CN102969903A - 用于谐振转换器的保持时间延长电路和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于谐振转换器的保持时间延长电路和方法。所述电路可以包括：线圈(La2，La3，La4，La5)，该线圈耦合到所述谐振转换器中的变压器的初级侧的磁化电感；阻抗元件(Lb2，Rb3，Rb4，Lb5)，该阻抗元件与所述线圈(La2，La3，La4，La5)连接；以及开关电路(211，311，411，511)，该开关电路连接于所述阻抗元件(Lb2，Rb3，Rb4，Lb5)和所述线圈(La2，La3，La4，La5)之间，其中，当谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，所述开关电路(211，311，411，511)导通，使得所述谐振转换器的输出电压通过所述磁化电感(Lm)感应到所述线圈(La2，La3，La4，La5)并在所述线圈中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。

Description

用于谐振转换器的保持时间延长电路和方法

技术领域

本公开涉及用于延长谐振转换器的保持时间的电路和方法。

背景技术

目前市场上对功率变换的效率要求越来越高，例如，80plus铂金标准要求在半负载情况下达到大于94％的效率。谐振转换器(Resonantconverter)由于具有高效、高频及高功率密度等特点而正得到日益广泛的应用。

图1A是示出了一种半桥式谐振转换器的示意性电路图。如图1A所示，VDC表示电源，103表示负载。该半桥式谐振转换器包括两个开关元件Q1和Q2(图中将这两个元件示出为场效应晶体管)、控制器101以及变压器T1。开关元件Q1和Q2连接到变压器T1的初级线圈。在工作时，控制器101控制这两个开关元件Q1和Q2交替导通，以对变压器T1的初级线圈进行充电和放电。另外，该半桥式谐振转换器还包括谐振电路102。该谐振电路102包括谐振电容Cr、谐振电感Lr以及磁化电感Lm。这里，Lm表示变压器T1的初级侧的磁化电感。另外，该谐振转换器还包括二极管D1、D2和输出电容Cout构成的整流电路，这里不作详述。

图1B是示出了一种全桥式谐振转换器的示意性电路图。如图1B所示，该全桥式谐振转换器的电路结构与图1A所示的半桥式谐振转换器相似，不同之处在于，该全桥式谐振转换器包括4个开关元件Q1、Q2、Q5和Q6。这4个开关元件Q1、Q2、Q5和Q6连接到变压器T1的初级线圈，其中，Q1和Q6组成一对且同时导通和关断，而Q2和Q5组成另一对且同时导通和关断。控制器101控制这两对开关元件交替导通，以对变压器T1的初级线圈进行充电和放电。

发明内容

本公开的发明人发现，在谐振转换器的转换效率与保持时间(这里所述的保持时间(hold up time)是指当输入电压不正常(如输入电压突然降低)时保持提供到负载的输出电压的时间量)性能之间通常需要折衷考虑，例如，可以通过增大磁化电感Lm来提高转换效率并降低谐振转换器中的开关元件(如图1A所示的场效应晶体管Q1和Q2)的开关损耗，但是，另一方面，增大磁化电感Lm也会导致谐振转换器的保持时间大大降低。本公开的实施例提供了一种用于谐振转换器的保持时间延长电路和方法，利用该电路和方法，能够在不降低谐振转换器的转换效率的情况下大大延长谐振转换器的保持时间。

在下文中给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是对本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅权是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于谐振转换器中的电路，该电路可以包括：线圈，该线圈耦合到所述谐振转换器中的变压器的初级侧的磁化电感；阻抗元件，该阻抗元件与所述线圈连接；以及开关电路，该开关电路连接于所述阻抗元件和所述线圈之间，其中，当谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，所述开关电路导通，使得所述谐振转换器的输出电压(变压器的次级侧)通过所述磁化电感感应到所述线圈并在所述线圈中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。

根据本公开的一个方面，提供了一种延长谐振转换器的保持时间的方法。该方法可以包括：检测谐振转换器的输入电压是否发生低于一预定阈值；以及当所述谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，使所述谐振转换器的输出电压(变压器的次级侧)通过所述谐振转换器的变压器而感应回到所述变压器的初级侧，以在初级侧的磁化电感中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。根据具体实施例，可以通过将上述用于谐振转换器中的电路连接到谐振转换器的变压器的初级侧的磁化电感来实施上述方法。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本公开的优选实施例和解释本公开的原理和优点。在附图中：

图1A是示出了根据相关技术的半桥式谐振转换器的示意性电路图；

图1B是示出了根据相关技术的全桥式谐振转换器的示意性电路图；

图2A是示出了应用了根据本公开一实施例的保持时间延长电路的谐振转换器的示意性电路图；

图2B是示出了应用了图2A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图2C是示出了应用了图2A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图3A是示出了应用了根据本公开另一实施例的电路的谐振转换器的示意性电路图；

图3B是示出了应用了图3A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图3C是示出了应用了图3A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图4A是示出了应用了根据本公开另一实施例的电路的谐振转换器的示意性电路图；

图4B是示出了应用了图4A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图4C是示出了应用了图4A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；

图5A是示出了应用了根据本公开另一实施例的电路的谐振转换器的示意性电路图；

图5B是示出了应用了图5A所示的保持时间延长电路的另一谐振转换器的示意性电路图；以及

图6是示出根据本公开的一个实施例的延长谐振转换器的保持时间的方法的示意性流程图。

本领域技术人员应当理解，附图中的各个部件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而不是按比例绘制的。例如，附图中某些部件的尺寸可能相对于其他部件放大或缩小了，这是为了有助于提高对本公开实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构和/或部件，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

本公开的实施例提供了能够延长谐振转换器的保持时间的电路和方法。

本公开的发明人发现，谐振转换器的保持时间参数取决于谐振电容器上的电压振幅。在输出电压保持阶段，谐振电容器上的电压振幅越高，则保持时间越长。可以通过降低磁化电感Lm来降低谐振电容器上的电压振幅，从而延长保持时间，但是，降低磁化电感Lm会增加谐振转换器中的开关元件(如图1A所示的MOSFET Q1和Q2等)在正常工作期间的开关损耗。根据本公开的实施例的保持时间延长电路可连接到谐振转换器的变压器的初级侧的磁化电感。当谐振转换器的输入电压不正常(如降低到一预定阈值)时，该电路开始工作，以增加流过谐振转换器的谐振电容器的磁化电流，从而增加谐振电容器上的电压振幅，延长谐振转换器的保持时间。由于根据本公开的实施例的保持时间延长电路仅在保持阶段(即输入电压不正常时)工作，因此，其不会影响到谐振转换器正常工作期间的转换效率。

图2A是示出应用了根据本公开一实施例的保持时间延长电路的谐振转换器的示意性电路图。如图2A所示，根据本公开一实施例的保持时间延长电路210可被应用于一种半桥式谐振转换器电路中。

该保持时间延长电路210包括辅助线圈La2、阻抗元件Lb2以及具有开关元件Q32和开关元件Q42的开关电路211。线圈La2耦合到谐振转换器的变压器T1的初级侧的磁化电感Lm(该磁化电感Lm既可设置于该初级线圈内，也可以作为分离元件设置于初级线圈之外，这里不作详述)。阻抗元件Lb2连接于线圈La2与包括开关元件Q32和开关元件Q42的开关电路之间。在该实施例中，阻抗元件Lb2被示出为电感元件(作为其他实施例，该电感元件还可以替换为电阻元件)，开关电路中的开关元件Q32和Q42均被示出为场效应晶体管(MOSFET)。具体地，电感元件Lb2的一端(称为电感元件Lb2的第一端)连接到线圈La2的一端(称为线圈La2的第一端)，另一端(称为电感元件Lb2的第二端)连接到开关电路。在图2A所示的实施例中，电感元件Lb2的第二端连接到开关元件Q32的漏极。开关元件Q32的源极与开关元件Q34的源极彼此连接并接地。开关元件Q32和Q34的栅极分别连接到谐振转换器的控制器101。图2A所示的谐振转换器的其他部分与图1A所示的电路相似，这里不作重复。

