CN113394981B - 具有自动调节频率的谐振变换器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明给出了一种用于控制谐振变换器的方法，所述谐振变换器具有输入端以接收输入电压，输出端以提供输出电压，所述谐振变换器包括谐振回路，开关模块，具有原边和副边的变压器，整流电路，其中谐振回路耦接于开关模块和变压器的原边之间且具有特征谐振频率，所述开关模块包括至少两个功率开关，该至少两个功率开关工作于开关频率以驱动谐振回路，整流电路耦接于变压器的副边和输出端之间，该控制方法包括检测输入电压，以及根据输入电压和参考电压阈值调节开关频率，其中当输入电压小于参考电压阈值时，减小开关频率。
Description
相关引用
本申请主张于2020年6月10日在美国提交的第16/898,207号专利申请的优先权和权益，并在此包含了前述专利申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及开关变换器，尤其涉及谐振变换器及其控制电路。
技术背景
为了满足日益增长的开关电源的功率密度，谐振变换器因其开关损耗低，噪声小已经广泛应用于电源管理领域。
图1给出了现有的采用闭环控制的谐振变换器100的电路结构示意图，图2给出了现有的采用开环控制的谐振变换器200的电路结构示意图。在图1中，变压器T副边的信息通过光耦反馈到变压器T的原边，但是光耦的使用，不仅增加了谐振变换器的成本，而且限制了谐振变换器的应用领域，例如无法应用于汽车电子，和其它一些可靠性要求高的领域。在图2中，变压器T副边的信息不再反馈到变压器T的原边，因此输出电压VOUT跟随输入电压VIN的变化而变化，谐振变换器200的线性调整率较差。
因此，需要一种谐振变换器在采用开环控制同时，也具有较高的线性调整率。
发明内容
本发明一实施例提出了一种用于控制谐振变换器的方法，所述谐振变换器具有输入端以接收输入电压，输出端以提供输出电压，所述谐振变换器包括谐振回路，开关模块，具有原边和副边的变压器，整流电路，其中谐振回路耦接于开关模块和变压器的原边之间且具有特征谐振频率，所述开关模块包括至少两个功率开关，所述至少两个功率开关工作于开关频率以驱动谐振回路，其中开关频率约等于特征谐振频率，整流电路耦接于变压器的副边和输出端之间，所述控制方法包括：检测输入电压，以及根据输入电压和参考电压阈值调节开关频率，其中当输入电压小于参考电压阈值时，减小开关频率。
本发明一实施例提出了一种控制谐振变换器的控制电路，所述谐振变换器具有输入端接收输入电压，输出端提供输出电压，所述谐振变换器包括谐振回路，开关模块，具有原边和副边的变压器，整流电路，其中谐振回路耦接于开关模块和变压器的原边之间且具有特征谐振频率，所述开关模块包括至少两个功率开关，所述至少两个功率开关工作于开关频率以驱动谐振回路，其中开关频率约等于特征谐振频率，整流电路耦接于变压器的副边和输出端之间，所述控制电路包括：时钟信号产生电路，生成时钟信号以控制开关模块，时钟信号的频率为开关频率；以及频率调整电路，耦接于输入端以接收输入电压并生成误差信号到时钟信号产生电路以调节时钟信号的频率，所述误差信号根据输入电压和参考电压阈值生成；其中当输入电压小于参考电压阈值时，开关频率减小。
本发明一实施例提出了一种谐振变换器，所述谐振变换器具有输入端接收输入电压，输出端提供输出电压，所述谐振变换器包括：变压器，具有原边和副边；开关模块，具有最少两个功率开关，开关模块工作在开关频率；谐振回路，耦接于开关模块和变压器的原边之间，具有特征谐振频率，并由开关模块驱动；整流电路，耦接于变压器的副边和输出端之间；时钟信号产生电路，生成时钟信号控制开关模块，其中时钟信号的频率是开关频率，开关频率约等于特征谐振频率；以及频率调整电路，耦接于输入端接收输入电压并根据输入电压和参考电压阈值调节时钟信号的频率；其中当输入电压小于参考电压阈值时，开关频率减小，当输入电压大于参考电压阈值时，开关频率增大。
根据本发明提供的谐振变换器，可以根据输入电压调节开关频率，从而提高了谐振变换器的线性调整率。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明的实施例进行描述，这些附图仅用于示例。附图通常仅示出实施例中的部分特征，并且附图不一定是按比例绘制的。
图1给出了现有的采用闭环控制的谐振变换器100的电路结构示意图。
图2给出了现有的采用开环控制的谐振变换器200的电路结构示意图。
图3给出了根据本发明一实施例的谐振变换器300的电路结构示意图。
图4给出了根据本发明一实施例的频率调整电路352的电路结构示意图。
图5A给出了根据本发明一实施例的时钟信号产生电路351a的电路示意图。
图5B给出了根据本发明另一实施例的振荡器351b的电路示意图。
图6A给出了根据本发明一实施例的频率检测电路354的电路示意图。
图6B给出了根据本发明一实施例的图6A所示的频率检测电路354的波形图。
图7给出了根据本发明另一实施例的谐振变换器700的电路示意图。
图8给出了根据本发明一实施例的用于调整谐振变换器的控制方法800的流程图。
不同示意图中的相同的附图标记表示相同或者相似的部分或特征。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其它实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在本公开的说明书及权利要求书中，若采用了诸如“左、右、内、外、上、下、之上、之下”等一类词，均只是为了便于描述，而不表示组件/结构的必然或者永久的相对位置。本领域的技术人员应该理解这类词在合适的情况下是可以互换的，例如，以使的本公开的实施例可以在不同于本说明书描绘的方向下仍可以运作。在本公开的上下文中，将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者他们之间可以存在居中层/元件。此外“耦接”一词意味着以直接或者间接的电气的或者非电气的方式连接。“一个/这个/那个”并不用于特指单数，而可能涵盖复数形式。整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”不一定都指同一个实施例或者示例。本领域普通技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各个具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图3给出了根据本发明一实施例的谐振变换器300的电路结构示意图。谐振变换器300具有输入端311接收输入电压VIN，输出端322提供输出电压VOUT。谐振变换器300包括开关模块31，谐振回路32，具有原边和副边的变压器T，整流电路34和控制电路35。开关模块31包括串联耦接于输入端311和原边参考地PGND之间的第一功率开关M1和第二功率开关M2。在一实施例中，开关模块31可以是包含四个功率开关的全桥结构或者其它包含至少两个功率开关的全桥结构。谐振回路32耦接于开关模块31和变压器T的原边之间，整流电路34耦接于变压器T的副边和输出端322之间。谐振回路32包括串联耦接于变压器T原边的谐振电感LS和谐振电容CS。谐振回路32还包括并联耦接于变压器T原边的并联电感LM。在一实施例中，并联电感LM的感值是谐振电感LS的3-8倍。在另一实施例中，谐振电感LS是变压器T的漏感，并联电感LM是变压器T的励磁电感。在一实施例中，谐振电感Ls通过在变压器T的磁芯中引入空气间隙来实现。谐振回路32具有由谐振电感Ls和谐振电容Cs决定的特征谐振频率FR，其中
本领域普通技术人员应该知晓，谐振回路32通常工作于特征谐振频率FR。在一实施例中，谐振回路32包括至少一个感性元件和一个容性元件。整流电路34对流进变压器T副边的电流IAC进行整流并提供输出电压VOUT。在一实施例中，整流电路34包括二极管和电容。
继续参考图3，控制电路35包括时钟信号产生电路351，频率调整电路352和驱动电路353。时钟信号产生电路351生成时钟信号CLK到驱动电路353，驱动电路353基于时钟信号CLK生成第一控制信号G1和第二控制信号G2以控制开关模块31，通过改变时钟信号CLK的频率可以改变开关模块31的开关频率。更具体的，第一控制信号G1和第二控制信号G2分别控制第一功率开关M1和第二功率开关M2的导通和关断。在一实施例中，第一功率开关M1和第二功率开关M2在第一控制信号G1和第二控制信号G2的控制下互补的导通和关断，即第一功率开关M1导通时，第二功率开关M2关断，反之，第一功率开关M1关断时，第二功率开关M2导通。在一实施例中，第一功率开关M1和第二功率开关各以50％左右的占空比互补导通和关断并产生方波信号VsW。在一实施例中，开关模块31的开关频率等于时钟信号CLK的频率，也就是说，改变时钟信号CLK的频率可以改变开关模块31的开关频率。频率调整电路352耦接于输入端311以检测输入电压VIN，并根据输入电压VIN和参考电压阈值VTH生成误差信号VERR到时钟信号产生电路351以调整时钟信号CLK的频率，即调整开关模块31的开关频率。当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率减小。在一实施例中，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率增大。在另一实施例中，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率从特征谐振频率FR减小，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率从特征谐振频率FR增大。在一实施例中，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率减小，开关频率的减小量随着输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值的增大而增大，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率增大，开关频率的增大量随着输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值的增大而增大。
本领域普通技术人员应该明白图3所示的控制电路35和谐振变换器300只是为了示例说明，并不用于限制本发明。控制电路35可以使得谐振变换器300在开环控制的情况下具有较高的线性调整率，满足了一些对线性调整率，可靠性要求较高的应用需求。图3所示的谐振变换器300根据输入电压VIN调节开关频率使得输出电压VOUT保持基本恒定。
控制电路35还包括频率检测电路354以检测谐振回路32的特征谐振频率FR。频率检测电路354耦接于谐振回路32检测流过谐振回路32的谐振电流IR并根据谐振电流IR生成表征特征谐振频率FR的频率检测信号FD。在一实施例中，特征谐振频率FR由谐振电容CS和谐振电感Ls根据公式
计算得到。
图4给出了根据本发明一实施例的频率调整电路352的电路结构示意图。频率调整电路352包括输入电压检测电路和误差放大电路CMP。在图4中，输入电压检测电路包括串联耦接于输入端311和原边参考地PGND之间的第一检测电阻RS1和第二检测电阻RS2。第一检测电阻RS1和第二检测电阻RS2的公共端提供表征输入电压VIN的感应信号VSEN。误差放大电路CMP具有第一输入端接收感应信号VSEN，第二输入端接收表征参考电压阈值VTH的比较阈值信号VCOM，以及输出端输出基于感应信号VSEN和比较阈值信号VCOM生成的误差信号VERR。
图5A给出了根据本发明一实施例的时钟信号产生电路351a的电路示意图。时钟信号产生电路351a是受控振荡器，时钟信号产生电路351a包括电流源以提供充电电流IOS，电容C1和并联耦接于电容C1两端的第一开关SA，比较器CMO，第一反向器INV1和第二反向器INV2。电流源具有第一端接收供电电压VCC，和第二端。电容C1具有第一端耦接于电流源的第二端，第二端耦接于原边参考地PGND。比较器CMO具有第一输入端接收参考信号VEMU，第二输入端接收电容C1上形成的充电电压信号V1，以及输出端提供比较信号D到第一反向器INV1。时钟信号产生电路351a的工作原理如下，当充电电流IOS对电容C1充电时，第一开关SA断开，充电电压信号V1一直增大，当充电电压信号V1增大到参考信号VEMU时，比较信号D从逻辑低跳变到逻辑高以导通第一开关SA。第一开关SA导通后，充电电压信号V1快速放电到等于原边参考地PGND的电压。第一开关SA在放电过程完成后再次关断，新的工作周期开始，即充电电流IOs对电容C1充电，充电电压信号V1一直增大。在图5A中，通过误差信号VERR控制电流源提供的充电电流IOS的大小从而调整时钟信号CLK的频率。更具体的，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，误差信号VERR控制充电电流IOS减小，导致充电电压信号V1增大到等于参考信号VEMU需要的时间更长，因此时钟信号CLK的频率降低。当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，误差信号VERR控制充电电流IOS增大，充电电压信号V1增大到等于参考信号VEMU需要的时间更短，因此时钟信号CLK的频率增大。
图5B给出了根据本发明另一实施例的时钟信号产生电路351b的电路示意图。和时钟信号产生电路351a相似，时钟信号产生电路351b也是受控振荡器，时钟信号产生电路351b是通过误差信号VERR调节参考信号VEMU从而调节时钟信号CLK的频率。更具体的，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，误差信号VERR控制参考信号VMEU增大，导致充电电压信号V1增大到参考信号VEMU需要的时间更长，因此时钟信号CLK的频率减小。当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，参考信号VEMU减小，导致充电电压信号V1增大到参考信号VEMU需要的时间更短，因此时钟信号CLK的频率增大。
图6A给出了根据本发明一实施例的频率检测电路354的电路示意图。在图6A中，频率检测电路354包括零电流检测电路和计时运算电路。零电流检测电路耦接于谐振回路32以检测流过谐振回路32的谐振电流IR并基于谐振电流IR生成零电流信号ZCD。更具体的，零电流检测电路根据谐振电流IR和过零阈值信号VZCD生成零电流信号ZCD。计时运算电路耦接于零电流检测电路并通过对零电流信号周期TZCD进行计时以及计算以产生表征特征谐振频率FR的频率检测信号FD。本领域普通技术人员应该明白，任何可以实现以上功能的电路均适用本发明，为了简明示意，此处不再描述计时运算电路的具体电路结构。
图6B给出了根据本发明一实施例的图6A所示的频率检测电路354中测试信号TEST，方波信号VSW，谐振电流IR以及零电流信号ZCD的波形图。下面将结合谐振变换器300对图6A中的频率检测电路354的工作原理以及图6B中各信号的波形图进行说明。在图6B中，当输出电压VOUT约等于零时，提供测试信号TEST到开关模块31以控制第一功率开关M1和第二功率开关M2的导通和关断。在时刻T1，测试信号TEST的上升沿来临，第一功率开关M1导通。第一功率开关M1保持导通状态直到时刻T2，测试信号TEST的下降沿来临。在一实施例中，通过对零电流信号周期TZCD计时和计算得到频率检测信号FD。在另一实施例中，可以通过对多个零电流信号周期TZCD计时和运算得到频率检测信号FD，例如在图6B中，对两个零电流信号周期TZCD计时和计算得到频率检测信号FD，即N＝2。应当知晓的是，尽管图6B示意的测试信号TEST是脉冲信号，但测试信号TEST可以是任何具有快速上升沿或者快速下降沿的信号。在一实施例中，测试信号TEST是方波信号，且其频率比特征谐振频率FR低。在另一实施例中，测试信号TEST的频率小于特征谐振频率FR的十分之一。
图7给出了根据本发明另一实施例的谐振变换器700的电路示意图。和图3所示的谐振变换器300相比，谐振变换器700还具有耦接于整流电路34以便将输出电压VOUT转换成调整电压VREG的调节电路。在图7中，调节电路76包括具有第一端和第二端的负载开关SL，耦接于负载开关SL第一端的第一电容COUT1，耦接于负载开关SL第二端的第二电容COUT2，高侧比较器CM1，低侧比较器CM2和触发器TG，其中第二电容COUT2的容值大于第一电容COUT1的容值。栅信号VG控制负载开关SL的导通和关断，负载开关SL的第一端接收输出电压VOUT，负载开关SL的第二端提供调整电压VREG。下面对电压调整电路76的工作原理进行说明，当调整电压VREG增大到高侧电压阈值VUP时，负载开关SL断开。当调整电压VREG减小到低侧电压阈值VDOWN时，负载开关SL导通。在一实施例中，第一电容COUT1是寄生电容。本领域普通技术人员应该知晓，图7所示的电压调整电路76以及谐振变换器700都是示例性的，不用于限制本发明。谐振变换器700通过电压调整电路76提供的调整电压VREG，其纹波小于输出电压VOUT的纹波，因此谐振变换器700具有更高的线性调整率。
图8给出了根据本发明一实施例的用于控制谐振变换器的方法800的流程图。下面将参考图3所示的谐振变换器300对方法800进行说明。方法800包括步骤801和802，在步骤801，检测输入电压VIN。在步骤802，比较输入电压VIN和参考电压阈值VTH，并基于比较结果调整开关频率。更具体的，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率减小。在一实施例中，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率增大。在一实施例中，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率从特征谐振频率FR减小。在一实施例中，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率从特征谐振频率FR增大。在一实施例中，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，开关频率减小，开关频率的减小量随着输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值的增大而增大，当输入电压VIN大于参考电压阈值VTH时，开关频率增大，开关频率的增大量随着输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值的增大而增大。在一实施例中，开关频率的减小量或者增大量和输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值成正比例。
在一实施例中，步骤802包括802a-802c，在步骤802a，定义N个电压区间，每个电压区间具有上限电压值和下限电压值，N是大于等于1的整数。在步骤802b，定义N个频率变量，其中第i个频率变量对应第i个电压区间。在步骤802c，当输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值在第i个电压区间的上限电压值和下限电压值之间时，调节开关频率增大或者减小第i个频率变量。表格A给出了根据本发明一实施例的N个电压区间和N个频率变量的对应关系。
表格A
下面参考表格A对步骤802的具体流程进行说明。在步骤802a，定义N个电压区间W1-WN，其中第i个区间Wi具有上限电压值VHi和下限电压值VLi。在步骤802b，定义多个频率变量X1％-XN％，其中第i个电压区间Wi对应第i个频率变量Xi％。在步骤802c，当输入电压VIN小于参考电压阈值VTH时，若输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值在上限电压值VHi和下限电压值VLi之间，即输入电压VIN和参考电压阈值VTH两者差的绝对值在第i个电压区间Wi，开关频率减小第i个频率变量Xi％。应当知晓的是，N个频率变量X1％-XN％可以是常数或者变量。在以上实施例中，i是从1到N的整数。
在一实施例中，方法800还包括步骤800a和步骤800b，在步骤800a，检测谐振回路32的特征谐振频率FR。在步骤800b，控制谐振变换器300工作于特征谐振频率FR。
在一实施例中，检测谐振回路32的特征谐振频率FR包括：在输出电压VOUT约等于零时，提供测试信号TEST到开关模块31以控制开关模块31中两个或者多个功率开关的导通和关断。检测流过谐振回路32的谐振电流IR，并基于谐振电流IR生成零电流信号ZCD。根据零电流信号ZCD生成表征特征谐振频率FR的频率检测信号FD。在一实施例中，通过对零电流信号周期TZCD进行计时以及计算得到频率检测信号FD，在另一实施例中，可以通过对多个零电流信号周期TZCD进行计时以及计算得到。
本发明的谐振变换器在开环控制条件下可以根据输入电压VtN调节输出电压VOUT，线性调整率以及可靠性都较高。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明。这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其它可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其它变化和修改并不超出本发明的精神和权利要求限定的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于控制谐振变换器的方法，所述谐振变换器具有输入端以接收输入电压，输出端以提供输出电压，所述谐振变换器包括开关模块，谐振回路，具有原边和副边的变压器，整流电路，其中谐振回路耦接于开关模块和变压器的原边之间且具有特征谐振频率，所述开关模块包括至少两个功率开关，所述至少两个功率开关工作于开关频率以驱动谐振回路，整流电路耦接于变压器的副边和输出端之间，所述控制方法包括：
检测谐振回路的特征谐振频率；
检测输入电压；以及
根据输入电压和参考电压阈值调节开关频率；
其中当输入电压小于参考电压阈值时，减小开关频率；
其中检测谐振回路的特征谐振频率包括：
在输出电压约等于零时，提供测试信号到开关模块以控制所述至少两个功率开关的导通和关断；
检测流过谐振回路的谐振电流，并基于谐振电流生成零电流信号；以及
基于零电流信号生成表征特征谐振频率的频率检测信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中当输入电压小于参考电压阈值时，减小开关频率包括开关频率的减小量随着输入电压和参考电压阈值两者差的绝对值的增大而增大。
3.如权利要求1所述的方法，当输入电压大于参考电压阈值时，增大开关频率。
4.如权利要求3所述的方法，其中当输入电压大于参考电压阈值时，增大开关频率包括开关频率的增大量随着输入电压和参考电压阈值两者差的绝对值的增大而增大。
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|---|---|---|---|---|
| CN111736680B (zh) * | 2020-05-28 | 2022-04-22 | 广东浪潮大数据研究有限公司 | 电源缓启动的控制方法、控制装置、控制设备及存储介质 |
| JP2022142919A (ja) * | 2021-03-17 | 2022-10-03 | 富士電機株式会社 | スイッチング制御回路、共振型コンバータ |
| US20220399821A1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-12-15 | Texas Instruments Incorporated | Llc converter and control |
| CN114785131B (zh) * | 2022-06-20 | 2022-08-30 | 深圳市泰德半导体有限公司 | 频率控制电路及电源管理芯片 |
| CN117639518B (zh) * | 2024-01-26 | 2024-04-23 | 西安图为电气技术有限公司 | 双向llc谐振变换器控制方法和装置 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2020738A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-04 | Lumenis Ltd. | Apparatus and method for high efficiency isolated power converter |
| CN101552560A (zh) * | 2009-01-13 | 2009-10-07 | 成都芯源系统有限公司 | 一种开关稳压电路及其控制方法 |
| CN102023286A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-20 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 串联谐振充电电源的零电流检测电路及设计方法 |
| CN102347690A (zh) * | 2010-07-21 | 2012-02-08 | 索尼公司 | 开关电源设备 |
| CN102386778A (zh) * | 2010-09-03 | 2012-03-21 | 株式会社村田制作所 | Dc－dc变换器 |
| CN102624238A (zh) * | 2011-07-29 | 2012-08-01 | 崇贸科技股份有限公司 | 返驰式功率转换器的切换控制器及其控制器与控制电路 |
| CN103840646A (zh) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 南京博兰得电子科技有限公司 | 一种谐振变换装置 |
| CN105207483A (zh) * | 2014-05-30 | 2015-12-30 | 纬创资通股份有限公司 | Llc谐振式电源转换器 |
| CN106787771A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-31 | 深圳市皓文电子有限公司 | 一种谐振变换器 |
| CN107017774A (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-04 | 富士电机株式会社 | 开关电源装置 |
| TW202005238A (zh) * | 2018-05-30 | 2020-01-16 | 賴炎生 | 具有諧振轉換器的電源暨其控制方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3282594B2 (ja) * | 1998-10-05 | 2002-05-13 | 株式会社村田製作所 | 圧電トランスインバータ |
| US8588371B2 (en) * | 2008-11-05 | 2013-11-19 | Hitachi Medical Corporation | Phase shift inverter, X-ray high-voltage device using same, X-ray CT device, and X-ray imaging device |
| US8605462B2 (en) * | 2009-01-16 | 2013-12-10 | System General Corporation | Switching circuit for primary-side regulated resonant power converters |
| US9755534B2 (en) * | 2013-02-14 | 2017-09-05 | Nuvolta Technologies, Inc. | High efficiency high frequency resonant power conversion |
| US9281752B2 (en) * | 2013-11-04 | 2016-03-08 | Futurewei Technologies, Inc. | Resonant converters with synchronous rectifier feedback |
