專利名稱：在諧振轉(zhuǎn)換器中防止硬開關(guān)的方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案涉及電子領(lǐng)域。具體地，該方案涉及開關(guān)直流-直流 (DC-DC)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在電子學(xué)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器是適于將一個(gè)DC電壓值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)DC電壓值的電子電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域與通過電力網(wǎng)供電的電子系統(tǒng)有關(guān)。具體地，這種電子系統(tǒng)一般包括能夠通過整流由電力網(wǎng)提供的(交變)電壓來產(chǎn)生DC電壓的前置電路；然而，一般的電子系統(tǒng)典型地由多個(gè)子電路形成，每個(gè)子電路需要不同的供電電壓值。一個(gè)或多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的存在允許從由前置電路產(chǎn)生的供電電壓值出發(fā)本地地產(chǎn)生所述不同的供電電壓值。在市場(chǎng)上現(xiàn)在可獲得的各種DC-DC轉(zhuǎn)換器中，其中眾所周知的一類是由所謂的開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器代表的。開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或者多個(gè)開關(guān)元件(諸如功率MOS晶體管)，這些開關(guān)元件被恰當(dāng)?shù)亻_關(guān)以從DC輸入供電電壓出發(fā)產(chǎn)生方波。開關(guān)元件的開關(guān)頻率顯著地高于由電力網(wǎng)提供的交變電壓的頻率。因此，包括在開關(guān)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的變壓器相對(duì)于被設(shè)計(jì)為直接由電力網(wǎng)供應(yīng)的變壓器可以具有更小的尺寸。 此外，開關(guān)轉(zhuǎn)換器特征在于高效率和低熱產(chǎn)生。然而，盡管操作在更高的頻率下允許諸如變壓器和濾波器之類的包括在開關(guān)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的無源元件在尺寸上的顯著的減小，但高的開關(guān)頻率要承擔(dān)所謂的驅(qū)動(dòng)損耗和所謂的開關(guān)損耗的增加。驅(qū)動(dòng)損耗由對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)所需要的電源引起，而存在兩種不同的類型的開關(guān)損耗。第一種類型的開關(guān)損耗由對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)期間通過開關(guān)元件的電流和跨越其端子的電壓的同時(shí)存在(硬開關(guān)條件)給定。典型地稱為容性損耗的第二種類型的開關(guān)損耗由與每個(gè)開關(guān)元件相關(guān)聯(lián)的寄生電容引起，所述寄生電容當(dāng)開關(guān)元件被激活的時(shí)候在開關(guān)元件自身的電阻上放電。容性損耗和開關(guān)損耗兩者都與開關(guān)元件的操作頻率成比例。容性損耗與方波開關(guān)電壓成比例。為了減小開關(guān)損耗和允許高頻率操作，諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)被廣泛地發(fā)展。這些技術(shù)提供了以正弦方式處理電源，并且以限制硬開關(guān)的出現(xiàn)的方式控制開關(guān)元件。從經(jīng)過整流的電力網(wǎng)電壓操作的諧振轉(zhuǎn)換器典型地使用半橋拓?fù)浜腿珮蛲負(fù)鋵?shí)現(xiàn)。參照根據(jù)所謂半橋拓?fù)鋵?shí)施的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱為半橋諧振轉(zhuǎn)換器)，開關(guān)元件包括在提供要被轉(zhuǎn)換的供電電壓的供電電路和提供諸如地之類的參考電壓的端子之間串聯(lián)的高側(cè)晶體管和低側(cè)晶體管。通過恰當(dāng)?shù)亻_關(guān)所述兩個(gè)晶體管，產(chǎn)生具有與供電電壓對(duì)應(yīng)的高值(假定當(dāng)高側(cè)晶體管被激活時(shí))和與地對(duì)應(yīng)的低值(假定當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管被激活時(shí))的方波是可能的。一旦每個(gè)晶體管都關(guān)斷即典型地插入其中兩個(gè)晶體管都關(guān)斷的小的死區(qū)時(shí)間(dead-time)?？梢酝ㄟ^使用根據(jù)半橋拓?fù)渑帕械潜舜朔聪囹?qū)動(dòng)的兩對(duì)開關(guān)元件產(chǎn)生相同的方波電壓。具體地，第一對(duì)的高側(cè)晶體管和第二對(duì)的低側(cè)晶體管同時(shí)被激活；類似地，第一對(duì)的低側(cè)晶體管和第二對(duì)的高側(cè)晶體管同時(shí)被激活。該拓?fù)湟话惴Q為全橋拓?fù)?。基于全橋拓?fù)涞闹C振轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)稱為全橋諧振轉(zhuǎn)換器。在諧振轉(zhuǎn)換器中，利用半橋或者全橋拓?fù)洚a(chǎn)生的方波通過包括至少一個(gè)電容器和一個(gè)電感器的諧振網(wǎng)絡(luò)而施加于變壓器的初級(jí)繞組；所述變壓器的次級(jí)繞組供給整流電路和濾波電路以提供輸出DC電壓。輸出DC電壓的值取決于方波的頻率，即它與諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率變近還是變遠(yuǎn)。方波的占空比保持在約50%。在諧振轉(zhuǎn)換器中的諧振網(wǎng)絡(luò)的各種已知配置中，所謂的LLC配置特別適合其中要被轉(zhuǎn)換的DC電壓的值特別高(諸如通過電力網(wǎng)電壓的整流產(chǎn)生的DC電壓)、即在利于高容性損耗出現(xiàn)的條件下的那些應(yīng)用。LLC諧振轉(zhuǎn)換器的諧振網(wǎng)絡(luò)由在開關(guān)元件和變壓器初級(jí)繞組的輸入端之間連接的串聯(lián)LC電路和跨越初級(jí)繞組的兩個(gè)輸入端連接的分流電感器形成。利用LLC諧振轉(zhuǎn)換器，利用開關(guān)頻率的相對(duì)小的變化來在寬的負(fù)載和輸入DC電壓值變化上調(diào)節(jié)輸出DC電壓變化是可能的。此外，LLC拓?fù)湓试S達(dá)到零電壓開關(guān)(ZWS)條件一其中形成開關(guān)元件的晶體管容易地利用接近零的漏極至源極電壓來開關(guān)。具體地， 通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)諧振網(wǎng)絡(luò)使得其阻抗的電抗分量對(duì)于足夠大的開關(guān)頻率范圍是感性的，流進(jìn)諧振網(wǎng)絡(luò)的電流滯后于由開關(guān)元件產(chǎn)生的電壓方波。在簡(jiǎn)單稱作半橋拓?fù)涞脑摋l件下， 當(dāng)高側(cè)晶體管關(guān)斷時(shí)電流仍然是正的(進(jìn)入諧振網(wǎng)絡(luò))。這迫使由高側(cè)和低側(cè)晶體管共享的中間節(jié)點(diǎn)降落至地，以使得電流流經(jīng)低側(cè)晶體管的體二極管。當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管在死區(qū)時(shí)間后導(dǎo)通時(shí)，它的漏極至源極電壓基本為零。類似地，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管關(guān)斷時(shí)，電流仍然是負(fù)的 (從諧振網(wǎng)絡(luò)出來)。這迫使由晶體管共享的中間節(jié)點(diǎn)上升至輸入電壓，以使得電流流經(jīng)高側(cè)晶體管的體二極管。當(dāng)高側(cè)晶體管在死區(qū)時(shí)間后導(dǎo)通時(shí)，它的漏極至源極電壓基本為零。 因而高側(cè)和低側(cè)晶體管兩者都在ZVS條件下導(dǎo)通。應(yīng)理解，利用將諧振網(wǎng)絡(luò)耦合到輸出整流器的變壓器的合適設(shè)計(jì)，LLC的感性元件可以“集成”到變壓器自身內(nèi)，以使得串聯(lián)和分流電感器的實(shí)施不需要附加的物理器件。在這種情形下，變壓器稱為“諧振變壓器”。