CN106063104A - 开关受控谐振dc‑dc电力转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及谐振DC‑DC电力转换器，其包括：输入侧电路，包括用于接收输入电压或电流的正极和负极输入端子；以及输出侧电路，包括用于将转换器输出电压供应至转换器负载并连接至转换器负载的正极和负极输出端子。谐振DC‑DC电力转换器进一步包括连接在谐振网络的输出端和输出侧电路之间的整流电路。谐振网络被配置为根据第一开关控制信号，通过第一可控开关布置交替地从输入电压或电流充电、以及通过整流电路放电。谐振DC‑DC电力转换器的第二可控开关布置被配置为在第一开关状态下选择谐振网络的第一阻抗特性并且在第二开关状态下选择谐振网络的第二阻抗特性。输出电压或电流控制电路被配置为根据第二可控开关布置的开关状态，通过激活和中断第一开关控制信号，来调节转换器输出电压和/或电流。

Description

开关受控谐振DC-DC电力转换器
技术领域
本发明涉及谐振DC-DC转换器，其包括：输入侧电路，包括用于接收输入电压或电流的正极和负极输入端子；以及输出侧电路，包括用于提供转换器输出电源、电压或电流的正极和负极的输出端子并连接到转换器负载。谐振DC-DC电力转换器进一步包括整流电路，连接在谐振网络的输出端和输出侧电路之间。谐振网络被配置为根据第一开关控制信号，通过第一可控开关布置交替地从输入电压或电流充电、通过整流电路放电。谐振DC-DC电力转换器的第二可控开关布置被配置为在第一开关状态下选择谐振网络的第一阻抗特性，并且在第二开关状态下选择谐振网络的第二阻抗特性。输出电压或电流控制电路被配置为根据第二可控开关布置的开关状态，通过激活和中断第一开关控制信号，调节转换器输出电压和/或电流。
背景技术
功率密度和组件成本是隔离和非隔离DC-DC电力转换器的关键性能指标，以便对于给定的输出电源要求或规格提供尽可能最小的物理尺寸和/或最低的成本。谐振电力转换器对于高开关频率尤其有用，诸如1MHz以上的频率，在这样的频率中，标准SMPS拓扑(Buck，Boost等)的开关损耗出于转换效率的原因常常不可接受。高开关频率通常是理想的，因为其结果是像电感器和电容器这样的电力转换器组件的电尺寸和物理尺寸的降低。较小的组件允许DC-DC电力转换器功率密度的增加。在谐振电力转换器中，标准SMPS的输入“斩波器”半导体开关(通常是MOSFET或IGBT)替换为“谐振”半导体开关。谐振半导体开关依靠通常涉及各种电路电容和电感的谐振网络的谐振来形成半导体开关上的电流或电压的波形，使得当发生状态切换时，半导体开关上没有电流或电压。因此，在输入半导体开关的至少一些固有电容或感应中大量排除功率损耗，使得开关频率剧增到VHF范围变得可行，例如增加至30MHz以上。这个概念以这样的名称在本领域已知，像零电压和/或零电流开关(ZVS和/或ZCS)操作。通常使用的，在ZVS和/或ZCS下操作的开关模式电力转换器通常描述为E级、F级或DE级逆变器或电力转换器。
但是，以高效的方式调节或控制谐振DC-DC电力转换器的输出电源/电压/电流仍然是很大的挑战。如果谐振电力转换器由“谐振”半导体开关的脉宽调制(PWM)控制，ZVS能力丧失，电源转换效率将显著下降。改变谐振电力转换器的开关频率已经在现有技术电力转换器中应用，以便控制谐振电力转换器的输出电压/电流，但是这个控制方法遭受有限范围的输出电压调整和电源转换损失增加的缺点。通过控制方案控制谐振电力转换器的输出电压/电流已经在现有的谐振电力转换器中应用并且证明是有效的，所述控制方案是可变的开关频率和PWM的结合。不幸的是，这个控制方法或方案导致非常复杂的控制电路。
另一个更加简单而高效的控制或调节谐振DC-DC电力转换器的输出电源/电压/电流的方法是以间歇的方式接通和断开整个谐振电力转换器。这个控制方案被称为“突发模式控制”或“开/关控制”。突发模式控制允许谐振电力转换器在固定的开关频率上操作，在这个频率，转换效率在打开或启动时间段很高或最佳。在电力转换器关闭或禁用的时间段，电源损耗基本上排除，因为驱动谐振电力转换器的谐振晶体管缺乏开关活动性。理想的谐振电力转换器的突发模式控制导致转换器上从零到满负载的满负载调整和恒定的效率。
现有技术谐振电力转换器的开/关控制已经通过控制在“谐振”半导体开关的控制端子(例如MOSFET栅极端子)的信号电压实现。这个方案在一些应用中可能以令人满意的方式有效，但是为了调整或调节转换器输出电压和电流，需要从转换器的输出/次级侧到“谐振”半导体开关的控制端子的反馈控制信号。这显示出了隔离谐振电力转换器的一个显著问题，因为反馈控制信号必须穿过初级侧电路和次级侧电路之间的电流隔离栅。传统上，为了保持谐振电力转换器的的输入侧电路和输出侧电路之间的电流隔离，已经通过相对缓慢且昂贵的光耦合器或笨重缓慢的变压器将控制信号传输至谐振半导体开关。但是，通过光耦合器和变压器的延时显示出对于谐振电力转换器的打开/关闭控制的严重阻碍，其中，快速的瞬时响应是非常有利的，以便提供转换器输出电压和电流的足够的控制。延时问题对于以在20MHz或高于20MHz开关频率操作的高频谐振电力转换器尤其显著。
TSO-SHENG CHAN ET AL：“A Primary Side Control Method for WirelessEnergy Transmission System”，IEEE Transactions on Circuits and Systems i：常规论文，IEEE，59卷第8期公开了通过肌肤栅(skin barrier)将电力从初级侧电路传输至次级侧电路的无线能量传输系统(WETS)。该IEEE论文公开了基于谐振E级的DC-DC电力转换器，其中，电感电力变压器通过皮肌肤栅连接输入侧电路和输出侧电路。充电保护电路包括可控次级侧开关(Ms)，该开关选择性将电池(Vb)负载与电力转换器的输出连接和断开。初级侧控制器通过检测输入电流的变化和输入电抗的相位来操作，以便确定次级侧开关(Ms)的状态。基于谐振E级的DC-DC电力转换器的开关频率的推荐范围在83-175kHz之间。
鉴于这些与现有技术谐振电力转换器关联的问题和挑战，有利的是，为谐振电力转换器的开/关控制提供新型的控制机构，从而排除跨过电流隔离栅将反馈控制信号从输出电压控制电路传输至谐振半导体开关的控制端子的需要。因为延时和占用与将反馈控制信号通过电线传输至谐振晶体管关联的电路板和负载区域，排除反馈控制信号在非隔离谐振电力转换器中也是有利的。
鉴于以上内容，减小隔离和非隔离谐振DC-DC电力转换器的尺寸和降低其组件成本仍然是一个挑战。提供具有快速瞬时响应的输出电压控制机构以便提供即使是高频谐振电力转换器的转换器输出电压的良好调整也仍然是一个挑战。因此，非常期望简化转换器输出电压的控制并且减少用来执行输出电压调整所需的电子组件的数目的谐振电力转换器的新型控制机构。
发明内容
本发明的一个方面涉及谐振DC-DC转换器，包括：输入侧电路，包括用于接收输入电压或电流的正极和负极输入端子；以及输出侧电路，包括用于向转换器负载提供转换器输出电力、电压或电流并连接到转换器负载的正极和负极输出端子。谐振DC-DC电力转换器进一步包括连接在谐振网络的输出端和输出侧电路之间的整流电路。所述谐振网络被配置为根据第一开关控制信号(first switch control signal)，通过第一可控开关布置交替地从输入电压或电流充电以及通过整流电路放电，其中，开关控制信号的频率为20MHz或高于20MHz，更优选地为30MHz或高于30MHz。谐振DC-DC电力转换器的第二可控开关布置被配置为在第一开关状态(switch state)下选择谐振网络的第一阻抗特性，并且在第二开关状态下选择谐振网络的第二阻抗特性。输出电压或电流控制电路被配置为根据第二可控开关布置的开关状态，通过激活和中断第一开关控制信号，来调节或调整转换器输出电压和/或电流。
如在下文中另外详细解释的，谐振网络的第一和第二阻抗特性可呈现不同的谐振频率和/或在所述谐振频率处呈现不同的Q值。当谐振DC-DC电力转换器可操作或接通时，第一开关控制信号的开关频率(switching frequency)优选地位于接近谐振网络的谐振频率，以便确保高的功率转换效率。
输出电压和/或电流控制电路能够通过控制第二可控开关布置的状态(即，导通状态或非导通状态)，来调整转换器输出电压或电流，从而接通或断开当前谐振DC-DC电力转换器的操作。由于第二可控开关布置可方便地布置在谐振DC-DC电力转换器的输出侧电路中，可通过整个布置在转换器的输出侧的电压或电流控制环路调节转换器的输出电压。因此，可仅经由置于次级侧电路中的组件的控制实现隔离类型的谐振DC-DC电力转换器的输出电压和/或电流调整。排除了将输出控制信号(诸如输出电压信号或输出电流信号)反馈给这样的隔离谐振DC-DC电力转换器的输入侧或初级侧的需要。如上文提到的，排除将反馈控制信号传输给输入侧或初级侧(具体而言是传输给第一开关布置的控制端子)的需要在当前谐振DC-DC电力转换器的非隔离和隔离类型中都是有利的。关于隔离谐振DC-DC电力转换器，排除将反馈控制信号传输至输入侧电路的第一开关布置消除了使用昂贵、笨重和代价高的隔离设备(诸如光耦合器或变压器)将反馈控制信号传输跨过电流隔离栅的需要。
关于非隔离谐振DC-DC电力转换器，在输出侧电路进行输出电压和/或电流调整的能力排除了延时和与反馈控制信号至输入侧电路的第一开关布置的配线关联的电路板空间站占用。这改善了非隔离谐振DC-DC电力转换器的瞬时响应，以便为负载提供更好的转换器输出电压和/或电流的调整。这个特征对于以30MHz或高于30MHz频率的VHF开关频率操作的谐振DC-DC电力转换器特别有利，在这样的频率接通和断开电力转换器时短的延时提高调整性能。
第二可控开关布置可插入在谐振DC-DC电力转换器的输出侧电路的各种位置，以便在谐振网络的第一和第二阻抗特性之间进行选择。第二可控开关布置优选地耦接至谐振网络的输出端。根据一个实施方式，第二可控开关布置串联耦接在整流电路的输出端和正极或负极输出端子之间，以便在导通开关状态下连接转换器负载并且在非导通开关状态下断开转换器负载。以这种方式，正极或负极输出端子和转换器负载可在转换器的断开状态下从谐振DC-DC电力转换器的剩余部分电气地断开。
整流电路被优选地设计为在谐振网络的谐振频率处与连接的转换器负载呈现大致的阻性阻抗(resistive impedance)。在这种情况下，谐振网络的第一阻抗特性(包括谐振频率)可由谐振网络的一个或多个互相连接的电感器和电容器确定，来自整流电路的组件的影响可忽略。另一方面，当转换器负载通过第二可控开关布置与整流电路的输出端断开时，整流电路可呈现不同的非阻性输入阻抗，该阻抗负载谐振网络。这个非阻性负载导致谐振网络的阻抗特性的改变，以选择谐振网络的第二阻抗特性。这个谐振网络的第二阻抗特性可呈现比第一阻抗特性的谐振频率Q值更低的谐振频率Q值。谐振网络的第二阻抗特性可具有比谐振网络的第一阻抗特性的谐振频率更高或更低的(即，不同的)谐振频率，例如因为整流电路的电感器和/或电容器对于谐振网络的谐振频率具有影响。如下文进一步详细描述的，谐振网络的第一和第二阻抗特性的这些差别可用来启用或禁用第一可控开关布置周围的反馈环路的振荡。根据另一个实施方式，第二可控开关布置耦接在谐振网络的输出端两端，以便在非导通状态下选择谐振网络的第一阻抗特性并且在导通状态下选择谐振网络的第二阻抗特性。
在另一个实施方式中，经由第二可控开关布置，通过将一个或多个辅助电容和/或将一个或多个辅助电感分别连接至谐振网络现有的电容和电感，将谐振网络的阻抗特性从谐振网络的第一阻抗特性变为第二阻抗特性。
在谐振DC-DC电力转换器的优选实施方式中，整流电路包括：第二可控开关布置；和控制电路，被配置为与第一开关控制信号同步生成第二可控开关布置的控制信号。在这个实施方式中，整流电路和第二可控开关布置各自的功能被集成。以这种方式，除了连接或断开转换器负载，第二可控开关布置可操作为同步全波或半波整流器并且代替整流电路的一个或多个普通整流二极管。
谐振DC-DC电力转换器的输出电压或电流控制电路可包括耦接在第一可控开关布置的输出端子和控制端子之间的自振荡反馈环路。在这个实施方式中，谐振网络的第一阻抗特性被配置为启用自振荡反馈环路的振荡并且谐振网络的第二阻抗特性被配置为禁用自振荡反馈环路的振荡。因此，第二可控开关布置的开关状态可用来通过启用和禁用第一可控开关布置的振荡或开关，分别激活和中断电力转换器的操作。例如后者可包括晶体管，诸如MOSFET，其中自振荡反馈环路连接在MOSFET的漏极端子和栅极端子之间。本领域的技术人员将理解自振荡反馈环路优选地整个布置在谐振DC-DC电力转换器的输入侧电路，以避免从输出侧电路传输自振荡反馈环路的反馈信号。
自振荡反馈环路可包括耦接在第一可控开关布置的输出端子和控制端子之间的第一固有开关电容。自振荡反馈环路进一步包括第一偏置电压源和第一电感器，第一偏置电压源被配置为生成第一可调节偏置电压，第一电感器优选地具有大致固定的电感、耦接在第一偏置电压源和第一可控开关布置的控制端子之间。除了第一固有开关电容，自振荡反馈环路可包括连接在第一可控开关的输出端子和控制端子之间的外部电容器。本领域的技术人员将理解第一固有开关电容可包括包含在第一可控开关布置中的MOSFET晶体管的漏极-栅极电容。基于围绕在输入侧开关布置周围的自振荡反馈环路的数个谐振DC-DC电力转换器设计在申请人的共同待审申请PCT/EP2013/072548中公开。本领域的技术人员将理解这些自振荡反馈环路可用于当前的谐振DC-DC电力转换器。
分别启用和禁用第一可控开关布置的振荡的谐振网络的第一和第二阻抗特性可在各种方面不同。在一个实施方式中，第一阻抗特性的Q值在第一阻抗特性的谐振频率处大于5；并且第二阻抗特性的Q因子在第二阻抗特性的谐振频率处小于2。在另一个实施方式中，第一阻抗特性的谐振频率至少比第二阻抗特性的谐振频率大1.4倍。
在谐振DC-DC电力转换器的一系列有利的实施方式中，第一开关控制信号的频率在所谓的VHF范围置于20MHz或大于20MHz，诸如在30MHz或大于30MHz。在这些实施方式中，上文讨论的谐振网络的第一阻抗特性的谐振频率位于20MHz或大于20MHz或者位于30MHz或大于30MHz。谐振网络的第一阻抗特性的谐振频率优选地位于接近第一开关控制信号的频率。谐振DC-DC电力转换器优选地促进一个或多个半导体开关的零电压和/或零电流开关驱动或激活谐振网络。
输出电压或电流控制电路可包括连接在转换器输出电压/电流和第二可控开关布置的控制端子之间的调整环路(例如电压、电流或电源调整环路)，以便根据一个或多个DC基准电压或电流调节转换器输出电压和/或电流。例如电压或电流调整环路可包括被配置为提供一个或多个DC基准电压的DC基准电压发生器；
一个或多个比较器，被配置为比较转换器输出电压和至少第一DC基准电压，并且根据比较的结果选择第二可控开关布置的导通状态或非导通状态。
在这个实施方式中，电压调整环路可使用单个DC基准电压来调节转换器输出电压。当转换器输出电压超过单个DC基准电压时，可通过选择第二可控开关布置的合适状态来断开谐振DC-DC电力转换器。同样地，当转换器输出电压小于单个DC基准电压时，可通过选择第二可控开关布置的相反状态来接通DC-DC电力转换器。
在谐振DC-DC电力转换器可替代的实施方式中，电压或电流调整环路包括用作控制输出调整的基准的至少两个不同的DC基准电压或电流。在这个实施方式中，DC基准电压发生器被配置为在第一DC基准电压高于第二DC基准电压时提供第一DC基准电压和第二DC基准电压；一个或多个比较器被配置为：
比较转换器输出电压与第一和第二DC基准电压；以及
响应于转换器输出电压超过第一DC基准电压，选择第二可控开关布置的导通状态和非导通状态的其中之一，
响应于转换器输出电压低于第二DC基准电压，选择第二可控开关布置的相反状态。
如前文提到的，谐振DC-DC电力转换器可包括电流隔离栅。电流隔离栅优选地布置在输入侧电路和输出侧电路之间，以便在转换器输出电压和输入侧电路之间提供电流隔离。这个电流隔离栅可包括一对磁耦合电感器，这对电感器包括电连至输入侧电路的第一电感器和电连至整流电路的输入口的第二电感器。这对磁耦合电感器可包括变压器。在另一个实施方式中，电流隔离栅包括第一和第二耦合电容器。第一耦合电容器可布置在谐振电力转换器的信号携载线路中，例如串联在谐振网络的输出端和整流电路之间。第二耦合电容器可布置在输入侧电路和输出侧电路之间的谐振电力转换器的负极电压线或接地线中。基于耦合电容器的电流隔离栅在以20MHz或大于20MHz操作的谐振DC-DC电力转换器中尤其有用，因为在这样高的频率上所要求的相对较小的第一和第二电容器的电容。小的电容允许第一和第二电容器的每一个具有小的物理尺寸并且实施为非电解SMD电容器，例如电容低于100nF的陶瓷电容器。
本领域的技术人员将理解，在本发明中可使用所有的谐振DC-DC电力转换器拓扑，例如SEPIC、E级、F级DE级或从这些衍生的转换器拓扑。下文结合附图详细描述E级拓扑的几个示例性隔离和非隔离谐振DC-DC电力转换器。
第一可控开关布置可包括一个或多个半导体开关并且第二可控开关布置可包括一个或多个半导体开关。第一和第二可控开关布置的半导体开关的每一个可包括诸如MOSFET或IGBT的半导体晶体管，诸如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)MOSFET。因此，第一可控开关布置的控制端子或端子可包括一个或多个半导体开关的一个或多个栅极端子或基极端子。每一个半导体开关的控制端子可由第一开关控制信号驱动以便交替地使半导体开关在导通状态和断开状态之间切换。第二可控开关布置的控制端子或端子可包括一个或多个半导体开关的一个或多个栅极端子或基极端子。
谐振DC-DC电力转换器的一个实施方式包括用于接收远程数据命令的无线数据接收器，以便控制第二可控开关布置的开关状态。远程数据命令可用来通过经由无线家庭自动网络接收的命令中断或激活谐振DC-DC电力转换器的操作。可将远程数据命令输入至控制第二可控开关布置的开关状态的输出电压或电流控制电路。以这种方式，可经由远程控制将谐振DC-DC电力转换器切换为接通或断开或对其进行调整。无线数据接收器可与各种工业标准无线数据通信协议(诸如ZigBee通信协议)或有线数据通信协议(诸如数据可寻址照明接口(DALI)和协议)兼容。
本领域的技术人员将理解第一可控开关布置可根据选择的谐振DC-DC电力转换器的拓扑由单个晶体管形成(例如NMOS设备)或数个互连的晶体管形成。在一些实施方式中，第一可控开关布置可包括半桥开关拓扑或全桥开关拓扑。
电流隔离栅可包括变压器，该变压器包括一对磁耦合电感器，这对电感器包括电连至初级侧电路的第一电感器和电连至输出侧电路的第二电感器。第一和第二电感器可以是均绕在共同的导磁结构以便形成隔离变压器的离散绕组(discrete winding)。在可替代的实施方式中，第一和第二电感器集成在印刷电路板上，而不需要插入磁性材料。印刷电路板可具有安装于其上的整个DC-DC电力转换器。
谐振DC-DC电力转换器的一个实施方式布置在单个大致平坦的载体基板上，以便形成紧凑、低价和的单个单位的电力转换器装配，适合于在诸如LED灯和电池充电器的各种消费品配置中集成。谐振DC-DC电力转换器的后一种实施方式包括单个大致平坦的载体基板，该基板包括第一表面和第二相对表面，其中，输入侧电路、输出侧电路、整流电路、谐振网络、第一可控开关布置、第二可控开关布置和输出电压或电流控制电路布置在第一表面和/或第二表面上。平坦的载体基板可包括单面或双面印刷电路板，该电路板在包括第一表面的顶层和包括第二表面的底层之间还包括另外的层。本领域的技术人员将理解可通过焊接或胶粘将输入侧电路、输出侧电路、整流电路、谐振网络、第一可控开关布置、第二可控开关布置和输出电压或电流控制电路的各自的无源和有源电子组件连附在上和/下载体表面。
本发明的第二个方面涉及操作谐振DC-DC电力转换器以生成转换器输出电压或电流的方法，所述方法包括以下步骤：
a)根据第一开关控制信号，通过第一可控开关布置交替地从输入电压或电流电源对谐振转换器的谐振网络进行充电和放电，
b)对谐振网络的谐振电流进行整流，
c)将已整流的谐振电流释放到整流电路，以产生整流输出电压，
d)通过选择第二可控开关布置的第一或第二开关状态，在谐振网络的第一阻抗特性或第二阻抗特性之间切换，
e)根据所述第二可控开关布置的第一和第二开关状态，通过交替地激活和中断所述第一开关控制信号，调节转换器输出电压或电流。
附图说明
将结合附图更详细地描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1为根据本发明的优选实施方式的谐振DC-DC电力转换器的顶层示意方框图，
图1A)为根据本发明的优选实施方式的包括谐振DC-DC电力转换器的电力转换器装配的示意方框图，
图2为根据本发明的第一实施方式的隔离E级类型的谐振DC-DC电力转换器的简化电路图，
图3为根据本发明的第二实施方式的隔离E级类型的谐振DC-DC电力转换器的简化电路图，
图4为根据本发明的第三实施方式的自振荡隔离E级DC-DC电力转换器的简化电路图，以及
图5为根据本发明的第四实施方式的非隔离E级DC-DC电力转换器的简化电路图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施方式的谐振DC-DC电力转换器100的简化示意方框图。下文参照图2、图3、图4和图5描述该谐振DC-DC电力转换器的示例性实施方式的具体示意电路图。谐振DC-DC电力转换器100包括通过可选择的电流隔离栅(galvanicisolation barrier)140连接的输入模块120和输出模块150。电流隔离栅140可包括各种类型的电绝缘元件或组件，诸如一对耦合电容器或诸如变压器的一对磁耦合电感器。输入模块120包括输入侧电路，该电路包括用于从电压或电力源接收DC或AC输入电压Vin的正极输入端子101和负极输入端子102。输入侧电路可包括电连在正极和负极输入端子101、102之间的输入电容器(没有示出)，以便形成用于输入电压源的储能器并且抑制DC或AC输入电压Vin的AC纹波电压分量和/或噪声分量。输出模块150包括输出侧电路，该电路包括分别用来向转换器负载提供转换器DC输出电压Vout并连接到转换器负载的正极和负极输出端子110、111。转换器负载由负载电阻器RL示意地表示。输出模块150进一步包括连接在谐振DC-DC电力转换器100的谐振网络(没有示出)的输出端和输出侧电路之间的由二极管符号示意地表示的整流电路。输入模块120包括第一可控开关布置，该布置包括至少一个可控半导体开关、可根据开关控制信号操作。一个或多个可控半导体开关可包括诸如BJT、MOSFET或IGBT的晶体管，其中，基极和栅极端子耦接至开关控制信号。可控开关布置耦接至谐振网络，使得后者交替从DC或AC输入电压充电、以及对整流电路放电，以便产生DC输出电压Vout。因此第一可控开关布置的开关控制信号的频率设置为谐振DC-DC电力转换器100的开关频率(switching frequency，切换频率)。谐振网络在本发明的一些实施方式中可仅仅地布置在输入模块120中，而在其他实施方式中谐振网络可包括电流隔离栅140和/或整流电路的无源组件。谐振网络优选地包括互相连接的至少一个电容器和至少一个电感。谐振DC-DC电力转换器100进一步包括输出电压或电流控制电路160，被配置为根据第二可控开关布置(没有示出)的开关状态，通过激活和中断前文讨论的第一可控开关布置的开关控制信号，调节DC输出电压Vout。如下文详细讨论的，第二可控开关布置的开关状态经由控制线或配线112控制，配线112可连接至第二可控开关布置合适的控制端子。当第一可控开关布置的开关控制信号中断或停止(即，没有接通)时，谐振网络就不再充电或激活并且由于电流被转换器负载消耗，DC输出电压Vout逐渐降低。当第一可控开关布置的开关控制信号被激活时，谐振网络再次由第一可控开关布置充电或激活并且提供谐振电流至整流电路和输出侧电路，使得DC输出电压Vout逐渐增加。
可在本谐振DC-DC电力转换器的不同的实施方式中利用不同类型的控制机构，以便控制第一可控开关布置的开关控制信号的激活和中断。在一个实施方式中，第二可控开关布置被配置为连接或断开转换器负载RL，以便改变谐振网络的阻抗特性。在另一个实施方式中，通过将第二可控开关布置在导通状态和非导通状态之间切换来改变谐振网络的阻抗特性，例如为谐振网络增加一个或多个辅助电容或电感。谐振网络的阻抗特性的这种改变在某些实施方式中可被谐振相位检测器130检测到。谐振相位检测器130可被配置为经由信号的监控线131监控谐振网络的谐振电压和谐振电流。谐振相位检测器130可配置为测量由谐振网络的阻抗特性的变化引起的在谐振网络的标称谐振频率处的谐振电流和谐振电压之间的相位和幅度的改变，谐振网络的阻抗特性的变化由第二可控开关布置的状态切换引起。
谐振相位检测器130可为第一开关布置生成开关控制信号并且将该控制信号133提供给谐振网络的一个或多个控制端子，诸如上文讨论的基极或栅极端子。在本谐振DC-DC电力转换器100的一个有利的实施方式中，谐振相位检测器130集成在自振荡反馈环路中，该环路形成在第一可控开关布置周围。以这种方式，如下文结合图4和图5详细描述的，根据第二可控开关布置的开关状态启用或禁用自振荡反馈环路的振荡。
