[發(fā)明專(zhuān)利]用于串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的混合控制技術(shù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210163382.0
• 申請(qǐng)日: 2012-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102810985B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔恒碩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 快捷半導(dǎo)體（蘇州）有限公司;飛兆半導(dǎo)體公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/28
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/28
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11287
• 代理人: 劉國(guó)偉

相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考

本申請(qǐng)案主張于2011年5月25日申請(qǐng)的第61/489,856號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案的權(quán)益，其以全文引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC/DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，且更明確地說(shuō)，涉及用于串聯(lián)諧振DC/DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的混合控制技術(shù)。

背景技術(shù)

切換模式電源(SMPS)(比如升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器及反激式轉(zhuǎn)換器)利用自輸入到輸出的電壓電平變換而執(zhí)行直流(DC)到直流轉(zhuǎn)換。這些類(lèi)型的電源轉(zhuǎn)換器通常使用切換裝置(比如雙極結(jié)型晶體管(BJT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET))，其中切換頻率及脈沖寬度經(jīng)調(diào)制以控制轉(zhuǎn)換器的操作參數(shù)(比如電壓增益或衰減)。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題是根據(jù)輸出負(fù)載而改變的切換頻率增大到不合意的水平，以便調(diào)節(jié)在輕載或空載條件下的輸出電壓。較高切換頻率不合意的原因是，即使一次側(cè)開(kāi)關(guān)在零電壓條件下開(kāi)啟(稱(chēng)為零電壓切換或ZVS)，但它們沒(méi)有在零電壓條件下斷開(kāi)，這導(dǎo)致硬切換。因此，在輕載條件下的極高的切換頻率通常導(dǎo)致高切換損耗。

發(fā)明內(nèi)容

通常，本發(fā)明提供用于在正常負(fù)載及輕載兩者條件下的最佳操作的對(duì)串聯(lián)諧振DC到DC轉(zhuǎn)換器的混合控制技術(shù)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，與允許零電壓切換的新的脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)一起使用將脈沖頻率調(diào)制(PFM)與上限頻率閾值組合新的混合控制技術(shù)。這些技術(shù)在變化的負(fù)載條件下控制轉(zhuǎn)換器，同時(shí)在一次側(cè)維持兩個(gè)開(kāi)關(guān)中的至少一者的零電壓切換。基于來(lái)自轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的反饋的反饋補(bǔ)償信號(hào)(Vcomp)被提供給PFM電路以確定在正常負(fù)載條件下的切換頻率。然而，切換頻率被箝位電壓(Vclmp)限制在高端以避免切換頻率的過(guò)分增加。Vcomp信號(hào)同樣被提供給PWM電路以確定在輕載條件下的占空比。PWM同樣經(jīng)配置以產(chǎn)生切換模式，所述切換模式經(jīng)設(shè)計(jì)以通過(guò)確保針對(duì)兩個(gè)開(kāi)關(guān)中的一者實(shí)現(xiàn)零電壓切換(ZVS)而使切換損耗最小化。

附圖說(shuō)明

所主張的標(biāo)的物的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)將從與其一致的實(shí)施例的下文更詳細(xì)的描述中顯而易見(jiàn)，其描述應(yīng)參照附圖加以考慮，其中：

圖1說(shuō)明與本發(fā)明的各種實(shí)施例一致的DC到DC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)；

圖2說(shuō)明與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例一致的各種信號(hào)的時(shí)序圖；

圖3說(shuō)明與本發(fā)明的各種實(shí)施例一致的DC/DC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的替代性實(shí)施例。

圖4說(shuō)明與本發(fā)明的替代性實(shí)施例一致的各種信號(hào)的時(shí)序圖；

圖5說(shuō)明與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例一致的在PWM模式下的切換模式的時(shí)序圖；

圖6說(shuō)明與本發(fā)明的各種實(shí)施例一致的DC到DC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的各種性能參數(shù)；以及

圖7說(shuō)明與本發(fā)明一致的示范性實(shí)施例的操作流程圖。

盡管下文詳細(xì)描述將參考說(shuō)明性實(shí)施例來(lái)進(jìn)行，但許多代替案、修改及其變化對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。

具體實(shí)施方式

通常，本發(fā)明提供用于在正常負(fù)載及輕載兩者條件下的最佳操作的對(duì)串聯(lián)諧振DC到DC轉(zhuǎn)換器的混合控制技術(shù)。在傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題是根據(jù)輸出負(fù)載而改變的切換頻率增大到不合意的水平，以便調(diào)節(jié)在輕載或空載條件下的輸出電壓。較高切換頻率不合意的原因是，即使一次側(cè)開(kāi)關(guān)在零電壓條件下開(kāi)啟(稱(chēng)為零電壓切換或ZVS)，但它們沒(méi)有在零電壓條件下斷開(kāi)，這導(dǎo)致硬切換。因此，在輕載條件下的極高的切換頻率通常導(dǎo)致高切換損耗。一種現(xiàn)有的在輕載條件下限制切換頻率增大的方法是所謂的突發(fā)模式操作，其中切換操作周期性地暫停且接著重新開(kāi)始。然而，因?yàn)楫?dāng)切換操作暫停時(shí)輸出電壓下降，所以突發(fā)模式操作經(jīng)常引起在輸出電壓上的太多的波紋。突發(fā)模式操作的另一個(gè)問(wèn)題是由突發(fā)的開(kāi)關(guān)循環(huán)所產(chǎn)生的可聽(tīng)噪音。

阻止極高的切換頻率的另一種可能的方法是在輕載條件下使用常規(guī)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)操作。在常規(guī)的PWM下，從斷開(kāi)開(kāi)關(guān)Q1到開(kāi)啟開(kāi)關(guān)Q2的停滯時(shí)間(Q1到Q2的停滯時(shí)間)與Q2到Q1的停滯時(shí)間相同，且停滯時(shí)間隨著負(fù)載減小而增大以完成PWM操作。這種方法不會(huì)導(dǎo)致增加的輸出電壓波紋或可聽(tīng)噪音。然而，由于越來(lái)越長(zhǎng)的停滯時(shí)間，Q1及Q2的零電壓切換受到損耗。