控制器101对开关元件Q32和Q34进行控制。当谐振转换器正常工作时，包括开关元件Q32和Q34的开关电路关断，即保持时间延长电路210不工作。而当谐振转换器的输入电压不正常(如VDC降低到一预定阈值，该预定阈值可根据实际应用来设定，这里不作限定)时，控制器101对开关元件Q32和Q34进行控制(例如，当输入电压降低到预定阈值时，控制器可以发送使开关元件Q32和Q34导通的触发电压)，使其导通。在这种情况下，谐振转换器的输出电压Vo(变压器的次级侧)会通过变压器的初级侧的磁化电感而感应到辅助线圈La2侧，从而在电感元件Lb2上产生电压Vb。该电压Vb与输出电压Vo之间的关系可用下式来表示

$\mathrm{Vb}=\mathrm{Vo}\·n\·\frac{N2}{N1}---\left(1\right)$

在上式中，n表示变压器T1的初级线圈与次级线圈之间的匝数比，N2表示线圈La2的匝数，N1表示磁化电感Lm的匝数。

这样，会产生流过阻抗元件Lb2的电流，该电流通过线圈La2而反映回到磁化电感Lm，使得流过磁化电感Lm的电流增大，并相应使得流过变压器的初级线圈的电流增大。这样，流过谐振电容Cr的电流会相应增大，从而提高谐振电容Cr的储能，延长谐振转换器的保持时间。

在阻抗元件Lb2为电感元件的情况下，所产生的流过阻抗元件Lb2的感应电流Ib可用下式来表示：

$\mathrm{Ib}=\frac{\mathrm{Vo}\·n\·{\left(\frac{N2}{N1}\right)}^2}{\mathrm{Lb}}\·t---\left(2\right)$

在上式中，Lb表示电感元件Lb2的电感值，t表示谐振转换器中的开关元件Q1或Q2的导通时间(即谐振转换器中的开关频率的倒数)。

作为另一示例，在阻抗元件Lb2为电阻元件的情况下，所产生的流过阻抗元件Lb2的感应电流Ib可用下式来表示：

$\mathrm{Ib}=\frac{\mathrm{Vo}\·n\·{\left(\frac{N2}{N1}\right)}^2}{R}---\left(3\right)$

在上式中，R表示阻抗元件Lb2为电阻元件的情况下该电阻元件的电阻值。

流过谐振电容器Cr的均方根(RMS)电流Ics_RMS可以用下式来计算：

$\mathrm{Ics}\_\mathrm{RMS}=\sqrt{\frac{1}{8}}(\frac{{\mathrm{Io}}^2\·{\mathrm{\π}}^2}{n^2}+\frac{{\mathrm{Vin}}^2}{16\·{\mathrm{Lm}}^2\·{\mathrm{fsw}}^2})---\left(4\right)$

谐振电容器Cr上的RMS电压Vcs_RMS可以用下式来计算：

$\mathrm{Vcs}\_\mathrm{RMS}=\frac{\mathrm{Ics}\_\mathrm{RMS}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{Cr}\·\mathrm{fr}}---\left(5\right)$

在以上式(4)和(5)中，Io表示谐振转换器的输出电流，n表示谐振转换器的变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数比，Vin表示谐振转换器的输入电压，Lm表示变压器的初级侧的磁化电感，fsw表示开关频率。Cr表示谐振电容器的电容值。fr表示谐振频率，且

其中，Lr表示谐振转换器中的谐振电路的谐振电感器的电感值。

从上式中可以看出，通过增加流过谐振电容器Cr的RMS电流，谐振电容器Cr上的电压会变大。

通过将上述保持时间延长电路应用到谐振转换器，当输入电压不正常时，该保持时间延长电路中的开关电路导通，使得谐振转换器的输出电压通过磁化电感Lm感应到线圈La2并在线圈La2中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。所产生的感应电流从线圈La2反映回到磁化电感侧，使得流过谐振转换器中的谐振电容Cr的电流增大，从而提高谐振电容Cr上的电压。这样，谐振转换器的输出电压能保持于一定电平而不下降，从而延长谐振转换器的保持时间。另外，由于上述保持时间延长电路在谐振转换器正常工作期间不导通(即不工作)，因此，其不会降低谐振转换器的转换效率，不会增加开关器件中的开关损耗。

