TW201607226A - 開啟及關閉控制的共振直流對直流電源轉換器 - Google Patents

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Abstract

本發明關於共振直流對直流電源轉換器，其包含：輸入側電路，包含正輸入端子及負輸入端子用於接收輸入電壓或電流；以及輸出側電路，包含正輸出端子及負輸出端子用於供應轉換器輸出電壓及至轉換器負載之連接。共振直流對直流電源轉換器進一步包含整流電路，連接於共振網路之輸出及輸出側電路之間。共振網路經組配用於藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號而交替地從輸入電壓或電流充電，及經由整流電路放電。共振直流對直流電源轉換器之第二可控制開關配置經組配以選擇第一開關狀態之共振網路之第一阻抗特性，及選擇第二開關狀態之共振網路之第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路經組配藉由依據該第二可控制開關配置之開關狀態啟動及中斷第一開關控制信號，而調整轉換器輸出電壓及/或電流。

Description

開啟及關閉控制的共振直流對直流電源轉換器
本發明關於共振直流對直流電源轉換器，其包含：輸入側電路，包含正輸入端子及負輸入端子用於接收輸入電壓或電流；以及輸出側電路，包含正輸出端子及負輸出端子用於供應轉換器輸出功率、電壓或電流及至轉換器負載之連接。共振直流對直流電源轉換器進一步包含整流電路，連接於共振網路之輸出及輸出側電路之間。共振網路經組配用於藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號而交替地從輸入電壓或電流充電，及經由整流電路放電。共振直流對直流電源轉換器之第二可控制開關配置經組配以選擇第一開關狀態之共振網路之第一阻抗特性，及選擇第二開關狀態之共振網路之第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路經組配藉由依據該第二可控制開關配置之開關狀態啟動及中斷第一開關控制信號，而調整轉換器輸出電壓及/或電流。
功率密度及組件成本為隔離及非隔離直流對 直流電源轉換器之主要性能度量，提供特定輸出功率需求或規格之最小可能實體尺寸及/或最低成本。共振電源轉換器對於高切換頻率特別有用，諸如1MHz以上之頻率，其中標準SMPS型態之切換損失(降壓、增壓等)因轉換效率原因而不能接受。因為類似電感器及電容器之電源轉換器之電路組件之電及實體尺寸之最終減少，通常希望高切換頻率。較小組件允許直流對直流電源轉換器之功率密度增加。在共振電源轉換器中，以「共振」半導體開關取代標準SMPS之輸入「斬波器」半導體開關(通常為MOSFET或IGBT)。共振半導體開關依賴共振網路之共振，共振網路典型地包含各式電路電容及電感以塑造跨越半導體開關之電流或電壓，使得當發生狀態切換時，無電流經過或無電壓跨越半導體開關。因此在輸入半導體開關之至少若干固有電容或電感中大量排除功率消耗，使得切換頻率為VHF範圍之顯著增加變成可行，例如至30MHz以上之值。在類似零電壓及/或零電流切換(ZVS及/或ZCS)作業之設定下，此觀念在本技藝中為已知。在ZVS及/或ZCS下操作之常用切換模式電源轉換器通常描繪為E級、F級或DE級反向器或電源轉換器。
然而，以有效方式調整或控制共振直流對直流電源轉換器之輸出功率電壓/電流仍是顯著挑戰。若共振電源轉換器係由「共振」半導體開關之脈寬調變(PWM)控制，ZVS能力將損失且功率轉換效率將顯著下降。在習知技藝電源轉換器中亦已應用改變共振電源轉 換器之切換頻率以控制共振電源轉換器之輸出電壓/電流，但此控制方法遭受有限範圍之輸出電壓調節及功率轉換損失增加。藉由可變切換頻率及PWM之組合之控制方案控制共振電源轉換器之輸出電壓/電流亦已應用於現有共振電源轉換器中，且通常工作良好。此控制方法或方案不幸地導致高度複雜控制電路。
另一更簡單有效控制或調整共振直流對直流電源轉換器之輸出功率/電壓/電流的方式係以間歇的方式開啟及關閉整個共振電源轉換器。此控制方案定名為「叢發模控制」或「開啟/關閉控制」。叢發模控制允許共振電源轉換器以固定切換頻率操作，其中轉換效率在開啟或啟動時段為高或最佳。在電源轉換器關閉或停用時段，功率損失本質上排除，因為缺少驅動共振電源轉換器之共振電晶體之切換活動。共振電源轉換器之叢發模控制理想地導致全負載調節及轉換器上從零至全負載之恆定效率。
藉由控制「共振」半導體開關之控制端子上之信號電壓，例如MOSFET閘極端子，已達成習知技藝共振電源轉換器之開啟/關閉控制。此方案可以滿意的方式於若干應用中工作，但為調節或調整轉換器輸出電壓及電流，需要從轉換器之輸出/次要側至「共振」半導體開關之控制端子之反饋控制信號。此在隔離共振電源轉換器中呈現顯著問題，因為反饋控制信號必須跨過主要側電路及次要側電路間之電隔離障壁。傳統上，為維持共振電源 轉換器之輸入側電路及輸出側電路間之電隔離，至共振半導體開關之控制信號已傳送通過相對緩慢及昂貴之光耦合器或通過笨重及緩慢之變壓器。然而，對於共振電源轉換器之開啟/關閉控制呈現通過光耦合器或變壓器之時間延遲之嚴重障礙，其中高度希望快速瞬態響應以提供轉換器輸出電壓及電流之適當控制。對於以20MHz或更高切換頻率操作之高頻共振電源轉換器而言，時間延遲問題尤其明顯。
TSO-SHENG CHAN等人「無線能量傳輸系統之主要側控制方法」(A Primary Side Control Method for Wireless Energy transmission System)IEEE電路及系統學報：定期論文IEEE,Vol.59,No.8，揭露從主要側電路至次要側電路通過皮膚障壁轉移功率之無線能量傳輸系統(WETS)。IEEE論文揭露具連接輸入側電路及輸出側電路通過皮膚障壁之電感式電力變壓器之基於共振E級之直流對直流電源轉換器。充電保護電路包含可控制次要側開關(Ms)，其從電源轉換器之輸出選擇性連接及分離電池(Vb)負載。主要側控制器藉由檢測輸入電流及輸入電抗相位之變化以判斷次要側開關(Ms)之狀態而操作。基於E級之直流對直流電源轉換器之切換頻率建議範圍介於83至175kHz之間。
