TWI810892B - 諧振轉換器電路、電源單元及諧振轉換器的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明描述用於使用一諧振轉換器控制提供給複數個可組態輸出模組的一電壓的系統、方法及設備，該諧振轉換器包括：一反向器電路；一諧振電容器橋，耦接於該反向器電路兩端；N組輸出端子，該N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子，該等輸出模組各別包括：一變壓器，具有一原線圈及一次級線圈；及一整流輸出，耦接至該次級線圈且經組態以用於耦接至一負載；及一諧振電感器網路，經組態以耦接於該諧振電容器橋與該等變壓器的該等原線圈之間，該諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置且每一支路包括一串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至至多M個輸出模組。

Description

諧振轉換器電路、電源單元及諧振轉換器的系統
本發明大體上係關於諧振槽。特定言之，但並非作為限制，本發明係關於一種用於諧振轉換器的分支諧振槽。
LLC諧振轉換器為將DC輸入轉換為AC輸出的電源裝置。LLC諧振轉換器廣泛地用於各種應用，包含音訊、醫療、工業、通訊及軍事應用。與習知PWM轉換器相比，LLC諧振拓撲因其空前的效率而享有盛譽。其獨特的零電壓切換特性不僅降低為MOSFET供電的切換損耗，而且亦提供了平滑的電壓及導致EMI雜訊產生非常低的電流換相。因此，LCC諧振轉換器在相對較低雜訊產生的情況下提供用於更高效的、功率密集的、無風扇功率供應的途徑。
此類轉換器包含耦接於DC電壓輸入端與LC區段之間的開關，該LC區段通常包含一或多個電感器(L)及電容器(C)。可使用MOSFET電晶體實施的開關以特定切換頻率接通及切斷以產生方波，該方波作為輸入提供給LC區段(可被稱為「LLC槽」或「諧振槽」)。LLC槽對輸入方波進行濾波且產生正弦輸出電流，可將該正弦輸出電流提供給變壓器的原線圈，該等變壓器各自形成多個隔離輸出模組中的一者的輸入端。輸出模組通常包含整流且任選地包含後級調節，使得每一模組產生調節後的DC電壓。
變壓器可用於電壓按比例縮放及訊號隔離，且可產生作為電源提供給負載(例如電路或裝置)的輸出訊號。相對於LLC槽的諧振頻率，LLC諧振轉換器的輸出功率取決於輸入方波的切換頻率。
然而，現存LLC諧振轉換器的狀態(特別係對於高功率應用)由於顯著的功率損耗、熱挑戰、短路風險及/或多個高頻渦流的存在而受到挑戰。
以下呈現與本文中所揭示的一或多個態樣及/或實施例相關的簡化概述。因而，以下概述不應被視為與所有經考慮態樣及/或實施例相關的廣泛概述，亦不應將以下概述視為識別與所有經考慮態樣及/或實施例相關的重要或關鍵要素或標明與任何特定態樣及/或實施例相關聯的範圍。因此，以下概述的唯一目的係先於下面呈現的詳細描述以簡化形式呈現與本文中所揭示的機制相關的一或多個態樣及/或實施例相關的某些概念。
在一些情況下，例如，在需要多個低電壓輸出的情況下，可能需要來自單個諧振轉換器的多個輸出。在需要多個輸出的情況下，可將正弦輸出電流提供給作為輸出模組的一部分的兩個或更多個變壓器的原線圈。原線圈可並聯配置，且次級線圈可彼此隔離且可經由整流區段耦接以分離輸出。舉例而言，美國專利公開號(在本文中被稱為‘940公開)揭示了具有多個變壓器的LLC諧振轉換器電路，該等變壓器使其原線圈並聯耦接，且呈串聯及並聯電感器的形式的LLC諧振槽耦接於此等原線圈兩端。‘940公開的全部內容以引用的方式併入本文中。在‘940公開中的電路的一些實際實施方式中，變壓器可形成於PCB板上的跡線中，當出現短路且因此出現電流尖波時，PCB板更容易排出易燃蒸汽。此等易燃蒸汽會引起火災隱患。為了降低短路導致火災的風險，可將LLC槽分成串聯電感器及並聯電感器的支路，如本發明的第3圖及第4圖中所示出。此分支在支路之間分割電流密度，使得短路可僅自給定支路釋放電流。因而，三路分支LLC轉換器中的短路導致將在非分支LLC轉換器中看到的電流的1/3，因此釋放易燃蒸汽的機會大大降低。
在一些情況下，輸出模組的整流區段可使用二極體，但亦可使用其他適用開關。舉例而言，同步整流經由使用MOSFET可與現成控制器一起使用，以感測二極體上的電流且控制MOSFET的切換以最佳化整流。然而，由於LLC轉換器的反向器通常切換頻率以維持一致輸出，因此MOSFET控制器有時會延遲關閉，從而使二極體短路幾奈秒。雖然此類短路不太可能係災難性的，但此類短路確實會增加功率損耗及干擾。LLC槽的上述分支藉由在短路期間將較低電流密度提供給每一支路來幫助減少此等臨時短路的影響。
暫時擱置分支的概念，取決於應用，可調節或可不調節LLC轉換器輸出模組的輸出。舉例而言，調節允許可微調至各種位準(例如5 V至50 V)的輸出。然而，特別係在使用降壓轉換器進行調節的情況下，使用更大的板空間(例如降壓轉換器使用大型電感器)且調節器可導致EMI增加。因此，可變輸出伴隨著折衷。因此，一些輸出模組可停止輸出調節，以支持降低EMI及更高效地使用板空間。然而，在沒有輸出調節的情況下，此等模組通常會經由回饋環路向LLC轉換器的開關維持所需輸出——換言之，此等「塊體」模組控制LLC轉換器的切換頻率以便實現所需輸出。作為實例，美國專利公開第2020220469號在第2圖的虛線區域中示出「塊體模組」的實例，且此公開申請案的內容以引用的方式併入本文中。在塊體模組控制LLC轉換器切換頻率的情況下，非塊體模組使用後級調節來實現其較低及微調輸出。
由於塊體模組不具有後級調節，因此所有塊體模組提供相關輸出——如由LLC轉換器切換頻率控制的。舉例而言，變壓器中具有相同匝數的塊體模組應提供類似輸出，但不同負載可導致不同輸出。然而，一些塊體模組可具有帶不同匝數比的變壓器(例如一個塊體模組可經組態以提供48 V，而另一塊體模組提供24 V)。在使用多個塊體模組的情況下，一個塊體模組被視為主模組且控制LLC轉換器切換頻率，且設計人員希望其他塊體模組自LLC轉換器接收類似輸出。在使用如第1圖至第2圖中所示出的典型LLC槽的情況下，槽電感器及塊體模組變壓器的並聯配置導致來自塊體模組的一致輸出。然而，在使用分支槽拓撲(例如，如在第4圖至第7圖中所見)的情況下，塊體模組並非並聯配置，且因此各自看到不同電流及電壓。因此，主從回饋概念在塊體模組及分支槽拓撲一起使用的情況下被打破。
因此，需要一種適合於高功率應用的具有成本效益的LLC諧振轉換器拓撲，該LCC諧振轉換器拓撲不僅可最佳化諧振槽增益，而且亦可使功率損耗最小化。
本發明的一些實施例可表徵為一種諧振轉換器電路，包括：反向器電路；諧振電容器橋，耦接於反向器電路兩端；N組輸出端子，N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子，該等輸出模組各別包括：變壓器，具有原線圈及次級線圈；及整流輸出，耦接至次級線圈且經組態以用於耦接至負載；及諧振電感器網路，經組態以耦接於諧振電容器橋與變壓器的原線圈之間，該諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置且每一支路包括串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至至多M個輸出模組。
本發明的其他實施例亦可表徵為一種具有一或多個可組態輸出的電源單元，該電源單元包括：諧振轉換器電路，具有反向器電路、耦接於反向器電路兩端的諧振電容器橋及諧振電感器網路；控制器；N組輸出模組，N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子的至多M個集合，該等輸出模組各自包括：變壓器，具有初級繞組及次級繞組；整流輸出，耦接至次級線圈且經組態以用於耦接至負載；其中諧振電感器網路經組態以耦接於諧振電容器橋與變壓器的原線圈之間，諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置，其中每一支路包括串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至至多M個輸出模組；至少一個後置輸出模組調節器，經組態以耦接於各別次級繞組與至少一個輸出模組的各別負載之間，其中至少一個後置輸出模組調節器中的一者經組態以耦接至控制器且控制反向器電路的切換頻率。
本發明的其他實施例可表徵為一種系統，包括：諧振轉換器，具有反向器電路、耦接於反向器電路兩端的諧振電容器橋及諧振電感器網路；N組輸出模組，N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子的至多M個集合，該等輸出模組各自包括：變壓器，具有初級繞組及次級繞組，該次級繞組經組態以用於耦接至負載；其中諧振電感器網路經組態以耦接於諧振電容器橋與變壓器的原線圈之間，諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置，其中每一支路包括串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至至多M個輸出模組；其中每一支路的輸出端子的至少一個集合包括三個端子，其中每一支路的三個端子中的第一者經組態以耦接至對應支路的高電壓，且其中每一支路的三個端子中的第二者經組態以耦接至對應支路的低電壓輸入端，其中第一支路的三個端子中的第一者經組態以連接至包含第二支路的至少一個其他支路的三個端子中的第三者；不具有輸出調節的第一輸出模組，其中第一輸出模組經組態以耦接至第一支路中的三個端子，且其中第一輸出模組包括在其第一端子與第三端子之間的內部連接；後置輸出模組調節器，經組態以耦接於次級繞組與第一輸出模組的負載之間；及不具有輸出調節的第二輸出模組，其中第二輸出模組經組態以連接至第二支路中的三個端子，且其中第二輸出模組包括在其第一端子與第三端子之間的內部連接，使得第一輸出模組的初級繞組並聯耦接至第二輸出模組的初級繞組；及非暫時性有形電腦可讀儲存媒體，編碼有處理器可讀指令以進行用於控制提供給輸出模組的至少一部分的電壓的方法，該等輸出模組包含第一輸出模組及第二輸出模組，該方法包括以下步驟：自第一輸出模組接收回饋訊號；及基於回饋訊號來控制反向器電路的切換頻率。
本發明大體上係關於諧振槽。更具體地，但不限於，本發明係關於用於使用具有分支諧振槽的諧振轉換器驅動複數個輸出電路的系統、方法及設備。
本文中使用詞語「示例性」來指「充當實例、例項或說明」。本文中描述為「示例性」的任何實施例不必被解釋為比其他實施例更佳或有利。
首項附注：以下諸圖中的流程圖及方塊圖說明根據本發明的各種實施例的系統、方法及電腦程式產品的可能實施方式的架構、功能性及操作。就此而言，此等流程圖或方塊圖中的一些方塊可表示程式碼的模組、段或部分，該模組、段或部分包括用於實施指定邏輯功能的一或多個可執行指令。亦應注意，在一些替代實施方式中，方塊中所提到的功能可不按圖中所提到的次序發生。舉例而言，實際上，連續地示出的兩個方塊可基本上同時執行，或此等方塊有時可按相反順序執行，此取決於所涉及的功能性。亦應注意，方塊圖及/或流程圖說明的每一方塊以及方塊圖及/或流程圖說明中的方塊的組合可由執行指定功能或行動或專用硬體與電腦指令的組合的基於專用硬體的系統實施。
