JP2017508437A - Adaptive synchronous switching in resonant converters. - Google Patents

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Abstract

共振コンバータの一実施形態は、入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、共振回路の少なくとも一部分と共振コンバータの出力との間に接続された同期整流器とを備える。同期整流器は、ダイオードと、電気スイッチとを含む。ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、電気スイッチがオンになるように電気スイッチを動作するように制御回路が構成される。One embodiment of a resonant converter includes a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied, between at least a portion of the resonant circuit and the output of the resonant converter. And a synchronous rectifier connected to. The synchronous rectifier includes a diode and an electrical switch. The control circuit is configured to operate the electrical switch so that the electrical switch is on when there is substantially no voltage across the diode and the diode current flow is positive in the anode-to-cathode direction. .

Description

[0001]パワーエレクトロニクスは、さまざまな応用に広く利用されている。例えば、交流から直流への変換、ある電圧レベルから別の電圧レベルへの変換または何らかの他の方法での変換など電気エネルギーの形態を変換するために、パワー電子回路を有するパワーアダプタが一般に使用されている。このような装置は、ミリワットレベルの移動体装置から数百メガワットレベルの高電圧送電システムまで広範囲の電力レベルで動作しうる。パワーエレクトロニクス変換システムは進歩を遂げてはいるが、高い効率の達成ならびにパワーエレクトロニクス装置やその応用のサイズ、重量および複雑性の向上を図るために、高度なシステムのアーキテクチャやその動作方法のための技術が必要とされている。   [0001] Power electronics are widely used in various applications. Power adapters with power electronics are commonly used to convert forms of electrical energy, for example, from AC to DC conversion, from one voltage level to another voltage level, or in some other way. ing. Such devices can operate over a wide range of power levels, from milliwatt level mobile devices to hundreds of megawatt level high voltage transmission systems. Although power electronics conversion systems have made progress, in order to achieve high efficiency and increase the size, weight and complexity of power electronics equipment and its applications, it is necessary for advanced system architectures and methods of operation. Technology is needed.

[0002]本発明は、一般に、パワーエレクトロニクスコンバータに関する。特に、本発明は、共振コンバータおよび適応制御回路に関する。実施形態において利用されてもよい技術として、(1)共振回路一次スイッチでの同期スイッチングと、(2)出力同期整流器駆動回路での同期スイッチングと、(3)軽負荷から重負荷までの条件下でのゼロ電圧スイッチングを維持するように「バーストモード」での共振コンバータの動作と、(4)コンポーネントの電力損失の増大や電力変換器の効率低下を招くおそれのある不要なエネルギークランプを最小限に抑えるためのアクティブ電圧クランプとを含むさまざまな技術がある。   [0002] The present invention generally relates to power electronics converters. In particular, the present invention relates to a resonant converter and an adaptive control circuit. Techniques that may be used in the embodiments include (1) synchronous switching at the primary circuit of the resonance circuit, (2) synchronous switching at the output synchronous rectifier drive circuit, and (3) conditions from light load to heavy load. Resonant converter operation in “burst mode” to maintain zero voltage switching at (4), and (4) Minimize unnecessary energy clamps that can lead to increased component power loss and reduced power converter efficiency There are a variety of techniques including active voltage clamping to suppress

[0003]本開示による共振コンバータの一実施形態は、入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、共振回路の少なくとも一部分と共振コンバータの出力との間に接続された同期整流器とを含む。同期整流器は、ダイオードと、電気スイッチとを含む。ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、電気スイッチがオンになるように電気スイッチを動作するように制御回路が構成される。   [0003] One embodiment of a resonant converter according to the present disclosure includes a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied, and resonant with at least a portion of the resonant circuit. A synchronous rectifier connected between the output of the converter. The synchronous rectifier includes a diode and an electrical switch. The control circuit is configured to operate the electrical switch so that the electrical switch is on when there is substantially no voltage across the diode and the diode current flow is positive in the anode-to-cathode direction. .

[0004]本開示による電力変換方法の一実施形態は、誘導性素子および容量性素子を有する共振回路を備える共振コンバータを、前記共振回路に入力電圧が印加されると電気共振を生じるように設けることを含む。この電力変換方法は、前記共振回路の少なくとも一部分と前記共振コンバータの出力との間に接続された同期整流器を用いて、共振コンバータの出力電圧を整流することをさらに含む。同期整流器は、ダイオードと、電気スイッチとを含む。また、この電力変換方法は、ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、電気スイッチがオンになるように電気スイッチを動作させることを含む。   [0004] One embodiment of a power conversion method according to the present disclosure provides a resonant converter comprising a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element so as to cause electrical resonance when an input voltage is applied to the resonant circuit. Including that. The power conversion method further includes rectifying the output voltage of the resonant converter using a synchronous rectifier connected between at least a part of the resonant circuit and the output of the resonant converter. The synchronous rectifier includes a diode and an electrical switch. This power conversion method also operates the electrical switch so that the electrical switch is on when there is substantially no voltage across the diode and the current flow of the diode is positive in the direction from the anode to the cathode. Including that.

[0005]共振コンバータの別の実施形態は、入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、第1の同期整流器および第2の同期整流器とを含む。第1の同期整流器および第2の同期整流器は、ダイオードと、ダイオードと並列に配置された電気スイッチとをそれぞれ含む。第1の同期整流器および第2の同期整流器のそれぞれについて、ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、電気スイッチがオンになるように第1の同期整流器および第2の同期整流器を動作させるように制御回路が構成される。   [0005] Another embodiment of a resonant converter includes a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied, a first synchronous rectifier and a second And a synchronous rectifier. The first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier each include a diode and an electrical switch disposed in parallel with the diode. For each of the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier, when the diode current flow is positive in the anode-to-cathode direction, the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier are such that the electrical switch is turned on. A control circuit is configured to operate the rectifier.

[0006]本開示による非絶縁型共振コンバータの一実施形態は、入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路を含む。非絶縁型共振コンバータは、共振回路の電流を流すように共振回路に接続された第1の電気スイッチと、共振回路に接続され、第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するように構成された電圧モニタ回路と、電圧モニタ回路から入力を受け、第1の電気スイッチを動作させるように構成された制御回路とをさらに含む。制御回路は、第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されると、第1の電気スイッチをオンにするように構成される。   [0006] One embodiment of a non-isolated resonant converter according to the present disclosure includes a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied. The non-insulated resonance converter includes a first electrical switch connected to the resonance circuit so as to flow a current of the resonance circuit, and a voltage that is connected to the resonance circuit and substantially no voltage is applied to the first electrical switch. A voltage monitor circuit configured to determine and a control circuit configured to receive the input from the voltage monitor circuit and operate the first electrical switch. The control circuit is configured to turn on the first electrical switch when it is detected that the voltage across the first electrical switch is substantially absent.

[0007]本開示による電力変換方法の一実施形態は、誘導性素子および容量性素子を有する共振回路を備える共振コンバータを、前記共振回路に入力電圧が印加されると電気共振を生じるように設けることを含む。この電力変換方法は、共振回路に接続された電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するために電圧モニタ回路を使用し、電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されると、前記電気スイッチがオンにされるように前記電気スイッチを動作させることをさらに含む。   [0007] One embodiment of a power conversion method according to the present disclosure provides a resonant converter comprising a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element so as to cause electrical resonance when an input voltage is applied to the resonant circuit. Including that. This power conversion method uses a voltage monitor circuit to determine when there is substantially no voltage across the electrical switch connected to the resonant circuit, and detects that there is virtually no voltage across the electrical switch. And further comprising operating the electrical switch such that the electrical switch is turned on.

[0008]本開示による共振コンバータの一実施形態は、入力電圧を受けるように構成され、変圧器の一次巻線と直列接続された第1の電気スイッチを備える入力段と、出力電圧を供給するように構成され、入力電圧が印加されると前記電気共振が生じうるように変圧器の二次巻線に接続された容量性素子を備える出力段とを含む。共振コンバータは、第1の電気スイッチに接続され、第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するように構成された電圧モニタ回路と、電圧モニタ回路から入力を受け、第1の電気スイッチを動作させるように構成された制御回路とをさらに含む。制御回路は、第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されると、第1の電気スイッチをオンにするように構成される。   [0008] One embodiment of a resonant converter according to the present disclosure is configured to receive an input voltage and includes an input stage comprising a first electrical switch connected in series with a primary winding of a transformer, and provides an output voltage And an output stage including a capacitive element connected to the secondary winding of the transformer so that the electrical resonance can occur when an input voltage is applied. The resonant converter is connected to the first electrical switch and is configured to determine when the voltage across the first electrical switch is substantially absent, and receives an input from the voltage monitor circuit, And a control circuit configured to operate one electrical switch. The control circuit is configured to turn on the first electrical switch when it is detected that the voltage across the first electrical switch is substantially absent.

[0009]本発明により、従来技術より多くの利点が得られる。本開示において提供する方法により、交流直流変換器は、軽負荷から重負荷まで所望の出力パワーレベルを維持しながら効率的に動作することができるようになる。また、高効率が得られることにより、パワーシステムの熱要件が軽減され、出力密度が著しく高くなる。さらに、開示された技術は、高電圧および/または高周波数で動作する場合、スイッチング要素の完全性の維持に役立ちうる。開示された技術は、絶縁型および非絶縁型の両方の共振コンバータに適用することができる。本発明の上記および他の実施形態については、本発明の利点および特徴とともに、以下の記載および添付の図面を参照しながら詳細に説明される。   [0009] The present invention provides many advantages over the prior art. The method provided in this disclosure allows an AC to DC converter to operate efficiently while maintaining a desired output power level from light to heavy loads. Also, high efficiency is obtained, which reduces the thermal requirements of the power system and significantly increases the power density. Furthermore, the disclosed techniques can help maintain the integrity of the switching elements when operating at high voltages and / or high frequencies. The disclosed technique can be applied to both isolated and non-isolated resonant converters. These and other embodiments of the present invention, as well as the advantages and features of the present invention, are described in detail with reference to the following description and accompanying drawings.

一実施形態による非絶縁型共振コンバータを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a non-insulated resonant converter according to one embodiment. 図1の非絶縁型共振コンバータのV、IS1およびDrive 1の波形の図である。FIG. 2 is a waveform diagram of V S , I S1, and Drive 1 of the non-insulated resonant converter of FIG. 1. 制御回路への通知に使用されうるフィードバックのタイプを示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating types of feedback that can be used to notify a control circuit. 制御回路への通知に使用されうるフィードバックのタイプを示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating types of feedback that can be used to notify a control circuit. 一実施形態によるバーストモードを示すVおよびDrive 1の波形を示す。FIG. 5 shows a waveform for V S and Drive 1 illustrating a burst mode according to one embodiment. FIG. 一実施形態によるバーストモードを示すVSおよびDrive 1の波形を示す。FIG. 6 shows VS and Drive 1 waveforms showing burst mode according to one embodiment. FIG. Drive 1が出力電力を低減するためにTONを低減させる様子と、これによりVをゼロに戻すように駆動する電流が不十分になりうる様子を示す波形を示す。And how the Drive 1 is to reduce the T ON to reduce the output power, thereby indicating waveforms illustrating how the current may become insufficient to drive to return the V S to zero. 一実施形態による絶縁型共振コンバータを示す概略図である。It is the schematic which shows the insulation type resonant converter by one Embodiment. 一実施形態による、漏れインダクタンスを生じうる変圧器の簡易図である。FIG. 3 is a simplified diagram of a transformer that can cause leakage inductance, according to one embodiment. 絶縁型共振コンバータの出力段の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the output stage of an insulation type resonant converter. 絶縁型共振コンバータの出力段の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the output stage of an insulation type resonant converter. 絶縁型共振コンバータの出力段の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the output stage of an insulation type resonant converter. 絶縁型共振コンバータの出力段の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the output stage of an insulation type resonant converter. 前述した図に示すもののような同期整流器を駆動するための回路の実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a circuit for driving a synchronous rectifier such as that shown in the previous figures. 前述した図に示すもののような同期整流器を駆動するための回路の実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a circuit for driving a synchronous rectifier such as that shown in the previous figures. 前述した図に示すもののような同期整流器を駆動するための回路の実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a circuit for driving a synchronous rectifier such as that shown in the previous figures. 電力変換方法の実施形態を示す流れ図である。It is a flowchart which shows embodiment of the power conversion method. 電力変換方法の実施形態を示す流れ図である。It is a flowchart which shows embodiment of the power conversion method. 一実施形態による、S制御を行うための例示的な制御回路を示す概略図である。According to one embodiment, it is a schematic diagram illustrating an exemplary control circuit for performing S 1 control. アクティブクランプ回路の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of an active clamp circuit. アクティブクランプ回路の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of an active clamp circuit. アクティブクランプ回路の実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of an active clamp circuit. 別の実施形態におけるアクティブクランプの使用を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the use of an active clamp in another embodiment.

