CN117639524A - 具有电源电压电路的隔离功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种隔离功率转换器，包括：变压器，其具有在初级侧上的初级绕组以及第一辅助绕组和第二辅助绕组；转换器级，其被配置成转换用于驱动初级绕组的DC输入，并且具有被电连接至初级绕组的谐振电容器；控制器，其被配置成控制转换器级的切换；以及电源电压电路，其被配置成在与变压器的次级侧电压成比例的电压处于第一电平的情况下选择第一电压作为控制器的电源电压，或者在与次级侧电压成比例的电压处于大于第一电平的第二电平的情况下选择第二电压作为电源电压。第一电压与第一辅助绕组两端的电压和谐振电容器两端的电压之和相对应。第二电压与第二辅助绕组两端的电压相对应。

Description

具有电源电压电路的隔离功率转换器
技术领域
本公开内容一般地涉及电子学领域，并且具体地涉及具有电源电压电路的隔离功率转换器。
背景技术
功率转换器通常被设计成为多种类型的电子设备充电或供电，诸如膝上型计算机、平板电脑、移动设备等。这需要宽的输出电压范围，例如，在USB-PD(USB功率传输)规范的情况下，为3.3V至20V。其他电子设备，诸如智能扬声器、声音棒等可以使用USB-PD型适配器供电，并且通常需要更高的电压，例如大约24V。在USB-PD作为电源的情况下，输出电压范围必须扩展至24V。在可以连接可变LED负载的LED(发光二极管)照明电源应用中也可以找到类似的宽输出电压电源要求。
USB-PD功率转换器的输入电压通常在90Vac至264Vac范围内，其中反激导出拓扑因其固有的宽工作输入和输出电压范围而被广泛使用。USB-PD功率转换器中使用的反激变型包括固定频率/QR(准谐振)反激和更高效的ZVS(零电压开关)变型，诸如有源箝位反激(ACF)和不对称半桥反激。
无论拓扑结构如何，都必须生成辅助电压来偏置功率转换器初级侧的控制器。辅助/自供电是适配器设计的重要方面，这是因为辅助/自供电会影响电源运行的多个方面，诸如启动、备用功率和效率。对于每个输出电压，必须满足基于不同法规(如DOE6和COC v5Tier2)的平均效率规范。最高输出功率的满载效率对于功率密度和散热要求也很重要。此外，对于每个输出电压，必须满足轻负载条件(例如1W、1.5W等)的效率要求。
因此，需要一种用于具有宽输入电压范围(例如，90Vac至264Vac)和宽输出电压范围(例如，3.3V至24V)的功率转换器的改进的自供电方法。
发明内容
根据隔离功率转换器的实施方式，隔离功率转换器包括：变压器，其包括均位于变压器的初级侧的初级绕组、第一辅助绕组和第二辅助绕组；转换器级，其被配置成转换用于驱动变压器的初级绕组的DC输入，转换器级包括电连接至初级绕组的谐振电容器；控制器，其被配置成控制转换器级的切换；以及电源电压电路，其被配置成在与变压器的次级侧电压成比例的电压处于第一电平的情况下选择第一电压作为控制器的电源电压，或者在与次级侧电压成比例的电压处于大于第一电平的第二电平的情况下选择第二电压作为电源电压，其中，第一电压与第一辅助绕组两端的电压和谐振电容器两端的电压之和相对应，其中，第二电压与第二辅助绕组两端的电压相对应。
本领域技术人员在阅读以下详细说明并查看附图时将认识到其他的特征和优点。
附图说明
附图中的元件不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记表示对应的类似部件。可以将所示出的各种实施方式的特征进行结合，除非它们互相排斥。在附图中描绘了实施方式，并且在以下的描述中对实施方式进行了详细描述。
图1示出了隔离功率转换器的实施方式的示意图。
图2至图6示出了包括在隔离功率转换器中的电源电压电路的实施方式。
具体实施方式
本文中描述的实施方式提供了一种用于具有宽输入电压范围(例如，90Vac至264Vac)和宽输出电压范围(例如，3.3V至24V)的功率转换器的自供电方法。对于使用变压器的隔离功率转换器，使用变压器的初级侧的辅助绕组和电连接至初级绕组的谐振电容器来实现自供电方法。自供电方法可实现宽输出电压范围的高效电源设计，并允许使用成本优化的部件。
接下来参照附图描述实现自供电的隔离功率转换器的示例性实施方式。
