CN109713908B - 重构线调制的谐振转换器 - Google Patents
重构线调制的谐振转换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109713908B CN109713908B CN201810957388.2A CN201810957388A CN109713908B CN 109713908 B CN109713908 B CN 109713908B CN 201810957388 A CN201810957388 A CN 201810957388A CN 109713908 B CN109713908 B CN 109713908B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switch
- resonant
- power converter
- turned
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/01—Resonant DC/DC converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/34—Snubber circuits
- H02M1/342—Active non-dissipative snubbers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/4815—Resonant converters
- H02M7/4818—Resonant converters with means for adaptation of resonance frequency, e.g. by modification of capacitance or inductance of resonance circuits
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
谐振功率转换器包括事件生成器和配置为二次谐波滤波器的多个单独的谐振回路。该事件生成器被配置为生成谐振回路被调谐到的预定谐振切换频率，以选择性地应用使用谐振回路的电压应力谐波链路，并控制零电压切换时间和经过切换设备的峰值电流。以本文所述的方式配置和操作谐振功率转换器使得该谐振功率转换器能够在变化的输出线电压上维持基本恒定的效率，使得谐振功率转换器的效率基本上与输入线电压值无关。
Description
相关申请
本专利申请要求在2017年8月21日提交的且题为“Reconstructive LineModulated Resinanat Converter”的申请序列号为62/548,325的共同未决的美国临时专利申请在35U.S.C.119(e)下的优先权，以及要求在2018年8月20日提交的申请序列号为16/105,348的美国专利申请的优先权，通过引用将其全部内容并于本文中。
技术领域
本申请大体指向功率转换器领域。更具体地，本申请指向用于功率管理和功率供应的谐振功率转换器。
背景技术
这些年来存在已经开发的几种功率转换器拓扑，它们意图改善功率转换器的功率密度和切换效率。对新的转换器拓扑的新兴关注是，提供用于降低或消除转换器切换损失同时增加切换频率的手段。更低的损失和更高的切换频率意味着更高效的转换器，这可以减小转换器组件的尺寸和重量。另外，随着诸如通过脉冲宽度调制(PWM)操作的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关之类的高速复合半导体开关的引入，近来的正激和反激(flyback)拓扑现在能够操作在大大增加的切换频率、比如高达及大于例如1MHz的频率。
然而，由于半导体开关以高电压和/或高电流水平而迅速进行开/关切换，切换频率的增加可能导致与切换和组件应力(stress)相关的损失的增加，并且导致增加的电磁干扰(EMI)、噪声和切换换向问题。此外，期望当今的电子组件在小的空间中高效地并且以较少的所不希望的副作用来执行多个功能。例如，当今的提供相对高的功率密度和高切换频率的电压转换器也应该包括整齐(uncluttered)的电路拓扑，提供输出或“负载”电压与输入或“电源”电压的隔离，并且还提供可变的步升或步降电压变换。
许多传统的功率转换器电路的缺点是，切换组件承受相对高的电压和电流应力。另外，一次开关经历的高截止电压(由变压器漏电感和开关电容之间的寄生振荡引起)传统上需要使用电阻器、电容器、二极管子电路，比如缓冲电路(snubber circuit)。该寄生振荡在谐波中极其强烈，并且利用EMI污染了环境，并以额外的热耗散的形式引起来自切换组件的高切换损失。
在努力降低或消除切换损失并降低EMI噪声中，本领域中已经日益多地采用“谐振”或“软”切换技术的使用。将谐振切换技术应用于传统的功率转换器拓扑以降低或消除切换应力并降低EMI，这带来了高密度和高频率的优点。谐振切换技术大体上包括与半导体开关串联的电感-电容(LC)子电路，该半导体开关在导通时在转换器内创建谐振子电路。此外，在切换周期期间对谐振开关的开/关控制周期计时以对应于跨各个转换器组件的特定电压和电流条件，这允许在零电压和/或零电流条件下的切换。零电压切换(ZVS)和/或零电流切换(ZCS)固有地降低或消除许多与频率有关的切换损失。
将这样的谐振切换技术应用于传统的功率转换器拓扑为高密度、高频率转换器提供了许多优点，比如准正弦电流波形、降低或消除的对转换器的电组件的切换应力、降低的依赖于频率的损失和/或降低的EMI。然而，在零电压切换和/或零电流切换的控制期间引起的能量损失以及在驱动和控制谐振组件期间引起的损失仍是问题。在将谐振转换器应用于功率管理和功率供应的领域，关键任务是消除损失并维持在宽输入电压范围上的高效性。
