半桥谐振转换器、使用它们的电路、以及对应的控制方法技术

半桥谐振转换器包括：具有高侧开关和低侧开关的半桥逆变器，其中根据高侧开关与低侧开关之间的节点限定输出。该输出连接到谐振电路。存在单独的控制电路，以用于根据电反馈参数生成用于控制高侧开关和低侧开关的切换的栅极驱动信号，每个栅极驱动信号具有不同的参考电压电源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半桥谐振转换器、使用它们的电路、以及对应的控制方法
本专利技术涉及半桥谐振转换器的使用。举例来说，这种谐振转换器可被用于形成功率转换器的一部分以提供AC/DC转换、提供DC/DC转换、提供具有功率因数校正的AC/DC转换、或提供DC/AC转换(即逆变)。
技术介绍
所谓的谐振转换器具有谐振电路，该谐振电路可以是串联或并联或串并联谐振电路。当配置转换器时，一个目标是保持低损耗。例如，包括具有两个电感和一个电容的LLC串并联谐振电路的谐振转换器是众所周知的。这种转换器具有的优点为具有相对低的切换损耗的节能操作是可能的。众所周知，谐振LLC转换器可用于LED驱动器内。转换器可以被配置或被操作为恒流源或恒压源。恒流源可被用于直接驱动LED装置，从而使能单级驱动器。例如，恒定电压源可以被用于具有另外的驱动电子器件的LED模块，以便利用来自由恒压源所提供的输出电压的预定电流来确保到LED的对应电源。LLC转换器包括用于控制转换操作的切换装置(其与栅极驱动装置一起一般地被称为逆变器)，并且使用反馈或前馈控制来控制该切换，以便生成所需的输出。在功率转换器内所实施的另一功能是功率因数校正(PFC)，该功率转换器被供应有市电(或其他AC)功率。AC电力系统的功率因数被定义为流到负载的实际功率与电路中的视在功率的比率。功率因数小于1意味着电压和电流波形不同相，从而降低了两个波形的瞬时乘积。实际功率是电路在特定时间内执行工作的能力。视在功率是电路的电流和电压的乘积。归因于被存储在负载中并返回到源的能量，或者归因于非线性负载使得从源汲取的电流的波形失真，因此视在功率将大于实际功率。如果电源以低功率因数操作，则负载将为相同数量的有用功率(而不是更高功率因数)汲取更多电流。使用功率因数校正可以增加功率因数。对于线性负载，这可能涉及使用电容器或电感器的无源网络。非线性负载通常需要有源功率因数校正以抵消失真并提高功率因数。通过供应相反符号的无功功率、增加用以消除负载的电感或电容效应电容器或电感器，功率因数校正使AC电源电路的功率因数接近1。有源PFC利用功率电子设备来改变由负载所汲取的电流的波形，以提高功率因数。有源PFC电路可以例如基于降压、升压、或降压-升压切换的模式转换器拓扑。有源功率因数校正可以是单级或多级。在切换的模式电源的情况下，PFC升压转换器例如被插在桥式整流器与市电存储电容器之间。升压转换器试图在其输出处维持恒定的DC总线电压，同时汲取与线路电压始终同相且频率相同的电流。电源内部的另一切换的模式转换器从DC总线产生所需的输出电压或电流。归因于它们非常宽的输入电压范围，许多具有有源PFC的电源可以自动地调节以在AC电源(例如，从约110V至277V)上操作。功率因数校正可以被实施在专用功率因数校正电路(被称为预调整器)中，例如被放置在(市电)电源与开关模式功率转换器之间，然后驱动负载。这形成了双级系统，并且这是高功率LED应用的通常配置(例如，超过25W)。功率因数校正可以替代地被集成到开关模式功率转换器中，然后形成单级系统。在这种情况下，存在单一谐振回路和切换装置，然后实施功率因数校正以及输入和输出之间转换比的控制两者，以便维持被传递到负载的所需的输出(就LED驱动器而言，为电流)。