諧振轉(zhuǎn)換器(具體地具有半橋拓?fù)涞哪切┲C振轉(zhuǎn)換器)受在啟動(dòng)階段期間發(fā)生的非常嚴(yán)重的缺點(diǎn)的影響。具體地，在穩(wěn)態(tài)中，跨越包括在諧振網(wǎng)絡(luò)中的電容器的端子的電壓包括與由供電電路提供的供電電壓的約一半對(duì)應(yīng)的DC成分，和遵循方波在時(shí)間中的進(jìn)程 (course)的AC成分。由于電容器阻擋了這種電壓的DC成分，所以跨越變壓器初級(jí)繞組的電壓只呈現(xiàn)出AC成分；由此，在穩(wěn)態(tài)中，聯(lián)系變壓器初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的磁通量的值在僅由這種AC成分定義的對(duì)稱的范圍內(nèi)振蕩。相反地，在轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)時(shí)，電容器被放電；因而當(dāng)高側(cè)晶體管第一次導(dǎo)通時(shí)，由初級(jí)繞組所見的電壓基本等于輸入供電電壓。在方波的接下來的半周期，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，由初級(jí)繞組所見的電壓是仍然較低的跨越諧振電容器建立的電壓。結(jié)果，當(dāng)高側(cè)晶體管第一次導(dǎo)通時(shí)，流進(jìn)諧振網(wǎng)絡(luò)的電流增大更快于當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管在接下來的半周期中導(dǎo)通時(shí)它的減小。當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管再次關(guān)斷時(shí)，電流仍然流經(jīng)低側(cè)晶體管自身的體二極管；當(dāng)高側(cè)晶體管在接下來的周期中導(dǎo)通時(shí)，在低側(cè)晶體管仍然導(dǎo)電時(shí)跨越低側(cè)晶體管的體二極管建立反向電壓。在這種條件下，高側(cè)晶體管在硬開關(guān)條件下導(dǎo)通，其中大電流經(jīng)過該處流過直到低側(cè)晶體管的體二極管恢復(fù)。結(jié)果，高側(cè)和低側(cè)晶體管結(jié)果同時(shí)導(dǎo)電(直通條件)，因而將提供要被轉(zhuǎn)換的供電電壓的端子與提供地電壓的端子短路，直到體二極管的恢復(fù)結(jié)束。在該條件下，除了消耗大量瞬時(shí)功率的電流高的峰值之外，跨越晶體管端子的電壓可以在使晶體管結(jié)構(gòu)中固有的寄生SCR可以被觸發(fā)的速率下快速地變化，因而引起能夠在幾微秒內(nèi)導(dǎo)致晶體管損壞的永久直通條件。在具有全橋拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換器中，由于跨越包括在諧振網(wǎng)絡(luò)中的電容器不存在DC電壓，所以上述提到的啟動(dòng)問題遠(yuǎn)不那么嚴(yán)重但未被排除。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，利用對(duì)具有半橋拓?fù)涞闹C振轉(zhuǎn)換器的特殊強(qiáng)調(diào)，申請(qǐng)者已經(jīng)處理了怎樣在諧振轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)操作期間中避免(或至少減少)任何硬開關(guān)的發(fā)生。具體地，本發(fā)明的一方面提供了一種用于將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出DC電壓的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電路，其用于接收輸入DC電壓和產(chǎn)生在與輸入DC電壓對(duì)應(yīng)的高值和與固定電壓對(duì)應(yīng)的低值之間振蕩的周期性方波電壓。方波電壓以主占空比在主頻率振蕩。該轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括定時(shí)電路，其用于設(shè)置方波電壓的主頻率和主占空比。定時(shí)電路被配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)態(tài)中操作時(shí)將主占空比的值設(shè)置為約50%。轉(zhuǎn)換器包括基于諧振電路的轉(zhuǎn)換電路，其用于基于主頻率和主占空比從方波電壓產(chǎn)生輸出DC電壓。該轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括禁用電路，其用于在轉(zhuǎn)換器通電之后暫時(shí)地停止定時(shí)電路，使得在方波電壓的至少一個(gè)周期期間暫時(shí)地改變方波電壓的主占空比。本發(fā)明的更進(jìn)一步的方面提供了用于操作諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法。


根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的發(fā)明以及其進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過參照下面的詳細(xì)描述而被最好地理解，所述詳細(xì)描述純粹通過非限制性指示來給出并且應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖來閱讀。具體地圖1圖示其中本發(fā)明的概念可以被應(yīng)用的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器；圖2圖示在圖1中圖示的轉(zhuǎn)換器的一些信號(hào)如何在時(shí)間中演變的例子；圖3圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的示例方案的包括在圖1的轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)控制電路的主要元件；圖4圖示圖1中的轉(zhuǎn)換器和圖3中的開關(guān)控制電路的一些信號(hào)如何在時(shí)間中演變的例子；圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括在圖1的轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)控制電路的主要元件；圖6圖示當(dāng)開關(guān)控制電路是在圖5中圖示的那個(gè)時(shí)在圖1中圖示的轉(zhuǎn)換器的一些信號(hào)在其啟動(dòng)期間的行為；以及圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括在圖5的開關(guān)控制電路中的振蕩器停止單元的示例性電路實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式接下來，將詳細(xì)地呈現(xiàn)和描述根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的方案。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)所描述的實(shí)施例的若干修改是可能的，并且本發(fā)明能夠以不同的方式體現(xiàn)。具體地參考圖1，在其中利用參考標(biāo)號(hào)100圖示其中本發(fā)明的概念可以被應(yīng)用的示例性開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器。圖1中圖示的轉(zhuǎn)換器100是半橋型的LLC諧振轉(zhuǎn)換器；然而，應(yīng)當(dāng)理解，類似的考慮適用于其他可能的諧振配置(諸如LC和LCC)以及適用于全橋型的諧振轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器100包括五個(gè)主要級(jí)聯(lián)部分，具體地為方波產(chǎn)生器105、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)110、 變壓器115、整流器120和濾波器125。轉(zhuǎn)換器100接收要被轉(zhuǎn)換的輸入DC電壓Vin，并且提供對(duì)應(yīng)的經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸出DC電壓Vout。例如，輸入DC電壓可以由供電電路(未示出)從由電力網(wǎng)提供的AC電壓產(chǎn)生。 經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸出電壓Vout向由電阻器1 示意地表示的通用負(fù)載提供。