用于谐振功率转换器的开关控制
专利汇可以提供用于谐振功率转换器的开关控制专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且谐振功率转换器包括驱动 电路 ，该驱动电路被耦合以控制对耦合到谐振储能电路的 开关 电路的开关。开关控制电路被耦合以控制所述驱动电路响应于开关 频率 信号 来控制所述开关电路的开关。所述开关控制电路还被耦合以响应于突发信号来控制 控制器 的突发模式。当进入突发模式时，开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲。当退出突发模式时，开关电路的最终有源脉冲是在第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲。频率控制电路被耦合以响应于反馈信号产生所述开关频率信号。，下面是用于谐振功率转换器的开关控制专利的具体信息内容。
1.一种用于谐振功率转换器的控制器，包括：
驱动电路，其被耦合以产生第一驱动信号和第二驱动信号，以控制耦合到所述谐振功率转换器的谐振储能电路的开关电路的第一开关和第二开关的开关；
开关控制电路，其被耦合以控制所述驱动电路响应于开关频率信号来控制开关电路的第一开关和第二开关的开关，以调节从所述谐振功率转换器的输入到所述谐振功率转换器的输出的能量传输，其中所述开关控制电路还被耦合以控制所述驱动电路响应于突发信号来控制所述控制器的突发模式，其中当进入所述突发模式时所述开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲，并且其中当退出所述突发模式时所述开关电路的最终有源脉冲是在所述第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲；
以及
频率控制电路，其被耦合以响应于表示所述谐振功率转换器的输出的反馈信号而产生所述开关频率信号。
2.根据权利要求1所述的控制器，还包括：误差放大器，其被耦合以接收所述反馈信号和参考信号，其中所述误差放大器被耦合以响应于所述反馈信号与所述参考信号的比较而产生被耦合以由所述频率控制电路接收的误差信号。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述开关电路的第一开关和第二开关中的第一个开关被耦合以在进入所述突发模式时在所述开关电路的所述初始有源脉冲期间对于所述有源部分脉冲导通，
其中所述开关电路的所述第一开关和第二开关中的所述第一个开关被耦合以在退出所述突发模式时对于所述开关电路的所述最终有源脉冲导通，以及
其中，在所述第一开关和第二开关都被断开以退出所述突发模式之后的所述无源部分脉冲期间，所述谐振储能电路的存储电流通过所述开关电路的所述第一开关和第二开关中的第二个开关的体二极管放电。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述谐振储能电路的储能电流被耦合以在所述突发模式期间在所述开关电路的有源完整脉冲期间在第一储能电流值和第二储能电流值之间变化和转换。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中，在进入所述突发模式之前所述储能电流为零，并且其中在进入所述突发模式时所述储能电流等于在所述开关电路的所述初始有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的一个。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，当退出所述突发模式时，所述储能电流等于所述开关电路的最终有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的所述一个，并且其中在所述第一开关和第二开关都被断开以退出所述突发模式之后在所述无源部分脉冲的结束处所述储能电流等于零。
7.根据权利要求1所述的控制器，还包括自举控制电路，其被耦合以响应于所述突发信号和表示所述谐振储能电路的储能电流的储能电流感测信号而产生自举信号和延迟突发信号，
其中，所述驱动电路还被耦合以响应于所述自举信号来控制耦合到所述控制器和所述开关电路的自举电路，以及
其中，所述开关控制电路还被耦合以接收所述延迟突发信号，以控制所述驱动电路响应于所述延迟突发信号来控制所述控制器的突发模式。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述开关控制电路被耦合以产生第一中间驱动信号和第二中间驱动信号，其中所述驱动电路被耦合以产生所述第一驱动信号和第二驱动信号以响应于所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号来控制所述开关电路的所述第一开关和第二开关的开关。
