CN111224551A - 功率转换器 - Google Patents

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阿尔弗雷多·梅迪纳-加西亚
皮埃尔里克·奥塞雷斯
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Abstract

提供了功率转换器。电容器耦接至形成LC谐振器的一部分的变压器的初级绕组(13)。电容器(15)与控制器(10)的供应电压输入端(Vcc)耦接以向控制器(10)的至少一部分供应电力。

Description

功率转换器
技术领域
本申请总体上涉及功率转换器。
背景技术
功率转换器是将电输入功率转换为电输出功率并且包括电流转换器和电压转换器的设备。反激式转换器是一种在输入端与任意输出端之间提供电流隔离的电压转换器。特定类型的反激式转换器是非对称脉冲宽度调制(APWM)半桥(HB)反激式转换器，在本文中称为APWM HB反激式转换器。APWM HB反激式转换器本质上是下述转换器：其中将转换器的电感器拆分以形成变压器，使得电压比基于具有附加的隔离优点的变压器的绕组比倍增。为了操作这样的APWM HB反激式转换器，通过脉冲宽度调制信号来操作包括高侧开关和低侧开关的半桥，以选择性地向变压器提供能量。高侧开关和低侧开关的驱动通过控制器控制，该控制器可以包括相应地编程的处理器、特定硬件如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或其他逻辑电路以及用于向开关提供驱动信号的驱动电路。
这样的控制器需要供应有电力以执行其功能。例如，上述处理器、ASIC、FPGA或其他逻辑电路以及驱动器需要供应有供应电压以能够操作。在一些先前的实现方式中，上述变压器设置有辅助绕组，并且供应控制器的供应电压从这样的辅助绕组处的电压得到。
然而，这样的辅助绕组需要空间并且导致了制造成本。在以不同的输出电压操作的其他实现方式中，可能需要使用多个辅助绕组以针对不同的输出电压或输入电压向控制器提供正确的供应电压。
发明内容
根据一个实施方式，提供了一种功率转换器，包括：至少一个初级侧开关；变压器，其中，变压器的初级绕组耦接至至少一个初级侧开关，并且其中，变压器的次级绕组耦接至功率转换器的输出端；耦接至初级绕组的电容器，其中，功率转换器的LC谐振器包括电容器以及变压器的漏电感；以及控制器，其被配置成控制至少一个初级侧开关的切换，其中，控制器包括供应电压端子，该供应电压端子被配置成接收向控制器的至少一部分供应电力的供应电压，其中，供应电压端子耦接至电容器。
以上概述仅旨在给出关于一些实施方式的一些方面的简要概述，而不应被解释为限制性的。特别地，其他实施方式可以包括除了上面明确给出的特征以外的其他特征。
附图说明
图1是根据一个实施方式的反激式转换器的电路图。
图2是根据一个实施方式的控制器的图。
图3是用于示出图1的反激式转换器的操作的图。
图4示出了根据一个实施方式的反激式转换器的测量结果。
图5至图9示出了根据其他实施方式的反激式转换器。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述各种实施方式。这些实施方式仅作为示例给出，而不应以任何方式解释为限制性的。例如，虽然实施方式可以被描述为包括多个特征或元件，但是这不应被解释为限制性的，并且在其他实施方式中，可以省略特征或元件中的一些，以及/或者可以由可替选的特征或元件替代。除了明确示出和描述的特征或元件以外，还可以使用另外的特征或元件，例如在功率转换器如非对称脉冲宽度调制半桥(APWM HB)反激式转换器电路中常规设置的特征或元件，如保护机制(例如过电流保护)或反馈控制。
除非另外指出，否则不同的实施方式可以彼此组合以形成另外的实施方式。参照这些实施方式之一描述的变型和修改也可以应用于其他实施方式。
在所示出和描述的实施方式中，元件之间的任何直接电连接或耦接即无中间元件的连接或耦接可以被间接连接或耦接即包括一个或更多个附加的中间元件的连接或耦接所替代，并且反之亦然，只要连接或耦接的一般目的例如提供某种信号、某种信息或某种控制被本质上保持即可。换言之，可以修改连接或耦接，只要连接或耦接的一般目的和功能本质上保持不变即可。在本申请的上下文中，除非另外特别指出，否则如“连接”、“耦接”、“连接至”或“耦接至”的术语涉及电连接或耦接。