图1A)示意地示出了根据本发明的优选实施方式的谐振DC-DC电力转换器100可如何布置在的单个大致平坦的载体基板180上，诸如印刷电路板(PCB)上。安装在这样一个单个载体基板180上的谐振DC-DC电力转换器形成紧凑、低价和的单个单位的电力转换器装配，适合于在诸如LED灯和电池充电器的各种消费品配备中集成。此外，输入模块120、电流隔离栅140和输出模块150安装在共同的载体基板上允许高的功率转换效率，因为谐振DC-DC电力转换器的输入和输出侧电路放置为互相靠近。单个大致平坦的载体基板180可包括上或第一表面182和第二、相对表面(没有示出)。本领域的技术人员将理解所涉及的谐振DC-DC电力转换器实施方式的无源和有源电子组件例如可通过焊接和胶粘连附在上和/下载体表面。这些无源和有源电子组件可包括图2、图3、图4和图5示出的并在下文中详细讨论的谐振DC-DC电力转换器实施方式200、300、400和500的各自的半导体开关、电容器、电感器、端子、比较器等。同样地，可在单个平坦的载体基板180的上和/下载体表面形成合适的电线迹线，以便以期望的方式将电路模块120、130、140、150、160互相连接。大致平坦的载体基板180的上或下表面182还包括用于从转换器的电压或电力源接收DC或AC输入电压Vin的正极输入端子101和负极输入端子102。大致平坦的载体基板180的上或下表面182分别包括正极或负极输出端子110、111，其用于将DC输出电压Vout连同由转换器生成的伴随的输出电压和电流一起提供至预期的负载，例如LED灯的LED设备。
根据本发明的优选实施方式的谐振DC-DC电力转换器100可包括用于接收远程数据命令至输出电压或电流控制电路160的可选择的无线或有线数据接收器190。远程数据命令可用于经由输出电压或电流控制电路160中断、激活或调节谐振DC-DC电力转换器的操作。远程数据命令可经历与开关控制信号的逻辑或(OR)操作，开关控制信号由输出电压或电流控制电路160经由信号电线或导线112提供。以这种方式，谐振DC-DC电力转换器可经由远程控制将切换为开或关或进行调节，并且与无线或有线家庭自动网络集成。可选择的数据接收器190可与各种工业标准无线数据通信协议(诸如ZigBee通信协议)或有线数据通信协议(诸如数据可寻址照明接口(DALI)接口和协议)兼容。
图2示出了隔离E级DC-DC电力转换器200的电路图。电力转换器200包括通过可选择的电流隔离栅240连接的输入模块220和输出模块250，电流隔离栅240由串联或耦合电容器C2和C3形成。输入侧电路220包括用于从电压或电力源接收DC或AC电压Vin的正极输入端子202和负极输入端子201。另外，输入电容器(没有示出)可电连在正极和负极输入端子201、202之间，以便形成用于输入电压源的储能器并且抑制DC或AC输入电压Vin的AC纹波电压分量和/或噪声分量。输入侧电路220另外包括如下文讨论的谐振网络，该谐振网络通过第一可控开关布置S1交替地从DC或AC输入电压Vin充电、并通过E级整流电路250放电。后者在本实施方式中包括单个可控制半导体晶体管或开关S1。本领域的技术人员将理解，第一可控开关布置S1在本发明的其他实施方式中可包括多个可控制半导体晶体管或开关。第一可控开关布置S1例如在谐振DC-DC电力转换器的对应的E级实施方式中可包括具有一对堆叠的半导体晶体管或开关的半桥布置。单个可控半导体开关S1可包括诸如MOSFET或IGBT的半导体晶体管，例如氮化镓(GaN)的或碳化硅(SiC)MOSFET。
谐振网络包括至少第一电感器L1；第一电容器C1(其可以是S1一部分的寄生电容)；以及第二电感器L2和电流隔离栅240的耦合电容器C2和C3。耦合电容器C3的电容可远大于C2的电容，例如是C2电容的10倍以上，使得在设置谐振网络的谐振频率时，C3的电容效果可忽略。谐振网络的充电和放电或激活跟随施加至半导体开关S1的控制或栅极端子204的第一开关控制信号，使得当谐振电力转换器200是激活的或接通时，开关S1以第一开关控制信号的频率在导通/接通状态和非导通/断开状态之间切换。如下文详细解释的，电力转换器200被优选地设计或配置成使得当选择第二可控半导体开关S2的接通状态或导通状态时，第一开关控制信号的频率位于接近谐振网络的谐振频率。因此，当转换器接通或激活时，谐振电力转换器200的开关频率对应第一开关控制信号的频率。半导体开关S1的状态切换在谐振网络中生成从谐振网络的输出端流经输出模块250的E级整流电路的谐振电流，以便跨整流电容产生整流DC输出电压Vout。E级整流电路包括电感器L3、整流二极管D1和电容器C4。本领域的技术人员将理解电感器L3和电容器C4可根据转换器尺寸影响谐振网络的谐振频率的设置。但是，当开关S2处于其导通状态或接通状态时，当整流电路被配置为在谐振网络的谐振频率处呈现基本阻性输入阻抗时，整流组件L3和C4在电力转换器实施方式中的影响可以最小。电容器C5和C6确保稳定的转换器输出电压或电流。
输出模块进一步包括分别将转换器DC输出电压Vout提供给E级电力转换器200的转换器负载RL的正极和负极输出端子210、211。转换器负载在附图中由负载电阻器RL示意地示出，但是在实际中包括不同类型的电气负载，例如一组LED二极管或可充电电池等。第二可控半导体开关S2置于整流电路的正极输出节点209和转换器负载RL之间。因此，S2置于与转换器负载串联，使得当开关S2切换到其断开状态或非导通状态时，后者与E级电力转换器200断开。在S2的该断开状态下，电容器C6与转换器整流电路电气隔离，但是在电力转换器的DC输出电压由于电流被转换器负载RL消耗而降低时，电容器C6可随时向转换器负载提供电力。在相反的情形下，即S2被置于其接通或导通状态时，整流电路的正极输出节点209连接至转换器负载RL并且整流电容器C5和C6并联以形成电力转换器200的共同输出电容器。本领域的技术人员将理解优选地设计或选择第二可控半导体开关S2，使得其电阻显著小于等效的负载电阻，例如至少小10倍，以便将S2中的接通状态电力损耗和S2上的电压降最小化。
第二可控半导体开关S2优选地包括至少一个MOSFET晶体管，诸如NMOS晶体管。第二可控半导体开关S2当然可由多个并联的单个半导体开关形成，诸如多个并联的MOSFET。
