用于谐振功率转换器的开关控制制造技术

谐振功率转换器包括驱动电路，该驱动电路被耦合以控制对耦合到谐振储能电路的开关电路的开关。开关控制电路被耦合以控制所述驱动电路响应于开关频率信号来控制所述开关电路的开关。所述开关控制电路还被耦合以响应于突发信号来控制控制器的突发模式。当进入突发模式时，开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲。当退出突发模式时，开关电路的最终有源脉冲是在第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲。频率控制电路被耦合以响应于反馈信号产生所述开关频率信号。

Switching Control for Resonant Power Converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于谐振功率转换器的开关控制
本专利技术总体涉及开关模式功率转换器，更具体地涉及谐振功率转换器。
技术介绍
电子设备使用电力来运行。开关模式功率转换器因其效率高、尺寸小以及重量轻而被普遍用来为当今许多电子设备充电。传统的壁式插座提供高压交流电。在开关功率转换器中，高压交流(ac)输入通过能量传递元件被转换以提供良好调节的直流(dc)输出。开关模式功率转换器通常通过感测表示一个或多个输出量的一个或多个输入以及在闭环中控制输出来提供输出调节。在运行中，通过改变开关模式电源转换器中的开关的占空比(通常是开关的导通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变每单位时间的脉冲数的方式，使用开关提供期望的输出。改变占空比可以被称为脉冲宽度调制(PWM)控制，而改变开关频率可以被称为脉冲频率调制(PFM)控制。开关模式功率转换器拓扑的一种类型是谐振开关模式功率转换器，其利用谐振电感-电容(L-C)电路作为功率转换过程的一部分。通常，与非谐振转换器相比，具有PFM控制的谐振开关模式功率转换器可具有一些优点，例如在较高开关频率下运行且具有较低的开关损耗，利用较小的磁性元件(因此利用较小的封装)，并且仍然高效率地运行。谐振功率转换器通常不具有尖锐边缘的波形(例如，具有高di/dt或dv/dt的波形)并且因此可以改善电磁干扰(EMI)性能以及与非谐振转换器相比允许使用更小的EMI滤波器。LLC转换器是一种谐振开关模式功率转换器，其利用两个电感器和一个电容器之间的谐振。LLC转换器由于通过利用功率转换器的能量传递元件的磁化电感和漏电感作为LLC转换器的谐振组件的一部分而节省了成本和尺寸，因此很受欢迎。此外，LLC转换器在高于谐振的情况下以零电压切换运行时(即，在开关频率大于LLC的谐振频率的情况下运行时)可以实现稳定性，产生较低的开关损耗。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，相同的附图标记在各个视图指代相同的部分。图1示出了根据本专利技术的教导的示例谐振功率转换器和控制器的功能框图。图2示出了根据本专利技术的教导的示出图1的谐振功率转换器和控制器的各种电流和信号的示例波形的时序图。图3A示出了根据本专利技术的教导的利用自举电路的示例谐振功率转换器和控制器的功能框图。图3B示出了根据本专利技术的教导的图3A的控制器的示例自举控制电路。图3C示出了根据本专利技术的教导的图3A的控制器的示例负载感测电路。图4示出了根据本专利技术的教导示出图3A、3B和3C的谐振功率转换器和控制器的各种电压、电流和信号的示例波形的时序图。贯穿附图的若干视图，相应的附图标记表示相应的部件。本领域技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本专利技术的各种实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的、常见但易于理解的元件，以便于较不妨碍查看本专利技术的这些各种实施方案。
技术实现思路
在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员明了的是，不需要采用具体细节来实施本专利技术。在其他情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免模糊本专利技术。贯穿本说明书对“一个实施方案(oneembodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(oneexample)”或“一实施例(anexample)”的引用，意味着结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定都指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合来组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应当理解，此处提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。谐振转换器诸如LLC转换器通常包括谐振储能电路(resonanttankcircuit，谐振回路电路)，所述谐振储能电路包括储能电感和储能电容，例如在LLC电路中找到的。谐振转换器可以利用软开关(softswitching,软切换)控制的优势来提供输出电压，不会产生相关的高开关损耗、功率开关上的高开关应力以及由快速开关边沿引起的高EMI。对LLC转换器的功率开关进行软开关还可以启用零电压开关(ZVS)，在所述零电压开关中当功率开关导通时功率开关上的电压为零，这可以降低LLC转换器的开关损耗。对于半桥LLC转换器的示例，使用两个功率开关(在半桥开关电路中称为高侧开关和低侧开关)来控制到功率转换器的输出的能量传输。