CN105191097B - 用于谐振转换器的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于改进功率转换器的效率的方法包括提供谐振转换器,其中所述谐振转换器包括耦合到电源的输入端、耦合到所述输入端的多个电源开关、耦合到所述多个电源开关的谐振槽以及耦合到所述电源开关并且生成用于所述电源开关的多个栅极驱动信号的控制器,其中所述栅极驱动信号经安排使得所述谐振转换器的切换频率处于频带中。

Description

用于谐振转换器的设备和方法
相关申请案交叉申请
本发明要求2013年4月16日递交的发明名称为“用于功率转换器的设备和方法(Apparatus and Method for Power Converters)”的第61/812,577号美国临时申请案以及2013年9月20日递交的发明名称为“用于谐振转换器的设备和方法(Apparatus andMethod for Resonant Converters)”的第14/033,060号美国非临时申请案的在先申请优先权,该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明涉及一种谐振转换器,并且在具体实施例中,涉及一种用于总线转换器应用的控制机制。
背景技术
电信网络电力系统通常包含将电力从AC公用设施管线转换到48VDC配电总线的AC-DC级以及将48V DC配电总线转换到多个电压电平以用于所有类型电信负载的DC-DC级。这两个级可以包括隔离式DC-DC转换器。隔离式DC-DC转换器可以通过使用不同功率拓扑来实施,例如,反激式转换器、正向转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、电感器-电感器-电容器(LLC)谐振转换器以及类似物。
随着技术的进一步推进,总线转换器已被广泛应用于电信行业中。总线电压可以分为三类:从48V的输入dc电源转换的12V总线电压、从380V的输入dc电源转换的48V总线电压以及从380V的输入dc电源转换的12V总线电压。总线转换器不仅将输入电压从较高电平转换到较低电平,而且通过例如变压器和/或类似物等磁性装置提供隔离。
中间总线电压,例如12V,可以充当用于多个下游非隔离式功率转换器的输入电源总线。下游非隔离式功率转换器可以实施为降压dc/dc转换器,例如,降压转换器;升压dc/dc转换器,例如,升压转换器;线性调节器;其任何组合和/或类似物。下游非隔离式功率转换器在紧密控制回路下操作,使得将经充分调节的输出电压馈送到它们的相应负载中。
发明内容
通过本发明的优选实施例大体上解决或避免了这些以及其他问题并且大体上获得了技术优势,本发明的优选实施例提供与未经调节的功率转换器相比具有更高效率以及更好调节的谐振功率转换器。
根据一个实施例,转换器包括耦合到电源的输入端、耦合到输入端的多个电源开关、耦合到多个电源开关的谐振槽以及耦合到电源开关的控制器,其中控制器用于产生用于电源开关的多个栅极驱动信号,并且其中栅极驱动信号经安排使得转换器的切换频率处于频带中。
根据另一实施例,方法包括提供谐振转换器,其中所述谐振转换器包括耦合到电源的输入端、耦合到输入端的多个电源开关、耦合到多个电源开关的谐振槽以及耦合到电源开关的控制器。
所述方法进一步包括生成用于电源开关的多个栅极驱动信号,其中所述栅极驱动信号经安排使得谐振转换器的切换频率处于频带中。
根据又另一实施例,方法包括提供谐振转换器。所述谐振转换器包括功率级和控制级。
功率级包括耦合到电源的输入端、耦合到输入端的多个电源开关、耦合到多个电源开关的谐振槽、耦合到谐振槽的隔离装置以及通过整流器耦合到隔离装置的输出端。
所述控制级耦合到电源开关,其中控制级接收来自功率级的输入端和输出端这两者的信号。
所述方法进一步包括生成用于电源开关的多个栅极驱动信号,其中所述栅极驱动信号经安排使得谐振转换器的切换频率处于频带中。
本发明的一个优选实施例的优势在于通过在频带中操作功率转换器改进功率转换器的效率以及调节。
前文已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点,以便可以更好地理解接下来的本发明的详细说明。下文将描述本发明的额外特征以及优点,这些额外特征以及优点形成本发明的权利要求的标的物。所属领域的技术人员应了解,所揭示的概念以及具体实施例可以易于用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或方法的基础。所属领域的技术人员还应意识到,此类等效构造不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点,现在参考下文结合附图进行的描述,其中:
图1说明根据本发明的各种实施例的功率转换器的方块图;
图2说明根据本发明的各种实施例的LLC谐振转换器的示意图;
图3说明根据本发明的各种实施例的图2中示出的功率转换器的电压增益;
图4说明根据本发明的各种实施例的第一说明性频带;
图5说明根据本发明的各种实施例的第二说明性频带;以及
图6说明根据本发明的各种实施例的第三说明性频带。
除非另有指示,否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面,因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而,应了解,本发明提供可以在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以制作和使用本发明的具体方式,而不限制本发明的范围。
本发明将相对于特定背景中的优选实施例,即,用于电感器-电感器-电容器(LLC)谐振转换器的边界控制方案来描述。然而,本发明也可以应用于多种谐振转换器。在下文中,将参考附图详细解释各种实施例。
图1说明根据本发明的各种实施例的功率转换器的方块图。功率转换器100包含功率级102和控制级104。在一些实施例中,功率级102可以是三元件谐振转换器拓扑,例如,LLC谐振转换器、电感器-电容器-电感器(LCL)谐振转换器和/或类似物。功率级102可以是二元件谐振转换器拓扑,例如,电感器-电容器(LC)谐振转换器和/或类似物。此外,功率级102可以是高阶谐振转换器拓扑,例如,LCLC谐振转换器、LCLCL谐振转换器和/或类似物。
如图1所示的控制级104检测来自功率转换器100的输入端以及功率转换器100的输出端的信号。所检测到的信号可以包含输入电压、输入电流、由功率级102处理的功率、输出电压、输出电流、操作温度和/或类似物。
另外,基于所检测到的信号,控制级104可以产生多个栅极驱动信号,这些栅极驱动信号如图1所示被馈送到功率级102中。生成栅极驱动信号的控制机制包含前馈控制机制、反馈机制、其组合任何和/或类似物。
从控制级104发送到功率级102的栅极驱动信号用于控制功率级102的切换元件(未示出,但是在图2中说明)的切换频率。因此,功率转换器100的输出电压可以响应于不同栅极驱动信号而改变。
响应于不同操作条件,控制级104可以相应地产生不同栅极驱动信号。具体来说,栅极驱动信号可以确定功率级102的切换频率。举例来说,功率级102是谐振转换器,例如,LLC谐振转换器。谐振转换器的切换频率的变化可以引起增益变化,这可能引起LLC谐振转换器的输出端处的输出电压变化。LLC谐振转换器的功率转换器控制特征是所属领域中所熟知的,并且因此未进一步详细讨论以避免重复。
图2说明根据本发明的各种实施例的LLC谐振转换器的示意图。LLC谐振转换器200耦合在输入dc电源VIN与负载之间。输入dc电源VIN可以是将公共设施线路电压转化为dc电压的电信电源。替代地,输入dc电源VIN可以是太阳能面板阵列。此外,输入dc电源VIN可以是能量存储装置,例如,可再充电的电池组、燃料电池和/或类似物。所述负载表示由耦合到LLC谐振转换器200的电路消耗的功率。替代地,负载可以指耦合到LLC谐振转换器200的输出端的下游转换器。
LLC谐振转换器200可以包括开关网络108、谐振槽109、变压器152、整流器154和输出滤波器156。如图2所示,开关网络108、谐振槽109、变压器152、整流器154和输出滤波器156耦合到彼此并且级联连接在输入dc电源VIN与负载之间。
开关网络108包含四个切换元件,即,Q1、Q2、Q3和Q4。如图3中所示,第一对切换元件Q1和Q2是串联连接的。第二对切换元件Q3和Q4是串联连接的。切换元件Q1和Q2的共同节点耦合到谐振槽109的第一输入终端。类似地,切换元件Q3和Q4的共同节点耦合到谐振槽109的第二输入终端。
如图2所示,切换元件Q1、Q2、Q3和Q4可以形成全桥转换器的初级侧切换网络。根据一些实施例,切换元件Q1、Q2、Q3和Q4实施为MOSFET或并联连接的MOSFET。
根据替代实施例,主要开关(例如,开关Q1)可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)装置。替代地,主要开关可以是任何可控制开关,例如,集成栅极换向晶闸管(IGCT)装置、栅极可关断晶闸管(GTO)装置、硅控式整流器(SCR)装置、接合栅极场效应晶体管(JFET)装置、MOS控式晶闸管(MCT)装置、基于氮化镓(GaN)的功率装置和/或类似物。
