[实用新型]零电压切换谐振逆变器的控制电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种谐振逆变器的控制电路，且特别涉及一种零电压切换谐振逆变器的控制电路。

背景技术

大尺寸液晶显示器因制作成本及电源转换效率要求，其冷阴极荧光灯逆变器多采用LIPS架构，LIPS为LCD Integrated Power Supply的简称。LIPS架构直接由功率因数修正电路输出典型值400V高压的直流电压供电给冷阴极荧光灯逆变器。在这种高压输入情况下，使逆变器的功率开关具备零电压切换及/或零电流切换特性，将可有效降低开关的切换损失。逆变器通常采用谐振方式产生谐振电压和电流以提供开关切换所需的零电压及/或零电流，这种逆变器称为谐振逆变器。图1为一种现有的采用LIPS架构的冷阴极荧光灯逆变器的电路图，此冷阴极荧光灯逆变器为一种具备零电压切换特性的谐振逆变器(以下简称为零电压切换谐振逆变器)，而图2为图1所示冷阴极荧光灯逆变器的开关电路的信号波形图。请同时参照图1及图2，冷阴极荧光灯逆变器1接收典型值为400V高压的直流电压Vdc，并将其转成弦波形式的交流电压Vac以驱动冷阴极荧光灯2。

冷阴极荧光灯逆变器1包括开关电路11、变压器12以及谐振电路。在本例中，开关电路11采用半桥式开关电路架构，其包括两个由N通道金属氧化物半导体场效应晶体管所实现的功率开关111和112，在开关两端之间存在极间电容器113和114以及体二极管(body diode)115和116，其中体二极管115和116与开关111和112反并接以提供电流Ids1和Ids2反向流通路径。变压器12包括一次侧的线圈121、二次侧的线圈122及漏电感器123。谐振电路采用串联谐振并联负载架构，其包括漏电感器123以及电容器131串联耦接于变压器12的二次侧线圈122两端之间，而电容器131与作为负载的冷阴极荧光灯2并联耦接。

控制信号Vg1和Vg2在两功率开关111和112上形成栅源极电压Vgs1和Vgs2，进而控制两功率开关111和112交替地导通，将输入的直流电压Vdc切成方波形式的交流电压Vp1，其中控制信号Vg1和Vg2的频率(或切换频率)fs决定交流电压Vp1的频率为fs。交流电压Vp1接着经过变压器12升压以及谐振电路进行谐振后变成弦波形式的交流电压Vac并驱动冷阴极荧光灯2。由于漏电感器123的电感值及电容器131的电容值决定谐振电路的谐振频率fr，且谐振电路依据所接收信号的频率(在本例中即切换频率fs)与谐振频率fr的关系而呈现电容性或电感性，因此，设计切换频率fs小于谐振频率fr，使得采用串联谐振并联负载架构的谐振电路呈电感性，进而造成交流电流Ip2落后交流电压Vac一相角差ψ，而交流电流Ip1为变压器12二次侧映射回一次侧的弦波电流，故交流电流Ip1也落后交流电压Vp1一相角差ψ，此相角差ψ就是使功率开关111和112具备零电压切换特性的主要因素。

当控制信号Vg1在高电平而控制开关111导通时，开关111两端跨压Vds1为零，交流电压Vp1为Vdc/2，交流电流Ip1即为开关111电流Ids1。当控制信号Vg1在时间点t1变为低电平而控制开关111断开的瞬间，由于电流必须是连续的，开关111电流Ids1不会瞬间变为零，交流电流Ip1包含开关111电流Ids1及开关112电流(-Ids2)，因此交流电流Ip1会与极间电容器113和114谐振，使导通的开关111两端跨压Vds1线性上升、预导通的开关112两端跨压Vds2线性下降。当开关112两端跨压Vds2在时间点t2跨越零点时，与开关112反并接的体二极管116导通，此时开关112等待控制信号Vg2变为高电平(如在时间点t3)而导通即达成零电压切换。同样地，开关111两端跨压Vds1在时间点t4跨越零点后，开关111等待控制信号Vg1变为高电平(如在时间点t5)而导通即达成零电压切换。开关的切换损失为Pd＝Vds×Ids×fs，而开关111和112因为在导通瞬间两端跨压Vds1和Vds2皆为零，使得开关111和112在导通瞬间的切换损失皆为Pd＝0V×(-Ids)×fs＝0W，所以开关具备零电压切换特性可降低开关因高频切换所产生的切换损失。