自激振荡谐振电力转换器制造技术

本发明专利技术涉及谐振电力转换器和逆变器，所述谐振电力转换器和逆变器包括自激振荡反馈回路，自激振荡反馈回路从包括一个或更多个半导体开关(S1，S2)的开关网络的开关输出端耦接至开关网络的控制输入端。自激振荡反馈回路设置电力转换器(100)的开关频率并且包括第一本征开关电容(CGD)和第一电感器(LG)，第一本征开关电容(CGD)耦接在开关网络的开关输出端与开关网络的控制输入端之间。第一电感器(LG)耦接在第一偏置电压源与开关网络的控制输入端之间并且具有基本上固定的电感。第一偏置电压源被配置成生成施加给第一电感器(LG)的可调偏置电压(VBias)。通过控制所述可调偏置电压(VBias)来以灵活且迅速的方式控制电力转换器(100)的输出电压(VOUT)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】自激振荡谐振电力转换器 本专利技术设及谐振电力转换器和逆变器。所述谐振电力转换器和逆变器包括自激振 荡反馈回路，自激振荡反馈回路从开关网络的开关输出端禪接至开关网络的控制输入端， 开关网络包括一个或更多个半导体开关。自激振荡反馈回路设置电力转换器的开关频率并 且包括第一本征开关电容和第一电感器，第一本征开关电容禪接在开关网络的开关输出端 与开关网络的控制输入端之间。第一电感器禪接在第一偏置电压源与开关网络的控制输入 端之间并且具有基本上固定的电感。第一偏置电压源被配置成生成施加给第一电感器的可 调偏置电压。通过控制所述可调偏置电压来W灵活且迅速的方式控制电力转换器的输出电 压。
技术介绍
[000引电力密度总是供电电路如AC-DC、DC-AC和DC-DC电力转换器的用于针对给定的输 出电力规格提供最小可能物理尺寸的关键性能度量。谐振电力转换器拓扑结构是本领域中 公知类型的DC-DC/开关模式电源或转换器（SMP巧。谐振电力转换器对于其中标准SMI^S拓 扑结构（降压、升压等）往往出于转换效率原因而不可接受的如IMHzW上的高开关频率尤 其有用。由于结果的电力转换器的电路部件如电感器和电容器的电气和物理尺寸的减小， 所W通常期望高的开关频率。较小的部件使得能够增加SMI^S的电力密度。在谐振电力转换 器中，用"谐振"半导体开关来取代标准SMPS的输入"斩波器"半导体开关（通常是MOSFET 或IGBT)。谐振半导体开关依赖于电路电容和电感的谐振来对跨开关元件的电流或电压的 波形进行整形，W使得当开关发生时，不存在通过开关元件的电流或开关元件两端的电压。 因此，极大地消除了输入开关元件的本征电容中的至少一些中的电力损耗，W使得开关频 率急剧增大至例如大于lOMHz变得可行。此概念在本领域中如零电压和/或电流开关狂VS 和/或ZC巧操作的设计下是已知的。在ZVS和/或ZCS下操作的常用开关模式电力转换 器通常被描述为E类、F类或DE类逆变器或电力转换器。 然而，谐振电力转换器的输出电压的快速且准确的控制仍然是个挑战。在下面的 参考文献中所描述的现有技术的电力转换器提出利用W下自激振荡反馈回路：所述自激 振荡反馈回路围绕输入开关元件并且通过MOSFET的本征或固有漏源电容结合禪接至该 MOSFET开关的栅极端子的可变串联电感来驱动。 U.S. 4, 605, 999公开了一种自激振荡电力转换器，所述自激振荡电力转换器包括 绕单个MOSFET开关构建的自激振荡逆变器电路。如果操作的频率足够高，则MOSFET开关 的固有漏源电容提供足W维持逆变器电路的自激振荡的反馈路径。所述电力转换器通过反 馈回路被调压，所述反馈回路从转换器的DC输出电压得到控制信号并且将控制信号施加 至包括电感器和成对的非线性电容的可变电感网络。 U.S. 5, 430, 632公开了一种自激振荡电力转换器，所述自激振荡电力转换器利用 半桥式配置的一对MOSFET晶体管开关，其中，该两个MOSFET晶体管的结点被禪接至电抗性 网络，而电抗性网络与输出整流器连接。开关晶体管的本征栅漏电极间电容用作维持振荡 的唯一工具。通过启动电路在MOSFET晶体管开关的栅源端子处发起振荡。振荡的频率通 过MOSFET晶体管开关的栅源电容W及隔离的栅极驱动互感器的电感来确定。振荡频率通 过经由成对的控制绕组来改变禪接至M0SFET晶体管开关的栅极端子的隔离的栅极驱动互 感器的电感来控制。 然而，由于物理部件限制而导致可调电感和/或电容的可能的调节范围往往非常 窄，从而准确性也可能受限。此外，可调电感和/或电容难W集成在半导体基板上或集成在 普通的电路载体如印刷电路板上。最终，由于部件的电抗特性，所W电感或电容的最大调节 速度可能受限，其导致对转换器输出电压的调节速度的非期望限制。鉴于出于W上所讨论 的原因的移至较高转换器开关频率的优点，当然特别不期望上述限制。 因此，有利的是；提供消除对可变电抗部件如电感器和电容器的需求的振荡频率 的控制机制，使得可W通过例如W可调偏置电压形式来适当地控制电路电压或电路电流的 电平W控制逆变换输出电压。