应注意,在图2中示出的开关网络108包含根据一些实施例的全桥谐振转换器的初级侧开关。替代地,开关网络108可以具有其他桥式转换器的初级侧开关,所述其他桥式转换器例如,半桥谐振转换器、推拉式谐振转换器,其任何组合以及类似物。
应该进一步注意到,虽然图2说明四个开关Q1、Q2、Q3和Q4,但是本发明的各种实施例可以包含其他变化、修改和替代方案。举例来说,单独的电容器(未图示)可以与初级侧切换网络108的每个开关(例如,开关Q1)并联连接。此类单独的电容器有助于更好地控制LLC谐振转换器200的谐振过程的定时。
图2示出了谐振槽109由谐振电感器Lr、谐振电容器Cr和变压器152的磁化电感Lm形成。如图2所示,谐振电感器Lr和谐振电容器Cr串联连接并且进一步耦合在变压器152的初级侧的第一终端与开关Q1和Q2的共同节点之间。
如图2所示,与变压器152并联连接的电感器可以实施为变压器152的磁化电感。替代地,谐振电感器Lr可以实施为外部电感器。
上文所描述的谐振槽109的配置仅是一个实例。可以有许多变化、替代方案和修改。举例来说,谐振电感器Lr可以实施为变压器152的漏感。此外,与变压器152并联连接的电感器可以实施为与变压器152的初级侧并联连接的单独的电感器。
变压器152可以具有初级绕组NP、第一次级绕组NS1和第二次级绕组NS2。初级绕组NP耦合到如图2所示的谐振槽109。次级绕组通过整流器154耦合到负载112。
应注意,此处和整个描述中所说明的变压器仅仅是实例,其不应该不恰当地限制权利要求书的范围。所属领域的一般技术人员应认识到许多变化、替代方案和修改。举例来说,变压器152可以进一步包括多种偏压绕组和栅极驱动辅助绕组。
应进一步注意,图2中所示的变压器结构仅仅是一个实例。所属领域的技术人员将认识到许多替代方案、变化和修改。举例来说,变压器152可以是耦合在初级侧切换网络与整流器154之间的非中心抽头式变压器。次级侧采用由四个切换元件所形成的全波整流器。耦合到中心抽头式变压器次级侧的整流器的操作原理是众所周知的,并且因此在本文中未进一步详细讨论。
应注意,LLC谐振转换器200的功率拓扑不仅可以应用于如图2所示的整流器,而且还可以应用于其他次级配置,例如,倍压整流器、倍流整流器,其任何组合和/或类似物。
整流器154将从变压器152的输出端接收到的交替的极性波形转化成单个极性波形。当变压器152具有中心抽头式次级时,整流器154可以由一对切换元件形成,例如,n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。替代地,整流器154可以由一对二极管形成。另一方面,当变压器具有单个次级绕组时,整流器154可以是耦合到变压器152的单个次级绕组的全波整流器。
此外,整流器154可以由其他类型的可控制装置形成,例如,金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置、双极结晶体管(BJT)装置、超结晶体管(SJT)装置、绝缘栅双极晶体管(IGBT)装置、基于氮化镓(GaN)的功率装置和/或类似物。整流器154的具体操作和结构是所属领域中熟知的,并且因此未在本文中讨论。
输出滤波器156用于使LLC谐振转换器200的切换纹波减弱。根据隔离式dc/dc转换器的操作原理,输出滤波器156可以是由一个电感器和多个电容器形成的L-C滤波器。所属领域的技术人员将认识到,例如正向转换器的一些隔离式dc/dc转换器拓扑可能需要L-C滤波器。
另一方面,例如LLC谐振转换器的一些隔离式dc/dc转换器拓扑可以包含由电容器形成的输出滤波器。所属领域的技术人员将进一步认识到,不同的输出滤波器配置按需要适用于不同的功率转换器拓扑。输出滤波器156的配置变化在本发明的各种实施例内。
图3说明根据本发明的各种实施例的图2中示出的功率转换器的电压增益。图3的横轴表示LLC谐振转换器200的标准化切换频率。图3的纵轴表示LLC谐振转换器200的电压增益。在一些实施例中,当切换频率等于谐振槽的谐振频率时,LLC谐振转换器200的电压增益近似等于1。换句话说,当标准化频率如图3中所示等于1时,LLC谐振转换器200的输出电压近似等于LLC谐振转换器200的输入电压。
在一些实施例中,谐振频率大约是1MHz。在谐振频率下,由于零电压切换和/或零电流切换,LLC谐振转换器200可以获得高效率。
