[发明专利]谐振变换器中的谐振电容器箝位电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振变换器，包括第一与第二输入端子以便连接电压源，其中第一开关的第一端连接至第一输入端子，其中第一开关的第二端连接至第二开关的第一端，其中第二开关的第二端连接至第二输入端子，其中包括至少一个谐振电感、至少一个谐振电容器、和变压器的至少初级绕组的谐振电路的第一端连接至第一开关的第二端并连接至第二开关的第一端。

背景技术

谐振变换器，尤其是LLC谐振变换器，由于它们高的效率、低的EMI辐射水平和获得高的功率密度的能力而日益流行。另外的优点是尺寸小、重量轻和效率高。

典型的LLC谐振变换器拓扑结构包括半桥拓扑结构和全桥拓扑结构。在谐振回路或谐振网络中，布置有其中已知串联拓扑结构和并联拓扑结构的谐振电感器和谐振电容器。在零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)拓扑结构中，所关心的是高频开关以及最小的开关损耗。以高频操作的LLC谐振变换器能提高效率并减小器件的尺寸。

许多应用的要求是变换器充足的保持时间，使得在电源故障的情况下，全功率输出维持足够长的周期，例如大约20ms至50ms。。

此外，变换器必须能够安全地操作，并且短路或过载状态的情况下(即在输出短路或者在高于连接至输出的用电设备的指定功率消耗的情况下)不受破坏。因此，必须保护变换器的元件，尤其是谐振电容器，免受在这样的过载中可出现的过电压状态或其他状态的影响。

在已知的半桥拓扑结构中，电压源连接至串联连接的一对开关和串联连接的一对谐振电容器。变压器的初级绕组连接在开关与谐振电容器之间。这种拓扑结构广泛地用于各种应用。

在Bo Yang于2003年向Virginia Polytechnic Institute PolytechnicInstitute and State University的系提交的论文“Topology Investigationfor Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power SystemPower System”中，提出将二极管并联连接至已知的半桥拓扑结构的谐振电容器，以便在输出的过载或短路状态期间限制谐振电容器电压和谐振电流。

谐振电容器电压的箝位出现的输出功率区域取决于谐振电路元件的连系尺寸。对于合理的设计，箝位应差不多高于额定输出功率生效。一方面，这确保最佳的谐振限流，而另一方面，这是考虑部分负荷状态的最有效的设计。由设计设定的谐振电容器电压越高，则变换器的部分负荷效率越高。

然而，描述的箝位方法不利于转换器的用于保持功能性的升压特性。由于在保持状态期间高电压被降低，所以谐振电容器电压的箝位出现的输出功率的区域被扩展，这在高的输出功率的情况下导致减少的保持时间(hold up time)。

发明内容

本发明的目的是形成一种和初始提及的技术领域有关的谐振变换器，该谐振变换器同时提供用于在过载或者短路状态期间的谐振电容器电压和谐振电流的限制，以及在高的输出功率的情况下的改善的保持时间。

本发明的解决方案由权利要求1的特征部分指定。根据本发明，

a)第三二极管沿导通方向(conduction direction)从第一开关的第一端连接至箝位电容器的第一端，

b)第四二极管沿导通方向从箝位电容器的第二端连接至第二开关的第二端，

c)比较器连接至箝位电容器的第一与第二端，以及

d)比较器连接至脉冲控制单元，以便控制第一与第二开关。

这样的谐振变换器具有的优点是在正常运行状态期间，因此在无保持状态的情况下，箝位电容器经由第三与第四二极管充电至电压源的高电压(bulk voltage)。当高电压由于保持状态而降低时，箝位电容器的电压保持恒定，因此保持时间得以延长。在过载状态的情况下，将谐振电容器的电压箝位至箝位电容器的电压。由于能量转移至箝位电容器，所以箝位电容器的电压在过载状态期间上升。脉冲控制单元设计成使得开关频率在过载状态时提高，以使谐振电流减小，并使得由此谐振电容器的箝位消失。

优选地，放电单元的第一端连接至箝位电容器的第一端，而放电单元的第二端连接至箝位电容器的第二端。

放电单元设置用于复位箝位电容器的电压和谐振变换器合理的操作。

在优选实施例中，放电单元包括串联连接的开关和电阻器。