实施方式涉及包括变压器和耦接至变压器的初级绕组的电容器的功率转换器。初级绕组的漏电感以及电容器可能与另外的部件如附加的电感器一起形成功率转换器的LC谐振器，该LC谐振器也称为LC回路(tank)或谐振回路。用于这样的功率转换器的一个示例是反激式转换器。在反激式转换器的情况下，LC谐振器限定了转换器的谐振频率。虽然在下文中使用反激式转换器作为用于这样的功率转换器的示例，但是本文所讨论的技术也可以应用于使用这样的LC谐振器的其他转换器，其中例如根据非对称脉冲宽度调制方案，LC谐振器由一个或更多个初级侧开关驱动。
在实施方式中，电容器处的电压用于向功率转换器的控制器的至少一部分供应电力。特别地，如将在下面说明的，电容器处的电压可以具有足够小的变化以使它适合于供应电压。下面将描述另外的细节和实现方式。为此，电容器可以耦接至控制器的供应电压端子，使得控制器由电容器处的电压供应。这种耦接可以是直接的即具有简单的低欧姆连接，或者是间接的即在它们之间具有附加元件如二极管或线性稳压器，只要控制器由从电容器处的电压得到的电压供应即可。
现在转向附图，图1是示出根据一个实施方式的APWM HB反激式转换器的电路图。图1的APWM HB反激式转换器包括分别经由输出端子HSGD、输出端子LSGD控制高侧开关11和低侧开关12的控制器10。高侧开关11和低侧开关12还称为初级侧开关。在其他实现方式中，可以仅提供单个初级侧开关。在所示出的实施方式中，高侧开关11和低侧开关12是NMOS晶体管。然而，在其他实施方式中，可以使用其他类型的开关例如其他类型的晶体管。
针对以下说明，当开关在其端子之间提供低欧姆连接时，开关被称为“导通”或“闭合”，并且在开关在端子之间本质上提供电隔离(除可能的一些漏电流以外)的状态下，开关被称为“关断”或“断开”。除了如图1所示的NMOS晶体管以外，其他类型的场效应晶体管如PMOS晶体管、双极结型晶体管或绝缘栅双极型晶体管都是用于可用于实施方式中的开关的示例。
如所示出的，高侧开关11和低侧开关12串联耦接在节点与参考电压例如接地之间，在操作中，直流(DC)输入电压Vin被施加至该节点。在一些实施方式中，可以使用整流器基于AC输入电压来生成如常规反激式转换器中的输入电压Vin。这仅是常规用于功率转换器如电压转换器中的附加特征的一个示例，这也可以在本文所讨论的实施方式中实现。
控制器10被配置成根据在功率转换器如电压转换器中使用的任意常规技术，经由输出端子HSGD和输出端子LSGD来控制高侧开关11和低侧开关12。例如，以任何常规方式，基于输出电流或基于任何其他反馈信息，可以根据图1的反激式转换器的输出电压Vout来修改高侧开关11或低侧开关12的导通时间。特别地，当控制高侧开关11和低侧开关12时，可以使用如零电压切换(ZVS)的技术。
开关11与开关12之间的节点耦接至变压器19的初级绕组13的第一端。初级绕组13的第二端经由具有电容Cr的电容器15耦接至地。
变压器19还包括次级绕组14。初级绕组13和次级绕组14处的点表示绕组方向。因此，在图1的实施方式中，初级绕组13和次级绕组14具有相反的绕组方向。次级绕组14的第一端耦接至第一输出端子以输出电压Vout。次级绕组14的第二端经由二极管16耦接至第二输出端子(接地输出端子)。此外，具有电容Cout的输出电容器17如所示出的耦接在第一输出端子与第二输出端子之间，该输出电容器17本质上用作滤波器。
变压器19的漏电感特别地为初级绕组13的漏电感和电容器15形成影响反激式转换器的性能的LC谐振器。在一些实施方式中，可以提供附加的可选的电感器18作为LC谐振器的一部分。该LC谐振器也称为谐振回路。
电容Cr例如可以为纳法拉(nF)或以上的量级，例如至少1nF，或者至少10nF，或者约100nF，但不限于此。另外地，在一些实现方式中，电容Cr可以小于1mF。通常，当以谐振方式使用转换器(使用下面参照图3讨论的谐振)时，电容Cr根据fres＝1/(2·π·SQRT(L·Cr))确定谐振频率fres，其中SQRT是平方路径函数，L是变压器19的漏电感(加上电感器18的电感，如果提供了该可选的电感器的话)，使得对于预定的谐振频率fres，可以适当地选择Cr的值。当不以谐振方式使用转换器时，Cr还可以具有较大的值。