图3包含多条曲线,其说明取决于不同负载的电压增益变化。举例来说,在较轻负载下,LLC谐振转换器200的电压增益(例如,图3中示出的曲线301)可以大于满负载的电压增益(例如,图3中示出的曲线303)。
图3示出了LLC谐振转换器200可以具有取决于不同切换频率的不同电压增益特征。如图3中所示,在边界控制方案下,LLC谐振转换器200的切换频率可以从a1变化到a2。如图3中所示,切换频率a1和a2可以形成频带304。更确切地说,频带304包含LLC谐振转换器200的谐振槽的谐振频率。如图3中所示,在谐振频率下的对应的输入/输出电压增益在纵轴处近似等于1。
在一些实施例中,a1近似等于谐振频率的90%。类似地,a2近似等于谐振频率的110%。在替代实施例中,a1近似等于谐振频率的95%。类似地,a2近似等于谐振频率的105%。应注意,LLC谐振转换器200的实际切换频率在频带304内。实际切换频率的选择可以取决于不同的应用和设计需要而改变。
在一些实施例中,频带304的选择可以取决于可变参考函数,所述可变参考函数结合在控制级104中。换句话说,可以存在应用于控制级104的反馈回路。然而,反馈回路的参考是不固定的。实际上,反馈回路的参考遵循可变参考函数,其限制输出电压的范围以便改进LLC谐振转换器200的调节。
可变参考函数可以考虑到多种操作参数和电特征进行预定,例如,输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、由LLC谐振转换器200处理的功率、操作温度,其任何组合和/或类似物。替代地,可变参考函数可以考虑上述多种操作参数和电特特征进行实时计算。
在一些实施例中,可变参考函数可以由以下等式给出:
在上述等式中,w是切换频率fs的角频率。Lm是磁化电感,Cr是谐振槽的谐振电容,Req是等效电阻,VIN是输入电压,Lr是谐振槽的谐振电感。
在一些实施例中,Cr近似等于360nF。Lr近似等于70nH。Lm大约是3.6uH。
在一些实施例中,等效电阻器的电阻可以由以下等式给出:
其中Ro是负载电阻并且n是图2中示出的LLC谐振转换器200的变压比。
用于确定Req的值的上述等式仅仅是实例,其不应该不恰当地限制权利要求书的范围。所属领域的一般技术人员应认识到许多变化、替代方案和修改。
由于输出电压的范围限制在可变参考函数下,所以LLC谐振转换器200的增益以及切换频率限制在一定范围内。在一些实施例中,通过采用此类可变参考函数,LLC谐振转换器200的增益和切换频率在频带内(例如,如图3中所示的频带304)。
应注意,图3中示出的频带304是不固定的。实际上,取决于不同操作条件,频带304可以相应地改变。举例来说,LLC谐振转换器200在轻负载下的电压增益变化大于在重负载下的电压增益变化。因此,控制级104可以检测负载电流并且相应地调节频带304。具体来说,在轻负载条件下的频带304可以窄于在满负载条件下的频带304。
在一些实施例中,当LLC谐振转换器200在稳定操作条件下操作时,LLC谐振转换器200的切换频率可以是固定的。在替代实施例中,在稳定操作条件下,LLC谐振转换器200的切换频率可以在频率下限a1到频率上限a2之间逐渐改变。此种逐渐频率变化有助于改进LLC谐振转换器200的电特征。举例来说,LLC谐振转换器200的电磁干扰(EMI)性能可以通过在下限与上限之间改变切换频率而得到改进。
在频带304中,切换频率变化过程可以以线性方式进行。响应于操作条件改变,例如,输入电压变化、输入电流变化、功率电平变化、输出电压变化、输出电流变化、操作温度变化和其任何组合,控制级104用于将栅极驱动信号的频率从第一切换频率变化到第二切换频率。第一切换频率和第二切换频率都在频带304内。
另一方面,切换频率变化过程可以以非线性的方式进行。举例来说,控制级104可以实施为数字控制器。因此,频率变化过程可以包含多个频率变化步骤,每个频率变化步骤是一个频率跳跃。
在一些实施例中,根据图3中示出的增益曲线和频带304,响应于输入电压降低,LLC谐振转换器200的切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,其中第二切换频率生成谐振转换器的第二增益并且第一切换频率生成谐振转换器的第一增益。第二增益大于第一增益并且第二切换频率低于频带304的上限。
另一方面,响应于输入电压增加,LLC谐振转换器200的切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,其中第二切换频率生成谐振转换器的第二增益并且第一切换频率生成谐振转换器的第一增益。第一增益大于第二增益并且第二切换频率大于频带304的下限。