應理解，儘管本文中可使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件、組件、區、層及/或區段，但此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語的限制。此等術語僅用於將一個元件、組件、區、層或區段與另一區、層或區段區分開。因此，下面論述的第一元件、組件、區、層或區段可被稱為第二元件、組件、區、層或區段，而不背離本發明的教示。
為易於描述，本文中可使用諸如「在……之下」、「下方」、「下部」、「在……下方」、「上方」、「上部」及類似者的空間相對術語來描述如圖中所說明的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。應理解，除了圖中所描繪的定向之外，空間相對術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。舉例而言，若圖中的裝置被翻轉，則描述為「在」其他元件或特徵「下面」或「之下」或「下方」的元件然後將定向為「在」其他元件或特徵「上方」。因此，示例性術語「下方」及「在……下方」可涵蓋上方及下方的定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對描述詞相應地進行解譯。此外，應理解，當層被稱為「在」兩個層「之間」時，該層可為兩個層之間的唯一層，或亦可存在一或多個中間層。
本文中所使用的術語僅用於描述特定實施例且不意欲對本發明進行限制。如本文中所使用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」亦意欲包含複數形式。應進一步理解，術語「包括(comprises)」及/或「包括(comprising)」在用在本說明書中時係指規定特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其封包的存在或添加。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯的所列項目中的一或多者的任何及所有組合，且可縮寫為「/」。
應理解，當元件或層被稱為「在」另一元件或層「上」、「連接至」另一元件或層、「耦接至」另一元件或層、「與」另一元件或層「相鄰」時，該元件或層可直接位於另一元件或層上、連接至另一元件或層、耦接至另一元件或層或與另一元件或層相鄰，或可存在中間元件或層。相比之下，當元件被稱為「直接位於」另一元件或層「上」、「直接連接至」另一元件或層、「直接耦接至」另一元件或層、「與」另一元件或層「緊密相鄰」時，不存在中間元件或層。
本發明的實施例不應被解釋為限於本文中所說明的區的特定形狀，而係應包含例如由製造導致的形狀偏差。因此，圖中所說明的區本質上為示意性的，且其形狀不意欲說明裝置的區的實際形狀且不意欲限制本發明的範疇。
除非另外定義，否則本文中所使用的所有術語(包含技術術語及科學術語)皆具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。應進一步理解，諸如在常用辭典中定義的彼等術語的術語應被解譯為具有與其在相關領域及/或本說明書的上下文中的含義一致的含義，且除非在本文中明確定義，否則將不會以理想化或過於正式的含義進行解譯。
為了克服塊體模組未能在主塊體模組對LLC轉換器切換頻率的控制所規定的電壓及電流下操作的前述挑戰，本發明描述了用於使單獨支路中的塊體模組上的電流及電壓收斂的系統、方法及設備。
第1圖說明根據一或多種實施方式的諧振轉換器100的系統圖。如所示出，諧振轉換器100可包括反向器電路102、諧振槽104、一或多個模組108 (例如模組108-a、108-b、108-c、108-d、108-e及108-f)及控制器106。在一些情況下，反向器電路102可實施為交換網路(例如在第7圖及/或第8圖中示出為交換網路720)。在一些情況下，控制器106可經組態以控制反向器電路102中的一或多個開關(例如MOSFET)。在一些實施例中，一或多個模組108中的每一者可包括具有一或多個初級繞組及次級繞組的變壓器。第11圖提供了諸如第1圖中所示出的模組108-a及/或108-d的塊體模組的一個實例。另外，第18圖提供了第1圖中所示出的三個一組的此類模組(例如模組108-b、108-c等)的一個實例。另外，一或多個模組108 (例如模組108-a及108-d)可包括例如具有集電極及發射極的光耦合器模組110 (例如任選的光耦合器模組110-a、任選的光耦合器模組110-b)或用於經由隔離邊界傳遞資料且將指令傳遞回控制器106的某一其他裝置。在一些實例中，一或多個模組108中的每一者可進一步包括耦接至給定模組108的各別變壓器的次級繞組的整流器電路。如所示出，諧振轉換器100可包括用於並聯耦接模組108的複數個連接。舉例而言，複數個變壓器(未示出)的初級繞組可在一端耦接至諧振槽104且在另一端耦接至反向器電路102。輸出模組108的變壓器的次級繞組可經組態以用於耦接至輸出負載(未示出)，其中跨輸出負載遞送的電壓可由V 0A、V 0B、V 0C、V 0D、V 0E及V 0F表示。在一些實施例中，光耦合器模組110或用於經由隔離邊界傳遞資料的其他裝置可耦接至控制器106。另外，來自至少一個光耦合器模組110 (例如光耦合器模組110-a)的輸出可由控制器106監測，控制器106可基於該輸出來調整反向器電路102的切換頻率。在一些情況下，多個模組108可具有光耦合器模組110，但此等光耦合器模組中僅一者可將資料提供給控制器106以調整反向器電路102的切換頻率。以此方式，模組108中的一者可經由其光耦合器模組110控制諧振轉換器切換頻率，且因此控制遞送至模組108中的每一者的功率。
第2圖說明根據一或多種實施方式的諧振轉換器200的實例示意圖。在一些實例中，諧振轉換器200可類似於或基本上類似於第1圖中的諧振轉換器100。諧振轉換器200包含控制器106、反向器電路102及諧振槽104。反向器電路102可包括開關215及216 (其可為MOSFET的實例)或另一適用開關。在所示出的實例中，開關215及216可以半橋組態配置且可經組態以自控制器106接收控制指令。控制指令可用於調整反向器電路102的切換頻率。
在一些實施例中，諧振槽104可包括諧振電容器橋218 (例如諧振電容器半橋)及諧振電感器網路217，該諧振電容器橋218包括耦接於反向器電路102兩端的一或多個諧振電容器(例如C r1、C r2)，該諧振電感器網路217包括一或多個諧振電感器(L r1、L p1)，其中諧振電感器網路217的一端耦接至諧振電容器橋218的中心，而另一端耦接至開關215及216的半橋組態的中心。舉例而言，諧振電感器網路217可包括至少一個串聯電感器(例如L r1)及至少一個並聯電感器(例如L p1)，其中串聯電感器的第一端耦接至諧振電容器橋218的中心，而第二端耦接至並聯電感器的第一端。另外，並聯電感器的第二端可例如在開關215與216之間耦接至反向器電路的中心。在一些情況下，串聯電感器的第二端及並聯電感器的第一端亦可耦接至輸出模組108的變壓器的初級繞組的第一端，而變壓器的初級繞組的第二端可耦接至並聯電感器的第二端及/或反向器電路的中心。以此方式，輸出模組108的變壓器的初級繞組可並聯耦接於並聯電感器(亦即，L p1)兩端。在一些情況下，此組態可有助於使遞送至輸出負載的輸出電壓中的紋波(或幅度變化)最小化。在一個實例中，使用此組態，空載時的輸出電壓明顯高於重載時的輸出電壓(例如＞ 10%、＞ 5%、＞ 15%等)。在一些實施例中，可在遞送關於第10A圖進一步描述的輸出功率之前在變壓器的次級側利用降壓轉換器後級調節器。在一些情況下，經由降壓轉換器後級調節器遞送的最大輸出功率可例如取決於所使用變壓器的數目而有所不同。在一個非限制性實例中，至多4個變壓器可並聯連接以遞送600 W的最大輸出功率。在另一實例中，至多6個變壓器可並聯連接以經由降壓轉換器後級調節器遞送1.8 kW的最大輸出功率。在又一些情況下，可利用至多6個變壓器來遞送1 kW的最大輸出功率。在一些其他情況下，可利用至多9個變壓器來使用關於第10A-B圖及第13圖至第14圖進一步描述的降壓轉換器後級調節器及後級FET調節器或線性調節器的組合遞送2.7 kW的最大輸出功率。
應注意，上述變壓器的數目及最大輸出功率僅為實例，而非意欲作為限制。在一些情況下，每一輸出模組108可為對流冷卻或強制空氣冷卻中的一者。在一些實例中，對流冷卻可包括自然對流冷卻，其中物體(例如變壓器鐵芯)周圍的空氣將熱量自物體傳遞出去，而不利用任何風扇或鼓風機。在一些其他實例中，例如，若變壓器係油浸式變壓器，則對流冷卻可包括使用另一流體(例如油或水)。在此類情況下，可將在鐵芯及繞組中產生的熱量傳遞至油。油浸式變壓器的一些非限制性實例可包含油浸自冷(Oil Natural Air Natural，ONAN)變壓器、油浸風冷(Oil Natural Air Forced，ONAF)變壓器、強油風冷(Oil Forced Air Forced，OFAF)變壓器及強油水冷(Oil Forced Water Forced，OFWF)變壓器。
為了減少由單個匯流排上的高電流造成的損耗且減少由高電流密度引起的火災機率，可將諧振電感器網路分成支路，從而降低遞送至多組輸出模組中的每一者的電流密度。分支諧振電感器網路的非限制性實例呈現於第3圖至第9圖及第11圖中。
第3圖說明根據本發明的實施例的諧振轉換器300的系統圖。諧振轉換器300可實施本文中所描述的圖的一或多個態樣。在一些實施例中，諧振轉換器300可包括諧振槽304，該諧振槽包括諧振電容器橋318及諧振電感器網路317。諧振電容器橋318可類似於或基本上類似於關於第2圖描述的諧振電容器橋218。如所示出，諧振槽304可包括複數個支路322，每一支路包括一或多個諧振電感器319 (例如諧振電感器319-a、319-b、319-c)。在一些情況下，諧振電感器319可包括關於第4圖進一步描述的至少一個串聯電感器、至少一個並聯電感器或其組合。諧振轉換器300可進一步包括整流器網路321，其中整流器網路321包括用於耦接至一或多組模組(例如第一組模組210 (例如模組210-a、210-b、210-c)、第二組模組212 (例如模組212-a、212-b、212-c)及第三組模組214 (例如模組214-a、214-b、214-c))的複數個連接。在一些情況下，不同組模組的一或多個模組中的每一者可包括關於第10圖、第11圖、第13圖、第14圖及第18圖進一步描述的具有初級繞組及次級繞組的變壓器。如第3圖中所見，諧振電感器319的每一支路可耦接至一組模組，使得每一組中的變壓器的初級繞組可並聯連接。在一些實施例中，組中的變壓器的初級繞組的第一端可連接至各別支路的串聯電感器的第二端，而初級繞組的第二端可耦接至反向器電路102。在一個實例中，變壓器的初級繞組的第二端可耦接至反向器電路102的MOSFET的半橋組態的中心。另外，各別支路的串聯電感器的第一端可例如在電容器橋318的中心處耦接至電容器橋318。在一些實例中，多組變壓器中的每一變壓器的次級繞組可經組態以耦接至輸出負載(未示出)。在第3圖中，電壓(V 0A1、V 0B1、V 0C1、V 0A2、V 0B2、V 0C2、V 0A3、V 0B3、V 0C3)表示由不同模組跨不同輸出負載遞送的輸出電壓。雖然未示出，但整流器網路321可包括關於第10圖、第12圖及第18圖進一步描述的一或多個整流器電路，其中每一變壓器的次級繞組可經由一或多個整流器電路中的一者耦接至輸出負載。在一些情況下，每一變壓器的輸出可由整流器電路整流且進一步被穩定(例如使用耦接於輸出負載兩端的電容器來使紋波電壓最小化)以提供穩定的輸出電壓(例如V 0A1、V 0B1、V 0C1等)。