本领域的技术人员将理解，第二可控半导体开关S2的布置操作为在开关S2的导通状态下将转换器负载RL连接至整流器的输出端，并且在开关S2的非导通状态下将转换器负载RL从整流器的输出节点209断开。这实际上改变了由整流电路呈现的谐振网络的输出端处的负载，因为当开关S2断开转换器负载RL时，整流电路的等效输入阻抗显著增加。由开关S2的状态切换引起的谐振网络输出端上的负载的该变化改变了谐振网络的阻抗响应特性，使得后者在开关S2的非导通状态(转换器负载断开)下呈现第二且不同的阻抗响应特性。在谐振网络的频率上的阻抗特性的该变化可例如包括Q值的改变和/或谐振频率的改变。正如从当前实施方式中的开关晶体管S1的输出端(即S1的漏极端子)看到的，谐振网络的阻抗响应特性可由其阻抗特性表示。谐振网络的阻抗特性的Q可例如从在开关S2的导通状态下的5与20之间的值降低到在开关S2的非导通状态下的0.5与2之间的值。谐振网络的谐振频率从开关S2的导通状态到非导通状态可例如以介于1.4和3之间的因数(例如约1.41)下降，例如从约30MHz到约21MHz。E级电力转换器200进一步包括输出电压控制电路260，其被配置为根据谐振网络的第一阻抗特性或是第二阻抗特性的选择，通过启用/激活或者禁用/中断第一开关S1的栅极端子204上的第一开关控制信号，来调节DC输出电压Vout。输出电压控制电路包括比较器208和将DC基准电压Vref提供给比较器208的第一输入端的DC基准电压发生器(没有示出。比较器输出连接至开关S2的栅极端子212，使得比较器输出口根据比较器输出的逻辑电平选择开关S2的导通状态和非导通状态中的一个。启用或禁用开关S1的栅极控制信号的输出电压控制电路的控制机构可响应经由不同的控制和检测机构如由开关S2的状态控制的选择的谐振网络的阻抗特性。在一个实施方式中，如上文结合谐振相位检测器130描述的，谐振相位检测器230被配置为经由信号监控线231监控谐振网络的谐振电压和谐振电流。谐振相位检测器230响应产生提供控制信号233至第一开关S1的栅极端子204，以便选择性地激活或中断S1的状态切换。
输出电压控制电路的控制机构的另一个实施方式包括耦接在开关S1的漏极(即输出端子)和栅极端子204之间的自振荡反馈环路。谐振网络的第一阻抗特性被配置为通过设计合适的环路增益实现自振荡反馈环路的振荡。因此，开关S1的栅极信号将被激活或启用并且以自振荡频率切换，自振荡频率由自振荡反馈环路的增益环路的量级和相位定义。该振荡频率是E级电力转换器200在激活或打开操作期间的开关频率，并且通常会位于接近谐振网络的阻抗最大值，环路增益在此处具有最大量级。相反地，谐振网络的第二阻抗特性被配置为通过以合适的方式改变自振荡反馈环路的环路增益，禁用或中断自振荡反馈环路的振荡。当自振荡反馈环路的振荡被中断时，开关S1的栅极204的栅极控制信号被禁用或中断，例如箝位在低于S1的阈值电压的恒定电压电平，如果后者是MOSFET的话。如上文解释的，输出电压控制电路通过控制第二开关S2的状态，激活或中断/停止E级电力转换器200，其反过来启用或禁用开关S1周围的反馈环路的自振荡。后者确定E级电力转换器200的开关频率。结果，开关S2的接通状态或导通状态(转换器负载在该状态下连接)实现E级电力转换器200的正常或打开操作。此外，E级电力转换器200经由S2的栅极端子212上的合适的栅极信号通过选择第二开关S2的断开状态(转换器负载在该状态下断开)，切换至关闭或非操作状态。以这种方式，输出电压控制电路260提供E级电力转换器200的打开/关闭控制，以便经由开关S2的状态切换以高效方便的方式调节DC输出电压。具体而言，通过来自次级侧电路的控制信号，改变开关S2的状态来执行打开/关闭控制，开关S2置于E级电力转换器200的次级或输出侧。因此，正如下文参照在图4和图5中描绘的基于自振荡的DC-DC电力转换器实施方式进一步详细解释的，实现DC输出电压的调节，而不用将任何控制信号跨过电流隔离栅传输给输入侧电路上的开关S1，所述电流隔离栅在本实施方式中由串联电容器C2和C3形成。
在开关S1的栅极204上的开关控制信号的频率优选地为20MHz或大于20MHz或者甚至大于30MHz，以便提供所谓的VHF类型谐振DC-DC电力转换器200。开关控制信号可包括PWM调制控制信号。整流电路在整流电容器之前可包括基于二极管的整流器或同步整流器，以便产生转换器输出电压Vout作为DC输出电压。E级电力转换器200可包括连接或布置在开关S1的漏极和源极端子两端的电容器C1，以便增加谐振电流并且/或者调节/微调E级转换器200的谐振频率。同样地，又一个进一步的电容器C4可被布置在整流二极管D1两端，以便调节谐振电力转换器200的占空比。
图3为根据本发明的第二实施方式的隔离谐振E级类型的DC-DC电力转换器300的简化电路图。本E级转换器300与前文的E级实施方式200的主要不同在于：单独的整流二极管D1和E级转换器200的第二可控半导体开关S2的功能集成在本E级电力转换器300的单个组件S2中。本领域的技术人员将理解上文讨论的第一实施方式E级电力转换器200的特征、功能和组件也可应用于当前实施方式E级电力转换器300。同样地，第一和第二实施方式E级电力转换器200、300的对应特征和组件提供有对应的参考标号以便于比较。
本领域的技术人员将理解，在E级电力转换器300中的第二可控半导体开关S2的布置和控制具有两个不同的功能。第一个功能与上文讨论的E级转换器200的开关S2的功能相似，也就是在开关S2的导通状态下将转换器负载RL连接至整流器的输出端，并且在关S2的非导通状态下将转换器负载RL从整流器的输出端断开。如上文讨论的，由整流电路应用的振网络输出端的负载在开关S2的导通状态和非导通状态之间改变，因为当由开关S2断开转换器负载RL时整流电路的等效输入阻抗显著增加。由开关S2的状态切换引起的谐振网络输出端上的负载的该变化改变了谐振网络的阻抗特性，使得它在开关S2的非导通状态(转换器负载断开)呈现第二且不同的阻抗特性。该状态切换由电压控制环路控制，该环路包括比较器308和栅极使能或驱动电路305。栅极驱动电路305的输出端连接至开关S2的栅极端子312并且可操作为确定开关S2的状态，即导通或非导通。控制电路(没有示出)连接至栅极使能电路305，使得当开关S2在E级电力转换器300的正常或打开操作期间处于导通状态时，在输入模块320中，栅极312上的栅极控制信号同步切换至开关S1的栅极控制信号。以这种方式，开关S2操作为同步半波整流器并且替代E级电力转换器200的整流二极管D1的操作。开关S2的整流动作在整流电容器C5上生成转换器的DC输出电压Vout，电容器C5耦接在E级电力转换器300的正极和负极输出端子310、311上。如图所示，E级电力转换器300可包括连接或布置在开关S1的漏极和源极端子两端的电容器C1，以便增加谐振电流并且/或者调节/微调E级电力转换器300的谐振频率。同样地，又一个进一步的电容C4可被布置在集成整流开关和转换器开关S2两端，以便调节电力转换器300的占空比。还可使用自振荡栅极驱动，以驱动可控开关S2进行同步整流，以这种方式，可避免跨隔离栅的通信。
图4为根据本发明的第三实施方式的自振荡隔离E级DC-DC电力转换器400的简化电路图。该E级电力转换器400和前文结合图2讨论的E级转换器200的主要不同在于自振荡反馈环路的布置，自振荡反馈环路耦接在第一可控半导体开关S1的输出端子或漏极端子和开关S1的控制端子404之间。自振荡反馈环路包括：反馈电容器C7，耦接在开关S1的漏极和栅极端子之间；串联的电感器L4，置于栅极端子404和偏置电压源Vbias之间。可控半导体开关或晶体管S1的自振荡通过由反馈电容器C7和栅极电感器L4的组合感应的合适相位偏移结合由谐振网络的第一阻抗特性提供的合适的电压增益实现。因此，当第二可控半导体开关S2置于导通状态时(即转换器负载RL连接至转换器的输出端)，启用开关或晶体管S1的自振荡。当晶体管S1自振荡时，电力转换器400开启或可操作为提供DC输出电压和电流至转换器负载RL。在相反的状态(即开关S2的断开状态)下，由于转换器负载RL与整流电路的输出端断开，包括至少L1、L2、C1、和C2的谐振网络呈现与第一阻抗特性显著不同的阻抗特性。谐振网络的第二阻抗特性被配置为禁用晶体管S1周围的自振荡反馈环路的振荡。这可通过设计具有与第一阻抗特性相比减小的Q因子和/或改变的谐振频率的谐振网络的第二阻抗特性来实现。第一阻抗特性的谐振频率的Q因子可例如大于5或10，而第二阻抗特性的谐振频率的Q因子可例如小于2或1。另外，第一阻抗特性的谐振频率可布置为DC-DC电力转换器400期望的/目标开关频率，例如20MHz或大于20MHz或者30MHz或大于30MHz，而第二阻抗特性的谐振频率至少比第一阻抗特性的谐振频率低例如1.4倍。本领域的技术人员将理解前文讨论的谐振相位检测器130、230、330的功能集成在晶体管S1周围的自振荡反馈环路里。以这种方式，自振荡反馈环路的振荡根据第二可控开关S2的开关状态启用或禁用。
本领域的技术人员将理解，示出的电容器C7、C8、和C1中的每一个在实践中可仅代表晶体管开关S1的固有设备电容，例如开关S1的MOSFET晶体管实施方式的漏极-栅极、栅极-源极和漏极-源极电容。在可替代的实施方式中，一个或多个这些固有设备电容可由并联的外部电容器补充，以便提供期望的电容。本领域的技术人员将理解，上文讨论的第一实施方式E级电力转换器200的输出电压控制环路、整流电路和电流隔离栅的特征、功能和组件也可应用于当前实施方式转换器400的对应的组件和电路。因此，第一和第三实施方式E级电力转换器200、400的对应组件提供有对应的参考标号，以便于比较。
图5为根据本发明的第四实施方式的非隔离谐振E级DC-DC电力转换器500的简化电路图。该E级电力转换器500和前文结合图2讨论的的E级转换器200的主要不同在于其在输入模块520和输出模块550之间缺少电流隔离栅、以及第二可控半导体开关S2的不同耦接。如结合前面谐振电力转换器实施方式讨论的，通过交替地激活和中断在半导体开关S2的栅极端子512上的第一开关控制信号，以便接通和禁用谐振电力转换器500，来调整转换器输出电压Vout。电力转换器500的DC输出电压Vout的调整由输出电压控制电路560进行，电路560包括耦接至转换器输出电压Vout和比较器508的调节电路515。比较器508的基准输入耦接至DC基准电压Vref，而另一个比较器输入端接收调节之后的DC输出电压。如上文解释的，比较器输出信号提供控制信号至第二可控开关S2的栅极端子，以便根据DC输出电压相对于DC基准电压Vref的电平交替地将后者在其导通和不导通状态之间切换。该DC-DC电力转换器500包括由电路盒530示意地示出的自振荡反馈环路，以便根据选择的开关S2的状态接通和断开电力转换器500。如上文结合第三实施方式讨论的，自振荡反馈环路可连接在第一可控半导体开关S1的输出端子或漏极端子与开关S1的控制端子504之间。
在每一个前文讨论的电力转换器实施方式200、300、400的半导体开关S2串联耦接在谐振网络输出端和转换器负载之间时，该电力转换器500的对应开关S2耦接在谐振网络的输出端和电力转换器500的负极供应轨或接地轨511两端。电力转换器500的谐振网络包括至少L1、L2和C3。因此，当开关S2通过S2的栅极端子512上的合适的比较器输出信号置于非导通状态或断开状态时，开关2充当开电路的功能。因此，开关S2在其非导通状态下呈现大致无负载的谐振网络输出，以便选择谐振网络的第一阻抗特性。在开关S2的导通状态下，它有效地经由低阻抗路径使谐振网络的输出端短接至接地或负极供应电压线511，这是由于开关S2的导通电阻可显著小于谐振网络的阻抗。因此，谐振网络在开关S2的导通状态下呈现第二并且优选地显著不同的阻抗特性。以与上文结合第三实施方式400的自振荡网络讨论的相似的方式，谐振网络的第二阻抗特性被配置为禁用在晶体管开关S1周围的自振荡反馈环路的振荡。这可通过以第二阻抗特性配置谐振网络实现，第二阻抗特性呈现与第一阻抗特性相比减小的Q因子和/或改变的谐振频率。第一阻抗特性的谐振频率处的Q因子可例如大于5或10，而第二阻抗特性的谐振频率处的Q因子可小于2或1。另外，第一阻抗特性的谐振频率可为20MHz或大于20MHz，诸如30MHz或大于30MHz，而第二阻抗特性的谐振频率可例如低至少1.4倍。

Claims (19)

1.一种谐振DC-DC电力转换器，包括：
输入侧电路，包括用于接收输入电压或电流的正极输入端子和负极输入端子，
输出侧电路，包括用于将转换器输出电力、电压或电流供应至转换器负载并且连接到所述转换器负载的正极输出端子和负极输出端子，
整流电路，连接在谐振网络的输出端与所述输出侧电路之间，
其中，所述谐振网络被配置为根据第一开关控制信号，通过第一可控开关布置交替地从所述输入电压或电流充电以及通过所述整流电路放电，其中，所述开关控制信号的频率为20MHz或高于20MHz，更优选地为30MHz或高于30MHz，
第二可控开关布置，被配置为在第一开关状态下选择所述谐振网络的第一阻抗特性并且在第二开关状态下选择所述谐振网络的第二阻抗特性，
输出电压或电流控制电路，被配置为根据所述第二可控开关布置的开关状态，通过激活和中断所述第一开关控制信号，来调节转换器输出电压和/或电流。