[0024]添付の図面において、同様の構成要素および/または特徴には同じ参照符号を付与しているものもある。また、同じタイプのさまざまな構成要素は、同様の構成要素間を区別するダッシュやさらなる符号を参照符号の後につけて区別しているものもある。本明細書において最初の参照符号しか使用されていなければ、さらなる参照符号の有無にかかわらず、同一の最初の参照符号を有する同様の構成要素のいずれにも本記載を適用することができる。   [0024] In the accompanying drawings, similar components and / or features may be given the same reference numerals. Also, various components of the same type may be distinguished by placing a dash or additional reference after the reference symbol to distinguish between similar components. If only the first reference number is used herein, the description can be applied to any similar component having the same first reference number, with or without additional reference numbers.

[0025]本発明は、一般に、パワーエレクトロニクスコンバータに関する。特に、本発明は、適応共振コンバータおよび対応する制御回路に関する。開示された実施形態は、無負荷から重負荷までの範囲にわたって非常に高い効率を保ちながら、内部変化および外部変化に適応し、さまざまな線路パラメータ、負荷パラメータ、環境パラメータおよび構成要素パラメータの状況下で動作する機能を有する。このような電力変換器は、例えば、ラップトップコンピュータ、USB電源装置などの電力密度が非常に高い種々の電子装置の任意のものに電力を供給する交流直流電力変換器において利用されうる。本明細書において詳述する技術は、絶縁型および非絶縁型の両方の共振コンバータに適用することができる。   [0025] The present invention relates generally to power electronics converters. In particular, the invention relates to adaptive resonant converters and corresponding control circuits. The disclosed embodiments adapt to internal and external changes while maintaining very high efficiency over a range from no load to heavy load, under various line parameters, load parameters, environmental parameters and component parameters. It has a function to operate in. Such power converters can be used in AC / DC power converters that supply power to any of a variety of electronic devices with very high power densities, such as laptop computers, USB power supplies, and the like. The techniques detailed herein can be applied to both isolated and non-isolated resonant converters.

[0026]特に、以下に開示される実施形態では、4つの方法および技術が適用される。1)共振回路一次スイッチにおいて同期スイッチング技術が使用される。ゼロ電圧スイッチングを利用することによって、本発明の実施形態は、スイッチング損失を大幅に低減させることができる。2)出力同期整流器駆動回路においても同期スイッチング技術が使用される。制御回路は、このような効率的なスイッチングを実現可能にするために、一次回路および/または二次回路の特定のスイッチにかかる電圧および/または電流をモニタしてもよい。3)実施形態は、軽負荷条件から重負荷条件下でのゼロ電圧スイッチングを維持するために、「バーストモード」で共振コンバータを動作させることを含んでもよい。この機能は、線路および負荷の変動、さらに環境パラメータおよび/または構成要素パラメータの変化を補償するように自動調節される。さらに、「バーストモード」機能は、応用に順応し優れた効率を保つためにユーザによるプログラムが可能なものでありうる。4)コンポーネントの電力損失の増大や電力変換器の効率低下を招く不要なエネルギークランプを最小限に抑えるために、アクティブ電圧クランプ回路が使用される。これは、特に、共振コンバータの絶縁変圧器が、統合や部品数の削減のために高い漏れインダクタンスで意図的に設計されている場合である。一次共振インダクタンス(Lp)と変圧器漏れインダクタンス(LlK)との関係は、1:1の変圧比Lp=Llkの場合、以下で表される。

(数1) Lp=(Llk.Np)/Ns (1)

漏れインダクタンスは、一次回路から二次回路への最大出力伝達のために選択される。
[0026] In particular, in the embodiments disclosed below, four methods and techniques are applied. 1) A synchronous switching technique is used in the resonant circuit primary switch. By utilizing zero voltage switching, embodiments of the present invention can significantly reduce switching losses. 2) The synchronous switching technology is also used in the output synchronous rectifier drive circuit. The control circuit may monitor the voltage and / or current across a particular switch of the primary circuit and / or the secondary circuit to enable such efficient switching. 3) Embodiments may include operating the resonant converter in “burst mode” to maintain zero voltage switching from light to heavy load conditions. This function is automatically adjusted to compensate for line and load variations, as well as changes in environmental and / or component parameters. Further, the “burst mode” function may be programmable by the user to adapt to the application and maintain excellent efficiency. 4) An active voltage clamp circuit is used to minimize unnecessary energy clamps that result in increased component power loss and reduced power converter efficiency. This is particularly the case when the isolation transformer of the resonant converter is deliberately designed with high leakage inductance for integration and component reduction. The relationship between the primary resonance inductance (Lp) and the transformer leakage inductance (Llk) is expressed as follows when the transformation ratio Lp = Llk is 1: 1.

(Expression 1) Lp = (Llk.Np 2 ) / Ns 2 (1)

The leakage inductance is selected for maximum power transfer from the primary circuit to the secondary circuit.

[0027]特に高周波共振コンバータにおける出力段のループインダクタンスおよびスイッチング損失を著しく低減させるために、高度化された高密度パワーエレクトロニクスパッケージングが適用されうる。パワースイッチング配線技術は、センシング、熱管理およびEMI閉じ込めにおける利点を有しうる。一体型プロセスフローにより作製された一体型の構造の代わりに、組立型の構造が用いられてもよい。   [0027] Advanced high density power electronics packaging may be applied to significantly reduce output stage loop inductance and switching losses, especially in high frequency resonant converters. Power switching wiring technology can have advantages in sensing, thermal management and EMI containment. An assembled structure may be used instead of the integrated structure produced by the integrated process flow.

[0028]また、開示される技術の一部またはすべてが、共振コンバータを供給する力率改善(PFC:Power Factor Correction)またはアクティブ整流回路に適用されうる。   [0028] Also, some or all of the disclosed techniques may be applied to a power factor correction (PFC) or active rectifier circuit that supplies a resonant converter.

[0029]以下、上記において参照した回路および技術について説明する。
(同期スイッチング)
[0029] The circuits and techniques referred to above will now be described.
(Synchronous switching)

[0030]制御回路は、同期ゼロ電圧スイッチングを可能にするように、回路スイッチにかかる電圧および/または電流をモニタしてもよい。電圧または電流の検知方法には多くの異なるものがある。実施形態は、電圧または電流の検知が達成される特定の方法に特化したものではない。例えば、電流は、ホール効果センサ、絶縁用の能動回路を備えたものか、または備えていない精密抵抗器または変流器によって測定することもできる。一次電流の検知のみでは、スイッチング目的のための出力共振電流を良好に表しているとはいえない場合がある。一次電流と二次電流との間には、負荷、温度およびコンポーネントパラメータの変化とともに変動しうる著しい位相ずれがある。
場合によっては、絶縁型および非絶縁型の共振回路において、共振電流をモニタして2つ以上のスイッチを流れる電流を予測するために、1つの電流センサを利用することもできる。特定のスイッチの最良のターンオン時間を決定するために、所望の電圧・電流フィードバックが制御に利用されてもよい。
[0030] The control circuit may monitor the voltage and / or current across the circuit switch to allow synchronous zero voltage switching. There are many different ways to detect voltage or current. Embodiments are not specific to the particular way in which voltage or current sensing is achieved. For example, the current can be measured by a Hall effect sensor, a precision resistor or current transformer with or without an active circuit for isolation. Only the detection of the primary current may not be a good representation of the output resonant current for switching purposes. There is a significant phase shift between the primary and secondary currents that can vary with changes in load, temperature and component parameters.
In some cases, a single current sensor can be used to monitor resonant current and predict current flowing through two or more switches in isolated and non-insulated resonant circuits. Desired voltage and current feedback may be utilized for control to determine the best turn-on time for a particular switch.

[0031]図1は、一実施形態による非絶縁型共振コンバータ100を示す概略図である。図1に示す実施形態および本明細書における他の記載は、非限定的な例として与えられている。当業者であれば、本明細書に提示するコンポーネントのさまざまな変形例、修正例および代替例を認識するであろう。   [0031] FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a non-isolated resonant converter 100 according to one embodiment. The embodiment shown in FIG. 1 and other descriptions herein are given as non-limiting examples. Those skilled in the art will recognize various variations, modifications, and alternatives to the components presented herein.

[0032]図1において、非絶縁型共振コンバータ100は、交流、直流または整流交流電圧源であってもよい入力電圧VINを有し、入力電圧VINより大きい電圧でありうる出力電圧Vを供給するように構成される。非絶縁型共振コンバータ100の動作は、電子スイッチSを電力要求に見合うように調整して非絶縁型共振コンバータ100を自己適応させるように電子スイッチSを駆動するDrive 1の動作によって一部決定される。誘導性素子LおよびLならびに容量性素子CおよびCは、非絶縁型共振コンバータ100における電気共振を可能にする。Cは、ノードVの集中回路容量であり、半導体スイッチSの寄生容量、L、Lに関連する容量など当該ノードにおける任意の電気的に接続された任意の他の漂遊容量およびL、C回路網の回路負荷を含むこともある。出力での同期整流は、スイッチSおよびダイオードDによって与えられ、出力電力が負荷抵抗Rに供給される。以下、同期整流およびDrive 2についてさらに詳細に説明する。 [0032] In FIG. 1, the non-insulated type resonant converter 100, an AC may be a DC or rectified AC voltage source having an input voltage V IN, the output voltage may be input voltage V IN is greater than the voltage V O Configured to supply. The operation of the non-isolated resonant converter 100 is partly due to the operation of Drive 1 that drives the electronic switch S 1 to adjust the electronic switch S 1 to meet the power requirements and to self-adapt the non-isolated resonant converter 100. It is determined. Inductive element L B and L R and the capacitive element C P and C R enables electrical resonance in non-isolated resonant converter 100. CP is the lumped circuit capacity of node V, and any other electrically connected stray capacitance and L at that node, such as the parasitic capacity of semiconductor switch S 1 , the capacity associated with L B , LR , etc. May include circuit load of R, CR network. Synchronous rectification of the output is given by the switches S R and the diode D B, the output power is supplied to the load resistor R L. Hereinafter, synchronous rectification and Drive 2 will be described in more detail.

[0033]非絶縁型共振コンバータ100が高スイッチング周波数で高出力応用において動作できるように、特殊化されたコンポーネントが利用されうる。例えば、いくつかの実施形態において、スイッチに利用するトランジスタおよびダイオードは、GaNまたは炭化ケイ素(SiC)などバンドギャップが大きい材料をベースにした装置でありうる。これにより、非絶縁型共振コンバータ100は、従来のシリコン系装置を使用する場合より高電圧、高温および高周波数での動作が可能となる。しかしながら、任意の半導体装置を使用することができる。   [0033] Specialized components may be utilized so that the non-isolated resonant converter 100 can operate in high power applications at high switching frequencies. For example, in some embodiments, the transistors and diodes utilized in the switch can be devices based on high bandgap materials such as GaN or silicon carbide (SiC). As a result, the non-insulated resonant converter 100 can operate at a higher voltage, higher temperature, and higher frequency than when a conventional silicon-based device is used. However, any semiconductor device can be used.

[0034]絶縁変圧器が使用される場合、共振回路の高周波動作を向上させるために、機能性磁石材料および幾何学的形状が用いられてもよい。非絶縁型および絶縁型のトポロジーが利用される場合、他の磁気コンポーネントに高度化された材料が使用されてもよい。   [0034] If an isolation transformer is used, functional magnet material and geometry may be used to improve the high frequency operation of the resonant circuit. If non-isolated and isolated topologies are utilized, advanced materials for other magnetic components may be used.

[0035]非絶縁型共振コンバータ100において利用されるさまざまなコンポーネントの値は、所望の機能性、製造に係る考慮事項および/または他の要員に応じて変動しうる。   [0035] The values of the various components utilized in the non-isolated resonant converter 100 may vary depending on the desired functionality, manufacturing considerations, and / or other personnel.

[0036]図2は、非絶縁型共振コンバータ100の動作を説明しやすくするためのものであって、図1の非絶縁型共振コンバータ100のV、IS1およびDrive 1の波形を示す図である。Drive 1の波形は、スイッチがオンにされた時間TONおよびスイッチがオフにされた時間TOFFを含むスイッチング周期を有するオン/オフサイクルを複数回実施するために、Drive 1がどのようにスイッチSを動作させうるかを示す。 [0036] FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the non-isolated resonant converter 100, and shows the waveforms of V S , I S1 and Drive 1 of the non-isolated resonant converter 100 of FIG. It is. The Drive 1 waveform shows how Drive 1 switches to perform multiple on / off cycles with a switching period that includes a time T ON when the switch is turned on and a time T OFF when the switch is turned off. indicating capable of operating the S 1.