9.根据权利要求8所述的控制器，还包括或门，所述或门包括第一输入和第二输入，其中所述或门的第一输入被耦合以接收来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第一个中间驱动信号，其中所述或门的第二输入被耦合以从所述自举控制电路接收所述自举信号，其中所述或门包括被耦合到所述驱动电路的第一输入的输出，其中所述驱动电路包括被耦合以接收来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号的第二输入，其中所述驱动电路被耦合以响应于所述或门的输出和来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号产生所述第一驱动信号和第二驱动信号。
10.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述自举控制电路包括：
零交叉检测电路，其被耦合以接收所述储能电流感测信号，以在自举周期期间检测所述储能电流中的零交叉点；
计数器和比较器电路，其被耦合到所述零交叉检测电路的输出，以确定在所述自举周期期间所述储能电流与零交叉何时达到阈值次数；
单触发电路，其具有被耦合以接收所述突发信号的输入；
锁存器电路，其被耦合到所述单触发电路和所述计数器和比较器电路，其中所述单触发电路的输出被耦合以响应于所述突发信号设置所述锁存器电路，其中所述计数器和比较器电路的输出被耦合以响应于所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数来重置所述锁存器电路，其中所述锁存器具有被耦合以输出所述自举信号的第一输出，其中所述锁存器具有其是所述锁存器的第一输出的补充的第二输出；以及
与门包括被耦合到所述锁存器的第二输出的第一输入，其中所述与门包括被耦合以接收所述突发信号的第二输入，其中所述与门包括被耦合以产生所述延迟突发信号的输出。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述储能电流被耦合以在所述自举周期期间谐振，其中所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数指示所述自举周期的结束。
12.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述谐振储能电路包括被耦合到储能电感的储能电容，其中所述控制器还包括负载感测电路，其中所述负载感测电路包括：
第一采样和保持电路，其被耦合以接收储能电容电压感测信号，其中所述第一采样和保持电路被耦合以响应于所述突发信号而被定时；
第二采样和保持电路，其被耦合以接收所述储能电容电压感测信号，其中所述第二采样和保持电路被耦合以响应于所述延迟突发信号而被定时；以及
运算放大器，其被耦合以接收所述第一采样和保持电路的输出以及所述第二采样和保持电路的输出，其中所述运算放大器被耦合以响应于所述第一采样和保持电路的输出与所述第二采样和保持电路的输出之间的差而输出负载感测信号。
13.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述开关电路的所述第一开关和第二开关包括被耦合到高侧开关的低侧开关，在所述低侧开关和所述高侧开关之间具有端子，其中所述自举电路包括：
自举二极管，其被耦合在所述控制器的第一能量端子和第二能量端子之间；
第一自举电容器，其被耦合在所述第一能量端子和所述谐振功率转换器的输入返回之间；以及
第二自举电容器，其被耦合在所述第二能量端子和所述开关电路的端子之间，其中，响应于所述自举信号，所述驱动电路还被耦合以在自举周期期间导通所述低侧开关，以通过所述自举二极管从所述第一能量端子对所述第二能量端子充电。
14.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述开关电路是包括被耦合到所述谐振储能电路的所述第一开关和第二开关的半桥开关电路。
15.一种谐振功率转换器，包括：
半桥开关电路，其被耦合到所述谐振功率转换器的输入；
能量传递元件，其被耦合到所述半桥开关电路和所述谐振功率转换器的输出；
谐振储能电路，其被耦合到所述半桥开关电路，所述谐振储能电路包括储能电感和被耦合到所述半桥开关电路的储能电容，其中所述储能电感包括磁化电感和所述能量传递元件的漏电感；以及
控制器，其被耦合到所述半桥开关电路，其中所述控制器包括：
驱动电路，其被耦合以产生第一驱动信号和第二驱动信号，以控制耦合到所述谐振储能电路的半桥开关电路的第一开关和第二开关的开关；