LLCDC/DC转换器或者在DC电源电压下操作(例如，在电信或数据中心应用中的48V)，或者它们被用作市电供电电源或两级LED驱动器的第二级，其中前端级(功率因数校正预调整器)提供功率因数校正，并且还生成形成用于LLC的DC输入电压的稳定的总线电压。谐振AC/DC转换器的一个示例被示出在图1中。该电路包括DC输入端子2(在图1及所有其他图中被标记为B)，其连接到具有第一功率开关28和第二功率开关30的半桥。第一开关和第二开关可以是完全相同的，并且半桥可以例如以对称的50％占空比操作。这些开关可以是场效应晶体管的形式。谐振回路电路25被连接到开关节点，在图1及所有其他附图中的两个开关28、30之间、被标记为X。每个开关具有由其栅极电压所控制的操作时序。为此目的，存在控制块31(包括低压电源)。块31接收用于控制栅极电压的控制信号CTRL和电源电压SUP。反馈(未示出)被用于确定开关28、30的控制时序。谐振回路电路25的输出连接到整流器32，然后连接到负载，与平滑电容器CDC并联。在转换器的操作期间，控制器31以特定频率和以互补方式控制开关。图2示出了图1的电路的一个更详细的示例。在该示例中，谐振回路25是LLC谐振电路的形式，并且它可以被用于形成PFC级。因此，该电路可以通过具有受控的输出电压而被用作PFC预调整器。它还可以通过具有受控输出电流被用作单级LED驱动器。该电路包括市电输入10，其后是在输出处具有高频滤波电容器14的整流桥12。这生成了图1的输入端子2(节点B)的电源。此示例示出了具有被隔离输出的转换器。为此目的，转换器包括初级侧电路16和次级侧18。在初级侧电路16与次级侧18之间存在电隔离。提供包括初级线圈20和次级线圈22的变压器以用于隔离。变压器具有磁化电感20，其也用作串联LLC谐振电路的电感之一。LLC谐振电路25具有第二电感24和电容(在该示例中被形成为两个电容器26和27)。在LLC电路中，电感和电容可以是以任何串联次序。电感器可以包括分立组件，或者它可以被实施为变压器的漏电感。初级侧电路16包括半桥28、30和谐振回路电路25。控制块31被示意性地示出为包括两个电压源。次级侧18具有整流器32，整流器32被连接在次级线圈22的下游并且整流器32例如可以由二极管32a和32b的第一二极管装置以及二极管34a和34b的第二二极管装置所形成。图2示出了全桥整流器和单一次级线圈，单一次级线圈在其端处耦合到整流器电路。低频率(例如，100Hz)存储电容器CDC被连接在整流器的输出之间。LED负载或其他输出级在该图中由电阻器表示。它包括一个或多个LED。因此，图2所示的电路是AC/DCPFC转换器，包括：AC输入10、整流器12、包括高侧开关(第一功率开关28)和低侧开关(第二功率开关30)的半桥逆变器，其中根据开关之间的开关节点X限定输出。自振荡LLC电路20、24、26、27被耦合到输出。图3示出了备选LLC半桥拓扑结构，作为对图2的修改(并示出了DC/DC转换)，其中次级线圈22具有中心抽头，并且然后全波整流器32由两个二极管实施。LLC电容器也被示出为单一组件35。上文所示出的半桥转换器可以被用在AC/DC(单级)PFC转换器中，或者被用在DC/DC转换器中，或者被用在AC/DC转换器中，而不实施功率因数校正。在DC/DC转换器的情况下，简单地省略了整流桥12和滤波电容器14，如图1和图3中所示。半桥转换器也可以被用在DC/AC转换器中，即谐振半桥逆变器。谐振回路电路25也可以是其他类型，并且本专利技术不限于LLC电路。在DC/AC转换的情况下，负载被连接到谐振回路电路的输出，而在DC/DC或AC/DC转换的情况下，负载经由有源或无源整流器网络被连接到谐振回路电路。