專利名稱：自適應(yīng)性諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源電路，特別涉及具有取決于輸出變壓器的漏磁電感的第一諧振頻率和取決于電路的電源MOSFET的柵源電容和激勵變壓器的漏磁電感的第二諧振頻率的電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
為了在音頻應(yīng)用和其他多種電子應(yīng)用中提供電源，使用在本領(lǐng)域中已知的如諧振DC至DC電源轉(zhuǎn)換器的電源轉(zhuǎn)換裝置。一種廣泛使用的類型的諧振轉(zhuǎn)換器是眾所周知的D類電源轉(zhuǎn)換器。
D類轉(zhuǎn)換器通過響應(yīng)于方波開關(guān)信號交替開關(guān)一對電源MOSFET(金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)來操作。從MOSFET來的電流通過諧振電容器和高頻變壓器的一次線圈繞組，所述高頻變壓器有效地將脈沖的高電壓MOSFET輸出轉(zhuǎn)換成適當?shù)妮^低輸出電壓。高頻變壓器二次線圈的輸出被整流、濾波，以提供多種電子應(yīng)用的適當大小的平緩DC電壓。
在理想的條件下，因為在通過MOSFET的電流為零時，定時到MOSFET的開關(guān)信號斷開每個MOSFET，并且在跨MOSFET的電壓為零時定時到MOSFET的開關(guān)信號接通每個MOSFET，所以諧振電源轉(zhuǎn)換器具有良好的熱效率。在理想條件下，以50％的占空度開關(guān)每個MOSFET。然而，在非理想的條件中，隨著輸入電壓變化，一般改變開關(guān)占空度以提供電壓調(diào)節(jié)。占空度中的變化使得MOSFET中的至少一個在攜帶非零電流時斷開，或在帶有非零電壓時接通，從而引起熱損失。
Stewart等的美國專利No.5,986,895公開了在諧振電源轉(zhuǎn)換器中，在非理想條件下，保持MOSFET的零電流開關(guān)的一種方法。該方法測定變壓器的一次電流和輸出電壓，并且使用數(shù)字邏輯，修改MOSFET的開關(guān)信號。這樣設(shè)計數(shù)字邏輯，使得即使在如不對稱的占空度的非理想條件下，修改的開關(guān)信號在零電流時開關(guān)MOSFET。
如Sewart等的專利公開的方法的數(shù)字“強力(brute force)”方法，要求幾個設(shè)計上的折衷，其中包括提高關(guān)于電路板或芯片的實際品級。另外，為了將這樣的數(shù)字系統(tǒng)置于諧振電源轉(zhuǎn)換器中緊密靠近高頻開關(guān)組件，顯著增加了組件布置的附加設(shè)計時間和復(fù)雜性。這些缺點的每一個顯著增加了使用這項技術(shù)的任何電源轉(zhuǎn)換器的成本，這使得對很多應(yīng)用來說使用這些轉(zhuǎn)換器過于昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示范實施例的自適應(yīng)性諧振開關(guān)電源系統(tǒng)在兩個諧振頻率下操作。第一頻率取決于輸出變壓器的漏磁電感和電容器。第一頻率隨著負荷的改變變化，因為負荷改變使得漏磁電感改變。在本發(fā)明示范實施例中，在負荷電流約在轉(zhuǎn)換器的最大負荷值的10％以上時將第一頻率用作電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。
第二諧振頻率取決于在電路中兩個MOSFET電源裝置的柵源電容和電路激勵變壓器的漏磁電感。在示范的實施例中，負荷降低到約全負荷值的10％以下時將第二諧振頻率用作電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。
激勵變壓器包括一對驅(qū)動線圈和測定線圈。測定線圈測定在輸出變壓器二次電路中的負荷電流。設(shè)置驅(qū)動線圈驅(qū)動180度相位差的一對MOSFET。在取決于負荷的區(qū)域操作(最大負荷值的10％以上)時，負荷電流的倒相導致對MOSFET驅(qū)動的倒向，以致不管實際的負荷電抗如何，總是保持無交叉導電的零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)。在示范實施例中，柵源電容成為基頻振蕩器的部分(在約10％最大負荷值以下)。根據(jù)本發(fā)明的特別設(shè)計的電流測定變壓器驅(qū)動兩個電源MOSFET，以致柵極電荷在這兩個MOSFET(從一個到另一個)之間振蕩，從而即使在無負荷條件下，即在無二次負荷電流的情況下，MOSFET總是工作。因此，本發(fā)明使得電力耗損最小，允許設(shè)計很小和有效的開關(guān)電源變壓器。
本發(fā)明的特征在于電源轉(zhuǎn)換器具有取決于負荷電抗的第一諧振頻率。根據(jù)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的諧振頻率的改變依據(jù)在負荷電容或電感的改變而發(fā)生，致使頻率與電感和電容乘積的平方根成反比。另外，選擇輸出變壓器的鐵心材料使得它的相對磁導率隨著負荷電流的增加、漏磁電感的降低和頻率的升高而降低。能夠選擇外部電容和電感按照要求設(shè)定初始頻率。
因為電源轉(zhuǎn)換器總是在它的最高諧振頻率工作，所以依據(jù)負荷的頻率比由MOSFET柵源電容和激勵變壓器的電感決定的基頻高是重要的。
因此，本發(fā)明的特征在于，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器在零負荷電流時間開關(guān)。由于在開關(guān)瞬間沒有電流，所以電能(IR)損失極低。本發(fā)明的特征是90％或更高的效率和在無最小負荷下工作。
本發(fā)明的示范實施例包括具有柵極激勵變壓器的自適應(yīng)諧振電源轉(zhuǎn)換器。柵極激勵變壓器包括第一測定一次繞組、第一二次繞組和第二二次繞組。該示范實施例還包括第一MOSFET和第二MOSFET，第一MOSFET具有連接到第一二次繞組的柵極，第二MOSFET具有連接到第二二次繞組的柵極。第一和第二MOSFET彼此跨直流輸入源串聯(lián)，并在第一MOSFET源極和第二MOSFET漏極上它們之間形成公共的MOSFET節(jié)點。輸入電容器跨直流輸入源連接。輸入電容器具有連接到第一MOSFET漏極的第一電容器節(jié)點，和連接到第二MOSFET源極的第二電容器節(jié)點。
示范實施例還包括具有一次繞組和第二諧振輸出繞組的主變壓器。主變壓器一次繞組連接在公共MOSFET節(jié)點和第二電容器接點之間。第一諧振輸出繞組的第一抽頭連接到第一測定一次繞組的第一抽頭。第一諧振輸出繞組的第二抽頭連接到第一負荷的第一負荷終端。第一測定一次繞組的第二抽頭連接到第一負荷的第二負荷終端。
在示范實施例中，柵極激勵變壓器還包括與一對并行限壓二極管并聯(lián)的保護二極管繞組，限壓二極管具有相反取向。補償電容器能夠連接在每個MOSFET的柵極和源極之間，提供與第一二次和第二二次繞組的諧振振蕩。阻尼電阻器能夠串聯(lián)在MOSFET柵極的每一個和在柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)的二次繞組之間。
因為高效率，本發(fā)明的特征還在于低的熱損失，因此，需要小的散熱器。結(jié)果，對于一定額定功率，采用根據(jù)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的裝置能夠設(shè)計為帶有較小的較廉價的封裝。
因為零電流開關(guān)，本發(fā)明也具有很低的射頻干擾(RFI)輻射，并且本發(fā)明的特征是，變壓器比現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中使用的變壓器具有較小的體積和較輕重量。
本發(fā)明也很少需要制造困難的高頻電路板布置。例如，在本發(fā)明中的電路板布置較非諧振設(shè)計不苛刻，能夠在本發(fā)明中使用的電路板的構(gòu)成不苛刻。因此制造容易，成本降低。
根據(jù)本發(fā)明，由于諧振頻率作為負荷的函數(shù)改變，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器具有快速動態(tài)響應(yīng)性，本發(fā)明也有在聲頻應(yīng)用中的優(yōu)點。


結(jié)合附圖，通過以下示范實施例的詳細說明將更好地理解本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點。
圖1是根據(jù)本發(fā)明示范實施例的驅(qū)動交流(AC)負荷的諧振電源系統(tǒng)示意電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明替代實施例的驅(qū)動直流(DC)負荷的諧振電源系統(tǒng)示意電路圖；圖3至5是根據(jù)本發(fā)明替代實施例驅(qū)動一個或多個附加負荷的諧振電源系統(tǒng)電路示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明替代實施例具有單一輸入電容器的諧振電源系統(tǒng)示意電路圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明替代實施例包括可選的補償電容器和阻尼電阻器的諧振電源系統(tǒng)示意電路圖。
