谐振转换器、用于转换器的控制器以及形成控制器的方法技术

本发明专利技术涉及谐振转换器、用于转换器的控制器以及形成控制器的方法。本发明专利技术公开了一种用于控制谐振转换器的方法，所述方法包括响应于变压器的次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于所述转换器的输出功率除以所述转换器的输出电压。响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于所述最大输出电流而将所述输出功率保持在恒定输出功率。保持所述输出电流比率和所述恒定输出功率各自包括改变初级侧开关的占空比，所述初级侧开关被配置成选通所述变压器的初级电流。所述输出电压响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而受限于最大输出电压。

Resonant converter, controller for converter and method for forming controller

The invention relates to a resonant converter, a controller for a converter, and a method of forming a controller. The present invention discloses a method for controlling a resonant converter, which includes maintaining the output current equal to the output power of the converter by dividing the output voltage of the converter by the secondary current of the transformer greater than or equal to the maximum output current. The output power is kept at a constant output power in response to the output power greater than or equal to the maximum output power and the secondary current is less than the maximum output current. Maintaining the ratio of the output current and the constant output power include the duty ratio of changing the primary side switch, and the primary side switch is configured to select the primary current of the transformer. The output voltage is limited to the maximum output voltage in response to the secondary current which is less than the maximum output current and the output power is less than the maximum output power.

