[发明专利]具有保持操作的转换器

说明书

本发明提供一种具有保持操作的转换器，包括：半桥电路，该半桥电路包括串联连接的第一晶体管和第二晶体管，该半桥电路与电压输入端并联连接并且包括连接到第一晶体管和第二晶体管两者的节点；谐振电感器，其连接到半桥电路和变压器的初级绕组；谐振电容器，其连接到半桥电路和初级绕组；第三晶体管，其第一端子连接到半桥电路并且第二端子直接连接到谐振电感器的第一端子；以及整流级，其连接到变压器的次级绕组并且包括第一同步整流器和第二同步整流器。整流级不使用分立二极管来提供整流，并且在电压升压操作期间，第三晶体管接通和断开以保持输出电压电平。

技术领域

本发明涉及高效电源之类的装置。更具体地，本发明涉及执行保持操作的谐振转换器。

背景技术

在电信电源之类的装置中，应考虑保持问题。当输入AC功率中断或丢失时，功率因数校正(PFC)级的输出电压随着输出电容器放电而连续下降。保持时间是指输入AC功率中断或丢失后，电源可将输出电压电平保持在其额定输出电压范围内的时间。保持问题是如何尽可能多地增加保持时间。

LLC串联谐振转换器已被使用，因为初级开关可使用零电压开关(ZVS)，并且因为整流二极管没有反向恢复问题。虽然常规的LLC串联谐振转换器可实现高效率，但是其无法解决保持问题。

图1中示出了两级AC/DC转换器。图1所示的电路可与已知的转换器和根据本发明的优选实施例的转换器一起使用。两级AC/DC转换器包括功率因数校正(PFC)级和DC/DC级，并且已被广泛用于许多工业应用。图1示出了两级AC/DC转换器的框图。PFC级可实现高功率因数，输出电压V_bus可满足DC/DC级的要求。LLC串联谐振转换器拓扑结构用于实现高效率和高功率密度，因为拓扑结构可在初级侧上使用ZVS并且在次级侧上使用零电容开关(ZCS)。同步整流器(SR)在低输出电压应用中被广泛采用以降低输出整流器的导电损耗，从而提高了效率。由于LLC串联谐振转换器是电流馈电拓扑结构，并且没有输出电感器，因此输出整流器上的电压应力远低于常规的电压馈电拓扑结构中的电压应力。额定低压的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)可用作同步整流器SR以实现高效率。因此，具有同步整流器SR的LLC串联谐振转换器是在低输出电压应用中实现高效率的理想拓扑结构。在失去AC电压后，输出电压应保持一段时间，这称为保持时段，如图2所示。在保持时段期间，储能电容器C_bus为LLC串联谐振转换器供电。因此，DC/DC级应提供足够的电压增益，以使LLC串联谐振转换器的输出电压保持稳定。

LLC串联谐振转换器通过降低开关频率来调节输出电压，假设转换器在电感区域中工作。具有宽输入电压范围的LLC串联谐振转换器应具有小的磁化电感，以实现高峰值增益。这种小磁化电感会在初级侧上产生较大的导电损耗。因此，难以获得具有宽输入电压范围并实现平坦效率曲线的优化设计。为了在工作期间获得良好的性能并且满足保持时段期间的电压增益要求，基于LLC串联谐振转换器已经开发了许多用于保持操作的方法。

提供保持操作的第一已知方法使用附加的次级侧绕组来增加保持操作期间的次级线匝的数量。附加的绕组与变压器的次级绕组串联连接。二极管和开关可用于连接和断开附加的绕组。

图3示出了使用提供保持操作的第一已知方法的现有LLC转换器。这种现有的转换器包括初级侧和次级侧。初级侧是位于DC输入端V_in和变压器之间的转换器侧。次级侧是位于变压器和输出电压V_O之间的转换器侧。