[实用新型]单相谐振变换器以及多相谐振变换器

说明书

技术领域

本公开涉及谐振变换器并且更具体地涉及单相谐振变换器以及多相谐振变换器。

背景技术

在服务器和数据中心领域的配电不断扩张。对于这些电子设备的不断改进，期望最大化为它们供电的电压变换器的效率，以便降低用于提供相同的使用功率所提供的功率，以便限制环境中的热耗散，它们被安装在环境中并且因此功率由有关的冷却器具吸收。

存在由市电电压供电以生成针对处理器的V_CPU供电电压的各种电压分配系统。目前，市电电压被变换为通过主供电总线分配的第一电压，然后被变换为分布在中间总线上的第二更低电压(通常12V)并且最终变换为处理器的供电电压V_CPU。为了优化处理器上游的系统的效率，主供电总线处在48V的电压。

因此应当选择，要么通过12V的中间总线使用48V的主供电总线以便缩短瞬变响应，要么直接从48V的总线以便增加变换效率，来调节处理器的电压。

用于在两级系统(48V-12V-V_CPU)中实现第二变换的解决方案是使用多相切换调节器，其允许具有对负载瞬变的最优响应、从负载汲取电流(汲取模式)的可能性以及保持该级本身的良好效率。在多相降压变换器中，由于不同的控制技术，有可能满足对于负载瞬变以及对于参考电压的变化的响应规格。然而，这些变换器以低占空比工作，并且提供双重电压变换，从供电总线电压48V变换下降到最终电压V_CPU，生成中间电压12V。

使用电压谐振变换器来生成适于对处理器供电的电平的已调节电压是已知的。L.Huber等人的文章“1.8MHz48VResonantVRM:Analysis,DesignandPerformanceEvaluation”,IEEETrans.OnPowerElectronics,Vol.21,No.1,January2006，公开了图1中示出的类型的电压谐振变换器。它具有初级半桥切换级，用于促使AC电流通过初级绕组，初级绕组由与次级绕组磁耦合的N个环组成，次级绕组与用于形成谐振电路的电容并联电连接。第一次级电感器L_F1和第二次级电感器L_F2协作以便向负载LOAD提供所请求的电流IO。次级电感器L_F1和L_F2上的电压在它们之间是异相的，并且它们的相互异相通过由图2中的命令电路所命令的开关Q₁和Q₂进行调节，以便调节负载处的电压V_O。命令电路实现固定频率控制技术，其中通过使在次级侧处的开关的接通/关断(on/off)信号SR相对于在初级侧处的半桥的开关的接通/关断信号异相来获得在次级电感器L_F1和L_F2之间的期望的异相。该异相通过误差放大器EA的电压并且因此通过输出电压V_O和参考电压之间的差值来确定。

该解决方案的优点是并联连接模块的可能性，因为它工作在固定频率并且因此模块可以轻易地操作为在其间交错。

然而，它呈现众多缺点，其中：

1)由于固定的工作频率而对负载变化的响应的延迟；

2)在次级电感器处的依赖于由误差放大器EA操作的补偿的电压动态特性；

3)仅在特定占空比的系统效率最优；

4)由于复杂的控制规律带来的补偿的困难；

5)它不允许以汲取模式工作。

由于高切换频率(通常是1.8MHz等量物)的使用，第一个缺点被最小化，但是该选择意味着在初级侧(HB)处和在次级侧(SR)处切换损耗(通常是MOSFET的切换损耗)的增加。

第二个缺点是非常危险的，因为它可能会危及变换器的可靠性。事实上，次级电感器的充电阶段的持续时间由误差放大器EA确定，在过于激进的补偿，甚至是不稳定的补偿的情况下，在初级侧上的漏电感可以是过度的，并且可能将在次级电感器处的电压增加到可能使次级开关(通常地，MOSFET)在相应的安全操作区以外工作的值。