開關(guān)受控諧振dc?dc電力轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及諧振DC?DC電力轉(zhuǎn)換器，其包括：輸入側(cè)電路，包括用于接收輸入電壓或電流的正極和負極輸入端子；以及輸出側(cè)電路，包括用于將轉(zhuǎn)換器輸出電壓供應(yīng)至轉(zhuǎn)換器負載并連接至轉(zhuǎn)換器負載的正極和負極輸出端子。諧振DC?DC電力轉(zhuǎn)換器進一步包括連接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端和輸出側(cè)電路之間的整流電路。諧振網(wǎng)絡(luò)被配置為根據(jù)第一開關(guān)控制信號，通過第一可控開關(guān)布置交替地從輸入電壓或電流充電、以及通過整流電路放電。諧振DC?DC電力轉(zhuǎn)換器的第二可控開關(guān)布置被配置為在第一開關(guān)狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性并且在第二開關(guān)狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路被配置為根據(jù)第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)，通過激活和中斷第一開關(guān)控制信號，來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流。
【專利說明】
開關(guān)受控諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包括:輸入側(cè)電路，包括用于接收輸入電壓或電流的正極和負極輸入端子；以及輸出側(cè)電路，包括用于提供轉(zhuǎn)換器輸出電源、電壓或電流的正極和負極的輸出端子并連接到轉(zhuǎn)換器負載。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器進一步包括整流電路，連接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端和輸出側(cè)電路之間。諧振網(wǎng)絡(luò)被配置為根據(jù)第一開關(guān)控制信號，通過第一可控開關(guān)布置交替地從輸入電壓或電流充電、通過整流電路放電。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的第二可控開關(guān)布置被配置為在第一開關(guān)狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性，并且在第二開關(guān)狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路被配置為根據(jù)第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)，通過激活和中斷第一開關(guān)控制信號，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流。
【背景技術(shù)】
[0002]功率密度和組件成本是隔離和非隔離DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵性能指標(biāo)，以便對于給定的輸出電源要求或規(guī)格提供盡可能最小的物理尺寸和/或最低的成本。諧振電力轉(zhuǎn)換器對于高開關(guān)頻率尤其有用，諸如IMHz以上的頻率，在這樣的頻率中，標(biāo)準(zhǔn)SMPS拓撲(Buck，B00St等)的開關(guān)損耗出于轉(zhuǎn)換效率的原因常常不可接受。高開關(guān)頻率通常是理想的，因為其結(jié)果是像電感器和電容器這樣的電力轉(zhuǎn)換器組件的電尺寸和物理尺寸的降低。較小的組件允許DC-DC電力轉(zhuǎn)換器功率密度的增加。在諧振電力轉(zhuǎn)換器中，標(biāo)準(zhǔn)SMPS的輸入“斬波器”半導(dǎo)體開關(guān)(通常是MOSFET或IGBT)替換為“諧振”半導(dǎo)體開關(guān)。諧振半導(dǎo)體開關(guān)依靠通常涉及各種電路電容和電感的諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振來形成半導(dǎo)體開關(guān)上的電流或電壓的波形，使得當(dāng)發(fā)生狀態(tài)切換時，半導(dǎo)體開關(guān)上沒有電流或電壓。因此，在輸入半導(dǎo)體開關(guān)的至少一些固有電容或感應(yīng)中大量排除功率損耗，使得開關(guān)頻率劇增到VHF范圍變得可行，例如增加至30MHz以上。這個概念以這樣的名稱在本領(lǐng)域已知，像零電壓和/或零電流開關(guān)(ZVS和/或ZCS)操作。通常使用的，在ZVS和/或ZCS下操作的開關(guān)模式電力轉(zhuǎn)換器通常描述為E級、F級或DE級逆變器或電力轉(zhuǎn)換器。
[0003]但是，以高效的方式調(diào)節(jié)或控制諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出電源/電壓/電流仍然是很大的挑戰(zhàn)。如果諧振電力轉(zhuǎn)換器由“諧振”半導(dǎo)體開關(guān)的脈寬調(diào)制(P麗)控制，ZVS能力喪失，電源轉(zhuǎn)換效率將顯著下降。改變諧振電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)電力轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用，以便控制諧振電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓/電流，但是這個控制方法遭受有限范圍的輸出電壓調(diào)整和電源轉(zhuǎn)換損失增加的缺點。通過控制方案控制諧振電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓/電流已經(jīng)在現(xiàn)有的諧振電力轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用并且證明是有效的，所述控制方案是可變的開關(guān)頻率和PffM的結(jié)合。不幸的是，這個控制方法或方案導(dǎo)致非常復(fù)雜的控制電路。
[0004]另一個更加簡單而高效的控制或調(diào)節(jié)諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出電源/電壓/電流的方法是以間歇的方式接通和斷開整個諧振電力轉(zhuǎn)換器。這個控制方案被稱為“突發(fā)模式控制”或“開/關(guān)控制”。突發(fā)模式控制允許諧振電力轉(zhuǎn)換器在固定的開關(guān)頻率上操作，在這個頻率，轉(zhuǎn)換效率在打開或啟動時間段很高或最佳。在電力轉(zhuǎn)換器關(guān)閉或禁用的時間段，電源損耗基本上排除，因為驅(qū)動諧振電力轉(zhuǎn)換器的諧振晶體管缺乏開關(guān)活動性。理想的諧振電力轉(zhuǎn)換器的突發(fā)模式控制導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器上從零到滿負載的滿負載調(diào)整和恒定的效率。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)諧振電力轉(zhuǎn)換器的開/關(guān)控制已經(jīng)通過控制在“諧振”半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子(例如MOSFET柵極端子)的信號電壓實現(xiàn)。這個方案在一些應(yīng)用中可能以令人滿意的方式有效，但是為了調(diào)整或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電流，需要從轉(zhuǎn)換器的輸出/次級側(cè)到“諧振”半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子的反饋控制信號。這顯示出了隔離諧振電力轉(zhuǎn)換器的一個顯著問題，因為反饋控制信號必須穿過初級側(cè)電路和次級側(cè)電路之間的電流隔離柵。傳統(tǒng)上，為了保持諧振電力轉(zhuǎn)換器的的輸入側(cè)電路和輸出側(cè)電路之間的電流隔離，已經(jīng)通過相對緩慢且昂貴的光耦合器或笨重緩慢的變壓器將控制信號傳輸至諧振半導(dǎo)體開關(guān)。但是，通過光耦合器和變壓器的延時顯示出對于諧振電力轉(zhuǎn)換器的打開/關(guān)閉控制的嚴重阻礙，其中，快速的瞬時響應(yīng)是非常有利的，以便提供轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電流的足夠的控制。延時問題對于以在20MHz或高于20MHz開關(guān)頻率操作的高頻諧振電力轉(zhuǎn)換器尤其顯著。
[0006]TSO-SHENG CHAN ET AL:“A Primary Side Control Method for WirelessEnergy Transmiss1n System”，IEEE Transact1ns on Circuits and Systems 1:常規(guī)論文，IEEE，59卷第8期公開了通過肌膚柵(skin barrier)將電力從初級側(cè)電路傳輸至次級側(cè)電路的無線能量傳輸系統(tǒng)(WETS)。該IEEE論文公開了基于諧振E級的DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，電感電力變壓器通過皮肌膚柵連接輸入側(cè)電路和輸出側(cè)電路。充電保護電路包括可控次級側(cè)開關(guān)(Ms)，該開關(guān)選擇性將電池(Vb)負載與電力轉(zhuǎn)換器的輸出連接和斷開。初級側(cè)控制器通過檢測輸入電流的變化和輸入電抗的相位來操作，以便確定次級側(cè)開關(guān)(Ms)的狀態(tài)?；谥C振E級的DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率的推薦范圍在83-175kHz之間。
[0007]鑒于這些與現(xiàn)有技術(shù)諧振電力轉(zhuǎn)換器關(guān)聯(lián)的問題和挑戰(zhàn)，有利的是，為諧振電力轉(zhuǎn)換器的開/關(guān)控制提供新型的控制機構(gòu)，從而排除跨過電流隔離柵將反饋控制信號從輸出電壓控制電路傳輸至諧振半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子的需要。因為延時和占用與將反饋控制信號通過電線傳輸至諧振晶體管關(guān)聯(lián)的電路板和負載區(qū)域，排除反饋控制信號在非隔離諧振電力轉(zhuǎn)換器中也是有利的。
[0008]鑒于以上內(nèi)容，減小隔離和非隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的尺寸和降低其組件成本仍然是一個挑戰(zhàn)。提供具有快速瞬時響應(yīng)的輸出電壓控制機構(gòu)以便提供即使是高頻諧振電力轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器輸出電壓的良好調(diào)整也仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，非常期望簡化轉(zhuǎn)換器輸出電壓的控制并且減少用來執(zhí)行輸出電壓調(diào)整所需的電子組件的數(shù)目的諧振電力轉(zhuǎn)換器的新型控制機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個方面涉及諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括:輸入側(cè)電路，包括用于接收輸入電壓或電流的正極和負極輸入端子；以及輸出側(cè)電路，包括用于向轉(zhuǎn)換器負載提供轉(zhuǎn)換器輸出電力、電壓或電流并連接到轉(zhuǎn)換器負載的正極和負極輸出端子。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器進一步包括連接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端和輸出側(cè)電路之間的整流電路。所述諧振網(wǎng)絡(luò)被配置為根據(jù)第一開關(guān)控制信號(first switch control signal)，通過第一可控開關(guān)布置交替地從輸入電壓或電流充電以及通過整流電路放電，其中，開關(guān)控制信號的頻率為20MHz或高于20MHz，更優(yōu)選地為30MHz或高于30MHz。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的第二可控開關(guān)布置被配置為在第一開關(guān)狀態(tài)(switch state)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性，并且在第二開關(guān)狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性。輸出電壓或電流控制電路被配置為根據(jù)第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)，通過激活和中斷第一開關(guān)控制信號，來調(diào)節(jié)或調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流。
[0010]如在下文中另外詳細解釋的，諧振網(wǎng)絡(luò)的第一和第二阻抗特性可呈現(xiàn)不同的諧振頻率和/或在所述諧振頻率處呈現(xiàn)不同的Q值。當(dāng)諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器可操作或接通時，第一開關(guān)控制信號的開關(guān)頻率(switching frequency)優(yōu)選地位于接近諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，以便確保高的功率轉(zhuǎn)換效率。
[0011 ]輸出電壓和/或電流控制電路能夠通過控制第二可控開關(guān)布置的狀態(tài)(S卩，導(dǎo)通狀態(tài)或非導(dǎo)通狀態(tài))，來調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流，從而接通或斷開當(dāng)前諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的操作。由于第二可控開關(guān)布置可方便地布置在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)電路中，可通過整個布置在轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)的電壓或電流控制環(huán)路調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。因此，可僅經(jīng)由置于次級側(cè)電路中的組件的控制實現(xiàn)隔離類型的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和/或電流調(diào)整。排除了將輸出控制信號(諸如輸出電壓信號或輸出電流信號)反饋給這樣的隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)或初級側(cè)的需要。如上文提到的，排除將反饋控制信號傳輸給輸入側(cè)或初級側(cè)(具體而言是傳輸給第一開關(guān)布置的控制端子)的需要在當(dāng)前諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的非隔離和隔離類型中都是有利的。關(guān)于隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，排除將反饋控制信號傳輸至輸入側(cè)電路的第一開關(guān)布置消除了使用昂貴、笨重和代價高的隔離設(shè)備(諸如光耦合器或變壓器)將反饋控制信號傳輸跨過電流隔離柵的需要。
[0012]關(guān)于非隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，在輸出側(cè)電路進行輸出電壓和/或電流調(diào)整的能力排除了延時和與反饋控制信號至輸入側(cè)電路的第一開關(guān)布置的配線關(guān)聯(lián)的電路板空間站占用。這改善了非隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的瞬時響應(yīng)，以便為負載提供更好的轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流的調(diào)整。這個特征對于以30MHz或高于30MHz頻率的VHF開關(guān)頻率操作的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器特別有利，在這樣的頻率接通和斷開電力轉(zhuǎn)換器時短的延時提高調(diào)整性能。
[0013]第二可控開關(guān)布置可插入在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)電路的各種位置，以便在諧振網(wǎng)絡(luò)的第一和第二阻抗特性之間進行選擇。第二可控開關(guān)布置優(yōu)選地耦接至諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端。根據(jù)一個實施方式，第二可控開關(guān)布置串聯(lián)耦接在整流電路的輸出端和正極或負極輸出端子之間，以便在導(dǎo)通開關(guān)狀態(tài)下連接轉(zhuǎn)換器負載并且在非導(dǎo)通開關(guān)狀態(tài)下斷開轉(zhuǎn)換器負載。以這種方式，正極或負極輸出端子和轉(zhuǎn)換器負載可在轉(zhuǎn)換器的斷開狀態(tài)下從諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的剩余部分電氣地斷開。
[0014]整流電路被優(yōu)選地設(shè)計為在諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率處與連接的轉(zhuǎn)換器負載呈現(xiàn)大致的阻性阻抗(resistive impedance)。在這種情況下，諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性(包括諧振頻率)可由諧振網(wǎng)絡(luò)的一個或多個互相連接的電感器和電容器確定，來自整流電路的組件的影響可忽略。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)換器負載通過第二可控開關(guān)布置與整流電路的輸出端斷開時，整流電路可呈現(xiàn)不同的非阻性輸入阻抗，該阻抗負載諧振網(wǎng)絡(luò)。這個非阻性負載導(dǎo)致諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性的改變，以選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性。這個諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性可呈現(xiàn)比第一阻抗特性的諧振頻率Q值更低的諧振頻率Q值。諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性可具有比諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性的諧振頻率更高或更低的(即，不同的)諧振頻率，例如因為整流電路的電感器和/或電容器對于諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率具有影響。如下文進一步詳細描述的，諧振網(wǎng)絡(luò)的第一和第二阻抗特性的這些差別可用來啟用或禁用第一可控開關(guān)布置周圍的反饋環(huán)路的振蕩。根據(jù)另一個實施方式，第二可控開關(guān)布置耦接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端兩端，以便在非導(dǎo)通狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性并且在導(dǎo)通狀態(tài)下選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性。
[0015]在另一個實施方式中，經(jīng)由第二可控開關(guān)布置，通過將一個或多個輔助電容和/或?qū)⒁粋€或多個輔助電感分別連接至諧振網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的電容和電感，將諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性從諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性變?yōu)榈诙杩固匦浴?br>[0016]在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實施方式中，整流電路包括:第二可控開關(guān)布置；和控制電路，被配置為與第一開關(guān)控制信號同步生成第二可控開關(guān)布置的控制信號。在這個實施方式中，整流電路和第二可控開關(guān)布置各自的功能被集成。以這種方式，除了連接或斷開轉(zhuǎn)換器負載，第二可控開關(guān)布置可操作為同步全波或半波整流器并且代替整流電路的一個或多個普通整流二極管。
[0017]諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓或電流控制電路可包括耦接在第一可控開關(guān)布置的輸出端子和控制端子之間的自振蕩反饋環(huán)路。在這個實施方式中，諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性被配置為啟用自振蕩反饋環(huán)路的振蕩并且諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性被配置為禁用自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。因此，第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)可用來通過啟用和禁用第一可控開關(guān)布置的振蕩或開關(guān)，分別激活和中斷電力轉(zhuǎn)換器的操作。例如后者可包括晶體管，諸如MOSFET，其中自振蕩反饋環(huán)路連接在MOSFET的漏極端子和柵極端子之間。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解自振蕩反饋環(huán)路優(yōu)選地整個布置在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)電路，以避免從輸出側(cè)電路傳輸自振蕩反饋環(huán)路的反饋信號。
[0018]自振蕩反饋環(huán)路可包括耦接在第一可控開關(guān)布置的輸出端子和控制端子之間的第一固有開關(guān)電容。自振蕩反饋環(huán)路進一步包括第一偏置電壓源和第一電感器，第一偏置電壓源被配置為生成第一可調(diào)節(jié)偏置電壓，第一電感器優(yōu)選地具有大致固定的電感、耦接在第一偏置電壓源和第一可控開關(guān)布置的控制端子之間。除了第一固有開關(guān)電容，自振蕩反饋環(huán)路可包括連接在第一可控開關(guān)的輸出端子和控制端子之間的外部電容器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解第一固有開關(guān)電容可包括包含在第一可控開關(guān)布置中的MOSFET晶體管的漏極-柵極電容?；趪@在輸入側(cè)開關(guān)布置周圍的自振蕩反饋環(huán)路的數(shù)個諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器設(shè)計在
【申請人】的共同待審申請PCT/EP2013/072548中公開。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解這些自振蕩反饋環(huán)路可用于當(dāng)前的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器。
[0019]分別啟用和禁用第一可控開關(guān)布置的振蕩的諧振網(wǎng)絡(luò)的第一和第二阻抗特性可在各種方面不同。在一個實施方式中，第一阻抗特性的Q值在第一阻抗特性的諧振頻率處大于5;并且第二阻抗特性的Q因子在第二阻抗特性的諧振頻率處小于2。在另一個實施方式中，第一阻抗特性的諧振頻率至少比第二阻抗特性的諧振頻率大1.4倍。
[0020]在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的一系列有利的實施方式中，第一開關(guān)控制信號的頻率在所謂的VHF范圍置于20MHz或大于20MHz，諸如在30MHz或大于30MHz。在這些實施方式中，上文討論的諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性的諧振頻率位于20MHz或大于20MHz或者位于30MHz或大于30MHz。諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性的諧振頻率優(yōu)選地位于接近第一開關(guān)控制信號的頻率。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地促進一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)的零電壓和/或零電流開關(guān)驅(qū)動或激活諧振網(wǎng)絡(luò)。
[0021]輸出電壓或電流控制電路可包括連接在轉(zhuǎn)換器輸出電壓/電流和第二可控開關(guān)布置的控制端子之間的調(diào)整環(huán)路(例如電壓、電流或電源調(diào)整環(huán)路)，以便根據(jù)一個或多個DC基準(zhǔn)電壓或電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流。例如電壓或電流調(diào)整環(huán)路可包括被配置為提供一個或多個DC基準(zhǔn)電壓的DC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器；
[0022]—個或多個比較器，被配置為比較轉(zhuǎn)換器輸出電壓和至少第一 DC基準(zhǔn)電壓，并且根據(jù)比較的結(jié)果選擇第二可控開關(guān)布置的導(dǎo)通狀態(tài)或非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0023]在這個實施方式中，電壓調(diào)整環(huán)路可使用單個DC基準(zhǔn)電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出電壓超過單個DC基準(zhǔn)電壓時，可通過選擇第二可控開關(guān)布置的合適狀態(tài)來斷開諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器。同樣地，當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出電壓小于單個DC基準(zhǔn)電壓時，可通過選擇第二可控開關(guān)布置的相反狀態(tài)來接通DC-DC電力轉(zhuǎn)換器。
[0024]在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器可替代的實施方式中，電壓或電流調(diào)整環(huán)路包括用作控制輸出調(diào)整的基準(zhǔn)的至少兩個不同的DC基準(zhǔn)電壓或電流。在這個實施方式中，DC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器被配置為在第一 DC基準(zhǔn)電壓高于第二 DC基準(zhǔn)電壓時提供第一 DC基準(zhǔn)電壓和第二 DC基準(zhǔn)電壓;一個或多個比較器被配置為:
[0025]比較轉(zhuǎn)換器輸出電壓與第一和第二DC基準(zhǔn)電壓；以及
[0026]響應(yīng)于轉(zhuǎn)換器輸出電壓超過第一DC基準(zhǔn)電壓，選擇第二可控開關(guān)布置的導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)的其中之一，
[0027]響應(yīng)于轉(zhuǎn)換器輸出電壓低于第二DC基準(zhǔn)電壓，選擇第二可控開關(guān)布置的相反狀
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[0028]如前文提到的，諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器可包括電流隔離柵。電流隔離柵優(yōu)選地布置在輸入側(cè)電路和輸出側(cè)電路之間，以便在轉(zhuǎn)換器輸出電壓和輸入側(cè)電路之間提供電流隔離。這個電流隔離柵可包括一對磁耦合電感器，這對電感器包括電連至輸入側(cè)電路的第一電感器和電連至整流電路的輸入口的第二電感器。這對磁耦合電感器可包括變壓器。在另一個實施方式中，電流隔離柵包括第一和第二親合電容器。第一親合電容器可布置在諧振電力轉(zhuǎn)換器的信號攜載線路中，例如串聯(lián)在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端和整流電路之間。第二耦合電容器可布置在輸入側(cè)電路和輸出側(cè)電路之間的諧振電力轉(zhuǎn)換器的負極電壓線或接地線中?；隈詈想娙萜鞯碾娏鞲綦x柵在以20MHz或大于20MHz操作的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器中尤其有用，因為在這樣高的頻率上所要求的相對較小的第一和第二電容器的電容。小的電容允許第一和第二電容器的每一個具有小的物理尺寸并且實施為非電解SMD電容器，例如電容低于10nF的陶瓷電容器。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在本發(fā)明中可使用所有的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器拓撲，例如SEPIC、E級、F級DE級或從這些衍生的轉(zhuǎn)換器拓撲。下文結(jié)合附圖詳細描述E級拓撲的幾個示例性隔離和非隔離諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器。
[0030]第一可控開關(guān)布置可包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)并且第二可控開關(guān)布置可包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)。第一和第二可控開關(guān)布置的半導(dǎo)體開關(guān)的每一個可包括諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體晶體管，諸如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)MOSFET。因此，第一可控開關(guān)布置的控制端子或端子可包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)的一個或多個柵極端子或基極端子。每一個半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子可由第一開關(guān)控制信號驅(qū)動以便交替地使半導(dǎo)體開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間切換。第二可控開關(guān)布置的控制端子或端子可包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)的一個或多個柵極端子或基極端子。
[0031]諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的一個實施方式包括用于接收遠程數(shù)據(jù)命令的無線數(shù)據(jù)接收器，以便控制第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)。遠程數(shù)據(jù)命令可用來通過經(jīng)由無線家庭自動網(wǎng)絡(luò)接收的命令中斷或激活諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的操作?？蓪⑦h程數(shù)據(jù)命令輸入至控制第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)的輸出電壓或電流控制電路。以這種方式，可經(jīng)由遠程控制將諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器切換為接通或斷開或?qū)ζ溥M行調(diào)整。無線數(shù)據(jù)接收器可與各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議(諸如ZigBee通信協(xié)議)或有線數(shù)據(jù)通信協(xié)議(諸如數(shù)據(jù)可尋址照明接口(DALI)和協(xié)議)兼容。
[0032]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解第一可控開關(guān)布置可根據(jù)選擇的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的拓撲由單個晶體管形成(例如NMOS設(shè)備)或數(shù)個互連的晶體管形成。在一些實施方式中，第一可控開關(guān)布置可包括半橋開關(guān)拓撲或全橋開關(guān)拓撲。
[0033]電流隔離柵可包括變壓器，該變壓器包括一對磁耦合電感器，這對電感器包括電連至初級側(cè)電路的第一電感器和電連至輸出側(cè)電路的第二電感器。第一和第二電感器可以是均繞在共同的導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)以便形成隔離變壓器的離散繞組(discrete winding)。在可替代的實施方式中，第一和第二電感器集成在印刷電路板上，而不需要插入磁性材料。印刷電路板可具有安裝于其上的整個DC-DC電力轉(zhuǎn)換器。
[0034]諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的一個實施方式布置在單個大致平坦的載體基板上，以便形成緊湊、低價和的單個單位的電力轉(zhuǎn)換器裝配，適合于在諸如LED燈和電池充電器的各種消費品配置中集成。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的后一種實施方式包括單個大致平坦的載體基板，該基板包括第一表面和第二相對表面，其中，輸入側(cè)電路、輸出側(cè)電路、整流電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、第一可控開關(guān)布置、第二可控開關(guān)布置和輸出電壓或電流控制電路布置在第一表面和/或第二表面上。平坦的載體基板可包括單面或雙面印刷電路板，該電路板在包括第一表面的頂層和包括第二表面的底層之間還包括另外的層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可通過焊接或膠粘將輸入側(cè)電路、輸出側(cè)電路、整流電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、第一可控開關(guān)布置、第二可控開關(guān)布置和輸出電壓或電流控制電路的各自的無源和有源電子組件連附在上和/下載體表面。
[0035]本發(fā)明的第二個方面涉及操作諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器以生成轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流的方法，所述方法包括以下步驟:
[0036]a)根據(jù)第一開關(guān)控制信號，通過第一可控開關(guān)布置交替地從輸入電壓或電流電源對諧振轉(zhuǎn)換器的諧振網(wǎng)絡(luò)進行充電和放電，
[0037]b)對諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電流進行整流，
[0038]c)將已整流的諧振電流釋放到整流電路，以產(chǎn)生整流輸出電壓，
[0039]d)通過選擇第二可控開關(guān)布置的第一或第二開關(guān)狀態(tài)，在諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性或第二阻抗特性之間切換，
[0040]e)根據(jù)所述第二可控開關(guān)布置的第一和第二開關(guān)狀態(tài)，通過交替地激活和中斷所述第一開關(guān)控制信號，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流。
【附圖說明】
[0041]將結(jié)合附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在附圖中:
[0042]圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的頂層示意方框圖，
[0043]圖1A)為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的包括諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的電力轉(zhuǎn)換器裝配的示意方框圖，
[0044]圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的隔離E級類型的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的簡化電路圖，
[0045]圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的隔離E級類型的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的簡化電路圖，
[0046]圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的自振蕩隔離E級DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的簡化電路圖，以及
[0047]圖5為根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的非隔離E級DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的簡化電路圖。
【具體實施方式】
[0048]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100的簡化示意方框圖。下文參照圖2、圖3、圖4和圖5描述該諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的示例性實施方式的具體示意電路圖。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100包括通過可選擇的電流隔離柵(galvanicisolat1n barrier) 140連接的輸入模塊120和輸出模塊150。電流隔離柵140可包括各種類型的電絕緣元件或組件，諸如一對耦合電容器或諸如變壓器的一對磁耦合電感器。輸入模塊120包括輸入側(cè)電路，該電路包括用于從電壓或電力源接收DC或AC輸入電壓正極輸入端子101和負極輸入端子102。輸入側(cè)電路可包括電連在正極和負極輸入端子101、102之間的輸入電容器(沒有示出)，以便形成用于輸入電壓源的儲能器并且抑制DC或AC輸入電壓Vin的AC紋波電壓分量和/或噪聲分量。輸出模塊150包括輸出側(cè)電路，該電路包括分別用來向轉(zhuǎn)換器負載提供轉(zhuǎn)換器DC輸出電壓V-并連接到轉(zhuǎn)換器負載的正極和負極輸出端子110、111。轉(zhuǎn)換器負載由負載電阻器Rl示意地表示。輸出模塊150進一步包括連接在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100的諧振網(wǎng)絡(luò)(沒有示出)的輸出端和輸出側(cè)電路之間的由二極管符號示意地表示的整流電路。輸入模塊120包括第一可控開關(guān)布置，該布置包括至少一個可控半導(dǎo)體開關(guān)、可根據(jù)開關(guān)控制信號操作。一個或多個可控半導(dǎo)體開關(guān)可包括諸如BJT、M0SFET或IGBT的晶體管，其中，基極和柵極端子耦接至開關(guān)控制信號?？煽亻_關(guān)布置耦接至諧振網(wǎng)絡(luò)，使得后者交替從DC或AC輸入電壓充電、以及對整流電路放電，以便產(chǎn)生DC輸出電壓Vciut。因此第一可控開關(guān)布置的開關(guān)控制信號的頻率設(shè)置為諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100的開關(guān)頻率(switching frequency，切換頻率)。諧振網(wǎng)絡(luò)在本發(fā)明的一些實施方式中可僅僅地布置在輸入模塊120中，而在其他實施方式中諧振網(wǎng)絡(luò)可包括電流隔離柵140和/或整流電路的無源組件。諧振網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選地包括互相連接的至少一個電容器和至少一個電感。諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100進一步包括輸出電壓或電流控制電路160，被配置為根據(jù)第二可控開關(guān)布置(沒有示出)的開關(guān)狀態(tài)，通過激活和中斷前文討論的第一可控開關(guān)布置的開關(guān)控制信號，調(diào)節(jié)DC輸出電壓Vcmt。如下文詳細討論的，第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)經(jīng)由控制線或配線112控制，配線112可連接至第二可控開關(guān)布置合適的控制端子。當(dāng)?shù)谝豢煽亻_關(guān)布置的開關(guān)控制信號中斷或停止(即，沒有接通)時，諧振網(wǎng)絡(luò)就不再充電或激活并且由于電流被轉(zhuǎn)換器負載消耗，DC輸出電壓V-逐漸降低。當(dāng)?shù)谝豢煽亻_關(guān)布置的開關(guān)控制信號被激活時，諧振網(wǎng)絡(luò)再次由第一可控開關(guān)布置充電或激活并且提供諧振電流至整流電路和輸出側(cè)電路，使得DC輸出電壓V—逐漸增加。
[0049]可在本諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的不同的實施方式中利用不同類型的控制機構(gòu)，以便控制第一可控開關(guān)布置的開關(guān)控制信號的激活和中斷。在一個實施方式中，第二可控開關(guān)布置被配置為連接或斷開轉(zhuǎn)換器負載Rl，以便改變諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性。在另一個實施方式中，通過將第二可控開關(guān)布置在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換來改變諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性，例如為諧振網(wǎng)絡(luò)增加一個或多個輔助電容或電感。諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性的這種改變在某些實施方式中可被諧振相位檢測器130檢測到。諧振相位檢測器130可被配置為經(jīng)由信號的監(jiān)控線131監(jiān)控諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電壓和諧振電流。諧振相位檢測器130可配置為測量由諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性的變化引起的在諧振網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱諧振頻率處的諧振電流和諧振電壓之間的相位和幅度的改變，諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性的變化由第二可控開關(guān)布置的狀態(tài)切換引起。
[0050]諧振相位檢測器130可為第一開關(guān)布置生成開關(guān)控制信號并且將該控制信號133提供給諧振網(wǎng)絡(luò)的一個或多個控制端子，諸如上文討論的基極或柵極端子。在本諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100的一個有利的實施方式中，諧振相位檢測器130集成在自振蕩反饋環(huán)路中，該環(huán)路形成在第一可控開關(guān)布置周圍。以這種方式，如下文結(jié)合圖4和圖5詳細描述的，根據(jù)第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)啟用或禁用自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。
[0051]圖1A)示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100可如何布置在的單個大致平坦的載體基板180上，諸如印刷電路板(PCB)上。安裝在這樣一個單個載體基板180上的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器形成緊湊、低價和的單個單位的電力轉(zhuǎn)換器裝配，適合于在諸如LED燈和電池充電器的各種消費品配備中集成。此外，輸入模塊120、電流隔離柵140和輸出模塊150安裝在共同的載體基板上允許高的功率轉(zhuǎn)換效率，因為諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出側(cè)電路放置為互相靠近。單個大致平坦的載體基板180可包括上或第一表面182和第二、相對表面(沒有示出)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解所涉及的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器實施方式的無源和有源電子組件例如可通過焊接和膠粘連附在上和/下載體表面。這些無源和有源電子組件可包括圖2、圖3、圖4和圖5示出的并在下文中詳細討論的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器實施方式200、300、400和500的各自的半導(dǎo)體開關(guān)、電容器、電感器、端子、比較器等。同樣地，可在單個平坦的載體基板180的上和/下載體表面形成合適的電線跡線，以便以期望的方式將電路模塊120、130、140、150、160互相連接。大致平坦的載體基板180的上或下表面182還包括用于從轉(zhuǎn)換器的電壓或電力源接收DC或AC輸入電壓正極輸入端子101和負極輸入端子102。大致平坦的載體基板180的上或下表面182分別包括正極或負極輸出端子110、111，其用于將DC輸出電壓Vciut連同由轉(zhuǎn)換器生成的伴隨的輸出電壓和電流一起提供至預(yù)期的負載，例如LED燈的LED設(shè)備。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器100可包括用于接收遠程數(shù)據(jù)命令至輸出電壓或電流控制電路160的可選擇的無線或有線數(shù)據(jù)接收器190。遠程數(shù)據(jù)命令可用于經(jīng)由輸出電壓或電流控制電路160中斷、激活或調(diào)節(jié)諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的操作。遠程數(shù)據(jù)命令可經(jīng)歷與開關(guān)控制信號的邏輯或(OR)操作，開關(guān)控制信號由輸出電壓或電流控制電路160經(jīng)由信號電線或?qū)Ь€112提供。以這種方式，諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器可經(jīng)由遠程控制將切換為開或關(guān)或進行調(diào)節(jié)，并且與無線或有線家庭自動網(wǎng)絡(luò)集成?？蛇x擇的數(shù)據(jù)接收器190可與各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議(諸如ZigBee通信協(xié)議)或有線數(shù)據(jù)通信協(xié)議(諸如數(shù)據(jù)可尋址照明接口(DALI)接口和協(xié)議)兼容。
[0053]圖2示出了隔離E級DC-DC電力轉(zhuǎn)換器200的電路圖。電力轉(zhuǎn)換器200包括通過可選擇的電流隔離柵240連接的輸入模塊220和輸出模塊250，電流隔離柵240由串聯(lián)或耦合電容器C2和C3形成。輸入側(cè)電路220包括用于從電壓或電力源接收DC或AC電壓Vin的正極輸入端子202和負極輸入端子201。另外，輸入電容器(沒有示出)可電連在正極和負極輸入端子201、202之間，以便形成用于輸入電壓源的儲能器并且抑制DC或AC輸入電壓ViJ^AC紋波電壓分量和/或噪聲分量。輸入側(cè)電路220另外包括如下文討論的諧振網(wǎng)絡(luò)，該諧振網(wǎng)絡(luò)通過第一可控開關(guān)布置SI交替地從DC或AC輸入電壓Vin充電、并通過E級整流電路250放電。后者在本實施方式中包括單個可控制半導(dǎo)體晶體管或開關(guān)SI。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，第一可控開關(guān)布置SI在本發(fā)明的其他實施方式中可包括多個可控制半導(dǎo)體晶體管或開關(guān)。第一可控開關(guān)布置SI例如在諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)的E級實施方式中可包括具有一對堆疊的半導(dǎo)體晶體管或開關(guān)的半橋布置。單個可控半導(dǎo)體開關(guān)SI可包括諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體晶體管，例如氮化鎵(GaN)的或碳化硅(S i C) MOSFET。
[0054]諧振網(wǎng)絡(luò)包括至少第一電感器LI;第一電容器Cl (其可以是SI —部分的寄生電容);以及第二電感器L2和電流隔離柵240的耦合電容器C2和C3。耦合電容器C3的電容可遠大于C2的電容，例如是C2電容的1倍以上，使得在設(shè)置諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率時，C3的電容效果可忽略。諧振網(wǎng)絡(luò)的充電和放電或激活跟隨施加至半導(dǎo)體開關(guān)SI的控制或柵極端子204的第一開關(guān)控制信號，使得當(dāng)諧振電力轉(zhuǎn)換器200是激活的或接通時，開關(guān)SI以第一開關(guān)控制信號的頻率在導(dǎo)通/接通狀態(tài)和非導(dǎo)通/斷開狀態(tài)之間切換。如下文詳細解釋的，電力轉(zhuǎn)換器200被優(yōu)選地設(shè)計或配置成使得當(dāng)選擇第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2的接通狀態(tài)或?qū)顟B(tài)時，第一開關(guān)控制信號的頻率位于接近諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換器接通或激活時，諧振電力轉(zhuǎn)換器200的開關(guān)頻率對應(yīng)第一開關(guān)控制信號的頻率。半導(dǎo)體開關(guān)SI的狀態(tài)切換在諧振網(wǎng)絡(luò)中生成從諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端流經(jīng)輸出模塊250的E級整流電路的諧振電流，以便跨整流電容產(chǎn)生整流DC輸出電壓V—』級整流電路包括電感器L3、整流二極管Dl和電容器C4。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解電感器L3和電容器C4可根據(jù)轉(zhuǎn)換器尺寸影響諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率的設(shè)置。但是，當(dāng)開關(guān)S2處于其導(dǎo)通狀態(tài)或接通狀態(tài)時，當(dāng)整流電路被配置為在諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率處呈現(xiàn)基本阻性輸入阻抗時，整流組件L3和C4在電力轉(zhuǎn)換器實施方式中的影響可以最小。電容器C5和C6確保穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流。
[0055]輸出模塊進一步包括分別將轉(zhuǎn)換器DC輸出電壓Vciut提供給E級電力轉(zhuǎn)換器200的轉(zhuǎn)換器負載Rl的正極和負極輸出端子210、211。轉(zhuǎn)換器負載在附圖中由負載電阻器Rl示意地示出，但是在實際中包括不同類型的電氣負載，例如一組LED二極管或可充電電池等。第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2置于整流電路的正極輸出節(jié)點209和轉(zhuǎn)換器負載Rl之間。因此，S2置于與轉(zhuǎn)換器負載串聯(lián)，使得當(dāng)開關(guān)S2切換到其斷開狀態(tài)或非導(dǎo)通狀態(tài)時，后者與E級電力轉(zhuǎn)換器200斷開。在S2的該斷開狀態(tài)下，電容器C6與轉(zhuǎn)換器整流電路電氣隔離，但是在電力轉(zhuǎn)換器的DC輸出電壓由于電流被轉(zhuǎn)換器負載Rl消耗而降低時，電容器C6可隨時向轉(zhuǎn)換器負載提供電力。在相反的情形下，即S2被置于其接通或?qū)顟B(tài)時，整流電路的正極輸出節(jié)點209連接至轉(zhuǎn)換器負載Rl并且整流電容器C5和C6并聯(lián)以形成電力轉(zhuǎn)換器200的共同輸出電容器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解優(yōu)選地設(shè)計或選擇第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2，使得其電阻顯著小于等效的負載電阻，例如至少小10倍，以便將S2中的接通狀態(tài)電力損耗和S2上的電壓降最小化。
[0056]第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2優(yōu)選地包括至少一個MOSFET晶體管，諸如NMOS晶體管。第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2當(dāng)然可由多個并聯(lián)的單個半導(dǎo)體開關(guān)形成，諸如多個并聯(lián)的M0SFET。
[0057]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2的布置操作為在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)下將轉(zhuǎn)換器負載Rl連接至整流器的輸出端，并且在開關(guān)S2的非導(dǎo)通狀態(tài)下將轉(zhuǎn)換器負載Rl從整流器的輸出節(jié)點209斷開。這實際上改變了由整流電路呈現(xiàn)的諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端處的負載，因為當(dāng)開關(guān)S2斷開轉(zhuǎn)換器負載Rl時，整流電路的等效輸入阻抗顯著增加。由開關(guān)S2的狀態(tài)切換引起的諧振網(wǎng)絡(luò)輸出端上的負載的該變化改變了諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗響應(yīng)特性，使得后者在開關(guān)S2的非導(dǎo)通狀態(tài)(轉(zhuǎn)換器負載斷開)下呈現(xiàn)第二且不同的阻抗響應(yīng)特性。在諧振網(wǎng)絡(luò)的頻率上的阻抗特性的該變化可例如包括Q值的改變和/或諧振頻率的改變。正如從當(dāng)前實施方式中的開關(guān)晶體管SI的輸出端(S卩SI的漏極端子)看到的，諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗響應(yīng)特性可由其阻抗特性表示。諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性的Q可例如從在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)下的5與20之間的值降低到在開關(guān)S2的非導(dǎo)通狀態(tài)下的0.5與2之間的值。諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率從開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)到非導(dǎo)通狀態(tài)可例如以介于1.4和3之間的因數(shù)(例如約1.41)下降，例如從約30MHz到約21MHz i級電力轉(zhuǎn)換器200進一步包括輸出電壓控制電路260，其被配置為根據(jù)諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性或是第二阻抗特性的選擇，通過啟用/激活或者禁用/中斷第一開關(guān)SI的柵極端子204上的第一開關(guān)控制信號，來調(diào)節(jié)DC輸出電壓Vciutt3輸出電壓控制電路包括比較器208和將DC基準(zhǔn)電壓Vref提供給比較器208的第一輸入端的DC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器(沒有示出。比較器輸出連接至開關(guān)S2的柵極端子212，使得比較器輸出口根據(jù)比較器輸出的邏輯電平選擇開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)中的一個。啟用或禁用開關(guān)SI的柵極控制信號的輸出電壓控制電路的控制機構(gòu)可響應(yīng)經(jīng)由不同的控制和檢測機構(gòu)如由開關(guān)S2的狀態(tài)控制的選擇的諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性。在一個實施方式中，如上文結(jié)合諧振相位檢測器130描述的，諧振相位檢測器230被配置為經(jīng)由信號監(jiān)控線231監(jiān)控諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電壓和諧振電流。諧振相位檢測器230響應(yīng)產(chǎn)生提供控制信號233至第一開關(guān)SI的柵極端子204，以便選擇性地激活或中斷SI的狀態(tài)切換。
[0058]輸出電壓控制電路的控制機構(gòu)的另一個實施方式包括耦接在開關(guān)SI的漏極(即輸出端子)和柵極端子204之間的自振蕩反饋環(huán)路。諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性被配置為通過設(shè)計合適的環(huán)路增益實現(xiàn)自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。因此，開關(guān)SI的柵極信號將被激活或啟用并且以自振蕩頻率切換，自振蕩頻率由自振蕩反饋環(huán)路的增益環(huán)路的量級和相位定義。該振蕩頻率是E級電力轉(zhuǎn)換器200在激活或打開操作期間的開關(guān)頻率，并且通常會位于接近諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗最大值，環(huán)路增益在此處具有最大量級。相反地，諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性被配置為通過以合適的方式改變自振蕩反饋環(huán)路的環(huán)路增益，禁用或中斷自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。當(dāng)自振蕩反饋環(huán)路的振蕩被中斷時，開關(guān)SI的柵極204的柵極控制信號被禁用或中斷，例如箝位在低于SI的閾值電壓的恒定電壓電平，如果后者是MOSFET的話。如上文解釋的，輸出電壓控制電路通過控制第二開關(guān)S2的狀態(tài)，激活或中斷/停止E級電力轉(zhuǎn)換器200，其反過來啟用或禁用開關(guān)SI周圍的反饋環(huán)路的自振蕩。后者確定E級電力轉(zhuǎn)換器200的開關(guān)頻率。結(jié)果，開關(guān)S2的接通狀態(tài)或?qū)顟B(tài)(轉(zhuǎn)換器負載在該狀態(tài)下連接)實現(xiàn)E級電力轉(zhuǎn)換器200的正常或打開操作。此外，E級電力轉(zhuǎn)換器200經(jīng)由S2的柵極端子212上的合適的柵極信號通過選擇第二開關(guān)S2的斷開狀態(tài)(轉(zhuǎn)換器負載在該狀態(tài)下斷開)，切換至關(guān)閉或非操作狀態(tài)。以這種方式，輸出電壓控制電路260提供E級電力轉(zhuǎn)換器200的打開/關(guān)閉控制，以便經(jīng)由開關(guān)S2的狀態(tài)切換以高效方便的方式調(diào)節(jié)DC輸出電壓。具體而言，通過來自次級側(cè)電路的控制信號，改變開關(guān)S2的狀態(tài)來執(zhí)行打開/關(guān)閉控制，開關(guān)S2置于E級電力轉(zhuǎn)換器200的次級或輸出側(cè)。因此，正如下文參照在圖4和圖5中描繪的基于自振蕩的DC-DC電力轉(zhuǎn)換器實施方式進一步詳細解釋的，實現(xiàn)DC輸出電壓的調(diào)節(jié)，而不用將任何控制信號跨過電流隔離柵傳輸給輸入側(cè)電路上的開關(guān)SI，所述電流隔離柵在本實施方式中由串聯(lián)電容器C2和03形成。
[0059]在開關(guān)SI的柵極204上的開關(guān)控制信號的頻率優(yōu)選地為20MHz或大于20MHz或者甚至大于30MHz，以便提供所謂的VHF類型諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器200。開關(guān)控制信號可包括PWM調(diào)制控制信號。整流電路在整流電容器之前可包括基于二極管的整流器或同步整流器，以便產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器輸出電壓V—作為DC輸出電壓。E級電力轉(zhuǎn)換器200可包括連接或布置在開關(guān)SI的漏極和源極端子兩端的電容器Cl，以便增加諧振電流并且/或者調(diào)節(jié)/微調(diào)E級轉(zhuǎn)換器200的諧振頻率。同樣地，又一個進一步的電容器C4可被布置在整流二極管Dl兩端，以便調(diào)節(jié)諧振電力轉(zhuǎn)換器200的占空比。
[0060]圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的隔離諧振E級類型的DC-DC電力轉(zhuǎn)換器300的簡化電路圖。本E級轉(zhuǎn)換器300與前文的E級實施方式200的主要不同在于:單獨的整流二極管Dl和E級轉(zhuǎn)換器200的第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2的功能集成在本E級電力轉(zhuǎn)換器300的單個組件S2中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解上文討論的第一實施方式E級電力轉(zhuǎn)換器200的特征、功能和組件也可應(yīng)用于當(dāng)前實施方式E級電力轉(zhuǎn)換器300。同樣地，第一和第二實施方式E級電力轉(zhuǎn)換器200、300的對應(yīng)特征和組件提供有對應(yīng)的參考標(biāo)號以便于比較。
[0061 ]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在E級電力轉(zhuǎn)換器300中的第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2的布置和控制具有兩個不同的功能。第一個功能與上文討論的E級轉(zhuǎn)換器200的開關(guān)S2的功能相似，也就是在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)下將轉(zhuǎn)換器負載Rl連接至整流器的輸出端，并且在關(guān)S2的非導(dǎo)通狀態(tài)下將轉(zhuǎn)換器負載Rl從整流器的輸出端斷開。如上文討論的，由整流電路應(yīng)用的振網(wǎng)絡(luò)輸出端的負載在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間改變，因為當(dāng)由開關(guān)S2斷開轉(zhuǎn)換器負載Rl時整流電路的等效輸入阻抗顯著增加。由開關(guān)S2的狀態(tài)切換引起的諧振網(wǎng)絡(luò)輸出端上的負載的該變化改變了諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性，使得它在開關(guān)S2的非導(dǎo)通狀態(tài)(轉(zhuǎn)換器負載斷開)呈現(xiàn)第二且不同的阻抗特性。該狀態(tài)切換由電壓控制環(huán)路控制，該環(huán)路包括比較器308和柵極使能或驅(qū)動電路305。柵極驅(qū)動電路305的輸出端連接至開關(guān)S2的柵極端子312并且可操作為確定開關(guān)S2的狀態(tài)，即導(dǎo)通或非導(dǎo)通?？刂齐娐?沒有示出)連接至柵極使能電路305，使得當(dāng)開關(guān)S2在E級電力轉(zhuǎn)換器300的正?；虼蜷_操作期間處于導(dǎo)通狀態(tài)時，在輸入模塊320中，柵極312上的柵極控制信號同步切換至開關(guān)SI的柵極控制信號。以這種方式，開關(guān)S2操作為同步半波整流器并且替代E級電力轉(zhuǎn)換器200的整流二極管Dl的操作。開關(guān)S2的整流動作在整流電容器C5上生成轉(zhuǎn)換器的DC輸出電壓Vcmt，電容器C5耦接在E級電力轉(zhuǎn)換器300的正極和負極輸出端子310、311上。如圖所示，E級電力轉(zhuǎn)換器300可包括連接或布置在開關(guān)SI的漏極和源極端子兩端的電容器Cl，以便增加諧振電流并且/或者調(diào)節(jié)/微調(diào)E級電力轉(zhuǎn)換器300的諧振頻率。同樣地，又一個進一步的電容C4可被布置在集成整流開關(guān)和轉(zhuǎn)換器開關(guān)S2兩端，以便調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換器300的占空比。還可使用自振蕩柵極驅(qū)動，以驅(qū)動可控開關(guān)S2進行同步整流，以這種方式，可避免跨隔離柵的通信。
[0062]圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的自振蕩隔離E級DC-DC電力轉(zhuǎn)換器400的簡化電路圖。該E級電力轉(zhuǎn)換器400和前文結(jié)合圖2討論的E級轉(zhuǎn)換器200的主要不同在于自振蕩反饋環(huán)路的布置，自振蕩反饋環(huán)路耦接在第一可控半導(dǎo)體開關(guān)SI的輸出端子或漏極端子和開關(guān)SI的控制端子404之間。自振蕩反饋環(huán)路包括:反饋電容器C7，耦接在開關(guān)SI的漏極和柵極端子之間；串聯(lián)的電感器L4，置于柵極端子404和偏置電壓源Vblas之間。可控半導(dǎo)體開關(guān)或晶體管SI的自振蕩通過由反饋電容器C7和柵極電感器L4的組合感應(yīng)的合適相位偏移結(jié)合由諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性提供的合適的電壓增益實現(xiàn)。因此，當(dāng)?shù)诙煽匕雽?dǎo)體開關(guān)S2置于導(dǎo)通狀態(tài)時(即轉(zhuǎn)換器負載Rl連接至轉(zhuǎn)換器的輸出端)，啟用開關(guān)或晶體管SI的自振蕩。當(dāng)晶體管SI自振蕩時，電力轉(zhuǎn)換器400開啟或可操作為提供DC輸出電壓和電流至轉(zhuǎn)換器負載Rl。在相反的狀態(tài)(即開關(guān)S2的斷開狀態(tài))下，由于轉(zhuǎn)換器負載Rl與整流電路的輸出端斷開，包括至少L1、L2、C1、和C2的諧振網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)與第一阻抗特性顯著不同的阻抗特性。諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性被配置為禁用晶體管SI周圍的自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。這可通過設(shè)計具有與第一阻抗特性相比減小的Q因子和/或改變的諧振頻率的諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性來實現(xiàn)。第一阻抗特性的諧振頻率的Q因子可例如大于5或10，而第二阻抗特性的諧振頻率的Q因子可例如小于2或I。另外，第一阻抗特性的諧振頻率可布置為DC-DC電力轉(zhuǎn)換器400期望的/目標(biāo)開關(guān)頻率，例如20MHz或大于20MHz或者30MHz或大于30MHz，而第二阻抗特性的諧振頻率至少比第一阻抗特性的諧振頻率低例如1.4倍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解前文討論的諧振相位檢測器130、230、330的功能集成在晶體管SI周圍的自振蕩反饋環(huán)路里。以這種方式，自振蕩反饋環(huán)路的振蕩根據(jù)第二可控開關(guān)S2的開關(guān)狀態(tài)啟用或禁用。
[0063]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，示出的電容器C7、C8、和Cl中的每一個在實踐中可僅代表晶體管開關(guān)SI的固有設(shè)備電容，例如開關(guān)SI的MOSFET晶體管實施方式的漏極-柵極、柵極-源極和漏極-源極電容。在可替代的實施方式中，一個或多個這些固有設(shè)備電容可由并聯(lián)的外部電容器補充，以便提供期望的電容。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，上文討論的第一實施方式E級電力轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓控制環(huán)路、整流電路和電流隔離柵的特征、功能和組件也可應(yīng)用于當(dāng)前實施方式轉(zhuǎn)換器400的對應(yīng)的組件和電路。因此，第一和第三實施方式E級電力轉(zhuǎn)換器200、400的對應(yīng)組件提供有對應(yīng)的參考標(biāo)號，以便于比較。
[0064]圖5為根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的非隔離諧振E級DC-DC電力轉(zhuǎn)換器500的簡化電路圖。該E級電力轉(zhuǎn)換器500和前文結(jié)合圖2討論的的E級轉(zhuǎn)換器200的主要不同在于其在輸入模塊520和輸出模塊550之間缺少電流隔離柵、以及第二可控半導(dǎo)體開關(guān)S2的不同耦接。如結(jié)合前面諧振電力轉(zhuǎn)換器實施方式討論的，通過交替地激活和中斷在半導(dǎo)體開關(guān)S2的柵極端子512上的第一開關(guān)控制信號，以便接通和禁用諧振電力轉(zhuǎn)換器500，來調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vcmt。電力轉(zhuǎn)換器500的DC輸出電壓Vciut的調(diào)整由輸出電壓控制電路560進行，電路560包括耦接至轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vciut和比較器508的調(diào)節(jié)電路515。比較器508的基準(zhǔn)輸入耦接至DC基準(zhǔn)電壓Vref，而另一個比較器輸入端接收調(diào)節(jié)之后的DC輸出電壓。如上文解釋的，比較器輸出信號提供控制信號至第二可控開關(guān)S2的柵極端子，以便根據(jù)DC輸出電壓相對于DC基準(zhǔn)電壓Vrrf的電平交替地將后者在其導(dǎo)通和不導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。該DC-DC電力轉(zhuǎn)換器500包括由電路盒530示意地示出的自振蕩反饋環(huán)路，以便根據(jù)選擇的開關(guān)S2的狀態(tài)接通和斷開電力轉(zhuǎn)換器500。如上文結(jié)合第三實施方式討論的，自振蕩反饋環(huán)路可連接在第一可控半導(dǎo)體開關(guān)SI的輸出端子或漏極端子與開關(guān)SI的控制端子504之間。
[0065]在每一個前文討論的電力轉(zhuǎn)換器實施方式200、300、400的半導(dǎo)體開關(guān)S2串聯(lián)耦接在諧振網(wǎng)絡(luò)輸出端和轉(zhuǎn)換器負載之間時，該電力轉(zhuǎn)換器500的對應(yīng)開關(guān)S2耦接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端和電力轉(zhuǎn)換器500的負極供應(yīng)軌或接地軌511兩端。電力轉(zhuǎn)換器500的諧振網(wǎng)絡(luò)包括至少L1、L2和C3。因此，當(dāng)開關(guān)S2通過S2的柵極端子512上的合適的比較器輸出信號置于非導(dǎo)通狀態(tài)或斷開狀態(tài)時，開關(guān)2充當(dāng)開電路的功能。因此，開關(guān)S2在其非導(dǎo)通狀態(tài)下呈現(xiàn)大致無負載的諧振網(wǎng)絡(luò)輸出，以便選擇諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性。在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)下，它有效地經(jīng)由低阻抗路徑使諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端短接至接地或負極供應(yīng)電壓線511，這是由于開關(guān)S2的導(dǎo)通電阻可顯著小于諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗。因此，諧振網(wǎng)絡(luò)在開關(guān)S2的導(dǎo)通狀態(tài)下呈現(xiàn)第二并且優(yōu)選地顯著不同的阻抗特性。以與上文結(jié)合第三實施方式400的自振蕩網(wǎng)絡(luò)討論的相似的方式，諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性被配置為禁用在晶體管開關(guān)SI周圍的自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。這可通過以第二阻抗特性配置諧振網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，第二阻抗特性呈現(xiàn)與第一阻抗特性相比減小的Q因子和/或改變的諧振頻率。第一阻抗特性的諧振頻率處的Q因子可例如大于5或10，而第二阻抗特性的諧振頻率處的Q因子可小于2或I。另外，第一阻抗特性的諧振頻率可為20MHz或大于20MHz，諸如30MHz或大于30MHz，而第二阻抗特性的諧振頻率可例如低至少1.4倍。