如上所述，图1的反激式转换器对应于常规的反激式控制器，并且对应于针对常规的反激式转换器已知的变型和修改，可以进行修改和变型。与常规的反激式转换器不同，在图1的实施方式中，使用电容器15处的电压供应控制器10。特别地，控制器10的供应电压输入端Vcc耦接至电容器15与初级绕组13之间的节点，并且控制器10的接地端子GND耦接至地。由于电容器15也耦接至地，这意味着控制器10的端子Vcc与端子GND之间的电压对应于电容器15两端的电压Vcr。该电压用作用于控制器10的供应电压，向控制器10的一个或更多个部件供应电力。如本文中所使用的，供应电压应以该词的一般含义理解为向电路供应操作所需的电力的电压，并且供应电压应与承载在控制器10内处理的信息的输入信号(也可以是电压信号)相区分。这不排除到控制器10的供应电压也可以承载一些所使用的信息，但是这是除了作为供应电压的功能以外的可选的功能。
通过使用电容器15处或电容器15两端的电压作为供应电压，例如可以不需要辅助绕组来生成供应电压，并且可以不需要外部供应电压。在其他实施方式中，如稍后将讨论的，可以减少辅助绕组的数目。
图2示出了根据一个实施方式的控制器20的示意图，该控制器20是用于图1的控制器10的示例。图2的控制器20包含控制逻辑21。控制逻辑21可以包括一个或更多个逻辑电路、一个或更多个专用集成电路(ASIC)或其一部分、现场可编程门阵列、一个或更多个处理器和/或其他控制电路。图2的实施方式中的控制逻辑21经由端子FB接收一个或更多个反馈信号。反馈信号可以例如是指示反激式转换器的输出电压或反激式转换器的输出负载的信号。可以使用在常规的反激式转换器中也使用的任意反馈信号，基于该任意反馈信号来控制反激式转换器。
响应于反馈信号，控制逻辑21控制高侧驱动器22以经由输出端子HSGD输出用于高侧开关如高侧开关11的控制信号，并且控制低侧驱动器23以经由端子LSGD输出到低侧开关如图1的低侧开关12的控制信号。特别地，为了操作APWM HB反激式转换器，高侧开关和低侧开关利用在导通与关断之间的死区时间(两个开关都关断的时间)以交替方式导通和关断。
在图2的实施方式中，通过来自端子Vcc、端子GND的供应电压来供应控制逻辑。在图1的实施方式的情况下，如图1所示，端子Vcc耦接至电容器15，并且端子GND耦接至地。以这种方式，控制逻辑21供应有电力以执行上面简要描述的控制，并且特别地控制高侧驱动器22和低侧驱动器23。在其他实施方式中，另外地或可替选地，高侧驱动器22和/或低侧驱动器23可以由在端子Vcc处接收的供应电压来供应。在其他实施方式中，高侧驱动器22可以由附加电路如自举(bootstrap)电路来供应以生成适当的电压。在其他实施方式中，可以提供另外的供应电压端子以供应高侧驱动器22和/或低侧驱动器23。然而，在本文所描述的实施方式中，控制器20的至少一部分由从耦接至反激式转换器的LC谐振器的电容器如图1的电容器15的节点得到的供应电压来供应。
在将参照图5至图9描述反激式转换器的另外的实施方式之前，将参照图3和图4简要描述图1的实施方式的示例操作。
图3示出了图1的实施方式的示例操作中的各种电流和电压。曲线30示出了高侧开关11的示例切换，以及曲线31示出了低侧开关12的示例切换，曲线30、曲线31的高水平指示相应开关是闭合的，并且曲线30、曲线31的低水平指示相应开关是断开的。可以看出，高侧开关11和低侧开关12以交替方式周期性地断开和闭合。切换的周期长度在图3中表示为T，并且高侧开关11的导通时间表示为Ths。
曲线32示出了在次级侧上从次级绕组14流至端子输出电压Vout的次级电流Isec，以及曲线33示出了从高侧开关11与低侧开关12之间的节点流至初级绕组13的第一端的电流Ihb。曲线34示出了变压器19中的磁化电流，曲线35示出了电容器15两端的电压Vcr(对应于图1中向控制器10供应的供应电压)，以及曲线36示出了高侧开关11与低侧开关12之间的上述节点处的电压Vhb。上述电压和电流中的一些也在图1中被示出。
当在上述LC谐振器的谐振频率处或附近操作反激式转换器时，发生在图3的框37中特别地为在曲线32(Isec)和曲线33(Ihb)中可见的谐振。
在将更详细地讨论向控制器10供应电压Vcr之前，为完整性起见，将说明图1的反激式转换器的一般操作。
在操作阶段I中，高侧开关11导通，而低侧开关12关断。因此，将输入电压Vin施加至变压器19的初级绕组13的第一端以及电容器15。如曲线33中可以看出的，电流Ihb增加，并且电容器15被充电，致使在该时段期间Vcr增加。在该时段期间的电流Isec可以忽略不计，因为在该阶段期间二极管16被反向偏置。
在操作阶段II中，两个开关11、12都关断，这也称为死区时间。变压器19的电感迫使在操作阶段I期间建立的电流保持流动，在阶段II开始时，磁化电流Im缓慢减小而电流Ihb较急剧地减小。由于两个开关11、12都关断，所以电压Vhb减小(开关11、开关12的充电/放电寄生电容，也称为输出电容)，直至电压Vhb被低侧开关12的寄生二极管钳位为止。
在操作阶段III中，高侧开关11关断而低侧开关12导通。Vcr继续减小。Isec和Ihb示出由所述谐振引起的正弦形状。特别地，与操作阶段I相比，变压器次级绕组14中的电压被正向偏置二极管16反相。次级电流Isec开始增加，并且该次级电流被反射至初级侧并且被添加至磁化电流。
可以看出，当低侧开关12导通时，实现了所谓的零电压切换，因为当低侧开关导通时电压Vhb为零。
在操作阶段IV中，两个开关11、12都关断，这也称为死区时间。有些类似于操作阶段II，变压器T1中建立的电流迫使Vhb增大，直至高侧开关的体二极管对电压进行钳位为止。这在实施方式中使得能够在再次进入高侧开关11被导通的操作阶段I时实现高侧开关11的零电压切换。
如上所述，曲线35表示电容器15两端的电压，该电压本质上用作控制器10的端子Vcc处的供应电压。可以看出，尽管该电压变化，但在图3的示例中，该电压总是高于约45V并且低于约65V，使得通过相应地设计控制器10的电路，可以将该电压用作供应电压。
在该方面，应当注意，根据<Vcr>＝N*Vout，平均电压Vcr取决于输出电压Vout，其中，N是变压器19的变压器绕组比Np/Ns，其中，Np是初级绕组13的绕组的数目，并且Ns是次级绕组14的绕组的数目，以及<Vcr>是电压Vcr的平均值。这意味着当例如通过如在许多常规的反激式转换器中并且如参照图1和图2简要地提及的反馈机制使输出电压保持恒定时，电压Vcr的平均值也保持恒定，这提高了作为供应电压的可用性。
为了进一步说明，图4示出了图1的转换器的实际实现方式的测量结果。在图4的上部中示出了曲线40至曲线44，以及在图4的下部中示出了在上部的框45内的曲线40至曲线44的放大形式。曲线40示出了电容器15两端的电压Vcr，曲线43示出了对电容器15充电/放电的电流Icr。曲线41示出了用于低侧开关12的控制信号(输出LSGD)，以及曲线44示出了电压Vhb。在该特定实现方式中，电压Vcr具有15.7278V的平均(中间)值，该值具有相对小的变化。应当注意，如上所述，Vcr的值取决于转换器被设计用于的输出电压Vout以及绕组比N两者(根据上述等式)，使得可以出现不同的电压如在图3中的40V与70V之间的电压或者在图4中的约16V的电压。
现在将参照图5至图9描述另外的实施方式。图5至图9的实施方式是图1的实施方式的变型，并且为了避免重复，对应的元件具有相同的附图标记并且将不再重复地详细描述。应当注意，这并不暗示着元件必须是完全相同的。例如，如下将说明的，电容器15可以以不同的方式连接至变压器19的初级绕组13和开关11、开关12，但是由于该电容器总是用作LC谐振器的电容器，所以该电容器总是具有附图标记15。然而，这样的修改以及与图1的实施方式相比的所有其它添加和变型一起将在下面详细描述。
在图5的实施方式中，变压器19包括辅助绕组50，该辅助绕组50具有与次级绕组14相同的绕组方向和与初级绕组13不同的方向。辅助绕组50也可以用于生成用于控制器10的供应电压。图5的实施方式可以例如用在其中可以通过电压转换器生成不同的输出电压Vout的转换器中。如上面所说明的，电容器15两端的电压经由变压器19的匝数比与输出电压Vout直接有关。对于变化的输出电压，这可能意味着并非对于所有输出电压，电容器15两端的电压都适合作为用于控制器10的供应电压。因此，电容器15处的电压被提供至供应选择器电路52，并且另外地，次级绕组50处的电压经由二极管51被提供至供应选择器电路52。供应选择器电路52本质上是多路复用器，并且选择电容器15处的电压作为供应电压(使得控制器10如针对图1的实施方式所说明的由电容器15处的电压供应)或者选择来自辅助绕组50的电压作为要供应至端子Vcc的供应电压。例如，对于第一范围的输出电压Vout，可以选择电容器15处的电压，并且对于与第一范围不同的第二范围的输出电压Vout，可以选择辅助绕组50处的电压。可以确定辅助绕组50的尺寸(绕组的数目)，使得在两种情况下都向控制器10提供合适的供应电压。在一些常规情况下，在这样的情况下可能需要两个辅助绕组，因此在一些实施方式中，可以通过使用电容器15处的电压作为可选择的供应电压来减少所需的辅助绕组的数目。