【技术实现步骤摘要】
谐振转换器、用于转换器的控制器以及形成控制器的方法
本公开整体涉及功率转换，并且更具体地讲，涉及使用谐振拓扑调节转换器的电流和功率，谐振转换器、用于转换器的控制器以及形成控制器的方法。
技术介绍
反激转换器非常适合需要宽输入电压范围、或在转换器的输入与输出之间具有电流隔离的高电压输出的应用。反激转换器的操作开始于将具有开关的变压器的初级侧接地。因此，电流在初级侧中流动，从而在变压器的磁芯中引发磁通量，该磁通量往往与初级电流相反。通过选择具有反极性绕组(例如，次级绕组以与初级绕组相反的旋转方向缠绕在磁芯上)的变压器，次级电流在初级电流流动时不会流动，这是由于次级侧上的整流二极管的阻断作用。当初级电流终止时，磁芯中的磁通量将引发与该通量相反的方向的次级电流，该次级电流将以适当的电压放大率(取决于变压器的匝数比)将储存能量从磁芯转移到次级侧。常规上，使用初级电流的振幅来估计次级电流的振幅，从而实现转换器的电流调节。反激转换器具有谐振拓扑，其中由于变压器的漏电感和开关的电容，振荡谐振波形将被提供给初级侧上的开关。谐振波形致使负电流流过开关，从而在电流调节的常规方法中引入错误。由于开关的快速激活与漏电感交互作用，还可存在跨开关的高频振荡或振铃。此外，希望基于功率消耗以及电流来调节转换器以有利于转换器的设计和操作，同时保持初级侧与次级侧之间的电流隔离。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种谐振转换器，包括：有源箝位反激ACF控制器，所述有源箝位反激ACF控制器被配置成控制初级侧开关，所述初级侧开关被配置成耦接到变压器的初级绕组，所述变压器的所述初级绕组以反极性磁性耦接到次级绕组，所述初级绕组具有第一端子和第二端子，其中所述初级侧开关被配置成与所述第二端子和电流感测模块串联连接，所述初级绕组被配置成具有连接在所述第一端子与接地基准之间的输入电压，并且响应于所述初级侧开关被激活而将初级电流从所述第一端子传导到所述接地基准，并且所述次级绕组响应于所述初级侧开关被去激活而传导次级电流；并且所述有源箝位反激ACF控制器包括：电流控制电路、功率控制电路和电压控制电路，所述电流控制电路被配置成响应于所述次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于输出功率除以输出电压，所述输出功率由所述电流感测模块所感测的所述初级电流确定，并且所述输出电压等于所述次级绕组两端的电压，所述功率控制电路被配置成响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于所述最大输出电流而保持基本上恒定的输出功率，所述基本上恒定的输出功率由所述输出电压的样本确定，所述电压控制电路被配置成响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而将所述输出电压限制于最大输出电压。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于转换器的控制器，包括：电流控制电路、功率控制电路和电压控制电路，所述电流控制电路被配置成响应于所述转换器的变压器的次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于所述转换器的输出功率除以所述转换器的输出电压，其中通过改变所述转换器的初级侧开关的占空比来保持所述输出电流比率，所述初级侧开关被配置成选通所述变压器的初级电流；所述功率控制电路被配置成响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于最大输出电流而保持基本上恒定的输出功率，所述基本上恒定的输出功率由所述输出电压的样本确定，其中通过改变所述初级侧开关的所述占空比来保持所述基本上恒定的输出功率；所述电压控制电路被配置成响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而将所述输出电压限制于最大输出电压。根据本专利技术的另一方面，提供一种形成用于控制谐振转换器的控制器的方法，包括：将所述控制器配置成响应于所述谐振转换器的变压器的次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于所述谐振转换器的输出功率除以所述谐振转换器的输出电压，其中保持所述输出电流比率包括改变所述谐振转换器的初级侧开关的占空比，所述初级侧开关被配置成选通所述变压器的初级电流；将所述控制器配置成响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于所述最大输出电流而保持基本上恒定的输出功率，其中通过对所述输出电压采样来确定所述基本上恒定的输出功率，并且保持所述基本上恒定的输出功率包括改变所述初级侧开关的所述占空比；以及将所述控制器配置成响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而将所述输出电压限制于最大输出电压。附图说明本专利技术以举例的方式进行说明，并且不受附图限制，在附图中类似的标号指示类似的元件。附图中的元件为了简明起见而示出，而未必按比例绘制。图1是反激转换器的实施方案的示意图。图2是使用不连续导通模式(DCM)时图1所示转换器的初级和次级电流波形的图形视图。图3是图1所示转换器的电流调节的图形视图。图4是根据本公开的实施方案的反激转换器的示意图。图5是根据本公开的实施方案的图4所示反激转换器的控制器的功能框图。图6是使用DCM时图4所示转换器的初级和次级电流波形的图形视图。图7是使用DCM时具有图6的次级电流波形的进一步细节的图形视图。图8是使用连续导通模式(CCM)时图4所示转换器的初级和次级电流波形的图形视图。图9是图4所示转换器的电流、功率和电压调节的图形视图。图10是根据本公开的实施方案的用于调节图4所示反激转换器的方法的流程图表示。具体实施方式本文所述系统和方法的实施方案提供采用谐振拓扑对转换器的调节。具体地讲，本公开描述了使用嵌套控制回路对反激转换器的调节，以控制输出电流、输出功率和输出电压。消除了由于因谐振波形带来的双向电流以及因电感性切换带来的高频振荡而出现的错误，同时保持转换器的输入与输出之间的电流隔离。图1示出了用于将以接地端14为参考的输入电压(Vin)12转换为以接地端14为参考的输出电压(Vo)16的反激转换器的实施方案10。变压器包括以反极性(如由绕组“圆点”示意性地指示)磁性耦接到次级绕组20的初级绕组18。磁化电感器(Lm)22与初级绕组18并联。在各种实施方案中，磁化电感器22在物理上是初级绕组18的部分，但出于模拟目的而单独示出，并且表示变压器的支持初级绕组18所产生的磁通量的部分。初级侧开关24在端子26处连接到初级绕组18。通过选通信号28接通或“激活”初级侧开关24。次级绕组20通过与无源滤波器并联的二极管32连接到次级电容器30，该无源滤波器由与电阻器36串联的电容器34形成。初级绕组18连接到缓冲器，该缓冲器被设计成在初级侧开关24被去激活时抑制高频振荡使电流不连续地流过漏电感器(未示出)。缓冲器包括与滤波器串联的二极管38，该滤波器由电容器40和电阻器42形成。当使用栅极28激活初级侧开关24时，感测电流44流过初级侧开关24、初级绕组18和磁化电感器22，从而产生相反的磁通量。电流在次级绕组中不流动，这是由于次级绕组相对于初级绕组的反极性，并且由于二极管32的阻断作用。当初级侧开关24随后被去激活时，储存的磁通量产生试图维持该通量的次级电流46，从而对次级电容器30充电并提供输出电压16。图2和图3(同时继续参考图1)示出了计算用于反激转换器的电流调节的输出电流的常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振转换器，包括：有源箝位反激ACF控制器，所述有源箝位反激ACF控制器被配置成控制初级侧开关，所述初级侧开关被配置成耦接到变压器的初级绕组，所述变压器的所述初级绕组以反极性磁性耦接到次级绕组，所述初级绕组具有第一端子和第二端子，其中所述初级侧开关被配置成与所述第二端子和电流感测模块串联连接，所述初级绕组被配置成具有连接在所述第一端子与接地基准之间的输入电压，并且响应于所述初级侧开关被激活而将初级电流从所述第一端子传导到所述接地基准，并且所述次级绕组响应于所述初级侧开关被去激活而传导次级电流；并且所述有源箝位反激ACF控制器包括：电流控制电路，所述电流控制电路被配置成响应于所述次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于输出功率除以输出电压，所述输出功率由所述电流感测模块所感测的所述初级电流确定，并且所述输出电压等于所述次级绕组两端的电压，功率控制电路，所述功率控制电路被配置成响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于所述最大输出电流而保持基本上恒定的输出功率，所述基本上恒定的输出功率由所述输出电压的样本确定，和电压控制电路，所述电压控制电路被配置成响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而将所述输出电压限制于最大输出电压。...