關於第3圖描述的諧振轉換器拓撲用於將初級電流劃分成一或多個支路(例如第3圖中的3個支路，但亦可實施任何其他數目的兩個或更多個支路)，使得每一串聯電感器經受相對於第1圖及/或第2圖中的串聯電感器的最大電流的小部分(例如Current max/N，其中N為支路數目)影響。可在第4圖中看到類似分支及每一支路的所產生電流減少。
在一些情況下，第2圖、第3圖及第4圖中的諧振轉換器可在其初級繞組及次級繞組中利用相同變壓器鐵芯及相同匝數。然而，相較於第2圖，可在第3圖及/或第4圖減小串聯電感器L r1、L r2、L r3的鐵芯中的氣隙，此可用於增加電感(例如使電感加倍)且因此維持相同的諧振頻率。以此方式，雖然第2圖、第3圖及第4圖中的串聯電感器L r1、L r2、L r3可具有相同鐵芯損耗，但第3圖及/或第4圖中的串聯電感器L r1、L r2、L r3可具有較低導電損耗。然而，在一些情況下，使用多個並聯電感器(例如每一支路有一個並聯電感器)來平衡每一支路的諧振槽增益可增加成本及/或功率損耗。另外或替代地，由於相較於非分支拓撲(例如第1圖至第2圖)，與將串聯電感器及並聯電感器的數目乘以支路數目相關聯的空間的增加，故關於第3圖及/或第4圖描述的拓撲亦可引入熱挑戰。
第4圖說明根據本發明的實施例的諧振轉換器400的實例示意圖。在一些實例中，諧振轉換器400可類似於或基本上類似於第3圖中的諧振轉換器300，且可包含控制器106、具有開關215及216的反向器電路102、具有耦接於反向器電路102兩端的諧振電容器橋318的諧振槽304及整流器網路321。如所示出，諧振槽304可包括複數個支路422 (例如支路422-a、支路422-b、支路422-c)，每一支路包括一或多個諧振電感器，該諧振電感器包含至少一個串聯電感器(例如L r1、L r2、L r3)。在該實例中，每一支路可進一步包括至少一個並聯電感器(例如L p1、L p2、L p3)，使得串聯電感器的數目等於並聯電感器的數目。
在所示出實例中，整流器網路321可包括一或多組模組(例如模組210、模組212、模組214)或變壓器，其中每組模組或變壓器耦接至複數個支路422中的一個支路。舉例而言，包括模組210-a、210-b、210-c的第一組可耦接至諧振電感器的第一支路422-a，包括模組212-a、212-b及212-c的第二組可耦接至諧振電感器的第二支路422-b，且包括模組214-a、214-b及214-c的第三組可耦接至諧振電感器的第三支路422-c。如上面所提到，模組210、212及214中的每一者可包括具有初級繞組及次級繞組的變壓器，其中次級繞組經組態以耦接至輸出負載。在一些實施例中，模組210、212及214可進一步包括用於穩定遞送至輸出負載的輸出電壓(例如V 0A1、V 0B1、V 0C1、V 0A2、V 0B2、V 0C2、V 0A3、V 0B3、V 0C3)的整流器電路。在一些情況下，每一支路422的串聯諧振電感器(例如L r1)的一端可耦接至諧振電容器橋318。另外，每一支路的串聯諧振電感器(例如L r1)的另一端及並聯電感器(例如L p1)的一端可耦接至一或多組中的一者中的變壓器的初級繞組的一端。另外，每一支路中的並聯電感器的另一端及每一組中的變壓器的初級繞組的其他端可耦接至反向器電路102的中心。在一些實例中，反向器電路102可包括MOSFET的半橋組態。以此方式，每一組中的變壓器的初級繞組可並聯耦接於諧振槽304兩端。
在一些實施例中，一或多個支路的輸出模組的至少一部分可耦接至後級調節器(例如降壓轉換器後級調節器、降升電壓轉換器後級調節器、升壓轉換器後級調節器，僅舉幾個非限制性實例)，該等後級調節器可用於調整遞送至其各別負載的輸出電壓。舉例而言，一或多個後級調節器可各自耦接於各別輸出模組的次級繞組與各別負載之間。在一些其他情況下，後級調節器可為線性調節器的實例。在一些非限制性實例中，線性調節器可經由諸如模組210-a的光耦合器模組耦接於輸出模組的次級繞組兩端。另外，線性調節器及光耦合器模組可在經由控制器106返回至反向器電路(或交換網路)的開關的回饋環路中實施。控制器106然後可基於此等回饋訊號來調整切換頻率。在一些情況下，具有光耦合器模組的輸出模組(例如模組210-a)中的僅一者(被稱為主塊體模組)可經組態以提供回饋訊號。以此方式，主塊體模組可規定由其他輸出模組的至少一部分遞送的輸出電壓，該等輸出模組包含具有光耦合器模組的其他輸出模組(例如具有光耦合器模組110-b的模組212-a、具有光耦合器模組110-c的模組214-a)。
第5圖說明根據本發明的交替實施例的諧振轉換器500的系統圖。諧振轉換器500實施本文中所描述的圖的一或多個態樣。為了易於表示，將諧振轉換器500示出為具有諧振開關電路524，其中諧振開關電路524包括反向器電路(例如第1圖至第4圖中的反向器電路102)及諧振電容器橋(例如第2圖中的諧振電容器橋218、第3圖及/或第4圖中的諧振電容器橋318)。諧振轉換器500亦可包括控制器106，該控制器106經組態以產生用於調整反向器電路的切換頻率的開關控制訊號。在一些情況下，反向器電路可實施為交換網路且可包括MOSFET的半橋組態，但在不同實施例中考慮了呈不同組態(例如全橋組態)的其他類型的開關(例如JFET、BJT等)。在第5圖中所示出的實例中，諧振槽的諧振電感器517可包括諧振槽的每一支路的一或多個並聯電感器520及一或多個串聯電感器519 (例如串聯電感器519-a、串聯電感器519-b、串聯電感器519-c)。在一些情況下，例如，當使用多個並聯電感器且在一或多個支路之間共用多個並聯電感器時，此等並聯電感器可表現為諧振槽中的單個並聯電感器520。雖然第3圖至第4圖示出了配置於串聯電感器的右側或配置於一或多個串聯電感器與輸出模組之間的一或多個並聯電感器，此處，多個並聯電感器已被配置於串聯電感器519的左側的單個並聯電感器520 (或串聯耦接電感器的串)更換。換言之，並聯電感器520配置於諧振開關電路524與串聯電感器519之間。作為實例，並聯配置的兩個電感器(L x及L y)的總電感值可分別使用其倒數值 及 之和來計算。具體地，當L x及L y並聯配置時，L x及L y可表現為單個電感器(L pz)，其中L pz的電感可由下式表示： (1)，可簡化為：L pz = (2)。相反，當複數個電感器串聯配置時，該等電感器的總電感值可由其個別電感值之和表示。舉例而言，當L x及L y串聯配置時，L x及L y可表現為單個電感器(L sz)，其中L sz的電感可由下式表示： L sz = L x + L y (3)。
在一些實施例中，可在一或多個支路之間共用單個並聯電感器520。在一些態樣中，單個並聯電感器520可有助於平衡每一分支串聯電感器519的諧振槽增益。以此方式，初級輸入電流可劃分成支路，使得每一分支串聯電感器519可僅經受最大輸入電流的小部分(亦即，取決於支路數目或分支串聯諧振電感器519的數目)影響。在第5圖中所示出的實例中，且假設串聯電感器519-a、519-b及519-c具有相同或相等的幅度，每一串聯電感器519可僅經受最大輸入電流的三分之一(亦即，由於存在三個支路)影響。在一些情況下，藉由將並聯電感器移動至第3圖及/或第4圖中所見的串聯諧振電感器的另一側，在此位置中的單個扼流線圈可用與第1圖及/或第2圖的鐵芯相同或類似大小的鐵芯來實現，該扼流線圈可用於遞送具有與第1圖及/或第2圖的增益/頻率特性類似的增益/頻率特性的諧振槽。應注意，例如，藉由增加串聯電感器的支路的數目，可將第5圖及/或第6圖中所示出的拓撲按比例縮放至更高功率。在一些實例中，可藉由增加並聯連接至每一支路的並聯連接的變壓器初級繞組的數目來支持更高功率位準。
在一些實施例中，每一支路可耦接至一組模組(例如第一組模組210、第二組模組212、第三組模組214等)，使得單個並聯電感器520並聯耦接於不同組變壓器的並聯耦接初級繞組兩端。換言之，每組變壓器中的變壓器的初級繞組可並聯耦接(亦即，由於組中的每一變壓器的初級繞組的一端串聯耦接至各別支路中的串聯電感器519的一端，且組中的初級繞組的另一端耦接至諧振開關電路524的反向器電路)，且單個並聯電感器520可並聯耦接於不同組變壓器兩端(亦即，由於並聯電感器520的一端及不同組變壓器的每一初級繞組的另一端耦接至諧振開關電路524的反向器電路)。又換言之，給定支路中的變壓器或模組210可耦接至其各別支路中的串聯電感器519，而不管支路如何，所有變壓器或模組皆耦接至單個並聯電感器520。
第6圖說明諧振轉換器600的示意圖，該諧振轉換器600可類似於或基本上類似於第5圖中的諧振轉換器500。如第6圖中所見，諧振轉換器600包括諧振槽604，該諧振槽604具有在支路622-a、622-b及622-c之間共用的單個並聯電感器(亦即，L p)，此與第3圖及第4圖中看到的拓撲形成對比，其中諧振槽304包括每一支路322的並聯電感器。在一些實施例中，每一支路622包括串聯諧振電感器(例如L r1、L r2、L r3)，串聯諧振電感器的一端耦接至並聯電感器(L p)及諧振電容器橋318，而另一端耦接至各別組的變壓器的初級繞組。
在一些情況下，諧振槽604進一步包括諧振電容器橋318，其中諧振電容器橋318可耦接於反向器電路102兩端。在一些實例中，反向器電路102包括開關215及216。諧振電容器橋318、反向器電路102、模組210、212、214、控制器106及任選光耦合器模組110可類似於或基本上類似於先前關於第1圖至第5圖中的任一者描述的諧振電容器橋、反向器電路、模組、控制器及任選光耦合器模組。
儘管迄今為止說明的實例已經示出了三個支路，但熟習此項技術者應瞭解，可實施兩個或更多個支路的任何數目N，且第7圖至第9圖幫助說明此概括。第7圖說明根據本發明的實施例的具有第一電感器網路拓撲的諧振轉換器700的實例。在一些實例中，諧振轉換器700可實施本文中所描述的圖的一或多個態樣。諧振轉換器700可類似於或基本上類似於先前分別關於第3圖及/或第4圖描述的諧振轉換器300及/或400。
諧振轉換器700可包括反向器電路102、具有耦接於反向器電路102兩端的諧振電容器半橋718的諧振槽704及根據第一電感器網路拓撲配置的諧振電感器717。如第7圖中所見，第一電感器網路拓撲可藉由形成複數個支路722 (例如N個支路)來實施，每一支路包括串聯諧振電感器(例如L r1、L r2、...、L rN等)及並聯諧振電感器(例如L p1、L p2、...、L pN等)。舉例而言，第一支路722-a可包括串聯電感器(L r1)及並聯電感器(L p1)，而第二支路722-b可包括串聯電感器(L r2)及並聯電感器(L p2)，且第N支路722-n可包括串聯電感器(L rN)及並聯電感器(L pN)。每一支路中的串聯電感器的一端可耦接至諧振電容器半橋718，而其另一端可耦接至一或多個組(例如組1、組2、組N等)中的一組中的變壓器的初級繞組。另外，各別支路中的並聯電感器的一端亦可耦接至支路中的串聯電感器的另一端以及耦接至支路的各別組中的變壓器的初級繞組。在一些情況下，每一支路中的並聯電感器的另一端可經由連接726耦接至反向器電路102。
在一些實施例中，反向器電路102可為交換網路720的實例。在一些實例中，至諧振轉換器700的DC輸入(表示為V in)可首先由交換網路720轉換為AC訊號，諸如方波訊號。AC訊號繼而可經由耦接於交換網路720兩端的諧振電容器半橋718及諧振電感器717回饋至組1至N的複數個變壓器。
第8圖說明根據本發明的實施例的具有第二電感器網路拓撲的諧振轉換器800的實例。在一些實例中，諧振轉換器800可類似於或基本上類似於先前關於第5圖及/或第6圖描述的諧振轉換器500及/或600且可以包括具有諧振電容器半橋718及諧振電感器817的諧振槽804。如所看出，第8圖中的諧振電感器817的電感器網路拓撲可包括使用在多個支路之間共用的單個並聯電感器(亦即，L p)，每一支路具有至少一個串聯諧振電感器(例如L r1、L r2、...、L rN)。連接824可將每一支路中的並聯電感器(L p)的一端及串聯諧振電感器(例如L r1、L r2、...、L rN)的一端耦接至諧振電容器半橋718，而連接826可將每一組(亦即，組1至N)中的並聯電感器(L p)的另一端及變壓器的初級繞組耦接至反向器電路102。在一些態樣中，單個並聯電感器(亦即，L p)可有助於平衡每一分支串聯電感器(例如L r1、L r2、...、L rN)的諧振槽增益。以此方式，初級輸入電流可劃分成支路，使得每一分支串聯電感器可僅經受最大輸入電流的小部分(亦即，Current max/N，其中N為支路數目)影響。在一些情況下，藉由將並聯電感器移動至第3圖及/或第4圖中所見的串聯諧振電感器的另一側，在此位置中的單個扼流線圈可用與第1圖及/或第2圖的鐵芯相同或類似大小的鐵芯來實現，該扼流線圈可用於遞送具有與第1圖及/或第2圖的增益/頻率特性類似的增益/頻率特性的諧振槽。應注意，第8圖中所示出的拓撲描繪第5圖及/或第6圖中所示出的按比例縮放為更高功率(亦即，『N』而非3，其中N ＞ 3)的拓撲。以此方式，與按比例縮放第3圖至第4圖的純分支拓撲的情況相比，可在所消耗板空間增加少得多的情況下實現按比例縮放。另外或替代地，可藉由增加並聯連接至每一支路的並聯連接的變壓器初級繞組的數目來支持更高功率位準。
在一些實例中，諧振轉換器800亦可包括控制器(例如在第5圖及/或第6圖中示出為控制器106)，該控制器經組態以產生用於調整反向器電路102的切換頻率的開關控制訊號。在一些情況下，交換網路可包括MOSFET的半橋組態，但在不同實施例中考慮了呈不同組態(例如全橋組態)的其他類型的開關(例如JFET、BJT等)。
在一些實施例中，每一支路可耦接至一組模組(例如在第5圖及/或第6圖中示出為第一組模組210、第二組模組212、第三組模組214等)，使得單個並聯電感器(例如L p)並聯耦接於不同組變壓器的並聯耦接初級繞組兩端。換言之，每組變壓器中的變壓器的初級繞組可並聯耦接(亦即，由於組中的每一變壓器的初級繞組的一端串聯耦接至各別支路中的串聯電感器(例如L r1)的一端，且組中的初級繞組的另一端經由連接826耦接至反向器電路102)，且單個並聯電感器可並聯耦接於不同組變壓器兩端(亦即，由於並聯電感器的一端及不同組變壓器的每一初級繞組的另一端經由連接826耦接至反向器電路102)。又換言之，給定支路中的變壓器或模組可耦接至其各別支路中的串聯電感器，而不管支路如何，所有變壓器或模組皆耦接至單個並聯電感器。
第9圖說明根據本發明的實施例的示出一或多個輸出模組的諧振轉換器900的實例，該一或多個輸出模組中的一些或全部耦接至後級調節器。諧振轉換器900實施貫穿本申請案描述的諧振轉換器的一或多個態樣，該等諧振轉換器至少包含分別關於第11圖、第13圖及第14圖描述的諧振轉換器1100、1300及1400。如所看出，諧振轉換器900包括控制器106、反向器電路102、分支諧振槽104，該分支諧振槽104包括諧振電容器橋(例如在第8圖中示出為諧振電容器半橋718)及諧振電感器(例如在第7圖或第8圖中示出為諧振電感器717或817)。在一些情況下，諧振電感器可包括至少一個並聯電感器及一或多個支路，每一支路包含至少一個串聯電感器。在一些情況下，諧振槽的每一支路可耦接至一組輸出模組或變壓器，使得組中的變壓器的初級繞組並聯。舉例而言，在第9圖中，支路1的輸出模組952中的變壓器的初級繞組並聯，且支路N的輸出模組952中的變壓器的初級繞組並聯。在一些情況下，輸出模組或變壓器的至少一部分可耦接至後級調節器(例如降壓轉換器後級調節器)。如上所述，諸如塊體模組的一些模組可不耦接至後級調節器。相反，塊體模組(被稱為主塊體模組，或被簡稱為主塊體Mod)中的一者可包括光耦合器模組(例如在前面的圖中示出為光耦合器模組110-a)或用於經由隔離邊界傳遞資料的另一構件，該另一構件經組態以藉由向控制器106發送回饋來控制反向器電路102的切換頻率。控制器106可基於此等回饋訊號來調整切換頻率。
在第9圖中所示出的實例中，分支諧振槽104可耦接至輸出模組的N個支路或組(例如輸出模組950 1、...、950N的支路)，每一支路或組包括至多M個輸出模組(例如模組952-a-m)。應注意，每一支路或組中的輸出模組的數目不意欲作為限制。在一些實施例中，輸出模組的不同支路或組可具有不同數目的輸出模組(例如支路1中的『M』個輸出模組及支路2中的『P』個輸出模組，其中M ≠ P)。在一些實施例中，一或多個支路的輸出模組的至少一部分可耦接至後級調節器(例如降壓轉換器後級調節器、降升電壓轉換器後級調節器、升壓轉換器後級調節器等)。可存在用於支路1中的輸出模組952的後級調節器(例如後級調節器962、964)的第一支路960 1，用於支路2中的輸出模組的後級調節器的第二支路，用於支路N中的輸出模組952的後級調節器(例如後級調節器962-a、964-b)的『第N』支路960 N，依此類推。在一些情況下，第9圖中所示出的後級調節器962可為耦接至塊體模組的線性調節器的實例，而後級調節器964可為關於第10A圖及第10B圖進一步描述的耦接至調節模組的降壓轉換器後級調節器的實例。如本文中所使用，術語「調節模組」係指使用後級調節來實現較低及修整輸出的非塊體模組。應注意，雖然在存在負載條件時沒有調節來自塊體模組的輸出，但在一些情況下，可使用後置場效電晶體(Field Effect Transistor，FET)調節器或其他線性調節器來調節輕載或空載條件下的功率，此係關於第10B圖進一步描述的。然而，當負載連接至輸出模組時，FET調節器完全開啟且不會對輸出的控制作出貢獻，因此對於負載條件，可認為塊體模組缺少後級調節。
第10A圖說明諧振轉換器的輸出端1000-a的實例，其中輸出端1000-a包括輸出模組，該輸出模組包括下面進一步描述的耦接至諧振轉換器(未示出)的變壓器1050-a、整流器電路1021-a及後置輸出調節電路。後置輸出調節電路可用於調節輸出模組或變壓器1050-a的輸出電壓。在該實例中，輸出模組或變壓器1050-a可為調節模組(亦即，並非塊體模組)的實例。在一些情況下，後置輸出調節電路可耦接於變壓器1050-a的次級繞組與輸出負載(未示出)之間，例如耦接於整流器電路1021-a與輸出負載之間，該整流器電路1021-a耦接於變壓器1050-a的次級繞組1046兩端。在一些實施例中，整流器電路1021-a可包括一或多個開關(例如二極體D 1及D 2)且可以選自由半波整流器及全波整流器組成的組，其中全波整流器包括中心抽頭全波整流器或橋式整流器中的一者。應注意，可使用其他類型的開關(諸如MOSFET)來替代二極體D 1及D 2。在所示出的實例中，整流器電路1021-a包括中心抽頭全波整流器。如所說明，整流器電路1021-a包括在第一端耦接至中心抽頭變壓器的次級繞組1046的第一端的第一開關(例如二極體D 1)及在第一端耦接至中心抽頭變壓器的次級繞組1046的第二端的第二開關(例如二極體D 2)。在一些情況下，整流器電路1021-a可進一步包括電容器(例如C 1)，該電容器經組態以耦接於輸出負載兩端，使得電容器(C 1)的一端經組態以耦接至中心抽頭變壓器(亦即，變壓器1050-a)的中央輸出繞組，且電容器(C 1)的另一端經組態以耦接至輸出負載的負極端子以及第一整流器二極體或開關及第二整流器二極體或開關(例如二極體D 1及D 2)的第二端。因此，變壓器1050-a的輸出可由整流器電路1021-a整流，且使用電容器(C 1)進行進一步穩定以在輸出負載處提供穩定的輸出電壓。
雖然整流器電路及電容器C 1可用於提供穩定的DC輸出電壓，但電容器C 1的正極端子處的電壓可不同於(例如高於或低於)負載處所需的輸出電壓。如上面所提到，由輸出模組或變壓器遞送的輸出電壓可由LLC諧振轉換器的切換頻率規定，其中可經由控制器(例如前面的圖中的控制器106)使用主塊體模組的控制電路來控制切換頻率。在此情況下，變壓器1050-a為未經組態以控制LLC諧振轉換器的切換頻率的調節模組的實例。在此類情況下，後置輸出調節電路可用於升壓(例如使用升壓調節器)或降壓(例如使用降壓調節器)遞送至負載的整流後的且穩定的電壓(亦即，C 1處的電壓)。
如所示出，後置輸出調節電路包括具有開關Q 1(諸如但不限於MOSFET)、電感器L 1、二極體D 4及電容器C 2的降壓調節器1011。在一些實施例中，降壓調節器1011亦可包括用於監測電容器(C 2)的正極端子(或電感器L 1與電容器C 2之間的節點)處的電流或電壓且作為回應，例如藉由控制開關(Q 1)的閘極與接地迴路(輸出負載的負極端子)之間的連接來控制開關(Q 1)的降壓控制器1006。以此方式，降壓控制器1006可充當MOSFET或開關Q 1的閘極驅動器。在一些情況下，降壓控制器1006可經組態以使用開關Q 1交替地連接及斷開自變壓器1050-a或輸出模組的次級繞組1046的中心抽頭至電感器L 1的電壓以調節輸出電壓(V 0A1)。換言之，降壓控制器1006可控制開關Q 1的斷開及閉合，該開關Q 1可用於調節遞送至負載的DC輸出電壓(V 0A1)。雖然未示出，但降壓控制器1006亦可接收參考電壓訊號，其中參考電壓訊號與負載處所需的輸出電壓(亦即，目標電壓)相關聯。降壓控制器1006可經組態以將電流輸出電壓(亦即，電容器C 2的正極端子處的電壓)與參考電壓訊號進行比較，基於參考電壓訊號與電流輸出電壓之間的差值來判定誤差，且調整開關Q 1的時序(亦即，當開關斷開及閉合時，開關斷開/閉合的持續時間)，使得誤差趨於零。
第10B圖說明諧振轉換器的輸出端1000-b的實例，其中輸出端1000-b包括輸出模組，諸如主塊體模組(例如參見美國專利公開第2020220469號的第2圖中的虛線區域)、整流器電路1021-b以及控制及調節電路系統。第10B圖亦示出輸出模組的變壓器1050-b。在一些實施例中，控制及調節電路系統可用於基於量測V 0+及V 0-訊號來調節輸出模組的輸出電壓(V 0)。如所示出，輸出端1000-b包括變壓器1050-b的次級繞組1046、初級整流器電路1021-b (包括二極體D 5及D 6以及電容器C 3)、可變電阻器1009、任選濾波器1017 (由虛線示出為任選的)、耦接至控制器(例如在前面的圖及第11圖中示出為控制器106)的回饋電路1012及通訊匯流排1013。通訊匯流排1013可耦接至與負載相關聯的電氣系統，例如以用於中繼來自負載的電訊號。在一些情況下，電訊號可與參考電壓訊號(亦即，負載的目標電壓)相關聯，但在不同實施例中可使用通訊匯流排1013中繼其他類型的資訊。應注意，第10B圖中所說明的整流器電路1021-b僅為實例且不意欲作為限制。第12A圖至第12E圖說明可替代整流器電路1021-b使用的替代整流器拓撲。在一些情況下，可變電阻器1009可使用電流感測電阻器、開關(例如MOSFET)或其組合來實施。若可變電阻器1009包括電流感測電阻器，則V CS表示電流感測電阻器兩端的電壓。另外或替代地，若可變電阻器僅包括開關，則V g表示回饋電路1012內的諸如運算放大器的放大器的輸出。第11圖更詳細地描述了回饋電路1012的功能。
在一些實施例中，若可變電阻器1009包括開關，則開關在輸出電壓V 0看到負載時完全接通，或在輕載或空載情況下被控制為線性調節器。換言之，在正常負載情況下，可變電阻器1009不用於輸出電壓控制且對輸出具有較小影響。任選濾波器1017可包括輸出濾波電感器、鉗位二極體及輸出電容器中的一或多者。在一些情況下，輸出濾波電感器可限制通過輸出電容器的紋波電流。在一些情況下，輸出電容器可包括電解介電質，但亦可利用其他類型的電容器。在一些情況下，輸出濾波電感器亦可例如由於輸出負載短路(亦即，V o+端子與V o-端子之間的短路)而限制通過可變電阻器1009的開關的電流上升的速率。在一些情況下，例如，當可變電阻器的開關關斷且存在輸出負載短路時，鉗位二極體可使輸出濾波電感器的電流循環，此可減輕可變電阻器1009的開關的突崩擊穿的風險。
在一些情況下，諧振轉換器的輸出端1000-b包括用於將一或多個DC電壓(例如V cc1、V cc2)提供給回饋電路1012的附加次級繞組1047。塊體整流器1048可耦接於次級繞組1047兩端以對次級繞組處的電壓進行整流。在一些非限制性實例中，塊體整流器1048可使用與整流器電路1021-b類似的拓撲、第12A至E圖中所見的其他整流器電路拓撲中的任一者或電壓倍增整流器或其組合(例如塊體模組可針對一個偏壓使用全橋整流器，而另一偏壓可使用與其串聯堆疊的倍壓器)來實施。在一些實施例中，線性調節器1008可耦接於塊體整流器1048的輸出端處，以控制遞送至回饋電路1012的一或多個組件的至少一個DC電壓(例如V cc1)。在一個非限制性實例中，回饋電路1012可包括一或多個運算放大器，其中V cc1為遞送至回饋電路1012的運算放大器的供應電壓，且V cc2例如經由電阻網路饋送至運算放大器的非反相輸入端(亦即，正極輸入端子)。在一些情況下，回饋電路1012的至少一個運算放大器的輸出電壓可用作對主控制器(例如在前面附圖及第11圖中示出為控制器106)的回饋。
現在轉向第11圖，其描繪了耦接至並聯支路中的兩個塊體模組(亦即，支路1的插槽1中的變壓器T A及支路2的插槽1中的變壓器T D)的諧振轉換器1100的詳細示意圖。在一些情況下，每一支路可包括用於耦接輸出模組的插腳或端子的複數個集合。在此實例中，變壓器T A可為主塊體模組的實例，且變壓器T D可為從塊體模組的實例。相較於經組態以容納調節模組的插槽(例如關於第10A圖描述的具有降壓轉換器調節器的模組)，經組態以容納塊體模組(此等塊體模組亦可接受具有降壓轉換器調節器的模組)的插槽可包括附加插腳或端子。經組態以容納調節模組的插槽未經組態以容納塊體模組(亦即，該等塊體模組缺少足以接受塊體模組的插腳)。在一些情況下，主塊體模組的一或多個插腳可分別連接至模組側光耦合器U 1A的集電極及發射極。第11圖中亦示出先前關於第10B圖描述的控制電路106 (亦即，主控制器)、回饋電路1012 (亦即，輔控制器)、可變電阻器1009及任選濾波器1017。在一些情況下，U 1A的二極體的電流可由主塊體模組控制以例如在二極體的輸出電流超過臨限值(例如＞其額定輸出電流的5%)由模組輸出電壓(亦即，V oA)與參考之間的誤差規定。對於低於此臨限值的輸出電流，光耦合器二極體電流可減小至零。在一些情況下，主塊體模組可經由回饋電路1012控制U 1A的二極體的電流。在一些情況下，V cc3可連接至頻率控制環路中的雙極電晶體(例如第11圖中的Q A)的集電極端子，以將關於主塊體模組是否將規定LLC轉換器頻率的邏輯訊號提供給控制器106。若U 1A開啟，則I OPT_ON＞ 0，從而向控制器106通知主塊體模組將規定LLC轉換器頻率。若U 1A關閉，則I OPT_ON= 0，從而向控制器106通知主塊體模組沒有規定LLC轉換器頻率。
在一些實施例中，反向器電路102的切換頻率可由諧振轉換器1100的主控制電路106使用開關控制訊號來控制。在一些情況下，由主控制電路106提供的開關控制訊號可部分地基於自回饋電路1012接收到的光耦合器的發射極電流I OPT_FB。回饋電路1012可經組態以將回饋光耦合器(例如第11圖中的光耦合器模組U 1A)中的電流I OPT_FB設置為與反向器切換頻率成比例的位準，從而將輸出電壓V o維持在參考位準。在一些情況下，若光耦合器二極體電流超過PNP電晶體Q A開啟的位準，則其集電極電流I OPT_ON可超過臨限值I OPT_MIN。在一些實施例中，諧振轉換器1100的控制電路106 (亦即，主控制器)可用於監測集電極電流。另外，當集電極電流超過臨限值時，回饋電路1012可利用光耦合器的發射極電流I OPT_FB規定LLC切換頻率。如上面所提到，主塊體模組可經組態以在正常或重載情況下(亦即，當輕載未耦接於V oA兩端時)規定反向器電路的LLC切換頻率。以此方式，主塊體模組可經由主控制器及輔控制器中的一或多者(亦即，控制電路106及回饋電路1012)調整反向器電路102的切換頻率，以控制在其輸出負載上遞送的V 0A。
在一些其他情況下，例如，若集電極電流低於臨限值，則主控制器(亦即，控制電路106)可接管對LLC切換頻率的控制，此可用於限制另一模組處的功率限制位準。作為實例，若輕載或空載耦接於主塊體模組兩端，則可將LLC切換頻率控制為高位準，此可限制遞送至其餘模組的功率。然而，使用兩個不同的控制器(亦即，主控制器，諸如控制器106；及用於主塊體模組的控制器，諸如回饋電路1012)可允許其餘模組即使輕載或空載耦接於主塊體模組兩端亦汲取全功率。作為實例，若具有降壓轉換器調節器的輸出模組在輕載耦接於支路1的插槽1中的主塊體模組兩端時安裝於連接器J B(插槽2)處，則J B處的輸出模組可經組態以汲取全功率，此係由於單獨作用的主控制電路106規定切換頻率，而非結合回饋電路1012。
在一些情況下，頻率控制環路運算放大器(亦即，在回饋電路1012內)的輸出端可與V g相連，V g連接至主塊體模組的輸出側的可變電阻器1009內的開關。此組態可允許自動傳遞在頻率控制環路與線性調節環路之間的控制。舉例而言，若集電極電流降至低於相當於輕載或空載的臨限值，則光耦合器回饋可斷開(例如藉由將邏輯輸出訊號回饋『FB』切換為零或藉由一些其他構件)，此有效地將回饋電路1012與主控制電路106斷開。在此類情況下，主控制器藉由接管對諧振轉換器的切換頻率的控制來回應於回饋光耦合器電流(亦即，I OPT_FB)的截止。
在一些情況下，可變電阻器1009內的串聯連接開關可在輕載或空載條件下充當線性調節器。在此類情況下，串聯連接開關可跟隨整流器電路1021-b且可用於將輸出電壓(V oA)壓製於輕載下(例如低於臨限值)。應注意，可選擇光耦合器串聯電阻及偏壓位準V cc3，使得對於重載，控制器(例如控制器106)的回饋電壓可大於可變電阻器1009內的串聯連接開關的閘源極臨限值電壓。
第11圖說明根據本發明的實施例的諧振轉換器1100的詳細示意圖。諧振轉換器1100可類似於或基本上類似於先前分別關於第9圖、第13圖及/或第14圖描述的諧振轉換器900、1300及/或1400中的一或多者。在所示出的實例中，諧振轉換器1100包括可實施為交換網路的反向器電路102、諧振電容器橋1118及諧振電感器的兩個支路(例如支路1中的L r1及L p1以及支路2中的L r2及L p2)。在一些情況下，L r1= L r2及L p1= L p2，但他們在其他實施例中可為不同的。舉例而言，在另一實施例中，並聯電感器L p1及L p2可被配置於諧振電容器橋1118與串聯電感器L r1及L r2之間的單個並聯電感器更換。另外，應注意，支路數目不意欲作為限制。舉例而言，在一些實施例中，可部署多於兩個支路，如稍後關於第13圖及/或第14圖所描述。如所看出，諧振轉換器1100進一步包括每一支路中的一或多個連接器(J A、J B、J C、J D、J E)。變壓器(例如T A、T D)的原線圈可經由連接器連接至LLC主切換/諧振電路。舉例而言，包括六個端子的連接器J A可用於將變壓器T A的初級繞組連接至諧振電感器及反向器電路102。類似地，亦包括6個端子的連接器J D可用於將變壓器T D的初級繞組連接至諧振電感器及反向器電路102。在一些實施例中，每一支路中的一或多個連接器可包括額外連接或端子，以除了諸如具有降壓轉換器調節器的輸出模組的調節模組之外亦容納諸如變壓器T A及T D的塊體模組。舉例而言，支路1中的連接器J B及J C以及支路2中的連接器J E包括兩個端子，而非針對連接器J A或J D中所見的六個端子。連接器J B、J C及/或J E可用於調節模組，諸如具有降壓轉換器調節器的輸出模組。
在一些實施例中，當多個塊體模組分別位於單獨支路上時，他們可能不良地耦接。另外，由於塊體模組中的一者充當主塊體模組(亦即，規定反向器電路102的切換頻率)，切換頻率的主控制可不將相同輸入提供給不同支路上的其他塊體模組。在此類情況下，從塊體模組(亦即，不控制切換頻率的塊體模組)可接收單獨的輸入訊號，此係由於串聯電感器L r1及L r2阻止此等塊體模組並聯配置。在一些情況下，塊體模組可不利用輸出調節(例如降壓轉換器調節器)，而可在輕載或空載情況下不受調節或僅使用調節(例如FET調節器)，如先前關於第10B圖所描述。除更緊湊且更具成本效益外，缺少後級調節器或後級FET調節器亦可產生比降壓調節器更少的熱量及/或EMI雜訊。如關於第10B圖所描述，塊體模組的輸出側上的開關(例如可變電阻器1009中的MOSFET)可完全開啟或處於輕載下，在輕載或空載情況下可充當線性調節器。在一些情況下，塊體模組上的匯流排可在處於輕載時上升50%或更高。雖然線性調節器電路(在第10B圖中示出為線性調節器1008)可在降低匯流排電流或功率方面提供一些幫助，但其仍會變得非常熱。在一些情況下，此溫度升高可超過安全臨限值，此可導致諧振轉換器及/或從塊體模組的線性調節器或其他組件發生故障。在其他情況下，此溫度升高可導致由從塊體模組遞送的輸出電壓與參考電壓不同，此可對負載效能產生不利影響。
為了緩解此等問題，本發明的態樣係關於增強不同支路上的塊體模組之間的耦接(或使交叉調節最小化)。如第11圖中所見，從連接器(J D)具有連接至L r2及L p2的共用連接的插腳p 1及連接至L r1及L p1的共用連接的插腳p 2。另外，對於第11圖中的塊體模組，連接器J A及J D的各別插腳p 1及p 2可在模組側連接在一起，使得當從塊體模組(亦即，變壓器T D)連接至J D時，L r1與L r2並聯連接且L p1與L p2並聯連接。應注意，若L r1及L r2未與所安裝的兩個塊體模組並聯連接，則L r1及L r2的輸出之間的交叉調節將高得多，此可對諧振轉換器1100的效能產生不利影響。諧振電感器及連接器的此配置可允許將功率遞送至具有不同功率位準的多個變壓器原線圈，同時確保在變壓器的次級線圈發生短路時，將原線圈功率的僅一部分被遞送至給定支路。
在一些情況下，對於連接至J D的塊體模組，光耦合器U 1D的二極體中的電流可保持為零，除非該模組認為有必要進行保護。在此類情況下，可將電流注入二極體，使得例如基於超過臨限值的電流I OPT_D_SD來警告主控制器(例如控制器106)需要保護。主控制器然後可藉由在一段時間(例如，10 ms、50 ms、1秒、1分鐘等)內終止LLC切換然後以高頻率(亦即，低功率遞送)重啟LLC來做出反應。
第12A圖至第12E圖分別示出根據一或多種實施方式的整流器電路1200-a、1200-b、1200-c、1200-d及1200-e的一些實例拓撲。此等整流器電路僅示出可在本文中所描述的輸出模組中使用的整流器拓撲的一些非限制性實例。在一些情況下，整流器電路1200-a-e中的任一者可耦接至輸出模組的變壓器的次級繞組以將AC電壓(例如正弦輸出)整流成DC波形。以此方式，提供給輸出負載的輸出電壓(V o)可為DC電壓。在一些情況下，(例如相同或不同支路的)不同變壓器可利用整流器電路1200中的不同整流器電路。舉例而言，從塊體模組可利用整流器電路1200-a，而主塊體模組可利用整流器電路1200-e。替代地，諧振轉換器的所有變壓器可利用相同整流器電路1200 (例如整流器電路1200-a)。可用於實施整流器電路1200的開關的一些非限制性實例可包含MOSFET的二極體。
第13圖說明根據一或多種實施方式的耦接至具有及不具有後級調節的複數個輸出模組的諧振轉換器1300的實例。第13圖亦示出諧振轉換器1300的諧振電感器1317。舉例而言，諧振轉換器1300耦接至不具有後級調節的輸出模組1382及1386以及具有後級調節的輸出模組1384。在該實例中，所有三個輸出模組1382、1386及1384耦接至分支諧振槽(例如104)的單獨支路。在一些實施例中，不具有後級調節的輸出模組中的一者可充當主塊體模組，而其他輸出模組可為從塊體模組。在一些情況下，主塊體模組可經組態以調整LLC切換頻率，因此調整模組處的輸出。在此情況下，輸出模組1382充當主塊體模組。在此實施例中，給定支路中的三個端子的每一集合的第一端子1376耦接至另一支路中的三個端子的每一集合的第三端子1372。然而，只有不具有後級調節器的輸出模組1382、1386具有耦接至第三端子1372的內部電路系統。具有後級調節的輸出模組1384不具有耦接至第三端子1372的電路系統。第14圖說明根據一或多種實施方式的耦接至具有及不具有後級調節的複數個輸出模組的諧振轉換器1400的實例。第14圖實施本文中所描述的圖(至少包含第13圖)的一或多個態樣。如第14圖中所見，用具有後級調節的輸出模組1486更換來自第13圖的不具有後級調節的輸出模組1386。
在典型LLC諧振轉換器分支拓撲(例如參見第4圖)中，每一支路提供高輸入端及低輸入端(例如高輸入端1376及低輸入端1378)，然後連接網路將相同的高輸入端及低輸入端並行地提供給支路中的每一輸出模組的初級繞組1380。在一些情況下，給定支路中的塊體模組及調節模組可各自接收相同輸入及/或可各自具有相同的第一功率端子及第二功率端子(例如兩個端子1376及1378)。在一些情況下，此等端子可類似於或基本上類似於關於第11圖描述的插腳p 1、p 2等。塊體模組亦可包含一或多個附加端子，諸如第三端子1372，使得主塊體模組可將回饋提供給LLC諧振轉換器的控制器。本發明藉由在不同支路上的塊體模組的第三端子1372之間添加高輸入連接1370而脫離傳統拓撲。然而，在塊體模組或任何非調節模組內不具有內部連接1374的情況下，該連接1370單獨將幾乎沒有效應。該內部連接1374有效地將第一端子1376與第三端子1372相連，但僅在將具有該內部連接1374的塊體模組插入至具有該獨特的三個一組的端子的輸出插槽中的情況下。應注意，雖然可將調節輸出模組插入至此等相同插槽中，但連接1370可能不起作用(亦即，由於調節輸出模組缺少內部連接1374 (例如參見第14圖))。當兩個塊體模組用於單獨支路中時，連接1370連同內部連接1374將其各別變壓器(例如T A及T C)的高輸入相連在一起，且確保不同支路中的塊體模組看到相同電流及電壓(亦即，該等塊體模組並聯耦接)。換言之，此組態可允許主塊體模組(例如模組1382)有效地控制包含輸出模組1386的所有塊體模組的輸出。在一些情況下，不同支路的塊體模組之間的此改進耦接可轉化為塊體模組之間的減少的交叉調節。
第15圖為根據本發明的實施例的方法1500的流程圖。在一些實施例中，方法1500實施本文中所描述的圖的一或多個態樣。
在方塊1502中，方法1500可包括提供具有電感器網路的LLC諧振轉換器，該電感器網路具有兩個或更多個支路。LLC諧振轉換器可類似於或基本上類似於本文中所描述的諧振轉換器中的任一者，至少包含分別關於第13圖及第14圖描述的諧振轉換器1300及/或1400。
在方塊1504中，該方法可包括為每一支路中的至多M個輸出模組提供輸出端子，其中每一支路的此等輸出端子的至少一個集合包括三個端子。
在方塊1506中，該方法可包括：對於每一支路，將三個端子中的第一者(例如第13圖及/或第14圖中的端子1376)耦接至對應支路的高電壓輸入端，且將三個端子中的第二者(例如第13圖中的端子1378)耦接至對應支路的低電壓輸入端。另外，在方塊1508中，該方法可包括將支路中的一者的三個端子中的第一者連接至另一支路的三個端子中的第三者(例如第13圖中的端子1372)。如先前關於第13圖所描述，此組態可允許一個支路上的主塊體模組與其他支路上的一或多個從塊體模組之間的增強耦接(亦即，較少交叉調節)，此可在主塊體模組未連接至輕載時促進主塊體模組對切換頻率的控制。
在方塊1510中，該方法1500可包括：將第一輸出模組(例如第13圖及/或第14圖中的不具有後級調節的輸出模組1382)耦接至第一支路(例如第13圖及/或第14圖中的支路1)中的三個端子。在一些情況下，該第一輸出模組可為主塊體模組的實例。另外，該方法可包括將第二輸出模組(例如第13圖中的不具有後級調節器的輸出模組1386)耦接至第二支路(例如第13圖中的支路2)中的三個端子。該第二輸出模組可為從塊體模組的實例，此係由於其為不控制LLC切換頻率的塊體模組。
在方塊1512中，該方法1500可包括提供在第一輸出模組的第一端子與第三端子之間的內部連接(例如第13圖及/或第14圖中的內部連接1374)，且提供在第二輸出模組的第一端子與第三端子之間的內部連接(例如內部連接1374)，使得第一輸出模組的初級線圈或繞組(例如第13圖中的輸出模組1382的初級繞組1380)並聯耦接至第二輸出模組的初級線圈或繞組(例如第13圖中的輸出模組1386的初級繞組1380)。
第16圖說明根據一或多種實施方式的反向器電路(例如交換網路)及電容器橋的實例示意圖1600。如所看出，第16圖說明具有開關1615及1616的反向器電路1602。在一些情況下，開關1615及1616可為跨DC輸入(V in)以半橋組態配置的MOSFET的實例。在一些情況下，反向器電路1602可經組態以將DC輸入訊號轉換為AC訊號(例如方波訊號)。在該實例中，開關1615及1616為具有體二極體1617、1619的N型MOSFET，但在不同實施例中考慮了其他類型的開關(例如P型MOSFET、BJT、JFET、FINFET等)。另外，包括串聯配置的電容器1622及1624的諧振電容器橋1618可耦接於反向器電路1602兩端。反向器電路1602及諧振電容器橋1618可類似於或基本上類似於分別關於第1圖至第8圖描述的反向器電路102及諧振電容器橋218及/或318。
如上面所描述，在一些實施例中，根據關於第7圖或第8圖描述的拓撲中的一者配置的一或多個諧振電感器1632可在一端耦接至諧振電容器橋1618的中心且在另一端耦接至反向器電路1602的中心。在所示出的實例中，支路1至N提供用於連接一或多組輸出模組或變壓器(例如在第4圖中示出為模組210、212、214的組)的連接，每一組具有複數個模組或變壓器。在一些情況下，每一支路(例如支路1)可經組態以耦接至一組變壓器或模組(例如模組210)，其中該組變壓器可包括複數個變壓器(例如模組210-a、210-b、210-c)。在一些情況下，組中的變壓器的初級繞組可並聯連接。
第18圖說明用於單個支路的整流器網路(或替代地，用於具有關於第13圖描述的內部連接的不同支路中的塊體模組)的實例示意圖1800。如所看出，第18圖說明整流器網路1821，該整流器網路1821可為先前分別關於第3圖及第4圖以及第10圖描述的整流器網路321及1021中的任一者的實例且可在類似於第1圖至第14圖中所示出的實施例的實施例中實施。整流器網路1821可在一端(例如端1851)耦接至諧振電感器1632且在另一端(例如端1852)耦接至交換網路，如先前關於第16圖所描述。另外，諧振電感器1632的一端(例如端1853)可例如在諧振電容器半橋的中心處耦接至諧振電容器橋，而另一端(例如端1854)可耦接至交換網路。在一些實例中，在端1852及1854處的電壓電位可為相同的。出於簡單起見，第18圖僅說明耦接至諧振槽及交換網路的一個變壓器組1840。在該實例中，變壓器組1840包括各自具有初級繞組及次級繞組的三個變壓器。在一些情況下，組中的變壓器的初級繞組1842可並聯耦接(亦即，若變壓器位於諧振槽的相同支路中或若變壓器為具有第13圖的內部連接的單獨支路中的塊體模組，使得一個支路中的塊體模組的初級繞組並聯耦接至第二不同支路中的另一塊體模組的初級繞組)，而變壓器的次級繞組1846中的每一者可耦接於各別輸出負載兩端(任選地經由使用線性調節器、降壓轉換器調節器中的一者的輸出調節，僅舉幾個非限制性實例)。在一些實施例中，變壓器可為中心抽頭變壓器的實例。在一些情況下，整流器電路可耦接於每一中心抽頭變壓器的次級繞組1844兩端。整流器電路可使用開關(例如SW 1A、SW 2A、SW 1B、SW 2B、SW 1C、SW 2C等)來實施，且可選自由半波整流器及全波整流器組成的組，其中全波整流器包括中心抽頭全波整流器或橋式整流器中的一者。舉例而言，第12A圖至第12E圖示出替代整流器拓撲的一些非限制性實例。
在所示出的實例中，整流器網路1821包括一或多個中心抽頭全波整流器。在一些實例中，每一變壓器的輸出可由整流器電路(例如整流器電路1860)整流且使用電容器進一步穩定以在輸出負載處提供穩定的輸出電壓。如所說明，整流器電路1860可包括在第一端耦接至中心抽頭變壓器的次級繞組1846的第一端1844-a的第一開關(例如SW 1A)及在第一端耦接至中心抽頭變壓器的次級繞組1846的第二端1844-b的第二整流器開關(例如SW 2A)。可用於實施整流器電路的開關的一些非限制性實例可包含MOSFET的二極體。在一些情況下，整流器電路1860可進一步包括電容器(例如C 0A)，該電容器經組態以耦接於輸出負載兩端，使得電容器的一端經組態以耦接至輸出端的正極端子及中心抽頭變壓器的中央輸出繞組，且電容器的另一端經組態以耦接至輸出負載的負極端子以及第一整流器二極體或開關及第二整流器二極體或開關的第二端。在一些情況下，電壓V 0A、V 0B、V 0C表示遞送至耦接至變壓器的次級繞組1846的各別輸出負載的輸出電壓。在一些情況下，穩定輸出電壓可以係指最小電壓與最大電壓之間的差值低於臨限值(例如＜ 1伏、＜ 10伏等)的輸出電壓。另外或替代地，穩定輸出電壓可以係指具有低於臨限值的紋波電壓的輸出電壓。在一些態樣中，耦接於輸出負載兩端的電容器(例如C 0A)可經組態以平滑來自整流器電路1860的整流器開關橋組態的整流電壓波形，此可用於使紋波電壓最小化。來自每一整流器開關橋組態的整流電壓波形可藉由對各別電容器進行充電/放電進行平滑，此可促進在輸出負載處具有最小紋波電壓的更清潔的DC訊號。在一些情況下，在平滑之後出現的紋波電壓可根據電容器的電容、輸出負載等而變化，僅舉幾個非限制性實例。亦可實施超出所說明電容器的其他濾波器或平滑拓撲。
變壓器、開關對及電容器的三個集合中的每一者可為第1圖至第6圖中所見的輸出模組108、210、212、214或關於第9圖至第11圖及第13圖至第14圖描述的輸出模組中的一者的實例。
應注意，本發明不限於塊體模組應用，而係在不具有後級調節的情況下且在該兩個模組位於單獨支路上的情況下增強了使用分支諧振槽及至少兩個輸出模組的任何LLC諧振轉換器的操作。
結合本文中所揭示的實施例描述的方法可直接體現在硬體中、體現在編碼於非暫時性有形處理器可讀儲存媒體中的處理器可執行程式碼中或體現在此兩者的組合中。參考第17圖，例如，示出了方塊圖1700，其描繪了可用於實現根據示例性實施例的控制器106及/或回饋電路1012的實體組件。如所示出，在該實施例中，顯示部分1712及非揮發性記憶體1720耦接至匯流排1722，該匯流排1722亦耦接至隨機存取記憶體(「random access memory，RAM」) 1724、處理部分(其包含N個處理組件) 1726、任選場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA) 1727及包含N個收發器的收發器組件1728。儘管第17圖中所描繪的組件表示實體組件，但第17圖不意欲作為詳細硬體圖；因此，第17圖中所描繪的許多組件可由共用構造來實現或分佈於附加實體組件之間。而且，經審慎考慮，其他現存且尚未開發的實體組件及架構可用於實施參考第17圖描述的功能組件。
該顯示部分1712通常操作以為使用者提供使用者介面，且在若干實施方式中，顯示器由觸摸屏顯示器實現。一般而言，非揮發性記憶體1720為用於儲存(例如持久地儲存)資料及處理器可執行程式碼(包含與實現本文中所描述的方法相關聯的可執行程式碼)的非暫時性記憶體。在一些實施例中，例如，非揮發性記憶體1720包含引導加載程序程式碼、作業系統程式碼、檔案系統程式碼及非暫時性處理器可執行程式碼，以促進執行參考本文中所描述的第10A至B圖描述的方法。
在許多實施方式中，非揮發性記憶體1720由快閃記憶體(例如NAND或ONENAND記憶體)實現，但經審慎考慮，亦可利用其他記憶體類型。儘管有可能執行來自非揮發性記憶體1720的程式碼，但非揮發性記憶體中的可執行程式碼通常被加載至RAM 1724中且由處理部分1726中的N個處理組件中的一或多者執行。
與RAM 1724結合的N個處理組件通常操作以執行儲存於非揮發性記憶體1720中的指令，以使得能夠根據DC輸入訊號驅動複數個輸出電路。舉例而言，用於實現本文中所描述的方法的非暫時性處理器可執行程式碼可持久地儲存於非揮發性記憶體1720中且由與RAM 1724結合的N個處理組件執行。如熟習此項技術者應瞭解，處理部分1726可包含視訊處理器、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、微控制器、圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)或其他硬體處理組件，或硬體處理組件及軟體處理組件(例如FPGA或包含數位邏輯處理部分的FPGA)的組合。
另外或作為替代方案，處理部分1726可經組態以實現本文中所描述的方法(例如參考第10-B圖及/或第15圖描述的方法)的一或多個態樣。舉例而言，非暫時性處理器可讀指令可儲存於非揮發性記憶體1720或RAM 1724中，且該等指令在處理部分1726上執行時使處理部分1726進行用於根據DC輸入訊號驅動複數個輸出電路的方法。替代地，非暫時性FPGA組態指令可持久地儲存於非揮發性記憶體1720中且由處理部分1726存取(例如在啟動期間)，以將處理部分1226的硬體可組態部分組態以實現本文中所揭示的功能(包含控制器106及/或回饋電路1012的功能)。
輸入組件1730操作以接收訊號(例如在輸出負載處的一或多個輸出電壓的量測、來自光耦合器模組110的集電極及發射極訊號等)，該等訊號指示本文中所描述的技術的一或多個態樣。在輸入組件處接收到的訊號可包含例如來自光耦合器模組的發射極及/或集電極的訊號、來自使用者介面的控制訊號、輸出電壓訊號、資料訊號及功率控制訊號，僅舉幾個非限制性實例。輸出組件通常操作以提供一或多個類比或數位訊號以實現根據DC輸入訊號驅動複數個輸出電路的操作態樣。舉例而言，輸出部分1732可提供與不同輸出負載處的輸出電壓訊號有關的資料集、與紋波電壓訊號有關的資料集等作為輸出。
所描繪收發器組件1728包含N個收發器鏈，其可用於經由無線或有線網路與外部裝置通訊。N個收發器鏈中的每一者可表示與特定通訊方案(例如WiFi、乙太網路、Profibus等)相關聯的收發器。
一些部分已根據演算法或運算的符號表示進行了呈現，該等運算係對儲存於計算系統記憶體(諸如電腦記憶體)內的資料位元或二進位數位訊號進行的。此等演算法描述或表示為由資料處理領域的普通技術人員用於將他們工作的實質傳達給其他熟習此項技術者的技術的實例。演算法係自洽運算序列或產生所需結果的類似處理。在該上下文中，運算或處理涉及實體量的實體操控。典型地，儘管並非必須的，但此類量可採用能夠被儲存、傳遞、組合、比較或以其他方式操控的電訊號或磁訊號的形式。有時，主要出於普遍使用的原因，將此類訊號稱為位元、資料、值、元素、符號、字元、項、數目、數值或類似者係方便的。然而，應理解，此等及類似術語中的全部皆與適當的實體量相關聯且僅為方便標籤。除非另有明確說明，否則應瞭解，貫穿本說明書的論述，利用諸如「處理」、「計算(computing)」、「計算(calculating)」、「判定」及「識別」或類似者的術語係指計算裝置(諸如一或多個電腦或一或多個類似電子計算裝置)的動作或製程，該計算裝置在計算平台的記憶體、暫存器或其他資訊儲存裝置、傳輸裝置或顯示裝置內操控或轉變表示為實體電子或磁量的資料。
熟習此項技術者應瞭解，本發明的各個態樣可體現為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明的各個態樣可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例(包含韌體、常駐軟體、微碼等)或組合軟體及硬體態樣的實施例的形式，該等態樣在本文中通常皆可被稱為「電路」、「模組」或「系統」。此外，本發明的各個態樣可採取體現於一或多種電腦可讀媒體中的電腦程式產品的形式，該電腦可讀媒體在其上體現有電腦可讀程式碼。
如本文中所使用，「A、B及C中的至少一者」的敘述意欲指「A、B、C中的任一者或A、B及C的任何組合」。提供所揭示實施例的先前描述以使得熟習此項技術者能夠製作或使用本發明。對此等實施例的各種修改對於熟習此項技術者而言將係顯而易見的，且可在不脫離本發明的精神或範疇的情況下將本文中所定義的一般原理應用於其他實施例。因此，本發明不意欲限於本文中所示出的實施例，而係符合根據本文中所揭示的原理及新穎特徵的最廣泛範疇。
1~N,322,422,422-a,422-b,422-c,622-a,622-b,622-c,722,722-a,722-b,722-n:支路 100,200,300,400,500,600,700,800,900,1100,1300,1400:諧振轉換器 102,1602:反向器電路 104,304,604,704,804:諧振槽 106:控制器 108,108-a,108-b,108-c,108-d,108-e,108-f:模組 110,110-a,110-b:光耦合器模組 210,210-a,210-b,210-c,212,212-a,212-b,212-c,214,214-a,214-b,214-c,950 1~950N,952,952-a-m,1382,1384,1386,1486:輸出模組 215,216,1615,1616,Q 1,SW 1A,SW 1B,SW 1C,SW 2A,SW 2B,SW 2C:開關 217,317,517:諧振電感器網路 218,318,1118,1618:諧振電容器橋 319,319-a,319-b,319-c,C r1,C r2:諧振電容器 321,1821:整流器網路 519,519-a,519-b,519-c:串聯電感器 520:並聯電感器 524:諧振開關電路 717,817,1317,1632:諧振電感器 718:諧振電容器半橋 720:交換網路 726,824,826:連接 960 1:第一支路 960 N:第N支路 962,962-a,964,964-b:後級調節器 1000-a,1000-b:輸出端 1006:降壓控制器 1008:線性調節器 1009:可變電阻器 1011:降壓調節器 1012:回饋電路 1013:通訊匯流排 1017:任選濾波器 1021-a,1021-b,1200,1200-a,1200-b,1200-c,1200-d,1200-e,1860:整流器電路 1046,1047,1844,1846:次級繞組 1048:塊體整流器 1050-a,1050-b,T A~T D:變壓器 1370:高輸入連接 1372:第三端子 1374:內部連接 1376:第一端子 1378:低輸入端 1380,1842:初級繞組 1500:方法 1502,1504,1506,1508,1510,1512:方塊 1600,1800:實例示意圖 1617,1619:體二極體 1622,1624,C 0A,C 1,C 2,C 3:電容器 1700:方塊圖 1712:顯示部分 1720:非揮發性記憶體 1722:匯流排 1724:隨機存取記憶體 1726:處理部分 1727:場可程式化閘陣列 1728:收發器組件 1730:輸入組件 1732:輸出部分 1840:變壓器組 1844-a:第一端 1844-b:第二端 1851,1852,1853,1854:端 D 1,D 2,D 4,D 5,D 6:二極體 I OPT_D_SD:電流 I OPT_FB:發射極電流 I OPT_ON:集電極電流 J A,J B,J C,J D,J E:連接器 L 1:電感器 L p1,L p2~L pN:並聯諧振電感器 L r1,L r2~L rN:串聯諧振電感器 P 1,P 2:插腳 Q A:雙極電晶體 U 1A,U 1D:光耦合器 V 0+,V 0-:訊號 V 0A,V 0A1,V 0A2,V 0A3,V 0B,V 0B1,V 0B2,V 0B3,V 0C,V 0C1,V 0C2,V 0C3,V 0D,V 0E,V 0F,V CS,V g:電壓 V cc1,V cc2,V cc3:DC電壓 V in:DC輸入 V o:輸出電壓 V o+,V o-:端子 V oA:模組輸出電壓
藉由參考結合隨附圖式所作的以下詳細描述及所附申請專利範圍，本發明的各種目標及優勢以及更完整的理解顯而易見且更容易瞭解：
第1圖說明根據一或多種實施方式的諧振轉換器的系統圖。
第2圖說明根據一或多種實施方式的第1圖中的諧振轉換器的實例示意圖。
第3圖說明根據本發明的實施例的諧振轉換器的系統圖。
第4圖說明根據本發明的實施例的第3圖中的諧振轉換器的實例示意圖。
第5圖說明根據本發明的交替實施例的諧振轉換器的系統圖。
第6圖說明根據本發明的交替實施例的第5圖中的諧振轉換器的示意圖。
第7圖說明根據本發明的實施例的具有第一電感器網路拓撲的諧振轉換器的實例。
第8圖說明根據本發明的交替實施例的具有第二電感器網路拓撲的諧振轉換器的實例。
第9圖說明根據本發明的實施例的示出耦接至後級調節器的一或多個輸出模組的諧振轉換器的實例。
第10A圖說明根據本發明的實施例的調節模組的輸出端的實例。
第10B圖說明根據本發明的實施例的塊體模組的輸出端的實例。
第11圖說明根據本發明的實施例的在單獨支路中具有塊體模組的諧振轉換器。
第12A圖、第12B圖、第12C圖、第12D圖及第12E圖示出根據一或多種實施方式的一些實例整流器電路拓撲。
第13圖說明根據一或多種實施方式的耦接至具有及不具有後級調節的複數個輸出模組的諧振轉換器的實例。
第14圖說明根據一或多種實施方式的耦接至具有及不具有後級調節的複數個輸出模組的諧振轉換器的實例。
第15圖為根據本發明的實施例的方法的流程圖。
第16圖說明根據一或多種實施方式的諧振電路的示意圖。
第17圖為說明根據本發明的一或多個實施例的電腦系統的方塊圖。
第18圖說明根據一或多種實施方式的示出一或多個變壓器的整流器網路的實例示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
102:反向器電路
104:諧振槽
106:控制器
108-a,108-b,108-c,108-d,108-e,108-f:模組
110-a,110-b:光耦合器模組
200:諧振轉換器
215,216:開關
217:諧振電感器網路
218:諧振電容器橋
Cr1,Cr2:諧振電容器
Lp1:並聯諧振電感器
Lr1:串聯諧振電感器
Vin:DC輸入
V0A,V0B,V0C,V0D,V0E,V0F:電壓

Claims (20)

  1. 一種諧振轉換器電路，包括：一反向器電路；一諧振電容器橋，耦接於該反向器電路兩端；N組輸出端子，該等端子經組態以用於耦接至至多M個輸出模組；及一諧振電感器網路，經組態以耦接於該諧振電容器橋與該M個輸出模組的變壓器的原線圈之間，該諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置且每一支路包括一串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至該M個輸出模組中的至多M者。
  2. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該並聯電感器為N個並聯電感器中的一者，該N個並聯支路中的每一者包括該N個並聯電感器中的一者。
  3. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該至少一個並聯電感器的一數目及該等串聯電感器的一數目為N。
  4. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該等串聯電感器的一數目大於該至少一個並聯電感器的一數目。
  5. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該反向器電路包括開關的一半橋對，且其中該諧振電容器 橋包括電容器的一半橋對。
  6. 如請求項5所述之諧振轉換器電路，其中該至少一個並聯電感器包括耦接至開關的該半橋對的一第一端及耦接至電容器的該半橋對的一第二端。
  7. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該N組中的每一者包括用於耦接至至多該M個輸出模組的端子的至多M個集合，且其中每一支路的端子的該至多M個集合中的至少一個集合為包括至少三個端子的一三端子集合。
  8. 如請求項7所述之諧振轉換器電路，其中每一支路的該三端子集合的一第一端子耦接至對應支路的一高電壓輸入端，且其中每一支路的該三端子集合的一第二端子耦接至該對應支路的一低電壓輸入端。
  9. 如請求項8所述之諧振轉換器電路，其中該等支路中的一第一者的該三端子集合的該第一端子連接至該等支路中的一第二者的該三端子集合的一第三端子。
  10. 如請求項9所述之諧振轉換器電路，其中該第一支路的該三端子集合經組態以用於耦接至一主塊體輸出模組，且其中該第二支路的該三端子集合經組態以用於耦接至一從塊體輸出模組。
  11. 如請求項10所述之諧振轉換器電路，其中該主塊體模組及該從塊體模組中的每一者在其各別負載下不包括輸出調節。
  12. 如請求項11所述之諧振轉換器電路，其中具有至少三個端子的該第一支路中的端子的該至少一個集合經組態以用於耦接至該主塊體模組，且其中具有至少三個端子的該第二支路中的端子的該至少一個集合經組態以用於耦接至該從塊體模組。
  13. 如請求項12所述之諧振轉換器電路，其中該主塊體模組包括端子之間的一內部連接，該等端子經組態以用於耦接至該第一支路的該三端子集合中的該第一端子及該第三端子，且其中該從塊體模組包括端子之間的一內部連接，該等端子經組態以用於耦接至該第二支路的該三端子集合中的該第一端子及該第三端子，使得該主塊體模組的一初級繞組並聯耦接至該從塊體模組的一初級繞組。
  14. 如請求項13所述之諧振轉換器電路，其中該主塊體模組經組態以控制該反向器電路的一切換頻率及該M個輸出模組的至少一部分的各別輸出電壓中的一或多者，該M個輸出模組包含該從塊體模組。
  15. 如請求項1所述之諧振轉換器電路，其中該M個輸出模組中的至少一者在一各別負載下包括一輸出調節電路，該輸出調節電路選自一由以下各者組成的組：一降壓調節器、一升壓調節器、一降升電壓調節器及一反相調節器。
  16. 一種具有一或多個可組態輸出的諧振轉換器的電源單元，該電源單元包括： 一諧振轉換器電路，具有一反向器電路、耦接於該反向器電路兩端的一諧振電容器橋及一諧振電感器網路；一控制器；N組輸出模組，該N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子的至多M個集合，該等輸出模組各自包括：一變壓器，具有一初級繞組及一次級繞組；一整流輸出，耦接至次級線圈且經組態以用於耦接至一負載；其中該諧振電感器網路經組態以耦接於該諧振電容器橋與該等變壓器的原線圈之間，該諧振電感器網路包括：至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置，其中每一支路包括一串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至該至多M個輸出模組；至少一個後置輸出模組調節器，經組態以耦接於一各別次級繞組與至少一個輸出模組的一各別負載之間，其中該至少一個後置輸出模組調節器中的一者經組態以耦接至該控制器且控制該反向器電路的一切換頻率。
  17. 如請求項16所述之電源單元，其中每一支路的端子的至少一個集合包括三個端子，且其中每一支路的端子的該至少一個集合的一第一端子耦接至對應支路的一高電壓輸入端，且其中每一支路的端子的該至少 一個集合的一第二端子耦接至該對應支路的一低電壓輸入端。
  18. 如請求項17所述之電源單元，其中一第一支路的端子的該至少一個集合的一第一端子連接至包含一第二支路的至少一個其他支路的端子的該至少一個集合中的一第三端子，該電源單元進一步包括：該第一支路中的一第一輸出模組的第一端子與第三端子之間的一第一內部連接及該第二支路中的一第二輸出模組的第一端子與第三端子之間的一第二內部連接，使得該第一輸出模組的一初級繞組並聯耦接至該第二輸出模組的一初級繞組，且其中該至少一個後置輸出模組調節器中的該一者耦接於一次級繞組與該第一輸出模組的負載之間。
  19. 一種諧振轉換器的系統，包括：一諧振轉換器電路，具有一反向器電路、耦接於該反向器電路兩端的一諧振電容器橋及一諧振電感器網路；N組輸出模組，該N組中的每一者包括經組態以用於耦接至至多M個輸出模組的端子的至多M個集合，該等輸出模組各自包括：一變壓器，具有一初級繞組及一次級繞組，該次級繞組經組態以用於耦接至一負載；其中該諧振電感器網路經組態以耦接於該諧振電容器橋與該等變壓器的原線圈之間，該諧振電感器網路包括： 至少一個並聯電感器；及N個並聯支路，並聯配置，其中每一支路包括一串聯電感器，該等串聯電感器中的每一者經組態以用於變壓器耦接至該至多M個輸出模組；其中每一支路的輸出端子的至少一個集合包括三個端子，其中每一支路的該三個端子中的一第一者經組態以耦接至對應支路的一高電壓，且其中每一支路的該三個端子中的一第二者經組態以耦接至該對應支路的一低電壓輸入端，其中一第一支路的該三個端子中的該第一者經組態以連接至包含一第二支路的至少一個其他支路的該三個端子中的一第三者；不具有輸出調節的一第一輸出模組，其中該第一輸出模組經組態以耦接至該第一支路中的該三個端子，且其中該第一輸出模組包括在其第一端子與第三端子之間的一內部連接；一後置輸出模組調節器，經組態以耦接於一次級繞組與該第一輸出模組的一負載之間；及不具有輸出調節的一第二輸出模組，其中該第二輸出模組經組態以連接至該第二支路中的該三個端子，且其中該第二輸出模組包括在其第一端子與第三端子之間的一內部連接，使得該第一輸出模組的一初級繞組並聯耦接至該第二輸出模組的一初級繞組；一非暫時性有形電腦可讀儲存媒體，編碼有處理器可 讀指令以進行用於控制提供給該等輸出模組的至少一部分的一電壓的一方法，該等輸出模組包含該第一輸出模組及該第二輸出模組，該方法包括以下步驟：自該第一輸出模組接收一回饋訊號；及基於該回饋訊號來控制該反向器電路的一切換頻率。
  20. 如請求項19所述之系統，其中該非暫時性有形電腦可讀儲存媒體經組態以至少部分地基於將該第一輸出模組處的一各別輸出電壓與一參考電壓進行比較來控制該反向器電路的該切換頻率，且其中該方法進一步包括以下步驟：控制包含該第二輸出模組的該等輸出模組的至少一部分的各別輸出電壓。
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