[发明专利]开关调节器及其控制设备

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请基于2011年7月7日提交的日本专利申请No.2011-150974并要求其优先权，该申请的内容通过引用结合于此。 

技术领域

本发明涉及开关调节器以及开关调节器的控制设备，具体地涉及在启动或负载快速变化时抑制硬开关和短路电流的发生的开关调节器以及开关调节器的控制设备。 

背景技术

实现高效率和低噪声的现有开关调节器包括通过使用串联连接的电感和电容的谐振操作来进行软开关的电流谐振型开关调节器。 

图12示出一般采用的电流谐振型开关调节器的构造示例。 

该调节器具有串联连接的高侧开关Qa和低侧开关Qb以构成并联连接到DC（直流）电源Ed的开关电路。开关Qa和Qb具有反并联连接到相应开关的内置体二极管Da和Db。由变压器T的初级绕组P1和谐振电容器Cr构成的串联连接电路并联连接到低侧开关Qb。串联连接的谐振电路由变压器T的漏电感和谐振电容器Cr构成。 

变压器T的次级绕组S1和S2连接到包括二极管D1和D2、以及平滑电容器Co的全波整流和平滑电路。负载Ro连接到全波整流和平滑电路。全波整流和平滑电路的输出侧还连接到用于开关Qa和Qb的导通-截止（ON-OFF）控制的电路，该电路包括误差放大电路1、电压控制振荡电路（VCO）2、控制电路3、以及驱动电路4。 

该开关调节器设置其中开关Qa和Qb两者都处于截止状态的时滞（dead time），且这些开关以约50%的占空比交替地重复导通和截止操作。电流谐振操作在包括谐振电容器Cr、以及变压器T的初级绕组P1及次级绕组S1和S2的漏电感的电路中发生，从而进行从变压器T的初级侧到次级侧的电力传输。 来自变压器T的次级侧的输出被二极管D1和D2整流，并且通过平滑电容器Co变得平滑，从而传送DC输出电压。该输出电压由误差放大电路1检测。电压控制振荡电路2控制其与该输出电压相对应的振荡频率。控制电路3和驱动电路4进行两个开关Qa和Qb的交替导通-截止控制。由此，使该输出电压稳定。 

电流谐振型开关调节器的优点之一在于，该调节器通过使用开关Qa和Qb的体二极管Da和Db来进行软开关。在高侧开关Qa处于截止状态而低侧开关Qb处于导通状态（其中电流I_Qb沿着图12中的箭头方向流经开关Qb）的状态中，如果从该状态起低侧开关Qb截止，则已在开关Qb中流动的电流I_Qb变成流经高侧开关Qa的体二极管Da。由于在电流在体二极管Da中流动期间开关Qa和开关Qb之间的电压Vs约为DC电源Ed的电压Vi，因此即使开关Qa导通，开关Qa两端的电压也不会快速地变化。由此，实现零电压开关（ZVS）。类似地，当将已在高侧开关Qa中流动的电流I_Qa转移到低侧开关Qb的体二极管Db时，开关Qa和开关Qb之间的电压Vs变为约为地电位。因此，如果在电流在体二极管Db中流动期间开关Qb导通，则开关Qb两端的电压不会快速地变化，从而实现零电压开关。 

然而，如果在开关Qa和开关Qb之间的电压Vs是电源Ed的电压Vi和地电位之间的某一电压的时刻开关Qa或开关Qb导通，则该开关是硬（hard）开关。在此情形中，出现经由开关Qa或开关Qb的电流以及开关Qa或开关Qb两端的电压的快速变化。这导致噪声的生成、以及开关Qa或开关Qb处电力损失的增加。另外，如果在电流经过开关Qa的体二极管Da期间低侧开关Qb导通，则在体二极管Da的恢复时间短路电流经由体二极管Da从DC电源Ed流向开关Qb。该短路电流可以是导致开关Qa和Qb毁坏的瞬时强（heavy）电流。 

已提出了一些建议来应对硬开关和短路电流。专利文献1公开了其中通过检测经由谐振电路的电流来检测经由体二极管的电流流动的状态、并且在检测该状态期间不会生成使两个开关中的任一个导通或截止的驱动信号的电源。专利文献2公开了不会生成短路电流的电源。在该电源中，紧接在启动之后将低侧开关的导通信号的导通宽度控制为相对较长，从而在流经低侧开关的电流为负的时间段期间抑制高侧开关的导通。专利文献3公开了其中紧接在启动之后只有高侧开关导通和截止的电源。在谐振电容器变成允许正常谐振操作的电平之后，进行使用两个开关的开关操作。专利文献4公开了可通过直接检测在两 个开关之间的点处的电压来处理硬开关和短路电流两者的设备。专利文献5公开了通过检测在两个开关之间的点处的电压来应对短路电流的电源。 

[专利文献1] 

日本未经审查的专利申请公开No.2005-051918 

[专利文献2] 

日本未经审查的专利申请公开No.2010-004596