用于串联并联谐振功率转换器的初级侧启动方法及电路布置技术

串联并联谐振功率转换器包括初级侧启动控制器及次级侧控制器，其中当功率(电压)首先被施加到所述串联并联谐振功率转换器时，所述初级侧启动控制器发送功率到所述次级侧控制器。所述启动控制器使用开环启动技术来启动所述串联并联谐振功率转换器，其中当所述次级侧闭回路控制器变成通电及启动时，所述次级侧闭回路控制器即接管所述串联并联谐振功率转换器的控制。在轻负载或无负载条件期间，所述次级侧控制器发送断开谐振较高频率或待机编码禁止(停用)命令到所述启动控制器。当功率需要被发送到所述变压器的所述次级侧以给次级侧电容器充电时，所述次级侧控制器可发送启用编码命令到所述启动控制器，其中其经检测以允许所述启动控制器使用所述次级侧控制器以正常方式操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于串联并联谐振功率转换器的初级侧启动方法及电路布置相关专利申请案本申请案主张2015年6月1日申请的共同拥有的第62/169,382号美国临时专利申请案的优先权；且涉及2015年11月19日申请的第14/945,729号美国专利申请案；及2015年6月1日申请的第62/169,415号美国临时专利申请案；全部由托马斯·奎格利(ThomasQuigley)申请，其中所有所述专利申请案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及功率转换器，且特定来说，涉及用于DC到DC及AC到DC串联并联谐振功率转换器的启动控制器方法及设备。
技术介绍
串联并联谐振功率转换器是其中负载可与谐振“槽”电路串联或与槽电路组件中的一者并联的转换器。包括两个电感器(其中电感器中的一者是变压器的磁化电感)及单个谐振电容器的串联并联功率转换器被称为“LLC谐振”功率转换器。负载与磁化电感并联。“LCC谐振”功率转换器添加与磁化电感及负载并联的额外电容。LLC功率转换器及LCC功率转换器的优点是当以正常输入电压高于谐振而操作时，在无负载到短接电路条件处操作、在宽输入电压范围内操作及在整体功率转换器操作范围内实现零电压切换(ZVS)及零电流切换(ZCS)的能力。功率转换器(例如，DC到DC及AC到DC)通常具有独特电路用于适当从容启动(软启动)且用以产生正确操作电压偏压。此独特电路可需要定制集成电路及/或专有设计，其可增加此类功率转换器的成本及运输调度。
技术实现思路
因此，需要低成本解决方案以使用常规低成本集成电路(IC)解决方案在初级侧上来启动脱机串联并联谐振功率转换器，所述常规低成本集成电路(IC)解决方案不复制次级侧控制器的资源且最小化初级侧电子器件所需的离散组件。根据实施例，一种用于启动串联并联谐振功率转换器的方法可包括以下步骤：施加第一DC电压到初级侧启动控制器；使用所述启动控制器以高于串联并联谐振电路的谐振频率的频率而接通及断开至少一个功率开关，所述串联并联谐振电路包含可耦合到至少一个功率开关的变压器的初级绕组；降低所述至少一个功率开关的所述接通及断开频率朝向所述串联并联谐振电路的所述谐振频率，借此可在所述变压器的次级绕组上产生AC电压；使用第二整流器整流来自所述变压器的所述次级绕组的所述AC电压以提供第二DC电压用于给次级侧控制器及负载供电；及当所述第二DC电压可在所要电压值处时将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可在固定较高频率处。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可在固定较低频率处。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可以固定较高频率开始且可改变到较低频率。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可以固定较低频率开始且可改变到较高频率。根据所述方法的另一实施例，将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器的所述步骤可包括以下步骤：当所述第二DC电压可在所述所要电压值处时，将来自所述次级侧控制器的信号发送到所述初级侧启动控制器；使用所述初级侧启动控制器检测来自所述次级侧控制器的所述信号；及使用来自所述次级侧控制器的所述所检测信号来控制所述至少一个功率开关。根据所述方法的另一实施例，在所述初级侧启动控制器检测来自所述次级侧控制器的所述信号之后所述第二DC电压可由所述次级侧控制器调节。根据所述方法的另一实施例，将来自所述次级侧控制器的信号发送到所述初级侧启动控制器的所述步骤可进一步包括发送信号通过隔离电路的所述步骤。根据所述方法的另一实施例，所述隔离电路可包括光学耦合器。根据所述方法的另一实施例，所述隔离电路可包括脉冲变压器。根据所述方法的另一实施例，可包括施加AC功率到第一整流器用于提供所述第一DC电压的所述步骤。根据所述方法的另一实施例，可包括使用耦合到所述次级侧控制器的电流感测输入的变流器而测量所述变压器的所述初级绕组的电流的所述步骤。根据所述方法的另一实施例，可包括使用所述初级侧启动控制器来限制最大可允许变压器初级绕组电流的步骤。根据所述方法的另一实施例，所述第二整流器可为同步整流器。根据所述方法的另一实施例，所述同步整流器可在零电压处切换。根据所述方法的另一实施例，所述同步整流器可在零电流处切换。根据所述方法的另一实施例，所述至少一个功率开关可为至少一个功率金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。根据所述方法的另一实施例，所述串联并联谐振电路可包括一个电感器、一个电容器及在LLC功率转换器配置中的所述变压器的所述初级绕组。根据所述方法的另一实施例，所述串联并联谐振电路可包括两个电容器、一个电感器及在LCC功率转换器配置中的所述变压器的所述初级绕组。根据所述方法的另一实施例，可包括以下步骤：当所述串联并联谐振功率转换器可进入待机模式中时，将来自所述次级侧控制器的停用信号发送到所述初级侧启动控制器用于禁止所述功率开关的操作；及当所述串联并联谐振功率可返回到操作模式时，将来自所述次级侧控制器的启用信号发送到所述初级侧启动控制器用于启用所述功率开关的操作。根据所述方法的另一实施例，所述停用信号可包括第一经经编码信号且所述启用信号可包括第二经编码信号，其中所述初级侧启动控制器可包括解码逻辑用于解码所述第一经经编码信号及所述第二经经编码信号。根据所述方法的另一实施例，所述启用及停用信号可在高于来自所述次级侧控制器的所述脉冲控制频率的频率处。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可包括从所述变压器的偏压绕组产生偏置电压的所述步骤。根据所述方法的另一实施例，将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器的所述步骤可包括所述启动控制器接受来自所述次级侧控制器的切换命令的步骤，使得所述次级侧控制器可使用所述启动控制器来控制所述至少一个功率开关以大体上实现线性电压调节。根据所述方法的另一实施例，使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤可包括当所述启动控制器可在开环模式中时接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤。根据所述方法的另一实施例，所述启动控制器可提供过压及欠压保护，及通过所述变压器初级的最大电流限制。根据所述方法的另一实施例，来自所述变压器的三级绕组电压可耦合到所述启动控制器且如果所述次级侧控制器无法正确地操作那么可启用所述启动控制器来调节所述次级侧电压。根据另一实施例，一种串联并联谐振功率转换器可包括：初级侧启动控制器，其耦合到第一DC电压；至少一个功率开关，其耦合到所述初级侧启动控制器；变压器，其具有初级绕组及次级绕组；串联并联谐振电路，其包含可耦合到所述至少一个功率开关的变压器的初级绕组；电流测量电路，其用于测量通过所述变压器的所述初级绕组的电流及提供所述经测量初级绕组电流到所述初级侧启动控制器；次级侧整流器，其耦合到所述变压器次级绕组用于提供第二DC电压；次级侧控制器，其耦合到所述初级侧启动控制器及所述次级侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于启动串联并联谐振功率转换器的方法，所述方法包括下列步骤：施加第一DC电压到初级侧启动控制器；使用所述启动控制器以高于串联并联谐振电路的谐振频率的频率而接通及断开至少一个功率开关，所述串联并联谐振电路包含耦合到至少一个功率开关的变压器的初级绕组；使所述至少一个功率开关的所述接通及断开频率以朝向所述串联并联谐振电路的所述谐振频率降低，借此在所述变压器的次级绕组上产生AC电压；使用第二整流器整流来自所述变压器的所述次级绕组的所述AC电压以提供第二DC电压用于给次级侧控制器及负载供电；及当所述第二DC电压在所要电压值处时将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.01 US 62/169,382;2016.05.31 US 15/168,5691.一种用于启动串联并联谐振功率转换器的方法，所述方法包括下列步骤：施加第一DC电压到初级侧启动控制器；使用所述启动控制器以高于串联并联谐振电路的谐振频率的频率而接通及断开至少一个功率开关，所述串联并联谐振电路包含耦合到至少一个功率开关的变压器的初级绕组；使所述至少一个功率开关的所述接通及断开频率以朝向所述串联并联谐振电路的所述谐振频率降低，借此在所述变压器的次级绕组上产生AC电压；使用第二整流器整流来自所述变压器的所述次级绕组的所述AC电压以提供第二DC电压用于给次级侧控制器及负载供电；及当所述第二DC电压在所要电压值处时将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器。2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤是在固定较高频率处。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤是在固定较低频率处。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤以固定较高频率开始且改变到较低频率。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中使用所述启动控制器来接通及断开所述至少一个功率开关的所述步骤以固定较低频率开始且改变到较高频率。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中将所述至少一个功率开关的控制从所述初级侧启动控制器转移到所述次级侧控制器的所述步骤包括下列步骤：当所述第二DC电压在所述所要电压值处时，将来自所述次级侧控制器的信号发送到所述初级侧启动控制器；使用所述初级侧启动控制器检测来自所述次级侧控制器的所述信号；及使用来自所述次级侧控制器的所述所检测信号来控制所述至少一个功率开关。7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述初级侧启动控制器检测来自所述次级侧控制器的所述信号之后所述第二DC电压由所述次级侧控制器调节。8.根据权利要求6所述的方法，其中将来自所述次级侧控制器的信号发送到所述初级侧启动控制器的所述步骤进一步包括通过隔离电路发送信号的步骤。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述隔离电路包括光学耦合器。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述隔离电路包括脉冲变压器。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括施加AC功率到第一整流器用于提供所述第一DC电压的步骤。12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使用耦合到所述次级侧控制器的电流感测输入的变流器而测量所述变压器的所述初级绕组的电流的步骤。13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使用所述初级侧启动控制器来限制最大可允许变压器初级绕组电流的步骤。14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第二整流器是同步整流器。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述同步整流器在零电压处切换。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述同步整流器在零电流处切换。17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述至少一个功率开关是至少一个功率金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET。18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述串联并联谐振电路包括在LLC功率转换器配置中的一个电感器、一个电容器及所述变压器的所述初级绕组。19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述串联并联谐振电路包括在LCC功率转换器配置中的两个电容器、一个电感器及所述变压器的所述初级绕组。20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括下列步骤：当所述串联并联谐振功率转换器正进入待机模式中时，将来自所述次级侧控制器的停用信号发送到所述初级侧启动控制器用于禁止所述功率开关的操作；及当所述串联并联谐振功率返回到操作模式时，将来自所述次级侧控制器的启用信号发送到所述初级侧启动控制器用于启用所述功率开关的操作。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述停用信号包括第一编码信号且所述启用信号包括第二编码信号，其中所述初级侧启动控制器包括解码逻辑用于解码所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·奎格利，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US