具體實施例方式
參照附圖1說明本發(fā)明示范實施例。柵極激勵變壓器14包括鐵心22，一次線圈24，兩個二次線圈20和18，和輔助線圈7。一次線圈24連接在負荷和變壓器36的二次之間。第一二次線圈20連接在第一MOSFET 10的柵和源極之間，二次線圈18連接在第二MOSFET 12的柵極和源極之間。輔助線圈7跨一對整流器二極管80和90連接。通過橋整流器34從AC輸入32來的整流的電源連接在第二MOSFET 12的源極和第一MOSFET 10的漏極之間。一對電容器30和28彼此串聯(lián)并且跨整流的電源輸入與MOSFET并聯(lián)。第一MOSFET 10的源極在公共節(jié)點38連接到第二MOSFET 12的漏極。測定器線圈24包括在柵極激勵變壓器14的一次繞組中。測定器線圈24與負荷26串聯(lián)。測定器線圈24和負荷26跨第二變壓器36的二次繞組連接。第二變壓器36的一次繞組的一個抽頭連接到公共節(jié)點38。第二變壓器36的一次繞組的另一個抽頭連接到在兩個電容器30和28之間的節(jié)點。
在示范實施例中，根據(jù)本發(fā)明的諧振開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器使用變化的頻率。作為振蕩元件，與由二次線圈20和18形成的電感結(jié)合使用電源MOSFET 10和12的固有柵源電容。下面稱為基頻的一個諧振頻率僅取決于柵極激勵變壓器14的漏感和電源MOSFET 10和12的固有柵源電容。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，根據(jù)公式f＝1/sqrt(4L*1/2C)，這個振蕩器的頻率與二倍的單獨驅(qū)動線圈電感和MOSFET柵源電容的乘積的平方根成反比，這里“f”是以弧度每秒為單位的振蕩器頻率，“L”是以亨利為單位的驅(qū)動線圈電感，“C”是以法拉為單位的MOSFET柵源電容。
下面稱為負荷頻率的另一個諧振頻率僅取決于負荷和變壓器36的等效電路諧振頻率和二次電流。在示范實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器總是在該兩個頻率的較高一個上工作。例如，在負荷電流降低到預(yù)定限以下時，電源轉(zhuǎn)換器在基頻上開關(guān)。在負荷頻率在預(yù)選擇的限以上時，電源以比基頻高的負荷頻率開關(guān)。在正常操作中，在多數(shù)時間電源以負荷頻率開關(guān)，并且與負荷電流同相位開關(guān)，從而使得熱損失最小，效率最大。在電路在負荷頻率操作時，在主變壓器36中的二次電流和在零點交叉開關(guān)驅(qū)動之下，柵極激勵變壓器14驅(qū)動MOSFET。在電源以基頻開關(guān)時，柵極激勵變壓器14也驅(qū)動MOSFET10和12。
特殊設(shè)計柵極激勵變壓器14以強制該兩個電源MOSFET 10和12彼此異相驅(qū)動。在這兩個電源MOSFET之間的諧振產(chǎn)生要求很小驅(qū)動功率的理想的工作條件。這使得在電源中的功率損失最小，產(chǎn)生很高的效率，并且使得電源轉(zhuǎn)換器以無負荷電流工作。
為了正常操作，這樣選擇柵極激勵變壓器14的鐵心材料是重要的，即，通過漏感和MOSFET 10和12輸入電容形成的基頻應(yīng)低于主變壓器36的二次漏感和負荷電抗形成的負荷頻率。另外，對主變壓器36選擇的鐵心材料應(yīng)提供這樣的特性，即，二次漏感隨著較高的磁通密度降低。即，負荷頻率隨著負荷電流的增加而增加。應(yīng)這樣選擇兩個電路的特性，使得基頻和負荷頻率在約最大負荷值的10％時相同，以利于在操作模式之間的平緩交叉轉(zhuǎn)換。
通過響應(yīng)在負荷26的電抗的改變也保持根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源的負荷頻率。例如，在負荷變成更為電感性質(zhì)或電容器性質(zhì)時，則電源的開關(guān)頻率(負荷頻率)降低但是保持零電流開關(guān)特性。通過保持電源開關(guān)頻率與負荷頻率同相，負荷電壓總是與負荷電流同相。從而使得在主變壓器36的鐵心和電源MOSFET 10和12上的功率損失最小。這使得能夠減小根據(jù)本發(fā)明的主變壓器和開關(guān)電源散熱器的尺寸。
輔助線圈7用于與整流器二極管80和90結(jié)合，以限制二次線圈18和20產(chǎn)生的電壓。這通過限制跨MOSFET 10和12的柵極和源極施加的電壓提供了保護。這個特性使得不需要防止MOSFET柵極被電壓擊穿的其他更昂貴的裝置。