所述功率开关被控制使得当一个功率开关导通时，另一个功率开关断开，并且两个功率开关被控制为导通基本上相等的时间量。通常，导通(或闭合)的开关可以传导电流，而断开(或打开)的开关通常不传导电流。在一个实施例中，第一开关导通而第二开关断开。第一开关断开时带有非零电流。在第一开关断开后，第二开关上的电压通常会下降。软开关通常指的是当第二开关上的电压达到接近零时导通第二开关。使用这种类型的开关可防止在开关导通期间在开关端子上的电容放电引起的能量损失。为了实现ZVS，控制功率开关使得存在一段时间，称为“死区时间”，在该“死区时间”内两个功率开关在所述两个功率开关之一导通之前断开。此外，在两个开关都断开时的“死区时间”周期期间，功率开关中的一个上的电压可以减小到零，并且一旦电压为零，该开关可以在具有最小的开关损耗的情况下被导通(实现ZVS)。此外，LLC转换器可以被设计为控制功率开关以在空载或低负载运行条件下降低功耗。一种用于在空载或低负载运行条件下降低功耗的方法可以被称为突发模式控制。在空载或低负载功率条件下，功率开关不会持续导通和断开以递送所需的输出功率。相反，可以以突发模式控制功率开关，其中它们被顺序地导通和断开一段时间(通常称为突发导通时间)，接着是一段没有开关的区间(通常称为突发断开时间)。然而，可能需要控制进入和退出突发模式控制的时间以确保LLC转换器最大化软开关和ZVS的益处。在稳定的突发断开条件下，通过LLC转换器的谐振储能电路的储能电流基本上为零，而半桥电压(在半桥开关电路的高侧功率开关和低侧功率开关之间的节点处的电压)基本上是功率转换器输入电压的一半。当进入突发模式时，当谐振储能电流基本上为零时高侧开关或低侧开关导通，当谐振储能电流基本上不为零时高侧开关或低侧开关断开，并且谐振储能电流的波形基本上在零附近对称。因此，高侧开关或低侧开关在传导周期中途导通。当谐振储能电流基本为零时高侧开关或低侧开关在传导周期中途附近的这种导通可以在本文中称为“部分周期”或“部分脉冲”。由于在突发断开状态期间，当高侧开关或低侧开关导通时谐振储能电流为零，部分周期被硬开关。此外，该硬开关的部分周期也是有源硬开关部分周期，因为开关控制电路在非开关区间之后有源地导通开关。然而，在初始有源硬开关部分周期之后的开关的突发导通周期期间的后续开关周期或开关脉冲是软开关完整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于谐振功率转换器的控制器，包括：驱动电路，其被耦合以产生第一驱动信号和第二驱动信号，以控制耦合到所述谐振功率转换器的谐振储能电路的开关电路的第一开关和第二开关的开关；开关控制电路，其被耦合以控制所述驱动电路响应于开关频率信号来控制开关电路的第一开关和第二开关的开关，以调节从所述谐振功率转换器的输入到所述谐振功率转换器的输出的能量传输，其中所述开关控制电路还被耦合以控制所述驱动电路响应于突发信号来控制所述控制器的突发模式，其中当进入所述突发模式时所述开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲，并且其中当退出所述突发模式时所述开关电路的最终有源脉冲是在所述第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲；以及频率控制电路，其被耦合以响应于表示所述谐振功率转换器的输出的反馈信号而产生所述开关频率信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于谐振功率转换器的控制器，包括：驱动电路，其被耦合以产生第一驱动信号和第二驱动信号，以控制耦合到所述谐振功率转换器的谐振储能电路的开关电路的第一开关和第二开关的开关；开关控制电路，其被耦合以控制所述驱动电路响应于开关频率信号来控制开关电路的第一开关和第二开关的开关，以调节从所述谐振功率转换器的输入到所述谐振功率转换器的输出的能量传输，其中所述开关控制电路还被耦合以控制所述驱动电路响应于突发信号来控制所述控制器的突发模式，其中当进入所述突发模式时所述开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲，并且其中当退出所述突发模式时所述开关电路的最终有源脉冲是在所述第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲；以及频率控制电路，其被耦合以响应于表示所述谐振功率转换器的输出的反馈信号而产生所述开关频率信号。2.根据权利要求1所述的控制器，还包括：误差放大器，其被耦合以接收所述反馈信号和参考信号，其中所述误差放大器被耦合以响应于所述反馈信号与所述参考信号的比较而产生被耦合以由所述频率控制电路接收的误差信号。3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述开关电路的第一开关和第二开关中的第一个开关被耦合以在进入所述突发模式时在所述开关电路的所述初始有源脉冲期间对于所述有源部分脉冲导通，其中所述开关电路的所述第一开关和第二开关中的所述第一个开关被耦合以在退出所述突发模式时对于所述开关电路的所述最终有源脉冲导通，以及其中，在所述第一开关和第二开关都被断开以退出所述突发模式之后的所述无源部分脉冲期间，所述谐振储能电路的存储电流通过所述开关电路的所述第一开关和第二开关中的第二个开关的体二极管放电。4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述谐振储能电路的储能电流被耦合以在所述突发模式期间在所述开关电路的有源完整脉冲期间在第一储能电流值和第二储能电流值之间变化和转换。5.根据权利要求4所述的控制器，其中，在进入所述突发模式之前所述储能电流为零，并且其中在进入所述突发模式时所述储能电流等于在所述开关电路的所述初始有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的一个。