鑑於與習知技藝共振電源轉換器相關聯之該些問題及挑戰，有利地提供新穎控制機構用於共振電源轉換器之開啟/關閉控制，排除從輸出電壓控制電路傳送反 饋控制信號跨越電隔離障壁至共振半導體開關之控制端子的需要。因為時間延遲及對於共振電晶體之與反饋控制信號佈線相關聯之板或載體面積之佔據，反饋控制信號之排除在非隔離共振電源轉換器中亦為有利。
鑑於上述，減少尺寸及降低隔離及非隔離共振直流對直流電源轉換器之組件成本仍是挑戰。提供具快速瞬態響應之輸出電壓控制機構以提供轉換器輸出電壓之良好調節，甚至針對高頻共振電源轉換器亦然，則亦仍是挑戰。因此，高度希望共振電源轉換器之新穎控制機構，其簡化轉換器輸出電壓之控制及減少實施輸出電壓調節所需電子組件數量。
本發明之第一觀點關於共振直流對直流電源轉換器，其包含：輸入側電路，包含正輸入端子及負輸入端子用於接收輸入電壓或電流；以及輸出側電路，包含正輸出端子及負輸出端子用於供應轉換器輸出功率、電壓或電流及至轉換器負載之連接。共振直流對直流電源轉換器進一步包含整流電路，連接於共振網路之輸出及輸出側電路之間。共振網路經組配用於藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號而交替地從輸入電壓或電流充電，及經由整流電路放電，其中，開關控制信號之頻率為或高於20MHz，更佳地為或高於30MHz。共振直流對直流電源轉換器之第二可控制開關配置經組配以選擇第一開關狀態 之共振網路之第一阻抗特性，及選擇第二開關狀態之共振網路之第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路經組配藉由依據該第二可控制開關配置之開關狀態啟動及中斷第一開關控制信號，而調整或調節轉換器輸出電壓及/或電流。
如以下額外細節說明，共振網路之第一及第二阻抗特性可展現不同共振頻率及/或在共振頻率下不同Q值。當共振直流對直流電源轉換器為操作或開啟時，第一開關控制信號之切換頻率較佳地概位於共振網路之共振頻率，以確保高電力轉換效率。
輸出電壓及/或電流控制電路可藉由控制第二可控制開關配置狀態，即導電狀態或非導電狀態，藉以關閉或開啟本共振直流對直流電源轉換器之作業，而調節轉換器輸出電壓或電流。由於第二可控制開關配置可方便地配置於共振直流對直流電源轉換器之輸出側電路中，可藉由完全配置於轉換器之輸出側之電壓或電流控制迴路調整轉換器之輸出電壓。因此，經由僅控制設於次要側電路中之組件，可達成共振直流對直流電源轉換器之隔離變體之輸出電壓及/電流調節。將諸如輸出電壓信號或輸出電流信號之輸出控制信號饋送回該等隔離共振直流對直流電源轉換器之輸入側或主要側之需要已排除。如上述，將反饋控制信號傳回至輸入側或主要側電路之需要排除，尤其是至第一開關配置之控制端子，在本共振直流對直流電源轉換器之非隔離及隔離變體中是有利的。結合隔離共振直 流對直流電源轉換器，排除反饋控制信號至輸入側電路之第一開關配置移除了昂貴、笨重及高成本隔離裝置傳送反饋控制信號跨越電隔離障壁的需要，諸如光耦合器或變壓器。
結合非隔離共振直流對直流電源轉換器，實施輸出側電路中輸出電壓及/或電流調節之能力排除了與反饋控制信號佈線至輸入側電路之第一開關配置相關聯之時間延遲及板空間佔據。此改進了非隔離共振直流對直流電源轉換器之瞬態響應，以便提供至負載之轉換器輸出電壓及/或電流之較佳調節。此特徵對於以30MHz或更高VHF切換頻率操作之共振直流對直流電源轉換器特別有利，其中開啟及關閉電源轉換器之短延遲時間改進了調節性能。
第二可控制開關配置可插於共振直流對直流電源轉換器之輸出側電路之各式位置，而於共振網路之第一及第二阻抗特性之間選擇。第二可控制開關配置較佳地耦接至共振網路之輸出。依據一實施例，第二可控制開關配置於整流電路之輸出及正輸出端子或負輸出端子之間串聯耦接，以連接導電開關狀態之轉換器負載，及分離非導電開關狀態之轉換器負載。以此方式，正或負輸出端子及轉換器負載可與處於轉換器之關閉狀態之共振直流對直流電源轉換器之剩餘部分電氣分離。
整流電路較佳地經設計以於具連接之轉換器負載之共振網路之共振頻率展現實質上電阻阻抗。在此情 況下，可藉由具可忽略整流電路組件影響之共振網路之一或多個互連電感器及電容器判斷包括共振頻率之共振網路之第一阻抗特性。另一方面，當轉換器負載藉由第二可控制開關配置而從整流電路之輸出分離時，整流電路可展現負載共振網路之不同及非電阻輸入阻抗。此非電阻負載導致共振網路之阻抗特性改變，以便選擇共振網路之第二阻抗特性。共振網路之第二阻抗特性可展現較第一阻抗特性之共振頻率Q值高之共振頻率Q值。共振網路之第二阻抗特性可擁有較共振網路之第一阻抗特性之共振頻率低或高(即不同)之共振頻率，例如因為整流電路之電感器及/或電容器對於共振網路之共振頻率具有影響。如以下進一步詳細描繪，可開發共振網路之第一及第二阻抗特性間之該些差異類型，以致能及抑制環繞第一可控制開關配置之反饋迴路振盪。依據另一實施例，第二可控制開關配置跨越共振網路之輸出耦接，以選擇非導電狀態之共振網路之第一阻抗特性，及導電狀態之共振網路之第二阻抗特性。
在另一實施例中，藉由第二可控制開關配置連接一或多個輔助電容及/或分別連接一或多個輔助電感至共振網路之現有電容及電感，共振網路之阻抗特性從第一阻抗特性改變至共振網路之第二阻抗特性。
在共振直流對直流電源轉換器之較佳實施例中，整流電路包含第二可控制開關配置；以及控制電路，經組配用於與第一開關控制信號同步地產生第二可控制開 關配置之控制信號。在本實施例中，整合整流電路及第二可控制開關配置之個別功能。以此方式，除了連接及分離轉換器負載外，第二可控制開關配置可操作如全波或半波整流器，並取代整流電路之一或多個普通整流器二極體之功能。
共振直流對直流電源轉換器之輸出電壓或電流控制電路可包含自振盪反饋迴路，耦接於第一可控制開關配置之輸出端子及控制端子之間。在本實施例中，共振網路之第一阻抗特性經組配以致能自振盪反饋迴路之振盪，以及共振網路之第二阻抗特性經組配以抑制自振盪反饋迴路之振盪。因此，第二可控制開關配置之狀態切換可用以藉由致能及抑制第一可控制開關配置之振盪或切換，而分別啟動及中斷電源轉換器之作業。後者可包含諸如MOSFET之電晶體，其中自振盪反饋迴路連接於MOSFET之汲極及閘極端子之間。技術熟練人士將理解自振盪反饋迴路較佳地完全配置於共振直流對直流電源轉換器之輸入側電路中，以避免從輸出側電路傳送自振盪反饋迴路之反饋信號。