需要啟動電路15以啟動在兩個MOSFET之間的基頻振蕩。啟動電路是周知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易的配置如圖1所示的啟動電路15。雖然在此說明的每個實施例中要求啟動電路15，但是為了清楚起見，在圖2至7中未示出該啟動電路。
在此說明的本發(fā)明的示范實施例配置成提供AC輸出。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，通過構(gòu)成替代實施例，對整流DC輸出能夠保持該轉(zhuǎn)換器的所有優(yōu)點。圖2示出一個這樣的替代實施例，其中在輸出變壓器36的二次和負荷之間設(shè)置第一整流器二極管39和適當?shù)臑V波器(未示出)，在二極管的輸出上設(shè)置電容存貯元件40，并且附加第二輸出電路。在該第二輸出電路中，向主變壓器36附加具有與第一輸出繞組47相同匝數(shù)的第二輸出繞組48，向柵極激勵變壓器14附加與第一測定線圈24相同匝數(shù)的第二測定線圈42。除了具有測定線圈42和輸出繞組48的相反極性外，在與第一輸出電路相同的配置中，第二輸出電路與其自己的輸出繞組48和測定線圈42連接。在電容器40上的第一整流器二極管39和變壓器36的第二輸出繞組48之間連接第二整流器二極管41，使得第一39和第二41整流器二極管在相對于負荷26的相同方向取向。從而，第一39和第二41整流器二極管在到主變壓器36的驅(qū)動信號的相反的相位導通。第一24和第二42測定線圈連接到，與第一39和第二41整流器二極管共同連接的端相反的濾波器中的電容存儲貯元件40的端。柵極激勵變壓器14的第二測定線圈42的連接極性是，使得保持對MOSFET 10和12的正常的交變驅(qū)動。
圖3示出本發(fā)明另一個實施例，其中向主變壓器36附加一個或多個輔助負荷線圈100，以向一個或多個附加負荷102提供電源。在此實施例中，第一附加柵極驅(qū)動線圈104附加到主變壓器，并通過電阻器106連接到第一變壓器14中的第二附加柵極驅(qū)動線圈108。
在主變壓器36中的一個或多個輔助負荷線圈100提供從變壓器36來的附加電源抽頭或電壓。在工業(yè)中普遍希望這樣的附加電壓抽頭。從而附加的負荷能夠與驅(qū)動MOSFET開關(guān)控制的主負荷26并聯(lián)地連接到主變壓器。
在主輸出卸載時，即，在零電流流過負荷26時，在這個實施例中使用第一和第二附加柵極驅(qū)動線圈104、108，有效地驅(qū)動連接的附加負荷，驅(qū)動MOSFET柵極。如前所述，在主輸出卸載時，即使認為轉(zhuǎn)換器將在柵極振蕩器頻率工作，在MOSFET之間振蕩的較小的寄生能量不能夠足夠快速轉(zhuǎn)變MOSFET，向附加的負荷提供電源的有效開關(guān)。
在這樣的實施例中，通過向主變壓器和柵極激勵變壓器附加輔助線圈改善效率。這個線圈的功能是向柵極驅(qū)動電路提供附加能量和反饋，以增加MOSFET狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變(遷移)的速度。因為用足夠能量驅(qū)動MOSFET來快速轉(zhuǎn)變并在飽和的操作區(qū)域中(或全接通或全斷開)度過最大時間，從而到達峰值效率。在MOSFET驅(qū)動輔助負荷時，這避免了否則從緩慢轉(zhuǎn)變造成的熱損失。
在一個實施例中，如圖4所示，設(shè)置附加的柵極驅(qū)動線圈104和108和電阻器106，以代替(而不是補充)主負荷26和第一測定線圈24。在這個實施例中，使用接入主變壓器36的相應(yīng)的數(shù)目的線圈(Ln)112能夠?qū)⒁粋€或多個負荷(Zn)110并聯(lián)附加。因為附加的柵極驅(qū)動線圈104、108總是向柵極激勵變壓器14提供反饋，所以能夠在不引起熱損失的情況下斷開任何或所有這些負荷。
如圖5所示，如果需要在所有時間將主負荷26保持接入到電路，在不提供附加柵極驅(qū)動線圈的情況下，根據(jù)本發(fā)明也能夠有效地驅(qū)動附加的負荷。如果保持這樣的限制，附加負荷102能夠接入電路或與從電路斷開，和/或抽取變化或零電流，而不引起MOSFET 10和12中的熱損失。
在向負荷提供AC電源的電路方面說明了在圖3至5中示出的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，能夠以同樣的方式增加附加的柵極驅(qū)動線圈104和108和電阻器106，使得如圖2所示的電路的根據(jù)本發(fā)明的DC電源電路中的附加負荷高效工作。
