使用LLC 谐振转换器实现最优的数字电源控制

以下，SR电流在半周期结束以前便达到零。

这会产生三种可能情况。第一，如果SR关断过晚，则负电流通过SR MOSFET回流，这会导致元件损坏。第二，如果SR关断过早，则达不到ZCS，并且会产生额外功耗。第三，如果SR关闭发生在零交叉点，则可以达到ZCS。就达到ZCS而言，第三种为理想情况。

设置SR关断计时的方法有很多。一种简单的方法是选择一个固定计时(相对于半周期开始或者结束)，它可以确保所有频率下SR在ZCS点或者更早关闭，从而利用SR的优点，并且不损坏元件。第二种更加先进的方法是根据频率调节SR关断计时。这种方法可在所有频率下实现ZCS，但是频率突然改变后在谐振频率以下运行会出现上述前面两种情况之一，除非SR关闭计时更新的足够快。不管是这两种方法中的哪一种，都要求做实验来确定每种实现所要求的SR关断计时，而这是一项费时或者说不切实际的工作。第三种方法是直接根据SR电流电平调节SR关断计时。尽管这种方法要求使用更多的检测电路，但却可以简化开发过程，并降低计算要求。

瞬态调谐

要想保持环路调谐的简单并且不需要使用复杂的运算或者分析工具，必须通过将它们映射到一套更直观的系数来考虑自由度数目。例如，使用五个2P2Z调节器系数项(B0, B1, B2, A1, A2)时，通过将这些项映射到P、I和D系数增益(可对每个进行单独调节)可以实现简化。这种方法要求出现周期性瞬态或者干扰，然后边调节边观察输出瞬态，同时转换器电路板的内部有源负载可产生周期性干扰(参见图3)。

图3: 有源负载测试，使用各种调节器系数进行全负载到空负载瞬态响应调谐。

补偿器模块有两个极点和两个零点，并基于通用无限脉冲响应(IIR)滤波器结构。传递函数如下：

公式1

PID控制器的递归形式如下面差分方程式：

公式2

其中:

公式3

方程式的Z域传递函数形式为：

/i>

将其与通用式对比后，我们可以看出PID只不过是一种特殊的CNTL_2P2Z控制，其中A1 = -1并且A2 = 0。突发模式运行

谐振转换器为轻负载或者无负载时，会有大量主电流流过变压器磁化电感以保持软开关，这会带来损耗，并极大降低轻负载效率。要想克服这个问题，可让转换器运行在突发模式下，以保持最小的转换器输入损耗；当负载降至某个值以下时，程序便进入突发模式。突发模式是一系列的开关周期，频率靠近固定频率，而占空比由一些较长的空载时段间隔。在这些时段内，开关处于关断状态，或者占空比设置情况如图4所示。利用这种方法，谐振回路电流平均值可降低至几乎可以忽略不计。另外，平均开关频率相当的低，从而降低开关损耗。

图4: 各种突发模式实施。

在这种实现中，突发模式开/关判定均基于输出纹波。由于空载条件下的纹波量并不严重，我们可以定义低于5%输出电压的带宽，来开启和关闭突发模式。另外，还可以增加软件子程序来根据系统纹波限制情况对开/关时段进行调节。对比图4a和图4b，“开”时间极大缩短，目的是提高轻负载效率。微控制器的灵活控制功能，让广大开发人员能够使用一种混合方法来实现突发模式运行，并能对占空比进行调节。

图4c显示了一个限定在10% 在的占空比。它允许系统获得更加平顺的瞬态，降低浪涌电流，并减小各个器件承受的应力。根据不同的系统规范，开发人员可在众多备选方法中选择出一种最佳的组合，旨在获得最高的轻负载或者空负载效率。

除突发模式外，混合方法还可以实现转换器的软启动。LLC转换器一开始往往会吸取大量电流，而这些电流可以通过增加开关频率（最大可高出三倍）来控制。利用混合方法，可以在相对较低的开关频率下有效地抑制浪涌电流。

本文结论

许多OEM厂商都正转向使用数字电源控制技术，旨在提高系统性能和效率。一些先进的拓扑结构，例如：基于LLC谐振转换器的拓扑结构，让广大原始设备制造商和终端用户同时受益，其优点包括低系统成本、高响应度、高可靠性和最优电源效率。利用集成硬件组件可编程方法带来的灵活性，原始设备制造商可以快速且轻松地自定义运行状态，最大化运行效率，并且高效运行，范围比模拟实现更宽。高集成度的Piccolo MCU构架，通过在单片上集成完成的系统功能降低了系统成本，同时还优化了系统的总体性能。通过系统成本优化、长期软件和工具兼容以及在所有电源控制应用之间运用大规模投资组合，原始设备制造商可以快速地获得投资回报。