[0037]図示するように、スイッチSがオンのとき、ノードVの電圧は低下し、電流IS1は上昇を開始して、Drive 1がスイッチSをオフにするときにピーク電流Iに達する。スイッチSがオフになると、L、C間の共振およびLおよびCの等価インピーダンスが生じる。電流がCに流れ、ここで、実施形態によっては、入力電圧VINの最大3倍の電圧に達することもある。しかし、その後、Vは電流IS1の向きが逆転することにより、VINより低い電圧まで下がる。共振周波数は、以下の式の通りである。
(2)
式中、LおよびCは、ノードVでのテブナン等価インダクタンスおよび静電容量である。
[0037] As shown, when the switch S 1 is on, the voltage at node V S is reduced, the current I S1 initiates a rise, peak current I when the Drive 1 turns off the switch S 1 P is reached. When the switch S 1 is turned off, L B, the equivalent impedance of the resonance and L R and C R between C P occurs. Current flows through the C R, where, in some embodiments, may reach up to three times the voltage of the input voltage V IN. However, after that, V S drops to a voltage lower than V IN due to the reverse direction of the current I S1 . The resonant frequency is as follows:
(2)
Wherein, L and C are the Thevenin equivalent inductance and capacitance at node V S.

[0038]非絶縁型共振コンバータ100の1つの利点となる特徴は、SのスイッチングL、LおよびC間に生じる共振により生じる電圧波形でSのゼロ電圧スイッチングが可能となることである。すなわち、Sにかかる電圧がゼロボルトまたはゼロボルト付近であるときに、Sがスイッチングされることで、容量Cのスイッチング損失が大幅に低減される。Sにかかる電圧は、IS1が十分に大きくなるとゼロ電圧に戻り、寄生または意図的に含まれたS並列ダイオードの作用により、または最適時間T1でのSの後続するターンオンによりゼロ電圧に保たれる。 [0038] wherein as the One advantage of the non-insulated resonant converter 100, the switching L B of S 1, it is possible to zero-voltage switching of S 1 in the voltage waveform caused by the resonance generated between L R and C P It is. That is, when the voltage applied to the S 1 is at zero volts or near zero volts, that S 1 is being switched, the switching loss of the capacitor C P is greatly reduced. The voltage across S 1 returns to zero voltage when I S1 becomes sufficiently large and is zero voltage due to the action of parasitic or intentionally included S 1 parallel diodes, or subsequent turn-on of S 1 at the optimal time T1. To be kept.

[0039]T1でSを最適にターンオンするために、電圧Vは、直接モニタされるか、または同様の典型的な電圧波形(例えば、変圧器巻線)を介してモニタされうる。例えば、ゼロ電圧検出回路は、Vがゼロボルトに近づくか、またはゼロボルトになると、Sの次のTON遷移が開始されるように利用されうる。 [0039] In order to optimally turn on S 1 at T1, the voltage V S can be monitored directly or via a similar typical voltage waveform (eg, transformer winding). For example, a zero voltage detection circuit can be utilized such that when V S approaches or reaches zero volts, the next T ON transition of S 1 is initiated.

[0040]Sノードのゼロ電圧スイッチングから高められた効率は、各スイッチング周期において、以下の式により、本来でればSで消失していたはずの静電容量Cのエネルギーを最小限に抑えることから得られるものである。
(3)
[0040] efficiency increased from zero voltage switching of S 1 node, minimal in each switching cycle, by the following equation, the energy of the capacitance C P that should have disappeared at S 1 if Dere originally It is obtained from restraining.
(3)

[0041]電圧がゼロボルトまたはゼロボルト付近にあるときにすぐにSをオンにすることで、Sと並列のダイオード(寄生または意図的)における伝導が低減および/または排除される。 [0041] Turning on S 1 immediately when the voltage is at or near zero volts reduces and / or eliminates conduction in diodes (parasitic or intentional) in parallel with S 1 .

[0042]ゼロ電圧検出回路やT1でのSの最適なターンオンは、共振回路網(インダクタンス、静電容量または抵抗)の動的値または初期値の変動により、共振波形の形が変化するとともに、最適なターンオン開始時間T1も変化するという点でも利点となる。しかしながら、ゼロ電圧検出回路は、主として他の回路変動から独立して、T1が最適となるようにスイッチングサイクル毎にスイッチング波形を適応しうる。 [0042] optimum turn-on of the S 1 at zero voltage detector and T1 is resonant network (inductance, capacitance or resistance) due to changes in the dynamic value or initial value, with the shape of the resonance waveform changes This is also advantageous in that the optimum turn-on start time T1 also changes. However, the zero voltage detection circuit can adapt the switching waveform every switching cycle so that T1 is optimal, largely independent of other circuit variations.

[0043]したがって、非絶縁型共振コンバータ100および同様の共振コンバータの入力から出力(VINからV)への効率的な電力電圧は、ゼロ電圧スイッチングを得る共振動作を維持しながら、Sのオンオフ時間を制御することによって主に統制される。図3Aおよび図3Bは、共振コンバータのさまざまな実施形態において、Sを駆動する制御回路においてどのようにフィードバックが使用されうるかを示した簡易概略図である。 [0043] Thus, an efficient power voltage from the input to the output (V IN to V O ) of the non-isolated resonant converter 100 and similar resonant converters allows S 1 while maintaining resonant operation to obtain zero voltage switching. It is mainly controlled by controlling the on / off time. 3A and 3B are simplified schematic diagrams illustrating how feedback may be used in the control circuit driving S 1 in various embodiments of the resonant converter.

[0044]図3Aは、電圧フィードバックを用いて出力段周りのシステムにフィードバックを与えることを示す図である。また、図3Bは、電流フィードバックを用いて出力段周りのシステムにフィードバックを与えることを示す図である。しかしながら、他の構成として、両方の組み合わせが利用されてもよい。例えば、実施形態において、出力に送られるエネルギーを制御するために、出力フィードバック(P=V*Iの場合)が利用されてもよい。図示されているように、いくつかの実施形態におけるフィードバック信号は、信号絶縁回路(フォトカプラや信号変圧器など)を用いて絶縁型のコントローラ方式においてガルバニック絶縁(入力から出力)されてもよい。 [0044] FIG. 3A is a diagram illustrating providing feedback to a system around an output stage using voltage feedback. FIG. 3B is a diagram illustrating providing feedback to the system around the output stage using current feedback. However, as another configuration, a combination of both may be used. For example, in embodiments, output feedback (if P O = V O * I O ) may be used to control the energy sent to the output. As shown, the feedback signal in some embodiments may be galvanically isolated (output from input) in an isolated controller scheme using a signal isolation circuit (such as a photocoupler or signal transformer).

[0045]実施形態によって、ゼロ電圧スイッチングを維持しながら出力調整を達成するようにSを変調する方法として、種々の異なる方法が利用されてもよい。このような方法として、3つの方法、周波数変調、オンタイム(TON)変調およびパルス密度変調など、いわゆる「バーストモード」がある。この技術は、変動する内部条件および外部条件下においてゼロ電圧スイッチングを維持する制御下バーストモードを含む。以下、この特徴についてさらに詳細に説明する。
(同期スイッチング出力段)
The [0045] embodiment, as a method for modulating the S 1 so as to achieve an output adjustment while maintaining zero voltage switching, a variety of different methods may be utilized. Such methods include so-called “burst modes”, such as three methods, frequency modulation, on-time (T ON ) modulation and pulse density modulation. This technique includes a controlled burst mode that maintains zero voltage switching under varying internal and external conditions. Hereinafter, this feature will be described in more detail.
(Synchronous switching output stage)

[0046]さらなる損失低減および高効率化を図るため、共振電力変換器の出力段において同期スイッチングが利用されてもよい。同期整流は、フライバックなどのトポロジーに利点を与えうる。利点となりうる例としては、1)磁化電流が負となりうるため、不連続導通モードが回避され、無負荷条件下であっても出力電圧が調整されること、2)ゼロ電圧スイッチングが達成されうること、3)整流器の導通損が、特に定電圧レベルで著しく軽減されることなどがある。   [0046] Synchronous switching may be utilized at the output stage of the resonant power converter to further reduce loss and increase efficiency. Synchronous rectification can provide advantages for topologies such as flyback. Examples that may be advantageous are: 1) the magnetizing current can be negative, discontinuous conduction mode is avoided, the output voltage is adjusted even under no-load conditions, and 2) zero voltage switching can be achieved. 3) The conduction loss of the rectifier may be significantly reduced especially at a constant voltage level.

[0047]以下は、絶縁型の構成の場合および絶縁型の構成の場合の例である。   [0047] The following are examples of the case of the insulation type configuration and the case of the insulation type configuration.

[0048]図1に示すように、非絶縁型共振コンバータ100は、アイソレーションが設けられていないコンバータの単純な一実施形態である。しかしながら、図7および同図以降の図に示されているように、アイソレーションを設けた回路の使用を含め、図1の単純な設計に対してさまざまな変形が加えられたものであってもよい。   [0048] As shown in FIG. 1, the non-isolated resonant converter 100 is a simple embodiment of a converter that is not provided with isolation. However, as shown in FIG. 7 and subsequent figures, various modifications may be made to the simple design of FIG. 1, including the use of an isolated circuit. Good.

[0049]図7は、一実施形態による絶縁型共振コンバータ700を示す概略図である。この実施形態において、変圧器Tが絶縁を与え、所望の機能性に応じて電圧変化をさらにもたらすものであってもよい。点線の両向き矢印は、別の構成を示す。このように、変圧器Tの二次巻線は、以下においてさらに詳細に説明するように、例えば、絶縁型共振コンバータ700を動作させる所望の段に応じていずれに接続されてもよい。いくつかの実施形態において、図1のLインダクタは、変圧器Tの磁化インダクタンスLMAGによって実現されてもよく、および/または、すべて置き換えられてもよい。さらに、図示されているように、共振インダクタLは、入力側(LRB)または出力側(LRA)のいずれに配置されてもよい。他の形態において、いくつかの実施形態は、上記の両方を含むものであってもよい。 [0049] FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an isolated resonant converter 700 according to one embodiment. In this embodiment, the transformer T 1 is given insulation, may further result in a voltage change in accordance with the desired functionality. A dotted double-pointing arrow indicates another configuration. Thus, the secondary winding of the transformer T 1, as described in further detail below, for example, may be connected to one depending on the desired stage of operating a dielectric resonator converter 700. In some embodiments, L B inductor of Figure 1 may be implemented by magnetizing inductance L MAG of the transformer T 1, and / or may be replaced. Further, as illustrated, the resonant inductor L R may be disposed in any of the input side (L RB) or output side (L RA). In other forms, some embodiments may include both of the above.

[0050]誘導性素子の値は、コンバータの入力および/または出力の仕様に応じて変動しうる。例えば、出力電圧が入力電圧よりかなり低い場合、共振インダクタンスの値は、インダクタンスLRAがLRBと比較してかなり低い値となるように、変圧器の巻数比の2乗に比例して減少しうる。これにより、例えば、位置LRBに磁心を備えることでより多くのインダクタンス損失を招きうるインダクタの代わりに、損失が非常に低い空心インダクタを使用しやすくなる。 [0050] The value of the inductive element may vary depending on the input and / or output specifications of the converter. For example, if the output voltage is much lower than the input voltage, the value of the resonant inductance decreases in proportion to the square of the transformer turns ratio so that the inductance L RA is much lower than L RB. sell. Thus, for example, instead of the inductor which can lead to more inductance losses by providing a magnetic core in the position L RB, loss is likely to use a very low air-core inductor.

[0051]また、一次巻線と二次巻線との間に漏れインダクタンスが加わることで、入力側(LRB)または出力側(LRA)の一方または両方のインダクタンスが回路に含まれうる。漏れインダクタンスは、一次巻線と二次巻線との間の物理的な離隔距離を増大させると高くなる。 [0051] Also, leakage inductance is added between the primary and secondary windings so that either or both of the input side (L RB ) and output side (L RA ) inductances can be included in the circuit. The leakage inductance increases with increasing physical separation between the primary and secondary windings.

[0052]図8は、一実施形態による、このような漏れインダクタンスを与えうる変圧器800の簡易図である。この実施形態によれば、同じ鉄心脚に一次巻線および二次巻線を(例えば、互いに上下に)巻き付けるのではなく、互いに別々の鉄心脚に並べて巻き付けて、所望の量の漏れインダクタンスを故意に導入するようにしてもよい。ここでは、磁心810の一方側に一次巻線820が巻き付けられ、他方側に二次巻線830が巻き付けられ、磁心810は、これらの巻線の間に磁束840を伝達する。   [0052] FIG. 8 is a simplified diagram of a transformer 800 that may provide such leakage inductance, according to one embodiment. According to this embodiment, instead of winding the primary and secondary windings around the same core leg (eg, one above the other), they are wound side by side on separate core legs to intentionally produce the desired amount of leakage inductance. You may make it introduce in. Here, a primary winding 820 is wound on one side of the magnetic core 810, and a secondary winding 830 is wound on the other side, and the magnetic core 810 transmits a magnetic flux 840 between these windings.

[0053]この方法は、図8(およびアイソレーションを設ける他の実施形態)のトポロジーに適用すると、少なくとも2つの重要な利点を有しうる。まず、物理的コンポーネントとしてコンポーネントLRAおよび/またはLRBを排除することができる。さらに、一次巻線820と二次巻線830との間のガルバニック絶縁を非常に容易に達成することができる。これは、巻線が巻線型のものである場合や多層プリント回路基板に巻線が埋め込まれた場合である。また、巻線が上下に積層されていないため、巻線層の数が半減される。これにより、巻線の構築に多層プリント回路基板(PCB)が用いられる実施形態において、PCBのコストを大幅に削減することができる。また、PCBを用いない実施形態でも、巻線の巻回が比較的容易で、変圧器に絶縁テープが不要となるため、製造コストを削減することができる。 [0053] This method may have at least two significant advantages when applied to the topology of FIG. 8 (and other embodiments for providing isolation). First, the components L RA and / or L RB can be excluded as physical components. Furthermore, galvanic isolation between the primary winding 820 and the secondary winding 830 can be achieved very easily. This is the case when the winding is of a winding type or when the winding is embedded in a multilayer printed circuit board. Also, since the windings are not stacked one above the other, the number of winding layers is halved. This can greatly reduce the cost of the PCB in embodiments where a multilayer printed circuit board (PCB) is used to construct the windings. Further, even in an embodiment that does not use a PCB, winding of the winding is relatively easy and an insulating tape is not required for the transformer, so that the manufacturing cost can be reduced.

[0054]図7の絶縁型共振コンバータ700をさらに参照すると、変圧器800の二次巻線830の極性は、いずれの方向のものであってもよく、この極性の方向が、L(LRAおよび/またはLRB)およびCを通る電力伝達が生じるSの位相を決定しうる。 [0054] With further reference to the isolated resonant converter 700 of FIG. 7, the polarity of the secondary winding 830 of the transformer 800 may be in any direction, the direction of this polarity being L R (L It may determine the RA and / or L RB) and C R power transfer through the results S 1 phase.

[0055]絶縁型共振回路の高周波動作の向上のために、特殊磁石材料および幾何学的形状が採用されてもよい。また、回路の他の磁気コンポーネントにも高性能材料が用いられてもよい。   [0055] Special magnet materials and geometric shapes may be employed to improve the high frequency operation of the isolated resonant circuit. High performance materials may also be used for other magnetic components of the circuit.

[0056]図7の絶縁型共振コンバータ700において、出力ダイオードDは、出力正電圧レールの代わりにゼロ電圧基準(すなわち、出力GND)に移行してもよい。すなわち、駆動信号Drive 2の電圧基準がゼロボルトになりうるため、ダイオード整流器Dに追加して、またはその代替として、半導体スイッチ整流器を備えることが非常に容易になりうるということである。 [0056] In the insulation type resonant converter 700 in FIG. 7, the output diode D O is output zero voltage reference instead of a positive voltage rail (i.e., the output GND) may be shifted to. That is, since the voltage reference of the driving signal Drive 2 may be zero volts, in addition to the diode rectifier D O, or as an alternative, it is that is can be very easily with a semiconductor switch rectifier.

[0057]図9は、絶縁型共振コンバータの出力段900の一実施形態を示す。この出力段は、例えば、図7の絶縁型共振コンバータ700の出力段の一変形例でありうる。ここで、図7と同様に、変圧器Tの二次巻線は、所望の機能性に応じて、いずれの向きに接続されてもよい。この出力段900において、Dは、非絶縁型共振コンバータと同様の構成においてハイサイド(正電圧レール)に位置している。前述したように、このような構成は可能であるが、半導体スイッチに駆動波形を供給することがより困難になりうる。 [0057] FIG. 9 illustrates one embodiment of an output stage 900 of an isolated resonant converter. This output stage can be, for example, a modification of the output stage of the isolated resonant converter 700 of FIG. Here, similarly to FIG. 7, the secondary winding of the transformer T 1, depending on the desired functionality, may be connected to either direction. In the output stage 900, D O is located on the high side (positive voltage rail) in the same configuration as the non-insulated resonant converter. As described above, such a configuration is possible, but it may be more difficult to supply a drive waveform to the semiconductor switch.

[0058]半導体スイッチをダイオード位置(図示せず)の代わりとして、または同期整流器として知られるように、ダイオード位置(図示せず)と並列させることで、スイッチの導電損失を低減させることができる。このような同期整流器は、より低い抵抗が望ましい多くの応用に含まれうる。Drive 2については、以下に詳述する。   [0058] Conductivity of the switch can be reduced by paralleling the semiconductor switch in place of the diode position (not shown) or in parallel with the diode position (not shown), as known as a synchronous rectifier. Such synchronous rectifiers can be included in many applications where lower resistance is desired. Drive 2 will be described in detail below.

[0059]なお、図7および図9のコンデンサCの位置は、追加的にまたは代替的に、ダイオードDの位置の両端に並列に接続されてもよい。Cは、一般的には、出力静電容量よりかなり小さいため、Cは、非常に大きな出力静電容量と直列になった場合に電気的に等価な回路を形成する。したがって、上述した実施形態において記載した共振回路は、ダイオードDの寄生容量を含む。 [0059] The position of the capacitor C R 7 and 9, additionally or alternatively, may be connected in parallel across the position of the diode D O. C R is typically much smaller than the output capacitance, C R forms an electrically equivalent circuit when it becomes a very large output capacitance and series. Therefore, the resonance circuit described in the above-described embodiment includes the parasitic capacitance of the diode D 2 O.

[0060]図10は、絶縁型共振コンバータの出力段1000の別の実施形態を示す。ここでも、変圧器Tの二次巻線は、所望の機能性に応じて、いずれの向きに接続されてもよい。しかしながら、この出力段1000は、L(前述したように、漏れインダクタンスの場合もある)およびCが、変圧器の二次側と並列ではなく直列に接続される変形例を含む。 [0060] FIG. 10 illustrates another embodiment of an output stage 1000 of an isolated resonant converter. Again, the secondary winding of the transformer T 1, depending on the desired functionality, may be connected to either direction. However, this output stage 1000 includes a variation in which L R (which may be a leakage inductance, as described above) and C R are connected in series rather than in parallel with the secondary side of the transformer.

[0061]出力段1000のトポロジーは、整流器DO1およびDO2(および/またはそれらの半導体スイッチ等価物)の電圧が、導通時、出力電圧にスイッチ電圧降下を加えたものにほぼ制限されるため利点となりうる。実際のところ、例えば、前述した実施形態において、VS1は、Vより3〜4倍低い。これは、低定格電圧ダイオードおよび半導体スイッチを使用できるため利点となりうる。これらのコンポーネントは、通常、多くの場合、低抵抗および低導通電圧降下のものであることにより、熱抑制および高効率化が図られる。高出力電流用途のようないくつかの応用によっては、これらの利点が得られるのであれば、出力段1000の複雑性が増してもそれに見合うだけの価値が得られる場合もある。 [0061] The topology of output stage 1000 is such that the voltage of rectifiers D O1 and D O2 (and / or their semiconductor switch equivalents) is almost limited to the output voltage plus the switch voltage drop when conducting. It can be an advantage. In fact, for example, in the embodiment described above, V S1 is 3 to 4 times lower than V S. This can be an advantage because low rated voltage diodes and semiconductor switches can be used. These components are usually of low resistance and low conduction voltage drop, so that thermal suppression and high efficiency are achieved. For some applications, such as high output current applications, if these benefits are obtained, the increased complexity of the output stage 1000 may be worth it.

[0062]図11および図12は、出力段1100および1200のさらなる実施形態をそれぞれ示す。これらの構成は、図10の出力段1000との電気的に等価な変形例を示す。図10は、SR1が共振回路と共振コンバータの正の出力レールとの間に直列に接続されうる様子を示しているのに対して、図11は、SR1が共振回路と共振コンバータの負の出力レールとの間に直列に接続されうる様子を示している。図12は、出力コンデンサCが2つに分割され、変圧器Tの二次巻線が新たに2つになったコンデンサCO1およびCO2の間に結合されうる様子を示す。
(同期整流器の制御)
[0062] FIGS. 11 and 12 illustrate further embodiments of output stages 1100 and 1200, respectively. These configurations show modifications that are electrically equivalent to the output stage 1000 of FIG. FIG. 10 shows that S R1 can be connected in series between the resonant circuit and the positive output rail of the resonant converter, whereas FIG. 11 shows that S R1 is the negative of the resonant circuit and the resonant converter. It shows a state that it can be connected in series with the output rail. FIG. 12 shows that the output capacitor C O can be split in two and the secondary winding of the transformer T 1 can be coupled between the two new capacitors C O1 and C O2 .
(Control of synchronous rectifier)

[0063]出力側同期整流器駆動回路に同期スイッチングを用いることができる。ゼロ電圧スイッチングを利用することによって、本発明の実施形態は、スイッチング損失を大幅に低減させることができる。制御回路は、このような効率的なスイッチングを実現可能にするために、一次回路および/または二次回路の特定のスイッチにかかる電圧および/または電流をモニタしてもよい。   [0063] Synchronous switching can be used in the output side synchronous rectifier drive circuit. By utilizing zero voltage switching, embodiments of the present invention can significantly reduce switching losses. The control circuit may monitor the voltage and / or current across a particular switch of the primary circuit and / or the secondary circuit to enable such efficient switching.

[0064]図1、図7および図9に示す出力段回路について、出力段共振回路は並列であり、電流波形と電圧波形との間に位相差がある。また、S波形および変圧器波形と出力整流器(D)位置の間にも位相差がある。したがって、Sコントローラは、同期整流器(S)を切り換えるべきときを判定することができない。 [0064] For the output stage circuits shown in FIGS. 1, 7 and 9, the output stage resonant circuits are in parallel and there is a phase difference between the current waveform and the voltage waveform. Further, there is a phase difference also between S 1 waveform and transformer waveform and the output rectifier (D O) position. Therefore, S 1 controller can not determine when to switch the synchronous rectifier (S R).

[0065]S位置に寄生または意図したダイオードがあるとした場合、スイッチSをオンにする理想的な状況は、ダイオードの電圧が最小(導通状態)で、ダイオードでの電流の流れが正(陽極から陰極)のときに生じる。Sがオンになり、電圧が最小になると、低D/S電圧からSをオフにすべきときを判定することは困難になるため、電圧情報だけではSを動作させるには十分ではない場合もある。 [0065] If there are S R parasitic or intended diode position, ideal situation to turn the switch S R is the voltage of the diode is smallest (conducting state), the flow of current in the diode is positive Occurs when (from anode to cathode). S R is turned on, the voltage is minimized, since it becomes difficult to determine when the low D O / S R voltage to be off the S R, the only voltage information to operate the S R is It may not be enough.

[0066]図13は、この課題に対するブロックレベルでの解決策を示す概略図である。ここで、変流器、ANDゲート、インバータ増幅器および駆動回路は、電圧が最小になり(例えば、ゼロまたはゼロ付近)、D/Sの電流の流れが正(陽極から陰極への方向)であるときにSがオンになるようにするためのものである。Sは、電流の流れがほぼゼロになると、再びオフにされる。ここで、変流器の一次巻線は、共振回路の少なくとも一部分の電流(例えば、I、IDBまたはIDO)に接続され、インバータ増幅器は、ダイオードDのノードに接続され、ANDゲートは、変流器の(例えば、二次巻線からの)出力およびインバータ増幅器の出力を用いてブールAND関数を実行するように構成される。この回路は、図1、図7および図9のDrive 2に信号を供給するために使用されうる。 [0066] FIG. 13 is a schematic diagram showing a block-level solution to this problem. Here, the current transformer, the AND gate, an inverter amplifier and driver circuit, a voltage is minimized (e.g., near zero or zero), D O / S flow R of the current is positive (the direction from the anode to the cathode) it is intended to prevent the S R is turned on when it is. S R, when the current flow is substantially zero, is turned off again. Here, the primary winding of the current transformer is connected to the current (eg, I R , I DB or I DO ) of at least a portion of the resonant circuit, the inverter amplifier is connected to the node of the diode D O , and the AND gate Is configured to perform a Boolean AND function using the output of the current transformer (eg, from the secondary winding) and the output of the inverter amplifier. This circuit can be used to provide a signal to Drive 2 of FIGS.

[0067]図10から図12に示す回路について、コンデンサCは、D素子と直列に接続されているため、整流器において電流の流れが正(陽極から陰極)であるときが分かればよい。したがって、図14の回路は、SR1およびSR2の制御駆動を(個々に)決定するための解決策を示す。 [0067] For the circuit shown in FIG. 12 from FIG. 10, the capacitor C R, because they are connected to the D O element in series, it may knowing when current flow in the rectifier is positive (cathode from the anode). Accordingly, the circuit of FIG. 14 shows a solution for determining (individually) the control drive of S R1 and S R2 .

[0068]他の形態において、Cの電流は、位置SR1およびSR2が2つの逆位相二次巻線のいずれかと反対の位相で通じるため、単一の変流器で双方向に検知されてもよい。このような回路の一例を図15に示す。同図において、二次共振回路の電流は、変流器の第1の二次巻線および第2の二次巻線を用いて検出され、駆動部を介してスイッチSR1およびSR2を駆動する。電流が正の場合、一方の整流器がオンになり、電流が負の場合、他方の整流器がオンになる。他の形態において、正負電流検出付きの単一の変流器二次巻線(図示せず)が利用されうる。 [0068] In another embodiment, the current of C R is detected since the position S R1 and S R2 can communicate in either the opposite phase of the two antiphase secondary winding, bidirectional single current transformer May be. An example of such a circuit is shown in FIG. In the figure, the current of the secondary resonance circuit is detected using the first secondary winding and the second secondary winding of the current transformer, and drives the switches S R1 and S R2 via the drive unit. To do. When the current is positive, one rectifier is turned on, and when the current is negative, the other rectifier is turned on. In other configurations, a single current transformer secondary winding (not shown) with positive and negative current detection may be utilized.