【主權(quán)項】
1.一種諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，包括: 輸入側(cè)電路，包括用于接收輸入電壓或電流的正極輸入端子和負極輸入端子， 輸出側(cè)電路，包括用于將轉(zhuǎn)換器輸出電力、電壓或電流供應(yīng)至轉(zhuǎn)換器負載并且連接到所述轉(zhuǎn)換器負載的正極輸出端子和負極輸出端子， 整流電路，連接在諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端與所述輸出側(cè)電路之間， 其中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)被配置為根據(jù)第一開關(guān)控制信號，通過第一可控開關(guān)布置交替地從所述輸入電壓或電流充電以及通過所述整流電路放電，其中，所述開關(guān)控制信號的頻率為20MHz或高于20MHz，更優(yōu)選地為30MHz或高于30MHz， 第二可控開關(guān)布置，被配置為在第一開關(guān)狀態(tài)下選擇所述諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性并且在第二開關(guān)狀態(tài)下選擇所述諧振網(wǎng)絡(luò)的第二阻抗特性， 輸出電壓或電流控制電路，被配置為根據(jù)所述第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)，通過激活和中斷所述第一開關(guān)控制信號，來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和/或電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二可控開關(guān)布置串聯(lián)耦接在所述整流電路的輸出端與所述正極輸出端子或所述負極輸出端子之間，以便在導(dǎo)通開關(guān)狀態(tài)下連接所述轉(zhuǎn)換器負載并且在非導(dǎo)通開關(guān)狀態(tài)下斷開所述轉(zhuǎn)換器負載。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二可控開關(guān)布置耦接在所述諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端兩端，以便在非導(dǎo)通狀態(tài)下選擇所述諧振網(wǎng)絡(luò)的所述第一阻抗特性并且在導(dǎo)通狀態(tài)下選擇所述諧振網(wǎng)絡(luò)的所述第二阻抗特性。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述整流電路包括:所述第二可控開關(guān)布置；以及控制電路，被配置為生成與所述第一開關(guān)控制信號同步的用于所述第二可控開關(guān)布置的控制信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述輸出電壓或電流控制電路包括: 自振蕩反饋環(huán)路，耦接在所述第一可控開關(guān)布置的輸出端子和控制端子之間；其中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)的所述第一阻抗特性被配置為啟用所述自振蕩反饋環(huán)路的振蕩;并且 所述諧振網(wǎng)絡(luò)的所述第二阻抗特性被配置為禁用所述自振蕩反饋環(huán)路的振蕩。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一阻抗特性的Q因子在所述第一阻抗特性的諧振頻率處大于5;并且 所述第二阻抗特性的Q因子在所述第二阻抗特性的諧振頻率處小于2。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一阻抗特性的諧振頻率至少比所述第二阻抗特性的諧振頻率大1.4倍。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述輸出電壓或電流控制電路包括: 電壓或電流調(diào)整環(huán)路，連接在轉(zhuǎn)換器輸出電壓和所述第二可控開關(guān)布置的控制端子之間，以便根據(jù)一個或多個DC基準(zhǔn)電壓或電流調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電壓或電流調(diào)整環(huán)路包括: DC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，被配置為提供一個或多個DC基準(zhǔn)電壓或電流， 一個或多個比較器，被配置為比較所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓與至少第一 DC基準(zhǔn)電壓并根據(jù)比較的結(jié)果選擇所述第二可控開關(guān)布置的導(dǎo)通狀態(tài)或非導(dǎo)通狀態(tài)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述DC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器被配置為供應(yīng)第一DC基準(zhǔn)電壓和第二DC基準(zhǔn)電壓，其中，所述第一DC基準(zhǔn)電壓高于所述第二DC基準(zhǔn)電壓； 其中，所述一個或多個比較器被配置為: 比較所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓與所述第一 DC基準(zhǔn)電壓和所述第二 DC基準(zhǔn)電壓;并且 響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓超過所述第一 DC基準(zhǔn)電壓，選擇所述第二可控開關(guān)布置的導(dǎo)通狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)的其中之一， 響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓下降到所述第二DC基準(zhǔn)電壓以下，選擇所述第二可控開關(guān)布置的相反狀態(tài)。11.根據(jù)權(quán)利要求5-10中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述自振蕩反饋環(huán)路包括: 第一固有開關(guān)電容，耦接在所述第一可控開關(guān)布置的輸出端子和控制端子之間， 第一偏置電壓源，被配置為生成第一可調(diào)節(jié)偏置電壓， 第一電感器，優(yōu)選地具有大致固定的電感、耦接在所述第一偏置電壓源和所述第一可控開關(guān)布置的控制端子之間。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，包括布置在所述輸入側(cè)電路和所述輸出側(cè)電路之間的電流隔離柵。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電流隔離柵包括第一耦合電容器和第二親合電容器。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，包括從{E級、F級、DES}的組中選擇的轉(zhuǎn)換器拓撲。15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一可控開關(guān)布置包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)，并且所述第二可控開關(guān)布置包括一個或多個半導(dǎo)體開關(guān); 其中，每個所述半導(dǎo)體開關(guān)包括諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體晶體管，諸如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)MOSFET。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，進一步包括: 無線或有線數(shù)據(jù)接收器，用于接收遠程數(shù)據(jù)命令，以控制所述第二可控開關(guān)布置的開關(guān)狀態(tài)。17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，進一步包括: 單個大致平坦的載體基板，包括第一表面和相對的第二表面， 其中，所述輸入側(cè)電路、所述輸出側(cè)電路、所述整流電路、所述諧振網(wǎng)絡(luò)、所述第一可控開關(guān)布置、所述第二可控開關(guān)布置和所述輸出電壓或電流控制電路附接在所述第一表面和/或所述第二表面上。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述單個大致平坦的載體基板包括單面印刷電路板或雙面印刷電路板。19.—種操作諧振DC-DC電力轉(zhuǎn)換器以生成轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流的方法，所述方法包括以下步驟: a)根據(jù)第一開關(guān)控制信號，通過第一可控開關(guān)布置交替地從輸入電壓源對諧振轉(zhuǎn)換器的諧振網(wǎng)絡(luò)進行充電和放電， b)對所述諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電流進行整流， C)將整流的諧振電流釋放到整流電路，以產(chǎn)生整流的輸出電壓， d)通過選擇第二可控開關(guān)布置的第一開關(guān)狀態(tài)或第二開關(guān)狀態(tài)，在所述諧振網(wǎng)絡(luò)的第一阻抗特性或第二阻抗特性之間切換， e)根據(jù)所述第二可控開關(guān)布置的第一開關(guān)狀態(tài)和第二開關(guān)狀態(tài)，通過交替地激活和中斷所述第一開關(guān)控制信號，來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸出電壓或電流。
【文檔編號】H02M3/338GK106063104SQ201580010375
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月26日
【發(fā)明人】米基·P·馬德森, 米洛萬·科瓦切維克
【申請人】丹麥技術(shù)大學(xué)