谐振型开关变换器制造技术

依据本实用新型专利技术的实施例涉及一种谐振型开关变换器，包括能够产生至少具有两个数值的小于输入电压的第二输入电压的电压切换电路和谐振回路。谐振回路复用部分或者全部电压切换电路中的功率晶体管，降低了谐振支路的输入电压，并使之可控，降低了功率晶体管所承受的压降，降低开关管应力，减小系统电路的体积和成本；同时通过多个谐振支路降低输出回路的纹波，增加系统的稳定性。

Resonant switching converter

【技术实现步骤摘要】
谐振型开关变换器
本技术涉及电力电子技术，更具体地，涉及一种谐振型开关变换器。
技术介绍
随着电力电子领域的发展，开关型变换器获得了越来越广泛的应用，相应的，开关型变换器的设计也面临着越来越多的挑战，其中包括高功率密度，高效率和快速的动态特性等综合性能的要求。为了达到更高的功率密度，通常采用提高开关频率的方法来减小电容以及电感、变压器等磁性元件的体积，但是开关频率的提高会导致开关损耗的增加，从而降低开关型变换器的效率。软开关技术是使开关型变换器实现高频化的重要技术之一。采用谐振的原理，使得开关型变换器中的功率器件的电流或者电压按照准正弦规律变化，从而实现软开关，解决了硬开关变换器中的硬开关损耗问题，容性开通问题，感性关断问题，二极管反向恢复，以及硬开关所引起的电磁干扰(EMI)等问题。现有的隔离型变换器，例如反激式变换器，正激式变换器、半桥变换器等，可以利用准谐振的方式实现软开关，但是仍然存在功率器件所承受的应力较大、功率损耗较大，变压器的变比较大，体积大等问题。
技术实现思路
有鉴于此，依据本技术实施例，提供了一种新型的谐振型开关变换器，在实现谐振控制的同时，降低功率器件所承受的电压应力，降低损耗，以获得更高的效率。根据本技术实施例的第一方面的一种谐振型开关变换器，包括：电压切换电路，用以接收第一输入电压，并切换输入至与之耦接的谐振支路的第二输入电压；所述电压切换电路被配置为在第一工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压小于所述谐振型开关变换器的第一输入电压；在第二工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压为零值。优选的，所述电压切换电路的至少一个功率晶体管和所述谐振支路组成所述谐振型开关变换器的谐振回路。优选的，在每一开关周期内，所述第一工作状态和所述第二工作状态的时间区间交替变化。优选的，所述电压切换电路包括：串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的N个半桥电路单元，每一所述半桥电路单元包括两个串联连接的功率晶体管；(N-1)个第一电容，每一所述第一电容连接在相邻的两个所述半桥电路单元的输出端之间；(N-1)个第二电容，所述第二电容分别连接在第2至第N个所述半桥电路单元中的相应的其中一个所述半桥电路单元的两个输入端之间，其中N≧2。优选的，所述谐振支路连接在第2N个所述功率晶体管的两个功率端之间。优选的，所述第一电容和所述第二电容的容值相同或者不相同。优选的，在所述第一工作状态时，所述电压切换电路提供给所述谐振支路的所述第二输入电压的数值为所述第一输入电压的1/N。优选的，所述电压切换电路包括：串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的N个半桥电路单元，每一所述半桥电路单元包括两个串联连接的功率晶体管；(N-1)个第一电容，每一所述第一电容连接在相邻的两个所述半桥电路单元的输出端之间；N个第二电容，所述第二电容分别连接在N个所述半桥电路单元的相应的一个所述半桥电路单元的两个输入端之间，其中N≧2。优选的，所述谐振支路连接在第2N个所述功率晶体管的两个功率端之间。优选的，所述第一电容和所述第二电容的容值相同或者不相同。优选的，在所述第一工作状态时，所述电压切换电路提供给所述谐振支路的所述第二输入电压的数值为所述第一输入电压的1/N。优选的，所述谐振型开关变换器包括N路所述谐振支路，在所述第一工作状态时，所述电压切换电路提供给所述谐振支路的所述第二输入电压的数值为所述第一输入电压的1/N，其中N≧2。优选的，根据所述谐振回路的谐振电流和谐振周期的大小，在所述第二工作状态时，通过所述谐振支路向所述谐振型开关变换器的输出侧传递能量。优选的，每一所述谐振支路耦接在所述电压切换电路中的一对应的第一功率晶体管的两个功率端之间，其中一功率端连接至地电位；在所述第二工作状态时，至少一个所述第一功率晶体管处于导通状态。优选的，所述电压切换电路还包括第二功率晶体管和第一电容，并被配置为在所述第一工作状态时，控制所述第二功率晶体管的开关状态，以通过所述第一输入电压，所述第一电容向所述谐振支路提供所述第二输入电压，或者仅通过所述第一电容向所述谐振支路提供所述第二输入电压。优选的，所述电压切换电路包括串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的第一功率晶体管，第二功率晶体管和第三功率晶体管；以及串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的所述第一功率晶体管，电容和第四功率晶体管；第一个所述谐振支路耦接在所述第三功率晶体管的两个功率端之间；第二个所述谐振支路耦接在所述第四功率晶体管的两个功率端之间。优选的，所述第一功率晶体管和所述第四功率晶体管的开关状态互补，所述第二功率晶体管和所述第三功率晶体管的开关状态互补。优选的，调节所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管的相位差或者调节所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管的导通占空比，调节通过所述谐振支路传递至向所述谐振型开关变换器的输出侧的能量。依据本技术实施例的谐振型开关变换器，谐振回路复用部分或者全部电压切换电路中的功率晶体管，降低了谐振支路的输入电压，并使之可控，降低了功率晶体管所承受的压降，降低开关管应力，以及开关损耗；对具有变压器的隔离型拓扑结构而言，也降低了对变压器匝比的要求，进而减小系统电路的体积和成本。同时，多路谐振回路均可向输出侧传递能量，使得输出侧的纹波减小，输出电信号更加稳定。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1所示为依据本技术第一实施例的谐振型开关变换器的原理框图；图2A所示为依据本技术第二实施例的谐振型开关变换器的原理框图；图2B所示的图2A所示的谐振型开关变换器的工作波形图；图3A所示为依据本技术第三实施例的谐振型开关变换器的原理框图；图3B所示的图3A所示的谐振型开关变换器的工作波形图；图3C所示为图3A所示的谐振型开关变换器的输出端切换的原理框图；图4A所示为依据本技术第四实施例的谐振型开关变换器的原理框图；图4B所示的图4A所示的谐振型开关变换器的一种工作模式时的工作波形图；图4C所示为图4A所示的谐振型开关变换器的另一种工作模式时的工作波形图。具体实施方式以下基于实施例对本技术进行描述，但是本技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。为了避免混淆本技术的实质，除本
技术实现思路
外的其他公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气耦接或电磁耦接构成的导电回路。当称元件或电路“耦接到”另一元件或称元件/电路“耦接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的耦接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接耦接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振型开关变换器，其特征在于，包括：电压切换电路，用以接收第一输入电压，并切换输入至与之耦接的谐振支路的第二输入电压；所述电压切换电路被配置为在第一工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压小于所述谐振型开关变换器的第一输入电压；在第二工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压为零值。

【技术特征摘要】
1.一种谐振型开关变换器，其特征在于，包括：电压切换电路，用以接收第一输入电压，并切换输入至与之耦接的谐振支路的第二输入电压；所述电压切换电路被配置为在第一工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压小于所述谐振型开关变换器的第一输入电压；在第二工作状态时，控制所述谐振支路的第二输入电压为零值。2.根据权利要求1所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述电压切换电路的至少一个功率晶体管和所述谐振支路组成所述谐振型开关变换器的谐振回路。3.根据权利要求1所述的谐振型开关变换器，其特征在于，在每一开关周期内，所述第一工作状态和所述第二工作状态的时间区间交替变化。4.根据权利要求1所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述电压切换电路包括：串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的N个半桥电路单元，每一所述半桥电路单元包括两个串联连接的功率晶体管；(N-1)个第一电容，每一所述第一电容连接在相邻的两个所述半桥电路单元的输出端之间；(N-1)个第二电容，所述第二电容分别连接在第2至第N个所述半桥电路单元中的相应的其中一个所述半桥电路单元的两个输入端之间，其中N≧2。5.根据权利要求4所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述谐振支路连接在第2N个所述功率晶体管的两个功率端之间。6.根据权利要求4所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容的容值相同。7.根据权利要求4所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容的容值不相同。8.根据权利要求4所述的谐振型开关变换器，其特征在于，在所述第一工作状态时，所述电压切换电路提供给所述谐振支路的所述第二输入电压的数值为所述第一输入电压的1/N。9.根据权利要求4所述的谐振型开关变换器，其特征在于，在所述第一工作状态时，依次串联连接的2N个所述功率晶体管中，序号为奇数的所述功率晶体管处于导通状态，序号为偶数的所述功率晶体管处于关断状态。10.根据权利要求1所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述电压切换电路包括：串联耦接在所述第一输入电压的两端之间的N个半桥电路单元，每一所述半桥电路单元包括两个串联连接的功率晶体管；(N-1)个第一电容，每一所述第一电容连接在相邻的两个所述半桥电路单元的输出端之间；N个第二电容，所述第二电容分别连接在N个所述半桥电路单元的相应的一个所述半桥电路单元的两个输入端之间，其中N≧2。11.根据权利要求10所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述谐振支路连接在第2N个所述功率晶体管的两个功率端之间。12.根据权利要求10所述的谐振型开关变换器，其特征在于，所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方跃财，姚凯卫，赵晨，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33