方波產(chǎn)生器包括在接收輸入DC電壓Vin的輸入端子130和耦合于提供參考電壓 (稱為地)的參考節(jié)點(diǎn)131之間串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)元件。具體地，開關(guān)元件包括高側(cè)晶體管 132 (例如，N-溝道功率MOS晶體管)和低側(cè)晶體管134 (例如另一個(gè)N-溝道功率MOS晶體管)。高側(cè)晶體管132包括耦合于接收輸入DC電壓Vin的輸入端子130的漏極端子、耦合于接收控制信號(hào)Vch的開關(guān)控制電路136的柵極端子、和連接到低側(cè)晶體管134(電路節(jié)點(diǎn) 138)的漏極端子的源極端子。低側(cè)晶體管134包括耦合于接收控制信號(hào)Vcl的開關(guān)控制電路136的柵極端子和連接到參考節(jié)點(diǎn)131的源極端子。高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134 兩者都在圖1中被描畫為具有它們的固有的體二極管。具體地，高側(cè)晶體管132包括利用參考標(biāo)號(hào)140標(biāo)識(shí)的體二極管，所述體二極管耦合在其源極端子(陽極)和漏極端子(陰極)之間；類似地，低側(cè)晶體管134包括耦合在源極端子(陽極)和漏極端子(陰極)之間的體二極管142。諧振網(wǎng)絡(luò)110包括也作為DC阻擋電容的諧振電容器144，其具有連接到電路節(jié)點(diǎn) 138的第一端子和連接到(串聯(lián))電感器146的第一端子的第二端子。電感器146具有連接到另一(分流)電感器148的第一端子(電路節(jié)點(diǎn)150)的第二端子；電感器148具有連接到參考節(jié)點(diǎn)131的第二端子。類似的考慮適用在電感器146和148中的一個(gè)或兩個(gè)被變壓器115固有的寄生電感替換的情形。變壓器115包括具有連接到電路節(jié)點(diǎn)150的第一端子和連接到參考節(jié)點(diǎn)131的第二端子的初級(jí)繞組152。變壓器115進(jìn)一步包括中心抽頭式次級(jí)繞組154，其具有連接到整流器120的第一端子和第二端子以及連接到提供地電壓的端子的中心抽頭。整流器120包括具有連接到次級(jí)繞組154的第一端子的第一端子(陽極)和連接到濾波器125(電路節(jié)點(diǎn)158)的第二端子(陰極)的二極管156。整流器120包括具有連接到次級(jí)繞組154的第二端子的第一端子(陽極)和連接到電路節(jié)點(diǎn)158的第二端子(陰極)的另一二極管160。值得注意的是，本發(fā)明的概念也能夠應(yīng)用到不同的次級(jí)繞組IM和/或整流器塊 120配置中。圖1中的濾波器125通過具有連接到電路節(jié)點(diǎn)158的第一端子和連接到提供地電壓的端子的第二端子的電容器162來實(shí)施。電路節(jié)點(diǎn)158連接到在圖中利用參考標(biāo)號(hào)164來標(biāo)識(shí)的、轉(zhuǎn)換器100的輸出端子以向負(fù)載128提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸出電壓Vout。不進(jìn)入本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的細(xì)節(jié)，下面將描述轉(zhuǎn)換器100的操作原理。開關(guān)控制電路136驅(qū)動(dòng)高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134，使得以對(duì)稱的方式激活 /去激活它們。為達(dá)到這個(gè)目的，由開關(guān)控制電路136產(chǎn)生的控制信號(hào)Vch和Vcl是反相的周期性方波。更具體地，如在圖2中圖示的例子中示出的那樣，控制信號(hào)Vch和Vcl是以具有約50%的占空比(即，控制信號(hào)在高值的持續(xù)時(shí)間和控制信號(hào)在低值的持續(xù)時(shí)間之間的比率)的相同開關(guān)頻率sf在高值和低值之間振蕩的周期性方波?？刂菩盘?hào)Vch和Vcl反相，意即當(dāng)其中之一在高值時(shí)，另一個(gè)在低值。當(dāng)控制信號(hào)Vch在高值并且控制信號(hào)Vcl在低值時(shí)，高側(cè)晶體管132被激活，而低側(cè)晶體管134關(guān)斷。在這種情況下，電路節(jié)點(diǎn)138被帶到輸入DC電壓Vin。當(dāng)相反控制信號(hào)Vcl在高值并且控制信號(hào)Vch在低值時(shí)，低側(cè)晶體管134被激活，而高側(cè)晶體管132關(guān)斷。在這種情形下，電路節(jié)點(diǎn)138被帶到地電壓。結(jié)果， 稱為方波輸入電壓并且在圖中利用參考標(biāo)號(hào)Vsq標(biāo)識(shí)的電路節(jié)點(diǎn)138的電壓是在與輸入DC 電壓Vin對(duì)應(yīng)的高值和與地電壓對(duì)應(yīng)的低值之間與控制信號(hào)Vch同相振蕩的方波。通過將控制信號(hào)Vch和Vcl兩者的占空比設(shè)置到約50%，方波輸入電壓的平均值Vsq約等于輸入 DC電壓Vin的一半。如在本描述的接下來的描述中更清楚的那樣，為允許轉(zhuǎn)換器100在ZVS條件下正確地操作，控制信號(hào)Vch和Vcl兩者在其每個(gè)下降沿之后在預(yù)定時(shí)間間隔中被設(shè)置到低值。 在稱為死區(qū)時(shí)間并且在圖2中利用參考標(biāo)號(hào)Td標(biāo)識(shí)的這樣的預(yù)定時(shí)間間隔期間，高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134兩者都關(guān)斷。方波輸入電壓Vsq施加到電容器144的連接到電路節(jié)點(diǎn)138的端子。在穩(wěn)態(tài)中， 跨越電容器144的端子建立的電壓差由等于方波輸入電壓Vsq的平均值的DC成分加上在開關(guān)頻率sf下振蕩的AC成分而形成。不進(jìn)入本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的細(xì)節(jié)，諧振網(wǎng)絡(luò)110 和變壓器115的初級(jí)繞組152作為這種AC成分的分壓器；結(jié)果，在電路節(jié)點(diǎn)150處的(AC) 電壓的幅度(稱為變壓器輸入電壓Vt)依賴于諧振網(wǎng)絡(luò)110的電抗，所述電抗繼而依賴于方波輸入電壓Vsq的開關(guān)頻率sf。施加在初級(jí)繞組152上的變壓器輸入電壓Vt跨越次級(jí)繞組154的端子產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的經(jīng)變壓的(AC)電壓，其幅度依賴于變壓器匝數(shù)比(即，初級(jí)繞組的匝數(shù)與次級(jí)繞阻的匝數(shù)之間的比率)。所述AC電壓由整流器120整流并且由濾波器 125濾波以獲得期望水平的經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸出DC電壓Vout。通過改變方波輸入電壓Vsq的開關(guān)頻率sf，可以調(diào)節(jié)輸出DC電壓Vout的值。實(shí)際上，變壓器輸入電壓Vt的幅度依賴于開關(guān)頻率Sf ；更重要地，方波輸入電壓Vsq的開關(guān)頻率sf越低，則在方波輸入電壓Vsq的每個(gè)周期期間從初級(jí)繞組152到次級(jí)繞組IM所傳送的能量的量越高。為了這個(gè)目的，為了也在存在負(fù)載128變化和/或輸入DC電壓Vin波動(dòng)時(shí)維持輸出DC電壓Vout在期望水平，輸出DC電壓Vout被反饋到開關(guān)控制電路136。開關(guān)控制電路 136被設(shè)計(jì)為基于由負(fù)載128變化和/或輸入DC電壓Vin波動(dòng)而造成的輸出DC電壓Vout 改變，而使方波輸入電壓Vsq的開關(guān)頻率sf變化，并且具體地通過當(dāng)輸入DC電壓Vin增大并且負(fù)載128電阻下降時(shí)增大開關(guān)頻率sf (并且反之亦然)來進(jìn)行改變。
如在本描述中之前引用的那樣，電容器144的電容和電感器146、148的電感使得諧振網(wǎng)絡(luò)110的電抗對(duì)于轉(zhuǎn)換器100被設(shè)計(jì)操作的開關(guān)頻率Sf為感性。以這種方式，在圖1 和2中利用參考標(biāo)號(hào)Ir標(biāo)識(shí)的流進(jìn)諧振網(wǎng)絡(luò)的電流被確保為滯后于方波輸入電壓Vsq (并且從而滯后于控制信號(hào)Vch)。這種條件與控制信號(hào)Vch和Vcl的每個(gè)下降沿后死區(qū)時(shí)間 Td的存在一起，允許高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134在ZVS條件下開關(guān)。更詳細(xì)地，當(dāng)高側(cè)晶體管132導(dǎo)通時(shí)，方波輸入電壓Vsq處在輸入DC電壓Vin。在這種條件下，在圖1中通過單個(gè)集總電容器Cp標(biāo)識(shí)但由高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134 的固有電容形成的與電路節(jié)點(diǎn)138相關(guān)聯(lián)的寄生電容被充電至輸入DC電壓Vin。由于前述原因，當(dāng)高側(cè)晶體管132在控制信號(hào)Vch的下降沿關(guān)斷時(shí)，如圖1中通過利用參考標(biāo)號(hào)170 標(biāo)識(shí)的箭頭所圖示，電流Ir的方向是向諧振網(wǎng)絡(luò)110內(nèi)。該電流Ir初始由電容器Cp供給， 并且具體地由儲(chǔ)存在其連接到電路節(jié)點(diǎn)138的“極板”上的電荷供給。如果死區(qū)時(shí)間Td足夠長，則電路節(jié)點(diǎn)138的電壓下降直到被體二極管142箝位至(近似)地電壓；因此，電流 Ir開始流經(jīng)體二極管142自身。以這種方式，在控制信號(hào)Vcl的上升沿，低側(cè)晶體管134利用接近零的漏極到源極電壓(ZVS條件)導(dǎo)通。類似地，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管134在控制信號(hào)Vcl的下降沿關(guān)斷時(shí)，如圖1中通過利用參考標(biāo)號(hào)180標(biāo)識(shí)的箭頭所圖示，電流Ir的方向是向輸入諧振網(wǎng)絡(luò)110外。從而，電流Ir初始向連接到電路節(jié)點(diǎn)138的電容器Cp的“極板”充電。從而，如果死區(qū)時(shí)間Td足夠長，則電路節(jié)點(diǎn)138的電壓上升直到其被體二極管140箝位至(近似)輸入DC電壓Vin ；因此， 電流Ir開始流經(jīng)體二極管140。以這種方式，在控制信號(hào)Vch的上升沿，高側(cè)晶體管132利用接近零的漏極至源極電壓(ZVS條件)導(dǎo)通。參考圖3，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的示例方案，開關(guān)控制電路136的主要元件被示意地圖示。當(dāng)電容器302通過恒流Irm方式充電/放電時(shí)，控制信號(hào)Vch和Vcl由開關(guān)控制電路136利用跨越電容器302的端子建立的電壓Vosc產(chǎn)生。具體地，電容器302通過交替地改變充電電流Irm的方向而交替地充電/放電，使得跨越電容器302建立的電壓Vosc 是周期性三角波；這種三角波被用作產(chǎn)生控制信號(hào)Vch、Vcl的基礎(chǔ)。例如，如在圖4中示出的那樣，在電壓Vosc的上升坡期間，控制信號(hào)Vch被設(shè)置為低值，而控制信號(hào)Vcl被設(shè)置為高值；相反地，在電壓Vosc的下降坡期間，控制信號(hào)Vch被設(shè)置為高值，而控制信號(hào)Vcl 被設(shè)置為低值。類似的考慮適用于相反的情形，其中在電壓Vosc的上升坡期間，控制信號(hào) Vch被設(shè)置為高值，并且控制信號(hào)Vcl被設(shè)置為低值，以及在電壓Vosc的下降坡期間，控制信號(hào)Vch被設(shè)置為低值，并且控制信號(hào)Vcl被設(shè)置為高值。應(yīng)理解，通過改變充電電流Irm 的值，改變電容器302被充電/放電的速度并且從而改變周期性控制信號(hào)Vcl和Vch的周期可能的。更具體地，充電電流Irm越高，則電壓Vosc的上升/下降沿的斜率越高。此外， 電壓Vosc的上升/下降沿的斜率越高，則控制信號(hào)Vcl和Vch的周期越短。換句話說，控制信號(hào)Vch和Vcl的開關(guān)頻率sf直接與充電電流Irm的值成比例。參考回圖3，開關(guān)控制電路136包括定時(shí)電路，其包括具有產(chǎn)生向電容器302提供的充電電流Irm、并且輸出其值確定控制信號(hào)Vch和Vcl的值的對(duì)應(yīng)振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS的目的的受控振蕩器310。在轉(zhuǎn)換器100的正常操作(穩(wěn)態(tài))期間，這種充電電流Irm的值是恒定的，而其方向由受控振蕩器310動(dòng)態(tài)地決定。具體地，當(dāng)充電電流Irm為正時(shí)，在它是電 9容302的源的意義上說，電壓Vosc以由充電電流Irm值確定的斜率而線性增長。一旦電壓 Vosc達(dá)到在圖4中利用參考標(biāo)號(hào)Th標(biāo)識(shí)的預(yù)定高閾值，振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS就被設(shè)置到高值(例如，與邏輯值“1”對(duì)應(yīng))。在這一點(diǎn)上，受控振蕩器310使充電電流Irm的方向反轉(zhuǎn)， 從而使得充電電流Irm從電容器302匯入，從而電壓Vosc以由充電電流Irm值確定的斜率線性下降。一旦電壓Vosc到達(dá)在圖4中利用參考標(biāo)號(hào)Tl標(biāo)識(shí)的預(yù)定低閾值，振蕩狀態(tài)信號(hào)OS就被設(shè)置到低置(例如，與邏輯值“O”對(duì)應(yīng))，并且充電電流Irm的方向再次被反轉(zhuǎn)， 從而使得成為電容器302的源，以確定電壓Vosc的增長(S卩，進(jìn)一步的上升坡被啟動(dòng))。受控振蕩器310耦合于高側(cè)驅(qū)動(dòng)器315和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器320，其基于由振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS承載的值產(chǎn)生控制信號(hào)Vch和Vcl。具體地，當(dāng)振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在邏輯值1時(shí)，控制信號(hào)Vch 被設(shè)置為高值，而控制信號(hào)Vcl被設(shè)置為低值。在這種條件下，高側(cè)晶體管132被激活，而低側(cè)晶體管134關(guān)斷。相反，當(dāng)振蕩器132狀態(tài)信號(hào)OS在邏輯值O時(shí)，控制信號(hào)Vch被設(shè)置為低值，而控制信號(hào)Vcl被設(shè)置為高值。在這種條件下，高側(cè)晶體管132關(guān)斷，而低側(cè)晶體管134被激活。為了在控制信號(hào)Vcl、Vch的每個(gè)下降沿之后產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間Td，向開關(guān)控制電路136提供死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路325，在將由受控振蕩器310產(chǎn)生的振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS 向高側(cè)驅(qū)動(dòng)315和低側(cè)驅(qū)動(dòng)320提供之前，所述死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路325恰當(dāng)?shù)匮舆t所述振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS。開關(guān)控制電路136進(jìn)一步包括適于控制轉(zhuǎn)換器100操作以在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)期間逐漸增大從變壓器115的初級(jí)繞組152傳送到次級(jí)繞組154的能量的軟啟動(dòng)控制電路 330。具體地，由于在方波輸入電壓Vsq的每個(gè)周期期間從初級(jí)繞組152傳送到次級(jí)繞組 154的能量的量當(dāng)開關(guān)頻率sf減小時(shí)增大，所以軟啟動(dòng)控制電路330在轉(zhuǎn)換器電源通電時(shí)將開關(guān)頻率設(shè)置為高值并且在隨后的周期期間逐步減小所述值。為了這個(gè)目的，軟啟動(dòng)電路330驅(qū)動(dòng)受控振蕩器310，使得在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)時(shí)增大充電電流Irm的值(從而增大開關(guān)頻率sf)，然后逐漸減小所述值(從而減小開關(guān)頻率 sf)。即使沒有在圖3中明確地圖示出，受控振蕩器310進(jìn)一步被配置為從轉(zhuǎn)換器100 的輸出端子164(見圖1)感測(cè)輸出DC電壓Vout，以便一旦轉(zhuǎn)換器達(dá)到它的穩(wěn)態(tài)操作即相應(yīng)地調(diào)節(jié)充電電流Irm的幅度。如前所述，當(dāng)轉(zhuǎn)換器100處在穩(wěn)態(tài)時(shí)，跨越電容器144的電壓包括與輸入DC電壓 Vin的約一半對(duì)應(yīng)的DC成分和遵循方波輸入電壓Vsq在時(shí)間中的進(jìn)程的AC成分。由于電容器144阻擋這種電壓的DC成分，所以變壓器115的初級(jí)繞組152僅“看見” AC成分；結(jié)果，在穩(wěn)態(tài)中，聯(lián)系初級(jí)繞組152與次級(jí)繞組IM的磁通量的值在僅由這種AC成分定義的對(duì)稱的范圍內(nèi)振蕩。相反，在轉(zhuǎn)換器100啟動(dòng)時(shí)，電容144被放電；從而，當(dāng)高側(cè)晶體管132第一次(方波輸入電壓Vsq的第一個(gè)半周期)被激活時(shí)，電路節(jié)點(diǎn)138達(dá)到近似等于輸入DC電壓Vin 的電壓。電容器144被完全放電，則電路節(jié)點(diǎn)138的電壓向連接到電容器144的、電感器146 的端子提供。由于在轉(zhuǎn)換器100啟動(dòng)時(shí)，電路節(jié)點(diǎn)150的電壓基本等于地電壓(因?yàn)檩敵?DC電壓Vout也等于地電壓)，所以總輸入電壓Vin跨越電感器146端子建立。在這種條件下，電流Ir以相對(duì)高速率增大。當(dāng)高側(cè)晶體管132關(guān)斷并且低側(cè)晶體管134在死區(qū)時(shí)間Td之后(方波輸入電壓Vsq的第二個(gè)半周期)導(dǎo)通時(shí)，電路節(jié)點(diǎn)138被帶到地電壓。在這時(shí)，電容器144儲(chǔ)存了在方波輸入信號(hào)電壓Vsq的之前的半周期收集的小量電荷。所述小量電荷跨越電容器144(其中連接到電路節(jié)點(diǎn)138的端子比另一端子具有在更高的電勢(shì))的端子建立相對(duì)小的電壓差。節(jié)點(diǎn)150的電壓為零，該小電壓差直接被應(yīng)用在跨越電感器146的端子。由于節(jié)點(diǎn)138 在地電壓，所以電感器146將前述電壓差視為負(fù)。因此，電流Ir減小，但是以相對(duì)低的速率減小，并且具體地以比方波輸入信號(hào)電壓Vsq的之前的半周期期間電流Ir增大的速率更低的速率減小。如由控制電路136所設(shè)置的，低側(cè)晶體管134在與之前半周期中的高側(cè)晶體管132 相同的時(shí)間中保持在導(dǎo)通狀態(tài)。因此，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管134在控制信號(hào)Vcl的下降沿關(guān)斷時(shí)， 電流Ir仍然是正的并且流經(jīng)體二極管142。以這種方式，一旦高側(cè)晶體管132再次導(dǎo)通，即在體二極管142仍然導(dǎo)電時(shí)跨越體二極管142應(yīng)用負(fù)電壓。因此，體二極管142需要被恢復(fù)。在這種條件下，高側(cè)晶體管140在硬開關(guān)條件下導(dǎo)通，其中大電流流經(jīng)它直到低側(cè)晶體管134的體二極管142恢復(fù)。結(jié)果，高側(cè)和低側(cè)晶體管結(jié)果同時(shí)導(dǎo)電(直通條件)，因此使提供要被轉(zhuǎn)換的供電電壓的端子130與提供地電壓的端子131短路，直到二級(jí)管142的恢復(fù)結(jié)束。在這種條件下，除了消耗大量瞬時(shí)功率的電流高的峰值的產(chǎn)生之外，跨越晶體管端子的電壓可以在使晶體管結(jié)構(gòu)中固有的寄生SCR可以被觸發(fā)的速率下快速地變化，因而引起能夠在幾微秒內(nèi)導(dǎo)致晶體管132和134兩者損壞的永久直通條件。。在方波輸入電壓Vsq下面的周期中，電容器144逐漸被充電，使得在低側(cè)和高側(cè)晶體管導(dǎo)電期間施加到電感器146上的電壓的不平衡趨向于消失，直到與約為輸入DC電壓 Vin的一半的電壓差對(duì)應(yīng)的電荷儲(chǔ)存在電容器144自身中。當(dāng)這種條件達(dá)到時(shí)，電流Ir在正值和負(fù)值之間對(duì)稱振蕩。為避免(或者至少減少)在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)期硬開關(guān)的任何發(fā)生，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案提供了通過基于在諧振網(wǎng)絡(luò)110中流動(dòng)的電流Ir的方向而暫時(shí)停止受控振蕩器310，來改變高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134的占空比。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，受控振蕩器310基于電流Ir暫時(shí)停止，使得包括在開關(guān)控制電路136中的電容302的充電/放電以電流Ir的方向?yàn)闂l件。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案提供了在半橋的每個(gè)開關(guān)之后(即，每當(dāng)Vch或Vcl變低時(shí))受控振蕩器310被停止直到電流Ir改變方向。精確地，在激活低側(cè)晶體管134之前，它等待電流Ir變正(即，其方向是向輸入諧振網(wǎng)絡(luò)110內(nèi))；類似地，在激活高側(cè)晶體管132之前，它等待電流Ir變負(fù)(即，其方向是向輸入諧振網(wǎng)絡(luò)110外)。為了這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，前面參考圖3所述的開關(guān)控制單元136以下面的方式被修改。具體地，參考圖5，示意地圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的開關(guān)控制電路136的主要元件。與在圖3中示出的那些元件對(duì)應(yīng)的元件以相同的參考標(biāo)號(hào)表示并且它們的解釋為簡(jiǎn)潔起見而被省略。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，開關(guān)控制電路136進(jìn)一步包括振蕩停止單元505，其適于根據(jù)電流Ir在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)期間暫時(shí)停止受控振蕩器310的操作。振蕩器停止單元505 通過停止信號(hào)HA驅(qū)動(dòng)受控振蕩器310，所述停止信號(hào)HA的值確定受控振蕩器310何時(shí)必須停止。當(dāng)停止信號(hào)HA被振蕩停止單元505解除斷言(例如解除斷言為低電壓值)時(shí)，使受控振蕩器310正常地操作，其中電容器302被充電電流Irm充電/放電，并且電壓Vosc相應(yīng)地變化。另一方面，當(dāng)停止信號(hào)被振蕩停止單元505斷言(例如斷言為高電壓值)時(shí)，受控振蕩器310的操作被停止，使得電壓Vosc的值被維持為恒定。例如，當(dāng)停止信號(hào)HA被斷言時(shí)，由受控振蕩器310產(chǎn)生的充電電流Irm被歸零，從而中斷電容器302的任何充電/放電。由于電壓Vosc在時(shí)間中的振蕩確定由振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在時(shí)間上所承載的值，所以在特定時(shí)間中維持電壓Vosc在恒定值允許改變控制信號(hào)Vch和Vcl的占空比。具體地，如在本描述中以下所述的，在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)的至少一部分期間，振蕩器停止單元505驅(qū)動(dòng)受控振蕩器310，使得控制信號(hào)Vch和Vcl的占空比被修改從而避免高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134執(zhí)行硬切換。振蕩器停止單元505與受控振蕩器310耦合以接收振蕩器狀態(tài)信號(hào)0S，并且與感測(cè)電路(在圖5中利用參考標(biāo)號(hào)510標(biāo)識(shí))耦合以接收電流方向信號(hào)CD，所述電流方向信號(hào)CD的值指示在諧振網(wǎng)絡(luò)110中流動(dòng)的電流Ir所承載的方向。例如，當(dāng)電流Ir為正(意味著其方向是向輸入諧振網(wǎng)絡(luò)110內(nèi))時(shí)，方向信號(hào)CD被感測(cè)電路510斷言(例如被斷言為高電壓值)；相反，當(dāng)電流Ir為負(fù)(意味著其方向是向輸入諧振網(wǎng)絡(luò)110外)時(shí)，方向信號(hào)CD被感測(cè)電路510解除斷言(例如被解除斷言為低電壓值)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，感測(cè)電路510可以通過比較器520來實(shí)施，所述比較器520 具有接收其值與電流Ir成比例的感測(cè)電壓Vr的正輸入端子、耦合到提供參考電壓(諸如地電壓)的端子的負(fù)輸入端子、以及提供方向信號(hào)CD的輸出端子?？