作为一个具体应用示例，图2A中所示的各个元件可以采用下列型号和参数：

Q1，Q2：IRFP460

Lr：20uH

Cr：66n

Lm：150uH

Lb2：20uH，其中，N1＝12，N2＝2

Q3，Q4：IPP085N06

D1，D2：MBR6045WT

Cout：1500uF

Vo：12V

负载：35A

n＝16

应理解，上述参数和型号仅仅是一个具体示例。在实际应用中，本公开中的各个实施例中所示的元件可以根据实际需求来确定，而不应局限于上述数值和型号。

图2B示出了将图2A所示的保持时间延长电路210应用于另一种谐振转换器的示意性电路图。图2B所示的谐振转换器与图2A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括两个谐振电容Cr1和Cr2。图2B所示的保持时间延长电路210与图2A所示的电路210相同，这里不再重复描述。

图2C示出了将图2A所示的保持时间延长电路210应用于全桥式谐振转换器的示意性电路图。图2C所示的谐振转换器与图2A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括4个开关元件Q1、Q2、Q5和Q6，这四个开关元件构成全桥电路。图2C所示的保持时间延长电路210与图2A所示的电路210相同，这里也不再重复描述。

在图2A-2C所示的保持时间延长电路210中，使用开关元件Q42是为了仅允许电流在一个方向上流动，以保证阻抗元件Lb2中的感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致，而不会沿着反方向流动。在一些其他实施例中，该开关元件Q42还可以用其他开关电路来替代。图3A-3C以及图4A-4C分别示出了利用其他形式的开关电路来替代开关元件Q42的实施例。

图3A是示出应用了根据本公开另一实施例的保持时间延长电路的谐振转换器的示意性电路图。如图3A所示，根据本公开另一实施例的保持时间延长电路310可被应用于一种半桥式谐振转换器电路中。

保持时间延长电路310包括辅助线圈La3、阻抗元件Rb3(在该实施例中，该阻抗元件被示出为电阻元件。作为其他实施例，该电阻元件还可以替换为电感元件)以及开关电路311。该开关电路311包括开关元件Q33以及二极管D3、D4、D5和D6构成的二极管全桥电路。线圈La3耦合到谐振转换器的变压器T1的初级侧的磁化电感Lm。阻抗元件Rb3的一端通过二极管全桥而连接到线圈La3，另一端与开关元件Q33的一端相连。开关元件Q33的另一端连接到二极管桥电路，该二极管桥电路还连接到线圈La3的两端。另外，开关元件Q33还与所述谐振转换器中的控制器101相连。当所述谐振转换器的输入电压出现异常(如降低到预定阈值)时，该控制器使得开关元件Q33导通。在图3A中，Q33被示出为MOSFET。开关元件Q33的漏极连接到阻抗元件Rb3的一端，栅极连接到控制器101，且源极接地。二极管D3的阳极连接到线圈La3的一端，阴极连接到阻抗元件Rb3的一端。二极管D4的阳极连接到线圈La3的另一端，阴极连接到二极管D3的阴极。二极管D5的阳极连接到二极管D6的阳极并接地，阴极连接到二极管D3的阳极。二极管D6的阴极连接到二极管D4的阳极。

与图2A所示的电路210相比，保持时间延长电路310以所示的二极管全桥电路来替代开关元件Q42。这里，二极管D3、D4、D5和D6构成的二极管全桥电路与开关元件Q42的功能相同，仅允许电流在一个方向上流动，是为了保证阻抗元件Rb3中的感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致，而不会沿着反方向流动。另外，该二极管全桥电路不需连接到谐振转换器的控制器101。控制器101对开关元件Q33进行控制。当谐振转换器正常工作时，开关元件Q33关断，即保持时间延长电路310不工作。而当谐振转换器的输入电压不正常(如VDC降低到一预定阈值时)时，控制器101对开关元件Q33进行控制(例如，当输入电压降低到预定阈值时，控制器可以发送使开关元件Q33导通的触发电压)，使其导通，即保持时间延长电路310工作。除了开关电路之外，保持时间延长电路310中的其他元件La3和Rb3的功能与连接与电路210中的La2和Lb2相似，这里不再重复。