6.根据权利要求5所述的控制器，其中，当退出所述突发模式时，所述储能电流等于所述开关电路的最终有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的所述一个，并且其中在所述第一开关和第二开关都被断开以退出所述突发模式之后在所述无源部分脉冲的结束处所述储能电流等于零。7.根据权利要求1所述的控制器，还包括自举控制电路，其被耦合以响应于所述突发信号和表示所述谐振储能电路的储能电流的储能电流感测信号而产生自举信号和延迟突发信号，其中，所述驱动电路还被耦合以响应于所述自举信号来控制耦合到所述控制器和所述开关电路的自举电路，以及其中，所述开关控制电路还被耦合以接收所述延迟突发信号，以控制所述驱动电路响应于所述延迟突发信号来控制所述控制器的突发模式。8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述开关控制电路被耦合以产生第一中间驱动信号和第二中间驱动信号，其中所述驱动电路被耦合以产生所述第一驱动信号和第二驱动信号以响应于所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号来控制所述开关电路的所述第一开关和第二开关的开关。9.根据权利要求8所述的控制器，还包括或门，所述或门包括第一输入和第二输入，其中所述或门的第一输入被耦合以接收来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第一个中间驱动信号，其中所述或门的第二输入被耦合以从所述自举控制电路接收所述自举信号，其中所述或门包括被耦合到所述驱动电路的第一输入的输出，其中所述驱动电路包括被耦合以接收来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号的第二输入，其中所述驱动电路被耦合以响应于所述或门的输出和来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号产生所述第一驱动信号和第二驱动信号。10.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述自举控制电路包括：零交叉检测电路，其被耦合以接收所述储能电流感测信号，以在自举周期期间检测所述储能电流中的零交叉点；计数器和比较器电路，其被耦合到所述零交叉检测电路的输出，以确定在所述自举周期期间所述储能电流与零交叉何时达到阈值次数；单触发电路，其具有被耦合以接收所述突发信号的输入；锁存器电路，其被耦合到所述单触发电路和所述计数器和比较器电路，其中所述单触发电路的输出被耦合以响应于所述突发信号设置所述锁存器电路，其中所述计数器和比较器电路的输出被耦合以响应于所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数来重置所述锁存器电路，其中所述锁存器具有被耦合以输出所述自举信号的第一输出，其中所述锁存器具有其是所述锁存器的第一输出的补充的第二输出；以及与门包括被耦合到所述锁存器的第二输出的第一输入，其中所述与门包括被耦合以接收所述突发信号的第二输入，其中所述与门包括被耦合以产生所述延迟突发信号的输出。11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述储能电流被耦合以在所述自举周期期间谐振，其中所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数指示所述自举周期的结束。12.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述谐振储能电路包括被耦合到储能电感的储能电容，其中所述控制器还包括负载感测电路，其中所述负载感测电路包括：第一采样和保持电路，其被耦合以接收储能电容电压感测信号，其中所述第一采样和保持电路被耦合以响应于所述突发信号而被定时；第二采样和保持电路，其被耦合以接收所述储能电容电压感测信号，其中所述第二采样和保持电路被耦合以响应于所述延迟突发信号而被定时；以及运算放大器，其被耦合以接收所述第一采样和保持电路的输出以及所述第二采样和保持电路的输出，其中所述运算放大器被耦合以响应于所述第一采样和保持电路的输出与所述第二采样和保持电路的输出之间的差而输出负载感测信号。13.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述开关电路的所述第一开关和第二开关包括被耦合到高侧开关的低侧开关，在所述低侧开关和所述高侧开关之间具有端子，其中所述自举电路包括：自举二极管，其被耦合在所述控制器的第一能量端子和第二能量端子之间；第一自举电容器，其被耦合在所述第一能量端子和所述谐振功率转换器的输入返回之间；以及第二自举电容器，其被耦合在所述第二能量端子和所述开关电路的端子之间，其中，响应于所述自举信号，所述驱动电路还被耦合以在自举周期期间导通所述低侧开关，以通过所述自举二极管从所述第一能量端子对所述第二能量端子充电。14.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述开关电路是包括被耦合到所述谐振储能电路的所述第一开关和第二开关的半桥开关电路。15.一种谐振功率转换器，包括：半桥开关电路，其被耦合到所述谐振功率转换器的输入；能量传递元件，其被耦合到所述半桥开关电路和所述谐振功率转换器的输出；谐振储能电路，其被耦合到所述半桥开关电路，所述谐振储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·莫耶尔，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国,US