| CN104795984B (zh) * | 2014-01-21 | 2017-09-26 | 华为技术有限公司 | 电源转换器 |
| CN105207487B (zh) * | 2015-09-24 | 2017-11-21 | 成都芯源系统有限公司 | 一种谐振变换器的控制方法、电路及谐振变换器 |
| CN108736727B (zh) * | 2017-04-14 | 2020-02-21 | 台达电子工业股份有限公司 | 电源转换器及其控制方法 |
| EP3639359A4 (en) * | 2017-06-16 | 2021-06-30 | Wireless Advanced Vehicle Electrification, Inc. | ALTERNATIVE-CONTINUOUS RESONANCE CONVERTER |
| US11064573B2 (en) * | 2017-07-24 | 2021-07-13 | Haier Us Appliance Solutions, Inc. | Determining resonant frequency for quasi-resonant induction cooking devices |
| EP3447895B1 (en) * | 2017-08-21 | 2024-04-03 | Flex, Ltd. | Adaptive resonant frequency converter |
| CN107919807A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-04-17 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 适于宽输入和输出电压范围的高效开关电源的pfc母线调压控制电路及控制方法 |
| CN108923657B (zh) | 2018-07-02 | 2020-06-09 | 杭州茂力半导体技术有限公司 | 谐振变换器及其控制电路和控制方法 |
| US11329472B2 (en) * | 2018-07-20 | 2022-05-10 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus to prevent undesired triggering of short circuit or over current protection |
| US11005379B1 (en) * | 2019-10-17 | 2021-05-11 | Infineon Technologies Austria Ag | Dynamic regulation resonant power converter |
-
2020
- 2020-06-10 US US16/898,207 patent/US11258368B2/en active Active
-
2021
- 2021-06-07 CN CN202110634536.9A patent/CN113394981B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2020738A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-04 | Lumenis Ltd. | Apparatus and method for high efficiency isolated power converter |
| CN101552560A (zh) * | 2009-01-13 | 2009-10-07 | 成都芯源系统有限公司 | 一种开关稳压电路及其控制方法 |
| CN102347690A (zh) * | 2010-07-21 | 2012-02-08 | 索尼公司 | 开关电源设备 |
| CN102386778A (zh) * | 2010-09-03 | 2012-03-21 | 株式会社村田制作所 | Dc－dc变换器 |
| CN102023286A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-20 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 串联谐振充电电源的零电流检测电路及设计方法 |
| CN102624238A (zh) * | 2011-07-29 | 2012-08-01 | 崇贸科技股份有限公司 | 返驰式功率转换器的切换控制器及其控制器与控制电路 |
| CN103840646A (zh) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 南京博兰得电子科技有限公司 | 一种谐振变换装置 |
| CN105207483A (zh) * | 2014-05-30 | 2015-12-30 | 纬创资通股份有限公司 | Llc谐振式电源转换器 |
| CN107017774A (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-04 | 富士电机株式会社 | 开关电源装置 |
| CN106787771A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-31 | 深圳市皓文电子有限公司 | 一种谐振变换器 |
| TW202005238A (zh) * | 2018-05-30 | 2020-01-16 | 賴炎生 | 具有諧振轉換器的電源暨其控制方法 |
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