图3B示出了将图3A所示的保持时间延长电路310应用于另一种谐振转换器的示意性电路图。图3B所示的谐振转换器与图3A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括两个谐振电容Cr1和Cr2。图3B所示的保持时间延长电路310与图3A所示的电路310相同，这里不再重复描述。

图3C示出了将图3A所示的保持时间延长电路310应用于全桥式谐振转换器的示意性电路图。图3C所示的谐振转换器与图3A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括4个开关元件Q1、Q2、Q5和Q6，这四个开关元件构成全桥电路。图3C所示的保持时间延长电路310与图3A所示的电路310相同，这里也不再重复描述。

图4A是示出应用了根据本公开另一实施例的保持时间延长电路的谐振转换器的示意性电路图。如图4A所示，根据本公开该另一实施例的保持时间延长电路410可被应用于一种半桥式谐振转换器电路中。

保持时间延长电路410包括辅助线圈La4、阻抗元件Rb4(在该实施例中，该阻抗元件被示出为电阻元件。作为其他实施例，该电阻元件还可以替换为电感元件)以及开关电路411。开关电路411包括开关元件Q34以及二极管D34、D44构成的二极管半桥电路。开关元件Q34的一端连接到阻抗元件Rb4的一端，另一端连接到二极管桥电路，并且还在另一端与谐振转换器中的控制器101相连。二极管桥电路还连接到阻抗元件Rb4的另一端以及线圈La4的两端。具体地，在图4A中，开关元件Q34被示出为MOSFET。该MOSFET的漏极连接到阻抗元件Rb4的一端，栅极连接到控制器101，且源极接地并与线圈La4相连。二极管D44的阳极连接到线圈的一端，阴极连接到阻抗元件的另一端。二极管D34的阳极连接到线圈的另一端，阴极连接到二极管D44的阴极。

另外，如图4A所示，辅助线圈La4中设置有接地的抽头。该抽头的位置在线圈La4的中间。该中间抽头的线圈La4与二极管D34和D44可以作为全波整流器(与图3A-3C中的二极管全桥电路(D3、D4、D5和D6)相似，仅允许电流在一个方向上流动)。在这种中间抽头的配置中，在交流电流的两个不同的半周期中电流的幅度相同。本领域的技术人员应理解这种中间抽头的配置，这里不作详述。与图3A-3C中所示的二极管全桥(D3、D4、D5和D6)相比，图4A及后面描述的图4B-4C所示的开关电路少了两个二极管，因此结构更简单。与图2A所示的电路210相比，保持时间延长电路410以所示的二极管半桥电路和中间抽头的La4来替代开关元件Q42。这里，二极管D3和D34以及中间抽头的La4与开关元件Q42的功能相同，是为了保证阻抗元件Rb4中的感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致，而不会沿着反方向流动。另外，D34和D44不需连接到谐振转换器的控制器101。控制器101仅对开关元件Q34进行控制。当谐振转换器正常工作时，开关元件Q34关断，即保持时间延长电路410不工作。而当谐振转换器的输入电压不正常(如VDC降低到一预定阈值时)时，控制器101对开关元件Q34进行控制(例如，当输入电压降低到预定阈值时，控制器可以发送使开关元件Q34导通的触发电压)，使其导通，即保持时间延长电路410工作。除了开关电路之外，保持时间延长电路410中的其他元件La4和Rb4的功能与连接与电路210中的La2和Lb2相似，这里不再重复。

图4B示出了将图4A所示的保持时间延长电路410应用于另一种谐振转换器的示意性电路图。图4B所示的谐振转换器与图4A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括两个谐振电容Cr1和Cr2。图4B所示的保持时间延长电路410与图4A所示的电路410相同，这里不再重复描述。

图4C示出了将图4A所示的保持时间延长电路410应用于全桥式谐振转换器的示意性电路图。图4C所示的谐振转换器与图4A所示的谐振转换器的不同之处在于，其包括4个开关元件Q1、Q2、Q5和Q6，这四个开关元件构成全桥电路。图4C所示的保持时间延长电路410与图4A所示的电路410相同，这里也不再重复描述。

