ＺＶＳ变换器在谐振工作频率下的控制模式制造技术

零电压切换电压变换器包括多个开关的切换网络，以响应输入电压源和开关控制信号产生控制信号。电路响应控制电流产生经稳压的输出电压。控制电路产生开关控制信号，其中该开关控制信号使多个开关工作在零电压切换电压变换器的谐振频率下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及零电压切换变换器，更具体地涉及零电压切换电压变换器在其谐振频 率下的操作。
技术介绍
ZVS (零电压切换)DC/DC变换器是D/C/DC电压变换器。当ZVC变换器工作在零电 压或工作在零电平电流切换时，控制与ZVS变换器关联的开关晶体管的切换频率的常见方 法是使用可变切换频率。由于电路不是一直工作在其谐振频率下，这种控制方法不能有效 地完成固有的元件布设。由于谐振频率提供ZVS变换器最有效的工作频率，因此具有工作 在其谐振频率下的ZVS变换器具有高得多的效率水平。对ZVS变换器而言，工作在谐振频 率的能力在仍然使MOSFET开关晶体管工作在较低平均频率的同时还对ZVS变换器中的高 频变压器提供了设计能力。在某些实现中，这将使ZVS变换器的变压器具有小得多的结构。
技术实现思路
本文披露和描述的本专利技术的一个方面包括零电压切换变换器。零电压切换变换器 包括含响应输入电压源和开关控制信号产生控制电流的多个开关的切换网络。电路响应控 制信号产生经调整的输出电压。控制电路产生开关控制信号，其中开关控制信号在零电压 切换稳压器的谐振频率下操纵多个开关。附图说明为了更完整的理解，现在结合附图参阅下面的说明，在附图中图1是ZVS DC/DC变换器的示意图；图2a和2b示出在不同切换频率下流过ZVS变换器的MOSFET开关的电流；图3是描述根据开关晶体管工作在谐振频率下的控制模式的图1电路操作的流程 图；图4示出基于等于一半谐振频率的固定接通时间和一半谐振频率的倍数的离散 断开时间的控制方法的操作；图5示出基于磁滞控制和ZVS模式检测以使ZVS变换器保持工作在谐振频率下的 控制方法；以及图6是用于控制PWM信号以维持固定稳压的输出电压的电路的方框图。具体实施例方式现在参见附图，其中相同附图标记在本文中用来表示相同的要素，给出和描述了 谐振工作频率下ZVS变换器的控制模式的各附图和实施例并描述了其它可行实施例。附图 不一定按比例绘出，在某些情形下附图仅以示例为目的被夸大和/或简化。本领域内技术 人员应当理解基于可行实施例下述实例的许多可行的应用和变化。ZVS (零电压切换)DC/DC变换器是DC/DC电压变换器。当ZVS变换器工作在零电 压或工作在零电平电流切换时，控制与ZVS变换器关联的开关晶体管的切换频率的常见方 法是使用可变切换频率。由于电路不是一直工作在其谐振工作频率下，这种控制方法不能 有效地完成谐振布设。由于谐振频率包含ZVS变换器最有效的工作频率，因此具有一直工 作在其谐振频率能力的ZVS变换器具有高得多的效率水平。这种设计在仍然使MOSFET开 关晶体管工作在较低平均频率的同时还对ZVS中的高频变压器提供了设计能力。在某些限 制条件下，这将使ZVS变换器的变压器具有小得多的结构。现在参见附图，更具体地参见图1，图中示出ZVS(零电压切换)变换器102的示 意图。直流电压源104连接在节点106和接地节点108之间。电压源104将DC输入电压 提供给ZVS变换器102。输入电压源104将输入电压提供给由半桥驱动器控制电路112、上 端开关晶体管114和下端开关晶体管116构成的受控开关网络110。上端开关晶体管114 和下端开关晶体管116包括MOSFET晶体管，它们的栅极各自连接成从半桥驱动器112接收 控制信号。上端开关晶体管114是漏极/源极路径连接在节点106和节点118之间的P沟 道或N沟道晶体管。下端开关晶体管116包括其漏极/源极路径连接在节点118和接地节 点108之间的P或N沟道晶体管。受控开关网络110的输出从节点118提供至谐振腔电路 120。谐振腔电路120包括连接在节点118和节点124之间的电容器122以及连接在节点 124和节点128之间的电感器126。