开关控制电路，其被耦合以控制所述驱动电路响应于开关频率信号来控制所述半桥开关电路的第一开关和第二开关的开关，以调节从所述谐振功率转换器的输入到所述谐振功率转换器的输出的能量传输，其中所述开关控制电路还被耦合以响应于突发信号控制所述驱动电路以控制所述控制器的突发模式，其中当进入所述突发模式时所述半桥开关电路的初始有源脉冲是有源部分脉冲，并且其中当退出所述突发模式时所述半桥开关电路的最终有源脉冲是在所述第一开关和第二开关被断开以退出所述突发模式之后引起无源部分脉冲的有源完整脉冲；以及
频率控制电路，其被耦合以响应于表示所述谐振功率转换器的输出的反馈信号而产生所述开关频率信号。
16.根据权利要求15所述的谐振功率转换器，其中，所述控制器还包括：误差放大器，其被耦合以接收所述反馈信号和参考信号，其中所述误差放大器被耦合以响应于所述反馈信号与所述参考信号的比较而产生被耦合以由所述频率控制电路接收的误差信号。
17.根据权利要求15所述的谐振功率转换器，其中，所述半桥开关电路的所述第一开关和第二开关中的第一个开关被耦合以在进入所述突发模式时在所述半桥开关电路的初始有源脉冲期间对于所述有源部分脉冲导通，
其中所述半桥开关电路的所述第一开关和第二开关中的所述第一个开关被耦合以在退出所述突发模式时对于所述半桥开关电路的最终有源脉冲导通，以及其中，在所述第一开关和第二开关都被断开以退出所述突发模式之后的所述无源部分脉冲期间，所述谐振储能电路的储能电流通过所述半桥开关电路的第一开关和第二开关中的第二个开关的体二极管放电。
18.根据权利要求15所述的谐振功率转换器，其中，所述谐振储能电路的储能电流被耦合以在所述突发模式期间在所述半桥开关电路的有源完整脉冲期间在第一储能电流值和第二储能电流值之间变化和转换。
19.根据权利要求18所述的谐振功率转换器，其中，在进入所述突发模式之前所述储能电流为零，并且其中在进入所述突发模式时所述储能电流等于在所述半桥开关电路的所述初始有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的一个。
20.根据权利要求19所述的谐振功率转换器，其中，当退出所述突发模式时，所述储能电流等于所述半桥开关电路的最终有源脉冲的结束处的所述第一储能电流值和第二储能电流值中的所述一个，并且其中在所述第一开关和第二开关都被关闭以退出所述突发模式之后在所述无源部分脉冲的结束处所述储能电流等于零。
21.根据权利要求15所述的谐振功率转换器，还包括耦合到所述控制器和所述半桥开关电路的自举电路。
22.根据权利要求21所述的谐振功率转换器，其中，所述控制器还包括自举控制电路，其被耦合以响应于所述突发信号和表示所述谐振储能电路的储能电流的储能电流感测信号而产生自举信号和延迟突发信号，其中所述驱动电路还被耦合以响应于所述自举信号控制所述自举电路，并且其中所述开关控制电路还被耦合以接收所述延迟突发信号，以控制所述驱动电路响应于所述延迟突发信号来控制所述控制器的突发模式。
23.根据权利要求22所述的谐振功率转换器，其中，所述开关控制电路被耦合以产生第一中间驱动信号和第二中间驱动信号，其中所述驱动电路被耦合以产生所述第一驱动信号和第二驱动信号以响应于所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号来控制所述半桥开关电路的所述第一开关和第二开关的开关。
24.根据权利要求23所述的谐振功率转换器，其中，所述控制器还包括或门，所述或门包括第一输入和第二输入，其中所述或门的第一输入被耦合以从所述开关控制电路接收所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第一个中间驱动信号，其中所述或门的第二输入被耦合以从所述自举控制电路接收所述自举信号，其中所述或门包括耦合到所述驱动电路的第一输入的输出，其中所述驱动电路包括被耦合以从所述开关控制电路接收第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号的第二输入，其中所述驱动电路被耦合以响应于所述或门的输出和来自所述开关控制电路的所述第一中间驱动信号和第二中间驱动信号中的第二个中间驱动信号而产生第一驱动信号和第二驱动信号。
25.根据权利要求22所述的谐振功率转换器，其中，所述自举控制电路包括：
零交叉检测电路，其被耦合以接收储能电流感测信号，以在自举周期期间检测所述储能电流中的零交叉点；
计数器和比较器电路，其被耦合到所述零交叉检测电路的输出，以确定在所述自举周期期间所述储能电流与零交叉何时达到阈值次数；
单触发电路，其具有被耦合以接收所述突发信号的输入；