上文中描述的实施例的有利特征在于LLC谐振转换器200可以获得与经完全调节的谐振转换器相比更高的效率。另一方面,LLC谐振转换器200与开环谐振转换器相比具有更好的调节。
图4说明根据本发明的各种实施例的第一说明性频带。图4的横轴表示LLC谐振转换器200的输入电压。图4的纵轴表示LLC谐振转换器200的切换频率。在一些实施例中,输入电压可以从36V变化到60V。曲线402表示当LLC谐振转换器200在满负载下时的切换频率变化。另一方面,曲线404表示当LLC谐振转换器200在轻负载下(例如,LLC谐振转换器200的满负载的1%)时的切换频率变化。
图4中示出的切换频率变化可以通过以下等式确定:
其中fr是LLC谐振转换器200的谐振频率,VNORM是标准输入电压,对于电信应用所述标准输入电压大约是48V。
在一些实施例中,Co_eff(Temp)和k1近似等于1。k2和k3的值可以在较宽范围内。曲线402和403通过将k1设置成等于1,将Co_eff(Temp)设置成等于1,将k2设置成等于0.5并且将k3设置成等于0.02而获得。
图5说明根据本发明的各种实施例的第二说明性频带。图5的横轴表示LLC谐振转换器200的输入电压。图5的纵轴表示LLC谐振转换器200的切换频率。图5中示出的切换频率变化是通过等式(3)确定的,不同之处在于k2和k3是不同的。在一些实施例中,k2等于0.2并且k3等于0.1。曲线502表示当LLC谐振转换器200在满负载下时的切换频率变化。另一方面,曲线504表示当LLC谐振转换器200在轻负载下(例如,LLC谐振转换器200的满负载的1%)时的切换频率变化。
应注意,用于确定切换频率的等式的选择纯粹出于论证目的而并不意图将本发明的各种实施例限制于任何特定函数。所属领域的一般技术人员应认识到许多变化、替代方案和修改。举例来说,用于等式(3)的双曲正切可以由双曲正弦替换。下文将关于图6详细描述基于双曲正弦的等式。
图6说明根据本发明的各种实施例的第三说明性频带。图6的横轴表示LLC谐振转换器200的输入电压。图6的纵轴表示LLC谐振转换器200的切换频率。曲线602表示当LLC谐振转换器200在满负载下时的切换频率变化。另一方面,曲线604表示当LLC谐振转换器200在轻负载下(例如,LLC谐振转换器200的满负载的1%)时的切换频率变化。
图6中示出的切换频率变化通过以下等式确定:
应注意,等式(3)和等式(4)中的Io_max/Io仅仅是一个实例。它可以由Po_max/Po(输出功率)、Pin_max/Pin(输入功率)、Ir_max/Ir(谐振电感器中的电流或变压器绕组中的电流)、Is_max/Is(功率路径中的感测电流或从具有与LLC谐振转换器200的电流或功率电平成比例的电流的任何组件中检测到的感测电流)、Ro/Ro_min(满负载下的阻抗),其任何组合和/或类似物替换。
虽然已详细地描述了本发明的实施例及其优点,但是应理解,可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。
此外,本发明的范围并不局限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组分、构件、方法和步骤的具体实施例。所属领域的一般技术人员可以从本发明中轻易地了解,可以根据本发明使用现有的或即将开发出的,具有与本文所描述的相应实施例实质相同的功能,或能够取得与所述实施例实质相同的结果的过程、机器、制造、物质组分、构件、方法或步骤。相应地,所附权利要求范围包括这些流程、机器、产品、合成物质、方式、方法和步骤。

Claims (17)

1.一种转换器,其包括:
输入端,所述输入端耦合到电源;
多个电源开关,所述多个电源开关耦合到所述输入端;
谐振槽,所述谐振槽耦合到所述多个电源开关;以及
控制器,所述控制器耦合到所述电源开关,其中所述控制器用于产生用于所述电源开关的多个栅极驱动信号,并且其中所述栅极驱动信号经安排使得所述转换器的切换频率处于频带中;
所述频带包括上限和下限,所述上限和所述下限邻近于所述谐振槽的谐振频率,所述频带通过控制环路确定,所述控制环路根据可变参考函数来设置使得所述谐振频率在所述频带内,所述可变参考函数包含向量:输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、操作温度中的多个变量组合。
2.根据权利要求1所述的转换器,其中:
所述频带包含所述谐振槽的谐振频率;以及
所述栅极驱动信号通过从所述谐振槽的所述谐振频率改变所述转换器的所述切换频率而生成。
3.根据权利要求1所述的转换器,其中:
响应于输入电压变化,所述栅极驱动信号通过将所述转换器的所述切换频率通过前馈控制机制从第一切换频率变化到第二切换频率而生成,并且其中所述第一切换频率和所述第二切换频率在所述频带内。
4.根据权利要求1所述的转换器,其中:
响应于输出电压变化,所述栅极驱动信号通过将所述转换器的所述切换频率通过反馈控制机制从第一切换频率变化到第二切换频率而生成,并且其中所述第一切换频率和所述第二切换频率在所述频带内。
5.根据权利要求1所述的转换器,其中:
响应于负载电流变化,所述栅极驱动信号通过将所述转换器的所述切换频率通过反馈控制机制从第一切换频率变化到第二切换频率而生成,并且其中所述第一切换频率和所述第二切换频率在所述频带内。
6.根据权利要求1所述的转换器,其中:
响应于功率变化,所述栅极驱动信号通过将所述转换器的所述切换频率通过反馈控制机制从第一切换频率变化到第二切换频率而生成,并且其中所述第一切换频率和所述第二切换频率在所述频带内。
7.一种方法,其包括:
提供谐振转换器,其中所述谐振转换器包括:
输入端,所述输入端耦合到电源;
多个电源开关,所述多个电源开关耦合到所述输入端;
谐振槽,所述谐振槽耦合到所述多个电源开关;以及
控制器,所述控制器耦合到所述电源开关;以及
生成用于所述电源开关的多个栅极驱动信号,其中所述栅极驱动信号经安排使得所述谐振转换器的切换频率处于频带中;
所述频带包括上限和下限,所述上限和所述下限邻近于所述谐振槽的谐振频率,所述频带通过控制环路确定,所述控制环路根据可变参考函数来设置使得所述谐振频率在所述频带内,所述可变参考函数包含向量:输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、操作温度中的多个变量组合。
8.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括:
在所述频带中操作所述谐振转换器,其中响应于输入电压降低,所述谐振转换器的所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,并且其中:
所述第二切换频率生成所述谐振转换器的第二增益;以及
所述第一切换频率生成所述谐振转换器的第一增益,并且其中:
所述第二增益大于所述第一增益;以及
所述第二切换频率低于所述频带的上限。
9.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括:
在所述频带中操作所述谐振转换器,其中响应于输入电压增加,所述谐振转换器的所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,并且其中:
所述第一切换频率生成所述谐振转换器的第一增益,以及
所述第二切换频率生成所述谐振转换器的第二增益,并且其中:
所述第一增益大于所述第二增益;以及
所述第二切换频率大于所述频带的下限。
10.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括:
通过反馈回路控制所述谐振转换器,其中所述反馈回路的参考遵循:
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>R</mi> <mi>E</mi> <mi>F</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>w</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>+</mo> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>L</mi> <mi>m</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> </mrow>
其中w是所述切换频率的角频率,Lm是磁化电感,Cr是所述谐振槽的谐振电容,Req是等效电阻,VIN是输入电压,Lr是所述谐振槽的谐振电感。
11.根据权利要求10所述的方法,其中:
所述切换频率在所述频带内,并且其中所述切换频率通过函数确定。
12.根据权利要求11所述的方法,其中:
所述函数包含选自由以下项组成的群组中的变量:输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、操作温度。
13.一种方法,其包括:
提供谐振转换器,其中所述谐振转换器包括:
功率级,所述功率级包括:
输入端,所述输入端耦合到电源;
多个电源开关,所述多个电源开关耦合到所述输入端;
谐振槽,所述谐振槽耦合到所述多个电源开关;
隔离装置,所述隔离装置耦合到所述谐振槽;以及
输出端,所述输出端通过整流器耦合到所述隔离装置;以及
控制级,所述控制级耦合到所述电源开关,其中所述控制级接收来自所述输入端和所述输出端这两者的信号;以及
生成用于所述电源开关的多个栅极驱动信号,其中所述栅极驱动信号经安排使得所述谐振转换器的切换频率处于频带中;
所述频带包括上限和下限,所述上限和所述下限邻近于所述谐振槽的谐振频率,所述频带通过控制环路确定,所述控制环路根据可变参考函数来设置使得所述谐振频率在所述频带内,所述可变参考函数包含向量:输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、操作温度中的多个变量组合。
14.根据权利要求13所述的方法,其进一步包括:
将所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率以获得更好的输出电压调节,其中所述第二切换频率在所述频带内。
15.根据权利要求14所述的方法,其进一步包括:
将所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率以获得更好的输出电流调节,其中所述第二切换频率在所述频带内。
16.根据权利要求13所述的方法,其进一步包括:
通过反馈控制机制将所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,其中所述第二切换频率在所述频带内。
17.根据权利要求13所述的方法,其进一步包括:
通过前馈控制机制将所述切换频率从第一切换频率变化到第二切换频率,其中所述第二切换频率在所述频带内。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790586B (zh) * 2014-12-23 2019-02-12 台达电子工业股份有限公司 供电系统、不断电系统与供电方法
CN104467443B (zh) * 2015-01-06 2017-05-31 山东鲁能智能技术有限公司 基于llc拓扑的超宽输出电压范围充电机及控制方法
JP6488194B2 (ja) 2015-05-26 2019-03-20 株式会社日立製作所 電源装置
JP6496608B2 (ja) 2015-05-26 2019-04-03 株式会社日立製作所 電力変換装置及びその電力変換制御手段
JP2017070047A (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 株式会社日立製作所 電源装置
US10097095B2 (en) 2016-09-21 2018-10-09 General Electric Company DC converters with modified droop control and method of use
JP6844509B2 (ja) * 2017-11-16 2021-03-17 オムロン株式会社 電源装置及び制御装置
CN109951062B (zh) * 2017-12-21 2022-07-26 雅达电子国际有限公司 谐振转换器及用于谐振转换器的控制方法
US10819242B2 (en) * 2018-01-30 2020-10-27 Futurewei Technologies, Inc. Modular voltage converter
TWI680636B (zh) * 2018-05-16 2019-12-21 台達電子工業股份有限公司 電源轉換電路及電源轉換電路控制方法
CN110504837B (zh) 2018-05-16 2020-10-30 台达电子工业股份有限公司 电源转换电路及电源转换电路控制方法
CN109889050B (zh) * 2019-03-15 2021-07-27 哈尔滨工业大学 基频-倍频双工作模态clcl谐振式dc/dc变换器
US11290008B2 (en) * 2019-03-29 2022-03-29 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Resonant switched-capacitor converter
