[发明专利]LLC转换器有源缓冲电路及其操作方法

说明书

技术领域

本申请总地来说涉及功率转换器，更具体地涉及一种LLC转换器有源缓冲电路及其操作方法。

背景技术

功率转换器是将输入电压波形转换为指定的输出电压波形的功率处理电路。在要求DC输出的许多应用中，经常利用开关模式的DC/DC功率转换器来获得益处。开关模式的DC/DC功率转换器通常包括逆变器、隔离变压器和在隔离变压器的次级侧的整流器。逆变器通常包括将DC输入电压转换为AC电压的主电源开关，诸如场效应晶体管(“FET”)。隔离变压器然后将AC电压变换为另一个值，整流器在功率转换器的输出端处产生期望的DC电压。按照惯例，整流器包括多个整流器开关(比如，充当同步整流器开关的二极管或FET)，这些整流器开关响应于输入到其的输入波形来传导负载电流。

通常以诸如200-300kHz的相对高的切换频率操作主电源开关和整流器开关，以使得可在功率转换器内使用较小的组件，诸如电感器和电容器。结果，可降低与功率转换器的组件相关联的寄生或杂散电感或电容。

然而，以上提及的残余寄生元件可产生高频振荡，该高频振荡表现为在功率转换器中与切换转变相关联的不期望的“振铃(ringing)”波形，特别是与变压器和开关相关联的那些。叠加在与功率转换器的正常操作相关联的波形上的振铃波形促使使用更级别的、更高成本的电路组件，以在这样的环境下操作。另外，有害的振铃波形使得功率转换器的损耗更大并且效率更低。一些损耗本身表现为不期望的电磁干扰(EMI)，EMI引起必须被解决的调节问题。由于变压器和电感器元件中固有的相对小的电阻值，而导致在功率转换器中仅可稍微减弱振铃能量。

同步功率转换器是功率转换策略和系统的日益重要的部分。越来越受关注的一种类型的功率转换器是“电感器电感器电容器”转换器(“LLC转换器”)。例如，参见Yang的“Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System”，Virginia Polytechnic Institute and State University，2003，在此通过引用并入其全部内容。

发明内容

一方面提供一种用于功率转换器的有源缓冲电路。在一个实施例中，所述电路包括：(1)串联耦合的第一电容器和二极管，所述第一电容器和二极管与功率转换器中的次级侧开关相关联，并与所述次级侧开关的输出端耦合；和(2)有源缓冲电路开关，所述有源缓冲电路开关与所述二极管并联耦合，并被构造为在所述次级侧开关打开的时间中的至少一部分期间接收使所述有源缓冲电路开关闭合的控制信号。

另一方面提供一种操作LLC转换器的方法。在一个实施例中，所述方法包括：(1)配置一个或多个初级侧开关；(2)配置一个或多个次级侧开关；和(3)配置一个或多个有源缓冲电路开关，从而使能量被引向LLC转换器的输出端。

又一方面提供一种LLC转换器。在一个实施例中，所述LLC转换器包括：(1)隔离变压器，所述隔离变压器具有初级绕组及第一次级绕组和第二次级绕组；(2)谐振电感器和谐振电容器，谐振电感器和谐振电容器与初级绕组串联耦合，所述初级绕组还与转换器的输入端的负干线耦合；(3)第一初级侧开关，所述第一初级侧开关耦合在谐振电感器与所述输入端的正干线之间；(4)第一次级侧开关和第二次级侧开关，第一次级侧开关和第二次级侧开关通过第一次级绕组和第二次级绕组与输出电容器耦合，所述转换器的输出端从所述输出电容器两端导出；以及(5)有源缓冲电路，所述有源缓冲电路与第一次级侧开关和第二次级侧开关中的每个相关联，所述有源缓冲电路中的每个包括：(5a)串联耦合的第一电容器和二极管，第一电容器和二极管与第一次级侧开关和第二次级侧开关中的对应一个相关联，并与所述输出端耦合；和(5b)有源缓冲电路开关，所述有源缓冲电路开关与所述二极管并联耦合，并被构造为在第一次级侧开关和第二次级侧开关中的对应一个打开的时间中的至少一部分期间接收使所述有源缓冲电路开关闭合的控制信号。

附图说明

现在结合附图对以下描述进行论述，在附图中：

图1是根据本发明的原理构造的LLC转换器的一个实施例的示图；

图2是根据本发明的原理构造的有源缓冲电路的一个实施例的示图；

图3是根据本发明的原理构造的LLC转换器的另一个实施例的示图；

图4A-4D是示出包含有源缓冲电路的LLC转换器的实施例的操作的波形；