锁存器电路，其被耦合到所述单触发电路和所述计数器和比较器电路，其中所述单触发电路的输出被耦合以响应于所述突发信号设置所述锁存器电路，其中所述计数器和比较器电路的输出被耦合以响应于所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数而重置所述锁存器电路，其中所述锁存器具有被耦合以输出所述自举信号的第一输出，其中所述锁存器具有其是所述锁存器的第一输出的补充的第二输出；以及
与门包括被耦合到所述锁存器的第二输出的第一输入，其中所述与门包括被耦合以接收所述突发信号的第二输入，其中所述与门包括被耦合以产生所述延迟突发信号的输出。
26.根据权利要求25所述的谐振功率转换器，其中，所述储能电流被耦合以在所述自举周期期间谐振，其中所述储能电流与零交叉达到所述阈值次数指示所述自举周期的结束。
27.根据权利要求22所述的控制器，其中，所述控制器还包括负载感测电路，其中所述负载感测电路包括：
第一采样和保持电路，其被耦合以接收储能电容电压感测信号，其中所述第一采样和保持电路被耦合以响应于所述突发信号而被计时；
第二采样和保持电路，其被耦合以接收所述储能电容电压感测信号，其中所述第二采样和保持电路被耦合以响应于所述延迟突发信号而被定时；以及
运算放大器，其被耦合以接收所述第一采样和保持电路的输出以及所述第二采样和保持电路的输出，其中所述运算放大器被耦合以响应于所述第一采样和保持电路的输出与所述第二采样和保持电路的输出之间的差而输出负载感测信号。
28.根据权利要求22所述的谐振功率转换器，其中，所述半桥开关电路的所述第一开关和第二开关包括被耦合到高侧开关的低侧开关，在所述低侧开关和所述高侧开关之间具有半桥端子，其中所述自举电路包括：
自举二极管，其被耦合在所述控制器的第一能量端子和第二能量端子之间；
第一自举电容器，其被耦合在所述第一能量端子和所述谐振功率转换器的输入返回之间；以及
第二自举电容器，其被耦合在所述第二能量端子和所述半桥端子之间，其中，响应于所述自举信号，所述驱动电路还被耦合以在自举周期期间导通所述低侧开关，以通过所述自举二极管从所述第一能量端子对所述第二能量端子充电。
用于谐振功率转换器的开关控制
技术领域
背景技术
发明内容
106还被耦合到输入返回120。高侧开关S1 104和低侧开关S2 106之间的端子可以被称为具有半桥电压VHB 178的开关电路187的半桥端子。在所示的示例中，高侧开关S1 104和低侧开关S2 106都被示为具有各自的体二极管的n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
高侧开关S1 104和低侧开关S2 106受到第一驱动信号UHS 146和第二驱动信号ULS 147的控制，使得能量传递元件T1 110的初级绕组112上的电压基本上是方波。
135，或“高于目标”)，频率控制电路138增加开关频率(并且开关周期TSW降低)。差值越大，开关频率增加越大。如果误差信号UERR 137为负(即，反馈信号UFB 133小于参考信号UREF 135，或“低于目标”)，则频率控制电路138降低开关频率(并且开关周期TSW增加)。幅度差越大，开关频率降低越多。对于LLC转换器，降低开关频率会增加传送到转换器输出的功率。
144和前低侧驱动信号PRE_LS 145。在一个实施例中，突发信号UBU 143是使能信号，其指示何时高侧开关S1 104和低侧开关S2 106可被导通。突发信号UBU 143可以在功率转换器100的次级侧上产生，或者可以响应于误差信号UERR 137而产生。对于所示的示例，开关控制电路140输出前高侧驱动信号PRE_HS 144和前低侧驱动信号PRE_LS 145以控制高侧开关S1
104和低侧开关S1 106的导通和断开，这可以在突发信号UBU 143为逻辑高时发生。
144和前低侧驱动信号PRE_LS 145，高侧驱动信号UHS 146和低侧驱动信号ULS 147被输出以分别控制高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关。在一个实施例中，驱动电路142将前高侧驱动信号PRE_HS 144和前低侧驱动信号PRE_LS 145电平移位到合适的电平，以驱动高侧开关S1 104和低侧开关S2 106。此外，驱动电路142可放大所述前高侧驱动信号PRE_HS 144和前低侧驱动信号PRE_LS 145的电流，使得高侧驱动信号UHS 146和低侧驱动信号ULS 147可分别充分地驱动高侧开关S1 104和低侧开关S2 106。
219为非零时低侧开关S2 106被导通。低侧开关S2 106的第一脉冲也是完整脉冲，其中脉冲的长度基本上是完整脉冲宽度TFW 249。当低侧开关S2106导通时，电感器电流IL 219的斜率变化(如由减小的电感器电流IL219所示)，并且电感器电流IL 219的流动改变方向，通过低侧开关S2 106的MOSFET从能量传递元件T1 110到输入返回120。
249脉冲的前沿之间的时间。开关周期TSW 239(即，1/开关频率)由图1所示的频率控制电路
138确定。在前低侧驱动信号PRE_LS 245或前高侧驱动信号PRE_HS 244的完整脉冲期间，电感器电流IL 219在突发模式的完整脉冲期间在第一电感器电流值和第二电感器电流值之间变化或转变。在所描绘的示例中，定义在电感器电流IL 219的突发模式期间的值范围的第一和第二电感器电流值是如图2所示的峰值电流IPK 250和最小电流IMIN 251。当部分脉冲
280的部分宽度TPW 248基本上等于完整脉冲宽度TFW 249的宽度的一半时，峰值电流IPK 250和最小电流IMIN 251的幅度基本相等。
387的自举电路389。在所描绘的示例中，如图所示，开关电路387是包括高侧开关S1 304和低侧开关S2 306的半桥开关电路，并且自举电路389包括自举二极管360以及自举电容器
358和359。在自举期间，自举电路389用于确保在控制器334的驱动电路342内的驱动器有足够的能量来驱动开关电路387的高侧开关S1 304和低侧开关S2 306。具体地，如在所描述的示例中所示，控制器334包括两个端子(VCCH端子361和VCC端子362)，所述两个端子被内部耦合以向在控制器334内的电路提供能量。具体地，在一个实施例中，如图所示，VCCH端子
361和VCC端子362是被耦合以向在驱动电路342内的驱动器提供功率的能量端子，所述能量端子用于导通和断开开关电路387的高侧开关S1 304和低侧开关S2 306。
304。为了确保在VCCH端子361处有足够的能量来驱动高侧开关S1 304，低侧开关S2 306在自举运行期间被导通，这导致半桥端子处的电压VHB 378通过低侧开关S2 306被下拉到与输入返回320基本相同的电压(例如，零伏)。这样，自举二极管360变为正向偏置并传导，这使得VCCH端子361能够在自举运行期间通过自举二极管360从VCC端子362进行预充电。在VCCH端子361已经充电之后，并且控制器334的驱动器电路342内的驱动器有足够的能量来驱动开关电路387的高侧开关S1 304和低侧开关S2 306，自举运行完成，并且然后可以断开低侧开关S2，以完成根据本发明的教导的自举运行。
306被导通。
365中的零交叉的信号。零交叉检测电路385的输出由计数器和比较器386接收。计数器和比较器386确定在电流感测信号ILSENSE 365中检测到的零交叉的次数是否大于或等于N。计数器和比较器386的输出在R输入端由锁存器370接收。锁存器370的Q输出是自举信号UBTS
367，而锁存器370的Q-bar输出由与门372接收。与门372的输出是延迟突发信号UBU' 366。在该示例中，锁存器370的Q-bar输出是锁存器370的Q输出的补充。
一旦自举信号UBTS 367转变为逻辑高值，计数器和比较器386被复位。锁存器370不被复位，直到计数器和比较器386已经确定零交叉检测电路385已经在电流感测信号ILSENSE 365中找到电感器电流IL 319的N个零交叉点。一旦检测到N个零交叉点，锁存器370被复位，自举信号UBTS 367转变为逻辑低值，并且锁存器370的Q-bar输出转变为逻辑高值，指示自举已被禁用。如果突发信号UBU 343仍然是逻辑高，只要突发信号UBU 343和锁存器370的Q-bar输出都是逻辑高，延迟突发信号UBU'366就转变为逻辑高值。因此，应注意，当突发信号UBU 343是逻辑高值时，延迟突发信号UBU'366是自举信号UBTS 367的补充。这样，只要突发信号UBU 343是逻辑高值，一旦自举信号UBTS 367转变为逻辑低值，延迟突发信号UBU'366就转变为逻辑高值。另外，如图所示，可以理解，当延迟突发信号UBU'366转变为逻辑高值时，电感器电流IL
319仍然基本上为零，因为一旦电感器电流IL 319与零交叉，零交叉检测电路385的输出就向计数器和比较器386发信号。
478降至基本上为零，而电压VC1 469也开始下降。
484)开关被禁用。当退出突发模式时，根据本发明的教导由于剩余的谐振储能电流电感器IL 419通过开关电路的功率开关之一的体二极管放电，因此在时间t5 484之后发生无源部分周期。
330的情况下，电容电压VC1 469小于稳态电压，因为能量被传递到功率转换器300的负载330输出。因此，在时刻t3 454的电容电压VC1 469小于时刻t1 452的电压电容电压VC1 469。
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