[发明专利]开关变换器的整流器的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关变换器、具体为谐振变换器的整流器的控制装置。

背景技术

谐振变换器是强迫开关变换器的大类，其特征在于存在主动参与 确定输入输出功率流的谐振电路。在这类变换器中，通过DC电压供 电的、由电源开关桥或半桥(通常为功率MOSFET)组成的电路生成方 波电压，将该方波电压施加到调谐为所述方波的基本频率的谐振电路。 这样，由于其选择性特性，谐振电路主要响应这个基本分量以及在可 忽略程度上响应高阶谐波。由此可见，可通过改变方波的频率、同时 使占空比常数保持在50％来调制循环功率(circulating power)，并且根 据谐振电路的配置，与功率流关联的电流和/或电压将具有作为正弦或 分段正弦的模式。这些电压和/或电流经过整流和滤波，以便向负载供 应DC电力。在干线网络应用中，因为依靠安全规程，向负载供应电 力的整流器-滤波器系统通过变压器耦合到谐振电路，变压器提供上述 规程下所需的源与负载之间的隔离。如同在所有隔离网络变换器中那 样，在这种情况下，通常也区分连接到输入源的初级侧(即，与变压器 的初级绕组相关)和经由整流器-滤波器系统向负载供应电力的次级侧 (即，与变压器的次级绕组相关)。

目前，最广泛使用的谐振变换器之一是LLC谐振变换器，特别是 半桥形式的。这个名称源自谐振电路采用两个电感器和一个电容器的 事实。半桥形式的原理示意图如图1所示，其中由输入电压Vin供电 并且由装置1驱动的两个晶体管M1、M2的半桥向包括电容器C、电 感Ls和电感Lp的串联(series)供电，其中变压器10与电感Lp并联。 变压器具有次级绕组，其中中心抽头连接到地GND，而次级绕组的端 部连接到阴极连接在一起的整流器二极管D1和D2，以及连接到其上 存在输出电压Vout的电容器C1和电阻R的并联。

除了谐振变换器的典型优点(没有陡波前的波形、由于“软”开关 引起的电源开关的低开关损耗)之外，这种变换器具有优于采用仅具有 两个无功元件的谐振电路的变换器的显著优点。实际上，所述LLC变 换器能够工作在相对于输入电压和输出电流的大范围的操作条件，包 括无负载条件、具有较小频率变化；它具有实现“软”开关操作的可 能性，其中所有电源开关处于相对于输入电压和输出电流的所有操作 条件。实际上，对于初级侧的功率MOSFET，具有零电压导通(ZVS- 零电压开关)，因此具有零关联损耗，而对于次级侧的整流器，具有零 电流导通和关断(ZCS，零电流开关)，因此没有反向恢复和与其关联的 现象。初级侧功率MOSFET的关断开关损耗也相当低。此外，另一个 优点是磁集成，即，将所有磁装置(电感和变压器)组合在单个物理组 件中的可能性。

由于这类性质，这些谐振变换器的特征在于高变换效率(＞95％是 可易于实现的)、工作在高频的能力、低EMI(电磁干扰)生成以及最后， 高功率密度(它表示构建降低体积的变换系统的可能性)。

在当前类型的变换器电路中，需要高变换效率和高功率密度，如 同例如笔记本的AC-DC适配器的情况那样。LLC谐振变换器当前是 最佳地满足这类要求的变换器。

但是，可实现的最大效率受到变换器的次级侧的整流器的损耗限 制，它占总损耗的60％以上。

已知的是，为了显著降低与次级整流关联的损耗，可借助所谓的 “同步整流”技术，其中一个整流器二极管由具有适当的低导通电阻 的功率MOSFET取代，使得其上的电压降明显低于二极管上的电压 降，并且通过在功能上与二极管等效的方式来驱动。这种技术广泛用 于传统变换器中，特别是逆向和正向变换器中，对其还存在市场销售 的专用集成控制电路。还存在将这种技术用于谐振变换器、特别是LLC 变换器中的不断增长的迫切需要，以便尽可能多地增强其效率。图2 示出具有次级同步整流器的形式的图1的变换器；在这种情况下，代 替二极管D1和D2，存在通过两个信号G1和G2适当驱动并且连接在 连接到地GND的中心抽头次级绕组的两个部分的端子之间的两个晶 体管T1和T2，而C1和R的并联设置在次级绕组的中心抽头与地GND 之间。从功能角度来看，与图1的示意图相比，不存在差别。在当前 技术发展水平，不存在特别专用于驱动LLC谐振变换器的同步整流器 的市场销售的集成控制电路。