自振盪反饋迴路可包含第一固有開關電容，耦接於第一可控制開關配置之輸出及控制端子之間。自振盪反饋迴路進一步包含第一偏壓源，經組配以產生第一可調整偏壓；以及第一電感器，較佳地具實質上固定電感，耦接於第一偏壓源及第一可控制開關配置之控制端子中間。除了第一固有開關電容外，自振盪反饋迴路可包括外 部電容器，連接於第一可控制開關之輸出及控制端子之間。技術熟練人士將理解第一固有開關電容可包含第一可控制開關配置中所包含之MOSFET電晶體之汲極-閘極電容。申請者之待審申請案PCT/EP2013/072548中揭露基於環繞輸入側開關配置之自振盪反饋迴路之若干共振直流對直流電源轉換器設計。技術熟練人士將理解本共振直流對直流電源轉換器中可利用該些自振盪反饋迴路。
分別致能及抑制第一可控制開關配置之振盪之共振網路之第一及第二阻抗特性可以各式方式相異。在一實施例中，在第一阻抗特性之共振頻率下，第一阻抗特性之Q因子大於5；以及在第二阻抗特性之共振頻率下，第二阻抗特性之Q因子小於2。在另一實施例中，第一阻抗特性之共振頻率大於第二阻抗特性之共振頻率至少1.4倍。
在共振直流對直流電源轉換器之有利實施例之範圍內，第一開關控制信號之頻率設為或高於20MHz，諸如30MHz或更高，在所謂VHF範圍內。在該些實施例中，以上討論之共振網路之第一阻抗特性之共振頻率位於20MHz或更高，或30MHz或更高。共振網路之第一阻抗特性之共振頻率較佳地概位於第一開關控制信號之頻率。共振直流對直流電源轉換器較佳地促進驅動或激發共振網路之半導體開關之零電壓及/或零電流切換。
輸出電壓或電流控制電路可包含調節迴路，例如電壓、電流或功率調節迴路，連接於第二可控制開關 配置之轉換器輸出電壓/電流及控制端子之間，以依據一或多個直流參考電壓或電流而調整轉換器輸出電壓及/或電流。電壓或電流調節迴路可包含例如直流參考電壓產生器，經組配以供應一或多個直流參考電壓；一或多個比較器，經組配以比較轉換器輸出電壓與至少第一直流參考電壓，並依據比較結果選擇第二可控制開關配置之導電狀態或非導電狀態。
在本實施例中，電壓調節迴路可使用單一直流參考電壓以調整轉換器輸出電壓。當轉換器輸出電壓超過單一直流參考電壓時，可藉由選擇第二可控制開關配置之適當狀態而關閉共振直流對直流電源轉換器。同樣地，當轉換器輸出電壓小於單一直流參考電壓時，可藉由選擇第二可控制開關配置之相反狀態而開啟直流對直流電源轉換器。
在共振直流對直流電源轉換器之替代實施例中，電壓或電流調節迴路包含至少二不同直流參考電壓或電流，用作控制輸出調節之參考。在本實施例中，直流參考電壓產生器經組配以供應第一直流參考電壓及第二直流參考電壓，其中第一直流參考電壓高於第二直流參考電壓；一或多個比較器經組配以：比較轉換器輸出電壓與第一直流參考電壓及第二直流參考電壓；以及回應於超過第一直流參考電壓之轉換器輸出電壓，選擇第二可控制開關配置之導電狀態及非導電狀態之一者， 回應於降至第二直流參考電壓以下之轉換器輸出電壓，選擇第二可控制開關配置之相反狀態。
如先前所述，共振直流對直流電源轉換器可包含電隔離障壁。電隔離障壁較佳地配置於輸入側電路及輸出側電路之間，以提供轉換器輸出電壓及輸入側電路間之電隔離。電隔離障壁可包含一對磁性耦接電感器，包含電連接至輸入側電路之第一電感器及電連接至整流電路之輸入之第二電感器。該對磁性耦接電感器可包含變壓器。在另一實施例中，電隔離障壁包含第一及第二耦接電容器。第一耦接電容器可配置於共振電源轉換器之信號載線中，例如串聯於共振網路之輸出及整流電路之間。第二耦接電容器可配置於輸入及輸出側電路間之共振電源轉換器之負電壓線或接地線中。因為在高頻之第一及第二電容器需要相對小電容，基於耦接電容器之電隔離障壁在以20MHz或更高操作之共振直流對直流電源轉換器中特別有用。小電容允許每一第一及第二電容器為實體小，並實施為非電解SMD電容器，例如陶瓷電容器，具100nF以下電容。技術熟練人士將理解，所有共振直流對直流電源轉換器型態均可用於本發明中，例如SEPIC、E級、F級、DE級或或衍生之轉換器型態。以下結合附圖詳細描繪E級型態之若干示例隔離及非隔離共振直流對直流電源轉換。
第一可控制開關配置可包含一或多個半導體開關，及第二可控制開關配置包含一或多個半導體開關。 第一及第二可控制開關配置之每一半導體開關可包含半導體電晶體，諸如MOSFET或IGBT，例如氮化鎵(GaN)MOSFET或碳化矽(SiC)MOSFET。第一可控制開關配置之控制端子或端子可因此包含一或多個半導體開關之閘極端子或基極端子。每一半導體開關之控制端子可由第一開關控制信號驅動，以於開啟狀態及關閉狀態之間交替地驅使半導體開關。第二可控制開關配置之控制端子或端子可因此包含一或多個半導體開關之閘極端子或基極端子。
共振直流對直流電源轉換器之一實施例包含無線資料接收器，用於接收遠端資料命令以控制第二可控制開關配置之開關狀態。遠端資料命令可用以藉由無線家庭自動網路接收之命令而中斷或啟動共振直流對直流電源轉換器之作業。遠端資料命令可輸入至輸出電壓或電流控制電路，其控制第二可控制開關配置之狀態切換。以此方式，共振直流對直流電源轉換器可經由遙控而切換開啟或關閉或調節。無線資料接收器可符合各式產業標準無線資料通訊協定，諸如ZigBee通訊協定，或有線資料通訊協定，諸如數位可定址照明介面(DALI)及協定。
技術熟練人士將理解第一可控制開關配置可藉由單一電晶體形成，例如NMOS裝置或若干互連電晶體，取決於選擇之共振直流對直流電源轉換器型態。在若干實施例中，第一可控制開關配置可包含半橋式開關型態或全橋式開關型態。電隔離障壁可包含變壓器，其包含一對磁性耦接電感器，包含電連接至主要側電路之第一電感 器及電連接至輸出側電路之第二電感器。第一及第二電感器可為離散繞組，纏繞共同磁性滲透結構以形成隔離變壓器。在替代實施例中，第一及第二電感器整合於印刷電路板中，無中介磁性材料。印刷電路板可具有安裝於其上之完整直流對直流電源轉換器。
共振直流對直流電源轉換器之一實施例係配置於單一實質上平坦載體基板上，以形成精巧、低成本及單一單元電源轉換器組件，適於整合於各式消費者裝備中，諸如LED燈及電池充電器。共振直流對直流電源轉換器之後者實施例包含單一實質上平坦載體基板，包含第一表面及第二相對表面，其中輸入側電路、輸出側電路、整流電路、共振網路、第一可控制開關配置、第二可控制開關配置及輸出電壓或電流控制電路係配置於第一表面及/或第二表面上。平坦載體基板可包含單側或雙側印刷電路板，其於包含第一表面之頂層及包含第二表面之底層間可包含其餘層。技術熟練人士將理解輸入側電路、輸出側電路、整流電路、共振網路、第一可控制開關配置、第二可控制開關配置及輸出電壓或電流控制電路之個別被動及主動電子組件可藉由焊接或膠合而依附至上及下載體表面。