谐振腔电路120还包括连接在节点128和接地节点108 之间的第二电感器130。理想变压器132在节点128和节点108连接于谐振腔电路120。变压器132的初 级侧134在节点128和节点108之间并联于电感器130。变压器132的次级侧136包括连 接在节点138和节点140之间的中间抽头的变压器。变压器132的次级侧136还在接地的 节点142处具有中央抽头。非受控整流器144在节点138和节点140处连接于变压器的次 级侧。非受控整流器144包括第一二极管146和第二二极管148。二极管146的阳极连接 于节点138且其阴极连接于节点160。在替代实施例中，二极管146可由MOSFET取代。第 二二极管148的阳极连接于节点140且其阴极连接于节点150。类似于第一二极管146，第 二二极管也可由同步整流器MOSFET晶体管代替。从节点150提供的非受控整流器144输 出连接有由电容器152构成的低通滤波器。电容器152连接在节点150和接地节点108之 间。负载154与低通滤波器并联地连接在节点150和接地节点108之间。输出电压Vqut从 节点150提供。当设计谐振腔120时，与ZVS电路所期望的真实谐振频率一直存在偏差。为了一 直在该谐振频率下切换开关晶体管，ZVS检测电路将监测开关114和116两侧的电压并在 谐振频率下接通开关以激活ZVS。现在参见图2a和2b，图中示出针对开关晶体管比图2b所示切换频率更接近谐振 频率的第一切换频率的循环电流202。图2a和2b各自示出的方波204表示图1节点118的电压。开关切换频率进一步背离谐振频率的偏移使由阴影区206表示的循环能随着开关 的切换频率越来越远离谐振频率而增大。通过开关晶体管的循环电流增大造成更多功率损 失并增加了系统中的电磁干扰。将驱动信号分别提供给开关晶体管114、116的半桥驱动器 电路112减少了这些问题，所述驱动信号接近ZVS变换器的谐振频率。现在参见图3，图中示出使用半桥驱动器112控制ZVS变换器的切换频率的一种方 法的流程图。一开始，在步骤302在开关节点确定电感器电流过零，零电压切换通过监视晶 体管114和116两侧的电压确定，随后在步骤302通过监视MOSFET开关116的漏极一源极 两侧的电压而调节切换频率以使其同步于节点118处的零电压瞬变来确定的。在步骤304 响应电流过零调节变换器的切换频率以使晶体管114和116的切换频率大致等于谐振频 率。随后在步骤306使ZVS变换器的开关晶体管114、116工作在已建立的谐振频率下。所提出的控制技术通过一直在谐振频率下切换开关晶体管114、116而解决了参 照图2a、2b所述的问题。该控制方法的目的是提供在更为有效工作频率的谐振频率下工作 的能力。该方法还提供了设计高频变压器但仍然使MOSFET开关晶体管工作在较低平均频 率下的能力。在隔离式拓朴结构中，这使变压器132更小。该电路还能运行在较高频率下 而不会有与高频切换关联的损失。在一个实例中，假设切换频率为2MHz且谐振频率为2MHz，如果晶体管114导通 250纳秒(50%占空比)，则由电容器122和电感器126构成的谐振腔在2MHz下谐振。因 此，如果晶体管116从NX250纳秒开始导通(N为等于1、3、5……等的整数)，则谐振腔能 量被转移至输出节点150并开始衰弱。假设N = 3，开关114导通且MOSF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零伏开关电压变换器，包括：包含多个开关以响应输入电压源和开关控制信号产生控制电流的开关网络；响应所述控制电流产生经稳压的输出电压的电路；以及产生开关控制信号的控制电路，其中所述开关控制信号使多个开关工作在所述零伏开关电压变换器的谐振频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：萨基摩苏伊，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]