本發(fā)明的領(lǐng)域涉及反激式轉(zhuǎn)換器以及用于操作轉(zhuǎn)換器的相關(guān)系統(tǒng)和方法。本專利文獻(xiàn)的公開內(nèi)容的一部分包含受版權(quán)保護(hù)的材料。版權(quán)所有者不反對任何人復(fù)制如專利和商標(biāo)局的專利檔案或記錄中所示的專利文獻(xiàn)或?qū)＠_內(nèi)容，但在其它方面保留所有版權(quán)。

背景技術(shù)：

1、反激式功率轉(zhuǎn)換器是用于低到中輸出功率應(yīng)用的廣泛使用的拓?fù)?。一種常見的開關(guān)操作模式是準(zhǔn)諧振模式，其中，開關(guān)(初級側(cè)開關(guān)接通)發(fā)生在由電路的初級電感和寄生電容之間的諧振生成的最低漏極電壓谷處。

2、現(xiàn)有的反激式轉(zhuǎn)換器雖然成本低，但通常不是非常高效且體積大。

3、現(xiàn)有的反激式轉(zhuǎn)換器可以包括同步mosfet整流，其將mosfet與用于接通或關(guān)斷器件的控制裝置組合。然而，整流器部分通常工作在硬開關(guān)模式下，因此在初級側(cè)mosfet的關(guān)斷接通和關(guān)斷時(shí)都引起高損耗。

4、而且，emi發(fā)射通常是不可忽略的，從而導(dǎo)致使用相對大的濾波器，因此導(dǎo)致顯著的電路尺寸。

5、因此，需要優(yōu)化現(xiàn)有的反激和準(zhǔn)諧振反激設(shè)計(jì)以改善效率、尺寸和成本。另外，期望在任何負(fù)載條件下改進(jìn)反激式轉(zhuǎn)換器的性能和效率。

6、本發(fā)明解決了上述弱點(diǎn)以及上面沒有描述的其它問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及一種如所附權(quán)利要求所限定的改進(jìn)的反激式轉(zhuǎn)換器。

2、在附錄處列出了關(guān)鍵特征的合并列表。

技術(shù)特征：

1.一種反激式轉(zhuǎn)換器，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，基于用于驅(qū)動每個(gè)次級側(cè)開關(guān)的信號來選擇所述次級側(cè)開關(guān)的所述特性。

3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)是高功率mosfet，而另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)是低功率mosfet。

4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述次級側(cè)開關(guān)是具有不同漏極到源極導(dǎo)通電阻的硅mosfet、gan或sic晶體管的任何組合。

5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m2)被配置為功率整流器，并由所述整流信號驅(qū)動。

6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m6)由所述zvs脈沖驅(qū)動，并且其特性被確定為使得所述開關(guān)需要較少的能量來接通或關(guān)斷。

7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m2)具有比另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m6)低的漏極-源極導(dǎo)通電阻值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在1.5毫歐至50毫歐之間的漏極-源極導(dǎo)通電阻值，且另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在100毫歐至5歐姆之間的漏極-源極導(dǎo)通電阻值。

9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m2)具有比另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m6)更高的柵極到源極電容。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在1毫微法至10毫微法之間的柵極到源極電容值，且另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在0.03毫微法至1毫微法之間的柵極到源極電容值。

11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m2)具有比另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)或mosfet(m6)更高的輸出電容。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在0.05毫微法至2毫微法之間的輸出電容值，且另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)具有范圍在10皮法至50皮法之間的輸出電容值。

13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)(m6)被配置為僅在輕負(fù)載條件下被激活或接通，例如當(dāng)負(fù)載小于額定輸出功率的10％時(shí)被激活或接通。

14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)(m6)被配置為根據(jù)負(fù)載條件被去激活或關(guān)斷，所述負(fù)載條件例如為中等負(fù)載和高負(fù)載。

15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)被配置為當(dāng)所述負(fù)載條件高于預(yù)定閾值時(shí)被去激活，例如當(dāng)所述負(fù)載條件高于所述額定輸出功率的10％或所述額定功率的50％時(shí)被去激活。

16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，一個(gè)次級側(cè)開關(guān)被配置為當(dāng)所述負(fù)載條件高于預(yù)定閾值時(shí)被自動去激活，當(dāng)所述負(fù)載條件高于所述額定輸出功率的10％或所述額定功率的50％時(shí)被自動去激活。

17.根據(jù)權(quán)利要求14至16所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所述次級側(cè)開關(guān)(m6)被去激活或關(guān)斷時(shí)，所述控制單元被配置為將所述zvs脈沖數(shù)字地添加到所述整流信號。

18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)檢測到所述次級側(cè)開關(guān)(m6)的所述漏極端子處的局部最小電壓時(shí)生成所述zvs脈沖。