在图2A-2C、3A-3C以及4A-4C所示的实施例中，保持时间延长电路210、310和410的开关电路均需要谐振转换器中的控制器101来控制，以使得这些开关电路在输入电压异常(如降低到预定阈值时)时接通，而在其他情况下关断(本领域的技术人员可以理解，在将图2A-2C、3A-3C以及4A-4C所示的保持时间延长电路应用于谐振转换器时，可以用任何适当的方法对其中的控制器101进行配置，以使得该控制器在输入电压异常(如降低到预定阈值时)时向这些开关电路发送触发信号(如发送触发电压，这里不作详述)，从而使得这些开关接通，而在其他情况下则使得这些开关保持关断，这里不作详述)。在一些其他实施例中，保持时间延长电路的开关电路可以在输入电压异常(如输入电压降低到一预定阈值)时自动接通，而在其他情况下保持关断，无需借助谐振转换器中的控制器101的控制。图5A和5B示出了这样的实施例。

图5A是示出应用了根据本公开另一实施例的保持时间延长电路的谐振转换器的示意性电路图。如图5A所示，根据本公开该另一实施例的保持时间延长电路510可被应用于一种全桥式谐振转换器电路中。

保持时间延长电路510包括辅助线圈La5、阻抗元件Lb5(在该实施例中，该阻抗元件被示出为电感元件。作为其他实施例，该电感元件还可以替换为电阻元件)以及开关电路511。开关电路511包括二极管D35、D45、D55和D65构成的二极管全桥电路。该二极管全桥电路连接于线圈La5和阻抗元件Lb5的一端之间，并且阻抗元件Lb5的另一端连接到谐振转换器的输入电源。具体地，如图5A所示，二极管D35的阳极连接到线圈La5的一端，阴极连接到阻抗元件Lb5的一端。二极管D45的阳极连接到线圈La5的另一端，阴极连接到二极管D35的阴极。二极管D55的阳极连接到二极管D65的阳极并接地，阴极连接到二极管D35的阳极。二极管D65的阴极连接到二极管D45的阳极。与图2A-2C、3A-3C以及4A-4C所示的电路210、310和410相比，保持时间延长电路510不包括开关元件Q32、Q33或Q34，其开关电路无需谐振转换器的控制器的控制。当谐振转换器正常工作时，保持时间延长电路510不工作。而当谐振转换器的输入电压(如VDC)不正常(如VDC降低到一预定阈值时)时，该电压变化会在阻抗元件Lb5中诱发电流。该电流会通过线圈La5而反映回到磁化电感Lm。即，D35、D45、D55和D65构成的二极管全桥电路导通，保持时间延长电路510工作。除了开关电路之外，保持时间延长电路510中的其他元件La5和Lb5的功能与连接与电路210中的La2和Lb2相似，这里不再重复。图5A中所示的电容C5为用于存储能量并向谐振转换器提供可靠的DC电压的体电容(bulk capacitor)。该电容C5是可选元件。当图5A中所示的谐振转换器中不包括该电容时，其也可正常工作。

图5B示出了将图5A所示的保持时间延长电路510应用于另一种谐振转换器的示意性电路图。与图5A所示的谐振转换器的不同之处在于，图5B所示的谐振转换器为包括两个谐振电容Cr1和Cr2的半桥式谐振转换器。图5B所示的保持时间延长电路510与图5A所示的电路510相同，这里不再重复描述。

图5A和5B所示的保持时间延长电路510可以在谐振转换器的输入电压不正常(如VDC降低到一预定阈值时)时自动开始工作，而无需谐振转换器的控制器进行控制。与上文参考图2A-2C、3A-3C和4A-4C描述的实施例相比，保持时间延长电路510的结构更加简单。

另外，在以上附图中，场效应晶体管(如Q1、Q2、Q5、Q6、Q32、Q42等)的电路符号被示出为包括并联在其漏极和源极之间的二极管，这是为了示出这些MOSFET导通时的电流流动方向，而并不表示将额外的二极管并联到这些开关元件。

根据本公开的一些实施例还提供了一种延长谐振转换器的保持时间的方法。图6是示出了根据一个实施例的延长谐振转换器的保持时间的方法的流程图。

如图6所示，在步骤601中，检测谐振转换器的输入电压是否发生了异常。如果发生了异常(如输入电压降低到一预定阈值)，则在步骤603中，使所谐振转换器的输出电压通过谐振转换器的变压器而感应回到变压器的初级侧，以在初级侧的磁化电感中产生感应电流，其中，应使得该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。

