开关转换器制造技术

本文描述了相移全桥(PSFB)开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括由第一半桥和第二半桥组成的晶体管全桥。所述第一半桥包括第一高侧晶体管和第一低侧晶体管，并且所述第二半桥包括第二高侧晶体管和第二低侧晶体管。开关转换器包括控制器电路，该控制器电路被配置为生成用于第一高侧晶体管的第一驱动信号、用于第一低侧晶体管的第二驱动信号、用于第二高侧晶体管的第三驱动信号和用于第二低侧晶体管的第四驱动信号。第一驱动信号和第二驱动信号是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。类似地，第三驱动信号和第四驱动信号也是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。第一和第二驱动信号相对于第三和第四驱动信号相移。此外，控制器电路被配置为生成第一驱动信号，以使得当第三驱动信号指示接通第二高侧晶体管时，第一高侧晶体管被关断，并且控制器电路被配置为生成第二驱动信号，以使得当第四驱动信号指示接通第二低侧晶体管时，第一低侧晶体管被关断。

【技术实现步骤摘要】
开关转换器
本公开涉及开关转换器领域，尤其涉及一种所谓的相移全桥(PSFB)转换器。
技术介绍
PSFB转换器可以用于各种应用中的DC-DC转换。PSFB转换器提供电压转换以及与输入线电压的电流隔离，因为该转换器拓扑包括变压器。像其他谐振或准谐振转换器一样，PSFB转换器可以操作用于对开关通过变压器的初级电流的功率晶体管执行所谓的零电压开关(ZVS)。但是，与其他完全谐振拓扑(LLC转换器拓扑或双有源桥(DAB)转换器拓扑)不同，PSFB转换器可能会因循环电流而产生损耗。这些循环电流无助于从变压器的初级侧到次级侧的功率传输，并且因此可能降低效率。特别是在具有宽输入和/或宽输出电压范围的应用中，循环电流和相关损耗可能对功率转换的效率产生重大影响。
技术实现思路
本文描述了相移全桥(PSFB)开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括由第一半桥和第二半桥组成的晶体管全桥。所述第一半桥包括第一高侧晶体管和第一低侧晶体管，并且所述第二半桥包括第二高侧晶体管和第二低侧晶体管。开关转换器包括控制器电路，该控制器电路被配置为生成用于第一高侧晶体管的第一驱动信号、用于第一低侧晶体管的第二驱动信号、用于第二高侧晶体管的第三驱动信号和用于第二低侧晶体管的第四驱动信号。第一驱动信号和第二驱动信号是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。类似地，第三驱动信号和第四驱动信号也是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。第一和第二驱动信号相对于第三和第四驱动信号相移。此外，控制器电路被配置为生成第一驱动信号，以使得当第三驱动信号指示接通第二高侧晶体管时，第一高侧晶体管被关断，并且控制器电路被配置为生成第二驱动信号，以使得当第四驱动信号指示接通第二低侧晶体管时，第一低侧晶体管被关断。此外，本文描述了一种用于控制相移全桥开关转换器的方法。根据一个实施例，该方法包括生成用于开关转换器的第一高侧晶体管的第一驱动信号、用于第一低侧晶体管的第二驱动信号、用于第二高侧晶体管的第三驱动信号以及用于第二低侧晶体管的第四驱动信号。第一驱动信号和第二驱动信号是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。类似地，第三驱动信号和第四驱动信号也是周期性的，具有循环周期并且被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于循环周期的一半。从而，第一和第二驱动信号相对于第三和第四驱动信号相移。此外，生成第一驱动信号，以使得当第三驱动信号指示接通第二高侧晶体管时，第一高侧晶体管被关断，并且生成第二驱动信号，以使得当第四驱动信号指示接通第二低侧晶体管时，第一低侧晶体管被关断。附图说明参考以下附图和描述可以更好地理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在附图中，类似的附图标记表示对应的部分。在图中：图1示出了PSFB转换器的一个示例。图2示出了在输入电压相当低的情况下可以用于控制图1的PSFB转换器的电路的开关操作的通用开关方案的一个示例。图3示出了当输入电压较高时，在图2的方案中开关信号的相位如何变化。图4和图5示出了修改的开关方案的一个示例，根据该方案，与图2和图3的开关方案相比，PSFB转换器的一个半桥中的晶体管被提前关断。图6是被配置为根据图4和图5的开关方案生成开关信号的电路的一个示例。具体实施方式图1示出了PSFB转换器的一种示例性实施方式。因此，PSFB转换器包括四个功率电子开关，它们在变压器的初级侧上形成全桥。在本示例中，功率电子开关被实施为图1中标记为MA、MB、MC和MD的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。但是，也可以使用诸如IGBT等其他类型的功率电子开关。MOSFET中每一个具有本征反向二极管(体二极管)，其分别被标记为DA、DB、DC和DD。晶体管MA和MB形成第一半桥，并且晶体管MC和MD形成第二半桥。两个半桥都连接在提供输入电压VIN的第一供电端子和连接到基准电位的第二供电端子GND1(例如接地端子)之间。第一半桥的半桥输出节点N1连接到电感器LP1的第一端，电感器LP1是变压器的初级绕组。第二半桥的半桥输出节点N2连接到另一电感器LP2的第一端。电感器LP1的第二端和另一个电感器LP2的第二端连接在电路节点N3，该电路节点也经由续流二极管D1耦合到第一供电端子，并经由续流二极管D2耦合到第二供电端子GND1。作为所述变压器的次级绕组的电感器LS1连接到整流器，该整流器在本示例中是由二极管DR1、DR2、DR3和DR4组成的桥式整流器。注意，可以使用其他类型的整流器代替所描绘的桥式整流器。在一个具体实施例中，使用同步桥式整流器代替二极管桥式整流器。在次级电感器具有中间抽头的情况下，两个二极管(或在同步整流的情况下为晶体管)可能足以对次级电流iLS进行整流。另一个电感器LO连接在桥式整流器的一个输出节点与PSFB转换器的输出端子OUT之间，其中桥式整流器的另一个输出节点连接至基准端子GND2，基准端子GND2形成用于变压器的次级侧上的电路部件的接地端子。电容器CO连接在输出端子OUT和基准端子GND2之间。电感器LO和电容器CO基本上形成低通滤波器，以减小输出电压VOUT的纹波。并联连接到输出电容器CO的负载电阻器RL是可以连接到PSFB转换器并由PSFB转换器提供的任何负载的占位。用于驱动功率电子开关的驱动信号VGA、VGB、VGC和VGD(即，在本示例中，用于驱动晶体管MA、MB、MC和MD的栅电极的栅极电压)可以使用任何已知技术生成。通常使用脉宽调制来调制驱动信号，以便调节输出电压VOUT。用于驱动MOSFET的合适的栅极驱动器电路已是公知的并且因而在此不再讨论。图1所示的开关转换器拓扑允许所有功率电子开关用零电压开关(ZVS)进行开关，从而实现相对较低的开关损耗和有效的功率转换。图2包括时序图，示出了用于驱动MOSFETMA、MB、MC和MD的控制信号、流过电感器LP1和LP2的所产生的电感器电流iLP1和iLP2以及流过续流二极管D1和D2的相应的二极管电流iD1和iD2(也称为循环电流)的示例。所描绘的波形表示图1的PSFB转换器在满载(标称输出电压VOUT下的指定最大输出电流)和指定输入电压范围的最小输入电压(例如350V)下的操作。在该情况下，初级侧上的循环电流处于其最小值，并且转换器效率高。可以在图2的底部图中看到，循环电流iD1，iD2的具有约6安培的峰值的尖峰非常短(仅几纳秒)。针对PSFB转换器在满载和指定输入电压范围的标称输入电压(例如400V)下操作的情况，图3包括与图2相同的波形。可以看到，在该情况下，与图2所示的情况相比，循环电流iD1、iD2较高，并且续流二极管D1和D2处于正向偏置状态的时间要长得多。与图2所示的情况相比，效率较低。较高的输入电压使输出电压控制器电路(图1中未显示)在驱动信号VGA的上升沿与驱动信号VGD的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相移全桥开关转换器，包括：/n晶体管全桥，其包括第一半桥和第二半桥，所述第一半桥包括第一高侧晶体管(M