本發明之第二觀點關於操作共振直流對直流電源轉換器以產生轉換器輸出電壓或電流之方法，該方法包含以下步驟：a)藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號 而交替地從輸入電壓源或電流源充電及放電共振轉換器之共振網路，b)整流共振網路之共振電流，c)放電整流之共振電流至整流電路以產生整流之輸出電壓，d)藉由選擇第二可控制開關配置之第一開關狀態或第二開關狀態，而於共振網路之第一阻抗特性或第二阻抗特性之間切換，e)藉由依據第二可控制開關配置之第一開關狀態及第二開關狀態交替地啟動及中斷第一開關控制信號，而調整轉換器輸出電壓或電流。
100、200、300、400、500‧‧‧共振直流對直流電源轉換器
101、201‧‧‧正輸入端子
102、202‧‧‧負輸入端子
110、210、310‧‧‧正輸出端子
111、211、311‧‧‧負輸出端子
112‧‧‧控制線
120、220、320、520‧‧‧輸入方塊
130、230、330‧‧‧共振相位檢測器
131、231‧‧‧信號
133、233‧‧‧控制信號
140、240‧‧‧電隔離障壁
150、250、550‧‧‧輸出方塊
160‧‧‧輸出電壓或電流控制電路
180‧‧‧實質上平坦載體基板
182‧‧‧上或第一表面
190‧‧‧無線或有線資料接收器
204‧‧‧控制或閘極端子
208、308、508‧‧‧比較器
209‧‧‧正輸出節點
212、312、404、512‧‧‧閘極端子
220‧‧‧輸入側電路
250‧‧‧E級整流電路
260、560‧‧‧輸出電壓控制電路
305‧‧‧閘極致能或驅動電路
404、504‧‧‧控制端子
511‧‧‧接地電極
515‧‧‧調節電路
530‧‧‧電路盒
C1‧‧‧第一電容器
C2、C3‧‧‧耦接電容器
C4‧‧‧電容器
C5、C6‧‧‧整流電容器
C7、C8‧‧‧反饋電容器
D1‧‧‧整流器二極體
L1‧‧‧第一電感器
L2‧‧‧第二電感器
L3‧‧‧電感器
L4‧‧‧串聯電感器
RL‧‧‧轉換器負載
S1‧‧‧第一可控制開關配置
S2‧‧‧第二可控制半導體開關
Vbias‧‧‧偏壓源
Vin‧‧‧直流或交流輸入電壓
Vout‧‧‧直流輸出電壓
Vref‧‧‧直流參考電壓
將結合附圖更詳細地描繪本發明之較佳實施例，其中：圖1為依據本發明之較佳實施例之共振直流對直流電源轉換器之頂級示意方塊圖，圖1A)為依據本發明之較佳實施例之包含共振直流對直流電源轉換器之電源轉換器組件之示意方塊圖，圖2為依據本發明之第一實施例之隔離E級型直流對直流電源轉換器之簡化電路圖，圖3為依據本發明之第二實施例之隔離E級型直流對直流電源轉換器之簡化電路圖，圖4為依據本發明之第三實施例之自振盪隔離E級直 流對直流電源轉換器之簡化電路圖，以及圖5為依據本發明之第四實施例之非隔離E級直流對直流電源轉換器之簡化電路圖。
圖1顯示依據本發明之較佳實施例之共振直流對直流電源轉換器100之簡化示意方塊圖。以下參照圖2、3、4及5描繪本共振直流對直流電源轉換器之示例實施例之詳細示意電路圖。共振直流對直流電源轉換器100包含經由可選電隔離障壁140連接之輸入方塊120及輸出方塊150。電隔離障壁140可包含各類電絕緣元件或組件，諸如一對耦接電容器或一對磁性耦接電感器，諸如變壓器。輸入方塊120包含輸入側電路，其包含正輸入端子101及負輸入端子102用於接收來自電壓或電源之直流或交流輸入電壓Vin。輸入側電路可包含輸入電容器(未顯示)，電連接於正及負輸入端子101、102之間以形成輸入電壓源之能量庫，並抑制直流或交流輸入電壓Vin之交流漣波電壓部分及/或雜訊部分。輸出方塊150包含輸出側電路，其包含正及負輸出端子110、111，分別用於供應轉換器直流輸出電壓Vout及至轉換器負載之連接。轉換器負載係由負載電阻器RL示意地代表。輸出方塊150進一步包含整流電路，由二極體符號示意地代表，連接於共振直流對直流電源轉換器100之共振網路(未顯示)之輸出及輸出側電路之間。輸入方塊120包含第一可控制開關 配置，其包含至少一可控制半導體開關可依據開關控制信號操作。可控制半導體開關可包含電晶體，諸如BJT、MOSFET或IGBT，其中基極或閘極端子耦接至開關控制信號。可控制開關配置耦接至共振網路，使得後者交替從直流或交流輸入電壓充電及放電整流電路，以產生直流輸出電壓Vout。第一可控制開關配置之開關控制信號之頻率因此設定共振直流對直流電源轉換器100之切換頻率。在本發明之若干實施例中，共振網路可專有地配置於輸入方塊120中，同時在其他實施例中，共振網路可包括電隔離障壁140及/或整流電路之某被動組件。共振網路較佳地包含至少一電容器及至少一電感，彼此連接。共振直流對直流電源轉換器100進一步包含輸出電壓或電流控制電路160，其經組配藉由依據第二可控制開關配置(未顯示)之開關狀態以啟動及中斷先前討論之第一可控制開關配置之開關控制信號，而調整直流輸出電壓Vout。第二可控制開關配置之開關狀態係經由控制線112控制，其可連接至第二可控制開關配置之合適控制端子，如以下其餘細節中所討論。當第一可控制開關配置之開關控制信號中斷或停止時，即未切換，共振網路不再充電或激發，且直流輸出電壓Vout因轉換器負載拔出之電流而逐漸減少。當第一可控制開關配置之開關控制信號啟動時，共振網路藉由第一可控制開關配置而再次充電或激發，並供應共振電流至整流電路及輸出側電路，使得直流輸出電壓Vout逐漸增加。
在本共振直流對直流電源轉換器之不同實施 例中利用不同類型控制機構，以控制第一可控制開關配置之開關控制信號之啟動及中斷。在一實施例中，第二可控制開關配置經組配以連接及分離轉換器負載RL，使得共振網路之阻抗特性改變。在另一實施例中，藉由於導電狀態及非導電狀態之間切換第二可控制開關配置，例如加入一或多個輔助電容或電感至共振網路，可改變共振網路之阻抗特性。在某實施例中，共振網路之阻抗特性之改變可由共振相位檢測器130檢測。共振相位檢測器130可經組配以經由信號131之監控線監控共振網路之共振電壓及共振電流。共振相位檢測器130可經組配以由第二可控制開關配置之狀態切換造成之共振網路之阻抗特性改變引發之網路之標稱共振頻率測量共振電流及共振電壓間之相位或振幅改變。
共振相位檢測器130可產生第一開關配置之開關控制信號，並供應此控制信號133至共振網路之控制端子或端子，諸如以上所討論之基極或閘極端子。在本共振直流對直流電源轉換器100之一有利實施例中，共振相位檢測器130併入環繞第一可控制開關配置形成之自振盪反饋迴路。以此方式，如以下參照圖4及5之其餘細節中所討論，依據第二可控制開關配置之開關狀態而致能或抑制自振盪反饋迴路之振盪。
圖1A)示意地描繪依據本發明之較佳實施例之共振直流對直流電源轉換器100如何配置於諸如印刷電路板(PCB)之單一實質上平坦載體基板180上。安裝於 該等單一載體基板180上之共振直流對直流電源轉換器形成精巧低成本及單一單元電源轉換器組件，極適於整合於各種消費者裝備中，諸如LED燈及電池充電器。此外，輸入方塊120、電隔離障壁140及輸出方塊150安裝於共同載體基板上允許高功率轉換效率，因為共振直流對直流電源轉換器之輸入及輸出側電路彼此接近。單一實質上平坦載體基板180可包含上或第一表面182及第二相對表面(未顯示)。技術熟練人士將理解討論中之共振直流對直流電源轉換器實施例之被動及主動電子組件可依附於上及下載體表面，例如藉由焊接或膠合。該些被動及主動電子組件可包含以下詳細討論並於圖2、3、4及5描繪之共振直流對直流電源轉換器實施例200、300、400及500之個別半導體開關、電容器、電感器、端子、比較器等。同樣地，合適電線跡線可形成於單一平坦載體基板180之上及下載體表面上，而以所欲方式互連電路方塊120、130、140、150、160。實質上平坦載體基板180之上或下表面182亦包含正輸入端子101及負輸入端子102，用於接收來自轉換器之電壓或電源之直流或交流輸入電壓Vin。實質上平坦載體基板180之上或下表面182分別包含正及負輸出端子110、111，用於供應直流輸出電壓Vout連同轉換器產生之伴隨輸出功率及電流至希望之負載，例如LED燈之LED裝置。
依據本發明之較佳實施例之共振直流對直流電源轉換器100可包含可選無線或有線資料接收器190， 用於接收至輸出電壓或電流控制電路160之遠端資料命令。遠端資料命令可用以經由輸出電壓或電流控制電路160中斷、啟動或調整共振直流對直流電源轉換器之作業。遠端資料命令可歷經以開關控制信號或由輸出電壓或電流控制電路160經由信號線112提供之邏輯或作業。以此方式，共振直流對直流電源轉換器可經由遠端控制切換開啟或關閉或調節，並與無線或有線家庭自動網路整合。可選資料接收器190可符合各式產業標準無線資料通訊協定，諸如ZigBee通訊協定，或有線資料通訊協定，諸如數位可定址照明介面(DALI)介面及協定。
圖2顯示隔離E級直流對直流電源轉換器200之電路圖。電源轉換器200包含經由串聯或耦接電容器C2及C3形成之可選電隔離障壁240連接之輸入方塊220及輸出方塊250。輸入側電路220包含正輸入端子201及負輸入端子202，用於接收來自電壓或電源之直流或交流輸入電壓Vin。此外，輸入電容器(未顯示)可電連接於正及負輸入端子201、202之間，以形成輸入電壓源之能量庫，並抑制直流或交流輸入電壓Vin之交流漣波電壓部分及/或雜訊部分。輸入側電路220額外包含如以下討論之共振網路，其藉由第一可控制開關配置S1而交替地從直流或交流輸入電壓Vin充電及經由E級整流電路250放電。在本實施例中，後者包含單一可控制半導體電晶體或開關S1。在本發明之其他實施例中，技術熟練人士將理解第一可控制開關配置S1可包含複數可控制半導體電晶 體或開關。在共振直流對直流電源轉換器之相應DE級實施例中，第一可控制開關配置S1可包含例如具一對堆疊半導體電晶體或開關之半橋式配置。單一可控制半導體開關S1可包含電晶體，諸如MOSFET或IGBT，例如氮化鎵(GaN)或碳化矽(SiC)MOSFET。
共振網路包含至少第一電感器L1；第一電容器C1，其可為部分S1之寄生電容；第二電感器L2；及電隔離障壁240之耦接電容器C2及C3。耦接電容器C3之電容可遠大於C2之電容，例如大於10倍，使得在設定共振網路之共振頻率中可忽略C3之電容影響。共振網路之充電及放電或激發依循施加於半導體開關S1之控制或閘極端子204之第一開關控制信號，使得當共振電源轉換器200作用或開啟時，開關S1以第一開關控制信號之頻率於導電/開啟狀態及非導電/關閉狀態之間交替。電源轉換器200較佳地設計或經組配使得當選擇第二可控制半導體開關S2之開啟狀態或導電狀態時，第一開關控制信號之頻率極接近共振網路之共振頻率，如以下詳細說明。因此，當轉換器開啟或作用時，共振電源轉換器200之切換頻率相應於第一開關控制信號之頻率。半導體開關S1之狀態切換產生共振網路中之共振電流，從共振網路之輸出流經輸出方塊250之E級整流電路以產生跨越整流電容之整流之直流輸出電壓Vout。E級整流電路包含電感器L3、整流器二極體D1及電容器C4。技術熟練人士將理解電感器L3及電容器C4可依據轉換器之尺寸標示而影響 共振網路之共振頻率設定，然而，在開關S2處於其導電狀態或開啟狀態時，整流電路經組配而以共振網路之共振頻率展現本質上電阻性輸入阻抗處，整流組件L3及C4之影響在電源轉換器實施例中最小。電容器C5及C6確保穩定轉換器輸出電壓或電流。
此外，輸出方塊分別包含正及負輸出端子210、211，其供應轉換器直流輸出電壓Vout至E級電源轉換器200之轉換器負載RL。轉換器負載藉由負載電阻器RL而於圖上示意地描繪，但實際上可包括不同類型電負載，例如LED二極體組或可再充電電池等。第二可控制半導體開關S2設於整流電路之正輸出節點209及轉換器負載RL中間。因此，S2與轉換器負載串聯設置，使得當開關S2切換至其關閉狀態或非導電狀態時，轉換器負載從E級電源轉換器200分離。在S2之關閉狀態，電容器C6與轉換器整流電路電隔離，但可隨時供電至轉換器負載，同時電源轉換器之直流輸出電壓因轉換器負載RL拔出之電流而下降。在相反情況，其中S2設於其開啟狀態或導電狀態，整流電路之正輸出節點209連接至轉換器負載RL，且整流電容器C5及C6並聯設置，以便形成電源轉換器200之共同輸出電容器。技術熟練人士將理解第二可控制半導體開關S2較佳地經設計或選擇，使得其開啟電阻顯著地小於相同負載電阻，例如小至少10倍，而使S2中開啟狀態功率損失最小且跨越S2之電壓下降。
第二可控制半導體開關S2較佳地包含至少一 MOSFET電晶體，諸如NMOS電晶體。第二可控制半導體開關S2當然可藉由複數並聯個別半導體開關形成，諸如複數並聯MOSFET。技術熟練人士將理解第二可控制半導體開關S2之配置操作，於開關S2之導電狀態連接轉換器負載RL至整流器之輸出，及於開關S2之非導電狀態從整流器之輸出節點209分離轉換器負載RL。此實際上改變藉由整流電路呈現之共振網路之輸出負載，因為當轉換器負載RL藉由開關S2分離時，整流電路之相同輸入阻抗顯著地增加。藉由開關S2之狀態切換造成之共振網路之輸出負載改變改變了共振網路之阻抗響應特性，使得後者展現開關S2之非導電狀態之第二及不同阻抗響應特性(其中轉換器負載分離)。此跨越共振網路頻率之阻抗特性改變可包含例如Q值改變及/或共振頻率改變。共振網路之阻抗響應特性可藉由其阻抗特性代表，如從開關電晶體S1之輸出所見，即本實施例中S1之汲極端子。共振網路之阻抗特性之Q例如可從開關S2之導電狀態之介於5及20間之值改變，降至開關S2之非導電狀態之介於0.5及2間之值。共振網路之共振頻率例如可減少而介於1.4及3之間，諸如約1.41，從開關S2之導電狀態至非導電狀態，例如從約30MHz至約21MHz。E級電源轉換器200進一步包含輸出電壓控制電路260，其經組配藉由依據共振網路之第一阻抗特性或第二阻抗特性之選擇以致能/啟動或抑制/中斷第一開關S1之閘極端子204上之第一開關控制信號，而調整直流輸出電壓Vout。輸出電壓控制電 路包含比較器208及直流參考電壓產生器(未顯示)，供應直流參考電壓Vref至比較器208之第一輸入。比較器輸出連接至開關S2之閘極端子212，使得比較器輸出依據比較器輸出之邏輯位準選擇開關S2之導電狀態及非導電狀態之一者。輸出電壓控制電路之控制機構致能或抑制開關S1上之閘極控制信號，可經由不同控制及檢測機構而回應於共振網路之選擇之阻抗特性，如藉由開關S2之狀態控制。在一實施例中，共振相位檢測器230經組配以經由信號231之監控線監控共振網路之共振電壓及共振電流，如以上結合共振相位檢測器130所描繪。共振相位檢測器230回應地產生供應控制信號233至第一開關S1之閘極端子204，以選擇性啟動或中斷S1之狀態切換。
輸出電壓控制電路之控制機構之另一實施例包含自振盪反饋迴路，耦接於開關S1之汲極(即輸出端子)及閘極端子204之間。共振網路之第一阻抗特性經組配以藉由合適迴路增益之設計而致能自振盪反饋迴路之振盪。因此，開關S1之閘極信號將以藉由自振盪反饋迴路之增益迴路之大小及相位特性定義之振盪頻率作用或致能及切換。此振盪頻率為作用或開啟作業期間E級電源轉換器200之切換頻率，將典型地接近迴路增益具有最大大小之共振網路之最大阻抗。共振網路之第二阻抗特性經逆向組配藉由以合適方式改變自振盪反饋迴路之迴路增益，而抑制或中斷自振盪反饋迴路之振盪。當自振盪反饋迴路之振盪中斷時，抑制或中斷開關S1之閘極204之閘極控制 信號，若後者為MOSFET，則例如固定至S1之閾值電壓以下之恆定電壓位準。如以上所說明，藉由控制第二開關S2之狀態，輸出電壓控制電路啟動或中斷/停用E級轉換器200，第二開關S2之開關狀態接著致能或抑制環繞開關S1之反饋迴路之自振盪。後者判斷E級電源轉換器200之切換頻率。因此，其中連接轉換器負載之開關S2之開啟狀態或導電狀態致能E級電源轉換器200之正常或開啟作業。此外，藉由經由S2之閘極端子212上之合適閘極信號選擇其中轉換器負載分離之第二開關S2之關閉狀態，E級電源轉換器200被切換關閉或至開啟作業狀態。以此方式，輸出電壓控制電路260提供E級電源轉換器200之開啟/關閉控制，以經由高度有效及方便方式之開關S2狀態切換而調整直流輸出電壓。尤其，藉由從源自次要側電路之控制信號改變設於E級電源轉換器200之次要或輸出側之開關S2之狀態，實施開啟/關閉控制。因此，在本實施例中，達成直流輸出電壓之調整，而未傳送任何跨越藉由串聯電容器C2及C3形成之電隔離障壁之控制信號至輸入側電路之開關S1，如以下參照圖4及圖5描繪之基於自振盪之直流對直流電源轉換器實施例之進一步詳細說明。
開關S1之閘極204上開關控制信號之頻率較佳地為或高於20MHz或甚至高於30MHz，以提供所謂VHF類型共振直流對直流電源轉換器200。開關控制信號可包含PWM調變控制信號。整流電路可包含基於二極體 之整流器或整流電容器前之同步整流器，以產生轉換器輸出電壓Vout做為直流輸出電壓。E級電源轉換器200可包含跨越開關S1之汲極及源極端子連接或配置之電容器C1，以增加E級轉換器200之共振電流及/或調整/微調共振頻率。同樣地，電容器C4可進一步跨越整流二極體D1配置，以調整共振電源轉換器200之工作週期。
圖3為依據本發明之第二實施例之隔離共振E級型直流對直流電源轉換器300之簡化電路圖。本E級轉換器300及先前E級實施例200間之主要差異在於個別整流二極體D1及本E級電源轉換器300之單一組件S2中E級轉換器200之第二可控制半導體開關S2之功能整合。技術熟練人士將理解以上討論之E級電源轉換器200之第一實施例之部件、功能及組件亦可施加於E級電源轉換器300之本實施例。同樣地，已提供具相應編號之E級電源轉換器200、300之第一及第二實施例之相應部件及組件以易於比較。
技術熟練人士將理解E級電源轉換器300中第二可控制半導體開關S2之配置及控制服務二不同功能。第一功能類似於以上討論之E級轉換器200之開關S2之功能，即於開關S2之導電狀態連接轉換器負載RL至整流器之輸出，及於開關S2之非導電狀態從整流器之輸出分離轉換器負載RL。如以上所討論，因為當轉換器負載RL藉由開關S2分離時，整流電路之相同輸入阻抗顯著地增加，藉由整流電路施加之共振網路之輸出上負載於 開關S2之導電及非導電狀態之間改變。藉由開關S2之狀態切換造成之共振網路之輸出上負載改變改變了共振網路之阻抗特性，使其於開關S2之非導電狀態(其中轉換器負載分離)展現第二及不同阻抗特性。此狀態切換係藉由包含比較器308及閘極致能或驅動電路305之電壓控制迴路控制。閘極驅動電路305之輸出連接至開關S2之閘極端子312，並可操作以判斷開關S2之狀態，即導電或非導電。控制電路(未顯示)連接至閘極致能電路305，使得當開關S2於E級電源轉換器300之正常或開啟作業期間處於導電狀態時，閘極312上之閘極控制信號與輸入方塊320上開關S1之閘極控制信號同步地切換。以此方式，開關S2操作做為同步半波整流器並重設E級電源轉換器200之整流器二極體D1之作業。開關S2之整流動作產生跨越整流電容器C5之轉換器之直流輸出電壓Vout，整流電容器C5係跨越E級電源轉換器300之負及正輸出端子310、311耦接。E級電源轉換器300可包含電容器C1，如所描繪跨越開關S1之汲極及源極端子連接或配置，以增加E級電源轉換器300之共振電流及/或調整/微調共振頻率。同樣地，電容器C4可進一步跨越整合之整流開關及轉換器負載開關S2配置，以調整電源轉換器300之工作週期。而且，自振盪閘極驅動可用以驅動可控制開關S2進行同步整流，以此方式可避免跨越隔離之通訊。
圖4為依據本發明之第三實施例之自振盪隔 離E級直流對直流電源轉換器400之簡化電路圖。本E級電源轉換器400及先前結合圖2討論之E級轉換器200間之主要差異在於耦接於第一可控制半導體開關S1之輸出或汲極端子及開關S1之控制端子404間之自振盪反饋迴路之配置。自振盪反饋迴路包含反饋電容器C7，耦接於開關S1之汲極及閘極端子及設於閘極端子404及偏壓源Vbias中間之串聯電感器L4之間。可控制半導體開關或電晶體S1之自振盪係藉由組合共振網路之第一阻抗特性提供之適當電壓增益之反饋電容器C7及閘極電感器L4之組合引發之適當相位偏移達成。因此，當第二可控制半導體開關S2設於導電狀態時，即轉換器負載RL連接至轉換器之輸出，致能開關或電晶體S1之自振盪。當電晶體S1自振盪時，電源轉換器400為開啟或作業以供應直流輸出電壓及電流至轉換器負載RL。在開關S2之相反狀態，即關閉狀態，因轉換器負載RL與整流電路之輸出分離，包含至少L1、L2、C1及C2之共振網路展現與第一阻抗特性顯著不同之阻抗特性。共振網路之第二阻抗特性經組配以抑制環繞電晶體開關S1之自振盪反饋迴路之振盪。此可藉由設計共振網路之第二阻抗特性具相較於第一阻抗特性之減少之Q因子及/或改變之共振頻率而予達成。第一阻抗特性之共振頻率之Q因子例如可大於5或10，同時第二阻抗特性之共振頻率之Q因子可小於2或1。此外，第一阻抗特性之共振頻率可配置於直流對直流電源轉換器400之所欲/目標切換頻率，例如20MHz或更高，或30 MHz或更高，同時第二阻抗特性之共振頻率可較第一阻抗特性之共振頻率小至少1.4倍。技術熟練人士將理解先前討論之共振相位檢測器130、230、330之功能併入環繞電晶體S1形成之自振盪反饋迴路。以此方式，依據第二可控制開關S2之開關狀態致能或抑制自振盪反饋迴路之振盪。
技術熟練人士將理解，每一描繪之電容器C7、C8及C1實際上可僅代表電晶體開關S1之固有裝置電容，例如開關S1之MOSFET電晶體實施例之汲極-閘極、閘極-源極及汲極-源極電容。另一方面，一或多個該些固有裝置電容可藉由並聯連接之外部電容器補充以提供所欲電容。技術熟練人士將理解以上討論之E級電源轉換器200之第一實施例之輸出電壓控制迴路、整流電路及電隔離障壁之部件、功能及組件亦可應用於電源轉換器400之本實施例之相應組件及電路。因此，E級電源轉換器200、400之第一及第三實施例之相應組件已配置相應編號以易於比較。
圖5為依據本發明之第四實施例之非隔離共振E級直流對直流電源轉換器500之簡化電路圖。本E級轉換器500及先前結合圖2討論之E級轉換器200間之主要差異在於輸入方塊520及輸出方塊550間缺少電隔離障壁及第二可控制半導體開關S2之不同耦接。如結合先前共振電源轉換器實施例之描述所討論，藉由交替地啟動及中斷半導體開關S2之閘極端子512上之第一開關控制信 號以開啟及抑制共振電源轉換器500，而調節轉換器輸出電壓Vout。藉由包含耦接至轉換器輸出電壓Vout及比較器508之調節電路515之輸出電壓控制電路560實施電源轉換器500之直流輸出電壓Vout之調節。比較器508之參考輸入耦接至直流參考電壓Vref，同時另一比較器輸入接收調節後之直流輸出電壓。如以上所說明，比較器輸出信號提供控制信號至第二可控制開關S2之閘極端子，以依據相對於直流參考電壓Vref之直流輸出電壓位準而於其導電及非導電狀態之間交替地開關閘極端子。本直流對直流電源轉換器500包含藉由電路盒530示意地描繪之自振盪反饋迴路，以依據開關S2之選擇狀態關閉及開啟電源轉換器500。如以上結合第三實施例所討論，自振盪反饋迴路可連接於第一可控制半導體開關S1之輸出或汲極端子及開關S1之控制端子504之間。
雖然每一先前討論之電源轉換器實施例200、300、400之半導體開關S2於共振網路輸出及轉換器負載之間串聯耦接，本電源轉換器500之相應開關S2跨越電源轉換器500之共振網路及負供應電極或接地電極511之輸出耦接。電源轉換器500之共振網路包含至少L1、L2及C1。因此，當開關S2藉由S2之閘極端子512上適當比較器輸出信號而設於非導電狀態或關閉狀態時，做為開路。因此，開關S2於其非導電狀態在共振網路之輸出呈現實質上無負載，以便選擇共振網路之第一阻抗特性。在開關S2之導電狀態，由於開關S2之開啟電阻顯著小於共 振網路之阻抗，其經由低阻抗路徑而有效地短路共振網路之輸出至接地或負供應電壓線511。因此，共振網路於開關S2之導電狀態展現第二及較佳地顯著不同阻抗特性。以類似方式，如以上結合第三實施例400之自振盪網路所討論，共振網路之第二阻抗特性經組配以抑制環繞電晶體開關S1之自振盪反饋迴路之振盪。此可藉由組配共振網路具第二阻抗特性而予達成，其相較於第一阻抗特性之相同部件，展現減少之Q因子及/或改變之共振頻率。以第一阻抗特性之共振頻率之Q因子例如可大於5或10，同時以第二阻抗特性之共振頻率之Q因子可小於2或1。此外，第一阻抗特性之共振頻率可為或高於20MHz，諸如為或高於30MHz，同時第二阻抗特性之共振頻率可小於例如至少1.4倍。
100‧‧‧共振直流對直流電源轉換器
101‧‧‧正輸入端子
102‧‧‧負輸入端子
110‧‧‧正輸出端子
111‧‧‧負輸出端子
112‧‧‧控制線
120‧‧‧輸入方塊
130‧‧‧共振相位檢測器
131‧‧‧信號
133‧‧‧控制信號
140‧‧‧電隔離障壁
150‧‧‧輸出方塊
160‧‧‧輸出電壓或電流控制電路

Claims (19)

  1. 一種共振直流對直流電源轉換器，包含：輸入側電路，包含正輸入端子及負輸入端子用於接收輸入電壓或電流，輸出側電路，包含正輸出端子及負輸出端子用於供應轉換器輸出功率、電壓或電流，及至轉換器負載之連接、共振網路之輸出及該輸出側電路間連接之整流電路，其中，該共振網路經組配用於藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號而交替地從該輸入電壓或電流充電，及經由該整流電路放電，其中，該開關控制信號之頻率為或高於20MHz，更佳地為或高於30MHz，第二可控制開關配置，經組配以選擇第一開關狀態之該共振網路之第一阻抗特性，及選擇第二開關狀態之該共振網路之第二阻抗特性，輸出電壓或電流控制電路，經組配藉由依據該第二可控制開關配置之開關狀態啟動及中斷該第一開關控制信號，而調整該轉換器輸出電壓及/或電流。
  2. 如申請專利範圍第1項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該第二可控制開關配置於該整流電路之輸出及該正輸出端子或該負輸出端子之間串聯耦接，以連接導電開關狀態之該轉換器負載，及分離非導電開關狀態之該轉換器負載。
  3. 如申請專利範圍第1項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該第二可控制開關配置跨越該共振網路之該 輸出耦接，以選擇非導電狀態之該共振網路之該第一阻抗特性，及導電狀態之該共振網路之該第二阻抗特性。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該整流電路包含該第二可控制開關配置；以及控制電路，經組配用於與該第一開關控制信號同步地產生該第二可控制開關配置之控制信號。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該輸出電壓或電流控制電路包含：自振盪反饋迴路，耦接於該第一可控制開關配置之輸出端子及控制端子之間；其中，該共振網路之該第一阻抗特性經組配以致能該自振盪反饋迴路之振盪；以及該共振網路之該第二阻抗特性經組配以抑制該自振盪反饋迴路之振盪。
  6. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，其中，在該第一阻抗特性之共振頻率下，該第一阻抗特性之Q因子大於5；以及在該第二阻抗特性之共振頻率下，該第二阻抗特性之Q因子小於2。
  7. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該第一阻抗特性之共振頻率大於該第二阻抗特性之共振頻率至少1.4倍。
  8. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對 直流電源轉換器，其中，該輸出電壓或電流控制電路包含：電壓或電流調節迴路，連接於該轉換器輸出電壓及該第二可控制開關配置之控制端子之間，以依據一或多個直流參考電壓或電流調整該轉換器輸出電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該電壓或電流調節迴路包含：直流參考電壓產生器，經組配以供應該一或多個直流參考電壓或電流，一或多個比較器，經組配用於比較該轉換器輸出電壓與至少第一直流參考電壓，並依據該比較結果選擇該第二可控制開關配置之該導電狀態或該非導電狀態。
  10. 如申請專利範圍第9項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該直流參考電壓產生器經組配而供應第一直流參考電壓及第二直流參考電壓，其中該第一直流參考電壓高於該第二直流參考電壓；其中，該一或多個比較器經組配以：比較該轉換器輸出電壓與該第一直流參考電壓及該第二直流參考電壓；以及回應於超過該第一直流參考電壓之該轉換器輸出電壓，選擇該第二可控制開關配置之該導電狀態及該非導電狀態之一者，回應於降至該第二直流參考電壓以下之該轉換器輸出電壓，選擇該第二可控制開關配置之該相反狀態。
  11. 如申請專利範圍第5項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該自振盪反饋迴路包含：第一固有開關電容，耦接於該第一可控制開關配置之該輸出端子及該控制端子之間，第一偏壓源，經組配以產生第一可調整偏壓，第一電感器，較佳地具實質上固定電感，耦接於該第一偏壓源及該第一可控制開關配置之該控制端子中間。
  12. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，包含電隔離障壁，配置於該輸入側電路及該輸出側電路之間。
  13. 如申請專利範圍第12項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該電隔離障壁包含第一耦接電容器及第二耦接電容器。
  14. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，包含選自{E級、F級、DE級}群組之轉換器型態。
  15. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該第一可控制開關配置包含一或多個半導體開關，及該第二可控制開關配置包含一或多個半導體開關；其中，每一該半導體開關包含半導體電晶體，諸如MOSFET或IGBT，例如氮化鎵(GaN)MOSFET或碳化矽(SiC)MOSFET。
  16. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對 直流電源轉換器，進一步包含：無線或有線資料接收器，用於接收遠端資料命令以控制該第二可控制開關配置之該開關狀態。
  17. 如申請專利範圍第1至3項任一項之共振直流對直流電源轉換器，進一步包含：單一實質上平坦載體基板，包含第一表面及第二相對表面，其中，該輸入側電路、該輸出側電路、該整流電路、該共振網路、該第一可控制開關配置、該第二可控制開關配置及該輸出電壓或電流控制電路係依附於該第一表面及/或該第二表面上。
  18. 如申請專利範圍第17項之共振直流對直流電源轉換器，其中，該單一實質上平坦載體基板包含單側或雙側印刷電路板。
  19. 一種操作共振直流對直流電源轉換器以產生轉換器輸出電壓或電流之方法，該方法包含以下步驟：a)藉由第一可控制開關配置依據第一開關控制信號而交替地從輸入電壓源充電及放電該共振轉換器之共振網路，b)整流該共振網路之共振電流，c)放電整流之共振電流至整流電路以產生整流之輸出電壓，d)藉由選擇第二可控制開關配置之第一開關狀態或第二開關狀態，而於該共振網路之第一阻抗特性或第二阻 抗特性之間切換，e)藉由依據該第二可控制開關配置之第一開關狀態及第二開關狀態交替地啟動及中斷該第一開關控制信號，而調整轉換器輸出電壓或電流。
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