图6示出了具有耦接在低侧开关12与地之间的具有电阻Rs的附加电流感测分流电阻器60的实施方式。在分流电阻器60与低侧开关12之间的节点耦接至控制器10的电流感测端子Cs。因此，端子Cs处的电压指示流经低侧开关12的电流。这可以用作例如用于控制开关11、开关12的切换的反馈信号，或者也可以用于其它目的如过电流保护。除此之外，图6的实施方式对应于图5的实施方式。应当注意，这种分流电阻器也可以设置在图1的实施方式中，这是用于将用于一个实施方式(图5的实施方式)的变型也应用于其他实施方式(图1的实施方式)的示例，如最初提到的，这也在本申请的范围内。
应当注意，分流电阻器60还可以以其它方式连接。图7中示出了示例，其中分流电阻器60耦接在电容器15与地之间。除此之外，图7的实施方式对应于图6的实施方式。
在图1、图5、图6和图7的实施方式中，初级绕组13和电容器15串联耦接在开关11、开关12之间的节点与地之间。在其他实施方式中，初级绕组13和电容器15可以耦接在输入电压Vin与在高侧开关11与低侧开关12之间的节点之间。图8中示出了用于这样的实施方式的示例。
在这样的配置中，关于转换器的操作的高侧开关11和低侧开关12的作用可以颠倒。在图8的实施方式中，控制器10再次由电容器15两端的电压供应。电容器15的也接收输入电压Vin的第一端子耦接至控制器10的端子Vcc，并且电容器15的也耦接至初级绕组13的第二端子耦接至控制器10的端子IC GND，该端子IC GND用作用于控制器10的电压供应的内部接地或参考电位。该接地不同于整个电路的接地(例如低侧开关12连接至的接地，因此该接地称为IC GND)。
为了在控制器10的该内部接地与外部接地之间提供隔离，在端子HSGD、端子LSGD与开关11、开关12之间提供了隔离阻挡件80。这样的隔离阻挡件80可以例如使用光耦合器或脉冲变压器提供DC隔离。特别地，如还可以看出的，IC GND与开关11、开关12的源极端子隔离。这样做的一个原因是，在一些实现方式中，开关11、开关12需要为0的栅极-源极电压以断开以及需要5V至15V之间的栅极-源极电压以完全闭合，并且为了确保正确的开关控制，因此提供了隔离阻挡件80。
应当注意，同样在图8的实施方式中，辅助绕组如辅助绕组50与供应选择器如供应选择器电路52可以一起提供。
在参照图1和图5至图8所讨论的实施方式中，在控制器10的端子Vcc处生成供应电压，如图2所示，该供应电压可以特别地用于向控制器10的控制逻辑供应电力。如已经参照图2所提及的，在其他实施方式中，也可以使用电容器15处的电压向驱动器如图2的高侧驱动器22供应电力。在图9中示出了对应的实施方式。
在图9的实施方式中，电容器15耦接在一方面开关11、开关12之间的节点与另一方面初级绕组13之间。此外，开关11、开关12之间的节点耦接至控制器10的端子HSGD GND，并且电容器15与初级绕组13之间的节点耦接至控制器10的端子HSGD Vcc。在控制器10中使用端子HSGD Vcc与端子HSGD GND之间的电压来供应高侧驱动器例如图2的高侧驱动器22。在这样的情况下，不需要附加电路如自举电路来供应高侧驱动器。然后可以以任何常规方式供应控制器10的其它部件例如控制逻辑，或者用于这样的部件的供应电压可以从控制器10内部的端子HSGD Vcc处的电压得到。
因此，如从上述实施方式中可以看出的，存在用于使用耦接至电压转换器的变压器的初级绕组的LC谐振器的电容器处的电压以向电压转换器的控制器提供供应电压的各种可能性。
应当注意，APWM HB反激式转换器仅仅是用于说明目的的非限制性示例，并且本文所描述的技术通常可以应用于其中电容器耦接至转换器的变压器的初级绕组的转换器。
一些实施方式由以下示例限定。
示例1.一种功率转换器，包括：至少一个初级侧开关(11，12)；变压器，其中，所述变压器(19)的初级绕组(13)耦接至所述至少一个初级侧开关(11，12)，并且其中，所述变压器(19)的次级绕组(14)耦接至所述功率转换器的输出端；耦接至所述初级绕组(13)的电容器(15)，其中，所述功率转换器的LC谐振器包括所述电容器(15)以及所述变压器(19)的漏电感；以及控制器(10)，所述控制器(10)被配置成控制所述至少一个初级侧开关(11，12)的切换，其中，所述控制器(10)包括供应电压端子(Vcc)，所述供应电压端子(Vcc)被配置成接收向所述控制器(10)的至少一部分供应电力的供应电压，其中，所述供应电压端子(Vcc)耦接至所述电容器(15)。
示例2.根据示例1所述的功率转换器，其中，所述控制器(10)的供应电压端子(Vcc)耦接至所述电容器(15)的第一端子，其中，所述控制器(10)的参考电压端子(GND)耦接至参考电位，其中，所述电容器(15)的第二端子耦接至所述参考电位。
示例3.根据示例1所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)的第一端子耦接至所述供应电压端子，并且所述电容器(15)的第二端子耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(IC GND)。
示例4.根据示例1所述的功率转换器，其中，所述至少一个初级侧开关(11，12)包括耦接在输入电压(Vin)节点与中间节点之间的高侧开关(11)以及耦接在所述中间节点与参考电位之间的低侧开关(12)，其中，所述初级绕组(13)的第一端耦接至所述中间节点。
示例5.根据示例4所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接在所述初级绕组(13)的第二端与所述参考电位之间，并且其中，所述初级绕组(13)与所述电容器(15)之间的另外节点耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
示例6.根据示例4或5所述的功率转换器，还包括耦接在所述低侧开关(12)与所述参考电位之间的分流电阻器(60)。
示例7.根据示例6所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接至所述低侧开关(12)与所述分流电阻器(60)之间的节点。
示例8.根据示例4所述的功率转换器，其中，所述初级绕组(13)的第二端耦接至所述电容器(15)的第一端子，其中，所述电容器(15)的第二端子耦接至所述输入电压(Vin)节点和所述供应电压端子(Vcc)，其中，所述电容器(15)的第一端子耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(IC GND)。
示例9.根据示例8所述的功率转换器，还包括在所述控制器与所述至少一个初级侧开关(11，12)之间的隔离阻挡件(80)。
示例10.根据示例4所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接在所述中间节点与所述初级绕组(13)的第一端之间，其中，所述初级绕组(13)的第二端耦接至所述输入电压(Vin)节点，其中，所述电容器(15)与所述初级绕组(13)之间的另外节点耦接至所述供应电压端子(Vcc)，其中，所述中间节点耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(HSGDGND)，并且其中，所述控制器(10)的至少一部分包括所述控制器的高侧驱动器(22)。
示例11.根据示例4至10中任一项所述的功率转换器，其中，所述参考电位是地。
示例12.根据示例1至11中任一项所述的功率转换器，其中，所述变压器(19)还包括辅助绕组(50)，并且其中，所述功率转换器还包括供应选择器电路(52)，所述供应选择器电路(52)被配置成将所述电容器(15)或所述辅助绕组(50)选择性地耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
示例13.根据示例12所述的功率转换器，其中，所述供应选择器电路(52)被配置成基于所述功率转换器的输出电压(Vout)将所述电容器(15)或所述辅助绕组(50)选择性地耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
示例14.根据示例1至13中任一项所述的功率转换器，其中，所述功率转换器是反激式转换器。
尽管本文已经示出和描述了具体实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以用各种替选的和/或等同的实现方式来替代所示出和描述的具体实施方式。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方式的任意修改或变型。因此，本发明旨在仅由权利要求书及其等同内容限定。

Claims (14)

1.一种功率转换器，包括：
至少一个初级侧开关(11，12)；
变压器，其中，所述变压器(19)的初级绕组(13)耦接至所述至少一个初级侧开关(11，12)，并且其中，所述变压器(19)的次级绕组(14)耦接至所述功率转换器的输出端；
耦接至所述初级绕组(13)的电容器(15)，其中，所述功率转换器的LC谐振器包括所述电容器(15)以及所述变压器(19)的漏电感；以及
控制器(10)，所述控制器(10)被配置成控制所述至少一个初级侧开关(11，12)的切换，其中，所述控制器(10)包括供应电压端子(Vcc)，所述供应电压端子(Vcc)被配置成接收向所述控制器(10)的至少一部分供应电力的供应电压，其中，所述供应电压端子(Vcc)耦接至所述电容器(15)。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器(10)的供应电压端子(Vcc)耦接至所述电容器(15)的第一端子，其中，所述控制器(10)的参考电压端子(GND)耦接至参考电位，其中，所述电容器(15)的第二端子耦接至所述参考电位。
3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)的第一端子耦接至所述供应电压端子，并且所述电容器(15)的第二端子耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(ICGND)。
4.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述至少一个初级侧开关(11，12)包括耦接在输入电压(Vin)节点与中间节点之间的高侧开关(11)以及耦接在所述中间节点与参考电位之间的低侧开关(12)，
其中，所述初级绕组(13)的第一端耦接至所述中间节点。
5.根据权利要求4所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接在所述初级绕组(13)的第二端与所述参考电位之间，并且其中，所述初级绕组(13)与所述电容器(15)之间的另外节点耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
6.根据权利要求4所述的功率转换器，还包括耦接在所述低侧开关(12)与所述参考电位之间的分流电阻器(60)。
7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接至所述低侧开关(12)与所述分流电阻器(60)之间的节点。
8.根据权利要求4所述的功率转换器，其中，所述初级绕组(13)的第二端耦接至所述电容器(15)的第一端子，其中，所述电容器(15)的第二端子耦接至所述输入电压(Vin)节点和所述供应电压端子(Vcc)，其中，所述电容器(15)的第一端子耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(IC GND)。
9.根据权利要求8所述的功率转换器，还包括在所述控制器与所述至少一个初级侧开关(11，12)之间的隔离阻挡件(80)。
10.根据权利要求4所述的功率转换器，其中，所述电容器(15)耦接在所述中间节点与所述初级绕组(13)的第一端之间，其中，所述初级绕组(13)的第二端耦接至所述输入电压(Vin)节点，其中，所述电容器(15)与所述初级绕组(13)之间的另外节点耦接至所述供应电压端子(Vcc)，其中，所述中间节点耦接至所述控制器(10)的参考电压端子(HSGD GND)，并且其中，所述控制器(10)的至少一部分包括所述控制器的高侧驱动器(22)。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的功率转换器，其中，所述参考电位是地。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率转换器，其中，所述变压器(19)还包括辅助绕组(50)，并且其中，所述功率转换器还包括供应选择器电路(52)，所述供应选择器电路(52)被配置成将所述电容器(15)或所述辅助绕组(50)选择性地耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