半桥谐振转换器已被用于许多应用中，如用于照明应用的DC/AC转换器(例如，低压和高压放电灯电路)，以及DC/DC转换器(例如，DC电源和LE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半桥谐振转换器，包括：一对DC电压线，被布置为提供总线电压(Vbus)，其中所述一对DC电压线包括高压线(60)以及低压线(62)；半桥逆变器(31)，串联在所述高压线(60)与所述低压线(62)之间，其中所述半桥逆变器(31)包括高侧开关(28)和低侧开关(30)，其中所述半桥逆变器(31)的输出根据所述高侧开关(28)与所述低侧开关(30)之间的节点(X)而被限定；谐振电路(25)，被耦合到所述半桥逆变器(31)的所述输出；第一控制电路(64)，用于生成用于控制所述高侧开关(28)的切换的栅极驱动信号，其中所述第一控制电路(64)被布置为通过如下来控制所述高侧开关(28)的占空比：如果平均开关节点电压低于所述总线电压(Vbus)的一部分，则增加所述高侧开关(28)的接通时间；并且如果所述平均开关节点电压高于所述总线电压(Vbus)的所述一部分，则减少所述高侧开关(28)的接通时间；以及第二控制电路(66)，用于根据电反馈参数(VX)来生成用于控制所述低侧开关(30)的切换的栅极驱动信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.14 EP 16165365.41.一种半桥谐振转换器，包括：一对DC电压线，被布置为提供总线电压(Vbus)，其中所述一对DC电压线包括高压线(60)以及低压线(62)；半桥逆变器(31)，串联在所述高压线(60)与所述低压线(62)之间，其中所述半桥逆变器(31)包括高侧开关(28)和低侧开关(30)，其中所述半桥逆变器(31)的输出根据所述高侧开关(28)与所述低侧开关(30)之间的节点(X)而被限定；谐振电路(25)，被耦合到所述半桥逆变器(31)的所述输出；第一控制电路(64)，用于生成用于控制所述高侧开关(28)的切换的栅极驱动信号，其中所述第一控制电路(64)被布置为通过如下来控制所述高侧开关(28)的占空比：如果平均开关节点电压低于所述总线电压(Vbus)的一部分，则增加所述高侧开关(28)的接通时间；并且如果所述平均开关节点电压高于所述总线电压(Vbus)的所述一部分，则减少所述高侧开关(28)的接通时间；以及第二控制电路(66)，用于根据电反馈参数(VX)来生成用于控制所述低侧开关(30)的切换的栅极驱动信号。2.根据权利要求1所述的半桥谐振转换器，其中在所述低侧开关(30)被关断、并且死区时间已经逝去之后，所述第一控制电路(64)被布置为接通所述高侧开关(28)。3.根据前述权利要求中任一项所述的半桥谐振转换器，其中在所述高侧开关(28)被关断、并且死区时间已经逝去之后，所述第二控制电路(66)被布置为接通所述低侧开关(30)。4.根据前述权利要求中任一项所述的半桥谐振转换器，其中所述第二控制电路(66)被布置为通过控制所述低侧开关(30)，控制所述半桥谐振转换器的输出功率和/或功率因数。5.根据任一前述权利要求所述的转换器，其中所述第一控制电路(64)包括：斜率检测电路(80)的第一端，具有作为输入的所述高压线；第一锁存器元件(82)，由斜率检测电路(80)的所述端触发，并且所述第一锁存器元件(82)生成用于将所述高侧开关(28)切换到第一状态的第一控制信号；以及第一信号发生器(84)，用于生成用于将所述高侧开关(28)切换到第二状态的第二控制信号。6.根据权利要求5所述的转换器，其中所述第一信号发生器具有用于控制所述第一状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·G·奥普赫特维尔德，D·L·约翰，R·埃尔弗里奇，W·P·M·M·简斯，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL