振蕩 頻率或開關頻率。
[0068] 曲線圖640示出了對于通過轉換器輸出傳遞至負載電阻器R6的電力的對應的負 載電力波形627、625、623、621。將負載電力從-7. 0V的最低DC偏置電壓處的約1. 5W逐漸 增大至8. 0V的最高DC偏置電壓處的約3. 5W很明顯。因此，可W通過調節(jié)由可調偏置電壓 提供的電壓來控制轉換器輸出電力W及因而控制轉換器輸出電壓。
[0069] 圖8是基于根據(jù)W上所討論的本發(fā)明的第一實施方式的E類諧振電力轉換器或逆 變器100的DC-DC或開關模式電力轉換器/電源（SMP巧800的示意性電路圖。DC-DC電力 轉換器800除了包括E類諧振電力轉換器100的電路W外還包括圍繞繞晶體管開關Sm構 建并且包括另外的無源部件心2和的同步整流器。技術人員應當理解，DC-DC電力轉換 器800可W包括從VauT禪接至負供電軌（例如地）的輸出電容器W及與W上在本發(fā)明的第 四實施方式中結合圖4所討論的電壓控制回路類似的電壓控制回路。電壓控制回路被配置 成如由DC參考電壓或AC參考電壓所限定的來控制電力轉換器800的VwT處的輸出電壓。 晶體管開關元件Sm和電感器L和L提供了DC-DC電力轉換器800中的同步整流器，并 且取代了W上所討論的基于二極管的同步整流電路413。由于本E類和DE類諧振電力轉 換器的開關網(wǎng)絡的控制輸入端例如柵極驅動信號不需要傳統(tǒng)的PWM或PDM類型的控制信號 (而僅需要兩個可調偏置電壓Vchsi和，所W根據(jù)本實施方式的諧振電力轉換器通常 非常良好地適于如在針對該特定實施方式的圖8上所示出的同步整流。由于不必控制第一 晶體管開關Si和整流晶體管開關SM的各個控制輸入信號之間的相位，所W不需要傳統(tǒng)的 PWM或PDM類型的控制信號。整流晶體管開關Ski可W例如禪接至施加給電感器L的合適 的固定整流器DC偏置電壓電感器心2禪接至SK1的柵極（即控制輸入端）。出于整流 目的，通過第一半導體開關Si的振蕩輸出電壓即漏極電壓Vds來驅動Sw的柵極端子W自動 地保持Si與sM之間的同步操作。第一晶體管開關s1和整流晶體管開關sM的各自的柵極 端子上的傳統(tǒng)PWM或PDM類型的控制信號的不存在具有明顯的優(yōu)點，其導致簡化的電力轉 換器設計和較小的部件數(shù)。在孤立的電力轉換器應用中，本基于二極管的同步整流器電路 413擁有另外的優(yōu)點，該是因為該基于二極管的同步整流器電路413消除了W下需要：橫跨 諧振電力轉換器的電壓隔離勢壘來傳輸或傳達傳統(tǒng)的PWM或PDM類型的一個或更多個控制 信號。該類型的電壓隔離勢壘通常需要昂貴且占空間的部件，如傳統(tǒng)電力轉換器拓撲結構 中的光禪合器或快速互感器。如通過圖8所示出的，本具有同步整流的DC-DC電力轉換器 在橫跨包括諧振電容器旬和諧振電感器Lk的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的電路拓撲結構方面可W完全 對稱，該允許DC輸入電源Viw8〇4與VauT處的輸出電壓之間的雙向電力流。技術人員應當理 解，輸入晶體管開關Si和整流器晶體管開關Sw可W為基本相同或不同的部件，并且取決于 如諧振電力轉換器的電壓轉換率的因素，固定電感的電感器心2和Lu可W為基本上相同或 不同的部件。
[0070] 技術人員應當理解，可W將上述同步整流器添加至W上所討論的在W上的圖1B、 圖2A至圖2BW及圖3A至圖3B上所描繪的E類和DE類諧振電力轉換器實施方式中的每 一個。
【主權項】
1. 一種諧振電力轉換器，包括： 用于接收輸入電壓的輸入端子， 開關網(wǎng)絡，所述開關網(wǎng)絡包括通過相應的控制輸入來控制的一個或更多個半導體開 關， 所述開關網(wǎng)絡包括開關輸入端和開關輸出端，所述開關輸入端操作地耦接至用于接收 所述輸入電壓的所述輸入端子，所述開關輸出端操作地耦接至所述諧振電力轉換器的諧振 網(wǎng)絡的輸入端， 所述諧振網(wǎng)絡包括預定諧振頻率（fK)以及操作地耦接至轉換器輸出端子的輸出端， 自激振蕩反饋回路，所述自激振蕩反饋回路從所述開關網(wǎng)絡的開關輸出端耦接至所述 開關網(wǎng)絡的控制輸入端，以設置所述電力轉換器的開關頻率； 所述自激振蕩反饋回路包括： 