[发明专利]一种应用于准并联结构变换器的变占空比软启动控制系统

说明书

本发明公开了一种应用于准并联结构变换器的变占空比软启动控制系统，以Sigma变换器作为典型应用，在Sigma变换器启动过程中，采用LLC变占空比控制策略，开关频率始终等于谐振频率，限制LLC的谐振电流以及Buck的输入电压，并缩短达到稳态的时间，同时不需要高频的微处理器来提供高频时钟，还可以降低功率器件上面的电压应力。

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种用于准并联结构变换器的可变占空比的软启动控制方法。

背景技术

开关电源通常作为各类用电设备的电源，起到将未调整的交流或直流输入电压变换为调整后的交流或直流输出电压。随着云计算规模的快速增长和对数据处理的高需求，据估计，到2020年，IT行业的能耗将达到美国总电力消耗的10％，因此在服务器供电架构上需要更高效的电源解决方案。近些年数据中心已用48VDC服务器机架供电方案取代了12VDC服务器机架供电方案，从而显著提高了整体系统效率。但是，48V机架架构对为处理器供电所需的稳压器模块(VRM)提出了重大挑战。中央处理器(CPU)以及图形处理器(GPU)附近的48VVRM需要高效率，高功率密度，高轻载效率，并要满足CPU和GPU的所有瞬态要求。

准并联结构变换器在输入侧串联两个变换器，在输出侧并联两个变换器。其中一个变换器负责向负载输送大功率，往往采用谐振类拓扑；而另一个负责调节输出电压。本发明采用Sigma变换器作为典型运用，Sigma变换器以LLC谐振变换器输送大功率，以Buck变换器调节输出电压。Sigma变换器的首次提出是应用于12VVRM上，并表现出优于多相降压变换器的性能。在48VVRM的应用场景下，与两级架构相比，Sigma变换器可以实现更高的效率。

由于谐振回路中过大的电压和电流应力，谐振变换器的软启动一直是一个挑战。对于准并联结构变换器而言，这个问题尤其严重。当谐振部分电路以谐振频率工作，谐振部分电路的输入电压与其输出电压成正比，这意味着在启动期间初期，由于输出电压很小，谐振部分电路的输入电压就会很小，电压调节部分电路将承受很大的输入电压。但是为了保证高效率，电压调节部分往往使用低压器件，这很容易引起电压调节部分器件的损坏。

目前准并联结构变换器的软启动往往采用变频的控制策略，这种控制方法有很多的缺陷，比如：1、变频控制需要非常高频的时钟信号，一般是谐振频率的几倍，这会增加控制器的成本；2、开关器件的高频开关需要大电流驱动，这会进一步增加电路的成本；3、变频控制下谐振电路的电压增益不再为定值，电路电压增益的变化往往会引起输出电压的跳变，这会导致浪涌电流，在开关器件上引起更高的电压应力。由此提出了一种变占空比的控制策略，不需要变频控制同时软启动过程更加快速稳定。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种应用于准并联结构变换器的变占空比软启动控制系统，以Sigma变换器作为典型应用，可以在Sigma变换器启动过程中，限制LLC的谐振电流以及Buck的输入电压，并缩短达到稳态的时间，同时不需要高频的微处理器来提供高频时钟，还可以降低功率器件上面的电压应力。

技术方案：一种应用于准并联结构变换器的变占空比软启动控制系统，所述准并联结构变换器采用Sigma变换器，所述Sigma变换器包括用于向负载输送大功率的LLC谐振变换器和用于调节输出电压的Buck变换器；所述控制系统包括采样模块、LLC占空比控制模块、Buck模式切换模块、误差计算模块、PI模块以及PWM模块；

所述采样模块包括采样电路和采样计算模块，用于采样得到准并联结构变换器的输出电压Vo以及Buck变换器的输入电压V_buck，并同时将电压Vo输出给LLC占空比控制模块以及Buck模式切换模块，将电压Vo和电压V_buck输出给误差计算模块；