在圖6所示的本發(fā)明的一些實施例中，在輸入整流器橋34和主變壓器的一次繞組之間只連接單個電容器30。例如，在本發(fā)明提供直到約700W至1000W的功率范圍的應(yīng)用中，如所示的在輸入整流橋34和主變壓器36的一次繞組之間連接的單個電容器30是足夠的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在較高的功率等級也能夠使用大型的單一電容器，但是這樣的電容器的大小通常使得他們的使用不實際。
一般有利的是，隨根據(jù)特定應(yīng)用的電源需要而選擇的各類MOSFET 10和12，使用一種柵極激勵變壓器14。不是設(shè)計具有匹配每個MOSFET特定對的柵極電容的漏感的新的柵極激勵變壓器14，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是這樣成本較低，即，在MOSFET 10和12的柵極和源極之間安裝圖7所示的補償電容器114和116，如上所述，使得補償?shù)臇艠O/源極電容與柵極激勵變壓器的漏感調(diào)諧。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖7所示，能夠在MOSFET 10和12的柵極和柵極激勵變壓器14之間連接阻尼電阻器118和120，阻尼如本領(lǐng)域周知的寄生振蕩。這樣的電阻器通常在約小于一歐姆到大于兩歐姆的范圍。
盡管就向負荷提供AC電源的電路說明了圖6至7所示的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，能夠以同樣方式附加如圖6所示的單個輸入電容器30，如圖7所示的補償電容器116和114和低值電阻器118和120，以提供如圖2所示電路的根據(jù)本發(fā)明的DC電源電路的設(shè)計和制造的靈活性。
盡管就示范的實施例說明了本發(fā)明，但是不偏離本發(fā)明的范圍和精神可以在形式和細節(jié)上作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)性諧振電源轉(zhuǎn)換器，其包括柵極激勵變壓器，包括第一測定一次繞組、第一二次繞組和第二二次繞組；第一MOSFET，具有連接到所述第一二次繞組的柵極；第二MOSFET，具有連接到所述第二二次繞組的柵極；所述第一和第二MOSFET跨直流輸入源彼此串聯(lián)，在所述第一MOSFET源極和所述第二MOSFET漏極上它們之間形成公共的MOSFET節(jié)點；主變壓器，包括一次繞組和第一諧振輸出繞組；輸入電容器，具有連接到所述第一MOSFET漏極的第一電容器節(jié)點和連接到所述主變壓器一次繞組的第二電容器節(jié)點；所述主變壓器一次繞組連接在所述公共MOSFET節(jié)點和所述第二電容器節(jié)點之間；以及其中，所述第一諧振輸出繞組的第一抽頭連接到所述第一測定一次繞組的第一抽頭，所述第一諧振輸出繞組的第二抽頭連接到第一負荷的第一負荷終端，所述第一測定一次繞組的第二抽頭連接到所述第一負荷的第二負荷終端。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述開關(guān)變壓器還包括與一對并行的限壓二極管并聯(lián)的保護二極管繞組，所述限壓二極管具有相反的取向。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括第一整流器二極管，連接在所述第一諧振輸出繞組和所述第一負荷終端之間；第二輸出電路，具有與所述第一諧振輸出繞組相同匝數(shù)的、在所述主變壓器上的第二諧振輸出繞組；在所述柵極激勵變壓器上的第二測定一次繞組，具有與所述第一一次輸出繞組相同的匝數(shù)；其中，所述第二諧振輸出繞組的第一抽頭連接到所述第二測定一次繞組的第一抽頭，所述第二諧振輸出繞組的第二抽頭通過所述第二整流器二極管連接到第一負荷終端，所述第二測定一次繞組的第二抽頭連接到所述第二負荷終端；第二整流器二極管，連接在所述第一負荷終端和所述第二諧振輸出繞組之間，使得所述第一和第二整流器二極管在相對于所述負荷的相同方向中取向；和電容器，連接到所述第一和第二二極管的輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在主變壓器上的相應(yīng)的附加諧振輸出繞組連接的一個或多個附加負荷，其中要求所述第一負荷保持在閉路中與所述第一諧振輸出繞組和所述第一測定一次繞組連接。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷；以及在所述主變壓器上的專用諧振輸出繞組，所述專用諧振輸出繞組可操作地連接到在所述柵極激勵變壓器上的相應(yīng)的專用一次測定繞組。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括補償電容器，所述補償電容器連接在每個MOSFET的柵極和源極之間，提供與所述第一二次繞組和所述第二二次繞組的諧振振蕩。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，還包括阻尼電阻，所述阻尼電阻在所述MOSFET柵極的每一個和在所述柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)的二次繞組之間串聯(lián)。