第一本征開關電容，耦接在所述開關網(wǎng)絡的開關輸出端與所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端 之間， 第一偏置電壓源，被配置成生成第一可調偏置電壓，以及 第一電感器，所述第一電感器具有基本上固定的電感，所述第一電感器耦接在所述第 一偏置電壓源與所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端之間， 電壓調節(jié)回路，被配置成：通過控制施加給所述第一電感器的所述第一可調偏置電壓 來控制所述電力轉換器的輸出電壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述的諧振電力轉換器，包括： 耦接在所述輸入端子與所述開關輸入端之間的輸入電感器， 所述開關網(wǎng)絡包括第一半導體開關，所述第一半導體開關具有耦接至所述開關網(wǎng)絡的 控制輸入端的控制端子以及耦接至所述開關輸入端并且耦接至所述開關輸出端的輸出端 子。
3. 根據(jù)權利要求2所述的諧振電力轉換器，其中，所述輸入電感器和所述第一電感器 以預定的磁耦合系數(shù)被磁耦合，所述磁耦合系數(shù)優(yōu)選地大于0. 1，或者更優(yōu)選地大于0. 4。
4. 根據(jù)權利要求1所述的諧振電力轉換器，其中，所述開關網(wǎng)絡包括： 第一半導體開關，所述第一半導體開關耦接在所述開關輸出端與所述諧振電力轉換器 的電壓供應軌之間，并且所述第一半導體開關具有與所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端耦接的控 制端子， 第二半導體開關，所述第二半導體開關耦接在所述開關輸出端與所述輸入端子之間， 并且 其中，所述第二半導體開關的控制端子通過具有基本上固定的電感的第二電感器與具 有基本上固定的電感的第三電感器的級聯(lián)結構耦接至第二偏置電壓源， 并且其中，在所述第二電感器與所述第三電感器之間的中間節(jié)點與所述開關輸出端之 間耦接有反饋電容器。
5. 根據(jù)權利要求4所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一電感器和所述第三電感器 以預定的磁耦合系數(shù)被磁耦合，所述磁耦合系數(shù)優(yōu)選地大于0. 1，或者更優(yōu)選地大于0. 4。
6. 根據(jù)權利要求3或5所述的諧振電力轉換器，其中，所述輸入電感器和所述第一電感 器纏繞共用的導磁性構件或磁芯；或者 所述第一電感器和所述第三電感器纏繞共用的導磁性構件或磁芯。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一偏置電壓源包 括： 電容器，所述電容器從所述第一可調偏置電壓耦接至所述諧振電力轉換器的固定電勢 如地， 第一可調電阻器，耦接在所述第一可調偏置電壓與第一DC參考電壓之間， 第二可調電阻器，耦接在所述第一可調偏置電壓與第二DC參考電壓之間。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述電壓調節(jié)回路包 括： 參考電壓發(fā)生器，所述參考電壓發(fā)生器向比較器的第一輸入端提供參考DC電壓或參 考AC電壓， 所述比較器的第二輸入端耦接至所述轉換器輸出電壓，所述比較器的輸出端操作地耦 接至所述第一偏置電壓源的控制輸入端。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一電感器的電感 在InH與10yH之間如InH與50nH之間。
10. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一電感器的所述 基本上固定的電感被設置成使得：所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端處的峰值電壓超過所述開關 網(wǎng)絡的半導體開關處的閾值電壓。
11. 根據(jù)權利要求10所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一電感器的所述基本上固 定的電感被選擇成使得：所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端處的峰峰電壓擺幅近似等于所述開關 網(wǎng)絡的所述半導體開關中的至少之一的所述閾值電壓的數(shù)值。
12. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述自激振蕩反饋回路 還包括： 串聯(lián)諧振電路，所述串聯(lián)諧振電路耦接在所述開關網(wǎng)絡的控制輸入端與所述電力轉換 器的固定電勢之間。
13. 根據(jù)權利要求12所述的諧振電力轉換器，其中，所述自激振蕩反饋回路還包括： 第一串聯(lián)諧振電路，所述第一串聯(lián)諧振電路耦接在所述第一半導體開關的控制輸入端 與所述轉換器的固定電勢如正DC供電電壓或負DC供電電壓或地電壓之間。 第二串聯(lián)諧振電路，所述第二串聯(lián)諧振電路耦接在所述第一半導體開關的控制輸入端 與所述開關輸出端之間。
14. 根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述自激振蕩反饋回 路還包括： 并聯(lián)諧振電路，所述并聯(lián)諧振電路在所述第一可調偏置電壓與所述第一電感器之間與 所述第一電感器串聯(lián)耦接。
15. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器，還包括： 整流器，所述整流器耦接在所述諧振網(wǎng)絡的輸出端與所述轉換器輸出端子之間以提供 經(jīng)整流的DC輸出電壓。
16. 根據(jù)權利要求15所述的諧振電力轉換器，其中，所述整流器包括同步整流器。
17. 根據(jù)權利要求16所述的諧振電力轉換器，其中，所述同步整流器包括： 整流半導體開關，被配置成根據(jù)所述整流半導體開關的整流器控制輸入來對所述諧振 網(wǎng)絡的輸出電壓進行整流， 第一整流電感器，所述第一整流電感器具有基本上固定的電感，所述第一整流電感器 耦接在固定或可調整流器偏置電壓與所述整流器控制輸入之間。
18. 根據(jù)權利要求17所述的諧振電力轉換器，其中，所述固定或可調整流器偏置電壓 通過電阻性分壓器或電容性分壓器耦接至固定DC偏置電壓源或耦接至所述經(jīng)整流的DC輸 出電壓。
19. 根據(jù)權利要求2至18中任一項所述的諧振電力轉換器，其中，所述第一半導體開關 和所述第二半導體開關中之一包括MOSFET或IGBT如氮化鎵（GaN)MOSFET或碳化硅（SiC) MOSFETo 20?-種諧振電力轉換器組件，包括： 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的諧振電力轉換器， 載體基板，所述載體基板上集成有至少所述開關網(wǎng)絡和所述諧振電路， 所述載體基板的形成所述第一電感器的電氣跡線圖案。
21.根據(jù)權利要求16所述的諧振電力轉換器組件，其中，所述載體基板包括半導體管 芯。
【專利摘要】本發(fā)明涉及諧振電力轉換器和逆變器，所述諧振電力轉換器和逆變器包括自激振蕩反饋回路，自激振蕩反饋回路從包括一個或更多個半導體開關(S1，S2)的開關網(wǎng)絡的開關輸出端耦接至開關網(wǎng)絡的控制輸入端。自激振蕩反饋回路設置電力轉換器(100)的開關頻率并且包括第一本征開關電容(CGD)和第一電感器(LG)，第一本征開關電容(CGD)耦接在開關網(wǎng)絡的開關輸出端與開關網(wǎng)絡的控制輸入端之間。第一電感器(LG)耦接在第一偏置電壓源與開關網(wǎng)絡的控制輸入端之間并且具有基本上固定的電感。第一偏置電壓源被配置成生成施加給第一電感器(LG)的可調偏置電壓(VBias)。通過控制所述可調偏置電壓(VBias)來以靈活且迅速的方式控制電力轉換器(100)的輸出電壓(VOUT)。
【IPC分類】H02M3-335, H02M7-537
【公開號】CN104756391
【申請?zhí)枴緾N201380056955
【發(fā)明人】米基·P·馬德森, 耶珀·阿恩斯多夫·彼得森
【申請人】丹麥科技大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年10月29日
【公告號】CA2889509A1, EP2915245A2, WO2014067915A2, WO2014067915A3