图1示出了(电流)隔离功率转换器100的实施方式。隔离功率转换器100包括变压器102，其具有分别位于变压器102的初级(输入)侧104上的初级(“pri”)绕组P1、第一辅助绕组P2和第二(“sec”)辅助绕组P3。隔离功率转换器100的变压器102还在变压器102的次级(输出)侧106上具有次级绕组S1。
隔离功率转换器100还包括转换器级，转换器级将DC输入“Vin”转换为AC电压“Vpri”，用于驱动变压器102的初级绕组P1。转换器级108包括电连接至变压器102的初级绕组P1的谐振电容器“C1”。
隔离功率转换器100还包括控制器110，以控制转换器级108的切换。例如，控制器110可以生成信号“CTRL”，信号“CTRL”控制转换器级108何时用AC电压Vpri驱动变压器102的初级绕组P1，以及转换器级108何时不驱动初级绕组P1，以例如满足输出电压调节目标。
隔离功率转换器100还包括电源电压电路112，电源电压电路112向控制器110提供电源电压“Vcc”，使得控制器110是“自供电”。如果与变压器102的次级侧电压“Vsec”成比例的电压处于第一电平，则电源电压电路112选择第一电压“Vcc1”作为控制器110的电源电压Vcc。如果与次级侧电压Vsec成比例的电压处于大于第一电平的第二电平，则电源电压电路112选择第二电压“Vcc2”作为控制器110的电源电压Vcc。第一电压Vcc1与变压器102的第一辅助绕组P2两端的电压“VP2”和转换器级108的谐振电容器C1两端的电压“VC1”之和对应。第二电压Vcc2与变压器102的第二辅助绕组P3两端的电压“VP3”对应。在一个实施方式中，第一电压Vcc1在3.3V至9V的范围内，第二电压Vcc2在10V至24V的范围内。
隔离功率转换器100还可以包括输入整流器和滤波器电路114，输入整流器和滤波器电路114生成从AC电源到转换器级108的DC输入电压Vin。隔离功率转换器100还可以包括输出整流器和滤波器电路116，输出整流器和滤波器电路116生成从变压器102的次级侧电压Vsec导出的DC输出电压“Vout”。输入整流器和滤波器电路114和输出整流器和滤波器电路116可以包括二极管整流器或同步整流器。例如，到转换器级108的DC输入电压Vin可以来自用于将AC电源输入(例如从90V至264Vac)转换成整流DC电压Vin的全波整流器电路。
图2示出了隔离功率转换器100的电源电压电路112的实施方式。根据该实施方式，转换器级108被实现为具有诸如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的高侧开关Q1、诸如功率MOSFET的低侧开关Q2和谐振回路电路的谐振反激级。高端开关Q1和低端开关Q2以半桥配置串联连接在DC输入Vin与地“GND”之间。
控制器110用第一信号“HS_GD”驱动高侧开关Q1的栅极，用第二信号“LS_GD”驱动低侧开关Q2的栅极。控制器110生成栅极信号HS_GD、LS_GD，使得高侧开关Q1和低侧开关Q2不同时导通。控制器110调整栅极信号HS_GD、LS_GD的占空比，以维持隔离功率转换器100的次级侧上的电容器C3处的输出电压Vout的调节。
电源电压电路112的谐振回路电路包括谐振电容器C1和电感器L1。电感器L1将半桥的高侧开关与低侧开关之间的开关节点Vpri电连接至变压器102的初级绕组P1的第一端子200。电感器L1可以被实施为外部电感器。在另一示例中，变压器102的泄漏电感可以用作谐振电感器L1。谐振电容器C1的第一端子202电连接至初级绕组P1的第二端子204。谐振电容器C1的第二端子206接地。控制器110具有电耦接至谐振电容器C1的接地端子206的感测端子“CS”。
电源电压电路112包括第一平滑电容器C2、第二平滑电容器C3、第一二极管D1和电源电压选择器201。第一二极管D1的阳极电连接至第一辅助绕组P2的第一端子208。第一二极管D1的阴极电连接至电源电压选择器201的输入端。
谐振电容器C1的第一端子202电连接至第一辅助绕组P2的第二端子210和初级绕组P1的第二端子204二者。第一平滑电容器C2的第一端子212和第二平滑电容器C3的第一端子214二者电连接至第一二极管D1的阴极。第一平滑电容器C2的第二端子216电连接至第一辅助绕组P2的第二端子210，并且第二平滑电容器C3的第二端子218接地。
第二辅助绕组P3的第一端子220通过电源电压电路112的二极管D2电连接至电源电压选择器201的输入端。电源电压电路112的电容器C4电连接在该二极管D2的阴极与第二辅助绕组P3的第二端子222之间。
电源电压电路112经由辅助初级绕组P2、P3和谐振电容器C1的组合，在宽输出电压变化(例如，从最小3.3V到最大24V)上向控制器110提供电源电压Vcc。位于初级侧的第二辅助绕组P3两端的电压与次级绕组S1两端的电压同相，并且在开关Q2导通时提供能量，并且产生第二电压Vcc2，第二电压Vcc2等于输出电压Vout乘以次级绕组S1与第二辅助绕组P3之间的匝数比，如下式所给出的：
Vcc2 ＝ Vout×(Ns/Np3) (1)
其中，Ns是次级绕组S1的匝数，Np3是第二辅助绕组P3的匝数。
对于更高的输出电压，例如在10V至24V的范围内，电源电压选择器201选择第二电压Vcc2作为控制器110的电源电压输入Vcc。第一电压Vcc1随着输出电压Vout而减小，并且在一些点，Vcc1变得不足以充分地为控制器110供电。在这些条件下，电源电压选择器201选择第二电压Vcc2作为控制器110的电源电压输入Vcc，以确保控制器110被充分供应较低的输出电压，例如在3.3V至9V的范围内。
通过使用二极管D1和D2以及平滑电容器C2和C3组合第一辅助绕组P2两端的电压VP2和谐振电容器C1两端的电压VC1而生成第一电压Vcc1。仅使用谐振电容器C1两端的电压VC1在诸如3.3V至24V的宽输出电压范围上向控制器110供电是不够的，因为该电压与输出Vout和第一辅助绕组P2与次级绕组S1之间的匝数比成比例。增加匝数比可以是增加谐振电容器C1两端的电压VC1的可行替选方案，但是由于次级侧整流设备D3中的最小输入电压和电压应力，这种选择受到限制。
图3示出了隔离功率转换器100的电源电压电路112的另一实施方式。图3所示的实施方式与图2所示的实施方式类似。在图3中，电源电压电路112还包括附加二极管D4，附加二极管D4具有电连接至初级绕组P1的第二端子204的阳极和电连接至第一辅助绕组P2的第二端子210的阴极。此外，第二平滑电容器C3的第一端子214电连接至第一辅助绕组P2的第二端子210。
谐振电容器C1上的电压VC1通过二极管D4耦接至第二平滑电容器C3。二极管D4还阻止辅助电路电流进入谐振电容器C1，从而不影响谐振回路电路的工作。位于初级侧的第一辅助绕组P2与次级绕组S1同相，并且在开关Q2导通时提供能量，并且产生与输出电压Vout成比例的电压VP2。第一辅助绕组P2的第二端子210连接至第二电容器C3的第一(正)端子214，其中第二电容器C3的电压与谐振电容器C1相同，而第一辅助绕组P2的另一端子208连接至二极管D1的阳极。通过以这种方式连接第一辅助绕组P2，除了从第一辅助绕组P2生成的电压之外，还利用来自谐振电容器C1的电压。该电压Vcc1是平滑电容器C2和C3两端之和，然后由电源电压选择器201选择电压Vcc1，以向控制器110供应较低的输出电压，例如在3.3V至9V的范围内。
图2和图3中所示的用于控制器110的自供电方法减少了第一辅助P2绕组的匝数，因为第一辅助P2绕组用于为较低的输出电压(例如在3.3V至9V的范围内)补充谐振电容器C1上的电压。这允许反激式转换器在非常宽的范围内工作，其中电源电压选择器201选择第二电压Vcc2作为较高输出电压(例如在10V至24V的范围内)的控制器电源电压Vcc，并且选择第一电压Vcc1作为较低输出电压(例如在3.3V至9V的范围内)的控制器电源电压Vcc。
例如，使用图2或图3所示的具有通用ac电源输入和5V至24V输出电压的非对称半桥反激式转换器，匝数比Ns/Np2小于2.4，例如22/10。该匝数比在最小输出电压下在谐振电容器C1两端产生约11V，如果控制器110需要例如12V的电源电压，其不足以可靠地向控制器110供电。匝数比可以增加到2.4或甚至稍高，以在最小输出电压下可靠地给控制器110供电。然而，在24V的最大输出电压下，控制器110的占空比将饱和，特别是如果使用较小的体电容器。通过增加如图2和图3所示的第一辅助绕组P2，在P2上仅需要4匝来产生13V(11V+2V)，这是在该示例中用于控制器110的足够的Vcc偏置电压。