梢酝ㄟ^使能信號(hào)EN選擇性地使能/禁用振蕩器停止單元505。具體地，在轉(zhuǎn)換器100的通電之后，使能信號(hào)EN被斷言(例如被斷言為高電壓值)以允許停止單元505在轉(zhuǎn)換器100的啟動(dòng)期間操作，并且在預(yù)定時(shí)間段之后，使能信號(hào)EN被解除斷言(例如被解除斷言為低電壓值)以禁用停止單元505的操作并且允許受控振蕩器310在啟動(dòng)之后正常地操作。由于在轉(zhuǎn)換器100通電時(shí)電流Ir基本等于零，所以比較器520將不能區(qū)別其方向。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，只有一旦電流Ir達(dá)到無疑不同于0的值時(shí)振蕩器停止單元505被使能(即，使能信號(hào)EN被斷言)，從而允許在電流Ir的方向不確定的時(shí)間段中受控振蕩器310不依賴于電流Ir而操作。為了這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使能信號(hào)EN 在發(fā)生在控制信號(hào)Vch的第一個(gè)下降沿之后的第一個(gè)死區(qū)時(shí)間Td期間被斷言，而不是在轉(zhuǎn)換器100通電后立即斷言使能信號(hào)EN。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使能信號(hào)EN由設(shè)置-重置鎖存器525產(chǎn)生。具體地，鎖存器525具有接收設(shè)置信號(hào)SET的設(shè)置端子、接收重置信號(hào)RESET的重置端子、和提供使能信號(hào)EN的輸出端子。為了在控制信號(hào)Vch的第一個(gè)下降沿后發(fā)生的第一個(gè)死區(qū)時(shí)間Td時(shí)正確斷言使能信號(hào)EN為高值以激活停止單元505，由具有接收信號(hào)GS的第一輸入端子和連接到接收通電信號(hào)Pon的單穩(wěn)態(tài)元件527的輸出端子的第二輸入端子的AND邏輯門5 產(chǎn)生設(shè)置信號(hào) SET。信號(hào)GS在死區(qū)時(shí)間Td期間由死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路325斷言為高值。在轉(zhuǎn)換器100通電時(shí)，通電信號(hào)Pon被斷言為高值；因此單穩(wěn)態(tài)元件527也將AND邏輯門5 的第二輸入端子設(shè)置為高值。一旦第一死區(qū)時(shí)間Td發(fā)生(即，在控制信號(hào)Vch的第一下降沿之后)，信號(hào)GS即被斷言為高值，從而將設(shè)置信號(hào)SET設(shè)置為高值以將使能信號(hào)EN斷言為高值(并且使能停止單元505)。然后，在預(yù)定的時(shí)間段T之后，重置信號(hào)RESET被斷言為高值，使得使能信號(hào)EN被解除斷言為低值以禁用停止單元505。為了正確地同步停止單元505的禁用與高側(cè)晶體管132和低側(cè)晶體管134的開關(guān)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，鎖存器525僅能夠在由死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路325確定的死區(qū)時(shí)間Td 期間重置。為了這個(gè)目的，由具有連接到死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路325以接收信號(hào)GS的第一輸入端子和接收延遲預(yù)定時(shí)間段T的通電信號(hào)Pon的第二輸入端子的AND邏輯門540產(chǎn)生重置信號(hào)RESET。通電信號(hào)Pon通過耦合于AND邏輯門540的第二端子的延遲元件545適當(dāng)延遲。以這種方式，停止單元505僅在死區(qū)時(shí)間Td期間在時(shí)間段T的過期之后正確地被禁用。將一起參考圖5和在圖6中圖示的示例時(shí)序圖更詳細(xì)地描述振蕩器停止單元505 的操作。應(yīng)理解，在圖6中圖示的時(shí)序圖中，為簡(jiǎn)單起見死區(qū)時(shí)間Td被設(shè)置為零。在轉(zhuǎn)換器的通電時(shí)，跨越電容器302的電壓Vosc是零，并且振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS處在低值。在這種條件下，低側(cè)晶體管134被激活(控制信號(hào)Vcl在高值)并且高側(cè)晶體管被關(guān)斷(控制信號(hào)Vch在低值)。Ir基本等于零。在轉(zhuǎn)換器100通電時(shí)，振蕩器505被關(guān)斷(使能信號(hào)EN被解除斷言為低值)，因此受控振蕩器310正常地操作，其中作為電容器302的源的充電電流Irm使得增加電壓Vosc。當(dāng)電壓Vosc達(dá)到高閾值Th時(shí)，受控振蕩器310斷言振蕩器信狀態(tài)信號(hào)OS為高值。 因此，控制信號(hào)Vcl被驅(qū)動(dòng)到低值并且控制信號(hào)Vch被驅(qū)動(dòng)到高值，使得高側(cè)晶體管132被激活并且低側(cè)晶體管134被關(guān)斷。在這種條件下，電流Ir立即承載正值(進(jìn)入諧振網(wǎng)絡(luò) 110)，從而開始增大。在這點(diǎn)，充電電流Irm被受控振蕩器310反轉(zhuǎn)，使得電容器302放電以減小電壓 Vosc。在控制信號(hào)Vcl下降沿之后的死區(qū)時(shí)間Td(在圖中未示出)，振蕩器停止單元505響應(yīng)于使能信號(hào)EN被斷言為高值而被激活。停止信號(hào)HA初始由振蕩停止單元505解除斷言為低值，從而使得受控振蕩器310正常地操作，其中從電容器302匯入的充電電流Irm使得減小電壓Vosc。當(dāng)電壓Vosc達(dá)到低閾值Tl時(shí)，受控振蕩器310解除斷言振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS為低值，從而控制信號(hào)Vch被驅(qū)動(dòng)到低值(高側(cè)晶體管132關(guān)斷)并且控制信號(hào)Vcl被驅(qū)動(dòng)到高值(低側(cè)晶體管134被激活)。因此，電流Ir開始下降。在這點(diǎn)，為避免高側(cè)晶體管132在其下個(gè)導(dǎo)電周期中執(zhí)行硬開關(guān)，振蕩器停止單元505斷言停止信號(hào)HA為高值，從而停止受控振蕩器310，其設(shè)置充電電流Irm到零，使得電壓Vosc保持在低閾值Tl。實(shí)際上，如果受控振蕩器310沒有停止，則充電電流Irm將會(huì)被受控振蕩器310反轉(zhuǎn)，使得對(duì)電容器302充電以增大電壓Vosc。如前所述，在轉(zhuǎn)換器100 的啟動(dòng)時(shí)，即只要諧振網(wǎng)絡(luò)110的電容器144還未被充電至輸入DC電壓Vin的約一半，則電流Ir減小(當(dāng)控制信號(hào)Vcl在高值時(shí))的速率低于電流Ir增大(當(dāng)控制信號(hào)Vch在高值時(shí))的速率。因此，通過使受控振蕩器310正常地操作使得增大電壓Vosc，電流Ir將沒有時(shí)間在電壓Vosc達(dá)到高閾值Th之前變負(fù)。以這種方式，高側(cè)晶體管132將執(zhí)行硬開關(guān)， 其中電流Ir仍為正。由于停止受控振蕩器310并且“凍結(jié)”電壓Vosc在低閾值Tl直到電流Ir達(dá)到負(fù)值(可通過方向信號(hào)CD評(píng)估)的振蕩器停止單元505的存在，該缺點(diǎn)被避免。 在這點(diǎn)，受控振蕩器310由停止單元505重啟動(dòng)(停止信號(hào)HA被解除斷言為低值)，并且電