8.一種自適應(yīng)性諧振電源轉(zhuǎn)換器，其包括柵極激勵變壓器，包括第一測定一次繞組、第一二次繞組和第二二次繞組；第一MOSFET，具有連接到所述第一二次繞組的柵極；第二MOSFET，具有連接到所述第二二次繞組的柵極；所述第一和第二MOSFET跨直流輸入源彼此串聯(lián)，在所述第一MOSFET源極和所述第二MOSFET漏極上它們之間形成公共的MOSFET節(jié)點；輸入電容器，跨所述直流輸入源連接，具有連接到所述第一MOSFET漏極的第一電容器節(jié)點和連接到所述第二MOSFET源極的第二電容器節(jié)點；主變壓器，包括一次繞組和第一諧振輸出繞組；所述主變壓器一次繞組連接在所述公共MOSFET節(jié)點和所述第二電容器節(jié)點之間；其中，所述第一諧振輸出繞組的第一抽頭連接到所述第一測定一次繞組的第一抽頭，所述第一諧振輸出繞組的第二抽頭連接到第一負荷的第一負荷終端，所述第一測定一次繞組的第二抽頭連接到所述第一負荷的第二負荷終端；其中，所述柵極激勵變壓器還包括保護二極管繞組，所述保護二極管繞組與一對并行限壓二極管并聯(lián)，所述限壓二極管具有相反的取向；補償電容器，連接在每個MOSFET的柵極和源極之間，提供與所述第一二次繞組和第二二次繞組的諧振振蕩；和阻尼電阻，串聯(lián)連接在所述MOSFET柵極的每一個和在所述柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)二次繞組之間。
9.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在主變壓器上的相應(yīng)的附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷，其中要求所述第一負荷保持在閉路中與所述第一諧振輸出繞組和所述第一測定一次繞組連接。
10.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷；以及在所述主變壓器上的專用諧振輸出繞組，所述專用諧振輸出繞組可操作地連接到在所述柵極激勵變壓器上的相應(yīng)的專用一次測定繞組。
11.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，還包括補償電容器，所述補償電容器在每個MOSFET的柵極和源極之間連接，提供與所述第一二次繞組和所述第二二次繞組的諧振振蕩。
12.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，還包括阻尼電阻器，所述阻尼電阻器在所述MOSFET柵極的每一個和在所述柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)的二次繞組之間串聯(lián)。
13.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述開關(guān)變壓器還包括保護二極管繞組，所述保護二極管繞組與一對并行限壓二極管并聯(lián)，所述限壓二極管具有相反的取向。
14.一種自適應(yīng)性諧振電源轉(zhuǎn)換器，其包括柵極激勵變壓器，包括第一測定一次繞組、第一二次繞組和第二二次繞組；第一MOSFET，具有連接到所述第一二次繞組的柵極；第二MOSFET，具有連接到所述第二二次繞組的柵極；所述第一和第二MOSFET跨直流輸入源彼此串聯(lián)，在所述第一MOSFET源極和所述第二MOSFET漏極上它們之間形成公共的MOSFET節(jié)點；第一和第二輸入電容器，跨所述直流輸入源彼此串聯(lián)，它們之間形成公共電容器節(jié)點；主變壓器，包括一次繞組和第一諧振輸出繞組；所述一次繞組連接在所述公共MOSFET節(jié)點和所述公共電容器節(jié)點之間；以及其中，所述第一諧振輸出繞組的第一抽頭連接到所述第一測定一次繞組的第一抽頭，所述第一諧振輸出繞組的第二抽頭連接到第一負荷的第一負荷終端，所述第一測定一次繞組的第二抽頭連接到所述第一負荷的第二負荷終端。