[发明专利]自适应谐振频率转换器

说明书

一种谐振电力转换器，具有主开关、耦接在主开关两端的谐振回路以及耦接到主开关和谐振回路的信号处理电路。信号处理电路生成用于以开关频率驱动主开关接通和断开的驱动信号。谐振回路包括被设计为具有被调谐到主开关的设计的开关频率的谐振频率的电路组件。信号处理电路包括零电压切换(ZVS)电路、信号发生器、检测电路和锁存振荡器。信号处理电路被配置为将驱动信号的开关频率调节为被调谐到1MHz以及更高的极高开关频率状况下的谐振回路的实际谐振频率，从而应对极高开关频率下的寄生效应的影响并且实现电路的谐振。

相关申请

本专利申请根据35 U.S.C.119(e)要求2017年8月21日递交的申请序号为62/548,318、标题为“Adaptive Resonant Frequency Converter”的共同未决的美国临时专利申请、以及2018年8月20日递交的申请序号为16/105,330的美国申请的优先权，在此通过引用将该申请全部并入。

技术领域

本发明一般地涉及电力转换器(power converter)的领域。更具体地，本发明涉及用于电力管理和电力供应的谐振电力转换器。

背景技术

多年以来已经开发的电力转换器拓扑有若干种，它们旨在改善电力转换器的功率密度和开关(switching)效率。新的转换器拓扑的新兴的焦点是提供一种降低或消除转换器开关损耗、同时增大开关频率的构件。更低的损耗和更高的开关频率意味着更高效的转换器，这可降低转换器组件的大小和重量。此外，随着诸如由脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)操作的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductorfield effect transistor，MOSFET)之类的高速复合半导体开关的引入，近来的正激和反激拓扑现在能够在例如达到或高于1MHz的大幅增大的开关频率下操作。

然而，由于半导体开关在高电压和/或高电流水平下的迅速开/关切换，开关频率的增大可以引起与切换和组件应力相关的损耗的相应增大、以及增大的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)、噪声和开关换向问题。另外，现代电子组件被期望在小空间中高效地执行多种功能，并且产生很少的不期望的负面效果。例如，提供相对高功率密度和高开关频率的现代电压转换器应当也包括非杂乱的(uncluttered)电路拓扑，提供输出或“负载”电压与输入或“源”电压的隔离，并且也提供可变的升压或降压电压变换。

许多传统的电力转换器电路的缺点是切换组件遭受的相对高的电压和电流应力。此外，主开关所见的高的关断电压(由变压器漏电感和开关电容之间的寄生振荡引起的)传统上要求使用电阻器、电容器、二极管子电路，例如，缓冲(snubber)电路。这种寄生振荡的谐波极为丰富并且用EMI污染环境，并且引起来自切换组件的以额外热耗散的形式的高的开关损耗。

为了降低或消除开关损耗并且降低EMI噪声，在本领域中越来越多地采取了“谐振”或“软”开关技术的使用。谐振开关技术在传统电力转换器拓扑上的应用对于高密度和高频率提供了许多优点，以降低或消除开关应力并且降低EMI。谐振开关技术一般包括电容器-电感器(inductor-capacitor，LC)子电路与半导体开关串联，该半导体开关当被接通时在转换器内产生谐振子电路。另外，将谐振开关的开/关控制周期定时为与开关周期期间跨各个转换器组件的特定电压和电流状况相对应，允许了零电压和/或零电流状况下的切换。零电压切换(zero voltage switching，ZVC)和/或零电流切换(zero current switching，ZCS)内在地降低或消除了许多频率相关的开关损耗。