2.根据权利要求1所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述第二可控开关布置串联耦接在所述整流电路的输出端与所述正极输出端子或所述负极输出端子之间，以便在导通开关状态下连接所述转换器负载并且在非导通开关状态下断开所述转换器负载。
3.根据权利要求1所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述第二可控开关布置耦接在所述谐振网络的输出端两端，以便在非导通状态下选择所述谐振网络的所述第一阻抗特性并且在导通状态下选择所述谐振网络的所述第二阻抗特性。
4.根据权利要求2或3所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述整流电路包括：所述第二可控开关布置；以及控制电路，被配置为生成与所述第一开关控制信号同步的用于所述第二可控开关布置的控制信号。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述输出电压或电流控制电路包括：
自振荡反馈环路，耦接在所述第一可控开关布置的输出端子和控制端子之间；其中，所述谐振网络的所述第一阻抗特性被配置为启用所述自振荡反馈环路的振荡；并且
所述谐振网络的所述第二阻抗特性被配置为禁用所述自振荡反馈环路的振荡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述第一阻抗特性的Q因子在所述第一阻抗特性的谐振频率处大于5；并且
所述第二阻抗特性的Q因子在所述第二阻抗特性的谐振频率处小于2。
7.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述第一阻抗特性的谐振频率至少比所述第二阻抗特性的谐振频率大1.4倍。
8.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述输出电压或电流控制电路包括：
电压或电流调整环路，连接在转换器输出电压和所述第二可控开关布置的控制端子之间，以便根据一个或多个DC基准电压或电流调节所述转换器输出电压。
9.根据权利要求8所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述电压或电流调整环路包括：
DC基准电压发生器，被配置为提供一个或多个DC基准电压或电流，
一个或多个比较器，被配置为比较所述转换器输出电压与至少第一DC基准电压并根据比较的结果选择所述第二可控开关布置的导通状态或非导通状态。
10.根据权利要求9所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述DC基准电压发生器被配置为供应第一DC基准电压和第二DC基准电压，其中，所述第一DC基准电压高于所述第二DC基准电压；
其中，所述一个或多个比较器被配置为：
比较所述转换器输出电压与所述第一DC基准电压和所述第二DC基准电压；并且
响应于所述转换器输出电压超过所述第一DC基准电压，选择所述第二可控开关布置的导通状态和导通状态的其中之一，
响应于所述转换器输出电压下降到所述第二DC基准电压以下，选择所述第二可控开关布置的相反状态。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述自振荡反馈环路包括：
第一固有开关电容，耦接在所述第一可控开关布置的输出端子和控制端子之间，
第一偏置电压源，被配置为生成第一可调节偏置电压，
第一电感器，优选地具有大致固定的电感、耦接在所述第一偏置电压源和所述第一可控开关布置的控制端子之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，包括布置在所述输入侧电路和所述输出侧电路之间的电流隔离栅。
13.根据权利要求12所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述电流隔离栅包括第一耦合电容器和第二耦合电容器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，包括从{E级、F级、DE级}的组中选择的转换器拓扑。
15.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述第一可控开关布置包括一个或多个半导体开关，并且所述第二可控开关布置包括一个或多个半导体开关；
其中，每个所述半导体开关包括诸如MOSFET或IGBT的半导体晶体管，诸如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)MOSFET。
16.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，进一步包括：
无线或有线数据接收器，用于接收远程数据命令，以控制所述第二可控开关布置的开关状态。
17.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC-DC电力转换器，进一步包括：
单个大致平坦的载体基板，包括第一表面和相对的第二表面，
其中，所述输入侧电路、所述输出侧电路、所述整流电路、所述谐振网络、所述第一可控开关布置、所述第二可控开关布置和所述输出电压或电流控制电路附接在所述第一表面和/或所述第二表面上。
18.根据权利要求16所述的谐振DC-DC电力转换器，其中，所述单个大致平坦的载体基板包括单面印刷电路板或双面印刷电路板。
19.一种操作谐振DC-DC电力转换器以生成转换器输出电压或电流的方法，所述方法包括以下步骤：
a)根据第一开关控制信号，通过第一可控开关布置交替地从输入电压源对谐振转换器的谐振网络进行充电和放电，
b)对所述谐振网络的谐振电流进行整流，
c)将整流的谐振电流释放到整流电路，以产生整流的输出电压，
d)通过选择第二可控开关布置的第一开关状态或第二开关状态，在所述谐振网络的第一阻抗特性或第二阻抗特性之间切换，
e)根据所述第二可控开关布置的第一开关状态和第二开关状态，通过交替地激活和中断所述第一开关控制信号，来调节转换器输出电压或电流。
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