作为具体实施例，可以通过将上述的保持时间延长电路211、311、411或者511连接到谐振转换器来实施上述方法。具体地，可以将保持时间延长电路的线圈耦合到谐振转换器的变压器的初级侧的磁化电感。当谐振转换器的输入电压发生了异常(如输入电压降低到一预定阈值)时，使得保持时间延长电路211、311、411或者511开始工作，以使所谐振转换器的输出电压通过谐振转换器的变压器而感应回到变压器的初级侧，以在保持时间延长电路的阻抗元件上产生感应电压，从而在磁化电感中产生感应电流。

通过将上述保持时间延长方法应用到谐振转换器，当输入电压不正常时，谐振转换器的输出电压被感应到初级侧，从而在磁化电感中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。所产生的感应电流使得流过谐振转换器中的谐振电容Cr的电流增大，从而提高谐振电容Cr上的电压。这样，谐振转换器的输出电压能保持于一定电平而不下降，从而延长谐振转换器的保持时间。

在图3A-3C、4A-4C和5A-5B所示的实施例中，均可采用上式(1)-(3)来计算保持时间延长电路中的阻抗元件的电流和电压，这里不再重复。另外，在图2A-2C、3A-3C、4A-4C、5A-3B所示的实施例中，开关元件(如Q32、Q34、Q42等)被示出为MOSFET。在其他实施例中，这些开关元件还可以是其他类型的开关元件，例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或其他类型的晶体管等。这里不作详述。

根据本公开的实施例的保持时间延长电路结构简单且可靠，能够有效延长谐振转换器的保持时间，同时不降低谐振转换器的效率。另外，在其他实施例中，还可以通过提高磁化电感Lm的电感值来降低开关元件的开关损耗，从而提升转换效率。

根据本公开的实施例的保持时间延长电路和方法可以附加于任何种类的转换器(如上文中所描述的全桥式谐振转换器以及半桥式转换器等)，只要该转换器具有谐振电路既可。

另外，根据本公开的实施例的保持时间延长电路和方法可以应用于DC-DC电源，也可以应用于AC-DC电源(特别是利用升压PFC(PowerFactor Correction，功率因数校正))预调节器为DC/DC转换器供电的情况)，这里不作限定。

以上结合具体实施例和/或示例描述了本公开的基本原理，但是，应理解，本公开并不局限于这些具体的实施例和/或示例。另外，需要指出的是，对本领域的普通技术人员而言，能够理解本公开的装置的全部或者任何部件，并在这些公开的基础上根据具体应用对这些部件作出修改、替代和变换，而仍涵盖于本公开的范围之内。

另外，本申请的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

Claims (12)

1.一种用于谐振转换器中的电路(210，310，410，510)，包括：

线圈(La2，La3，La4，La5)，该线圈耦合到所述谐振转换器中的变压器的初级侧的磁化电感(Lm)；

阻抗元件(Lb2，Rb3，Rb4，Lb5)，该阻抗元件与所述线圈(La2，La3，La4，La5)连接；以及

开关电路(211，311，411，511)，该开关电路连接于所述阻抗元件(Lb2，Rb3，Rb4，Lb5)和所述线圈(La2，La3，La4，La5)之间，其中，当谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，所述开关电路(211，311，411，511)导通，使得所述谐振转换器的输出电压通过所述磁化电感(Lm)感应到所述线圈(La2，La3，La4，La5)并在所述线圈中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。

2.根据权利要求1所述的电路，

其中，所述开关电路(211)包括第一和第二开关元件(Q32，Q42)，所述阻抗元件(Lb2)的一端连接到所述线圈(La2)的一端，而另一端连接到所述第一开关元件(Q32)的一端，所述第一开关元件(Q32)的另一端连接到所述第二开关元件(Q42)的一端，所述第二开关元件(Q42)的另一端连接到所述线圈(La2)的另一端，并且

其中，所述第一开关元件(Q32)和所述第二开关元件(Q42)还分别与所述谐振转换器中的控制器(101)相连，当所述谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，所述控制器使得所述第一和第二开关元件(Q32，Q42)导通。