[0069]図16は、一実施形態による電力変換方法を示す流れ図である。機能性は、全体としてまたは部分的に、図1、図7および図9から図12に対して記載される回路および他の構成部品を含むハードウェアおよび/またはソフトウェアによって与えられうる。   [0069] FIG. 16 is a flow diagram illustrating a power conversion method according to one embodiment. Functionality may be provided in whole or in part by hardware and / or software that includes the circuits and other components described for FIGS. 1, 7, and 9-12.

[0070]ブロック1610において、共振コンバータには誘導性素子および容量性素子を有する共振回路が設けられ、共振回路に入力電圧が印加されると電気共振を生じさせる。誘導性素子および容量性素子の値は、スイッチング周波数、所望の機能性および/または他の要因に応じて変動しうる。   [0070] At block 1610, the resonant converter is provided with a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element, causing electrical resonance when an input voltage is applied to the resonant circuit. The values of the inductive and capacitive elements can vary depending on the switching frequency, the desired functionality and / or other factors.

[0071]ブロック1620において、共振回路に接続された電気スイッチに実質的に電圧がかかっていないときを判定するために、電圧モニタ回路が使用される。図1から図6に示すように、スイッチ(例えば、図1のスイッチS)の制御は、該スイッチにかかる電圧に基づいたものでありうる。電圧がゼロまたはゼロ付近であるとき、スイッチング効率が最適化される。したがって、ブロック1630において、電気スイッチは、電気スイッチに実質的に電圧がかかっていないことが検出されたときにオンになるように作動される。 [0071] In block 1620, a voltage monitor circuit is used to determine when substantially no voltage is applied to the electrical switch connected to the resonant circuit. As shown in FIGS. 1-6, control of a switch (eg, switch S 1 in FIG. 1 ) can be based on the voltage across the switch. Switching efficiency is optimized when the voltage is at or near zero. Accordingly, at block 1630, the electrical switch is actuated to turn on when it is detected that the electrical switch is substantially free of voltage.

[0072]任意のステップとして、ブロック1640において、電気スイッチは、一定時間にわたってスイッチがオン/オフサイクルを複数回繰り返した後にオフにされるモードで作動される。「バーストモード」では、共振コンバータが、ゼロ電圧スイッチングを可能にしながら、出力電力を維持することができうる。   [0072] As an optional step, at block 1640, the electrical switch is operated in a mode that is turned off after the switch repeats the on / off cycle multiple times over a period of time. In “burst mode”, the resonant converter may be able to maintain output power while allowing zero voltage switching.

[0073]図17は、別の実施形態による、電力変換方法を示す流れ図である。図16と同様に、図17に示す機能性は、すべてまたは部分的に、図1、図7および図9〜図12に対して記載した回路および他のコンポーネントを含むハードウェアおよび/またはソフトウェアで与えられうる。   [0073] FIG. 17 is a flow diagram illustrating a power conversion method according to another embodiment. Similar to FIG. 16, the functionality shown in FIG. 17 may be implemented in whole or in part in hardware and / or software including the circuits and other components described with respect to FIGS. 1, 7, and 9-12. Can be given.

[0074]ブロック1710において、共振コンバータには、共振回路に入力電圧が印加されると電気共振を生じるように誘導性素子および容量性素子を有する共振回路が設けられる。ここでも、誘導性素子の値および容量性素子の値は、スイッチング周波数、所望の機能性および/または他の要因に応じて変動しうる。   [0074] In block 1710, the resonant converter is provided with a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element so that electrical resonance occurs when an input voltage is applied to the resonant circuit. Again, the value of the inductive element and the value of the capacitive element may vary depending on the switching frequency, the desired functionality and / or other factors.

[0075]ブロック1720において、ダイオードと電気スイッチとを備える同期整流器を用いて共振コンバータの出力電圧が整流される。このような整流は、例えば、スイッチSによって前述した実施形態において与えられる。上述したように、同期整流器のスイッチング効率は、電圧だけでなく、電流にも基づいてタイミングがとられてもよい。このように、ブロック1730において、電気スイッチは、ダイオードに実質的に電圧がかかっておらず、ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるときに電気スイッチがオンになるように作動される。 [0075] At block 1720, the output voltage of the resonant converter is rectified using a synchronous rectifier comprising a diode and an electrical switch. Such commutation, for example, given in the above embodiment the switch S R. As described above, the switching efficiency of the synchronous rectifier may be timed based on current as well as voltage. Thus, at block 1730, the electrical switch is actuated so that the electrical switch is turned on when substantially no voltage is applied to the diode and the current flow of the diode is positive in the direction from the anode to the cathode. Is done.

[0076]なお、図16および図17に示す特定のブロックは、2つの特定の実施形態による電力変換方法を示しているものである。他の実施形態が、別の機能性および/またはさらなる機能性を備えてもよい。図16および図17には図示されていない機能性を実施形態がさらに含んでもよい。さらに、特定の用途に応じて、ステップの追加、除去および/または並び替えがなされてもよい。当業者であれば、さまざまな変形例、修正例および代替例を認識するであろう。   [0076] It should be noted that the specific blocks shown in FIGS. 16 and 17 illustrate power conversion methods according to two specific embodiments. Other embodiments may include additional functionality and / or additional functionality. Embodiments may further include functionality not shown in FIGS. 16 and 17. Furthermore, steps may be added, removed and / or rearranged depending on the particular application. Those skilled in the art will recognize various variations, modifications, and alternatives.

[0077]なお、「ゼロ電圧」スイッチングについて記載する例および実施形態は、厳密にゼロの電圧でスイッチを動作させるものでなくてもよい。回路において使用されるコンポーネントおよび材料の耐性が異なることにより、例えば、ゼロ電圧検出器が検出するゼロ電圧に変動が生じることもありうる。しかしながら、このような検出器は、電圧が存在する場合であっても、許容値内であれば、使用の目的に合わせてゼロ電圧とみなされる場合、実質的にゼロ電圧(すなわち、実質的に電圧がない)を検出することもある。   [0077] It should be noted that the examples and embodiments described for “zero voltage” switching may not operate the switch at a strictly zero voltage. Different tolerances of the components and materials used in the circuit can cause variations in, for example, the zero voltage detected by the zero voltage detector. However, such a detector is substantially zero voltage (ie substantially zero) if it is considered to be zero voltage for the purpose of use, even if voltage is present, if within tolerances. May be detected).

[0078]また、本明細書に記載する例および実施形態は、説明する目的のものにすぎず、これらの例および実施形態を考慮した上でなされたさまざまな修正例や変更が当業者に提示され、本願の趣旨および範囲内および添付の特許請求の範囲内に含まれるものとされる。
(制御バーストモード)
[0078] Also, the examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and various modifications and changes made in consideration of these examples and embodiments will be presented to those skilled in the art. And is intended to be within the spirit and scope of the application and the appended claims.
(Control burst mode)

[0079]制御下にある「バーストモード」を含み、ゼロ電圧スイッチングを維持しながら出力調整を達成するためにSを変調する種々の異なる方法が利用されてもよい実施形態もありうる。以下、このような変調技術の概要について記載する。 [0079] under the control includes a "burst mode", there may be a variety of different methods may be utilized embodiments for modulating the S 1 in order to achieve the output adjustment while maintaining zero voltage switching. Hereinafter, an outline of such a modulation technique will be described.

[0080](周波数変調)周波数変調について、周波数が高くなるほど、Iの値が低くなる。言い換えれば、出力電力の調整にスイッチング周波数を用いることができるということである。しかしながら、周波数変調と相反する(ゼロ電圧検出法を用いる)ゼロ電圧検出器は、周波数調整において一般的に使用されない。これは、ゼロ電圧検出器を使用すると、TOFF時間(デューティサイクル)および結果的にはスイッチング周期(ひいては周波数)の変化を招きうるためである。 [0080] For (frequency modulation) frequency modulation, as the frequency becomes higher, the value of I P becomes low. In other words, the switching frequency can be used to adjust the output power. However, zero voltage detectors (which use zero voltage detection methods), which conflict with frequency modulation, are not commonly used in frequency adjustment. This is because the use of a zero voltage detector can lead to changes in T OFF time (duty cycle) and consequently switching period (and hence frequency).

[0081](最大TON変調)最大TON変調に応じて、Sは、TONが1/VINに比例する時間に最大値を有するように変調されうる。すなわち、入力電圧VINが高いほど、TONの長さが短くなる。これにより、回路における最大電力伝達は、IがTONに密接に関係しているため、VINが変動した場合であっても比較的安定したものとなる。これは、最大電力電圧(最大出力負荷)の場合のものでありうるが、より低出力負荷/軽出力負荷への出力(電圧、電流または電力)を調整するためには、さらなるTON調整が必要になる場合がある。以下において、最適なTON変調に関するさらなる詳細について記載する。 [0081] (Maximum T ON modulation) In response to the maximum T ON modulation, S 1 may be modulated such that T ON has a maximum value at a time proportional to 1 / V IN . That is, the higher the input voltage V IN, the length of the T ON is shortened. Thus, the maximum power transfer in the circuit, since the I P is closely related to T ON, even when V IN is varied becomes relatively stable. This may be the case for the maximum power voltage (maximum output load), but in order to adjust the output (voltage, current or power) to a lower output load / light output load, further TON adjustment is required. It may be necessary. In the following, further details regarding optimal TON modulation will be described.

[0082](制御バーストモード)TONの最大時間は、1/VINに比例することが好ましい場合もある。しかしながら、ここで、スイッチSは、継続的ではなくバースト間隔で切り換えられるように駆動される。このようにして、伝達される平均電力が低減される。 [0082] (Control Burst Mode) T ON maximum time it is sometimes preferred to be proportional to 1 / V IN also. However, where the switch S 1 is driven to be switched burst interval not continuous,. In this way, the transmitted average power is reduced.

[0083]図4および図5は、一実施形態によるバーストモードを示すVの波形およびDrive 1の波形を示す。図4は、Sについての一続き(または「バースト」)のオン/オフサイクルの波形を示す。出力電力は、バースト周波数を調節することによって、維持および/または調節することができる。図5は、ある一定の出力電力を維持するためにバーストを連続して与える様子の一例を示す。さらに、上述したように、TONは、ある一定の出力電力およびゼロ電圧スイッチングを維持するために調節されてもよい。 [0083] FIGS. 4 and 5 show the waveform of V S and the waveform of Drive 1 showing the burst mode according to one embodiment. FIG. 4 shows a series (or “burst”) on / off cycle waveform for S 1 . The output power can be maintained and / or adjusted by adjusting the burst frequency. FIG. 5 shows an example of how bursts are continuously applied to maintain a certain output power. Further, as described above, T ON may be adjusted to maintain a constant output power and zero voltage switching in.

[0084]図4に示すように、バーストモードにおける各オン/オフサイクルのオン時間TONが徐々に長くなるようにすることもできる。このように長さが増していくTON周期にB1、B2、B3およびB4を付与している。B1からB4へのDrive 1の進行に伴い、TONの長さを長くすることによって、共振回路網は、オーバーシュートを生じさせることなく、バースト毎に共振を徐々に確立させることが可能である。このような漸進的な変調を用いない場合、B1、B2以降に続くVの初期共振ピークが非常に高くなり、オーバーシュートが生じる可能性があり、スイッチSに悪影響を及ぼす事態を招きうる。 [0084] As shown in FIG. 4, it is also possible to make the ON / OFF cycle of the on-time T ON in the burst mode is gradually lengthened. Have granted B1, B2, B3 and B4 in T ON period such that the length is gradually increased. With the progress of Drive 1 from B1 to B4, by increasing the length of T ON, resonant network, without causing overshoot, it is gradually possible to establish the resonance in each burst . If such does not use progressive modulation, the initial resonance peak of V S following the B1, B2 and later is very high, there is a possibility that overshooting occurs, it can lead to adversely affect the situation in the switch S 1 .

[0085]なお、図4および図5の波形は説明を目的として示したものにすぎない。実際には、単一バースト周期におけるスイッチング周期の数、VおよびDrive 1の大きさ、各オン/オフサイクルのデューティサイクルなど、例示した波形のさまざまな特徴は、構成、電力要求および/または他の要件に応じてさまざまなものでありうる。 [0085] It should be noted that the waveforms of FIGS. 4 and 5 are shown for illustrative purposes only. In practice, the various features of the illustrated waveform, such as the number of switching periods in a single burst period, the magnitude of V S and Drive 1, the duty cycle of each on / off cycle, can vary in configuration, power requirements and / or other Depending on the requirements, it can vary.

[0086]また、「バーストモード」機能は、特定の用途に容易に適合させ、高効率を保つために、ユーザプログラム可能なものにされうる。共振回路においてゼロ電圧が達成されない場合、バーストモードの始動が有用な場合もありうる。これは、高効率を達成するために軽負荷で電力損を最小限に抑えるようにコンバータが動作する場合、特に当てはまる。ゼロボルトの検出機構を備えていない場合、スイッチは、非常に高い周波数でのスイッチング時に軽負荷でダメージを受ける可能性がある。   [0086] The "burst mode" function can also be made user programmable to easily adapt to a particular application and maintain high efficiency. If zero voltage is not achieved in the resonant circuit, burst mode starting may be useful. This is especially true when the converter operates to minimize power loss at light loads to achieve high efficiency. Without a zero volt detection mechanism, the switch can be damaged at light loads when switching at very high frequencies.

[0087]いくつかの実施形態によれば、スイッチSは、MOSFET、MESFETなどのGaNトランジスタでありうる。このような実施形態において、スイッチSは、同様のシリコン系スイッチより高い周波数で変調されうる。高周波スイッチングにより、磁気コンポーネントおよび容量コンポーネントのサイズが縮小されることで、電力アダプタの全体サイズの縮小およびコストの削減を図ることができる。例えば、いくつかの実施形態において、スイッチング周波数のオーダーはメガヘルツ単位のものであるのに対して、バースト周波数のオーダーは、数十キロヘルツのものでありうる。 According to [0087] some embodiments, the switch S 1 is, MOSFET, can be a GaN transistor, such as MESFET. In such embodiments, the switch S 1 may be modulated at a frequency higher than a similar silicon-based switches. By reducing the size of the magnetic component and the capacitive component by high-frequency switching, it is possible to reduce the overall size and cost of the power adapter. For example, in some embodiments, the order of the switching frequency is in megahertz, while the order of the burst frequency can be in the tens of kilohertz.

[0088](TON変調)上述したバーストモードの一変形例として、要求された設定点および調整を達成するためにより低い出力負荷に対してTONを制御することができる(ただし、いくつかの実施形態においては、TON変調を他の変調技術とともに用いてもよい)。TON変調は、ほとんどの応用の出力電力範囲においてうまくいくが、出力負荷が小さいほど、TON時間は短くなる。TON時間が短くなると、電流Iが小さくなりうる。さらに、共振回路網における循環エネルギーではVをゼロボルトに戻すエネルギーとして不十分なものとなりうる場合がある。図6は、このようなジレンマとともに、いくつかの実施形態により実施可能な解決策を示すために役立つ図である。 [0088] (T ON modulation) As a variation of the burst mode described above, T ON can be controlled for lower output loads to achieve the required set point and adjustment (although some In embodiments, TON modulation may be used with other modulation techniques). TON modulation works well in the output power range for most applications, but the smaller the output load, the shorter the TON time. As the TON time decreases, the current IP can decrease. Furthermore, it may be inadequate as an energy back to zero volts V S is a circular energy in resonant network. FIG. 6 is a diagram useful with such a dilemma to illustrate a solution that can be implemented according to some embodiments.

[0089]図6は、TON変調を用いて、Drive 1が出力電力を低減するためにTONを低減させる様子と、これにより、電流IS1(図示せず)がVをゼロに戻すように駆動するには不十分な電流となりうる様子を示す波形を示す。ここで、ゼロ電圧スイッチングが起こりえなくなったときを認知し、Vがゼロまたはゼロ付近にないときにスイッチングが起こることで生じうる効率損失およびスイッチSへのダメージの可能性を回路が防止できるようにするために、ゼロ電圧検出回路を使用することもできる。 [0089] FIG. 6 shows how Drive 1 reduces T ON to reduce output power using T ON modulation, which causes current I S1 (not shown) to return V S to zero. In this way, a waveform showing how the current may be insufficient for driving is shown. Here, it recognizes when it is no longer happen that zero voltage switching, the likelihood of damage to the efficiency losses and a switch S 1 which may occur by switching happens when V S is not near zero or zero circuit prevention A zero voltage detection circuit can also be used to do this.

[0090]例示した実施例では、Vがゼロへ戻ることができない不能状態が存在するときを判定するために、ゼロ電圧検出信号がモニタされうる。例えば、複数回のスイッチングサイクルの間にゼロボルト検出信号が受信されなければ、一定時間Drive 1をディセーブルにして、Drive 1を再度イネーブルにしたとき、回路がより高い瞬時電力を要求することで平均出力を要求レベルに調整するようにする。電力要求が高くなると、Drive 1のTON時間が長くなることで、次の複数回のサイクルの間、再度ゼロ電圧スイッチングが可能になる。 [0090] In the illustrated embodiment, a zero voltage detection signal may be monitored to determine when there is an inability state where V S cannot return to zero. For example, if a zero volt detection signal is not received during multiple switching cycles, when the drive 1 is disabled for a period of time and the drive 1 is re-enabled, the circuit requests higher instantaneous power to Adjust the output to the required level. When power demand increases, T ON time of Drive 1 that is long, during the next several cycles, it is possible to zero-voltage switching again.

[0091]すなわち、Vsのゼロ電圧スイッチングの不能状態が検出されたとき、バーストモードは周期的に初期化されうる。   [0091] That is, when an inability to zero voltage switching of Vs is detected, the burst mode can be periodically initialized.

[0092]ゼロ電圧の検出方法により、バーストモード動作を高め、あらゆる負荷、特に軽負荷でのコンバータ効率を保ちつつ、スイッチダメージの可能性をなくす適応制御が可能になる。   [0092] The zero voltage detection method enables adaptive control that enhances burst mode operation and eliminates the possibility of switch damage while maintaining converter efficiency at all loads, particularly light loads.

[0093]図18は、一実施形態による、S制御を与える例示的な制御回路を示す。回路の共振周波数を発生させるために、安定モードにおいて555タイマが使用される。R値、R値およびC値がこの周波数を決定する。555タイマの出力周波数およびゼロボルト検出信号がORゲートに供給された後、ORゲートはタイマ出力をトリガすることになる。ゼロボルト検出信号は、タイマ出力を高レベルに設定するために必要である。555タイマの出力は、駆動部1に供給される。また、出力電圧が検知され、電圧調整用の比較器に供給される。したがって、555タイマは、出力電圧が基準より高いか、または他の保護信号が低レベルで作動される場合、リセットされる。
(制御アクティブクランピング)
[0093] FIG. 18, according to one embodiment, illustrates an exemplary control circuit for providing the S 1 control. A 555 timer is used in stable mode to generate the resonant frequency of the circuit. R A values, R B values and C values to determine this frequency. After the 555 timer output frequency and zero volt detect signal are provided to the OR gate, the OR gate will trigger the timer output. The zero volt detection signal is necessary to set the timer output to a high level. The output of the 555 timer is supplied to the drive unit 1. Also, the output voltage is detected and supplied to a voltage adjustment comparator. Thus, the 555 timer is reset if the output voltage is higher than the reference or other protection signal is activated at a low level.
(Control active clamping)

[0094]ゼロボルトスイッチングを強制して応力電圧によるスイッチへのダメージの可能性を抑制するとともに、過剰損失およびコンバータの非効率を招く不要なクリッピングをなくすために、ピーク共振電圧を所定のレベルに保つように、制御アクティブクランピング技術が用いられうる。絶縁型コンバータにおいて、変圧器のピークリセット電圧が入力電圧より著しく大きい場合、クランプ回路が所定のピーク電圧で作動される。変調により、変動する負荷条件下でのクランプ回路の過剰損失が低減されうる。ピーク電圧の変調により、効率的な電力電圧および制御可能な出力電圧調整が可能となる。   [0094] Peak resonant voltage is kept at a predetermined level to force zero volt switching to reduce the possibility of stress voltage damage to the switch and to eliminate unnecessary clipping that leads to excess loss and converter inefficiency As such, a controlled active clamping technique can be used. In an isolated converter, if the transformer peak reset voltage is significantly greater than the input voltage, the clamp circuit is activated at a predetermined peak voltage. Modulation can reduce the excess loss of the clamp circuit under varying load conditions. Modulation of the peak voltage allows for efficient power voltage and controllable output voltage adjustment.

[0095]電圧スパイクを制限してコンポーネントの応力を低減するために、レジスタ・コンデンサ・ダイオード(RCD)回路などの一般的なスナバ回路およびクランプ回路がスイッチに使用される。これによりさらなる回路放熱が得られることで、省力化を実現できる。このような回路において、スイッチがオフにされ、一次巻線における電流の流れが急に止められると、絶縁型共振回路の変圧器の漏れインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって電圧スパイクが生じる。電圧スパイクおよびクランプ損失の両方を低減する第1のステップは、共振コンバータにとっては理想的ではない場合もあるが、最小漏れインダクタンスの変圧器を設計することである。インダクタンスとスイッチの寄生容量との間の共振は、大きな電圧応力とともに損失を生じさせるため、変換効率が低下する。クランプ抵抗は、損失をさらに低減するように高くなりうるが、このようにすることで、電圧スパイクも大きくなる。スイッチングサイクルの残りの間に、影響を受けた出力電圧がクランプレジスタにかかり、さらなる損失を生じる。より高い電圧スイッチを使用すれば、電圧スパイクにマージンを与え、より大きなレジスタが可能となる。しかしながら、定格電圧が大きいと、オン抵抗が大きくなり、高負荷での効率が低くなる。コントローラがバーストモードで動作しているとき、クランプ回路は、ON状態間で放電する。クランプコンデンサが大きすぎると、過剰なエネルギーが蓄積され、OFF状態中に放出される。状況によっては、クランプコンデンサは、次のON状態の開始前に完全に放電しない場合もある。   [0095] Common snubber and clamp circuits, such as resistor-capacitor-diode (RCD) circuits, are used in the switches to limit voltage spikes and reduce component stress. Thereby, further circuit heat dissipation can be obtained, so that labor saving can be realized. In such a circuit, when the switch is turned off and the current flow in the primary winding is suddenly stopped, a voltage spike is caused by the energy stored in the leakage inductance of the transformer of the isolated resonant circuit. The first step in reducing both voltage spikes and clamp losses is to design a transformer with minimum leakage inductance, which may not be ideal for a resonant converter. The resonance between the inductance and the parasitic capacitance of the switch causes a loss along with a large voltage stress, thus reducing the conversion efficiency. Although the clamp resistance can be high to further reduce the loss, doing so also increases the voltage spike. During the remainder of the switching cycle, the affected output voltage is applied to the clamp resistor, causing further losses. Using a higher voltage switch gives margin to the voltage spike and allows a larger resistor. However, when the rated voltage is large, the on-resistance is increased and the efficiency at a high load is lowered. When the controller is operating in burst mode, the clamp circuit discharges between ON states. If the clamp capacitor is too large, excess energy is stored and released during the OFF state. In some circumstances, the clamp capacitor may not discharge completely before the next ON state begins.

[0096]実施形態において、RCDクランプ回路ではなく、アクティブクランピング技術を利用する場合もある。無損失LCおよびクランプスイッチ回路は、例えば、変圧器の漏れインダクタンスエネルギーに、無効電力として入力で発振させ、および/または有効電力として負荷にエネルギーを伝達するようにさせうる。いずれの場合も、エネルギーはレジスタにおいて放出されず、損失も低減する。アクティブクランプ回路への利点として、広幅配線および負荷変動下においてエネルギーを伝達することが可能となることが挙げられる。このような技術は、力率補正(PFC)回路を含む共振回路に適している。スイッチと、コンデンサとからなるアクティブクランプ回路が、変圧器の漏れインダクタンスを処理して変圧器のリセットが達成される。アクティブクランプ回路は、負荷変動に応じて電力を調整するように、制御可能な電流源として働く。   [0096] In embodiments, an active clamping technique may be utilized rather than an RCD clamp circuit. The lossless LC and clamp switch circuit may, for example, cause transformer leakage inductance energy to oscillate at the input as reactive power and / or transfer energy to the load as active power. In either case, energy is not released at the resistor and losses are reduced. As an advantage to the active clamp circuit, it is possible to transmit energy under wide wiring and load fluctuation. Such a technique is suitable for a resonant circuit including a power factor correction (PFC) circuit. An active clamp circuit consisting of a switch and a capacitor handles the leakage inductance of the transformer to achieve transformer reset. The active clamp circuit acts as a controllable current source to adjust the power in response to load variations.

[0097]このような構成により多くの利点が得られる。例えば、デューティサイクルが50%より高くなることで、高巻数比、低一次電流、低二次電圧および小さな出力インダクタが得られる。また、一次スイッチの電圧応力は、全入力電圧範囲にわたって比較的一定のままであるため、全体効率が良くなる。さらに、この手法ではゼロボルトスイッチングが可能であるため、スイッチング周波数の増大によりさらなるサイズの縮小化が図られる。   [0097] Such an arrangement provides many advantages. For example, a duty cycle higher than 50% results in a high turns ratio, a low primary current, a low secondary voltage and a small output inductor. Also, the primary switch voltage stress remains relatively constant over the entire input voltage range, thus improving overall efficiency. Furthermore, since this method allows zero volt switching, the size can be further reduced by increasing the switching frequency.

