使用噪声滤波器驱动LLCDC-DC转换器的同步整流器的方法和系统技术方案

LLC功率转换器包括开关级和谐振回路，开关级被配置成以开关频率开关输入电力以将开关电力施加到谐振回路，并且谐振回路包括谐振电感器、谐振电容器和并联电感。变压器具有连接至谐振回路的初级绕组和次级绕组。同步整流器(SR)开关被配置成选择性地开关来自次级绕组的电流以向负载供应经整流的电流。RC滤波器包括跨SR开关连接的滤波电容器和滤波电阻器，其中滤波电容器限定其两端的滤波电容器电压。整流器驱动器被配置成响应于滤波电容器电压小于阈值而将SR开关驱动到导通状态。小于阈值而将SR开关驱动到导通状态。小于阈值而将SR开关驱动到导通状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用噪声滤波器驱动LLC DC
‑
DC转换器的同步整流器的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该PCT国际专利申请要求于2019年1月24日提交的美国临时专利申请第62/796,536号和于2019年1月24日提交的美国临时专利申请第62/796,547号的权益，其全部内容为通过引用并入本文中。


[0003]本公开内容总体上涉及电感器
‑
电感器
‑
电容器(LLC)型功率转换器，并且更具体地涉及对LLC功率转换器中的同步整流器的控制。

技术介绍

[0004]通常使用开关电源来实现高效率和高功率密度。谐振dc
‑
dc转换器是一种类型的流行的开关电源。一种类型的谐振转换器——LLC DC
‑
DC转换器——广泛用在电源应用中。该电路得益于简单、低成本、高效率和软开关。这样的LLC DC
‑
DC转换器包括用于将交流(AC)电力转换为直流(DC)的整流器。这样的整流器可以包括一个或更多个整流二极管和/或一个或更多个开关例如开关晶体管(也称为同步整流器(SR))，用于将AC电力转换为DC。由于整流二极管的正向压降，在某些应用中，尤其是具有低输出电压和高负载电流的那些应用中，整流二极管的损耗显著。因此，SR典型地用于高负载电流LLC dc
‑
dc转换器以减少次级损耗。
[0005]场效应晶体管(FET)例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件通常用作SR应用中的开关。MOSFET器件的一个设计特征是它们的结构限定了以下体二极管：该体二极管的功能是允许沿一个方向的电流流动并且阻断沿相反方向的电流流动。在高负载电流应用中，SR的体二极管的损耗远高于SR的传导损耗，因此转换器的最佳效率取决于SR栅极驱动信号的井调整。一般地，当检测到SR两端的电压连续达到正向压降(VF)达数纳秒时，SR接通；并且当检测到SR两端的电压达到零时，SR关断。然而，现实世界的SR器件还具有被建模为与SR串联的电感器的寄生电感，并且寄生电感可能会导致SR过早关断。
[0006]已经提出补偿器电路来解决SR过早接通的问题，其中一些使用数字检测方法通过检测SR的体二极管的接通来接通SR。然而，当流过SR的电流减小为零时，在高负载电流下，SR两端仍然可能存在振铃电压。当振铃电压的最小值接近零时，SR的体二极管变为接通。这导致SR过早接通并产生不期望的和低效的操作。