13容器302被充電電流Irm再次充電。以這種方式，確保了當(dāng)電壓Vosc達(dá)到高閾值Th時(shí)，電流Ir為負(fù)。因此，高側(cè)晶體管132導(dǎo)通(振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS和控制信號(hào)Vch到高值)而不必執(zhí)行硬開關(guān)。當(dāng)電壓Vosc再次達(dá)到高閾值Th時(shí)，受控振蕩器310解除斷言振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS 到高值，從而使得控制信號(hào)Vch被驅(qū)動(dòng)到高值(高側(cè)晶體管132被激活)并且控制信號(hào)Vcl 被驅(qū)動(dòng)到低值(低側(cè)晶體管134被關(guān)斷)。因此，電流Ir開始增大。在這點(diǎn)，為避免低側(cè)晶體管134在它下個(gè)導(dǎo)電周期執(zhí)行硬開關(guān)，振蕩器停止單元 505斷言停止信號(hào)HA為高值，從而停止受控振蕩器310，其設(shè)置充電電流Irm到零，使得電壓Vosc保持在高閾值Th。實(shí)際上，如果受控振蕩器310沒有被停止，則充電電流Irm將被受控振蕩器310反轉(zhuǎn)，使得電容器302放電以減小電壓Vosc。通過使受控振蕩器310正常地操作使得減小電壓Vosc，電流Ir將沒有時(shí)間在電壓Vosc達(dá)到低閾值Tl之前變正。以這種方式，低側(cè)晶體管134將執(zhí)行硬開關(guān)，其中電流Ir仍為負(fù)。再次，由于停止受控振蕩器 310并且“凍結(jié)”電壓Vosc在高閾值Th直到電流Ir達(dá)到正值的振蕩器停止單元505的存在，該缺點(diǎn)被避免。在這點(diǎn)，受控振蕩器310由停止單元505重啟動(dòng)(停止信號(hào)HA被解除斷言為低值)，并且電容器302被充電電流Irm再次放電。以這種方式，確保了當(dāng)電壓Vosc 達(dá)到低閾值Tl時(shí)，電流Ir為正。因此，低側(cè)晶體管134導(dǎo)通(振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS和控制信號(hào)Vcl到高值)而不必執(zhí)行硬開關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案中，只要使能信號(hào)EN被斷言為高值(簡(jiǎn)稱為“同步條件”)-當(dāng)電壓Vosc達(dá)到低閾值Tl(振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在低值)時(shí)，停止信號(hào)HA保持被斷言為高值以凍結(jié)電壓Vosc在低閾值Tl并且維持控制信號(hào)Vcl在高值直到電流Ir變負(fù)，并且-當(dāng)電壓Vosc達(dá)到高閾值Th(振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在高值)時(shí)，停止信號(hào)HA保持被斷言為高值以凍結(jié)電壓Vosc在高閾值Tl并且維持控制信號(hào)Vch在高值直到電流Ir變正。換句話說，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方案中，控制信號(hào)Vch、Vcl的占空比(并且因此在轉(zhuǎn)換器100的電路節(jié)點(diǎn)138處的方波輸入電壓Vsq的占空比)動(dòng)態(tài)地變化，從而避免高側(cè)晶體管132在電流Ir為正時(shí)開關(guān)和低側(cè)晶體管134在電流Ir為負(fù)時(shí)開關(guān)。應(yīng)理解，振蕩器停止單元505僅在一旦電流Ir已達(dá)到無疑不同于零的值時(shí)(即在電壓Vosc已達(dá)到高閾值Th后)被使能(即使能信號(hào)EN被斷言)。換句話說，初始地使得電流Ir以非對(duì)稱方式振蕩，從而引起硬開關(guān)(具體地，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管134第一次開關(guān)時(shí))。 然而，需要該第一硬開關(guān)以允許振蕩器單元310在轉(zhuǎn)換器100的通電之后的轉(zhuǎn)換器100操作的首先的瞬間期間正確地操作。當(dāng)使能信號(hào)EN在預(yù)定時(shí)間段T之后被設(shè)置到低值時(shí)，振蕩器停止單元505被禁用，并且停止信號(hào)HA永久地設(shè)置到低值。在這種條件下，受控振蕩器310正常地操作，其中控制信號(hào)Vch、Vcl以固定占空比振蕩。預(yù)定時(shí)間段T被設(shè)置為足夠長以確保諧振網(wǎng)絡(luò)110 的電容器144被充電到約輸入DC電壓Vin的約一半，并且結(jié)果，在諧振網(wǎng)絡(luò)110中的電流 Ir在零周圍以對(duì)稱方式振蕩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過在操作于同步條件時(shí)增大充電電流Irm的幅度而使得從同步條件到正常操作的過渡(即，在經(jīng)過時(shí)間段T后)平滑。例如，受控振蕩器310可以和鎖存器525耦合以接收使能信號(hào)EN，使得當(dāng)振蕩器停止單元505被使能(使能信號(hào)EN在高值)時(shí)充電電流Irm的值被受控振蕩器310增大(例如，翻倍)。圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振蕩器停止單元505的示例性電路實(shí)施方案。具體地，根據(jù)該實(shí)施例，振蕩器停止單元505包括組合電路700，所述組合電路700 包括兩個(gè)NOT邏輯門705、710，兩個(gè)AND邏輯門715、720和一個(gè)OR邏輯門725。更詳細(xì)地，NOT邏輯門705具有接收方向信號(hào)⑶的輸入端子和連接到AND邏輯門 715的第一輸入端子的輸出端子。AND邏輯門715進(jìn)一步包括接收使能信號(hào)EN的第二輸入端子、接收振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS的第三輸入端子和連接到OR邏輯門725的第一輸入端子的輸出端子。NOT邏輯門710具有接收振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS的輸入端子和連接到AND邏輯門 720的第一輸入端子的輸出端子。AND邏輯門720進(jìn)一步包括接收方向信號(hào)⑶的第二輸入端子、接收使能信號(hào)EN的第三輸入端子和連接到OR邏輯門725的第二輸入端子的輸出端子。OR邏輯門725具有提供停止信號(hào)HA的輸出端子。以這種方式，如果由使能信號(hào)EN、振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS和方向信號(hào)CD承載的值的三聯(lián)態(tài)等于以下，則停止信號(hào)HA被斷言為高值(HA= 1)以停止受控振蕩器310:-EN = 1，OS = 1，CD = 0，或者-EN = 1，OS = 0，CD = 1。值的第一三聯(lián)態(tài)對(duì)應(yīng)于其中電壓Vosc被凍結(jié)在高閾值Th (OS = 1)并且電流Ir 為負(fù)(CD = 0)的條件。根據(jù)前面所述，所述條件被維持直到電流Ir變正(CD = 1)。由于振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在高值(OS = 1)，所以當(dāng)方向信號(hào)CD承載高值(CD= 1)時(shí)，振蕩器停止單元505解除斷言停止信號(hào)HA為低值(HA = 0)。值的第二三聯(lián)態(tài)對(duì)應(yīng)于其中電壓Vosc被凍結(jié)在低閾值Tl (OS = 0)并且電流Ir 為正(CD = 1)的對(duì)稱條件。所述條件被維持直到電流Ir變負(fù)(CD = 0)。由于振蕩器狀態(tài)信號(hào)OS在低值(OS = 0)，所以當(dāng)方向信號(hào)CD承載低值(CD = 0)時(shí)，振蕩器停止單元505 解除斷言停止信號(hào)HA為低值(HA = 0)。自然，為了滿足局部和具體要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以向上述的方案應(yīng)用許多邏輯的和/或物理的修改和替換。更具體地，盡管參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用一定程度的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解多種形式和細(xì)節(jié)上的省略、替換和改變以及其它實(shí)施例是可能的；另外，與本發(fā)明任何公開的實(shí)施例相聯(lián)系而描述的具體元件和/或方法步驟明顯地意圖作為一般設(shè)計(jì)選擇的問題而被并入任何其它實(shí)施例中。例如，如果方波產(chǎn)生器105具有全橋架構(gòu)，和/或如果振蕩器停止單元505具有不同的結(jié)構(gòu)，類似的考慮適用，所述不同的結(jié)構(gòu)利用不同于組合電路770但能夠以等價(jià)的方式產(chǎn)生停止信號(hào)HA的電路來實(shí)施。另外，即使根據(jù)本描述在電壓Vosc達(dá)到高閾值Th時(shí)控制信號(hào)Vch被設(shè)置到高值并且在電壓Vosc達(dá)到低閾值時(shí)控制信號(hào)Vcl被設(shè)置到高值，本發(fā)明的概念也能夠應(yīng)用到相反的情形，其中在電壓Vosc達(dá)到低閾值Tl時(shí)控制信號(hào)Vch被設(shè)置到高值并且在電壓Vosc 達(dá)到高閾值Th時(shí)控制信號(hào)Vcl被設(shè)置到高值。在這種條件中，當(dāng)電壓Vosc在高閾值Th (0S =1)并且電流Ir為正(⑶=1)時(shí)，并且當(dāng)電壓Vosc在低閾值Tl (OS = 0)并且電流Ir 為負(fù)(⑶=0)時(shí)，振蕩器停止單元505停止受控振蕩器310。
權(quán)利要求
1.一種用于將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出DC電壓的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括 -開關(guān)電路，其用于接收所述輸入DC電壓并且產(chǎn)生在與所述輸入DC電壓對(duì)應(yīng)的高值和與固定電壓對(duì)應(yīng)的低值之間振蕩的周期性方波電壓，所述方波電壓以主占空比在主頻率振蕩；-開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其用于驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)電路，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括定時(shí)電路，所述定時(shí)電路用于設(shè)置所述方波電壓的主頻率和主占空比，當(dāng)該轉(zhuǎn)換器操作在穩(wěn)態(tài)時(shí)所述定時(shí)電路被配置為將所述主占空比的值設(shè)置為約50% ；-基于諧振電路的轉(zhuǎn)換電路，其用于基于所述主頻率和所述主占空比從所述方波電壓產(chǎn)生輸出DC電壓；-禁用電路，其用于在該轉(zhuǎn)換器通電之后暫時(shí)停止所述定時(shí)電路，使得在所述方波電壓的至少一個(gè)周期期間暫時(shí)改變所述方波電壓的主占空比。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中-所述開關(guān)電路包括耦合在提供輸入DC電壓的端子和與所述轉(zhuǎn)換電路耦合的電路節(jié)點(diǎn)之間的第一受控開關(guān)，和耦合在提供參考電壓的端子和所述電路節(jié)點(diǎn)之間的第二受控開關(guān)；-所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括用于交替激活所述第一受控開關(guān)和所述第二受控開關(guān)，使得所述方波通過所述開關(guān)電路作為所述電路節(jié)點(diǎn)的源的部件；以及-所述禁用電路包括用于以從所述電路節(jié)點(diǎn)流向所述轉(zhuǎn)換電路的諧振電流的值為條件而暫時(shí)停止所述定時(shí)電路的部件。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其中-開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括用于產(chǎn)生在第一高值和第一低值之間以所述主占空比在所述主頻率周期性振蕩的第一控制信號(hào)的部件；-開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括用于產(chǎn)生在第二高值和第二低值之間以次占空比在所述主頻率周期性振蕩的第二控制信號(hào)的部件，其中所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)反相；-所述第一受控開關(guān)在所述第一控制信號(hào)在第一高值時(shí)被激活并且在所述第一控制信號(hào)在第一低值時(shí)被關(guān)斷，以及-所述第二受控開關(guān)在所述第二控制信號(hào)在第二高值時(shí)被激活并且在所述第二控制信號(hào)在第二低值時(shí)被關(guān)斷。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述定時(shí)電路包括參考電容器，所述主占空比和次占空比依賴于跨越所述參考電容器建立的參考電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括-用于在所述參考電壓達(dá)到高閾值時(shí)將所述第一控制信號(hào)設(shè)置為第一高值的部件，以及-用于在所述參考電壓達(dá)到低閾值時(shí)將所述第二控制信號(hào)設(shè)置為第二高值的部件。
6.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括-用于在所述參考電壓達(dá)到低閾值時(shí)將所述第一控制信號(hào)設(shè)置為第一高值的部件，以及-用于在所述參考電壓達(dá)到高閾值時(shí)將所述第二控制信號(hào)設(shè)置為第二高值的部件。
7.如權(quán)利要求5或者6所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述定時(shí)電路進(jìn)一步包括振蕩器電路，其用于向所述參考電容器提供第一電流，所述第一電流在用于向所述參考電容器充電的正值和用于從所述參考電容器放電的負(fù)值之間振蕩，所述主占空比與用于從所述參考電容器放電的電流成比反比并且所述次占空比與用于向所述參考電容器充電的電流成反比，所述禁用電路包括停止單元，其控制所述振蕩器電路以所述諧振電流為條件將所述第一電流暫時(shí)重置到零。
8.如依賴于權(quán)利要求5的權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述停止單元進(jìn)一步包括 -用于只要所述參考電壓在高閾值并且所述諧振電流具有負(fù)值則重置所述第一電流到零并且維持所述第一電流為零的部件，以及-用于只要所述參考電壓在低閾值并且所述諧振電流具有正值則設(shè)置所述第一電流到零并且維持所述第一電流為零的部件。
9.如依賴于權(quán)利要求6的權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述停止單元進(jìn)一步包括 -用于只要所述參考電壓在高閾值并且所述諧振電流具有正值則重置所述第一電流到零并且維持所述第一電流為零的部件，以及-用于只要所述參考電壓在低閾值并且所述諧振電流具有負(fù)值則設(shè)置所述第一電流到零并且維持所述第一電流為零的部件。
10.如權(quán)利要求7至9所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括用于在所述方波電壓的所述至少一個(gè)周期中增大所述第一電流的幅度的部件。
11.一種用于操作適于將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出DC電壓的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法， 該方法包括-產(chǎn)生從與所述輸入DC電壓對(duì)應(yīng)的高值到與固定電壓對(duì)應(yīng)的低值振蕩的周期性方波電壓，所述方波電壓以主占空比在主頻率振蕩，當(dāng)該轉(zhuǎn)換器操作在穩(wěn)態(tài)時(shí)所述主占空比的值等于約50% ；-通過利用基于諧振電路的轉(zhuǎn)換電路，基于所述主頻率和所述主占空比從所述方波電壓產(chǎn)生所述輸出DC電壓，以及-在所述轉(zhuǎn)換器通電之后在所述方波電壓的至少一個(gè)周期期間暫時(shí)改變所述方波電壓的主占空比。
全文摘要
提供了一種用于將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出DC電壓的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電路，其用于接收輸入DC電壓和產(chǎn)生在與輸入DC電壓對(duì)應(yīng)的高值和與固定電壓對(duì)應(yīng)的低值之間振蕩的周期性方波電壓。該方波電壓以主占空比在主頻率振蕩。轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路。該開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括定時(shí)電路，其用于設(shè)置方波電壓的主頻率和主占空比。定時(shí)電路被配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器操作于穩(wěn)態(tài)中時(shí)將主占空比的值設(shè)置為約50％。該轉(zhuǎn)換器包括基于諧振電路的轉(zhuǎn)換電路，其用于基于主頻率和主占空比從方波電壓產(chǎn)生輸出DC電壓。該轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括禁用電路，其用于在轉(zhuǎn)換器通電之后暫時(shí)地停止定時(shí)電路，使得在方波電壓的至少一個(gè)周期期間暫時(shí)地改變方波電壓的主占空比。
文檔編號(hào)H02M3/337GK102428639SQ201080021595
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者A·V·諾韋里, C·L·桑托羅, C·阿德拉那 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司