13.根据权利要求12所述的功率转换器，其中，所述供应选择器电路(52)被配置成基于所述功率转换器的输出电压(Vout)将所述电容器(15)或所述辅助绕组(50)选择性地耦接至所述供应电压端子(Vcc)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的功率转换器，其中，所述功率转换器是反激式转换器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023197661A1 (zh) * 2022-04-11 2023-10-19 华为数字能源技术有限公司 非对称半桥变换电路的控制器、电源模组及电子设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117200586B (zh) * 2023-11-06 2024-02-06 恩赛半导体(成都)有限公司 一种辅助电源、电源系统和电源装备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124680A (en) * 1996-09-03 2000-09-26 Hitachi, Ltd. Lighting device for illumination and lamp provided with the same
JP4632023B2 (ja) * 2004-10-26 2011-02-16 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置
JP5549659B2 (ja) * 2011-10-28 2014-07-16 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
US9866136B2 (en) * 2013-12-09 2018-01-09 Analog Devices Global Isolated power supply with input voltage monitor
US9203318B2 (en) * 2013-12-18 2015-12-01 Texas Instruments Deutschland Gmbh Primary side current regulation on LLC converters for LED driving
US9991800B2 (en) * 2015-05-20 2018-06-05 Semiconductor Components Industries, Llc Switched mode power supply with efficient operation at light loads and method therefor
US9825546B2 (en) * 2016-03-30 2017-11-21 Infineon Technologies Austria Ag Circuits and methods for auxiliary secondary supply generation with self-starting primary side driver in isolated power converters
US9966837B1 (en) * 2016-07-08 2018-05-08 Vpt, Inc. Power converter with circuits for providing gate driving
US10644603B2 (en) * 2018-03-26 2020-05-05 L3 Cincinnati Electronics Corporation Energy-harvesting power supplies
US10742121B2 (en) * 2018-06-29 2020-08-11 Dialog Semiconductor Inc. Boot strap capacitor charging for switching power converters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023197661A1 (zh) * 2022-04-11 2023-10-19 华为数字能源技术有限公司 非对称半桥变换电路的控制器、电源模组及电子设备

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