发明内容
实施例指向谐振功率转换器。在自激(free running)谐振功率转换器拓扑中，输入线电压(输入电压供应)中的变化、尤其是在高线电压条件下的该变化导致转换器经历磁体以及切换设备中的高损失度。自激谐振功率转换器拓扑构成了固定的恒定切换频率和恒定占空比。在这样的环境中，如果输入线电压增加了三倍，比如从90Vrms的低线电压增加到270Vrms的高线电压，则经过主切换设备的相应的峰值电流也增加三倍，这导致功率耗散增加九倍。本申请的谐振功率转换器降低了电压应力和高峰值电流，这降低了这样的功率损失。该谐振功率转换器包括事件生成器和配置为二次谐波滤波器的多个单独的谐振回路(tank)。该事件生成器被配置为生成谐振回路被调谐到的预定谐振切换频率，选择性地应用使用谐振回路的电压应力谐波链路，并控制零电压切换时间和经过切换设备的峰值电流。以本文所述的方式配置和操作谐振功率转换器使得该谐振功率转换器能够在变化的输出线电压上维持基本恒定的效率，使得谐振功率转换器的效率基本上与输入线电压值无关。
在一方面，谐振功率转换器配置为接收来自输入电压源的变换的输入电压作为输入，并输出输出电压。该谐振功率转换器包括变压器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一谐振回路、第二谐振回路和信号处理电路。该变压器具有初级绕组和次级绕组，其中次级绕组耦合到谐振功率转换器的输出。第一开关包括第一端子，其中该第一端子串联耦合到初级绕组。第二开关串联耦合到第一开关。第一谐振回路与第三开关串联耦合，其中串联耦合的第一谐振回路和第三开关与第二开关并联耦合。第二谐振回路与第四开关串联耦合，其中串联耦合的第二谐振回路和第四开关与串联耦合的第一谐振回路和第二开关并联耦合。信号处理电路耦合到输入电压源、第一开关的第一端子以及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的每一个。该信号处理电路配置为感测输入电压和第一端子电压，并根据感测的输入电压和第一端子电压选择性地驱动第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的每一个。在一些实施例中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的每个是晶体管开关。在一些实施例中，对应于第一开关的晶体管开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且第一开关的第一端子是MOSFET的漏极。在一些实施例中，第一谐振回路包括与第一电容器串联耦合的第一电感器，并且第二谐振回路包括与第二电容器串联耦合的第二电感器。在一些实施例中，导通第三开关跨过(across)第二开关连接了第一谐振回路，并且第一谐振回路担当第一2D谐波滤波器，并且断开第三开关会将第一谐振回路从跨过第二开关而断开，并且第一谐振回路不再担当第一2D谐波滤波器。在一些实施例中，导通第四开关跨过第一开关而连接串联耦合的第二谐振回路和第四开关，并且第二谐振回路担当第二2D谐波滤波器，并且断开第四开关将串联耦合的第二谐振回路和第四开关从跨过第一开关而断开，并且第二谐振回路不在担当第二2D谐波滤波器。
在一些实施例中，信号处理电路被配置为感测输入电压和第一端子电压，并且如果感测的输入电压小于阈值且感测的第一端子电压大于或等于第一端子阈值，则第一开关导通并维持导通，第二开关以切换频率Fsw导通和断开，第三开关断开并维持断开，并且第四开关断开并维持断开。在一些实施例中，如果感测的输入电压小于该阈值并且感测的第一端子电压小于第一端子阈值，则第一开关导通并维持导通，第二开关以切换频率Fsw导通和断开，第三开关导通并维持导通，并且第四开关断开并维持断开。在一些实施例中，如果感测的输入电压大于或等于阈值并且感测的第一端子电压大于或等于第一端子阈值，则第一开关和第二开关都以第二切换频率导通和断开，该第二切换频率大于该切换频率Fsw，第三开关断开并维持断开，并且第四开关断开并维持断开。在一些实施例中，如果感测的输入电压大于或等于阈值并且感测的第一端子电压小于第一端子阈值，则第一开关和第二开关都以第二切换频率导通和断开，第三开关断开并维持断开，并且第四开关导通并维持导通。在一些实施例中，当第一开关和第二开关都以第二切换频率导通和断开时，第一开关和第二开关被同步以同时导通和断开。在一些实施例中，第二切换频率是切换频率Fsw的三倍。在一些实施例中，阈值是135Vrms，并且第一端子阈值是感测输入电压值的2.5倍。在一些实施例中，切换频率Fsw是具有恒定占空比的预定且固定的值。在一些实施例中，导通第三开关跨过第二开关连接了第一谐振回路，并且断开第三开关会将第一谐振回路从跨过第二开关而断开。在一些实施例中，导通第四开关跨过串联连接的第一开关和第二开关而连接第二谐振回路，并且断开第四开关会将第二谐振回路从跨过串联连接的第一开关和第二开关而断开。
在另一方面，自激谐振功率转换器配置为接收来自输入电压源的变化的输入电压作为输入，并输出一输出电压。该自激谐振功率转换器包括谐振功率转换器和信号处理电路。该谐振功率转换器具有主开关和多个可变地启用的谐振回路。该信号处理电路耦合到谐振功率转换器以根据输入电压的感测值和主开关的第一端子的感测值选择性地启用多个可变地启用的谐振回路中的各个谐振回路，以维持该自激谐振功率转换器在变化的输入线电压值上的恒定效率。
附图说明
参考附图描述几个示例实施例，附图中类似的组件被提供有类似的参考标记。示例实施例意图例示而不是限制本发明。附图包括以下图：
图1例示根据一些实施例的谐振功率转换器的示意电路图。
具体实施方式
本申请的实施例指向谐振功率转换器。本领域技术人员将认识到，对谐振功率转换器的以下详细描述仅仅是例示性的，并且不意图以任何方式限制。对于受益于本公开的这些本领域技术人员而言，将很容易想到谐振功率转换器的其他实施例。
现在将详细参考附图中所示的谐振功率转换器的实施方式。在附图通篇以及以下的详细描述中将使用相同的参考指示符来指代相同或类似的部分。为了清楚，并没有示出和描述本文所述的实施方式的所有常规特征。当然，将认识到，在任何这样的实际实施方式的发展中，必须做出无数的特定于实施方式的决定以便实现开发者的特定目标，比如符合与应用和商业有关的限制，并且这些特定目标将随实施方式的不同以及开发者的不同而变换。此外，将认识到，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是这将不过是受益于本公开的本领域技术人员的常规工程设计工作。
图1例示根据一些实施例的谐振功率转换器的示意电路图。该谐振功率转换器包括变压器T1、晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4、电感器L1和L2、电容器C1和C2、以及事件发生器。变压器T1包括初级绕组P1和次级绕组S2。次级绕组电压被整流并滤波，比如通过使用二极管和电容器，其被提供为输出电压Vout。在一些实施例中，谐振功率转换器被配置为反激转换器。可以理解，可替换地，该谐振功率转换器可以根据其他传统的转换器方案来配置。在一些实施例中，晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4每个是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在图1所示的示例配置中，晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4是n沟道MOSFET。可替换地，可以使用其他类型的半导体晶体管。
初级绕组P1的第一端子耦合到输入电压源Vin的正端子。初级绕组P1的第二端子耦合到晶体管开关Q1的漏极以及电感器L2的第一端子。晶体管开关Q1的源极耦合到晶体管开关Q2的漏极和电感器L1的第一端子。晶体管Q2的源极耦合到输入电压源Vin的负端子。电感器L1的第二端子耦合到电容器C1的第一端子。电容器C1的第二端子耦合到晶体管开关Q3的漏极。晶体管开关Q3的源极耦合到输入电压源Vin的负端子。电感器L2的第二端子耦合到电容器C2的第一端子。电容器C2的第二端子耦合到晶体管开关Q4的漏极。晶体管开关Q4的源极耦合到输入电压源Vin的负端子。电感器L1和电容器C1形成第一谐振回路，其担当二次谐波(2D谐波)滤波器。电感器L2和电容器C2形成第二谐振回路，其也担当二次谐波滤波器。
事件发生器耦合到晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4的每个的栅极。事件发生器还耦合到输入电压源Vin的正端子以及初级绕组P1的第一端子，并且事件发生器耦合到晶体管开关Q1的漏极以及初级绕组P1的第二端子。该事件发生器包括信号处理电路，该信号处理电路能够感测和识别上述的电压并实现控制算法，该控制算法产生用于导通和断开晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4的适当的驱动信号。该事件发生器可以包括用于存储和实施控制算法的存储器，和/或可以具有网络通信接口和用于访问远程存储以访问和实施用于实施该控制算法所需的数据和/或控制信息的能力。该事件发生器的该信号处理电路包括用于产生晶体管开关驱动信号的驱动电路。在一些实施例中，驱动信号被生成为以切换频率Fsw或以切换频率Fsw的倍数驱动晶体管开关，如下所述。第一谐振回路组件L1和C1以及第二谐振回路组件L2和C2被调谐到切换频率Fsw。
在操作时，输入电压源Vin是可变电压，比如从大约90Vrms到265Vrms变化。可以理解，输入电压源Vin可以在可变的电压范围上变化。事件发生器感测输入电压Vin(线电压)和晶体管开关Q1的第一端子，在n沟道MOSFET的情况下该第一端子是漏极电压Vd，以确定那些晶体管开关Q1、Q2、Q3和Q4将被导通和断开。对于低线电压，事件发生器实施第一控制算法。对于高线电压，事件发生器实施第二控制算法。在一些实施例中，低线电压被认为是在大于135Vrms到265Vrms或更大的范围内的电压。可以理解，在低线电压和高线电压之间的分界点或者阈值、例如135Vrms可以与135Vrms的示例情况不同。如果输入电压Vin是低线电压，则实施第一控制算法。在第一控制算法中，晶体管开关Q1导通，并且第二晶体管开关Q2以切换频率Fsw导通和断开。当输入源电压Vin是低线电压时，如果晶体管开关Q1的漏极电压Vd小于漏极电压阈值，则晶体管开关Q3导通，并且晶体管开关Q4断开。在一些实施例中，漏极电压阈值是输入源电压Vin的2.5倍。可以理解，可以使用替换的漏极电压阈值。导通晶体管开关Q3连接了由电感器L1和电容器C1形成的第一谐振回路，并且断开第四开关断开了由电感器L2和电容器C2形成的第二谐振回路。当输入源电压Vin是低线电压时，如果晶体管开关Q1的漏极电压Vd大于或等于漏极电压阈值，则晶体管开关Q3和晶体管开关Q4两者断开。
如果输入电压Vin是高线电压，则实施第二控制算法。在第二控制算法中，晶体管开关Q1和Q2两者以大于切换频率Fsw的第二切换频率导通和断开，并且晶体管开关Q3断开。在一些实施例中，第二切换频率是3xFsw。在其他实施例中，第二切换频率是切换频率Fsw的整数倍。可以理解，可以使用替换的第二切换频率。在一些实施例中，晶体管开关Q1和Q2被同步以同时导通和断开。断开晶体管开关Q3断开了由电感器L1和电容器C1形成的第一谐振回路。当输入源电压Vin是高线电压时，如果晶体管开关Q1的漏极电压Vd小于漏极电压阈值，则晶体管开关Q4导通，而晶体管开关Q3保持断开，并且晶体管开关Q1和Q2仍以第二切换频率，例如3xFsw而切换。导通晶体管开关Q4连接了由电感器L2和电容器C2形成的第二谐振回路。当输入源电压Vin是高线电压时，如果晶体管开关Q1的漏极电压Vd大于或等于漏极电压阈值，则晶体管开关Q4断开，而晶体管开关Q3保持断开，并且晶体管开关Q1和Q2仍以第二切换频率而切换。断开晶体管开关Q4断开了由电感器L2和电容器C2形成的第二谐振回路。
已经在并入了细节的具体实施例方面描述了本申请，以有助于对谐振功率转换器的构成和操作的原理的理解。在各图中所示和描述的许多组件可以互换以实现所需的结果，并且此描述应被理解为也包含这样的互换。同样，本文对具体实施例及其细节的参考不意图限制附于此的权利要求书的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的是，不脱离本申请的精神和范围，可以对为例示而选取的实施例进行修改。
Claims (17)
1.一种谐振功率转换器，配置为接收来自输入电压源的变化的输入电压作为输入，并输出一输出电压，所述谐振功率转换器包括：
a.变压器，具有初级绕组和次级绕组，其中所述次级绕组耦合到所述谐振功率转换器的输出；
b.第一开关，包括第一端子和第二端子，其中所述第一端子经由不直接耦合到所述输入电压源的所述变压器的端子串联耦合到所述初级绕组；
c.第二开关，经由所述第一开关的第二端子串联耦合到所述第一开关；
d.与第三开关串联耦合的第一谐振回路，其中所述串联耦合的第一谐振回路和第三开关与第二开关并联耦合；
e.与第四开关串联耦合的第二谐振回路，其中所述串联耦合的第二谐振回路和第四开关与串联耦合的第一开关和第二开关并联耦合；以及
f.信号处理电路，耦合到输入电压源、第一开关的第一端子以及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关中的每个，其中所述信号处理电路配置为感测输入电压和第一端子电压，并且根据感测的输入电压和第一端子电压而选择性地驱动所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关中的每个。
2.如权利要求1所述的谐振功率转换器，其中所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关中的每个是晶体管开关。
3.如权利要求2所述的谐振功率转换器，其中对应于第一开关的晶体管开关是金属氧化物半导体场效应晶体管，并且第一开关的第一端子是所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
4.如权利要求1所述的谐振功率转换器，其中所述第一谐振回路包括与第一电容器串联耦合的第一电感器，并且所述第二谐振回路包括与第二电容器串联耦合的第二电感器。
5.如权利要求1所述的谐振功率转换器，其中导通第三开关跨过第二开关而连接所述第一谐振回路，并且所述第一谐振回路担当第一2D谐波滤波器，并且断开第三开关将所述第一谐振回路从跨过第二开关断开，并且所述第一谐振回路不再担当第一2D谐波滤波器。
6.如权利要求1所述的谐振功率转换器，其中导通第四开关跨过第一开关连接所述串联耦合的第二谐振回路和第四开关，并且第二谐振回路担当第二2D谐波滤波器，并且断开第四开关将所述串联耦合的第二谐振回路和第四开关从跨过第一开关断开，并且所述第二谐振回路不再担当第二2D谐波滤波器。
7.如权利要求1所述的谐振功率转换器，其中所述信号处理电路配置为感测输入电压和第一端子电压，并且如果感测的输入电压小于阈值且感测的第一端子电压大于或等于第一端子阈值，则第一开关被导通并维持导通，第二开关以切换频率Fsw导通和断开，第三开关被断开并维持断开，并且第四开关被断开并维持断开。
8.如权利要求7所述的谐振功率转换器，其中如果感测的输入电压小于阈值且感测的第一端子电压小于第一端子阈值，则第一开关被导通并维持导通，第二开关以切换频率Fsw导通和断开，第三开关被导通并维持导通，并且第四开关被断开并维持断开。
9.如权利要求8所述的谐振功率转换器，其中如果感测的输入电压大于或等于阈值且感测的第一端子电压大于或等于第一端子阈值，则第一开关和第二开关两者以第二切换频率导通和断开，所述第二切换频率大于所述切换频率Fsw，第三开关被断开并维持断开，并且第四开关被断开并维持断开。
10.如权利要求9所述的谐振功率转换器，其中如果感测的输入电压大于或等于阈值并且感测的第一端子电压小于第一端子阈值，则第一开关和第二开关两者以所述第二切换频率导通和断开，第三开关被断开并维持断开，并且第四开关被导通并维持导通。
11.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中当第一开关和第二开关两者以所述第二切换频率导通和断开时，第一开关和第二开关被同步以便两者同时导通和断开。
12.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中所述第二切换频率是所述切换频率Fsw的三倍。
13.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中所述阈值是135Vrms，并且所述第一端子阈值是感测的输入电压值的2.5倍。
14.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中所述切换频率Fsw是具有恒定占空比的预定且固定的值。
15.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中导通第三开关跨过第二开关连接所述第一谐振回路，并且断开第三开关将所述第一谐振回路从跨过第二开关断开。
16.如权利要求10所述的谐振功率转换器，其中导通第四开关跨过串联连接的第一开关和第二开关而连接所述第二谐振回路，并且断开第四开关将所述第二谐振回路从跨过所述串联连接的第一开关和第二开关断开。
17.一种自激谐振功率转换器，配置为从输入电压源接收变化的输入电压作为输入，并输出一输出电压，所述自激谐振功率转换器包括：
a.谐振功率转换器，具有主开关和多个可变地启用的谐振回路；以及
b.信号处理电路，耦合到所述谐振功率转换器，以根据所述输入电压的感测值以及所述主开关的第一端子的感测值选择性地启用所述多个可变地启用的谐振回路中的各个谐振回路，以维持所述自激谐振功率转换器在变化的输入线电压值上的恒定效率。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762548325P | 2017-08-21 | 2017-08-21 | |
| US62/548,325 | 2017-08-21 | ||
| US16/105,348 US10511231B2 (en) | 2017-08-21 | 2018-08-20 | Reconstructive line modulated resonant converter |
| US16/105,348 | 2018-08-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109713908A CN109713908A (zh) | 2019-05-03 |
| CN109713908B true CN109713908B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=63311901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810957388.2A Active CN109713908B (zh) | 2017-08-21 | 2018-08-21 | 重构线调制的谐振转换器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10511231B2 (zh) |
| EP (1) | EP3447890B1 (zh) |
| CN (1) | CN109713908B (zh) |
| TW (1) | TWI830705B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10917001B2 (en) | 2017-08-21 | 2021-02-09 | Flex Ltd. | Adaptive resonant frequency converter |
| US10511231B2 (en) | 2017-08-21 | 2019-12-17 | Flex Ltd. | Reconstructive line modulated resonant converter |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4607322A (en) * | 1984-09-17 | 1986-08-19 | Sundstrand Corporation | Energy recovery snubber |
| CN1967996A (zh) * | 2005-10-07 | 2007-05-23 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
| CN104756391A (zh) * | 2012-11-02 | 2015-07-01 | 丹麦科技大学 | 自激振荡谐振电力转换器 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3461372A (en) | 1965-01-22 | 1969-08-12 | Int Standard Electric Corp | D.c. to a.c. power converter |
| US4788634A (en) | 1987-06-22 | 1988-11-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant forward converter |
| US5439498A (en) | 1992-11-10 | 1995-08-08 | Exide Corporation | Process and system for the on-site remediation of lead-contaminated soil and waste battery casings |
| JP2005151608A (ja) | 2003-11-11 | 2005-06-09 | Hitachi Ltd | 共振型コンバータ及びその制御方法 |
| US7889519B2 (en) | 2006-01-12 | 2011-02-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for a resonant converter |
| US7286373B1 (en) * | 2006-04-07 | 2007-10-23 | Li Shin International Enterprise Corporation | Full-resonant power circuit device for receiving a variable input voltage |
| US7742318B2 (en) | 2008-06-10 | 2010-06-22 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Multi-element resonant converters |
| TWI459696B (zh) * | 2011-03-28 | 2014-11-01 | Lite On Electronics Guangzhou | 功率因數修正升壓轉換器及其切換頻率調變方法 |
| ITMI20110546A1 (it) | 2011-04-04 | 2012-10-05 | St Microelectronics Srl | Dispositivo di controllo della frequenza di commutazione di un converter quasi risonante e relativo metodo di controllo. |
| US9178438B2 (en) | 2012-04-05 | 2015-11-03 | Futurewei Technologies, Inc. | Apparatus for resonant converters |
| US10270439B2 (en) | 2013-02-27 | 2019-04-23 | Hengchun Mao | High efficiency resonant power converters and resonant gate drivers |
| US9484821B2 (en) * | 2013-11-04 | 2016-11-01 | Futurewei Technologies, Inc. | Adjustable resonant apparatus for power converters |
| JP6467967B2 (ja) | 2015-02-16 | 2019-02-13 | Tdk株式会社 | 共振インバータおよびスイッチング電源装置 |
| JP6477220B2 (ja) * | 2015-05-12 | 2019-03-06 | Tdk株式会社 | 共振コンバータおよびスイッチング電源装置 |
| JP6485198B2 (ja) * | 2015-05-12 | 2019-03-20 | Tdk株式会社 | 共振インバータおよび共振型電源装置 |
| JP6460403B2 (ja) | 2015-05-12 | 2019-01-30 | Tdk株式会社 | 共振インバータおよび絶縁型共振電源装置 |
| US9712196B2 (en) | 2015-08-28 | 2017-07-18 | Skyworks Solutions, Inc. | Tunable notch filter |
| US9780689B2 (en) | 2015-10-21 | 2017-10-03 | Texas Instruments Incorporated | Isolated capacitive power transfer |
| ES2750025T3 (es) | 2016-04-14 | 2020-03-24 | Signify Holding Bv | Conversores resonantes de medio puente, circuitos que los usan y los métodos de control correspondientes |
| US20170346405A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | Inno-Tech Co., Ltd. | Dual-mode operation controller for flyback converter with primary-side regulation |
| US10389274B2 (en) * | 2017-04-07 | 2019-08-20 | Apple Inc. | Boosted output inverter for electronic devices |
| US10511231B2 (en) | 2017-08-21 | 2019-12-17 | Flex Ltd. | Reconstructive line modulated resonant converter |
| US10917001B2 (en) | 2017-08-21 | 2021-02-09 | Flex Ltd. | Adaptive resonant frequency converter |
| CN110365212A (zh) | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 弗莱克斯有限公司 | 具钳位电压整流器的隔离fai 2转换器及同步整流解决方案 |
-
2018
- 2018-08-20 US US16/105,348 patent/US10511231B2/en active Active
- 2018-08-20 EP EP18189741.4A patent/EP3447890B1/en active Active
- 2018-08-20 TW TW107129021A patent/TWI830705B/zh active
- 2018-08-21 CN CN201810957388.2A patent/CN109713908B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4607322A (en) * | 1984-09-17 | 1986-08-19 | Sundstrand Corporation | Energy recovery snubber |
| CN1967996A (zh) * | 2005-10-07 | 2007-05-23 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
| CN104756391A (zh) * | 2012-11-02 | 2015-07-01 | 丹麦科技大学 | 自激振荡谐振电力转换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201924194A (zh) | 2019-06-16 |
| TWI830705B (zh) | 2024-02-01 |
| US10511231B2 (en) | 2019-12-17 |
| EP3447890A1 (en) | 2019-02-27 |
| CN109713908A (zh) | 2019-05-03 |
| EP3447890B1 (en) | 2021-01-13 |
| US20190058417A1 (en) | 2019-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9847710B2 (en) | Universal system structure for low power adapters | |
| KR102193358B1 (ko) | 자기 발진 공진형 파워 컨버터 | |
| JP5420910B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| US6882548B1 (en) | Auxiliary active clamp circuit, a method of clamping a voltage of a rectifier switch and a power converter employing the circuit or method | |
| US8547711B2 (en) | LLC converter active snubber circuit and method of operation thereof | |
| US7957161B2 (en) | Power converters | |
| CN109586575B (zh) | 虚拟参数高压侧mosfet驱动器 | |
| JP6049861B2 (ja) | Ｄｃ／ｄｃコンバータ | |
| CN103580493A (zh) | 新式高功率变换器架构 | |
| CN103580492A (zh) | 新式高功率变换器架构 | |
| JP2008545359A (ja) | フルブリッジ回路および大きな調整領域を有する電源装置 | |
| CN109713908B (zh) | 重构线调制的谐振转换器 | |
| CN109672326B (zh) | 自适应谐振频率转换器 | |
| Yazdani et al. | Evaluation and comparison of conducted EMI in three full-bridge DC-DC switching converters | |
| US5936853A (en) | Power converter having a low-loss clamp and method of operation thereof | |
| US10075055B2 (en) | Zero-voltage-switching scheme for phase shift converters | |
| JPWO2019012923A1 (ja) | 高周波電源装置 | |
| Celentano et al. | A Comparison between Class-E DC-DC Design Methodologies for Wireless Power Transfer | |
| CN113014101A (zh) | Llc谐振电路的控制装置和方法及直流-直流转换器 | |
| US9018926B1 (en) | Soft-switched PFC converter | |
| CN211670785U (zh) | Llc谐振电路的控制装置及直流-直流转换器 | |
| RU2327274C1 (ru) | Полномостовой преобразователь постоянного напряжения с мягкой коммутацией | |
| Oliveira et al. | A lossless commutation PWM two level forward converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |