[发明专利]LLC谐振转换器的控制器、谐振转换器及包括谐振转换器的控制电路的半导体产品

说明书

本发明涉及用于谐振转换器的专用跳频模式的方法和设备。谐振电力转换器中的用于在轻负载状况期间控制跳频模式操作的方法和半导体装置包括跳频模式控制器电路，跳频模式控制器电路比较对应于二次侧输出电平的反馈信号与参考电压，以确定何时调用跳频模式。当进入跳频模式时，跳频模式控制器通过导通下开关达延长时间来停止开关，以保持谐振电容器被部分充电。在重新开始开关时，下开关首先导通以驱动电流通过电感，并且使用不对称开关，在不对称开关中，上开关最开始导通达较短时段以允许进行零电压开关。如果负载增加，则上开关和下开关的导通时间会趋于一致且重新开始传统的对称开关。

技术领域

本公开总体上涉及利用开关模式谐振电力转换进行电力转换和调节的电路、装置和方法，并且更具体地，涉及在轻负载或无负载的状况下当在谐振转换器中使用跳频(skip)技术时减小开关损耗。

背景技术

开关模式电源用在各种各样的家用电器和工业电器中，这些电器需要经调节的直流(DC)电压用于其操作。存在各种各样使用PWM(脉冲宽度调制)或PFM(脉冲频率调制)控制来调节输出电压的已知DC-DC转换器拓扑(topology)。

一种类型的DC-DC转换器拓扑是谐振开关模式电力转换器。包括在谐振开关模式电力转换器控制器中的使用PFM的谐振转换器利用谐振性质在闭环中提供自然软开关(natural soft switching)来调节输出。使用PFM的谐振转换器感测电源输出并且通过变化开关频率来控制它。使用PFM的谐振转换器的优点在于，利用自然软开关，相比于非谐振电力转换器拓扑，开关损耗减小。另一个优点在于，使用PFM的谐振转换器可被设计成在较小封装尺寸中以较高频率操作。

在各种谐振开关模式电力转换器之中，近来年逐渐变得普及的是高频(HF)变压器隔离LLC转换器。LLC谐振转换器利用两个电感器和电容器之间的谐振来提供自然软开关。LLC谐振转换器通过利用HF变压器的磁化电感和漏电感作为其谐振组件的一部分，节省了成本和尺寸。一些谐振转换器的一个缺点在于，所需的大范围频率控制的结果是更复杂的电磁干扰(EMI)滤波器设计。然而，利用LLC谐振转换器的增益特性，可用窄带频率控制来实现输出调节。

为了与低频(例如，60Hz或50Hz)交流(AC)网络进行交互，DC-DC LLC谐振转换器需要AC-DC前级。通过不断尝试保存能量，对于电力转换器中的整体效率、低负载/无负载和待机功耗而言，有日益严格的强制性标准。

在LLC谐振转换器中减少低负载和无负载状况下的电力损耗的一种已知方法是一般被称为跳频(skip)模式或突发(burst)模式的操作模式，该模式涉及在低负载和无负载状况期间的时段内停止开关动作。基本上，停止电力开关的开关达一定时段，从而允许输出电压略微下降，然后立刻重新开始(resume)开关，以“突发”地刷新输出电压。因此，在低负载或无负载状况期间，开关动作存在周期性或临时性(occasional)的突发。然而，具有跳频或突发模式的已知LLC谐振转换器在不对主电路状态进行任何考虑的情况下简单地停止开关并且重新开始开关。假定谐振电容器可处于随机的充电状态，简单地重新开始开关操作可导致通过开关的高电流瞬变，而非谐振转换器正常操作下的典型软开关。

因此，需要轻负载状况下在谐振转换器中以跳频模式重新开始开关操作时降低开关损耗的方法和设备。

附图说明

在附图的各个视图中相似的附图标记指相同或功能类似的元件，连同以下具体说明书被并入并且形成说明书的一部分，以进一步示出包括要求保护的本发明的构思的实施例并且说明这些实施例的各种原理和优点。

图1是根据一些实施例的包括控制器的LLC谐振转换器的框图。

图2示出根据一些实施例的谐振电力转换器中的用于控制跳频模式操作的跳频模式控制电路的电路框图。

图3是根据一些实施例的跳频模式操作的方法的第一部分的流程图。