19.一種反激式轉(zhuǎn)換器，包括：

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，確定所述次級側(cè)開關(guān)的特性，主要是漏極源極導(dǎo)通電阻、柵極到源極電容器或輸出電容，使得所述次級側(cè)開關(guān)優(yōu)化所述變壓器的總運(yùn)行時(shí)間。

21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述次級側(cè)開關(guān)具有范圍在1.5毫歐至50毫歐之間的源極-漏極導(dǎo)通電阻值。

22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述次級側(cè)開關(guān)具有范圍在1毫微法至10毫微法之間的柵極電容值。

23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述次級開關(guān)具有范圍在0.05毫微法至2毫微法之間的輸出電容值。

24.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述zvs脈沖的持續(xù)時(shí)間被配置為使得能夠達(dá)到峰值電流值(izvs)，使得所述初級側(cè)開關(guān)的漏極處的電壓下降到零或接近零伏。

25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述zvs脈沖的所述持續(xù)時(shí)間作為輸入電壓、輸出電壓、所述初級側(cè)繞組的電感、所述初級側(cè)開關(guān)處的等效漏極到接地電容以及所述變壓器的所述繞組的匝數(shù)的函數(shù)來計(jì)算。

26.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述zvs脈沖的持續(xù)時(shí)間tzvs使用以下方程確定：

27.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，初級側(cè)開關(guān)接通時(shí)間從所述zvs脈沖的頻率計(jì)算。

28.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元還生成脈沖控制信號。

29.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所述整流信號為高時(shí)，所述轉(zhuǎn)換器被配置為將電力從所述變壓器傳送到輸出電容器。

30.根據(jù)權(quán)利要求28至29中任一項(xiàng)所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)所述脈沖控制信號為高時(shí)，所述轉(zhuǎn)換器被配置為將來自輸出電容器的電力反射到所述變壓器。

31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中任一項(xiàng)所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述脈沖控制信號被配置為在整流信號下降沿處上升。

32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中任一項(xiàng)所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，遞送到所述反激式轉(zhuǎn)換器的所述輸出的所述功率是通過調(diào)整所述脈沖控制信號的所述持續(xù)時(shí)間來確定的。

33.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，通信鏈路存在于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間，并且其中，所述通信鏈路使用以下內(nèi)容中的一者或組合：電容鏈路、電感鏈路、接近式天線或集成的電力和信號變壓器。

34.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，同步器單元被配置為使所述zvs脈沖與初級側(cè)漏極電壓谷或局部峰值同步。

35.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元被配置為發(fā)送zvs請求。

36.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元被配置為向所述初級側(cè)開關(guān)發(fā)送接通請求。

37.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元被配置為向所述初級側(cè)發(fā)送zvs脈沖或接通請求，并且其中，所述脈沖的參數(shù)定義初級側(cè)開關(guān)占空比。

38.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述控制單元被配置為向所述初級側(cè)發(fā)送zvs脈沖或接通請求，其中，所述脈沖的參數(shù)定義所述初級側(cè)開關(guān)必須關(guān)斷的電流閾值。

39.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述方法使用間接脈沖檢測技術(shù)，并且其中，在檢測到zvs脈沖之后接通所述初級側(cè)開關(guān)。

40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，間接脈沖檢測技術(shù)感測初級開關(guān)漏極電壓以便檢測深谷。

41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的反激式轉(zhuǎn)換器，其中，所述間接脈沖檢測技術(shù)感測所述初級開關(guān)漏極電壓的dv/dt斜率。

42.一種操作反激式轉(zhuǎn)換器的方法，所述反激式轉(zhuǎn)換器包括：

43.一種操作反激式轉(zhuǎn)換器的方法，反激式轉(zhuǎn)換器包括：

技術(shù)總結(jié)
公開了一種反激式轉(zhuǎn)換器，包括：變壓器，其具有初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組；初級側(cè)開關(guān)，其位于變壓器的初級側(cè)；兩個(gè)次級側(cè)開關(guān)，其位于變壓器的次級側(cè)；其中，兩個(gè)次級側(cè)開關(guān)并聯(lián)連接并且具有不同的特性；以及控制單元，其被配置為生成整流信號和零電壓開關(guān)(ZVS)脈沖并且驅(qū)動兩個(gè)次級側(cè)開關(guān)；其中，次級側(cè)開關(guān)由整流信號驅(qū)動，另一個(gè)次級側(cè)開關(guān)由ZVS脈沖驅(qū)動。在開關(guān)循環(huán)結(jié)束時(shí)，在接通初級側(cè)開關(guān)之前：控制單元被配置為在次級側(cè)繞組中生成ZVS脈沖，使得初級側(cè)開關(guān)的寄生電容器被放電，并且因此在ZVS條件或接近ZVS條件下接通初級側(cè)開關(guān)。

技術(shù)研發(fā)人員：伊戈?duì)枴に蛊?nèi)拉,洛倫佐·費(fèi)拉里,安德里亞·扎內(nèi)蒂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：艾格電子工程責(zé)任有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10