第一辅助绕组P2的明显较小(例如，4匝)的匝数显著降低了整流二极管D1和第一平滑电容器C2的额定电压。对于上面给出的示例，这导致整流二极管D1的电压应力约为67V(264×1.414/(22/4))，而使用传统的双绕组解决方案的电压应力为(264×1.414/(22/26))～441V。因此，整流二极管D1可以具有至多100V的额定电压而不是600V。由于第一辅助绕组P2的匝数较少以及第一平滑电容器C2在图2和图3中的连接方式，因此同样的优点也适用于第一平滑电容器C2。因此，第一平滑电容器C2可以具有小于100V的额定电压。例如，用于第一辅助绕组P2的第一平滑电容器C2将只需要被额定为25V，而不是对于上面给出的示例的100V。这种较低的额定电压优势意味着更小的封装尺寸和更低的成本。
图4示出了隔离功率转换器100的电源电压电路112的另一实施方式。图4所示的实施方式与图3所示的实施方式类似。在图4中，谐振电容器C1的第二端子206通过电流感测电阻器R1电连接至地，并且第二平滑电容器C3的第二端子218电连接至电流感测电阻器R1与谐振电容器C1的第二端子206之间的节点“CS”。在该配置中，谐振电容器C1连接至电流感测电阻器R1，而不是直接连接至地，并且第二平滑电容器C3在CS节点处连接在电流感测电阻器R1的顶部。
对于电流模式控制，电流感测电阻器R1可以用于检测初级绕组P1上的峰值电流。电流感测电阻器R1两端的电压反映初级绕组P1中的电流并且相对低(例如，大约200mV)，因此当电源电压选择器201选择第一电压Vcc1作为控制器电源电压Vcc时，不会对高得多的控制器电源电压Vcc产生不利影响。
图5示出了隔离功率转换器100的电源电压电路112的另一实施方式。图5所示的实施方式与图4所示的实施方式类似。在图5中，第二平滑电容器C3的第二端子218直接连接至地。
图6示出了隔离功率转换器100的电源电压电路112的另一实施方式。图6所示的实施方式与图3所示的实施方式类似。在图6中，电源电压选择器201包括耗尽模式晶体管Q3和齐纳二极管Z1。耗尽模式晶体管Q3具有电连接至处于第一电压Vcc1的节点300的漏极D_Q3，和电连接至控制器110的电源输入VCC的源极S_Q3。齐纳二极管Z1具有电连接至耗尽模式晶体管Q3的栅极G_Q3的阴极，和电连接至第二平滑电容器C3的第二端子218的阳极。电阻R2将耗尽模式晶体管Q3的栅极G_Q3连接至耗尽模式晶体管Q3的源极S_Q3。
如果与次级侧电压Vsec成比例的电压处于第二电平，则齐纳二极管Z1关断耗尽模式晶体管Q3。处于第二电压Vcc2的节点302电连接至控制器110的电源输入VCC，使得如果耗尽模式晶体管Q3导通，则控制器110的电源电压VCC由第一电压Vcc1确定，并且如果耗尽模式晶体管Q3关断，则由第二电压Vcc2确定。在一个实施方式中，耗尽模式晶体管Q3是常通型GaN晶体管。谐振电容器C1的第二端子206可以如图6所示直接地连接至地，或者替代地，可以通过电流感测电阻R1电连接至地，例如图4和图5所示。第二平滑电容器C3的第二端子218可以如图6所示直接连接至地，或者替代地，可以电连接至电流感测电阻R1与谐振电容器C1的第二端子206之间的节点CS，例如图5所示。
耗尽模式晶体管Q3、电阻器R2和齐纳二极管Z1共同用作控制器110的电源电压选择器201，以及用作限制第一电压Vcc1的电压的线性调节器。对于较高的输出电压，偏置来自第二电压Vcc2，而第一电压Vcc1不连接至控制器110，因为耗尽模式晶体管Q3关断。当第二电压Vcc2足够高于齐纳二极管Z1的二极管电压以产生足够的源极-栅极电压从而关断耗尽模式晶体管Q3时，发生控制器110的Vcc2偏置，使得从控制器110断开第一电压Vcc1。该操作类似于图2和图3中出现的操作，使得当输出电压Vout降低例如到9V或更低时，第二电压Vcc2也降低并且不再高到足以将耗尽模式晶体管Q3保持在关断状态。在这些条件下，耗尽模式晶体管Q3导通，并且第一电压Vcc1接管作为控制器110的电源电压Vcc。
图6所示的电源电压电路112实施方式可以在图1至图5中的任何一个中使用。更一般地，隔离功率转换器100可以实现为另一种类型的隔离功率转换器，诸如正激式转换器、推挽式转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、单端初级电感器转换器(SEPIC)、Cuk转换器等，而不是反激式转换器。在反激式转换器的情况下，图2至图6中所示的实施方式可以容易地适用于正激式转换器、推挽式转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、SEPIC、Cuk转换器等，而不脱离本发明的精神。
尽管本公开不限于此，但以下编号的示例展示了本公开的一个或更多个方面。
示例1.一种隔离功率转换器，包括：变压器，其包括均位于变压器的初级侧的初级绕组、第一辅助绕组和第二辅助绕组；转换器级，其被配置成转换用于驱动变压器的初级绕组的DC输入，转换器级包括电连接至初级绕组的谐振电容器；控制器，其被配置成控制转换器级的切换；以及电源电压电路，其被配置成在与变压器的次级侧电压成比例的电压处于第一电平的情况下选择第一电压作为控制器的电源电压，或者在与次级侧电压成比例的电压处于大于第一电平的第二电平的情况下选择第二电压作为电源电压，其中，第一电压与第一辅助绕组两端的电压和谐振电容器两端的电压之和对应，其中，第二电压与第二辅助绕组两端的电压对应。
示例2.根据示例1的隔离功率转换器，其中，转换器级是反激级，其包括高侧开关、低侧开关和谐振回路电路，其中，谐振回路包括谐振电容器和电感器，其中，高侧开关和低侧开关串联连接在DC输入与地之间，其中，高侧开关与低侧开关之间的开关节点通过电感器电连接至初级绕组的第一端子，并且其中，初级绕组的第二端子电连接至谐振电容器。
示例3.根据示例2的隔离功率转换器，其中，电源电压电路包括：第一平滑电容器；第二平滑电容器；第一二极管；以及电源电压选择器，其中，第一二极管的阳极电连接至第一辅助绕组的第一端子，并且第一二极管的阴极电连接至电源电压选择器，其中，谐振电容器的第一端子电连接至第一辅助绕组的第二端子和初级绕组的第二端子二者，并且谐振电容器的第二端子电连接至地，其中，第一平滑电容器的第一端子和第二平滑电容器的第一端子二者电连接至第一二极管的阴极，其中，第一平滑电容器的第二端子电连接至第一辅助绕组的第二端子。
示例4.根据示例3的隔离功率转换器，其中，谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻电连接至地，并且其中，第二平滑电容器的第二端子电连接至电流感测电阻与谐振电容器的第二端子之间的节点。
示例5.根据示例3的隔离功率转换器，其中，谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻电连接至地，并且其中，第二平滑电容器的第二端子直接连接至地。
示例6.根据示例3至5中任一项的隔离功率转换器，其中，电源电压选择器包括：耗尽模式晶体管，其具有电连接至处于第一电压的节点的漏极和电连接至控制器的电源输入的源极；以及齐纳二极管，其具有电连接至耗尽模式晶体管的栅极的阴极和电连接至第二平滑电容器的第二端子的阳极，其中，齐纳二极管被配置成在与次级侧电压成比例的电压处于第二电平的情况关断耗尽模式晶体管，其中，处于第二电压的节点电连接至控制器的电源输入，使得控制器的电源电压在耗尽模式晶体管导通的情况下由第一电压确定，并且在耗尽模式晶体管关断的情况下由第二电压确定。
示例7.根据示例6的隔离功率转换器，其中，耗尽模式晶体管是常通型GaN晶体管。
示例8.根据示例2至7中任一项的隔离功率转换器，其中，电源电压电路包括：第一平滑电容器；第二平滑电容器；第一二极管；第一二极管；电源电压选择器，其中，第一二极管的阳极电连接至第一辅助绕组的第一端子，并且第一二极管的阴极电连接至电源电压选择器，其中，谐振电容器的第一端子电连接至初级绕组的第二端子，并且谐振电容器的第二端子电连接至地，其中，第二二极管的阳极电连接至初级绕组的第二端子，并且第二二极管的阴极电连接至第一辅助绕组的第二端子，其中，第一平滑电容器的第一端子电连接至第一二极管的阴极，并且第一平滑电容器的第二端子电连接至第一辅助绕组的第二端子，其中，第二平滑电容器的第一端子电连接至第一辅助绕组的第二端子。
示例9.根据示例8的隔离功率转换器，其中，谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻电连接至地，并且其中，第二平滑电容器的第二端子电连接至电流感测电阻与谐振电容器的第二端子之间的节点。
示例10.根据示例8的隔离功率转换器，其中，谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻电连接至地，并且其中，第二平滑电容器的第二端子直接连接至地。
示例11.根据示例8至10中任一项的隔离功率转换器，其中，电源电压选择器包括：耗尽模式晶体管，其具有电连接至处于第一电压的节点的漏极和电连接至控制器的电源输入的源极；以及齐纳二极管，其具有电连接至耗尽模式晶体管的栅极的阴极和电连接至第二平滑电容器的第二端子的阳极，其中，齐纳二极管被配置成在与次级侧电压成比例的电压处于第二电平的情况下关断耗尽模式晶体管，其中，处于第二电压的节点电连接至控制器的电源输入，使得控制器的电源电压在耗尽模式晶体管导通的情况下由第一电压确定，并且在耗尽模式晶体管关断的情况下由第二电压确定。
示例12.根据示例11的隔离功率转换器，其中，耗尽模式晶体管是常通型GaN晶体管。
示例13.根据示例2至7中任一项的隔离功率转换器，其中，电源电压电路包括：耗尽模式晶体管，其具有电连接至处于第一电压的节点的漏极和电连接至控制器的电源输入的源极；以及齐纳二极管，其被配置成在与次级侧电压成比例的电压处于第二电平的情况下关断耗尽模式晶体管，其中，处于第二电压的节点电连接至控制器的电源输入，使得控制器的电源电压在耗尽模式晶体管导通的情况下由第一电压确定，并且在耗尽模式晶体管关断的情况下由第二电压确定。
示例14.根据示例13的隔离功率转换器，其中，耗尽模式晶体管是常通型GaN晶体管。
示例15.根据示例2至7中任一项的隔离功率转换器，其中，电源电压电路包括：第一平滑电容器；第一二极管；以及电源电压选择器，其中，第一二极管的阳极电连接至第一辅助绕组的第一端子，并且第一二极管的阴极电连接至电源电压选择器，其中，谐振电容器的第一端子电连接至初级绕组的第二端子，并且谐振电容器的第二端子电连接至地，其中，第一平滑电容器的第一端子电连接至第一二极管的阴极，其中，第一平滑电容器的第二端子电连接至第一辅助绕组的第二端子。
示例16.根据示例15的隔离功率转换器，其中，电源电压电路包括：耗尽模式晶体管，其具有电连接至处于第一电压的节点的漏极和电连接至控制器的电源输入的源极；以及齐纳二极管，其电连接至耗尽模式晶体管的栅极，并且被配置成在与次级侧电压成比例的电压处于第二电平的情况下关断耗尽模式晶体管，其中，处于第二电压的节点电连接至控制器的电源输入，使得控制器的电源电压在耗尽模式晶体管导通的情况下由第一电压确定，并且在耗尽模式晶体管关断的情况下由第二电压确定。
示例17.根据示例16的隔离功率转换器，其中，耗尽模式晶体管是常通型GaN晶体管。
示例18.根据示例15至17中任一项的隔离功率转换器，其中，隔离功率转换器的输出电压的范围从最小3.3V至最大24V，并且其中，第一辅助绕组的匝数比小于2.4。
示例19.根据示例15至18中任一项的隔离功率转换器，其中，隔离功率转换器的输出电压的范围从最小3.3V至最大24V，其中，第一二极管具有最大100V的额定电压，并且其中，第一平滑电容器具有小于100V的额定电压。
示例20.根据示例1至19中任一项的隔离功率转换器，其中，第一电平在3.3V至9V的范围内，并且其中，第二电平在10V至24V的范围内。
诸如“第一”、“第二”等的术语被用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在是限制性的。在整个说明书中相同的术语指代相同的元素。
如本文中使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等为指示所陈述元件或特征的存在的开放性术语，但是不排除附加的元件或特征。除非上下文另外明确指出，否则冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数和单数。
应理解的是，除非另外特别指出，否则本文中描述的各种实施方式的特征可以彼此组合。
尽管本文已说明和描述了特定实施方式，但本领域的技术人员将理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下用各种替选和/或等效实现替代所示出并且描述的特定实施方式。本申请旨在涵盖本文中讨论的特定实施方式的任何适配或变型。因此，本发明旨在仅由其权利要求书及其等同物限制。

Claims (20)

1.一种隔离功率转换器，包括：
变压器，其包括均位于所述变压器的初级侧上的初级绕组、第一辅助绕组和第二辅助绕组；
转换器级，其被配置成转换用于驱动所述变压器的所述初级绕组的直流输入，所述转换器级包括被电连接至所述初级绕组的谐振电容器；
控制器，其被配置成控制所述转换器级的切换；以及
电源电压电路，其被配置成在与所述变压器的次级侧电压成比例的电压处于第一电平的情况下，选择第一电压作为所述控制器的电源电压，或者在与所述次级侧电压成比例的电压处于大于所述第一电平的第二电平的情况下，选择第二电压作为所述电源电压，
其中，所述第一电压与所述第一辅助绕组两端的电压与所述谐振电容器两端的电压之和相对应，以及
其中，所述第二电压与所述第二辅助绕组两端的电压相对应。
2.根据权利要求1所述的隔离功率转换器，其中，所述转换器级是反激级，所述反激级包括高侧开关、低侧开关和谐振回路，其中，所述谐振回路包括所述谐振电容器和电感器，其中，所述高侧开关和所述低侧开关被串联连接在所述直流输入与地之间，其中，所述高侧开关与所述低侧开关之间的开关节点通过所述电感器而被电连接至所述初级绕组的第一端子，并且其中，所述初级绕组的第二端子被电连接至所述谐振电容器。
3.根据权利要求2所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压电路包括：
第一平滑电容器；
第二平滑电容器；
第一二极管；以及
电源电压选择器，
其中，所述第一二极管的阳极被电连接至所述第一辅助绕组的第一端子，并且所述第一二极管的阴极被电连接至所述电源电压选择器，
其中，所述谐振电容器的第一端子被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子和所述初级绕组的第二端子二者，并且所述谐振电容器的第二端子电被连接至地，
其中，所述第一平滑电容器的第一端子和所述第二平滑电容器的第一端子二者被电连接至所述第一二极管的阴极，
其中，所述第一平滑电容器的第二端子被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子。
4.根据权利要求3所述的隔离功率转换器，其中，所述谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻被电连接至地，并且其中，所述第二平滑电容器的第二端子被电连接至在所述电流感测电阻与所述谐振电容器的第二端子之间的节点。
5.根据权利要求3所述的隔离功率转换器，其中，所述谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻被电连接至地，并且其中，所述第二平滑电容器的第二端子被直接连接至地。
6.根据权利要求3所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压选择器包括：
耗尽模式晶体管，其具有被电连接至处于所述第一电压的节点的漏极，和被电连接至所述控制器的电源输入的源极；以及
齐纳二极管，其具有被电连接至所述耗尽模式晶体管的栅极的阴极，和被电连接至所述第二平滑电容器的第二端子的阳极，
其中，所述齐纳二极管被配置成在与所述次级侧电压成比例的电压处于所述第二电平的情况下，关断所述耗尽模式晶体管，以及
其中，处于所述第二电压的节点被电连接至所述控制器的所述电源输入，使得所述控制器的电源电压在所述耗尽模式晶体管导通的情况下由所述第一电压确定，并且在所述耗尽模式晶体管关断的情况下由所述第二电压确定。
7.根据权利要求6所述的隔离功率转换器，其中，所述耗尽模式晶体管是常通型氮化镓晶体管。
8.根据权利要求2所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压电路包括：
第一平滑电容器；
第二平滑电容器；
第一二极管；
第二二极管；和
电源电压选择器，
其中，所述第一二极管的阳极被电连接至所述第一辅助绕组的第一端子，并且所述第一二极管的阴极被电连接至所述电源电压选择器，
其中，所述谐振电容器的第一端子被电连接至所述初级绕组的第二端子，并且所述谐振电容器的第二端子被电连接至地，
其中，所述第二二极管的阳极被电连接至所述初级绕组的第二端子，并且所述第二二极管的阴极被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子，
其中，所述第一平滑电容器的第一端子被电连接至所述第一二极管的阴极，并且所述第一平滑电容器的第二端子被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子，以及