[0098]図19から図21は、絶縁型コンバータの実施形態において利用可能なアクティブクランプ回路の例の概略図である。関係するさまざまなコンポーネント、構成の変更およびその他の変更の値は、所望の機能性に応じて変動しうるものであって、このような変動は、当業者であれば理解しうるものであろう。図示するように、図19および図20の回路は、比較器および駆動部を利用して、アクティブクランプがオンになるときを判定し、これは、上述したように、用途や所望の機能性に応じて、さまざまな所望の電圧の任意の電圧で生じうる(例えば、500V、800Vなど)。一方で、図20の回路は、クランプスイッチがノード2とノード3にある変圧器の巻線によってクランプスイッチが供給されうる様子を示す。このように、クランプスイッチのターンオン電圧は、ノード2とノード3との間の巻線数によって決めることができる。したがって、図21の回路は、アクティブクランピングが受動コンポーネントで行われうる様子を示している。   [0098] FIGS. 19-21 are schematic diagrams of examples of active clamp circuits that may be used in an isolated converter embodiment. The various components involved, configuration changes, and other change values can vary depending on the desired functionality, and such variations will be understood by those skilled in the art. . As shown, the circuits of FIGS. 19 and 20 utilize a comparator and driver to determine when the active clamp is on, as described above, depending on the application and desired functionality. Depending, it can occur at any of a variety of desired voltages (eg, 500V, 800V, etc.). On the other hand, the circuit of FIG. 20 shows how the clamp switch can be supplied by the windings of the transformer with the clamp switch at node 2 and node 3. Thus, the turn-on voltage of the clamp switch can be determined by the number of windings between the node 2 and the node 3. Thus, the circuit of FIG. 21 illustrates how active clamping can be performed with passive components.

[0099]図22は、図1の非絶縁型回路に類似したPFC回路に適用される技術を示す。低電力低電流の応用においては、ゼロボルトスイッチングを達成するために小さな磁化インダクタンスを使用することがより適切でありうる。漏れインダクタンスとクランプ容量との間の共振は、変圧器がリセットされたときに起こる。高い入力電圧でゼロボルトスイッチングを与え、変圧器のサイズおよび損失を小さく抑えたままにするために、磁化インダクタンスは、スイッチング周波数とともに設計される。   [0099] FIG. 22 illustrates a technique applied to a PFC circuit similar to the non-isolated circuit of FIG. In low power, low current applications, it may be more appropriate to use a small magnetizing inductance to achieve zero volt switching. The resonance between the leakage inductance and the clamp capacitance occurs when the transformer is reset. In order to provide zero volt switching at high input voltages and keep the transformer size and losses small, the magnetizing inductance is designed with the switching frequency.

[0100]変圧器のピークリセット電圧が入力電圧より著しく大きい場合、クランプ回路は、所定のピーク電圧で作動されうる。変調により、変動する負荷条件下でのクランプ回路の過剰損失が低減されうる。ピーク電圧の変調により、効率的な電力電圧および制御可能な出力電圧調整が可能となる。ピーク電圧レベルのクランピングを制御できる能力を備えることで、Sのゼロ電圧スイッチングとともにクランプスイッチが可能となる。クランプ回路およびバーストモード制御が、変動する負荷条件下、特に軽負荷下でゼロボルトスイッチングを実現する。 [0100] If the peak reset voltage of the transformer is significantly greater than the input voltage, the clamp circuit can be operated at a predetermined peak voltage. Modulation can reduce the excess loss of the clamp circuit under varying load conditions. Modulation of the peak voltage allows for efficient power voltage and controllable output voltage adjustment. By providing the ability to control the clamping of the peak voltage level, the clamp switch is possible with zero-voltage switching of S 1. Clamp circuit and burst mode control provide zero volt switching under varying load conditions, especially under light loads.

[0101]Sにかかる電圧は、図19から図21に示す方法と同様の技術を用いて検知されうる。電圧の検知には他の方法も適用可能である。検知信号は、クランプ回路において比較器によって基準電圧と比較される。所定のOFF状態電圧(すなわち、しきい値電圧)で、クランプスイッチはオンにされ、余分な共振エネルギーがVBUSに戻される。このような回路の適応性により、高効率を達成するために負荷や環境の変動を補償することが可能となる。 [0101] the voltage across the S 1 may be detected using techniques similar to the method shown in FIGS. 19 to 21. Other methods are also applicable to voltage detection. The detection signal is compared with a reference voltage by a comparator in a clamp circuit. At a predetermined OFF state voltage (ie, threshold voltage), the clamp switch is turned on and excess resonance energy is returned to VBUS . Such circuit adaptability makes it possible to compensate for variations in load and environment to achieve high efficiency.

[0102]本発明のさまざまな実施形態を上述してきたが、本明細書に記載した例および実施形態は説明を目的としたものにすぎず、このような記載を考慮してなされたさまざまな修正や変更は、当業者に示唆され、本願の趣旨および範囲内および添付の特許請求の範囲内のものである。   [0102] While various embodiments of the present invention have been described above, the examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only and various modifications made in light of such descriptions. Such changes and modifications are suggested to those skilled in the art and are within the spirit and scope of the present application and the appended claims.

Claims (45)

