CN109428470B - 电流谐振电源装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电流谐振电源装置。具体地，第一开关和第二开关串联连接到DC电源的两个端子。信号生成电路基于由电压检测电路检测的DC电压来生成反馈信号，并且输出反馈信号，反馈信号用于接通和断开第一开关和第二开关。脉冲串振荡电路基于反馈信号来生成脉冲串振荡信号，并且在检测到备用状态时基于脉冲串振荡信号来接通和断开第一开关元件和第二开关元件。脉冲串振荡电路包括电容器和快速充电电路。当该装置从备用状态返回正常状态时，快速充电电路在反馈信号超过取消阈值电压之后对电容器充电。

Description

电流谐振电源装置
相关申请的交叉引用
本申请要求35U.S.C.§119下来自2016年8月8日提交的第62/372051号临时专利申请和来自2016年8月8日提交的第62/372029号临时专利申请的优先权，2017年6月29日提交的第15/637714号非临时专利申请基于上述临时专利申请并要求其优先权。本申请还涉及2015年6月25日提交的第14/749690号专利申请且被发布为2017年2月7日的第9564826号专利，该14/749690号专利申请基于2014年8月29日提交的第2014-174959号现有日本专利申请且要求来自该申请的优先权。此处以引证的方式将上述申请的整个内容并入。
技术领域
本公开涉及一种电流谐振电源装置，具体涉及一种可以在轻负荷下实现降低功耗的电流谐振电源装置。
背景技术
日本专利申请第2014-60895号公报(专利文献1)和日本专利第5384973号(专利文献2)公开了可以在轻负荷下实现降低功耗的电流谐振电源装置。
专利文献1的电流谐振电源装置通过将由功率检测电路检测的功率值与阈值Vref进行比较，来判断装置当前是否处于轻负荷状态。专利文献1公开了一种脉冲串(burst)振荡操作，如果判断装置当前处于轻负荷状态，则可以在控制脉冲串振荡的周期的同时执行脉冲串振荡操作。
专利文献2的电流谐振电源装置检测流过开关元件的电流的相位。如果所检测电流的相位小于预定义值，则电流谐振电源装置判断装置当前处于轻负荷状态，并且在以不相等占空比操作高侧开关和低侧开关的同时以脉冲串振荡模式操作。
同时，当变为备用(standby)负荷状态时，电感器电感器电容器(LLC)电流谐振系统接收在外部生成的备用信号，并且从正常操作状态切换为备用状态。
具体地，从变压器次级侧上的系统微计算机输出备用信号，并且经由光电耦合器输入到在变压器初级侧上的功率控制集成电路(IC)中。例如，在变压器初级侧上的功率控制IC的SB(备用)端子从在变压器次级侧上的光电耦合器接收备用信号。
专利文献1和专利文献2的电流谐振电源装置能够在检测到轻负荷状态时过渡至脉冲串模式。
美国专利申请第2016/0065075号公报(专利文献3)公开了一种电流谐振电源装置，该电流谐振电源装置包括：第一开关和第二开关，该第一开关和第二开关串联连接到DC电源的两个端子；串联电路，该串联电路包括电抗器、变压器的初级绕组以及电容器，该电抗器、变压器的初级绕组以及电容器串联连接，并且连接到在第一开关和第二开关与DC电源的一个端子之间的节点；整流平滑电路(rectifier smoothing circuit)，该整流平滑电路对跨变压器的次级绕组生成的电压进行整流和平滑，并且输出DC电压；控制电路，该控制电路交替地接通和断开第一开关和第二开关；电压检测电路，该电压检测电路检测来自整流平滑电路的DC电压；信号生成电路，该信号生成电路基于由电压检测电路检测的DC电压生成反馈信号，并且输出反馈信号，反馈信号用于接通和断开第一开关和第二开关；负荷电流检测电路，该负荷电流检测电路检测在流过电容器的谐振电流中包含的负荷电流；备用状态检测电路，该备用状态检测电路基于由负荷电流检测电路检测的负荷电流和备用阈值检测备用状态；以及脉冲串振荡电路(burst oscillation circuit)，该脉冲串振荡电路在检测到备用状态时基于反馈信号生成脉冲串振荡模式。
发明内容
一个或更多个实施方式提供了一种电流谐振电源装置，该电流谐振电源装置包括：电流谐振电源装置包括：第一开关和第二开关，该第一开关和该第二开关串联连接到DC电源的两个端子；串联电路，该串联电路包括电抗器、变压器的初级绕组以及电容器，该电抗器、该变压器的初级绕组以及该电容器串联连接，并且连接到所述第一开关和所述第二开关与所述DC电源的一个端子之间的节点；整流平滑电路，该整流平滑电路对跨所述变压器的次级绕组生成的电压进行整流和平滑，并且输出DC电压；电压检测电路，该电压检测电路检测来自所述整流平滑电路的所述DC电压；信号生成电路，该信号生成电路基于由所述电压检测电路检测的所述DC电压来生成反馈信号，并且输出所述反馈信号，所述反馈信号用于接通和断开所述第一开关和所述第二开关；
负荷电流检测电路，该负荷电流检测电路检测在流过所述电容器的谐振电流中包含的负荷电流；备用状态检测电路，该备用状态检测电路基于由所述负荷电流检测电路检测的所述负荷电流和备用阈值来检测备用状态；脉冲串振荡电路，该脉冲串振荡电路基于所述反馈信号来生成脉冲串振荡信号，并且在检测到所述备用状态时基于所述脉冲串振荡信号来接通和断开所述第一开关元件和所述第二开关元件；第一比较器，其将反馈端子电压与可变电压进行比较；以及反相检测电路，该反相检测电路检测所述第一比较器的反相，其中，所述脉冲串振荡电路包括电容器和快速充电电路，当所述电流谐振电源装置从备用状态返回正常状态时，所述快速充电电路在所述反馈信号超过取消所述脉冲串振荡的取消阈值电压之后对所述脉冲串振荡电路的所述电容器充电，所述脉冲串振荡电路基于由所述反相检测电路进行的、对所述第一比较器的反相的检测，来生成脉冲串振荡信号。
一个或更多个实施方式提供了另一种电流谐振电源装置，该电流谐振电源装置包括：第一开关和第二开关，该第一开关和该第二开关串联连接到DC电源的两个端子；串联电路，该串联电路包括电抗器、变压器的初级绕组以及电容器，该电抗器、该变压器的初级绕组以及该电容器串联连接，并且连接到所述第一开关和所述第二开关与所述DC电源的一个端子之间的节点；整流平滑电路，该整流平滑电路对跨所述变压器的次级绕组生成的电压进行整流和平滑，并且输出DC电压；电压检测电路，该电压检测电路检测来自所述整流平滑电路的所述DC电压；信号生成电路，该信号生成电路基于由所述电压检测电路检测的所述DC电压来生成反馈信号，并且输出所述反馈信号，所述反馈信号用于接通和断开所述第一开关和所述第二开关；负荷电流检测电路，该负荷电流检测电路检测在流过所述电容器的谐振电流中包含的负荷电流；备用状态检测电路，该备用状态检测电路基于由所述负荷电流检测电路检测的所述负荷电流和备用阈值来检测备用状态；脉冲串振荡电路，该脉冲串振荡电路基于所述反馈信号来生成脉冲串振荡信号，并且在检测到所述备用状态时基于所述脉冲串振荡信号来接通和断开所述第一开关元件和所述第二开关元件；以及dv/dt检测电路，该dv/dt检测电路检测当每单位时间所述反馈信号的变化量变为预定水平或更低时的时间点，其中，所述脉冲串振荡电路包括电容器和快速充电电路，当所述电流谐振电源装置从备用状态返回正常状态时，所述快速充电电路在所述反馈信号超过取消所述脉冲串振荡的取消阈值电压之后对所述脉冲串振荡电路的所述电容器充电，所述脉冲串振荡电路基于由所述dv/dt检测电路进行的、对每单位时间所述反馈信号的变化量的检测，来生成脉冲串振荡信号。
附图说明
图1例示了根据一个或更多个实施方式的电流谐振电源装置；
图2A和图2B是例示了图1所示的电流谐振电源装置的零件在轻负荷和重负荷下的操作的图；
图3是例示了在图1所示的电流谐振电源装置的脉冲串振荡操作时的波形的图；
图4是例示了在电流谐振电源装置在低负荷波动下的脉冲串振荡操作时的波形的图；
图5例示了根据一个或更多个实施方式的电流谐振电源装置；
图6是例示了在图5所示的电流谐振电源装置的脉冲串振荡操作时的波形的图；图7例示了根据一个或更多个实施方式的电流谐振电源装置；以及
图8是例示了在图7所示的电流谐振电源装置的脉冲串振荡操作时的波形的图。
具体实施方式
参照附图来说明电流谐振电源装置的实施方式。在这里参照的各附图中，相同的构成部分由相同的附图标记来指定，并且为了便于描述，省略关于相同构成部分的重复说明。所有附图仅为了例示各示例而提供。附图中的尺寸比例不应对各种实施方式强加限制(除非另外指示)。由于该原因，应用被考虑在内的以下描述来解释具体尺寸、尺寸关系、比等。另外，附图可以包括尺寸、尺寸关系以及比一个附图与另一个附图不同的比率。
图1是例示了根据第一实施方式的电流谐振电源装置的构造的图。图1所例示的电流谐振电源装置包括全波整流电路DB、电容器C1、控制电路10、电抗器Lr、开关元件Q1和Q2、变压器T、二极管D1和D2、电容器C2至C4、光电耦合器PC、输出电压检测器30、电容器CCL和CSB、电阻器R1。光电耦合器PC可以将来自光电晶体管的信号应用于如下面将进一步详细描述的控制电路10的反馈(FB)端子。
全波整流电路DB被配置为执行AC电压输入的全波整流，并且经由电容器C1向串联连接的开关元件Q1(第一开关的示例)和开关元件Q2(第二开关的示例)输出全波整流的电压。开关元件Q1和Q2各包括诸如MOSFET这样的开关元件。
包括用于电流谐振的电抗器Lr、变压器T的初级绕组P以及用于电流谐振的电容器C2的串联电路连接在开关元件Q2的漏极和源极之间。变压器T的次级绕组S1和次级绕组S2串联连接。二极管D1的阳极连接到次级绕组S1的第一端子。二极管D2的阳极连接到次级绕组S2的第一端子。
二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接到电容器C3的第一端子、光电耦合器PC的光电二极管的阳极以及输出电压检测器30的第一端子。次级绕组S1的第二端子和次级绕组S2的第二端子连接到电容器C3的第二端子和输出电压检测器30的第二端子。
开关元件Q1和开关元件Q2可以根据从控制电路10输出的控制信号交替接通和断开。输出电压检测器30被配置为检测跨电容器C3的输出电压，并且经由光电耦合器PC向初级侧控制电路10的FB端子输出所检测的电压，作为反馈信号。
控制电路10基于来自输出电压检测器30的反馈信号，交替接通和断开开关元件Q1和开关元件Q2。电容器C4的第一端子连接到变压器T的初级绕组P的第一端子和电容器C2的第一端子，电阻器R1的第一端子连接到电容器C4的第二端子，并且电阻器R1的第二端子接地。
控制电路10包括比较器11、12、14、32、33、41以及42、充电和放电控制器13、开关电路SW2、逻辑电路15、振荡器(OSC)16、与电路17和18、高侧驱动器19、低侧驱动器20、选择器40、触发电路28和34、充电电路26、快速充电电路27以及逻辑电路29和37。控制电路10可以由单个集成电路(IC)来实施。控制电路10可以由多个集成电路来实施。
控制电路10包括：连接到开关元件Q1的栅极的VGH端子、连接到开关元件Q2的栅极的VGL端子、连接到电阻R1的第一端子的PL端子、连接到电容器CCL的CL端子、连接到电容器CSB的SB端子、以及连接到光电耦合器PC中的光电晶体管的集电极的FB端子。
选择器40包括：逻辑电路22、24以及25；和锁存电路(latch circuit)31。选择器40输入来自比较器41和42的信号，并且输出到触发电路28。
现在描述脉冲串振荡的取消。在检测到备用状态时，开关元件Q1和Q2的脉冲串振荡操作之后的取消可以基于反馈信号。
比较器41(第一脉冲串操作取消阈值电压比较器的示例)将被设置为高于在负荷电流达到备用阈值时的反馈信号的电压的第一脉冲串操作取消阈值电压，与反馈信号电压进行比较，并且基于该比较的结果向选择器40输出信号。
比较器42(第二脉冲串操作取消阈值电压比较器的示例)将被设置为低于在负荷电流达到备用阈值时的反馈信号的电压且高于脉冲串振荡操作的非振荡时段期间的反馈信号的电压的第二脉冲串操作取消阈值电压，与反馈信号电压进行比较，并且基于该比较的结果向选择器40输出输出信号。
选择器40检测来自比较器41和42的输出信号中的一个，并且保持第一或第二脉冲串操作取消阈值电压下取消条件的信息。选择器40向触发电路28的重置端子输出高(H)信号。触发电路28基于输入到重置端子的信号来切换状态。逻辑电路27的输出使得切换振荡频率。选择器40、触发电路28以及逻辑电路27(备用取消电路的示例)基于来自比较器41和42的信号生成取消备用状态的信号。开关SW2接收取消备用状态的信号，并且将状态从备用状态切换至正常操作状态。
接着，描述电流谐振电源装置。根据自动备用功能，电流谐振电源装置通过在不接收任何备用信号(诸如来自外部的外部备用信号)的情况下由控制器10检测备用状态的负荷，来从正常操作状态切换至备用状态。使用关于流过变压器的初级绕组的电流的信息来检测备用状态的负荷。
在LLC电流谐振系统中，流过变压器的初级绕组的电流包含周期电流(不发送到变压器的次级侧的电流)和负荷电流(与输出电流成比例的电流)。电流谐振电源装置可以通过仅检索关于来自初级绕组的电流的负荷电流的信息，来检测备用状态。
一个或更多个实施方式提供SB端子的快速充电技术，该技术可以被执行为改进从备用模式返回正常状态时的响应。在备用模式下，频率可以使用SB端子来控制。正好在检测正常状态反馈信号之后，例如，SB端子被快速充电至大约6V。对SB端子充电降低振荡频率，并且引起具有最大接通(ON)范围的操作。这里，可以由从控制电路10次级侧返回的FB信号的时间(达到一端的过冲的时间)来确定继续最大接通范围的时段(继续充电的时段)。
在示例性自动备用系统中，使用为专用备用端子的SB端子(在备用状态下)和FB端子(在正常状态下)来切换频率。考虑负荷响应性，一检测到备用信号电平的备用取消阈值，系统就切换到正常振荡，同时使用专用备用端子控制振荡频率。系统在反馈信号返回正常状态时对专用备用端子放电。如果专用备用端子处的电压跨FB电压阈值，则系统将频率控制切换至FB端子。仅频率控制端子在从备用状态切换至正常状态时设置有在IC的备用取消时间之后的一定时间的延迟。内部定时器可以被设置为生成该一定时间的延迟。另选地，电压达到比较器33的CL充电停止阈值V2(备用阈值V1)以使得比较器33使输出反相所花费的时间可以被设置为足够长。
图2A和图2B是例示了根据第一实施方式的电流谐振电源装置的零件在轻负荷和重负荷且在电压脉冲信号定时情况下的操作的图。图2例示了轻负荷下的波形，并且图2B例示了重负荷下的波形。通常，重负荷下的振荡周期可以长于轻负荷下的振荡周期。
如图2A和图2B例示，谐振电流在应用VGH端子电压时流过变压器T的初级绕组P，这引起到开关元件Q1的栅极上的脉冲信号的生成。谐振电流由电容器C4(等同于这些实施方式的负荷电流检测电路)来提取，并经由控制电路10的开关SW1输入到CL端子，使得获得穿过CL端子的输入电流。穿过CL端子的输入电流包含与上述变压器的初级绕组的电流类似的负荷电流和周期电流。
如图2A和图2B例示，在开关元件Q1的接通时段期间接受穿过CL端子的输入电流的情况下，周期电流如由波形表示的在正和负侧上以相同量流动，因此平均变成零。另一方面，负荷电流由连接到CL端子的电容器CCL在接通时段期间集成，由此获得为等同于平均负荷电流值的DC电压的DC端子电压。因为CL端子电压反应关于负荷电流的信息，所以重负荷下的CL端子电压(或平均负荷电流)高于轻负荷下的CL端子电压。注意，电容器C4和CCL可以对应于实施方式的负荷电流检测电路。
现在将描述备用检测比较器11(备用状态检测电路的示例)。备用检测比较器11被配置为在其反相输入端子处接收跨电容器CCL的电压的输入，并且在其非反相输入端子处接收备用阈值V1的输入。如果跨电容器CCL的电压等于或高于备用阈值V1，则备用检测比较器11检测正常操作状态，由此向触发电路28的设置端子(S)输出L电平，这使得来自触发电路28的Q端子的输出输入到逻辑电路29的端子。逻辑电路29接收来自触发电路28的Q端子的信号和来自比较器32的信号。逻辑电路向切换到反馈端子(FB端子)的开关SW2输出信号。逻辑电路29可以包括触发电路。
在这种情况下，输入到FB端子的反馈信号经由开关SW2输出到振荡器(OSC)16。振荡器(OSC)16根据反馈信号的值来控制脉冲信号的振荡周期(频率)，并且生成高侧脉冲信号和低侧脉冲信号。高侧(Ho)脉冲信号和低侧(Lo)脉冲信号的信号电平可以以过渡之间的时间间隔，在H电平与L电平之间交替变化。
为了该章节的目的，“与(AND)”用作提及到逻辑元件的输入在布尔(Boolean)与运算中组合的逻辑运算。与电路(AND circuit)17被配置为将高侧(Ho)脉冲信号和来自逻辑电路15的输出进行与运算，并且将该与运算的结果作为逻辑输出发送到高侧驱动器19。与电路18被配置为将低侧(Lo)脉冲信号和来自逻辑电路15的输出进行与运算，并且将与运算的结果作为逻辑输出发送到低侧驱动器20。
高侧驱动器19被配置为响应于从与电路17输出的与运算的结果来接通或断开开关元件Q1。低侧驱动器20被配置为，响应于从与电路18输出的与运算的结果来接通或断开开关元件Q2。
在备用检测比较器11检测到正常操作状态的情况下，逻辑电路15向与电路17和18输出H电平，因此交替接通和断开开关元件Q1和开关元件Q2。
接着，如果跨电容器CCL的电压低于备用阈值V1，则备用检测比较器11检测备用状态，由此向触发电路28的设置端子(S)输出H电平，这使得来自触发电路28的Q端子的输出输入到逻辑电路29的设置端子(S)，这使得来自触发电路29的Q端子的输出输入到SW2，这使得开关SW2切换到备用端子(SB端子)。
当开关SW2被切换到反馈端子(FB端子)时，比较器12被配置为在其非反相输入端子处接收来自FB端子的反馈信号的输入，并且在其反相输入端子处接收第一参考电压Vr1的输入，并且在反馈信号等于或高于第一反馈信号Vr1是接通充电和放电控制器13。
然而，当SW2被切换至备用端子(SB端子)时，电容器CSB连接到开关SW2的SB端子以及充电和放电控制器13的输出端子。充电和放电控制器13被配置为在它处于接通状态时对电容器CSB充电。电容器CSB连接到快速充电电路27的输出端子。快速充电电路27在取消备用状态时对电容器CSB快速充电。电容器CSB连接到比较器32的反相端子。比较器32的非反相端子连接到FB端子。比较器32将电容器CSB的端子电压与FB端子电压进行比较，并且向选择器40的锁存器31输出时钟信号。
比较器14的非反相输入端子连接到电容器CSB的第一端子、开关SW2的SB端子以及充电和放电控制器13的输出端子。比较器14对应于脉冲串振荡操作单元，并且被配置为在其非反相输入端子处接收电容器CSB的电压的输入，并且在其反相输入端子处接收输入第二参考电压Vr2。如果电容器CSB的电压等于或高于第二参考电压Vr2，则比较器14向逻辑电路15输出H电平。
在这种情况下，逻辑电路15向与电路17和18输出H电平，从而，振荡器(OSC)16的脉冲信号被输出到高侧驱动器19和低侧驱动器20。由此，交替地接通和断开开关元件Q1和开关元件Q2。
然后，如果输入到比较器12的非反相端子的反馈信号变得低于第一参考电压Vr1，则比较器12的输出转到L电平，并且充电和放电控制器13被设置为断开状态，因此对电容器CSB放电。然而，如果电容器CSB的电压变得低于第二参考电压Vr2，则比较器14向逻辑电路15输出L电平，以停止来自振荡器(OSC)16的输出。可以通过重复上述处理来实现开关操作的脉冲串振荡操作。
换言之，比较器12基于反馈信号与第一参考电压Vr1之间的比较由充电和放电控制器13对电容器CSB充电或放电，这可以确定备用状态期间的输出电压变化。
接着，参照图3所例示的图详细描述脉冲串振荡操作。被输入到比较器12的反相端子的参考电压Vr1的电压值对应于图3所示的振荡开始电压VFB(接通)和振荡停止电压VFB(断开)。被输入到比较器14的反相端子的参考电压Vr2的电压值对应于图3所示的振荡开始电压VSB(接通)和振荡停止电压VSB(断开)。在图3中，首先，如果SB端子电压变得等于或低于振荡停止电压VSB(断开)且如果FB端子电压变成振荡停止电压VFB(断开)，则开关操作停止，并且输出电压减小(t1)。随着输出电压减小，FB端子电压增大。如果FB端子电压达到振荡开始电压VFB(接通)，则比较器12的非反相输入端子的电压变高，因此比较器向充电和放电控制器13输出H电平，以用恒定电流值在SB端子处对电容器CSB充电。从而，SB端子电压以恒定斜率增大(t1至t3)。一旦输出变成H电平，则被输入到比较器12的反相端子的参考电压Vr1的电压值也减小特定量。
接着，如果SB端子电压达到振荡开始电压VSB(接通)，则开关操作重新开始(t2)。这里，振荡器OSC 16基于SB端子电压确定开关频率。在SB端子电压低的情况下，振荡器OSV输出高振荡频率。振荡器OSC 16随着SB端子电压的升高而降低振荡频率。低SB端子电压的状态下的振荡频率高于在包括用于电流谐振的电抗器Lr、变压器T的初级绕组以及电容器C2的串联电路的谐振点的峰值处的频率。因此，流过串联电路的电流首先较小，然后振荡频率随着SB端子电压的增大而接近谐振点的频率来逐渐增大(例如，这里被称为“软接通(“soft–on)”)。
随着输出电压增大，FB端子电压通过经由光电耦合器PC操作输出电压检测器30来逐渐减小。如果FB端子电压降至参考电压Vr1的值(减小特定量的值)以下，则来自比较器12的输出被反相成L电平，由此充电和放电控制器13以恒定电流值在SB端子处对电容器CSB放电。从而，SB端子电压逐渐降低，并且一旦电压变得再次等于或振荡停止电压VSB(断开)，则开关操作停止。这里，随着SB端子电压减小，振荡频率变得离包括用于电流谐振的电抗器Lr、变压器T的初级绕组P以及电容器C2的串联电路的谐振点的峰值处的频率更远，使得流过串联电路的电流逐渐减小并关闭(例如，被称为“软断开(soft–off)”)。
接着，参照图3所例示的图来详细描述从脉冲串振荡操作到正常状态的过渡。首先，如果SB端子电压变得等于或低于振荡停止电压VSB(断开)且如果FB端子电压变得等于振荡停止电压VFB(断开)，则开关操作停止(t4至t6)。在这种情况下，如果突然负荷变化发生，以快速增大负荷电流并降低输出电压，则FB端子电压增大。如果FB端子电压达到VFB_L，则比较器42的非反相端子处的电压增大，并向选择器40输出H电平信号。选择器40向触发电路28的重置端子R输出H电平信号。选择器40重置触发电路28，并且向同时向锁存器31输入H电平信号，并且固定时钟，以防止故障。
选择器40也接通快速充电电路27和充电电路26，以用恒定电流值对SB端子处的电容器CSB和CL端子处的电容器CCL充电。电容器CSB的充电以恒定范围增大SB端子电压。如果SB端子电压超过振荡开始电压VSB(接通)，则开关操作重新开始。随着SB端子电压在超过FB端子电压之后进一步增大，振荡器16的振荡频率降低。因此，流过串联电路Lr、C2的电流增大，并且输出电压增大(t7至t8)。
注意，快速充电电路27在输出恒定电流指定时段之后停止其操作。可以由比较器41和42或任意另外比较器的阈值来确定操作开始点和操作停止点。
图4是例示了下面描述的、小负荷波动在备用模式下发生的情况。
如果负荷波动较小，则有时检测不到由比较器确定的用于指定时段的操作停止信号。对于这种情况下，最大充电时间可以由另一种方法来确定。例如，当小负荷波动使得选择器40输出H电平信号时，CL端子处的电压也以恒定范围逐渐增大。CL端子电压到达比较器33的CL充电停止阈值V2(>备用阈值V1)使输出反相的期望设置值花费的时间被设置为足够长，并且最大充电时段可以被设置为等于该时间(t17至t19)。可以使用IC所包括的定时器来设置时间。通过建立最大充电时段，跨电容器CCL的电压足够超过备用阈值V1，并且具有防止CL端子的降低再次引起备用模式的效果。
接着，比较器32将FB端子电压与SB端子电压进行比较。在快速充电电路27停止充电之后，SB端子电压逐渐降低。如果SB端子电压变得低于FB端子电压，则比较器32输出高电平H，以重置逻辑电路29的端子，以便对其重置。该操作选择开关SW2中的FB端子，并且将状态过渡至正常状态。在这种情况下，如果SB端子电压和FB端子电压变得几乎相同，则开关SW2从SB端子变到FB端子。因此，平滑切换振荡器16的振荡频率。因为振荡频率平滑过渡，所以切换操作也可以在没有变化的情况下过渡。由此，与从更低振荡频率到从备用状态至正常状态的过渡时的更高振荡频率的快速转换的传统方法和技术相比，所公开的实施方式可以减轻与由于振荡频率的强劲过渡而引起的硬切换的发生关联的问题或与花费长时间来从高频过渡到正常状态下的频率关联的问题。
如上所述，已经为仅在SB端子电压变得等于或低于振荡停止电压VSB(断开)时且在FB端子电压变得等于或低于振荡停止电压VFB(断开)时发生的、从悬置切换操作的状态到正常状态的过渡提供了描述。
类似地，即使在仅在FB端子电压超过振荡开始电压VFB(接通)时且在SB端子电压变得等于或高于振荡开始电压VSB(接通)时发生的、从开始切换操作的状态到正常状态的过渡的情况下，从备用状态到正常状态的过渡除了比较器42的操作代替比较器41的操作之外以相同的方式发生。
此外，除了比较器42的操作在下面的状态代替比较器41的操作之外，从备用状态到正常状态的过渡还以相同的方式发生。
1)FB端子电压VFB<VFB(断开)，并且SB端子电压VSB>VSB(接通)
2)FB端子电压VFB>VFB(接通)，并且SB端子电压VSB>VSB(接通)
3)FB端子电压VFB>VFB(接通)，并且SB端子电压VSB<VSB(断开)
这里，如果突然负荷变化发生，则FB电压的过冲较大。因此，除了用于检测到正常状态的返回的比较器的阈值(1.1V和0.6V)之外，还可以添加用于用更高阈值(例如，大约3.4V或3V)检测动态负荷的FB比较器，以优化充电时段。
为了开始具有最大接通范围的操作，信号可以被切换到最大接通范围，而不是切换到快速充电。
图5是例示了根据该实施方式的电流谐振电源装置的构造的图。在该实施方式中，电流谐振电源装置包括：比较器45，该比较器45接收FB端子电压的输入，将FB端子电压与可变电压进行比较，并且输出比较信号；反相检测电路(inversion detection circuit)(边缘检测器)46，该反相检测电路46接收比较信号的输入，并且检测比较器45的反相；以及SR触发电路44。比较器45连接到FB端子和反相检测电路46。比较器45是具有与比较器41和42的阈值不同的阈值的比较器。这里，比较器45的阈值可以高于比较器41和42的阈值。比较器45接收FB端子电压和可变电压的输入，并且将这些FB端子电压和可变电压与彼此进行比较。比较器45输出比较信号。反相检测电路46接收比较信号的输入，并且检测比较信号的反相。当检测到反相时，反相检测电路46输出反相检测信号。该时间点用作终止充电的触发。该充电终止触发信号被输入到逻辑电路44。之后，借助逻辑电路等，SW2从SB切换到FB。这允许负荷波动的最佳适应。
图6是例示了电流谐振电源装置的脉冲串振荡操作时的波形的图。将参照图6描述基于比较器45的反相检测终止充电的事件。
备用模式下的FB端子电压响应于输出电压的增大如图6例示的变化。在该实施方式中，FB端子电压可以在大约0至1V操作。控制电路10a执行其中控制电路10a交替地重复短振荡时段和长非振荡时段的间歇振荡。这使得FB端子电压经受过冲，然后在振荡时段期间降低，并且使得电压在非振荡时段期间逐渐增大。
在备用模式状态下，如果负荷电流由于突然负荷变化而增大，则输出电压降低，并且FB端子电压增大。这里，假定比较器45具有阈值VFB2_L和VFB2_H。比较器45接收FB端子电压和可变电压的输入，并且将这些FB端子电压和可变电压进行比较。当FB端子电压增大且超过阈值电压VFB2_L和VFB2_H，且然后变得低于或等于阈值电压VFB2_L(t29)时，比较器45使比较信号反相并输出比较信号。反相检测电路46接收比较信号的输入，并且检测比较信号的反相。检测比较信号的反相的该时间点(t29)用作终止充电的触发。该充电终止触发信号被输入到逻辑电路44，并且借助电路，SOC 16的频率由开关SW2切换至FB控制(t30)。这在没有振荡频率的突然变化的情况下实现过渡。
这里，将参照图1和图4来描述第一实施方式的另一个实施方式。在该实施方式中，对电容器CCL充电，并且检测CL端子电压变成阈值电压V2的时间点(t19)。该时间点(t19)用作终止充电的触发。在时间点(t20)，OSC 16的频率由开关SW2切换至FB控制。这在没有振荡频率的突然变化的情况下实现过渡。
图7是例示了根据第二实施方式的电流谐振电源装置的构造的图。图7所例示的电流谐振电源装置包括全波整流电路DB、电容器C1、控制电路10b、电抗器Lr、开关元件Q1和Q2、变压器T、二极管D1和D2、电容器C2至C4、光电耦合器PC、输出电压检测器30、电容器CCL和CSB、电阻器R1以及选择器40。
全波整流电路DB被配置为执行AC电压输入的全波整流，并且经由电容器C1向串联连接的开关元件Q1(第一开关的示例)和开关元件Q2(第二开关的示例)输出全波整流的电压。开关元件Q1和Q2各包括诸如MOSFET这样的开关元件。
包括用于电流谐振的电抗器Lr、变压器T的初级绕组P以及用于电流谐振的电容器C2的串联电路连接在开关元件Q2的漏极和源极之间。变压器T的次级绕组S1和次级绕组S2串联连接。二极管D1的阳极连接到次级绕组S1的第一端子。二极管D2的阳极连接到次级绕组S2的第一端子。
二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接到电容器C3的第一端子、光电耦合器PC的光电二极管的阳极、以及输出电压检测器30的第一端子。次级绕组S1的第二端子和次级绕组S2的第二端子连接到电容器C3的第二端子和输出电压检测器30的第二端子。
开关元件Q1和开关元件Q2可以根据从控制电路10b输出的控制信号交替接通和断开。输出电压检测器30被配置为检测跨电容器C3的输出电压，并且经由光电耦合器PC向初级侧控制电路10b的FB端子输出所检测的电压，作为反馈信号。
控制电路10b基于来自输出电压检测器30的反馈信号交替接通和断开开关元件Q1和开关元件Q2。电容器C4的第一端子连接到变压器T的初级绕组P的第一端子和电容器C2的第一端子，电阻器R1的第一端子连接到电容器C4的第二端子，并且电阻器R1的第二端子接地。
控制电路10b包括比较器11、12以及14、充电和放电控制器13、开关电路SW1、逻辑电路15、振荡器(OSC)16、与电路17和18、高侧驱动器19、低侧驱动器20、逻辑电路26和29、振荡控制器27、dv/dt检测电路+比较器43、以及SR触发电路44。控制电路10b可以由集成电路(IC)来实施。另选地，可以仅控制电路10的一部分由集成电路(IC)来实施。
控制电路10b包括：连接到开关元件Q1的栅极的VGH端子、连接到开关元件Q2的栅极的VGL端子、连接到电阻器R1的第一端子的PL端子、连接到电容器CCL的CL端子、连接到电容器CSB的SB端子、以及连接到光电耦合器PC中的光电晶体管的集电极的FB端子。选择器40包括：逻辑电路22、24以及25；和锁存电路31。选择器40接收来自比较器41和42的信号的输入，并且向逻辑电路26输出信号。
实施方式的电流谐振电源装置具有自动备用功能，凭借该自动备用功能，电流谐振电源装置通过在不从外部接收任何备用信号的情况下检测控制电路10b处的备用状态负荷，来从正常模式切换为备用模式。电流谐振电源装置通过使用关于流过变压器的一次接线的电流的信息来检测备用状态负荷。
在LLC电流谐振系统中，流过变压器的初级绕组的电流包含周期电流(不发送到变压器的次级侧的电流)和负荷电流(与输出电流成比例的电流)。电流谐振电源装置可以通过仅检索关于来自初级绕组的电流的负荷电流的信息来检测备用状态。这里，在实施方式中，专用备用端子处的充电开始触发可以为FB电压的比较器输出。
dv/dt检测电路和比较器43连接到FB端子和逻辑电路44。dv/dt检测电路和比较器43检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)。dv/dt检测电路和比较器43检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)的范围变得恒定(例如，大体平坦)。检测的时间点用作充电终止触发。将FB端子电压超过VFB_L或VFB_H的事件用作触发，dv/dt检测电路和比较器43开始提取每单位时间FB端子电压的变化量dv/dt。这里，dv/dt检测电路和比较器43检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)使用比较器变为预定等级或更低。该检测用作充电终止触发。该充电终止触发信号被输入到逻辑电路44中。这里，dv/dt检测电路和比较器43可以包括CR电路或可以包括运算放大器。另外，dv/dt检测电路和比较器43还可以按需包括放大器，以放大信号。
如上所述，实施方式通过检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)，且使用变化量变为预定等级或更低的时间点作为终止充电时段的触发，来允许负荷波动的更佳适应。
图8是例示了电流谐振电源装置的脉冲串振荡操作时的波形的图。这里，将参照图8描述基于每单位时间FB端子电压的变化量dv/dt检测终止充电的时间。
OUT1端子处的输出电流大体恒定。另外，OUT1端子处的输出电压响应于备用模式下的间歇振荡而增大特定时间段，然后平滑地降低。
备用模式下的FB端子电压响应于输出电压的增大而如图8例示地变化。在实施方式中，FB端子电压可以在大约0至1V操作。控制电路10b执行控制电路10b交替地重复短振荡时段和长非振荡时段的间歇振荡。这使得FB端子电压经受过冲，然后在振荡时段(t33)期间降低，并且使得电压在非振荡时段(t36)期间逐渐增大。
在该备用模式状态下，如果负荷电流由于突然负荷变化而增大(t36)，则输出电压降低，并且FB端子电压增大。FB端子电压的增大使得每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)增大(t37)。检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)变为预定等级或更低的时间点(t39)，并且该时间点用作终止充电的触发。该充电终止触发信号被输入到逻辑电路44中。之后，借助逻辑电路等，SW2从SB切换到FB。这允许负荷波动的最佳适应。
这里，可以检测FB端子电压和SB端子电压，使得振荡器OSC 16的频率在FB端子电压和SB端子电压彼此交叉时由开关SW2切换到FB控制。这吸收由于硬切换而引起的振荡频率的突然变化，由此，实现到FB控制的平滑过渡。
到目前为止，已经描述了实施方式。关于充电终止触发，在第一实施方式中，基于FB端子电压检测再反相脉冲串释放比较器的时间点，并且该时间点用作终止充电的触发。在第二实施方式中，使用具有预定阈值的比较器用不同阈值来检测反相，并且该时间点用作充电终止触发。在第三实施方式中，检测每单位时间FB端子电压的变化量(dv/dt)变为预定等级或更低的时间点(t39)，并且该时间点用作终止充电的触发。在另一个实施方式中，对电容器CCL充电，并且检测CL端子电压变成阈值电压V2的时间点(t19)，并且该时间点用作充电终止触发。充电终止触发的这些确定可以组合，并在控制电路中实施。
在相关技术中，当用自动备用系统从备用状态返回至正常状态时，因为延迟了PFC电路的输出的上升，所以在LLC电路的输入较低的同时必须发送能量。因此，存在能量的缺乏易于形成次级输出电压中的下降的问题。
在从备用状态过渡至正常状态时，频率控制端子处的突然电压变化引起突然的频率变化。该频率变化引起硬切换。更具体地，当频率控制端子在备用状态与正常状态之间切换是，端子之间的压差较大，这引起频率的突然切换。
在关于PFC和电流谐振电路的自动备用模式的负荷响应性方面，一个或更多个实施方式改善操作。更具体地，与一个或更多个所公开实施方式关联的技术降低次级输出电压中的下降。在传统备用控制中，存在以下问题：当状态从备用状态变回正常状态时，能量的缺乏易于引起次级输出电压中的下降。在一个或更多个所公开的实施方式中，LLC电路可以在刚一检测到备用返回信号之后开始发送最大能量。具体地，在返回到正常状态时对频率控制端子快速充电降低切换频率，并且引起具有最大接通范围的操作。该方法解决能量的缺乏并减轻输出电压中的下降。
作为另一个示例，电流谐振电源装置可以包括内部开关。可以基于切换内部开关来实现最大接通范围操作，而不是基于频率控制端子充电来实现。
如上所述，一个或更多个实施方式减轻自动备用系统中从备用状态返回至正常状态时能量的缺乏，并且通过平滑改变频率来防止硬切换。
可以在不偏离本发明的精神的情况下，包括除了上述实施方式之外的其他实施方式。实施方式在所有方面被认为是例示性而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。因此，本发明旨在包含包括权利要求的等同结构内的意义和范围的所有配置。

Claims (8)

1.一种电流谐振电源装置，该电流谐振电源装置包括：
第一开关和第二开关，该第一开关和该第二开关串联连接到DC电源的两个端子；
串联电路，该串联电路包括电抗器、变压器的初级绕组以及电容器，该电抗器、该变压器的初级绕组以及该电容器串联连接，并且连接到所述第一开关和所述第二开关与所述DC电源的一个端子之间的节点；
整流平滑电路，该整流平滑电路对跨所述变压器的次级绕组生成的电压进行整流和平滑，并且输出DC电压；
电压检测电路，该电压检测电路检测来自所述整流平滑电路的所述DC电压；
信号生成电路，该信号生成电路基于由所述电压检测电路检测的所述DC电压来生成反馈信号，并且输出所述反馈信号，所述反馈信号用于接通和断开所述第一开关和所述第二开关；
负荷电流检测电路，该负荷电流检测电路检测在流过所述电容器的谐振电流中包含的负荷电流；
备用状态检测电路，该备用状态检测电路基于由所述负荷电流检测电路检测的所述负荷电流和备用阈值来检测备用状态；
脉冲串振荡电路，该脉冲串振荡电路基于所述反馈信号来生成脉冲串振荡信号，并且在检测到所述备用状态时基于所述脉冲串振荡信号来接通和断开所述第一开关元件和所述第二开关元件；
第一比较器，其将反馈端子电压与可变电压进行比较；以及
反相检测电路，该反相检测电路检测所述第一比较器的反相，其中，
所述脉冲串振荡电路包括电容器和快速充电电路，
当所述电流谐振电源装置从备用状态返回正常状态时，所述快速充电电路在所述反馈信号超过取消所述脉冲串振荡的取消阈值电压之后对所述脉冲串振荡电路的所述电容器充电，
所述脉冲串振荡电路基于由所述反相检测电路进行的、对所述第一比较器的反相的检测，来生成脉冲串振荡信号。
2.根据权利要求1所述的电流谐振电源装置，其中，
所述脉冲串振荡电路包括第二比较器，该第二比较器将所述反馈信号与所述取消阈值电压进行比较，所述第二比较器具有与所述第一比较器的阈值不同的阈值。
3.根据权利要求2所述的电流谐振电源装置，其中，
所述第二比较器将所述脉冲串振荡电路的所述电容器的充电电压与所述脉冲串振荡信号进行比较。
4.根据权利要求1所述的电流谐振电源装置，其中，
所述负荷电流检测电路包括第二电容器，并且
所述脉冲串振荡电路基于所述第二电容器的第一端子处的电压，来生成充电终止触发。
5.一种电流谐振电源装置，该电流谐振电源装置包括：
第一开关和第二开关，该第一开关和该第二开关串联连接到DC电源的两个端子；
串联电路，该串联电路包括电抗器、变压器的初级绕组以及电容器，该电抗器、该变压器的初级绕组以及该电容器串联连接，并且连接到所述第一开关和所述第二开关与所述DC电源的一个端子之间的节点；
整流平滑电路，该整流平滑电路对跨所述变压器的次级绕组生成的电压进行整流和平滑，并且输出DC电压；
电压检测电路，该电压检测电路检测来自所述整流平滑电路的所述DC电压；
信号生成电路，该信号生成电路基于由所述电压检测电路检测的所述DC电压来生成反馈信号，并且输出所述反馈信号，所述反馈信号用于接通和断开所述第一开关和所述第二开关；
负荷电流检测电路，该负荷电流检测电路检测在流过所述电容器的谐振电流中包含的负荷电流；
备用状态检测电路，该备用状态检测电路基于由所述负荷电流检测电路检测的所述负荷电流和备用阈值来检测备用状态；
脉冲串振荡电路，该脉冲串振荡电路基于所述反馈信号来生成脉冲串振荡信号，并且在检测到所述备用状态时基于所述脉冲串振荡信号来接通和断开所述第一开关元件和所述第二开关元件；以及
dv/dt检测电路，该dv/dt检测电路检测当每单位时间所述反馈信号的变化量变为预定水平或更低时的时间点，其中，
所述脉冲串振荡电路包括电容器和快速充电电路，
当所述电流谐振电源装置从备用状态返回正常状态时，所述快速充电电路在所述反馈信号超过取消所述脉冲串振荡的取消阈值电压之后对所述脉冲串振荡电路的所述电容器充电，
所述脉冲串振荡电路基于由所述dv/dt检测电路进行的、对每单位时间所述反馈信号的变化量的检测，来生成脉冲串振荡信号。
6.根据权利要求5所述的电流谐振电源装置，其中，
所述脉冲串振荡电路包括第二比较器，该二比较器将所述反馈信号与所述取消阈值电压进行比较。
7.根据权利要求6所述的电流谐振电源装置，其中，
所述第二比较器将所述脉冲串振荡电路的所述电容器的充电电压与所述脉冲串振荡信号进行比较。
8.根据权利要求5所述的电流谐振电源装置，其中，
所述负荷电流检测电路包括第二电容器，并且
所述脉冲串振荡电路基于所述第二电容器的第一端子处的电压，来生成充电终止触发。
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