[发明专利]谐振功率转换器的待机操作

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源，尤其是，本发明涉及一种谐振型直流-直 流功率转换器的待机模式操作。

本发明尤其涉及需要正常水平的功率以及待机模式下使用的较 低水平的功率的设备。这种设备的例子是诸如计算机、电视机等消费 电子设备。

背景技术

用于消费应用的功率转换器在它们的相对大部分的使用寿命中 在待机条件下以部分负载工作。在以这种操作模式工作时，期望的是 以从主电源提取传统情况下尽可能低水平的功率。因此，期望的是使 用针对电源的功率转换器设计，所述功率转换器不但在全负载情况下 以高效率工作，而且在部分负载的情况下尤其是在低待机模式下以高 效率工作。

在操作的标称“无负载”情况下工作的电源至少需要对小功率 电平进行转换以提供给其自身的电路，诸如IC、电阻决策器、和光 耦合器。在500mW(毫瓦)的输出功率下小于例如300mW的“无 负载”输入功率和小于1W的输入功率正作为标准需求变得越来越普 遍。

对于在全负载情况下大于近似100W(瓦特)的功率，谐振LLC 拓扑由于其高效率和小体积/高功率密度是令人感兴趣的，并且被普 遍采用。然而，谐振LLC拓扑的主要缺点之一是在低负载操作(当 在最普遍的操作模式下，即，使用50％的占空比操作时)的情况下 其效率相对低。该操作模式下的损耗可能是待机功率的几倍。

在低负载条件下操作谐振电源的第二模式是使用“突发模式” 操作。在此情况下，谐振电源被周期性地完全关闭。在开启谐振电源 的同时，不能避免硬切换。而且，需要大输出滤波器来有效使用突发 模式操作。

在NXP股份有限公司的专利申请公开WO 2005/112238A2中提 出了一种替代方案。该公开披露了一种方法，其中，两个控制开关的 定时为使得高压侧开关(HSS)在一个短时间段内导通，在该短时间 段期间，初级电流提高到一定水平并且在变压器中建立磁化能量。在 该时间段期间，传送了输出电流的大部分。在该时间段的结束，HSS 断开，并且低压侧开关(LSS)在该时刻不久之后(如本领域技术人 员所公知的，诸如有利于LSS的软导通的时间段的持续时间)导通。 输出电流快速降低到0。磁化电流开始在谐振电路中谐振，该谐振电 路由谐振电容器、漏电感和磁化电感串联来限定。在与磁化电流的第 N个负最大值相对应的时刻，LLS断开。N的值通常具有从0到数百。 在由磁化电流对半桥负载充电并且为HSS提供了软导通的时刻，为 下一HSS导通时间段做好准备。

有利的是，该方法使得显著降低由于磁化电流导致的磁芯损耗 成为可能，这是由于这些损耗对于非常低的占空比来说或多或少地与 导通时间成比例。由于磁化电流的幅度比标准的50％占空比操作模 式的磁化电流的幅度小很多，因此这些损耗被显著降低。随着磁化电 流被有利地用于对半桥节点充电，切换损耗被进一步降低。

然而，在非常低的功率水平上，该方法带来的益处被减小了： 首先，在越来越低的功率水平下，在LSS被断开以重新开始切换周 期之前跳过了越来越多的谐振周期。这是因为每一切换周期的能量是 恒定的，从而减小了功率，每一切换周期的时间必须增多。但是，随 着初级侧谐振电路中谐振电流谐振，会出现导致谐振阻尼的一些泄 漏。然而，为了保持软切换的能力，在切换周期的结束时刻(即，当 电流被用于促进软切换时的时刻)，某个最小水平的磁化电流必须仍 然驻留在谐振电路中。因此，为了允许在切换周期较长时出现增大的 阻尼，紧接在HSS断开时刻之后的磁化电流的值应该提高。这将导 致较大的磁芯损耗，这是因为这些损耗与提高到功率2.3的磁化电流 的幅度成比例。因此，清楚的是，随着功率进一步降低，将存在由于 阻尼而产生的损耗超过了通过软切换而避免的切换损耗的时刻。在实 际方案中，将在切换损耗和磁化电流损耗之间找到折衷。因此，在实 践中，在比全负载的1％低的功率水平下，LLC转换器的效率可降低 到大约50％至60％或更低。

在该模式下操作功率转换器的第二个缺点是其对输入电压变化 的灵敏度，这是因为在HSS导通周期期间，直接传递到负载的电流 与在磁化电感器中建立的电流的比随着电压降低而降低。这会导致对 于输入电压应降低到其标称值的大约75％以下的负载来说根本没有 功率被转换的情况，。需要附加的电路来克服该缺点，随之而来的是 效率进一步降低并且与附加的电路相关的成本提高。