入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、
ダイオードおよび電気スイッチを備え、前記共振回路の少なくとも一部分と前記共振コンバータの出力との間に接続された同期整流器と、
前記ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記電気スイッチがオンになるように前記電気スイッチを動作するように構成された制御回路とを備える共振コンバータ。
A resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied;
A synchronous rectifier comprising a diode and an electrical switch and connected between at least a portion of the resonant circuit and the output of the resonant converter;
Configured to operate the electrical switch to turn on the electrical switch when the voltage across the diode is substantially absent and the current flow of the diode is positive in the direction from the anode to the cathode. And a resonant converter.
前記電気スイッチは、GaNトランジスタを備える、請求項1に記載の共振コンバータ。   The resonant converter of claim 1, wherein the electrical switch comprises a GaN transistor. 前記制御回路は、
前記共振回路の少なくとも一部分の電流に接続された変流器と、
前記ダイオードに接続されたインバータ増幅器と、
前記変流器の出力および前記インバータ増幅器の出力を用いてブールAND関数を実行するように構成されたANDゲートとをさらに備える、請求項1に記載の共振コンバータ。
The control circuit includes:
A current transformer connected to the current of at least a portion of the resonant circuit;
An inverter amplifier connected to the diode;
The resonant converter of claim 1, further comprising an AND gate configured to perform a Boolean AND function using the output of the current transformer and the output of the inverter amplifier.
前記共振コンバータは、非絶縁型共振コンバータである、請求項1に記載の共振コンバータ。   The resonant converter according to claim 1, wherein the resonant converter is a non-insulated resonant converter. 前記共振コンバータは、入力段と出力段とを接続する変圧器を有する絶縁型共振コンバータであり、
前記出力段は、前記同期整流器を備える、請求項1に記載の共振コンバータ。
The resonant converter is an isolated resonant converter having a transformer that connects an input stage and an output stage,
The resonant converter of claim 1, wherein the output stage comprises the synchronous rectifier.
前記共振コンバータの前記出力は、正レールおよび負レールを有し、前記同期整流器は、前記共振回路と前記共振コンバータの前記出力の前記正レールとの間に直列接続される、請求項1に記載の共振コンバータ。   The output of the resonant converter has a positive rail and a negative rail, and the synchronous rectifier is connected in series between the resonant circuit and the positive rail of the output of the resonant converter. Resonant converter. 前記共振コンバータの前記出力は、正レールおよび負レールを有し、前記同期整流器は、前記共振回路と前記共振コンバータの前記出力の前記負レールとの間に直列接続される、請求項1に記載の共振コンバータ。   The output of the resonant converter has a positive rail and a negative rail, and the synchronous rectifier is connected in series between the resonant circuit and the negative rail of the output of the resonant converter. Resonant converter. 誘導性素子および容量性素子を有する共振回路を備える共振コンバータを、入力電圧が前記共振回路に印加されると電気共振を生じるように設け、
前記共振回路の少なくとも一部分と前記共振コンバータの出力との間に接続され、ダイオードおよび電気スイッチを備える同期整流器を用いて、前記共振コンバータの出力電圧を整流し、
前記ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記電気スイッチがオンになるように前記電気スイッチを動作させることを含む電力変換方法。
Providing a resonant converter comprising a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element so as to cause electrical resonance when an input voltage is applied to the resonant circuit;
Rectifying the output voltage of the resonant converter using a synchronous rectifier connected between at least a portion of the resonant circuit and the output of the resonant converter and comprising a diode and an electrical switch;
Power comprising operating the electrical switch to turn on when the voltage across the diode is substantially absent and the current flow of the diode is positive in the anode-to-cathode direction. Conversion method.
前記電気スイッチは、GaNトランジスタを備える、請求項8に記載の電力変換方法。   The power conversion method according to claim 8, wherein the electrical switch includes a GaN transistor. 前記電気スイッチを動作させることは、
変流器を用いて、前記共振回路の少なくとも一部分の電流をモニタし、
前記ダイオードのノードの電圧を反転させ、
前記変流器の出力および前記反転電圧を用いてブールAND関数を実行するANDを利用するように構成された制御回路を使用することを含む、請求項8に記載の電力変換方法。
Operating the electrical switch
Using a current transformer to monitor the current of at least a portion of the resonant circuit;
Invert the voltage at the node of the diode,
9. The power conversion method of claim 8, comprising using a control circuit configured to utilize an AND that performs a Boolean AND function using the output of the current transformer and the inverted voltage.
前記入力電圧と前記出力電圧との間で前記共振コンバータに絶縁を与えることをさらに含む、請求項8に記載の電力変換方法。   The power conversion method according to claim 8, further comprising providing insulation to the resonant converter between the input voltage and the output voltage. 入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、
ダイオードと、前記ダイオードと並列に配置された電気スイッチとをそれぞれ備える第1の同期整流器および第2の同期整流器と、
前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器のそれぞれについて、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記電気スイッチがオンになるように前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器を動作させるように構成された制御回路とを備える共振コンバータ。
A resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied;
A first synchronous rectifier and a second synchronous rectifier each comprising a diode and an electrical switch arranged in parallel with the diode;
For each of the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier, the first synchronous rectifier is such that the electrical switch is turned on when the current flow of the diode is positive in the direction from the anode to the cathode. And a control circuit configured to operate the second synchronous rectifier.
前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器のいずれか一方または両方の前記電気スイッチは、GaNトランジスタを備える、請求項12に記載の共振コンバータ。   The resonant converter of claim 12, wherein the electrical switch of one or both of the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier comprises a GaN transistor. 前記制御回路は、
前記共振回路の少なくとも一部分の電流を流すように構成された一次巻線と、
前記第1の同期整流器の前記電気スイッチを駆動するように構成された第1の二次巻線と、
前記第1の二次巻線の極性と反対の極性を有し、前記第2の同期整流器の前記電気スイッチを駆動するように構成された第2の二次巻線とを有する変流器をさらに備える、請求項12に記載の共振コンバータ。
The control circuit includes:
A primary winding configured to flow current of at least a portion of the resonant circuit;
A first secondary winding configured to drive the electrical switch of the first synchronous rectifier;
A current transformer having a polarity opposite to that of the first secondary winding and having a second secondary winding configured to drive the electrical switch of the second synchronous rectifier The resonant converter of claim 12, further comprising:
前記第1の二次巻線は、第1の駆動部を介して前記第1の同期整流器の前記電気スイッチを駆動するように構成され、
前記第2の二次巻線は、第2の駆動部を介して前記第2の同期整流器の前記電気スイッチを駆動するように構成される、請求項14に記載の共振コンバータ。
The first secondary winding is configured to drive the electrical switch of the first synchronous rectifier through a first drive;
The resonant converter of claim 14, wherein the second secondary winding is configured to drive the electrical switch of the second synchronous rectifier via a second drive.
前記第2の二次巻線は、前記共振コンバータの出力にさらに接続される、請求項14に記載の共振コンバータ。   The resonant converter of claim 14, wherein the second secondary winding is further connected to an output of the resonant converter. 前記共振コンバータの出力が、正レールおよび負レールを有し、前記第1の同期整流器は、前記共振回路と前記共振コンバータの前記出力の前記負のレールとの間に直列接続される、請求項12に記載の共振コンバータ。   The output of the resonant converter has a positive rail and a negative rail, and the first synchronous rectifier is connected in series between the resonant circuit and the negative rail of the output of the resonant converter. 13. A resonant converter according to item 12. 前記共振コンバータの出力が、正レールおよび負レールを有し、前記第1の同期整流器は、前記共振回路と前記共振コンバータの前記出力の前記正のレールとの間に直列接続される、請求項12に記載の共振コンバータ。   The output of the resonant converter has a positive rail and a negative rail, and the first synchronous rectifier is connected in series between the resonant circuit and the positive rail of the output of the resonant converter. 13. A resonant converter according to item 12. 入力電圧が印加されると電気共振を生じるように構成された誘導性素子および容量性素子を有する共振回路と、
前記共振回路の電流を流すように前記共振回路に接続された第1の電気スイッチと、
前記共振回路に接続され、前記第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するように構成された電圧モニタ回路と、
前記電圧モニタ回路から入力を受信し、前記第1の電気スイッチを動作させるように構成された制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されたとき、前記第1の電気スイッチをオンにするように構成される非絶縁型共振コンバータ。
A resonant circuit having an inductive element and a capacitive element configured to cause electrical resonance when an input voltage is applied;
A first electrical switch connected to the resonant circuit to pass a current of the resonant circuit;
A voltage monitor circuit connected to the resonant circuit and configured to determine when a voltage across the first electrical switch is substantially absent;
A control circuit configured to receive an input from the voltage monitor circuit and to operate the first electrical switch;
A non-isolated resonant converter configured to turn on the first electrical switch when the control circuit detects that a voltage across the first electrical switch is substantially absent.
前記第1の電気スイッチは、GaNトランジスタを備える、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The non-insulated resonant converter of claim 19, wherein the first electrical switch comprises a GaN transistor. 前記制御回路は、前記第1の電気スイッチが、一定時間にわたって複数のオン/オフサイクルを経た後でオフにされるモードで前記第1の電気スイッチを動作させるようにさらに構成される、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The control circuit is further configured to operate the first electrical switch in a mode in which the first electrical switch is turned off after a plurality of on / off cycles over a period of time. 19. A non-insulated resonant converter according to 19. 前記制御回路は、前記複数のオン/オフサイクルのオン/オフサイクル毎に、前記第1の電気スイッチがオンにされる時間が、連続するオン/オフサイクルのそれぞれに伴って次第に長くなるように前記第1の電気スイッチを動作させるようにさらに構成される、請求項21に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The control circuit is configured so that, for each on / off cycle of the plurality of on / off cycles, the time during which the first electrical switch is turned on gradually increases with each successive on / off cycle. The non-isolated resonant converter of claim 21 further configured to operate the first electrical switch. 前記制御回路は、ある一定の出力電力を維持するように前記モードを周期的に動作させるようにさらに構成される、請求項21に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The non-isolated resonant converter of claim 21, wherein the control circuit is further configured to operate the mode periodically to maintain a certain output power. 前記制御回路は、変調回路を備える、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The non-isolated resonant converter according to claim 19, wherein the control circuit includes a modulation circuit. 前記変調回路はプログラム可能である、請求項24に記載の非絶縁型共振コンバータ。   25. The non-isolated resonant converter of claim 24, wherein the modulation circuit is programmable. 前記制御回路は、前記非絶縁型共振コンバータの出力から電圧フィードバックを受けるようにさらに構成される、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The non-isolated resonant converter of claim 19, wherein the control circuit is further configured to receive voltage feedback from an output of the non-isolated resonant converter. 前記制御回路は、前記非絶縁型共振コンバータの出力から電流フィードバックを受けるようにさらに構成される、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。   The non-isolated resonant converter of claim 19, wherein the control circuit is further configured to receive current feedback from an output of the non-isolated resonant converter. 前記共振回路と前記非絶縁型共振コンバータの出力との間に同期整流器をさらに備え、前記同期整流器は、
ダイオードと、
前記ダイオードと並列に配置された第2の電気スイッチと、
前記ダイオードにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出され、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記第2の電気スイッチがオンになるように前記第2の電気スイッチを動作させるように構成されたスイッチング回路とを備える、請求項19に記載の非絶縁型共振コンバータ。
Further comprising a synchronous rectifier between the resonant circuit and the output of the non-isolated resonant converter, the synchronous rectifier,
A diode,
A second electrical switch arranged in parallel with the diode;
When the voltage across the diode is detected substantially absent and the current flow of the diode is positive in the anode-to-cathode direction, the second electrical switch is turned on so that the second electrical switch is turned on. 20. A non-insulated resonant converter according to claim 19, comprising a switching circuit configured to operate the electrical switch.
前記スイッチング回路は、前記電流の流れが実質的にゼロであるとき前記第2の電気スイッチがオフにされるように前記第2の電気スイッチを動作させるようにさらに構成される、請求項28に記載の非絶縁型共振コンバータ。   30. The switching circuit of claim 28, wherein the switching circuit is further configured to operate the second electrical switch such that the second electrical switch is turned off when the current flow is substantially zero. The non-insulated resonant converter described. 誘導性素子および容量性素子を有する共振回路を備える共振コンバータを、入力電圧が前記共振回路に印加されると電気共振を生じるように設け、
前記共振回路に接続された電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するために電圧モニタ回路を使用し、
前記電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されると、前記電気スイッチがオンにされるように前記電気スイッチを動作させることを含む電力変換方法。
Providing a resonant converter comprising a resonant circuit having an inductive element and a capacitive element so as to cause electrical resonance when an input voltage is applied to the resonant circuit;
Using a voltage monitor circuit to determine when there is substantially no voltage across an electrical switch connected to the resonant circuit;
A power conversion method comprising operating the electrical switch such that the electrical switch is turned on when it is detected that substantially no voltage is applied to the electrical switch.
前記電気スイッチが、一定時間にわたって複数のオン/オフサイクルを経た後でオフにされるモードで前記電気スイッチを動作させることをさらに含む、請求項30に記載の電力変換方法。   31. The power conversion method according to claim 30, further comprising operating the electrical switch in a mode in which the electrical switch is turned off after passing through a plurality of on / off cycles over a certain period of time. 前記複数のオン/オフサイクルのオン/オフサイクル毎に、前記電気スイッチがオンにされる時間が、連続するオン/オフサイクルのそれぞれに伴って次第に長くなるように前記電気スイッチを動作させることをさらに含む、請求項31に記載の電力変換方法。   Operating the electrical switch so that the time for which the electrical switch is turned on gradually increases with each successive on / off cycle for each on / off cycle of the plurality of on / off cycles. The power conversion method according to claim 31, further comprising: 前記共振回路と前記共振コンバータの出力とに接続され、ダイオードに並列接続された第2の電気スイッチを有する同期整流器を動作させることをさらに含み、前記同期整流器を動作させることは、前記ダイオードにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出され、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向に正であるとき前記第2の電気スイッチがオンにされるように前記第2の電気スイッチを動作させることを含む、請求項30に記載の電力変換方法。   Further comprising operating a synchronous rectifier having a second electrical switch connected to the resonant circuit and the output of the resonant converter and connected in parallel to a diode, wherein operating the synchronous rectifier is applied to the diode Actuating the second electrical switch such that the second electrical switch is turned on when it is detected that substantially no voltage is present and the current flow of the diode is positive from the anode to the cathode The power conversion method according to claim 30, further comprising: 前記電流の流れがゼロであることが検出されると、前記第2の電気スイッチがオフにされるように前記第2の電気スイッチを動作させることをさらに含む、請求項33に記載の電力変換方法。   34. The power conversion of claim 33, further comprising operating the second electrical switch such that the second electrical switch is turned off when it is detected that the current flow is zero. Method. 入力電圧を受けるように構成され、変圧器の一次巻線と直列接続された第1の電気スイッチを備える入力段と、
出力電圧を供給するように構成され、前記入力電圧が印加されると前記電気共振が生じうるように前記変圧器の二次巻線に接続された容量性素子を備える出力段と、
前記第1の電気スイッチに接続され、前記第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないときを判定するように構成された電圧モニタ回路と、
前記電圧モニタ回路から入力を受け、前記第1の電気スイッチを動作させるように構成された制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第1の電気スイッチにかかる電圧が実質的に存在しないことが検出されると、前記第1の電気スイッチをオンにするように構成された共振コンバータ。
An input stage comprising a first electrical switch configured to receive an input voltage and connected in series with the primary winding of the transformer;
An output stage configured to supply an output voltage, comprising a capacitive element connected to a secondary winding of the transformer so that the electrical resonance can occur when the input voltage is applied;
A voltage monitor circuit connected to the first electrical switch and configured to determine when a voltage across the first electrical switch is substantially absent;
A control circuit configured to receive input from the voltage monitor circuit and operate the first electrical switch;
A resonant converter configured to turn on the first electrical switch when the control circuit detects that a voltage across the first electrical switch is substantially absent.
前記入力段および前記出力段のいずれか一方または両方は、前記容量性素子とともに前記電気共振を与えるように構成された誘導性素子を含む、請求項35に記載の共振コンバータ。   36. The resonant converter of claim 35, wherein one or both of the input stage and the output stage includes an inductive element configured to provide the electrical resonance with the capacitive element. 前記制御回路は、一定時間にわたって複数のオン/オフサイクルを経た後でオフにされるモードで前記第1の電気スイッチを動作させるようにさらに構成される、請求項35に記載の共振コンバータ。   36. The resonant converter of claim 35, wherein the control circuit is further configured to operate the first electrical switch in a mode that is turned off after a plurality of on / off cycles over a period of time. 前記制御回路は、前記複数のオン/オフサイクルのオン/オフサイクル毎に、前記第1の電気スイッチがオンにされる時間が、連続するオン/オフサイクルのそれぞれに伴って次第に長くなるように前記第1の電気スイッチを動作させるようにさらに構成される、請求項37に記載の共振コンバータ。   The control circuit is configured so that, for each on / off cycle of the plurality of on / off cycles, the time during which the first electrical switch is turned on gradually increases with each successive on / off cycle. 38. The resonant converter of claim 37, further configured to operate the first electrical switch. 前記出力段は、前記共振コンバータの出力のノードに接続された同期整流器をさらに備え、前記同期整流器は、
ダイオードと、
前記ダイオードと並列に配置された第2の電気スイッチと、
前記ダイオードにかかる電圧が実質的に存在せず、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記第2の電気スイッチがオンになるように前記第2の電気スイッチを動作させるように構成されるスイッチング回路とを備える、請求項35に記載の共振コンバータ。
The output stage further comprises a synchronous rectifier connected to an output node of the resonant converter, the synchronous rectifier comprising:
A diode,
A second electrical switch arranged in parallel with the diode;
When the voltage across the diode is substantially absent and the current flow of the diode is positive in the anode-to-cathode direction, the second electrical switch is turned on so that the second electrical switch is on. 36. The resonant converter of claim 35, comprising a switching circuit configured to operate.
前記出力段は、第1の同期整流器と、第2の同期整流器とをさらに備え、前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器はそれぞれ、
ダイオードと、
前記ダイオードと並列に配置された電気スイッチとを備え、
前記共振コンバータは、前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器のそれぞれについて、前記ダイオードの電流の流れが陽極から陰極の方向において正であるとき、前記電気スイッチはオンにされるように前記第1の同期整流器および前記第2の同期整流器のそれぞれの前記電気スイッチを動作させるように構成されるスイッチング回路をさらに含む、請求項35に記載の共振コンバータ。
The output stage further comprises a first synchronous rectifier and a second synchronous rectifier, wherein the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier are respectively
A diode,
An electrical switch arranged in parallel with the diode;
The resonant converter is such that, for each of the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier, the electrical switch is turned on when the current flow of the diode is positive in the direction from the anode to the cathode. 36. The resonant converter of claim 35, further comprising a switching circuit configured to operate each of the electrical switches of the first synchronous rectifier and the second synchronous rectifier.
前記第1の電気スイッチにかかる電圧を制御するクランプ回路をさらに備える、請求項35に記載の共振コンバータ。   36. The resonant converter of claim 35, further comprising a clamp circuit that controls a voltage across the first electrical switch. 前記クランプ回路は、前記第1の電気スイッチにかかる電圧がしきい値電圧に達したときクランプスイッチがオンにされるアクティブクランプ回路を備える、請求項41に記載の共振コンバータ。   42. The resonant converter of claim 41, wherein the clamp circuit comprises an active clamp circuit that turns on the clamp switch when the voltage across the first electrical switch reaches a threshold voltage. 前記クランプ回路は、
クランプコンデンサと、
前記クランプコンデンサと直列に接続された電気クランプスイッチと、
前記第1の電気スイッチにかかる電圧を測定するように構成されたセンサと、
前記センサの出力に接続され、前記第1の電気スイッチにかかる電圧と基準電圧とを比較するように構成された比較回路と、
前記比較回路の出力に接続され、前記電気クランプスイッチをオンにするように構成された駆動部とを備える、請求項41に記載の共振コンバータ。
The clamp circuit is
A clamp capacitor;
An electrical clamp switch connected in series with the clamp capacitor;
A sensor configured to measure a voltage across the first electrical switch;
A comparison circuit connected to the output of the sensor and configured to compare a voltage across the first electrical switch with a reference voltage;
42. The resonant converter of claim 41, comprising: a drive unit connected to the output of the comparison circuit and configured to turn on the electrical clamp switch.
前記制御回路は変調回路をさらに備える、請求項35に記載の共振コンバータ。   36. The resonant converter of claim 35, wherein the control circuit further comprises a modulation circuit. 前記変調回路はプログラム可能である、請求項44に記載の共振コンバータ。   45. The resonant converter of claim 44, wherein the modulation circuit is programmable.
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