【技术特征摘要】
20190409 EP 19168114.71.一种相移全桥开关转换器，包括：
晶体管全桥，其包括第一半桥和第二半桥，所述第一半桥包括第一高侧晶体管(MA)和第一低侧晶体管(MB)，所述第二半桥包括第二高侧晶体管(MC)和第二低侧晶体管(MD)；以及
控制器电路，其被配置为生成用于所述第一高侧晶体管(MA)的第一驱动信号(VGA)、用于所述第一低侧晶体管(MB)的第二驱动信号(VGB)、用于所述第二高侧晶体管(MC)的第三驱动信号(VGC)和用于所述第二低侧晶体管(MD)的第四驱动信号(VGD)，
其中，所述第一驱动信号(VGA)和所述第二驱动信号(VGB)是周期性的，具有循环周期(TPWM)并被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于所述循环周期(TPWM)的一半，
其中，所述第三驱动信号(VGC)和所述第四驱动信号(VGD)是周期性的，具有循环周期(TPWM)并被脉宽调制，并且彼此之间具有的时间偏移等于所述循环周期(TPWM)的一半，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号(VGA，VGB)相对于所述第三驱动信号和所述第四驱动信号(VGC，VGD)相移，并且
其中，所述控制器电路被配置为生成所述第一驱动信号(VGA)，以使得当所述第三驱动信号(VGC)指示接通所述第二高侧晶体管(MC)时，所述第一高侧晶体管(MA)被关断，并且所述控制器电路被配置为生成所述第二驱动信号(VGB)，以使得当所述第四驱动信号(VGD)指示接通所述第二低侧晶体管(MD)时，所述第一低侧晶体管(MB)被关断。


2.根据权利要求1所述的开关转换器，
其中，所述控制器电路被配置为将第一驱动信号(VGA)和第二驱动信号(VGB)以及所述第三驱动信号(VGC)和所述第四驱动信号(VGD)生成为具有50％的占空比的脉宽调制信号。


3.根据权利要求1或2所述的开关转换器，
其中，所述相移确定了所述开关转换器的输出电压(VOUT)。


4.根据权利要求3所述的开关转换器，
其中，所述控制器电路被配置为取决于所述开关转换器的所述输出电压(VOUT)来设置所述相移。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的开关转换器，
其中，所述第一高侧晶体管(MA)和所述第一低侧晶体管(MB)连接在第一电路节点(N1)处，并且所述第二高侧晶体管(MC)和所述第二低侧晶体管(MD)连接在第二电路节点(N2)处；所述第一半桥和所述第二半桥都连接在第一供电节点(VIN)和第二供电节点(GND)之间；
其中，所述开关转换器还包括：
串联电路，其包括连接在第三电路节点(N3)处的第一电感器(LP1)和第二电感器(LP2)；所述串联电路连接在所述第一电路节点(N1)和所述第二电路节点(N2)之间；
耦合在所述第三电路节点(N3)和所述第一供电节点(VIN)之间的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·埃斯库德罗罗德里格斯，MA·库查克，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT