JP2005514889A - Resonant converter with phase delay control - Google Patents

Resonant converter with phase delay control Download PDF

Info

Publication number
JP2005514889A
JP2005514889A JP2003555659A JP2003555659A JP2005514889A JP 2005514889 A JP2005514889 A JP 2005514889A JP 2003555659 A JP2003555659 A JP 2003555659A JP 2003555659 A JP2003555659 A JP 2003555659A JP 2005514889 A JP2005514889 A JP 2005514889A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power converter
phase
circuit
controller
resonant
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.)
Pending
Application number
JP2003555659A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
トーマス・ジェイ・リバリッチ
Original Assignee
インターナショナル レクティフィアー コーポレイション
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/317,285 external-priority patent/US20030107120A1/en
Application filed by インターナショナル レクティフィアー コーポレイション filed Critical インターナショナル レクティフィアー コーポレイション
Publication of JP2005514889A publication Critical patent/JP2005514889A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion 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
    • H02M7/53Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/337Conversion 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 in push-pull configuration
    • H02M3/3376Conversion 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 in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion 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
    • H02M7/53Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53878Conversion 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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current by time shifting switching signals of one diagonal pair of the bridge with respect to the other diagonal pair
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion 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
    • H02M7/4815Resonant converters
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies 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)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

電力コンバータのための位相遅延制御は、位相ロック・ループ及び電流感知フィードバックと共に動作して、改良された制御の安定性並びにダイナミック出力レンジを提供する。位相ロック・ループは、電力コンバータ出力の位相から導出された誤差信号に基づいて制御される電圧制御発振器を含む。電圧制御発振器に与えられる誤差信号は、コンバータが誤差をゼロに駆るためのスイッチング周波数におけるシフトを生成する。電力コンバータは、共振電気エネルギを改良されたスイッチング速度及び電力密度に操作するためのLCC共振回路を含む。  The phase delay control for the power converter operates in conjunction with a phase lock loop and current sensing feedback to provide improved control stability and dynamic output range. The phase locked loop includes a voltage controlled oscillator that is controlled based on an error signal derived from the phase of the power converter output. The error signal applied to the voltage controlled oscillator creates a shift in the switching frequency for the converter to drive the error to zero. The power converter includes an LCC resonant circuit for manipulating resonant electrical energy to improved switching speed and power density.

Description

本出願は、優先権の主張が為されている「位相遅延制御を有した共振コンバータ」という名称の2001年12月12日に出願された米国仮出願第60/339,308号に基づいていると共にその出願日遡及の特典を主張するものである。   This application is based on US Provisional Application No. 60 / 339,308, filed Dec. 12, 2001, entitled "Resonant Converter with Phase Delay Control" for which priority is claimed. And claims the retrospective benefits of the filing date.

本発明は、概して共振電力コンバータに関し、特に、位相遅延制御構成で制御される共振電力コンバータに関する。   The present invention relates generally to resonant power converters, and more particularly to a resonant power converter controlled with a phase delay control configuration.

多くの種類の電力コンバータ、特に、パルス幅変調(PWM)コンバータ及び共振電力コンバータが良く知られている。PWM電力コンバータは、供給されるべき所望電力に従ってパルス幅が調整されるパルス列を提供することにより動作する。PWMコンバータは、典型的には、より小型のパッケージングをもたらす磁気成分の減少を許容するよう、高い効率を提供する周波数で切換えることができる。しかしながら、典型的には、PWMコンバータにおける周波数切換えが高ければ、それだけ一層多い切換え損失及び一層大きい電磁干渉(EMI)が生成されることとなる。典型的には、切換え損失は、電流が導通している間にもしくは電圧を受けている間にスイッチが切換わるように制御されて、「ハード・スイッチング(hard switching)」をもたらすことにより生じる。典型的なPWNコンバータにおけるハード・スイッチングの損失は、切換え周波数と共に増加する傾向がある。さらに、特に高周波においてハード・スイッチングにより発生されるEMIは、小さい力率により入力電力供給の効率に影響する主な要因となり得る。   Many types of power converters are well known, especially pulse width modulation (PWM) converters and resonant power converters. The PWM power converter operates by providing a pulse train whose pulse width is adjusted according to the desired power to be supplied. PWM converters can typically be switched at a frequency that provides high efficiency to allow for a reduction in the magnetic component resulting in smaller packaging. However, typically, the higher the frequency switching in the PWM converter, the more switching loss and greater electromagnetic interference (EMI) will be generated. Typically, switching losses are caused by the switch being controlled to switch while current is conducting or receiving voltage, resulting in “hard switching”. Hard switching losses in typical PWN converters tend to increase with switching frequency. Furthermore, EMI generated by hard switching, particularly at high frequencies, can be a major factor affecting the efficiency of input power supply due to the small power factor.

PWMコンバータにおいてハード・スイッチングと関連した困難を克服するために、スイッチにより運ばれる電流もしくは電圧のいずれかがゼロに近接している「ソフト・スイッチング(soft switching)」を許容する発振波形を有する共振コンバータが用いられてきた。特に、共振コンバータにおけるスイッチは、ゼロ電流でターンオンし、ゼロ電圧でターンオフすることができる。少ないスイッチング損失及び実施の際の単純化は、共振コンバータがPWMコンバータで実施されるよりも典型的には一層高い周波数で動作するのを許容する。従って、典型的な共振コンバータは、高い電力密度で多くの効率を提供することができる。さらに、共振コンバータにおける入力の発振性質は、制御機構が、高い力率をもたらす電圧のものと整合するように入力電流を形作るのを許容する。共振コンバータから出力される所望の電力は、典型的には、出力電圧を調整するように切換え(スイッチング)周波数を変化させることにより制御される。スイッチがスイッチングのオン及びオフに関して相補的に動作されるハーフ・ブリッジ・スイッチング構成を用いた、典型的なシリーズ共振インバータが図1に示されている。   To overcome the difficulties associated with hard switching in a PWM converter, a resonance with an oscillating waveform that allows "soft switching" where either the current or voltage carried by the switch is close to zero Converters have been used. In particular, the switch in the resonant converter can be turned on with zero current and turned off with zero voltage. Low switching losses and implementation simplification allow the resonant converter to operate at a typically higher frequency than that implemented with a PWM converter. Thus, a typical resonant converter can provide much efficiency at high power density. In addition, the oscillating nature of the input in the resonant converter allows the control mechanism to shape the input current to match that of the voltage that results in a high power factor. The desired power output from the resonant converter is typically controlled by changing the switching frequency to adjust the output voltage. A typical series resonant inverter is shown in FIG. 1 using a half-bridge switching configuration in which the switches are operated complementarily with respect to switching on and off.

共振コンバータは、導通性、容量性及び抵抗性を含んだ幾つかのモードで動作され得る。図2は、図1に示される共振コンバータの誘導性モードの動作に対する動作波形を示す。図3は、図1に示される共振コンバータの容量性モードの動作に対する動作波形を示す。図4は、図1に示される共振コンバータの抵抗性モードの動作に対する動作波形を示す。   Resonant converters can be operated in several modes, including conductivity, capacitive and resistive. FIG. 2 shows operating waveforms for the inductive mode operation of the resonant converter shown in FIG. FIG. 3 shows operating waveforms for the capacitive mode operation of the resonant converter shown in FIG. FIG. 4 shows operating waveforms for the resistive mode operation of the resonant converter shown in FIG.

図3を参照すると、容量性モードの動作は、回路に対する共振周波数のものよりも低い減少されたスイッチング周波数を示す。容量性モードにおいて、MOSFETスイッチのボディ・ダイオードは、相当の損失と共に反転回復する。従って、共振コンバータは、これらの損失を最小とするよう回路の共振周波数よりも大きい周波数で動作するのが好ましい。   Referring to FIG. 3, capacitive mode operation exhibits a reduced switching frequency that is lower than that of the resonant frequency for the circuit. In capacitive mode, the MOSFET switch body diode recovers with considerable loss. Accordingly, the resonant converter preferably operates at a frequency greater than the resonant frequency of the circuit to minimize these losses.

共振コンバータが抵抗性モードで動作している場合、動作周波数は共振周波数に近接し、従って高程度の効率を得る。この場合、電圧及び電流の正弦波形は殆ど同じ位相を有して、高い力率がもたらされ、電圧及び電流を循環させる際に消失されるエネルギは小さい。しかしながら、共振コンバータの動作周波数は、高い効率及び良好な力率修正を得ることを続けるよう、変化する負荷に露出される際に維持されなければならない。   When the resonant converter is operating in resistive mode, the operating frequency is close to the resonant frequency, thus obtaining a high degree of efficiency. In this case, the voltage and current sinusoidal waveforms have almost the same phase, resulting in a high power factor, and less energy is lost when circulating the voltage and current. However, the operating frequency of the resonant converter must be maintained when exposed to changing loads to continue to obtain high efficiency and good power factor correction.

種々の所望の結果を得るために種々の位相が共振コンバータにおいて用いられる。例えば、図5はパラレル共振コンバータを示し、図6はLCC共振コンバータを示す。図5において、コンデンサCin/2が入力DC電圧に対する分圧器として働くとき、コンデンサCpは単に共振コンデンサである。図6において、コンデンサCp及びコンデンサCs/2の双方が、共振コンデンサとして働く。   Different phases are used in the resonant converter to obtain different desired results. For example, FIG. 5 shows a parallel resonant converter and FIG. 6 shows an LCC resonant converter. In FIG. 5, when the capacitor Cin / 2 acts as a voltage divider for the input DC voltage, the capacitor Cp is simply a resonant capacitor. In FIG. 6, both the capacitor Cp and the capacitor Cs / 2 function as resonant capacitors.

動作特性は、上述した共振コンバータの位相中で変わる。例えば、図1に示されたシリーズ共振コンバータは、開回路モードで動作し得るが、短絡回路モードでは動作しない。図5に示されたパラレル共振コンバータは、短絡回路モードで動作し得るが、開回路モードでは動作しない。図6に示されたLCC共振コンバータは、短絡回路もしくは開回路モードのいずれでも動作することができず、従って、実際の動作では、開及び短絡回路の保護を含んでいるのが好ましい。しかしながら、LCC共振コンバータは、増加した全効率及び利用可能な出力負荷範囲を有する。増加された範囲及び効率は、減少された負荷での減少された循環電流から生じ、それ故、全高効率範囲が維持される。   The operating characteristics change during the phase of the resonant converter described above. For example, the series resonant converter shown in FIG. 1 may operate in the open circuit mode, but not in the short circuit mode. The parallel resonant converter shown in FIG. 5 can operate in the short circuit mode, but does not operate in the open circuit mode. The LCC resonant converter shown in FIG. 6 cannot operate in either a short circuit or open circuit mode, and therefore, in actual operation, it preferably includes open and short circuit protection. However, LCC resonant converters have increased overall efficiency and available output load range. Increased range and efficiency result from reduced circulating current at reduced load, thus maintaining the entire high efficiency range.

上述した共振コンバータにおいて、出力電圧は、典型的にスイッチング周波数の関数として維持されて調整される。スイッチング周波数が増加すると、より大きい電力が負荷に供給されるのを許容し、それにより増加した電力出力を許容する。しかしながら、この種の制御は、高いピーク値を有する共振電流及び電圧をもたらし、このことは、導通損失が大きくなりかつ電力デバイスに対し大きい定格を要求することとなる。さらに、可変のスイッチング周波数制御は、典型的には、全制御をますます複雑にすると共に、コンバータのフィルタ設計の複雑さも加わる。この種の制御は、典型的に、スイッチング周波数を調整し所望の電力出力レベルを維持するために、出力からのフィードバックに依存している。しかしながら、出力電力とスイッチング周波数との間の関係は、典型的に、非常に非線形であり、共振電力コンバータに対する確固たる制御を実現する困難性を増している。   In the resonant converter described above, the output voltage is typically maintained and adjusted as a function of the switching frequency. Increasing the switching frequency allows more power to be delivered to the load, thereby allowing increased power output. However, this type of control results in resonant currents and voltages with high peak values, which increase conduction losses and require higher ratings for power devices. Furthermore, variable switching frequency control typically adds to the overall complexity of the control and adds to the complexity of the converter filter design. This type of control typically relies on feedback from the output to adjust the switching frequency and maintain the desired power output level. However, the relationship between output power and switching frequency is typically highly nonlinear, increasing the difficulty of achieving robust control over the resonant power converter.

本発明によれば、高効率を維持しつつ改良されたフィードバック制御を得るために位相遅延制御を用いて制御される共振電力コンバータが提供される。本発明の共振コンバータは、高いスイッチング周波数を得ることができ、共振コンバータ要素が遭遇する電流または電圧サージを制限しつつ要素の小型化をもたらす。   According to the present invention, a resonant power converter is provided that is controlled using phase delay control to obtain improved feedback control while maintaining high efficiency. The resonant converter of the present invention can obtain a high switching frequency, resulting in element miniaturization while limiting the current or voltage surge encountered by the resonant converter element.

位相遅延制御は、共振電力コンバータ内のインダクタの位相を基準位相信号に対して追跡するために位相ロック・ループを組込んでいる。位相遅延は、出力段の電流の位相と基準位相信号との間の差を表す誤差信号を得ることにより調整される。誤差信号は、出力段の転送機能にとって適切な動作周波数を修正するために電圧制御発振器(VCO)に供給される。動作周波数における変化は、位相遅延誤差信号をゼロに減少させる傾向を有し、単純かつ確固たる制御をもたらす。   Phase delay control incorporates a phase-locked loop to track the phase of the inductor in the resonant power converter relative to the reference phase signal. The phase delay is adjusted by obtaining an error signal representing the difference between the phase of the output stage current and the reference phase signal. The error signal is supplied to a voltage controlled oscillator (VCO) to modify the appropriate operating frequency for the transfer function of the output stage. Changes in operating frequency tend to reduce the phase delay error signal to zero, resulting in simple and robust control.

本発明は、単純化された方法で所望の制御特性を得るために、ランプ・バラスト回路を制御するために用いられ得る集積回路(IC)を用いる。該ICの動作特性は、位相遅延制御を実施するために、要素及びICの機能を選択することにより修正される。その結果は、入手可能な要素だけでもって実施され得る改良された動作特性を有する位相遅延制御である。   The present invention uses an integrated circuit (IC) that can be used to control the lamp ballast circuit to obtain the desired control characteristics in a simplified manner. The operating characteristics of the IC are modified by selecting elements and IC functions to implement phase delay control. The result is a phase delay control with improved operating characteristics that can be implemented with only available elements.

以下、添付図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

本発明は、EMIを減少しつつ高効率及び広範な出力範囲を得るために、ICで実現される位相遅延制御を有する共振コンバータを提供する。位相遅延制御は、位相角誤差測定を決定するように電流感知を提供するフィードバック配列で実施される。基準位相角との比較から導出される位相角誤差測定は、共振タンク電圧及び電流の位相角を調整するためにスイッチング周波数を修正することができるVCOを制御するために用いられる。   The present invention provides a resonant converter with phase delay control implemented in an IC to obtain high efficiency and a wide output range while reducing EMI. Phase delay control is implemented with a feedback arrangement that provides current sensing to determine the phase angle error measurement. The phase angle error measurement derived from comparison with the reference phase angle is used to control a VCO that can modify the switching frequency to adjust the phase angle of the resonant tank voltage and current.

図8乃至13を参照すると、シリーズ、パラレル及びLCC共振コンバータに対する電力出力のスイッチング周波数と位相角との間の関係のグラフが示されている。図8、10及び12では、出力電力と位相角との間の関係は、共振コンバータの幾つかの種類の各々に対する広範囲の位相角に渡って実質的に線形である。しかしながら、対照的に、図9、11及び13は、スイッチング周波数との電力出力関係は実質的に非線形であり、フィードバック制御に適した比較的小さいダイナミックレンジを提供するということを示す。従って、共振コンバータに対する位相角制御と周波数制御との比較は、出力電力を制御するためにフィードバック構成を用いる場合、位相角制御が有利であることを明瞭に示す。   Referring to FIGS. 8-13, there are shown graphs of the relationship between switching frequency and phase angle of power output for series, parallel and LCC resonant converters. 8, 10 and 12, the relationship between output power and phase angle is substantially linear over a wide range of phase angles for each of several types of resonant converters. In contrast, FIGS. 9, 11 and 13 show that the power output relationship with the switching frequency is substantially non-linear, providing a relatively small dynamic range suitable for feedback control. Thus, a comparison between phase angle control and frequency control for a resonant converter clearly shows that phase angle control is advantageous when using a feedback configuration to control output power.

図7を参照すると、共振回路のモデルが、該回路に対する導出された種々の動作パラメータと共に示されている。特に、周波数の関数として位相角が記載されている。種々の型の共振コンバータに対して位相角を得るためのこの式は、該回路に対する広範な出力電力に渡って実質的に線形である。図7は、出力電力が、二乗された出力電圧の出力抵抗に渡る大きさとして定義されているということを示すことに注意されたい。従って、出力電力は出力電圧の関数として変化し、該出力電圧はスイッチング周波数の関数として変化する。この関係は、図9、11及び13に示されている。   Referring to FIG. 7, a model of a resonant circuit is shown with various derived operating parameters for the circuit. In particular, the phase angle is described as a function of frequency. This equation for obtaining the phase angle for various types of resonant converters is substantially linear over a wide range of output power to the circuit. Note that FIG. 7 shows that the output power is defined as the magnitude across the output resistance of the squared output voltage. Thus, the output power varies as a function of output voltage, and the output voltage varies as a function of switching frequency. This relationship is illustrated in FIGS.

さて、図14を参照すると、本発明による位相遅延制御のブロック図が示されている。該制御は、電力制御出力からのフィードバック位相角の値と加算される位相角基準値を用いる。位相角基準値と位相角フィードバックとの間の差は、所望の位相と実際の位相との間の差を示す誤差値を提供する。加算点は、代替的には比較関数として実施し得る。   Referring now to FIG. 14, a block diagram of phase delay control according to the present invention is shown. The control uses a phase angle reference value that is added to the value of the feedback phase angle from the power control output. The difference between the phase angle reference value and the phase angle feedback provides an error value indicative of the difference between the desired phase and the actual phase. The summing point may alternatively be implemented as a comparison function.

位相遅延に対する誤差値は増幅されてVCOに入力され、VCO入力に関連した特定の周波数を有する発振信号を発生する。発振出力は、電力コンバータの電力制御段に与えられ、それに応じて電力制御出力信号の位相が調整される。電力制御出力は、共振タンク回路に接続されるように示されており、該共振タンク回路はまた、位相角フィードバック信号に影響を与える。従って、図14に記載されるPLLは、位相遅延制御に基づく共振電力コンバータのためのソフト・スイッチング制御配列を提供し得る。   The error value for the phase delay is amplified and input to the VCO to generate an oscillating signal having a specific frequency associated with the VCO input. The oscillation output is applied to the power control stage of the power converter, and the phase of the power control output signal is adjusted accordingly. The power control output is shown connected to a resonant tank circuit, which also affects the phase angle feedback signal. Thus, the PLL described in FIG. 14 may provide a soft switching control arrangement for a resonant power converter based on phase delay control.

図15を参照すると、位相遅延制御及び与えられた電力出力を有する共振コンバータのための開ループ周波数応答が示されている。開ループ周波数応答は、システムの開ループ積分特性に起因して利得で20dB/decの減少を示す。フィルタ周波数における極を示す閉ループ利得は、さらに20dB/decだけ減少する。   Referring to FIG. 15, the open loop frequency response for a resonant converter with phase delay control and a given power output is shown. The open loop frequency response shows a 20 dB / dec decrease in gain due to the open loop integral characteristics of the system. The closed loop gain indicating the pole at the filter frequency is further reduced by 20 dB / dec.

さて、図16を参照すると、ICで実現される位相遅延制御のブロック図が示されている。このICブロック図は、米国特許第6,008,593号に開示されており、この開示内容は参照によりここに組込まれる。該IC回路の設計はランプ・バラストに対してのものであるが、本発明による共振コンバータのための位相遅延制御を実現するために用いられ得る特徴及び作用を含んでいる。例えば、ICは、本発明によるPLL位相遅延制御を実現するためのピン10での電流感知入力と共にピン2にVCO入力を含む。   Referring now to FIG. 16, there is shown a block diagram of phase delay control realized by an IC. This IC block diagram is disclosed in US Pat. No. 6,008,593, the disclosure of which is hereby incorporated by reference. The IC circuit design is for lamp ballasts, but includes features and functions that can be used to implement phase delay control for a resonant converter according to the present invention. For example, the IC includes a VCO input at pin 2 along with a current sensing input at pin 10 for implementing PLL phase delay control according to the present invention.

図17を参照すると、ランプ・バラスト制御のためのICの状態動作を示す図が示されている。本発明においては、予熱及び点火モードは不必要であり、外部に接続された回路を用いて選択的に除去され得る。状態図に示されているように、ICは、修正動作のための適切な入力電圧を確保するために低下電圧ロックアウト(UVLO)モードを提供する。さらに、ICは、過電流及び過温度保護並びにハード・スイッチングの検出を提供する。もし、ICがこれらのまたは他の欠陥のいずれかを検出したならば、2つのハーフ・ブリッジ・スイッチを駆動するための出力がOFF値もしくは安全値に強制的にされる。   Referring to FIG. 17, there is shown a diagram illustrating the state operation of the IC for lamp ballast control. In the present invention, the preheat and ignition modes are unnecessary and can be selectively removed using an externally connected circuit. As shown in the state diagram, the IC provides a reduced voltage lockout (UVLO) mode to ensure proper input voltage for corrective action. In addition, the IC provides overcurrent and overtemperature protection as well as hard switching detection. If the IC detects either of these or other defects, the output to drive the two half bridge switches is forced to an OFF value or a safe value.

図18を参照すると、ICに外部的に接続された選択的遅延回路が示されている。2つのANDゲートへの入力は、ICからの駆動信号出力HO及びLOである。図18に示される回路は、予熱及び点火モード中のドライバ出力が共振コンバータの動作に影響を与えないように遅延機構を提供する。   Referring to FIG. 18, a selective delay circuit externally connected to the IC is shown. Inputs to the two AND gates are drive signal outputs HO and LO from the IC. The circuit shown in FIG. 18 provides a delay mechanism so that the driver output during preheat and ignition modes does not affect the operation of the resonant converter.

図19は、位相遅延制御が如何に動作するかを示す図である。図示されたタイミング図は、位相基準、位相フィードバック及び位相誤差信号を示す。この図示において、位相フィードバックは、電流感知電圧Vcsのゼロ交差によって決定されるように、位相基準との整列の僅かに外にある。位相差は、短いスパイクとして現れる位相誤差信号を発生し、その持続期間は位相誤差を示す。位相誤差信号は電圧制御発振器に入力され、位相誤差の差に起因して僅かに増加する電圧を有するものとして示されている。VCO出力は、次に、位相角誤差をゼロに駆動するよう共振コンバータの周波数を調整する。   FIG. 19 is a diagram illustrating how the phase delay control operates. The timing diagram shown shows the phase reference, phase feedback and phase error signal. In this illustration, the phase feedback is slightly out of alignment with the phase reference, as determined by the zero crossing of the current sense voltage Vcs. The phase difference generates a phase error signal that appears as a short spike, whose duration is indicative of the phase error. The phase error signal is input to a voltage controlled oscillator and is shown as having a slightly increasing voltage due to the phase error difference. The VCO output then adjusts the frequency of the resonant converter to drive the phase angle error to zero.

さて、図20を参照すると、位相遅延制御のための動作範囲がピンMIN及びMAXを通してプログラム可能である。ピンMAX上の外部抵抗は共振コンバータのための最大出力電力を設定する。最大出力範囲はピンDIM上の5ボルトに対応する。同様に、ピンMINに結合された外部抵抗は、最大位相シフト、もしくは共振コンバータのための最小出力電力を設定する。共振コンバータのための最小出力電力は、図20に示されるように、ピンDIM上の0.5ボルトに対応する。これらのプログラム可能な範囲は、ユーザが、図20に示すように、0から−90°までの範囲で基準位相角を設定するのを許容する。0から−90°までの位相角範囲は、1ボルトと3ボルトとの間のピンMIN上の境界付けられた電圧に対応する。IC回路のダイミング(dimming)作用を用いたこの特徴は、ユーザが、特定の電力出力を達成するよう基準位相角を設定のを許容する。   Referring now to FIG. 20, the operating range for phase delay control is programmable through pins MIN and MAX. An external resistor on pin MAX sets the maximum output power for the resonant converter. The maximum output range corresponds to 5 volts on pin DIM. Similarly, an external resistor coupled to pin MIN sets the maximum phase shift or minimum output power for the resonant converter. The minimum output power for the resonant converter corresponds to 0.5 volts on pin DIM, as shown in FIG. These programmable ranges allow the user to set the reference phase angle in the range from 0 to -90 °, as shown in FIG. The phase angle range from 0 to -90 ° corresponds to a bounded voltage on pin MIN between 1 and 3 volts. This feature using the dimming action of the IC circuit allows the user to set the reference phase angle to achieve a specific power output.

さて、図21を参照すると、ICを用いた電流感知回路が示されている。電流感知抵抗RCSは、ゼロ交差及び過電流状態を検出するために用いられ得る、ピンCS上の信号を導出するために用いられる。過電流検出は、ハーフ・ブリッジ・ドライバを安全停止モードに置く欠陥指示を生じる。安全停止(シャットダウン)モードは、例えば、過電流状態が特定の期間除去されるまで、もしくは回路への電力が回帰されるまで、存続する。電流感知信号は、ゼロ交差を決定するためにピンCOM上の共通の信号基準と比較される。図19に示したように上述したフィードバック位相角を決定するために用いられるのはゼロ交差である。図19及び図22に示されるように、フィードバック位相角は、信号LOによって駆動されるハーフ・ブリッジの低側のスイッチが高である間隔中に得られる。この間隔中、ピンCS上の電圧はゼロ交差を受け、このゼロ交差により、共振回路を制御するための位相角の指示が与えられる。   Now, referring to FIG. 21, a current sensing circuit using an IC is shown. The current sensing resistor RCS is used to derive a signal on pin CS that can be used to detect zero crossing and overcurrent conditions. Overcurrent detection produces a fault indication that places the half-bridge driver in safe stop mode. The safe stop (shutdown) mode persists until, for example, the overcurrent condition is removed for a specified period of time or the power to the circuit is returned. The current sense signal is compared to a common signal reference on pin COM to determine the zero crossing. It is the zero crossing that is used to determine the feedback phase angle described above as shown in FIG. As shown in FIGS. 19 and 22, the feedback phase angle is obtained during the interval when the switch on the low side of the half bridge driven by the signal LO is high. During this interval, the voltage on pin CS undergoes a zero crossing, which gives an indication of the phase angle for controlling the resonant circuit.

図22を参照すると、信号LOが高になることにより低側スイッチがONに駆動された場合、低側スイッチがターンオンされることにより生成されるスイッチング・ノイズに起因してピンCS上に電圧の過渡応答が現れる。電圧Vcsのゼロ交差を誤って測定するのを避けるために、400ナノ秒の測定遅延期間が、図21及び図22に示されるように過渡応答回路に導入される。   Referring to FIG. 22, when the low side switch is driven ON by the signal LO becoming high, the voltage on pin CS is caused by the switching noise generated by turning on the low side switch. Transient response appears. To avoid erroneously measuring the zero crossing of voltage Vcs, a measurement delay period of 400 nanoseconds is introduced into the transient response circuit as shown in FIGS.

さて、図23を参照すると、LCC共振コンバータの位相学でもって位相遅延制御を実施するICに接続された外部回路が示されている。LCC共振コンバータの位相学は、この共振回路構成で与えられる付随した効率及び負荷範囲を利用するのが好ましい。図23に示された回路は、また、過電流及び開回路保護を与えて、該回路が、要素に損傷を生じ得る範囲で動作するのを避ける。図17に示したように、ICによって欠陥が感知されたならば、HO及びLOドライブ信号がOFFまたは安全状態に駆られて、共振コンバータにおける要素に対して適切な保護を提供する。   Referring now to FIG. 23, an external circuit connected to an IC that performs phase delay control with the topology of an LCC resonant converter is shown. The topology of the LCC resonant converter preferably takes advantage of the associated efficiency and load range provided by this resonant circuit configuration. The circuit shown in FIG. 23 also provides overcurrent and open circuit protection to prevent the circuit from operating to the extent that damage can occur to the elements. As shown in FIG. 17, if a defect is sensed by the IC, the HO and LO drive signals are driven off or to a safe state to provide adequate protection for the elements in the resonant converter.

図23に示された回路図は、以下の特性を有する共振コンバータを提供する:
ライン入力電圧範囲: 400V±10%
出力電力: 300W
DC出力電圧: 12V
最小スイッチング周波数: 60kHz
Rfmin=15kオーム
Rmin=9kオーム
Rmax=Rfmin・Rmin/[4Rmin−Rfmin(1−Ψ/45)]
=7.64KΩ
Rcs=0.14オーム
The circuit diagram shown in FIG. 23 provides a resonant converter having the following characteristics:
Line input voltage range: 400V ± 10%
Output power: 300W
DC output voltage: 12V
Minimum switching frequency: 60 kHz
Rfmin = 15k ohm Rmin = 9k ohm Rmax = Rfmin · Rmin / [4Rmin−Rfmin (1-Ψ / 45)]
= 7.64KΩ
Rcs = 0.14 ohm

図24を参照すると、LCC共振コンバータ回路の位相学モデルが示されている。スイッチM1及びM2は、それぞれ出力信号HO及びLOによって切換えられる。   Referring to FIG. 24, a topological model of the LCC resonant converter circuit is shown. Switches M1 and M2 are switched by output signals HO and LO, respectively.

さて、図25を参照すると、LCC共振コンバータのためのコンバータ利得を示す波形が示されている。上述したように、興味のあるコンバータ利得は、共振コンバータの動作周波数が共振周波数よりも大きいときに達成され得るものである。   Now referring to FIG. 25, there is shown a waveform showing converter gain for an LCC resonant converter. As mentioned above, the converter gain of interest can be achieved when the operating frequency of the resonant converter is greater than the resonant frequency.

本発明による位相遅延制御の設計は、図26に示される、LCC共振回路シミュレーションを用いて検査された。入力Q1及びQ2を有するスイッチは、共振コンバータに用いられる電力MOSFETスイッチのモデルである。従って、スイッチ信号Q1及びQ2は、ICのそれぞれの出力信号HO及びLOによって駆動される。回路シミュレーションは、位相遅延制御が、単純化された設計で大きい効率及びダイナミック出力レンジを提供するということを示す。   The design of the phase delay control according to the present invention was examined using the LCC resonant circuit simulation shown in FIG. The switch having inputs Q1 and Q2 is a model of a power MOSFET switch used in a resonant converter. Therefore, the switch signals Q1 and Q2 are driven by the respective output signals HO and LO of the IC. Circuit simulations show that phase delay control provides large efficiency and dynamic output range with a simplified design.

さて、図27を参照すると、本発明による電力段実施の回路図が示されている。コンバータの共振段におけるLCC位相学に注意されたし。   Referring now to FIG. 27, a circuit diagram of a power stage implementation according to the present invention is shown. Note the LCC topology in the resonant stage of the converter.

さて、図28を参照すると、制御実施の回路図が示されている。ICにより提供される予熱及び点火の作用は、2つのANDゲートを組込んだ遅延回路の使用により回路動作から選択的に除去される。ANDゲートにより供給される制御信号は、MOSFETスイッチに信号を提供するMOSFETドライバに与えられる。   Referring now to FIG. 28, a circuit diagram for implementing the control is shown. The preheating and ignition effects provided by the IC are selectively removed from circuit operation through the use of a delay circuit incorporating two AND gates. The control signal supplied by the AND gate is provided to a MOSFET driver that provides a signal to the MOSFET switch.

回路パラメータの測定は、全負荷及び全負荷の20%で動作する共振コンバータで得られた。該測定は、高側スイッチのドレイン電圧、低側スイッチのドレイン電流、コンデンサ電圧、誘導電流、及び変圧器の一次側の電圧に対して得られた。回路中のMOSFETスイッチがターンオンされているとき、ボディ・ダイオードは導通しており、MOSFETがスイッチング損失を避けるようにゼロ電圧でターンオンされるのを許容するということが観察された。しかしながら、一層高い電圧及び電流ピーク・レベルが、PWMコンバータで代表的であろう共振コンバータの要素で観察された。スイッチング周波数と共振周波数との比は相対的に小さい変化を受けるので、負荷が変化するときでさえ、共振コンバータに対する位相遅延の変化は小さい。   Circuit parameter measurements were obtained with a resonant converter operating at full load and 20% of full load. The measurements were taken for high side switch drain voltage, low side switch drain current, capacitor voltage, induced current, and transformer primary side voltage. It has been observed that when the MOSFET switch in the circuit is turned on, the body diode is conducting, allowing the MOSFET to be turned on at zero voltage to avoid switching losses. However, higher voltage and current peak levels have been observed in resonant converter elements that would be typical for PWM converters. Since the ratio of the switching frequency to the resonant frequency undergoes a relatively small change, the change in phase delay for the resonant converter is small even when the load changes.

高側スイッチに対するドレイン電圧と低側スイッチに対するドレイン電流とが、8.4と12Vの出力電圧でもって測定され、以下の観察に帰結した。残っている共振回路の動作特性に負荷に基づく同じものを与えると、出力電圧における変化は、出力電力における対応の変化を生成する。スイッチング周波数は、それに応じて変化することが観察され、観察された位相遅延は、基準位相を追跡するよう本発明に従って修正される。   The drain voltage for the high side switch and the drain current for the low side switch were measured with output voltages of 8.4 and 12 V, resulting in the following observations. Given the same operating characteristics of the remaining resonant circuit based on the load, a change in output voltage produces a corresponding change in output power. The switching frequency is observed to change accordingly and the observed phase delay is modified according to the present invention to track the reference phase.

さて、図29を参照すると、出力電力パーセンテージ対入力及び出力電圧を示すグラフが示されている。図29は、出力電圧が最小入力電圧に依存して調整され得るが、最小入力電圧が出力電力パーセンテージに依存する或る値よりも小さくなったならば調整され得ないということを示す。例えば、全負荷の20%において、出力電圧は、入力電圧が220Vより大きい場合に調整され得る。出力電圧調整に対する境界設定は、要求された全負荷出力電力のパーセンテージに依存して変化する。   Referring now to FIG. 29, a graph showing output power percentage versus input and output voltage is shown. FIG. 29 shows that the output voltage can be adjusted depending on the minimum input voltage, but cannot be adjusted if the minimum input voltage becomes smaller than a certain value depending on the output power percentage. For example, at 20% of full load, the output voltage can be adjusted when the input voltage is greater than 220V. The boundary setting for output voltage regulation varies depending on the percentage of the full load output power requested.

本発明の位相遅延制御は、高性能及びシステムの保護を達成するために、電力コンバータのスイッチング周波数が共振周波数以上であるということを定める。さらに、最小の位相をプログラムすることによって、軽負荷状態におけるハード・スイッチングが制限され得る。位相遅延制御は、軽負荷での制限されたハード・スイッチングを実現することにより、可変の周波数コントローラ全般に対して利点を提供するが、このことは、従来の周波数制御で達成するには非常に困難である。本発明の位相遅延制御は、周波数制御のものに対し改良された線形出力特性をも有する。本発明のもう1つの利点は、電流感知抵抗Rcsが、電流感知と過電流保護との双方の二重機能を有し得るということである。従って、双方の機能を行うために追加の要素は必要とされない。   The phase delay control of the present invention defines that the switching frequency of the power converter is above the resonant frequency in order to achieve high performance and system protection. Furthermore, by programming the minimum phase, hard switching in light load conditions can be limited. Phase delay control offers advantages over variable frequency controllers in general by providing limited hard switching at light loads, which is very much to achieve with conventional frequency control. Have difficulty. The phase delay control of the present invention also has improved linear output characteristics over that of frequency control. Another advantage of the present invention is that the current sensing resistor Rcs can have the dual function of both current sensing and overcurrent protection. Thus, no additional elements are required to perform both functions.

本発明のもう1つの利点は、位相遅延制御が要素の許容誤差とは無関係であり、変圧器の漂遊インダクタンスがLCC共振コンバータ位相学の主インダクタンスとして働くのを許容するということである。最小の位相制限を通して共振回路を要素の許容誤差に対して鈍感にすることができるこの制御構成と共に、他の多くの種類の位相学を用いることができる。従って、本発明の共振回路は、PWMコンバータと比較して概して高い周波数範囲を許容する。   Another advantage of the present invention is that phase delay control is independent of component tolerances and allows the stray inductance of the transformer to act as the main inductance of the LCC resonant converter phase. Many other types of topologies can be used with this control arrangement that can make the resonant circuit insensitive to element tolerances through minimal phase limiting. Thus, the resonant circuit of the present invention allows a generally higher frequency range compared to a PWM converter.

本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたけれども、当業者には、他の多くの変形や修正並びに他の使用が明瞭となるであろう。従って、本発明は、ここに述べた特定の開示に制限されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるのが好ましい。   While the invention has been described with respect to specific embodiments thereof, many other variations and modifications and other uses will become apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to the specific disclosures described herein, but is preferably limited only by the scope of the appended claims.

従来のシリーズ共振コンバータを示す図である。It is a figure which shows the conventional series resonance converter. 誘導性モードにおける図1の回路の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the circuit of FIG. 1 in an inductive mode. 容量性モードで動作される図1の回路の動作波形を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing operating waveforms of the circuit of FIG. 1 operated in capacitive mode. 抵抗性モードで動作される図1の回路の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the circuit of FIG. 1 operated by resistive mode. 従来のパラレル共振コンバータを示す図である。It is a figure which shows the conventional parallel resonant converter. 従来のLCC共振コンバータを示す図である。It is a figure which shows the conventional LCC resonant converter. 理想的な共振回路に対する回路パラメータを示す図である。It is a figure which shows the circuit parameter with respect to an ideal resonant circuit. 図5の回路に対する位相角と出力電力との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between phase angle and output power for the circuit of FIG. 図5の回路に対するスイッチング周波数対電力出力のグラフである。6 is a graph of switching frequency versus power output for the circuit of FIG. 図1の回路に対する位相角対電力出力を示すグラフである。2 is a graph showing phase angle versus power output for the circuit of FIG. 図1の回路に対するスイッチング周波数対出力電力を示すグラフである。2 is a graph showing switching frequency versus output power for the circuit of FIG. 図6の回路に対する位相角対出力電力を示すグラフである。7 is a graph showing phase angle versus output power for the circuit of FIG. 図6の回路に対するスイッチング周波数対出力電力を示すグラフである。7 is a graph showing switching frequency versus output power for the circuit of FIG. 本発明による位相遅延制御のブロック図である。It is a block diagram of the phase delay control by this invention. 位相遅延制御システムのための周波数応答を示すグラフである。6 is a graph showing a frequency response for a phase delay control system. 本発明による位相遅延制御を実施するために用いられるICの内部回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal circuit of IC used in order to implement the phase delay control by this invention. 図16の回路の動作モードを示す状態図である。FIG. 17 is a state diagram showing an operation mode of the circuit of FIG. 16. ICによって実施される機能を選択するために、図16に示されたICと共に使用するための回路を示す図である。FIG. 17 shows a circuit for use with the IC shown in FIG. 16 to select functions performed by the IC. 本発明による位相遅延制御の動作を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation | movement of the phase delay control by this invention. 本発明によるICを用いた位相遅延制御の動作特性を示す一組のグラフである。6 is a set of graphs showing operational characteristics of phase delay control using an IC according to the present invention. ICを用いて実施される電流感知回路を示す図である。It is a figure which shows the current sensing circuit implemented using IC. 電流感知ブランキング期間を示すグラフである。It is a graph which shows an electric current sensing blanking period. 本発明を実現するためのICへの要素の接続を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing connection of elements to an IC for realizing the present invention. 共振タンク回路を有するLCC共振コンバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the LCC resonant converter which has a resonant tank circuit. 共振周波数近辺の動作周波数とコンバータ利得との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the operating frequency near resonance frequency, and converter gain. 図24の回路のシミュレーション回路図である。FIG. 25 is a simulation circuit diagram of the circuit of FIG. 24. 本発明による電力段を実施した回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram implementing a power stage according to the present invention. 本発明による共振コンバータに対するICの選択機能制御を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the selection function control of IC with respect to the resonant converter by this invention. 共振コンバータに対する出力電力、入力電圧及び出力電圧間の関係を表すグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph showing the relationship between the output electric power with respect to a resonant converter, input voltage, and output voltage.

Claims (20)

共振電力コンバータを制御するための電力コンバータ・コントローラであって、
電力コンバータ・フィードバック信号の位相を検出して関連の位相角信号を出力する電流感知回路と、
前記電力コンバータのスイッチング周波数を制御するための位相ロック・ループ回路であって、その入力に前記位相角信号が与えられる前記位相ロック・ループ回路と、
基準位相角及び前記位相角信号の関係で前記位相ロック・ループ内に発生される位相角誤差信号と、
前記共振電力コンバータのスイッチング周波数を調節するための前記位相ロック・ループにおける電圧制御発振器であって、その入力に前記位相角誤差信号が与えられる前記電圧制御発振器と、
前記共振電力コンバータにおける電力スイッチのスイッチングを制御するため前記位相ロック・ループに結合されるスイッチ出力回路と、
前記共振電力コンバータの電力出力が前記位相ロック・ループにより与えられる位相調節により制御可能なように、前記共振コンバータにおける前記電力スイッチをスイッチングすることにより影響される電力コンバータ・フィードバック信号と、
を備えた電力コンバータ・コントローラ。
A power converter controller for controlling a resonant power converter,
A current sensing circuit that detects the phase of the power converter feedback signal and outputs an associated phase angle signal; and
A phase-locked loop circuit for controlling the switching frequency of the power converter, the phase-locked loop circuit being provided with the phase angle signal at its input;
A phase angle error signal generated in the phase lock loop in relation to a reference phase angle and the phase angle signal;
A voltage controlled oscillator in the phase locked loop for adjusting the switching frequency of the resonant power converter, the voltage controlled oscillator being provided with the phase angle error signal at its input;
A switch output circuit coupled to the phase-locked loop to control switching of a power switch in the resonant power converter;
A power converter feedback signal that is affected by switching the power switch in the resonant converter such that the power output of the resonant power converter is controllable by phase adjustment provided by the phase lock loop;
Power converter controller with
前記電力コンバータ・フィードバック信号は、前記電力スイッチの1つに結合された抵抗を横切る電圧を含む請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the power converter feedback signal includes a voltage across a resistor coupled to one of the power switches. 前記共振電力コンバータは特性周波数を有し、前記スイッチング周波数は、該特性周波数以上である請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the resonant power converter has a characteristic frequency and the switching frequency is greater than or equal to the characteristic frequency. 前記共振電力コンバータが安全モードの動作に置かれるのを許容するために欠陥を宣言するよう前記電流感知回路によって与えられる欠陥信号をさらに含む請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1 further comprising a fault signal provided by the current sensing circuit to declare a fault to allow the resonant power converter to be placed in safe mode operation. 前記コントローラは、ICで実施される請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the controller is implemented in an IC. コントローラの機能を選択的に可能化もしくは不可能化するための選択回路をさらに含む請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1 further comprising a selection circuit for selectively enabling or disabling the function of the controller. 前記電流感知回路は、スイッチ電圧に対するゼロ交差の指示を提供する請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the current sensing circuit provides a zero crossing indication for a switch voltage. 特定の期間に対して前記位相角信号を作るためのブランキング回路をさらに備えた請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, further comprising a blanking circuit for producing the phase angle signal for a specific period. 前記特定の期間は、約400ナノ秒である請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the specific period is about 400 nanoseconds. 前記位相角制御は、約0から約−90°の範囲で動作可能である請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the phase angle control is operable in a range of about 0 to about −90 °. 前記共振電力コンバータはLCC回路を含む請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1, wherein the resonant power converter includes an LCC circuit. ハーフ・ブリッジ構成における電力スイッチの動作を通して出力される調整された電力を有するスイッチング電力コンバータであって、前記スイッチのスイッチングが請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラによって制御されるスイッチング電力コンバータ。   A switching power converter having regulated power output through operation of a power switch in a half bridge configuration, wherein switching of the switch is controlled by a power converter controller according to claim 1. 最小の位相シフト基準及び最大の位相シフトを決定するためのプログラム可能な入力をさらに含む請求項1に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 1 further comprising a programmable input for determining a minimum phase shift reference and a maximum phase shift. 前記抵抗は、ハーフ・ブリッジのスイッチング配列の低側スイッチに結合される請求項2に記載の電力コンバータ・コントローラ。   The power converter controller of claim 2, wherein the resistor is coupled to a low side switch of a half-bridge switching arrangement. 電気エネルギを蓄積するための共振回路と、
前記共振回路への及び前記共振回路からの前記電気エネルギの転送を制御するために前記共振回路に結合されたハーフ・ブリッジ・スイッチング配列と、
前記ハーフ・ブリッジ回路におけるスイッチのスイッチングを制御するために前記ハーフ・ブリッジ回路に結合されたコントローラと、
該コントローラに電流感知信号を提供するために該コントローラに及び前記ハーフ・ブリッジ回路に結合された電流感知装置と、
前記電流感知信号に基づいて位相角信号を提供するための前記コントローラにおける電流感知信号回路と、
前記共振回路内の前記電気エネルギの位相が基準位相に向けて調節されるように、前記位相角信号を受け入れて前記ハーフ・ブリッジ回路における前記スイッチをスイッチングするためのスイッチング制御を提供するよう動作可能な前記コントローラ内の位相ロック・ループと、
を備えた電力コンバータ。
A resonant circuit for storing electrical energy;
A half-bridge switching arrangement coupled to the resonant circuit to control transfer of the electrical energy to and from the resonant circuit;
A controller coupled to the half bridge circuit to control switching of the switches in the half bridge circuit;
A current sensing device coupled to the controller and to the half bridge circuit for providing a current sensing signal to the controller;
A current sensing signal circuit in the controller for providing a phase angle signal based on the current sensing signal;
Operable to receive the phase angle signal and provide switching control for switching the switch in the half-bridge circuit such that the phase of the electrical energy in the resonant circuit is adjusted toward a reference phase A phase-locked loop in the controller,
Power converter with
前記位相ロック・ループは、可変発振出力を提供して前記共振回路内の位相を調節するための電圧制御発振器をさらに備えた請求項15に記載の電力コンバータ。   The power converter of claim 15, wherein the phase locked loop further comprises a voltage controlled oscillator for providing a variable oscillating output to adjust the phase in the resonant circuit. 前記電流感知装置は抵抗であり、該抵抗を横切って、電流感知信号を得るための電圧測定が行われ得る請求項15に記載の電力コンバータ。   The power converter of claim 15, wherein the current sensing device is a resistor and a voltage measurement can be made across the resistor to obtain a current sensing signal. 前記コントローラ回路はIC内に組込まれる請求項15に記載の電力コンバータ。   The power converter of claim 15, wherein the controller circuit is incorporated in an IC. コントローラ機能を選択的に調節するために前記コントローラに結合された機能選択回路をさらに含む請求項15に記載の電力コンバータ。   The power converter of claim 15 further comprising a function selection circuit coupled to the controller to selectively adjust a controller function. 前記コントローラは、特定の時間間隔の間、前記電流感知信号をマスキングするための電流感知ブランキング装置をさらに備えた請求項15に記載の電力コンバータ。



The power converter of claim 15, wherein the controller further comprises a current sensing blanking device for masking the current sensing signal during a specified time interval.



JP2003555659A 2001-12-12 2002-12-11 Resonant converter with phase delay control Pending JP2005514889A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US33930801P 2001-12-12 2001-12-12
US10/317,285 US20030107120A1 (en) 2001-12-11 2002-12-10 Intelligent motor drive module with injection molded package
PCT/US2002/039558 WO2003055052A1 (en) 2001-12-12 2002-12-11 Resonant converter with phase delay control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005514889A true JP2005514889A (en) 2005-05-19

Family

ID=26980872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003555659A Pending JP2005514889A (en) 2001-12-12 2002-12-11 Resonant converter with phase delay control

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1454408A4 (en)
JP (1) JP2005514889A (en)
CN (1) CN1602580A (en)
AU (1) AU2002351350A1 (en)
WO (1) WO2003055052A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009037613A1 (en) 2007-09-18 2009-03-26 Nxp B.V. Control of a half bridge resonant converter for avoiding capacitive mode
US20100284203A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-11 Intersil Americas Inc. Control mode for zvs converter at resonant operating frequencies
CN101841230B (en) * 2010-04-01 2012-11-21 复旦大学 Zero voltage switching DC-DC power tube drive circuit based on double delay chain phase-locked loop
US8379412B2 (en) * 2010-08-16 2013-02-19 Empire Technology Development Llc Converter and converter control method
US9548670B2 (en) 2013-03-15 2017-01-17 General Electric Company Methods and systems for calibrating a resonant converter
CN111431424B (en) * 2020-03-19 2021-04-23 英飞特电子(杭州)股份有限公司 Resonant circuit

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535399A (en) * 1983-06-03 1985-08-13 National Semiconductor Corporation Regulated switched power circuit with resonant load
GB2196803B (en) * 1986-10-24 1990-10-31 Kyoei Densoku Co Ltd High-frequency power supply output control arrangement
US4700285A (en) * 1986-11-18 1987-10-13 National Semiconductor Corporation Combined PWM-FM control method and circuit for the high efficiency control of resonant switch mode inverters/converters
US4797803A (en) * 1987-12-23 1989-01-10 Dci Technology Switching power supply VCO
CA1316980C (en) * 1988-12-27 1993-04-27 Daniel C. Hughey Power supply
JP2862569B2 (en) * 1989-06-30 1999-03-03 株式会社東芝 Electromagnetic cooker
EP0422274A1 (en) * 1989-10-12 1991-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Control method for push-pull series resonant switching power supplies with output voltage regulation
JPH06141552A (en) * 1992-10-26 1994-05-20 Kasuga Denki Kk Power controller for high frequency high voltage power supply
US5371666A (en) * 1992-12-04 1994-12-06 Square D Company Average current mode control apparatus for an AC output amplifier
US6009007A (en) * 1998-02-12 1999-12-28 Industrial Technology Research Institute Pulse-density-modulated controller with dynamic sequence

Also Published As

Publication number Publication date
CN1602580A (en) 2005-03-30
AU2002351350A1 (en) 2003-07-09
EP1454408A4 (en) 2008-10-15
EP1454408A1 (en) 2004-09-08
WO2003055052A1 (en) 2003-07-03
WO2003055052A8 (en) 2004-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6903949B2 (en) Resonant converter with phase delay control
US20030147263A1 (en) Resonant converter with phase delay control
USRE44133E1 (en) Fixed operating frequency inverter for cold cathode fluorescent lamp having strike frequency adjusted by voltage to current phase relationship
Grajales et al. Design of a 10 kW, 500 kHz phase-shift controlled series-resonant inverter for induction heating
US6407514B1 (en) Non-synchronous control of self-oscillating resonant converters
US5381076A (en) Metal halide electronic ballast
US7800928B1 (en) Method of operating a resonant inverter using zero current switching and arbitrary frequency pulse width modulation
US7923939B1 (en) Mixed mode control for dimmable fluorescent lamp
JP2004134360A (en) Ballast for three-way dimming compact fluorescent lamp
JP3828386B2 (en) Microwave oven and control method thereof
US5798616A (en) Fluorescent lamp circuit employing both a step-up chopper and an inverter
JP5507704B2 (en) High intensity discharge lamp control method and high intensity discharge lamp supply system
EP1050196A1 (en) Resonant converter circuit
Ribas et al. Design considerations for optimum ignition and dimming of fluorescent lamps using a resonant inverter operating open loop
US6414449B1 (en) Universal electronic ballast
JP2005514889A (en) Resonant converter with phase delay control
JP2013513917A5 (en)
KR100399134B1 (en) Microwave Oven
Ponce et al. Electronic ballast based on class E amplifier with a capacitive inverter and dimming for photovoltaic applications
Kim et al. A new control method for series resonant inverter with inherently phase-locked coil current with induction cookware applications
Ribas et al. High frequency electronic ballast for metal halide lamps based on a PLL controlled class E resonant inverter
KR100279625B1 (en) Resonance breakout prevention circuit of resonant converter
JP3681895B2 (en) High frequency power supply for magnetron
Ponce et al. Analysis of the class E amplifier used as electronic ballast with dimming capability for photovoltaic applications
Littlefair et al. Resonant power supply for discharge lamps

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060711

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20061010

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20061017

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071002

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20080104

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20080111

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080125

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090303