【技术特征摘要】
2017.01.27 US 15/418,3401.一种谐振转换器，包括：有源箝位反激ACF控制器，所述有源箝位反激ACF控制器被配置成控制初级侧开关，所述初级侧开关被配置成耦接到变压器的初级绕组，所述变压器的所述初级绕组以反极性磁性耦接到次级绕组，所述初级绕组具有第一端子和第二端子，其中所述初级侧开关被配置成与所述第二端子和电流感测模块串联连接，所述初级绕组被配置成具有连接在所述第一端子与接地基准之间的输入电压，并且响应于所述初级侧开关被激活而将初级电流从所述第一端子传导到所述接地基准，并且所述次级绕组响应于所述初级侧开关被去激活而传导次级电流；并且所述有源箝位反激ACF控制器包括：电流控制电路，所述电流控制电路被配置成响应于所述次级电流大于或等于最大输出电流而保持输出电流等于输出功率除以输出电压，所述输出功率由所述电流感测模块所感测的所述初级电流确定，并且所述输出电压等于所述次级绕组两端的电压，功率控制电路，所述功率控制电路被配置成响应于所述输出功率大于或等于最大输出功率以及所述次级电流小于所述最大输出电流而保持基本上恒定的输出功率，所述基本上恒定的输出功率由所述输出电压的样本确定，和电压控制电路，所述电压控制电路被配置成响应于所述次级电流小于所述最大输出电流以及所述输出功率小于所述最大输出功率而将所述输出电压限制于最大输出电压。2.根据权利要求1所述的谐振转换器，其中通过改变所述初级侧开关的占空比来保持所述输出电流，并且其中所述有源箝位反激ACF控制器被配置成通过将所述初级侧开关的激活持续时间除以激活周期来确定所述占空比。3.根据权利要求1所述的谐振转换器，其中通过改变所述初级侧开关的占空比来保持所述基本上恒定的输出功率，并且其中所述有源箝位反激ACF控制器被配置成通过将所述初级侧开关的激活持续时间除以激活周期来确定所述占空比。4.根据权利要求1所述的谐振转换器，其中所述输出功率的所述确定包括：积分器，所述积分器被配置成在所述初级侧开关的激活持续时间期间对所述电流感测模块所感测的所述初级电流进行积分以确定积分初级电流；峰值检测器，所述峰值检测器被配置成检测所述积分初级电流的峰值；乘法器电路，所述乘法器电路被配置成将所述输入电压乘以所述积分初级电流的所述峰值以形成分子，其中通过在与所述初级绕组磁性耦接的辅助绕组两端的缩放电压来确定所述输入电压，和除法...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴比亚度·拉纳，王兆军，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US