3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述第一和第二开关元件(Q32，Q42)均为场效应晶体管，所述第一开关元件(Q32)的漏极连接到所述阻抗元件，所述第一开关元件(Q32)的源极连接到所述第二开关元件(Q42)的源极并接地，所述第二开关元件(Q42)的漏极连接到所述线圈的另一端，并且所述第一和第二开关元件(Q32，Q42)的栅极均连接到所述控制器。

4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述开关电路(311，411)包括第一开关元件(Q33，Q34)和二极管桥电路，所述第一开关元件(Q33，Q34)的一端连接到所述阻抗元件(Rb3，Rb4)的一端，另一端连接到所述二极管桥电路，所述二极管桥电路还连接到所述阻抗元件(Rb3，Rb4)的另一端以及所述线圈(La3，La4)的两端，并且

所述第一开关元件(Q33，Q34)还与所述谐振转换器中的控制器(101)相连，其中，当所述谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，所述控制器使得所述第一开关元件(Q33，Q34)导通。

5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第一开关元件(Q34)为场效应晶体管，所述二极管桥电路包括第一二极管(D44)和第二二极管(D34)，所述线圈(La4)的中间设置有接地的抽头，并且

其中，所述第一开关元件(Q34)的漏极连接到所述阻抗元件(Rb4)的一端，栅极连接到所述控制器(101)，且源极接地并与所述线圈(La4)相连，并且

其中，所述第一二极管(D44)的阳极连接到所述线圈的一端，阴极连接到所述阻抗元件的另一端，并且

其中，所述第二二极管(D34)的阳极连接到所述线圈的另一端，阴极连接到所述第一二极管的阴极。

6.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第一开关元件(Q33)为场效应晶体管，所述二极管桥电路包括第一至第四二极管(D3，D4，D5，D6)，并且

其中，第一二极管(D3)的阳极连接到所述线圈(La3)的一端，阴极连接到所述阻抗元件(Rb3)的一端；第二二极管(D4)的阳极连接到所述线圈(La3)的另一端，阴极连接到第一二极管(D3)的阴极；第三二极管(D5)的阳极连接到第四二极管(D6)的阳极并接地，阴极连接到第一二极管(D3)的阳极；第四二极管(D6)的阴极连接到第二二极管的阳极，并且

其中，所述第一开关元件(Q33)的漏极连接到所述阻抗元件(Rb3)的另一端，栅极连接到所述控制器(101)，且源极接地。

7.根据权利要求1所述的电路，其中，所述开关电路(511)包括二极管全桥电路(D35，D45，D55，D65)，所述二极管全桥电路连接于所述线圈(La5)和所述阻抗元件(Lb5)的一端之间，并且所述阻抗元件(Lb5)的另一端连接到所述谐振转换器的输入电源。

8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述二极管全桥电路包括第一至第四二极管(D35，D45，D55，D65)，第一二极管(D35)的阳极连接到所述线圈的一端，阴极连接到所述阻抗元件(Lb5)的一端；第二二极管(D45)的阳极连接到所述线圈(La5)的另一端，阴极连接到第一二极管(D35)的阴极；第三二极管(D55)的阳极连接到第四二极管(D65)的阳极并接地，阴极连接到第一二极管(D35)的阳极；第四二极管(D65)的阴极连接到第二二极管(D45)的阳极。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电路，其中，所述阻抗元件(Lb2，Rb3，Rb4，Lb5)为电感元件或电阻元件。

10.一种谐振转换器，包括根据权利要求1-9中任一项所述的电路。

11.根据权利要求10中所述的谐振转换器，其中，所述谐振转换器为全桥式谐振转换器或半桥式谐振转换器。

12.一种延长谐振转换器的保持时间的方法，包括：

检测谐振转换器的输入电压是否发生低于一预定阈值；以及

当所述谐振转换器的输入电压降低到预定阈值时，使所述谐振转换器的输出电压通过所述谐振转换器的变压器而感应回到所述变压器的初级侧，以在初级侧的磁化电感中产生感应电流，该感应电流的流动方向与谐振转换器正常工作时变压器的初级线圈中的电流流动方向一致。

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