的负极端子，且第一和第二偏置二极管的阴极连接到共同连接点。此外，根据一个实例，所述共同连接点连接到频率调整控制器的输入端。
[0020]根据此方面，串联谐振电感器可不集成到变压器中。因此，变压器的第二初级绕组复制按匝数比调整的次级绕组的输出电压。因此，共同连接点处的电压可与输出电压成比例。存在现有技术水平中已知的控制器(例如，来自德州仪器(Texas Instruments)的TPS92020)，所述控制器具有内部过电压保护，所述过电压保护在共同连接点处的偏置电压过高的情况下开关电源开关的栅极信号。当然，对于所属领域的技术人员显然，可基于共同连接点处的偏置电压而使用其它类型的过电压保护。
[0021]根据本发明，在可串联耦合在谐振网络与变压器之间的外部电感器以及可提供在第一共同连接点处的电压的帮助下，不需要任何齐纳二极管和光耦合器来提供过电压保护。
[0022]根据本发明的一方面，第一电流感测二极管的阳极可连接到电流感测变压器的次级侧绕组的正极端子，且第二电流感测二极管的阳