[發明專利]虛擬參數高壓側MOSFET驅動器

在審

• 申請號: 201180053957.7
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN103201939A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: M·塔萊弗斯;B·沙菲波爾
• 申請（專利權）人: 弗萊克斯電子有限責任公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;龐淑敏

技術領域

本發明涉及電源領域。更具體而言，本發明涉及僅初級受控的準諧振轉換器。

背景技術

多年來已經發展了若干種功率轉換器拓撲，其旨在改善功率轉換器的功率密度和切換效率。新的轉換器拓撲的新興焦點是提供用以減小或消除轉換器切換損耗同時增大切換頻率的手段。更低損耗和更高切換頻率意味著更高效的轉換器，更高效的轉換器可以減小轉換器部件的尺寸和重量。附加地，隨著諸如由脈沖寬度調制(PWM)操作的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)開關的高速復合半導體開關的引入，最近的正激式(forward)和反激式(flyback)拓撲現在能夠在提高很多的切換頻率(諸如像高達1.0MHz)操作。

然而，切換頻率的增大會導致切換和部件應力相關損耗的相應增大，以及由于半導體開關在高電壓和/或高電流水平的快速切換的原因，導致增大的電磁干擾(EMI)、噪聲和切換換向問題。此外，現代電子部件被預期在小空間中高效地執行多個功能，并且具有最小的不期望副作用。比如，提供相對高功率密度和高切換頻率的傳統電壓轉換器還應包括整齊有序的電路拓撲，提供輸出或″負載″電壓與輸入或″源″電壓的隔離，并且還提供可變的升壓或降壓電壓變換。

在減小或消除切換損耗和減小EMI噪聲的努力中，″諧振″或″軟″切換技術的使用已經在本領域中被更多地采用。諧振切換技術應用到傳統功率轉換器拓撲提供了許多針對高密度和高頻率的許多優點從而減小或消除切換應力并且減小EMI。然而，提供對功率開關的控制所需要的復雜性以及與該復雜控制關聯的部件形成了在商業應用中的有限使用。

在減小或消除切換損耗和減小高切換頻率造成的EMI噪聲的努力中，更多地采用″諧振″或″軟″切換技術。諧振切換技術通常包括與半導體開關串聯的電感器-電容器(LC)子電路，該電感器-電容器(LC)子電路在被啟用時在轉換器內形成諧振子電路。另外，在切換周期期間對諧振開關的控制周期計時以用各自跨過轉換器部件的特定電壓和電流條件來對應，這允許在零電壓和/或零電流條件下切換。零電壓切換(ZVS)和/或零電流切換(ZCS)固有地減小或消除許多頻率相關切換損耗。使用諧振切換技術已經形成了若干個功率轉換器拓撲，例如像是Telefus等人的美國專利5,694,304，題為″High?Efficiency?Resonant?Switching?Converters″(Telefus)，其通過引用結合于此；Henze等人的美國專利5,057,986，題為″Zero?Voltage?Resonant?Transition?Switching?Power?Converter″(Henze)，其通過引用結合于此；Jitaru的美國專利5,126,931，題為″Fixed?Frequency?Single?Ended?Forward?Converter?Switching?at?Zero?Voltage″(Jitaru)，其通過引用結合于此；以及Archer的美國專利5,177,675，題為″Zero?Voltage，Zero?Current，Resonant?Converter″(Archer)，其通過引用結合于此。

具體而言，Henze描述用于在諸如1.0MHz或更大的非常高切換頻率操作的單端DC-DC反激式拓撲。在Henze中，多個脈沖寬度調制(PWM)開關被用于實現零電壓諧振轉換開關。Jitaru特別描述了采用零電壓和/或零電流諧振技術的已知正激式和/或反激式轉換器拓撲的變型。Jitaru特別描述使用諧振切換技術來在恒定頻率操作的正激式轉換器拓撲。Archer描述在諧振反激式拓撲中的、使用與主變壓器的初級或次級繞組并聯插入的諧振變壓器組件的零電壓和零電流切換技術。

這種諧振切換技術向傳統功率轉換器拓撲的應用，提供了針對高密度、高頻率轉換器的許多優點，諸如準正弦電流波形，轉換器的電子部件上減小的或消除的切換應力，減小的頻率依賴損耗，和/或減小的EMI。然而，在控制零電壓切換和/或零電流切換期間引起的能量損耗，以及在驅動和控制諧振裝置期間引起的損耗仍然成問題。比如，一些研究人員已經結合諧振轉換器電路實施有源箝位電路，從而在減小其許多副作用的同時實現高頻率切換的益處。參考例如上文通過引用而被結合的授予Telefus的美國專利。