專利名稱：諧振變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振變換器，特別是涉及該諧振變換器的控制和帶有根據(jù)本發(fā)明的諧振變換器的電源設(shè)備。
諧振變換器通常包括兩個輸入端，用于施加輸入電壓；兩個輸出端，用于提供輸出電壓；一個諧振振蕩回路，它可以按照它的諧振頻率的節(jié)拍與輸入電壓連接。諧振振蕩回路的線圈與另一個線圈感應(yīng)耦合，后者通過一個整流電路與兩個輸出端連接。
從[1]已知一種諧振變換器，在該諧振變換器中可以在至少兩個輸出端上提供規(guī)定的單獨的電壓，所述至少兩個輸出端為提供不同大小的功率而設(shè)計。
從[2]同樣已知一種諧振變換器，在此為借助壓控振蕩器(VCO)影響該諧振變換器的輸入信號，使用變換器輸出信號的一個錯誤信號。
在[3]中說明了一種帶有諧振變換器的開關(guān)電源設(shè)備，其中根據(jù)該諧振變換器應(yīng)該提供一個盡可能恒定的輸出電壓。為此目的，在反饋支路中插入一個噪聲整形濾波器(NSF)。
從現(xiàn)有技術(shù)已知的諧振變換器具有下述缺點，即正比于諧振變換器的輸入電壓的次級回路的輸出電壓在很大程度上由在諧振變換器中的兩個線圈的變壓比預(yù)先規(guī)定。此外，例如在[2]中說明的電路的調(diào)節(jié)效率低，因為諧振電流流經(jīng)所有的電路元件，并必須按相應(yīng)運行能力設(shè)計。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種能夠調(diào)節(jié)輸出電壓的諧振變換器，其中，輸出電壓的調(diào)節(jié)是高效的，且能夠不需要大的開銷使用昂貴的組件。此外，本發(fā)明的一個任務(wù)在于提供有效控制諧振變換器的可能性，最后是提供帶有根據(jù)本發(fā)明的諧振變換器的開關(guān)電源設(shè)備。
這些任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明的改進也由從屬權(quán)利要求得到。
為解決這一任務(wù)，提供一個帶有一個主橋的諧振變換器，所述主橋與一個輸入信號連接。該諧振變換器包括一個轉(zhuǎn)換器、在該轉(zhuǎn)換器上可獲取一個輸出信號；一個諧振回路和一個調(diào)節(jié)回路。其中轉(zhuǎn)換器與主橋和諧振回路連接，諧振回路此外還與主橋和調(diào)節(jié)回路連接，調(diào)節(jié)回路此外還與主橋連接。
優(yōu)選地，輸入信號通過流經(jīng)主橋接通實現(xiàn)，使得輸入信號除主橋外還與諧振回路和調(diào)節(jié)回路連接。
這里應(yīng)該注意，輸出信號可以在轉(zhuǎn)換器上獲取，在此最好在轉(zhuǎn)換器后再整流和濾波。由此轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)各種需要，提供例如特別作為濾波后的直流電壓提供的輸出信號。
一個改進在于，主橋包括彼此串聯(lián)的一個第一開關(guān)和一個第二開關(guān)(串聯(lián)電路)，優(yōu)選地，串聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)的末端，亦即由第一和第二開關(guān)組成的串聯(lián)電路的末端，與輸入信號和諧振回路連接?？蛇x地，在串聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)之間的中點，亦即由第一和第二開關(guān)細成的串聯(lián)電路的中點與轉(zhuǎn)換器連接。
另一個改進在于，第一開關(guān)和第二開關(guān)分別或者兩者都是電子開關(guān)。
還有一個改進是，調(diào)節(jié)回路包括一個調(diào)節(jié)橋。特別該調(diào)節(jié)橋可以包括一個第三開關(guān)和一個第四開關(guān)，其中可選地，第三開關(guān)和第四開關(guān)彼此串聯(lián)連接。
此外一個可能的實施方式是，串聯(lián)連接的第三開關(guān)和第四開關(guān)(亦即由第三和第四開關(guān)組成的串聯(lián)電路)的末端與主橋和諧振回路連接。
可選地，在串聯(lián)連接的第三開關(guān)和第四開關(guān)之間的中點(亦即在第三和第四開關(guān)之間的串聯(lián)電路的中點)通過一個調(diào)節(jié)電抗器與諧振回路連接。
一個另外的改進在于，第三開關(guān)和第四開關(guān)分別或者兩者都是電子開關(guān)。
其中，至少一個電子開關(guān)，亦即例如第一、第二、第三或第四開關(guān)，可以是三極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、閘流管或者IGBT。此外，也可以是由不同開關(guān)的任意組合，例如不需所有開關(guān)是同一方式或者同一類型。
另一種方案在于，對一個開關(guān)尤其是電子開關(guān)并聯(lián)設(shè)置一個自振蕩二極管。優(yōu)選地，一個這樣的自振蕩二極管例如已經(jīng)集成到金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中；然而特別是例如在常規(guī)晶體管中應(yīng)該附帶地提供該自振蕩二極管。
還有一個改進是，轉(zhuǎn)換器具有至少一個線圈，最好具有至少一個變壓器和/或一個初級回路和一個次級回路。初級回路最好設(shè)置在主橋和諧振回路之間。此外，輸出信號可以通過次級回路獲取。
一個改進在于，諧振回路具有至少一個線圈和/或至少一個電容器。諧振回路最好包括一個線圈和一個電容器。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，諧振回路具有兩個串聯(lián)的電容器。其中，串聯(lián)的電容器的末端，即由兩個電容器細成的電路的末端可分別與主橋和調(diào)節(jié)回路連接。優(yōu)選地，亦即如果主橋這樣構(gòu)造，使得與其連接的輸入信號通過它接通，則串聯(lián)的電容器的末端可以與輸入信號連接，亦即在這種情況下，輸入信號另外還在由兩個串聯(lián)電容器細成的電路上提供。
另一個改進是，由兩個電容器組成的串聯(lián)電路的中點經(jīng)由一個諧振電抗器與轉(zhuǎn)換器連接。此外，該中點同樣可以與調(diào)節(jié)回路連接。
一個另外可選的實施方式在于，輸入信號分別與主橋、諧振回路和調(diào)節(jié)回路連接。
優(yōu)選地，輸入信號可以借助至少一個輸入電容器進行平滑。
一個改進是，輸入信號是輸入電壓，和/或輸出信號是輸出電壓。
另一個改進在于，輸出信號在變壓器后借助至少一個二極管整流，并最好借助于至少一個輸出電容器進行平滑。在此可以提供不同的整流裝置，例如一個通常特別對整流后的信號進行相應(yīng)平滑的橋式整流電路。
此外為解決該任務(wù)，提供了一種用于調(diào)節(jié)或者控制諧振變換器的方法，其中在一個可預(yù)定的第一區(qū)域中不控制諧振變換器的調(diào)節(jié)回路。在此該諧振變換器尤其如上述方式實現(xiàn)，如果輸出電壓與輸入電壓的比例關(guān)系不變的話，則調(diào)節(jié)回路可以保持不被激活，亦即不執(zhí)行調(diào)節(jié)橋的任何控制，特別是第三和第四開關(guān)。由此在這一操作方式中不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)損耗。
調(diào)節(jié)回路控制的另外可選的實施方式在于，可以獲知例如測量在第一開關(guān)和第二開關(guān)之間的電壓變化。第三開關(guān)最好基本與(獲知的)電壓變化曲線的一個上升的電壓緣同時關(guān)斷?？蛇x地，第三開關(guān)基本(在時間上)在電壓變化曲線的一個上升的電壓緣之前接通。優(yōu)選地，第四開關(guān)基本可與電壓變化曲線的一個下降的電壓緣同時關(guān)斷。此外，第四開關(guān)可以基本(時間上)在電壓變化曲線的一個下降的電壓緣之前接通。
第三和第四開關(guān)在分別為此提供的時間間隔內(nèi)越早接通，則諧振變換器的上調(diào)節(jié)越強，亦即輸出信號對輸入信號的電壓比越大。因此所述控制適宜于提高諧振變換器的輸出電壓。
另一個可選方案存在于下調(diào)節(jié)中，亦即在于減小輸出信號對輸入信號的電壓比，并由此減小諧振變換器的輸出電壓。
與此有關(guān)的是優(yōu)選獲知(例如測量)在第一開關(guān)和第二開關(guān)之間的電壓變化曲線。之后，第三開關(guān)可以基本上與該電壓變化曲線的一個下降的電壓緣同時關(guān)斷。第三開關(guān)最好基本(在時間上)在該電壓變化曲線的一個下降的電壓緣之前接通。為了對其進行補充，第四開關(guān)可以基本上與該電壓變化曲線的一個上升的電壓緣同時關(guān)斷，最好基本(在時間上)在該電壓變化曲線的一個上升的電壓緣之前接通。
此外，提供了一個電源，特別是一個電源設(shè)備，更具體是一個開關(guān)電源設(shè)備，它包括一個上述的諧振變換器。在該開關(guān)電源設(shè)備中的所述諧振變換器優(yōu)選如上述操作。
下面根據(jù)附圖表示和說明本發(fā)明的實施例。


圖1表示諧振變換器的框圖；圖2表示諧振變換器的電路；圖3是一個時序圖，它說明諧振變換器的主橋的控制；圖4是一個時序圖，它說明用于上調(diào)節(jié)(圖4A)和下調(diào)節(jié)諧振變換器的調(diào)節(jié)橋的控制；圖5是一個說明下調(diào)節(jié)的示波圖；圖6是一個說明上調(diào)節(jié)的示波圖；圖7表示一個帶有諧振變換器的開關(guān)電源設(shè)備的框圖。
圖1表示一個諧振變換器的框圖。其中輸入信號Vin通過輸入端104和105與主橋110連接。輸入端104和105例如可以作為輸入接線柱、接線端或者管腳實現(xiàn)。優(yōu)選地，輸入端105可以處于地電位，以便輸入端104特別具有輸入信號+/-Vin(相對于地電位)。
主橋110進一步連接到一個轉(zhuǎn)換器120，一個諧振回路130和一個調(diào)節(jié)回路140。優(yōu)選地，通過輸入端104和105施加的輸入信號Vin經(jīng)由主橋110通過，并且作為輸入信號Vin與諧振回路130和調(diào)節(jié)回路140連接。
轉(zhuǎn)換器120此外還與諧振回路130連接。在轉(zhuǎn)換器120的輸出側(cè)可取得輸出信號Vout。優(yōu)選地，輸出信號Vout在轉(zhuǎn)換器120后被整流并被平滑。在圖1中為了進行整流，作為例子提供了兩個二極管101和102，與輸出信號Vout并聯(lián)沒置一個輸出電容器103。輸出電容器103優(yōu)選作為電解電容器(ELKO)實現(xiàn)。輸出信號Vout通過輸出端106和107提供，其中輸出端107最好相對輸出端106具有正的電勢。
代替兩個二極管102和103也可以選擇其他整流器，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。這里不排除使用橋式整流器的可能。
諧振回路130此外還與轉(zhuǎn)換器120和調(diào)節(jié)回路140連接。
各個部件110、120、130和140的詳細電路，特別是彼此的配合關(guān)系在圖2中舉例表示。
圖2中通過輸入端104和105施加輸入信號Vin，使輸入端105具有地電位，輸入端104具有電位Vin?？梢耘c輸入信號Vin并聯(lián)設(shè)置一個輸入電容器201。
主橋110與輸入信號Vin并聯(lián)，其中在輸入端104和輸入端105(這里地電位)之間串聯(lián)一個第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和一個第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管是電子開關(guān)的一個例子，作為其他的選擇，在此也可以使用其他特別是像IGBT或者三極管這樣的電子開關(guān)。
在圖2中所有的電子開關(guān)都用n溝道增強型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)。下面使用柵極接線端、“源極”的S接線端和“漏極”的D接線端表示每一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的接線端。
應(yīng)該注意，基本上對于每一電子開關(guān)都可以并聯(lián)一個自振蕩二極管。然而這在許多已經(jīng)集成了這樣的自振蕩二極管的電子開關(guān)中可以省略(例如在金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中)。原則上，也可以給電子開關(guān)并聯(lián)一個電容器，以便減小電壓波動的速度。
由第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2組成的串聯(lián)電路這樣連接兩個電子開關(guān)V1和V2，使得第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的S接線端與地電位(亦即輸入信號Vin的輸入端105)相連接。第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的D接線端與第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的S接線端相連接，第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的D接線端與輸入信號Vin的輸入端104相連接。兩個電子開關(guān)的中點用“漏極1”表示。
轉(zhuǎn)換器120包括一個由初級線圈202和次級線圈203和204組成的變壓器T1。次級線圈203和204串聯(lián)連接。線圈203和204的中點作為輸出信號Vout的輸出端106表示。由兩個次級線圈203和204組成的串聯(lián)電路的末端分別引至二極管102的陽極(與線圈203連接)和二極管101的陽極(與線圈204連接)，在比二度管101和102的陰極彼此相連，并與接線端107相連接。因此可以通過接線端106和107獲得輸出信號Vout，其中在接線端106和107并聯(lián)一個電解電容器103，其正充電端與接線端107連接。
第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的中點亦即“漏極1”與轉(zhuǎn)換器120的原級線圈202的一端連接。
原級線圈202的另一端與諧振回路130相連接，并且與諧振電抗器L1的一端相連接。諧振電抗器L1的另一端與由第一諧振電容器C1和第二諧振電容器C2組成的串聯(lián)電路的中點Vres相連接。第一諧振電容器C1的另一端與輸入信號Vin的接線端104相連接，而第二諧振電容器C2的另一端與輸入信號Vin的接線端105(亦即與地電位)連接。另外可選的方案是略去兩個電容器中的一個。此外，諧振電抗器L1也可以通過變壓器的漏感形成。
在兩個諧振電容器C1和C2之間的中點Vres與調(diào)節(jié)回路140相連接，并且與調(diào)節(jié)電抗器L2的一端相連接。在圖2中調(diào)節(jié)回路140作為一個由兩個電子開關(guān)組成的調(diào)節(jié)橋?qū)崿F(xiàn)，在這里是由兩個n溝道增強型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和V4實現(xiàn)。關(guān)于兩個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和V4的說明和為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和V2的說明同樣適用。
第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4這樣串聯(lián)連接，使得第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的S接線端與輸入信號Vin的接線端105(地電位)連接、第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的D接線端與第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的S接線端和調(diào)節(jié)電抗器L2的另一端連接。這一位置也表示為由第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4組成的串聯(lián)電路的中點“漏極3”。第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的D接線端與輸入信號Vin的接線端104連接。
這里應(yīng)該注意，輸入信號Vin和輸出信號Vout最好是輸入電壓和輸出電壓。
圖3表示一個時序圖，說明諧振變換器的主橋的控制。
如圖2所述，諧振變換器的主橋110包括電子開關(guān)V1和V2，它們經(jīng)過變壓器T1(原級線圈202和次級線圈203和204)和諧振電抗器L1與諧振電容器C1和C2相連接。在該點，亦即在兩個諧振電容器C1和C2之間的中點Vres出現(xiàn)一個基本為正弦狀的諧振電壓301。
第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物將體場效應(yīng)晶體管V2通常以一個小的控制停歇交替地接通，從而在“漏極1”亦即由第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2組成的串聯(lián)電路的中點處實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)變。在圖2中特性曲線303表示第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的控制，特性曲線304表示第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的控制。
金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的控制通常通過它的柵極接線端實現(xiàn)，也就是說一個外部控制電路根據(jù)各電路的其余特征量來控制例如在各金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極接線端上的電壓變化。
在當(dāng)前的情況下(根據(jù)圖2的電路)，從按照特性曲線303對第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的控制、和從按照特性曲線302對第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的控制產(chǎn)生在“漏極1”上按照特性曲線304的電壓變化曲線。
在時刻t1，第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1“斷開”(參見特性曲線303)，電壓變化曲線302上升。在時刻t2，第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2“接通”(參見特性曲線304)，電壓變化曲線302幾乎恒定保持在高電位，直到在下一時刻t3第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2(特性曲線304)“斷開”。現(xiàn)在“漏極1”上的電壓(參見特性曲線302)下降，直到時刻t4第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管“接通”，并因此漏極1上的電壓幾乎恒定保持在低電位。
在中點Wres處的電壓變化曲線301基本為正弦狀，電壓變化曲線302“漏極1”相對于它有90°的相移。
諧振變換器的輸出電壓Vout在忽略電路中的壓降時為Vout＝Vin/(2*ue) (1)其中，
ue＝nprim/nsek(2)得出Vout正比于Vin其中，ue表示變壓器的變壓比，nprim表示變壓器的原級線圈的匝數(shù)，以及nsek表示變壓器的次級線圈的匝數(shù)。
通過借助調(diào)節(jié)回路140調(diào)制在中點Vres處的電壓變化的曲線波形和/或振幅(參見特性曲線301)，可以將Vout/Vin的其他固定給定的比例調(diào)節(jié)到規(guī)定的范圍。于是例如可以在輸入電壓Vin的一個規(guī)定的區(qū)域上實現(xiàn)恒定的輸出電壓Vout。
對于調(diào)節(jié)，特別區(qū)分三種情況-中性區(qū)Vout/Vin對應(yīng)于公式(1)保持不變；-上調(diào)節(jié)Vout/Vin升高；-下調(diào)節(jié)Vout/Vin減小。
在下面的情況下例如達到最大的上調(diào)節(jié)-在點“漏極1”處的電壓變化曲線與在點“漏極3”處的電壓變化曲線同相變化；-第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的柵極接線端上的電壓變化曲線特別等于第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端上的電壓變化曲線，另外第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的柵極接線端上的電壓變化曲線特別等于第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的柵極接線端上的電壓變化曲線，亦即UGate1＝UGate3和UGate2＝UGate4。
在下面的情況下例如達到最大的下調(diào)節(jié)-在點“漏極1”處的電壓變化曲線與在點“漏極3”處的電壓變化曲線反相變化；-第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1的柵極接線端上的電壓變化曲線特別等于第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的柵極接線端上的電壓變化曲線，另外第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2的柵極接線端上的電壓變化曲線特別等于第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端上的電壓變化曲線，亦即UGate1＝UGate4和UGate2＝UGate3。
最大下調(diào)節(jié)和上調(diào)節(jié)之間的區(qū)域可以通過從在點“漏極3”處的電壓相對于在點“漏極1”處的電壓的相移進行(無論在前還是在后)。這里的缺點在于，在較小的上或下調(diào)節(jié)的區(qū)域內(nèi)或者在較小的負載下存在調(diào)節(jié)損耗和諧振頻率的強變化。下面說明一個改進的實施方式。
優(yōu)選在上述“中性區(qū)”亦即在要保持按照公式(1)的比例關(guān)系Vout/Vin的情況下，不采取通過調(diào)節(jié)回路140的任何另外的調(diào)節(jié)。特別在這一中性區(qū)內(nèi)為避免附加損耗不控制調(diào)節(jié)回路。
與此相反，如果要進行下調(diào)節(jié)或者上調(diào)節(jié)的話，則特別通過第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4根據(jù)需要對于調(diào)節(jié)橋進行控制。由此相對于使用相移的調(diào)節(jié)減少了在調(diào)節(jié)電抗器L2中的電流，這導(dǎo)致減少通過調(diào)節(jié)回路140的損耗。
優(yōu)選在調(diào)節(jié)回路140的這種控制中出現(xiàn)一個停歇時間，在該停歇時間內(nèi)無論是第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3還是第四金屬氧化物半導(dǎo)本場效應(yīng)晶體管V4都不被控制。
圖4是一個時序圖，它說明諧振變換器的調(diào)節(jié)橋的上調(diào)節(jié)控制(圖4A)和下調(diào)節(jié)控制(圖4B)。
在上調(diào)節(jié)(圖4A)和下調(diào)節(jié)(圖4B)兩種情況下，當(dāng)特別或者基本與在點“漏極1”處的電壓變化曲線的電壓緣同時執(zhí)行第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的斷開時特別具有優(yōu)點，以便由此有利地使得用于調(diào)節(jié)的無功電流最小。
圖4A表示上調(diào)節(jié)的情況。按照圖2的電路的點“漏極1”處的電壓變化曲線401分別與為通過第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端對其進行控制的電壓變化曲線402和通過第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的柵極接線端對其進行控制的電壓變化曲線403相反。
在此第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3基本與電壓變化曲線401的電壓上升緣同時在時刻T2切斷。優(yōu)選地，第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3在電壓變化曲線401的電壓上升緣之前在時刻T1接通。
第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的這一接通時刻相對于主橋的開關(guān)點(例如點“漏極1”，通過電壓變化曲線401表示)在時間上可變。借助該開關(guān)時刻可以調(diào)整通過調(diào)節(jié)強制的Vout/Vin變化的大小。在圖4A中相對于第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的接通的可變開關(guān)時刻通過箭頭407和408表示，而相對于第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的接通的可變開關(guān)時刻通過箭頭409和410表示。
第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4特別與電壓變化曲線401的一個電壓下降緣同時在時刻T4切斷。優(yōu)選地，第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4在電壓變化曲線401的一個電壓下降緣之前在時刻T3接通。
圖4B表示下調(diào)節(jié)的情況。電壓變化曲線404相應(yīng)于圖4A中在按照圖2的電路的點“漏極1”處的電壓變化曲線401。通過第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端對其進行控制的電壓變化曲線405和通過第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的柵極接線端對其進行控制的電壓變化曲線406與該電壓變化曲線404相反。
在此第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3基本與電壓變化曲線404的電壓下降緣同時切斷，或者特別在時刻T4切斷。優(yōu)選地，第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3在電壓變化曲線404的電壓下降緣之前在時刻T3接通。
第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的這一接通時刻相對于主橋的開關(guān)點(例如點“漏極1”，通過電壓變化曲線404表示)在時間上可變。借助該開關(guān)時刻可以調(diào)整通過調(diào)節(jié)強制的Vout/Vin變化的大小。在圖4B中相對于第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的接通的可變開關(guān)時刻通過箭頭411和412表示，而相對于第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的接通的可變開關(guān)時刻通過箭頭413和414表示。
第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4尤其與電壓變化曲線404的一個電壓上升緣同時在時刻T2切斷。優(yōu)選地，第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4在電壓變化曲線404的一個電壓上升緣之前在時刻T1接通。
在中性區(qū)內(nèi)，最好在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和/或第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的柵極接線端上不存在任何控制脈沖。
圖5表示一個說明調(diào)節(jié)的操作方式的示波圖。為此圖5表示一個在第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2之間的點“漏極1”處的電壓變化曲線501、一個通過諧振電抗器L1的電流曲線502、一個在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4之間的點“漏極3”處的電壓變化曲線503和一個在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端上的電壓變化曲線504。
電壓變化曲線503表示在切斷在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極脈沖后亦即在電壓變化曲線504的下降緣之后轉(zhuǎn)變到輸入電壓電平。在那里一直保持施加電壓直到調(diào)節(jié)電抗器L2被退磁，并且通過它的電流消失。在該退磁510期間，電流通過第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4的體二極管反向流過。作為替代和/或附帶地，也可以在該期間內(nèi)控制第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4使體二極管卸載。這特別適用于所述諧振變換器的所有開關(guān)。
為退磁510需要多長時間調(diào)節(jié)電抗器L2，特別取決于在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端上的電壓脈沖的持續(xù)時間和在調(diào)節(jié)電抗器L2上的電壓。在此，調(diào)節(jié)電抗器L2上的電壓也受輸出電流的影響。
圖6表示一個說明上調(diào)節(jié)的操作方式的示波圖。為此圖6表示一個在第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V1和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V2之間的點“漏極1”處的電壓變化曲線601、一個通過諧振電抗器L1的電流曲線602、一個在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3和第四金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V4之間的點“漏極3”處的電壓變化曲線603和一個在第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管V3的柵極接線端上的電壓變化曲線604。
無負載時退磁610的持續(xù)時間尤其與控制脈沖611的持續(xù)時間相同。在大負載時退磁610的持續(xù)時間在上調(diào)節(jié)時較短，在下調(diào)節(jié)時較長。這是在諧振電容器上隨負載上升的電壓波動的結(jié)果。
優(yōu)選使用一個附加的RC電路使在停歇中的電壓變化曲線603的波動發(fā)生衰減。
在一個持續(xù)時間較長的控制611(較寬控制脈沖)的情況下出現(xiàn)或者疊加控制611和退磁610。在這種情況下，不再有任何停歇。
這里應(yīng)該注意，調(diào)節(jié)區(qū)取決于調(diào)節(jié)電抗器L2的大小L2的電感越小，調(diào)節(jié)范圍越大。
上述諧振變換器特別可以有利地以上述操作或者控制方式用于供電單元，特別是帶有一個電源設(shè)備或者一個開關(guān)電源設(shè)備的供電單元中。優(yōu)選由此使用調(diào)節(jié)回路140影響一個恒定的輸出電壓，或者把上述中性區(qū)上調(diào)節(jié)或者下調(diào)節(jié)到規(guī)定的范圍。
圖7表示帶有諧振變換器的一個開關(guān)電源設(shè)備的框圖。在此把一個輸入信號701變換為一個輸出信號709，最好是將一個交變電壓變換為一個受控直流電壓。輸入信號701輸入到一個帶有網(wǎng)絡(luò)整流和平滑的模決702。模塊702的輸出信號引向諧振變換器703，它包括一個主橋704和一個調(diào)節(jié)橋705。諧振變換器703的輸出信號對應(yīng)于輸出信號709，其中這一輸出信號引向調(diào)節(jié)器706。通過調(diào)節(jié)器706獲得的信號引向一個控制器或者脈沖寬度調(diào)制器707，其中該控制器或者脈沖寬度調(diào)制器707的一個輸出信號影響諧振變換器703的調(diào)節(jié)橋705。另外，提供一個振蕩器708，它既向控制器或脈沖寬度調(diào)制器707又向諧振變換器703的主橋704提供信號。
文獻目錄[1]EP1 303 032 A2[2]US 2003/0147263 A1[3]DE 100 60 169 A權(quán)利要求
1.諧振變換器，具有主橋(110)，其與輸入信號(Vin)連接，轉(zhuǎn)換器(120)，其上可獲取輸出信號(Vout)，諧振回路(130)，調(diào)節(jié)回路(140)，其中，轉(zhuǎn)換器(120)與主橋(110)和諧振回路(130)連接，諧振回路(130)進一步與主橋(110)和調(diào)節(jié)回路(140)連接，調(diào)節(jié)回路(140)進一步與主橋(110)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的諧振變換器，其中，主橋(110)包括一個第一開關(guān)(V1)和一個第二開關(guān)(V2)，它們彼此串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的諧振變換器，其中，串聯(lián)連接的第一開關(guān)(V1)和第二開關(guān)(V2)的末端與輸入信號(Vin)和諧振回路(130)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3之一的諧振變換器，其中，在串聯(lián)連接的第一開關(guān)(V1)和第二開關(guān)(V2)之間的中點(漏極1)與轉(zhuǎn)換器(120)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中之一的諧振變換器，其中，第一開關(guān)(V1)和/或第二開關(guān)(V2)是電子開關(guān)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，調(diào)節(jié)回路(140)包括一個調(diào)節(jié)橋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的諧振變換器，其中，調(diào)節(jié)橋包括一個第三開關(guān)(V3)和一個第四開關(guān)(V4)，它們彼此串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的諧振變換器，其中，串聯(lián)連接的第三開關(guān)(V3)和第四開關(guān)(V4)的末端與主橋(110)和諧振回路(130)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8之一的諧振變換器，其中，在串聯(lián)連接的第三開關(guān)(V3)和第四開關(guān)(V4)之間的中點(漏極3)通過一個調(diào)節(jié)電抗器(L2)與諧振回路(130)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中之一的諧振變換器，其中，第三開關(guān)(V3)和/或第四開關(guān)(V4)是電子開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5和/或10的諧振變換器，其中，電子開關(guān)是三極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場交應(yīng)晶體管、閘流管或者IGBT。
12.根據(jù)權(quán)利要求5、10或11中之一的諧振變換器，其中，對每一開關(guān)分別并聯(lián)設(shè)置一個自振蕩二極管。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，轉(zhuǎn)換器(120)包括至少一個線圈(202，203，204)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，轉(zhuǎn)換器(120)包括至少一個變壓器(202，203，204)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，轉(zhuǎn)換器(120)具有一個初級回路(202)和一個次級回路(203，204)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的諧振變換器，其中，初級回路(202)設(shè)置在主橋(110)和諧振回路(130)之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16之一的諧振變換器，其中，通過次級回路(203，204)可獲取輸出信號(Vout)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，諧振回路(130)具有至少一個線圈(L1)和/或至少一個電容器(C1，C2)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，諧振回路(130)具有兩個串聯(lián)連接的電容器(C1，C2)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的諧振變換器，其中，串聯(lián)連接的電容器(C1，C2)的末端分別與主橋(110)和調(diào)節(jié)回路(140)連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20之一的諧振變換器，其中，在串聯(lián)連接的電容器(C1，C2)之間的中點(Vres)經(jīng)由一個諧振電抗器(L1)與轉(zhuǎn)換器(120)相連接。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的諧振變換器，其中，在串聯(lián)連接的電容器(C1，C2)之間的中點(Vres)與調(diào)節(jié)回路(140)相連接。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，輸入信號(Vin)分別與主橋(110)、諧振回路(130)和調(diào)節(jié)回路(140)連接。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，輸入信號借助于至少一個輸入電容器(201)被平滑。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，輸入信號(Vin)是輸入電壓。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，輸出信號(Vout)是輸出電壓。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器，其中，輸出信號(Vout)在轉(zhuǎn)換器(120)之后借助于至少一個二極管(101，102)被整流，并最好借助于至少一個輸出電容器(103)被平滑。
28.用于調(diào)節(jié)或控制根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的諧振變換器的方法，其中，在一個可預(yù)定的第一區(qū)域內(nèi)不控制調(diào)節(jié)回路(140)。
29.用于調(diào)節(jié)或控制根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求7特別是結(jié)合權(quán)利要求1到27中任意的另一個權(quán)利要求的諧振變換器的方法，其中，-確定在第一開關(guān)(V1)和第二開關(guān)(V2)之間的一個電壓變化曲線(漏極1)，-第三開關(guān)(V3)基本與電壓變化曲線(漏極1)的一個上升的電壓緣同時關(guān)斷。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，第三開關(guān)(V3)基本在電壓變化曲線(漏極1)的一個上升的電壓緣之前接通。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或者30之一的方法，其中，第四開關(guān)(V4)基本與電壓變化曲線(漏極1)的一個下降的電壓緣同時關(guān)斷。
32.根據(jù)權(quán)利要求29到31中之一的方法，其中，第四開關(guān)(V4)基本在電壓變化曲線(漏極1)的一個下降的電壓緣之前接通。
33.根據(jù)權(quán)利要求29到32中之一的方法、用于上調(diào)節(jié)輸出信號(Vout)對輸入信號(Vin)的電壓比。
34.用于調(diào)節(jié)或控制根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求7特別是結(jié)合權(quán)利要求1到27中任意的另一個權(quán)利要求的諧振變換器的方法，其中，-確定在第一開關(guān)(V1)和第二開關(guān)(V2)之間的一個電壓變化曲線(漏極1)，-第三開關(guān)(V3)基本與電壓變化曲線(漏極1)的一個下降的電壓緣同時關(guān)斷。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中，第三開關(guān)(V3)基本在電壓變化曲線(漏極1)的一個下降的電壓緣之前接通。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或者35之一的方法，其中，第四開關(guān)(V4)基本與電壓變化曲線(漏極1)的一個上升的電壓緣同時關(guān)斷。
37.根據(jù)權(quán)利要求34到36中之一的方法，其中，第四開關(guān)(V4)基本在電壓變化曲線(漏極1)的一個上升的電壓緣之前接通。
38.根據(jù)權(quán)利要求34到37中之一的方法、用于下調(diào)節(jié)輸出信號(Vout)對輸入信號(Vin)的電壓比。
39.帶有根據(jù)權(quán)利要求1到27中之一的諧振變換器的開關(guān)電源設(shè)備。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的帶有一個諧振變換器的開關(guān)電源設(shè)備，其中所述諧振變換器使用根據(jù)權(quán)利要求28和/或29到33和/或34到38中之一的方法操作。
全文摘要
提供一個帶有主橋的諧振變換器，所述主橋與一個輸入信號連接。該諧振變換器包括一個轉(zhuǎn)換器，在該轉(zhuǎn)換器上可獲取一個輸出信號；還包括一個諧振回路和一個調(diào)節(jié)回路。其中轉(zhuǎn)換器與主橋和諧振回路連接，諧振回路進一步與主橋和調(diào)節(jié)回路連接，調(diào)節(jié)回路進一步與主橋連接。
文檔編號H02M3/335GK1747300SQ200510113219
公開日2006年3月15日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者海尼爾·弗里德里克, 博恩德·法伊弗 申請人:普爾有限公司