US20230396174A1 (en) * 2022-06-03 2023-12-07 Infineon Technologies Austria Ag Voltage converter with switch control circuitry

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7660133B1 (en) * 2008-11-04 2010-02-09 Champion Microelectronic Corporation Resonant switching converter having operating modes above and below resonant frequency
CN102281002A (zh) * 2010-06-09 2011-12-14 旭丽电子(广州)有限公司 谐振式电力转换电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5051880A (en) 1989-12-29 1991-09-24 At&T Bell Laboratories Mixed mode regulation controller for a resonant power converter
US6301128B1 (en) * 2000-02-09 2001-10-09 Delta Electronics, Inc. Contactless electrical energy transmission system
US6930893B2 (en) 2002-01-31 2005-08-16 Vlt, Inc. Factorized power architecture with point of load sine amplitude converters
JP4762134B2 (ja) * 2004-05-07 2011-08-31 パナソニック株式会社 共振型スイッチング電源装置
CN100521492C (zh) 2007-06-13 2009-07-29 艾默生网络能源有限公司 一种谐振变换器
US7742318B2 (en) * 2008-06-10 2010-06-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Multi-element resonant converters
WO2012005604A2 (en) * 2010-06-29 2012-01-12 Eaton Industries Company Power factor control of a cyclo-converter
US9203326B2 (en) * 2010-06-29 2015-12-01 Eaton Industries Company Feed forward control for a cyclo-converter
CN102457193B (zh) * 2010-10-27 2015-08-19 台达电子工业股份有限公司 具有单级转换器的电源供应器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7660133B1 (en) * 2008-11-04 2010-02-09 Champion Microelectronic Corporation Resonant switching converter having operating modes above and below resonant frequency
CN102281002A (zh) * 2010-06-09 2011-12-14 旭丽电子(广州)有限公司 谐振式电力转换电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Using LLC Resonant Converter for Designing Wide-Range Voltage Source;Reza Beiranvand等;《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》;20110531;第58卷(第5期);第1747页右栏最后一段,第1748页右栏倒数第1-2段,式4-13,图2-8 *

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