其中，所述第二平滑电容器的第一端子被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子。
9.根据权利要求8所述的隔离功率转换器，其中，所述谐振电容器的第二端子通过电流感测电阻被电连接至地，并且其中，所述第二平滑电容器的第二端子被电连接至在所述电流感测电阻与所述谐振电容器的第二端子之间的节点。
10.根据权利要求8所述的隔离功率转换器，其中，所述谐振电容器的所述第二端子通过电流感测电阻被电连接至地，并且其中，所述第二平滑电容器的第二端子被直接连接至地。
11.根据权利要求8所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压选择器包括：
耗尽模式晶体管，其具有被电连接至处于所述第一电压的节点的漏极，和被电连接至所述控制器的电源输入的源极；以及
齐纳二极管，其具有被电连接至所述耗尽模式晶体管的栅极的阴极，和被电连接至所述第二平滑电容器的第二端子的阳极，
其中，所述齐纳二极管被配置成在与所述次级侧电压成比例的电压处于所述第二电平的情况下，关断所述耗尽模式晶体管，以及
其中，处于所述第二电压的节点被电连接至所述控制器的所述电源输入，使得所述控制器的电源电压在所述耗尽模式晶体管导通的情况下由所述第一电压确定，并且在所述耗尽模式晶体管关断的情况下由所述第二电压确定。
12.根据权利要求11所述的隔离功率转换器，其中，所述耗尽模式晶体管是常通型氮化镓晶体管。
13.根据权利要求1所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压电路包括：
耗尽模式晶体管，其具有被电连接至处于所述第一电压的节点的漏极，和被电连接至所述控制器的电源输入的源极；以及
齐纳二极管，其被配置成在与所述次级侧电压成比例的电压处于所述第二电平的情况下，关断所述耗尽模式晶体管，
其中，处于所述第二电压的节点被电连接至所述控制器的所述电源输入，使得所述控制器的电源电压在所述耗尽模式晶体管导通的情况下由所述第一电压确定，并且在所述耗尽模式晶体管关断的情况下由所述第二电压确定。
14.根据权利要求13所述的隔离功率转换器，其中，所述耗尽模式晶体管是常通型氮化镓晶体管。
15.根据权利要求1所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压电路包括：
第一平滑电容器；
第一二极管；以及
电源电压选择器，
其中，所述第一二极管的阳极被电连接至所述第一辅助绕组的第一端子，并且所述第一二极管的阴极被电连接至所述电源电压选择器，
其中，所述谐振电容器的第一端子被电连接至所述初级绕组的第二端子，并且所述谐振电容器的第二端子被电连接至地，
其中，所述第一平滑电容器的第一端子被电连接至所述第一二极管的阴极，以及
其中，所述第一平滑电容器的第二端子被电连接至所述第一辅助绕组的第二端子。
16.根据权利要求15所述的隔离功率转换器，其中，所述电源电压电路包括：
耗尽模式晶体管，其具有被电连接至处于所述第一电压的节点的漏极，和被电连接至所述控制器的电源输入的源极；以及
齐纳二极管，其被电连接至所述耗尽模式晶体管的栅极，并且被配置成在与所述次级侧电压成比例的电压处于所述第二电平的情况下，关断所述耗尽模式晶体管，
其中，处于所述第二电压的节点被电连接至所述控制器的所述电源输入，使得所述控制器的电源电压在所述耗尽模式晶体管导通的情况下由所述第一电压确定，并且在所述耗尽模式晶体管关断的情况下由所述第二电压确定。
17.根据权利要求16所述的隔离功率转换器，其中，所述耗尽模式晶体管是常通型氮化镓晶体管。
18.根据权利要求15所述的隔离功率转换器，其中，所述隔离功率转换器的输出电压的范围从最小3.3V至最大24V，并且其中，所述第一辅助绕组的匝数比小于2.4。
19.根据权利要求15所述的隔离功率转换器，其中，所述隔离功率转换器的输出电压的范围从最小3.3V至最大24V，其中，所述第一二极管具有最大100V的额定电压，并且其中，所述第一平滑电容器具有小于100V的额定电压。
20.根据权利要求1所述的隔离功率转换器，其中，所述第一电平在3.3V至9V的范围内，并且其中，所述第二电平在10V至24V的范围内。
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