技术实现思路

[0007]本公开内容提供了一种LLC功率转换器，该LLC功率转换器包括开关级和谐振回路，该开关级被配置成以开关频率开关输入电力以将开关电力施加到谐振回路，并且该谐振回路包括谐振电感器、谐振电容器和并联电感。LLC功率转换器还包括具有连接至谐振回路的初级绕组和次级绕组的变压器。同步整流器(SR)开关被配置成选择性地开关来自次级
绕组的电流以向负载供应经整流的电流。LLC功率转换器还包括滤波器，该滤波器包括跨SR开关连接的滤波电容器和滤波电阻器，其中滤波电容器限定其两端的滤波电容器电压。整流器驱动器被配置成响应于滤波电容器电压小于阈值而将SR开关驱动到导通状态。
[0008]本公开内容还提供了一种操作LLC功率转换器的方法。该方法包括：感测跨LLC功率转换器的同步整流器(SR)开关连接的电阻器
‑
电容器(RC)滤波器的滤波电容器两端的滤波电容器电压；将滤波电容器电压与阈值电压进行比较；以及响应于滤波电容器电压小于阈值电压而将SR开关驱动到导通状态。
附图说明
[0009]本专利技术的设计的其他细节、特征和优点由参照相关联附图的实施方式示例的以下描述得到。
[0010]图1是机动车辆的配电系统的示意框图；
[0011]图2是根据本公开内容的一些实施方式的多相LLC功率转换器的示意图；
[0012]图3是根据本公开内容的一些实施方式的单相LLC功率转换器的示意图；
[0013]图4示出了根据本公开内容的一些实施方式的具有关于公共时间尺度的LLC功率转换器中的电压线和电流线的图表；
[0014]图5A是等效于图3中所示的单相LLC功率转换器的电路的示意图；
[0015]图5B是在电压振铃时间期间等效于图5A中所示的单相LLC功率转换器的电路的示意图；
[0016]图5C是等效于图5B中所示的单相LLC功率转换器的电路的示意图；
[0017]图6是具有等效RC滤波器的图5C中所示的单相LLC功率变换器的示意图；
[0018]图7是具有耦接至SR1和SR2中的每一个的RC滤波器和驱动器的等效于图3中所示的单相LLC功率变换器的电路的示意图；
[0019]图8A是示出了根据本公开内容的一些实施方式的单相LLC功率转换器的各种参数的线的图表；
[0020]图8B是示出了根据本公开内容的一些实施方式的单相LLC功率转换器的各种参数的线的图表；
[0021]图9是示出了根据本公开内容的一些实施方式的具有不同输入电压的单相LLC功率转换器的效率的线的图表；
[0022]图10是示出了根据本公开内容的一些实施方式的多相LLC功率转换器的效率线对输出电流的线的图表；以及
[0023]图11示出了根据本公开内容的一些实施方式的操作LLC功率转换器的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
[0024]参照附图，将结合以下实施方式详细描述本专利技术。在本公开内容中，分析了SR两端的振铃电压，并且提出了用于LLC dc
‑
dc转换器的过零滤波器。通过使用该滤波器，LLC dc
‑
dc转换器可以很好地工作并且在高负载电流下保持高效率。
[0025]图1是示出具有多个车轮14的机动车辆12的配电系统10的示意图。配电系统10包
括高电压(HV)总线20，该高电压(HV)总线20连接至HV电池22以向电机24供应电力，电机24被配置成驱动车轮14中的一个或更多个。HV总线20可以具有250VDC
‑
430VDC的标称电压，但是可以使用其他电压。经由牵引变流器26例如变频交流(AC)驱动器和高电压DC
‑
DC转换器28向电机24供应电力。高电压DC
‑
DC转换器28向牵引变流器26供应经滤波和/或经调节的DC电力，经滤波和/或经调节的DC电力具有可以大于、小于或等于HV总线20的DC电压的电压。低电压DC
‑
DC转换器(LDC)30连接至HV总线20并且被配置成经由低电压(LV)总线34向一个或更多个LV负载32供应LV电力。LDC 30的额定功率可以为1kW
‑
3kW，但是额定功率可以更高或更低。LV负载32可以包括例如照明设备、音频设备等。LDC 30可以被配置成向低电压负载32供应具有例如9VDC
‑
16VDC的电压的DC电力，但是可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作LLC功率转换器的方法，包括：感测跨电阻器
‑
电容器(RC)滤波器的滤波电容器两端的滤波电容器电压，所述电阻器
‑
电容器(RC)滤波器跨所述LLC功率转换器的同步整流器(SR)开关连接；将所述滤波电容器电压与阈值电压进行比较；以及响应于所述滤波电容器电压小于所述阈值电压而将所述SR开关驱动到导通状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值电压是0.0V。3.根据权利要求1所述的方法，其中，感测所述滤波电容器电压、将所述滤波电容器电压与阈值电压进行比较以及将所述同步整流器驱动到所述导通状态的步骤针对连接至变压器的次级绕组的两个SR开关中的每一个分别执行。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：启用所述LLC功率转换器的多个LLC相，其中，被启用的所述多个LLC相的数量刚好与满足所述多相LLC功率转换器的输出电流所需的一样多。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：以超过300kHz的开关频率切换开关级的一个或更多个高速开关，以将开关电力施加到所述LLC功率转换器的谐振回路。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：从250VDC到430VDC的输入电力供应9.0VDC到16.0VDC的输出电压。7.一种LLC功率转换器，包括：开关级和谐振回路，所述开关级被配置成以开关频率切换输入电力以将开关电力施加到所述谐振回路，并且所述谐振回路包括谐振电感器、谐振电容器和并联电感；变压器，其具有连接至所述谐振回路的初级绕组和次级绕组；同步整流器(SR)开关，其被配置成选择性地切换来自所述次级绕组的电流以向负载供应经整流的电流；滤波器，其包括跨所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周翔，刘文搏，盛波，陈扬，安德鲁，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：