技术实现思路
[000引本专利技术的第一方面设及一种谐振电力转换器或逆变器，所述谐振电力转换器或逆 变器包括；用于接收输入电压的输入端子；W及开关网络，其包括通过相应的控制输入来 控制的一个或更多个半导体开关。所述开关网络包括开关输入端和开关输出端，所述开关 输入端操作地禪接至用于接收输入电压的输入端子，所述开关输出端操作地禪接至谐振电 力转换器的谐振网络的输入端。所述谐振网络包括预定谐振频率（fc)W及操作地禪接至 转换器输出端子的输出端。自激振荡反馈回路从开关网络的开关输出端禪接至开关网络的 控制输入端，W设置电力转换器的开关频率。所述自激振荡反馈回路包括：第一本征开关电 容，其禪接在开关网络的开关输出端与开关网络的控制输入端之间；第一偏置电压源，其被 配置成生成第一可调偏置电压；第一电感器，其具有基本上固定的电感，第一电感器禪接在 第一偏置电压源与开关网络的控制输入端之间。谐振电力转换器的电压调节回路被配置成 通过控制施加给第一电感器的第一可调偏置电压来控制电力转换器的输出电压。 本谐振电力转换器使得能够通过控制施加给第一电感器的可调偏置电压来灵活、 迅速且准确地控制转换器输出电压，所述第一电感器禪接至开关网络的控制输入端。通过 调节可调偏置电压的电平，可W对围绕开关网络而禪接的自激振荡反馈回路的振荡频率进 行控制，W设置谐振电力转换器的开关频率。在不对第一电感器的电感做出任何调整的情 况下实现对自激振荡反馈回路的振荡频率的调节，因此其中第一电感器具有独立于可调偏 置电压的电平的基本上固定的电感。技术人员应当理解，表征第一电感器的电感的术语"基 本上固定"包括取决于所选的电感器类型的具体材料的电特性而随温度轻微变化的电感。 此外，优选地在不对电压调节回路中的与第一电感器串联禪接的部件的电感性电抗或电容 性电抗进行任何调节的情况下将第一可调偏置电压施加给第一电感器。因此，优选地在无 任何与第一电感器串联的互感器、可调谐电感器或可调谐电容器的情况下，通过电压调节 回路生成的第一可调偏置电压被施加给第一电感器。 通过调节第一可调偏置电压的电平来调节本谐振电力转换器的开关频率的能力 使得能够广泛且准确地控制开关频率的范围并且消除或避免先前所讨论的依赖于可调电 感和/或电容来调节谐振电力转换器的开关频率的缺点。通过第一电感器的存在，将本征 或寄生电容如一个或更多个半导体开关中的第一本征开关电容中的电力损耗进一步减小 至低的水平，该是因为在充电期间该些寄生电容中的所存储的能量被放电至并且被暂时存 储在第一电感器中。第一电感器中的存储能量后续被返回至一个或更多个半导体开关的寄 生电容或本征电容。寄生电容或本征电容可W包括MOSFET开关的栅源电容、栅漏电容和漏 源电容。 虽然在下文中参照E类或DE类型或拓扑结构的谐振电力转换器/逆变器W及对 应的DC-DC电力转换器中的实现详细描述了本专利技术，但是，技术人员应当理解，本专利技术同样 适用于其他类型的谐振电力逆变器、整流器和转换器，如E类、F类和n,类逆变器和整流器 W及谐振升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振电力转换器，包括：用于接收输入电压的输入端子，开关网络，所述开关网络包括通过相应的控制输入来控制的一个或更多个半导体开关，所述开关网络包括开关输入端和开关输出端，所述开关输入端操作地耦接至用于接收所述输入电压的所述输入端子，所述开关输出端操作地耦接至所述谐振电力转换器的谐振网络的输入端，所述谐振网络包括预定谐振频率(fR)以及操作地耦接至转换器输出端子的输出端，自激振荡反馈回路，所述自激振荡反馈回路从所述开关网络的开关输出端耦接至所述开关网络的控制输入端，以设置所述电力转换器的开关频率；所述自激振荡反馈回路包括：第一本征开关电容，耦接在所述开关网络的开关输出端与所述开关网络的控制输入端之间，第一偏置电压源，被配置成生成第一可调偏置电压，以及第一电感器，所述第一电感器具有基本上固定的电感，所述第一电感器耦接在所述第一偏置电压源与所述开关网络的控制输入端之间，电压调节回路，被配置成：通过控制施加给所述第一电感器的所述第一可调偏置电压来控制所述电力转换器的输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米基·P·马德森，耶珀·阿恩斯多夫·彼得森，
申请(专利权)人：丹麦科技大学，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK