[发明专利]具有空载时间适应控制的谐振开关式功率转换器

说明书

本申请主张申请号为61/083,717，申请日为2008年7月25日的在先 美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种开关式功率调节器电路，尤其是一种在脉冲之间的空 载时间中进行适应控制的谐振开关式功率转换器。

背景技术

在谐振开关式功率转换器中，为了防止开关电路中带来的损耗和应力， 非常需要在通过源极和漏极的电压差别最小的时候在开关电路中对晶体管 进行切换。因为任何通过开关晶体管的现有技术和任何在晶体管激活时连 接电容器的漏极-源极都会导致能量的浪费，零电压开关(ZVS)控制就非 常需要。如果开关电路切换的太早，晶体管和电容器将通过开关电路被放 电而浪费能量。但是，如果开关电路切换的太晚，能量将由穿过晶体管的 二极管回到电源端的电流而被浪费。ZVS控制提高了电源的效率，并降低了 开关晶体管承受的应力，提高了可靠性。更进一步的，开关频率产生的瞬 间能够引起电磁干扰(EMI)和音频噪声，这种谐振转换器的开关频率通常 会在听觉频率范围之内。

为了实现ZVS控制，脉冲之间的空载时间可以被设置成一个时间宽度， 这样谐振回路的输入在一个电源附近到另一个电源之间(由于双极性脉冲) 摆动，或者完成一个完整的周期(由于单极性脉冲)。但是，因为谐振转换 器的频率为了控制电感器的电流以及提供给负载的能量而变化，相当于空 载时间的时间宽度不会因为所有的操作条件而被校正。通常的，从由于不 合适的切换时间而造成的损耗由于更高的电感器电流水平而变得更大的时 候开始，空载时间习惯被设置成更高的功率操作状况(也就是，更高的频 率操作状况)。

因此，提供一种能够提高效率，降低应力和音频/EMI噪声的谐振开关 式功率转换器就非常有必要。

发明内容

本发明为了达到上述目的而提供了一种谐振开关式功率转换器及其操 作方法，能够提高效率，降低应力，并且降低EMI和音频噪声。

谐振开关式功率转换器包括一个谐振回路，一个用来从输入电压源向 谐振回路电路传输能量的开关电路，以及一个将谐振回路电路耦合至开关 式功率转换器的输出的变压器。开关电路产生的脉冲之间的空载时间被一 个控制电路适应性的设置，从而与输入的电压和流过谐振回路电路的电感 元件的电感器电流相一致。

电感器电流可以由开关频率，流过电感元件电流的直接或者间接的计 量，或者另外的相关数值，例如电源的输出负载电流或者输入线路电流来 衡量。控制电路可以由电流指示一个周期一个周期的计算空载时间，或者 使用一个查询表，其中的空载时间设置与输入电压和电感器电流值相一致。

本发明的上述及其它目的、性能和进步将在下文结合实施例与图示进 行详细的说明。

附图说明

图1为本发明谐振开关式功率转换器一个实施例的原理图；

图2A和图2B为本发明图1所示实施例中作为开关控制电路10使用的 空载时间控制电路的模块图；

图3为图1所示的开关式功率转换器的工作时序图；

具体实施方式

本发明提供的电路和方法，在谐振开关式功率转换器中的脉冲之间适 应性的控制空载时间，以提高转换器的效率，并且降低应力和音频/EMI噪 声。空载时间被控制与转换器的输入电压及流过谐振开关式功率转换器电 路所采用的谐振回路中的电感的电流强度相一致。

图1所示为本发明一个实施例的谐振开关式功率转换电路。一个开关 控制电路10控制由晶体管N1和N2组成的开关电路。一个由电感和电容构 成的串联的谐振回路电路由晶体管N1和N2的开关动作来提供能量。一个 变压器T1将能量从谐振回路电路耦合至一个为输出电容C3充电提供整流 电流的整流电桥BR1。输出电压V_OUT可以在向开关控制电路10提供反馈信号 的反馈电路12的操作中被保持在一个预先设定的电压上。作为选择的，关 于输出电压V_OUT的操作可以式开环的，这是针对输出的负载阻抗没有预期的 充分变化的情况而进行的特殊的适应性设计。开关控制电路10可以是集成 在一个单晶片上的集成电路，也可以包括图1中所示电路的其它元件，例 如，开关晶体管N1和N2和/或反馈电路12。