[发明专利]虚拟参数高压侧MOSFET驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域。更具体而言，本发明涉及仅初级受控的准谐振转换器。

背景技术

多年来已经发展了若干种功率转换器拓扑，其旨在改善功率转换器的功率密度和切换效率。新的转换器拓扑的新兴焦点是提供用以减小或消除转换器切换损耗同时增大切换频率的手段。更低损耗和更高切换频率意味着更高效的转换器，更高效的转换器可以减小转换器部件的尺寸和重量。附加地，随着诸如由脉冲宽度调制(PWM)操作的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高速复合半导体开关的引入，最近的正激式(forward)和反激式(flyback)拓扑现在能够在提高很多的切换频率(诸如像高达1.0MHz)操作。

然而，切换频率的增大会导致切换和部件应力相关损耗的相应增大，以及由于半导体开关在高电压和/或高电流水平的快速切换的原因，导致增大的电磁干扰(EMI)、噪声和切换换向问题。此外，现代电子部件被预期在小空间中高效地执行多个功能，并且具有最小的不期望副作用。比如，提供相对高功率密度和高切换频率的传统电压转换器还应包括整齐有序的电路拓扑，提供输出或″负载″电压与输入或″源″电压的隔离，并且还提供可变的升压或降压电压变换。

在减小或消除切换损耗和减小EMI噪声的努力中，″谐振″或″软″切换技术的使用已经在本领域中被更多地采用。谐振切换技术应用到传统功率转换器拓扑提供了许多针对高密度和高频率的许多优点从而减小或消除切换应力并且减小EMI。然而，提供对功率开关的控制所需要的复杂性以及与该复杂控制关联的部件形成了在商业应用中的有限使用。

在减小或消除切换损耗和减小高切换频率造成的EMI噪声的努力中，更多地采用″谐振″或″软″切换技术。谐振切换技术通常包括与半导体开关串联的电感器-电容器(LC)子电路，该电感器-电容器(LC)子电路在被启用时在转换器内形成谐振子电路。另外，在切换周期期间对谐振开关的控制周期计时以用各自跨过转换器部件的特定电压和电流条件来对应，这允许在零电压和/或零电流条件下切换。零电压切换(ZVS)和/或零电流切换(ZCS)固有地减小或消除许多频率相关切换损耗。使用谐振切换技术已经形成了若干个功率转换器拓扑，例如像是Telefus等人的美国专利5,694,304，题为″High Efficiency Resonant Switching Converters″(Telefus)，其通过引用结合于此；Henze等人的美国专利5,057,986，题为″Zero Voltage Resonant Transition Switching Power Converter″(Henze)，其通过引用结合于此；Jitaru的美国专利5,126,931，题为″Fixed Frequency Single Ended Forward Converter Switching at Zero Voltage″(Jitaru)，其通过引用结合于此；以及Archer的美国专利5,177,675，题为″Zero Voltage，Zero Current，Resonant Converter″(Archer)，其通过引用结合于此。

具体而言，Henze描述用于在诸如1.0MHz或更大的非常高切换频率操作的单端DC-DC反激式拓扑。在Henze中，多个脉冲宽度调制(PWM)开关被用于实现零电压谐振转换开关。Jitaru特别描述了采用零电压和/或零电流谐振技术的已知正激式和/或反激式转换器拓扑的变型。Jitaru特别描述使用谐振切换技术来在恒定频率操作的正激式转换器拓扑。Archer描述在谐振反激式拓扑中的、使用与主变压器的初级或次级绕组并联插入的谐振变压器组件的零电压和零电流切换技术。

这种谐振切换技术向传统功率转换器拓扑的应用，提供了针对高密度、高频率转换器的许多优点，诸如准正弦电流波形，转换器的电子部件上减小的或消除的切换应力，减小的频率依赖损耗，和/或减小的EMI。然而，在控制零电压切换和/或零电流切换期间引起的能量损耗，以及在驱动和控制谐振装置期间引起的损耗仍然成问题。比如，一些研究人员已经结合谐振转换器电路实施有源箝位电路，从而在减小其许多副作用的同时实现高频率切换的益处。参考例如上文通过引用而被结合的授予Telefus的美国专利。