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，還包括第一整流器二極管，連接在所述第一諧振輸出繞組和所述第一負荷終端之間；電容器，所述電容器從所述第一負荷終端到所述第二負荷終端跨所述負荷連接；第二輸出電路，具有與所述第一諧振輸出繞組相同匝數(shù)的在所述主變壓器上的第二諧振輸出繞組；在所述柵極激勵變壓器上的第二測定一次繞組，具有與所述第一一次輸出繞組相同的匝數(shù)；其中，所述第二諧振輸出繞組的第一抽頭連接到所述第二測定一次繞組的第一抽頭，所述第二諧振輸出繞組的第二抽頭通過所述第二整流器二極管連接到第一負荷終端，所述第二測定一次繞組的第二抽頭連接到所述第二負荷終端；第二整流器二極管，在所述第一負荷終端和所述第二諧振輸出繞組之間連接，使得所述第一和第二整流器二極管在相對于所述負荷的相同方向中取向。
16.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)的附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷，其中要求所述第一負荷保持在閉路中與所述第一諧振輸出繞組和所述第一測定一次繞組連接。
17.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷；和在所述主變壓器上的專用諧振輸出繞組，所述專用諧振輸出繞組可操作地連接到在所述柵極激勵變壓器上的相應(yīng)的專用一次測定繞組。
18.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，還包括補償電容器，所述補償電容器在每個MOSFET的柵極和源極之間連接，提供與所述第一二次繞組和所述第二二次繞組的諧振振蕩。
19.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，還包括阻尼電阻器，所述阻尼電阻器在所述MOSFET柵極的每一個和在所述柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)的二次繞組之間串聯(lián)。
20.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述開關(guān)變壓器還包括保護二極管繞組，所述保護二極管繞組與一對并行限壓二極管并聯(lián)，所述限壓二極管具有相反的取向。
21.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)的附加諧振輸出繞組連接的一個或多個附加負荷，其中要求所述第一負荷保持在閉路中與所述第一諧振輸出繞組和所述第一測定一次繞組連接。
22.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，還包括跨在所述主變壓器上的相應(yīng)附加輸出繞組連接的一個或多個附加負荷；以及在所述主變壓器上的專用諧振輸出繞組，所述專用諧振輸出繞組可操作地連接到在所述柵極激勵變壓器上的相應(yīng)的專用一次測定繞組。
23.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，還包括補償電容器，所述補償電容器在每個MOSFET的柵極和源極之間連接，提供與所述第一二次繞組和所述第二二次繞組的諧振振蕩。
24.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，還包括阻尼電阻器，所述阻尼電阻器在所述MOSFET柵極的每一個和在所述柵極激勵變壓器上的它的相應(yīng)的二次繞組之間串聯(lián)。
25.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述開關(guān)變壓器還包括保護二極管繞組，所述保護二極管繞組與一對并行限壓二極管并聯(lián)，所述限壓二極管具有相反的取向。
26.一種開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，包括具有一對繞組的柵極激勵變壓器，所述一對繞組具有適于與電源MOSFET的相應(yīng)對的柵源電容諧振的漏感。
27.如權(quán)利要求26所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，其中，通過在所述電源MOSFET之間的能量的振蕩來控制開關(guān)。
28.如權(quán)利要求26所述的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，還包括在所述柵極激勵變壓器上的測定繞組，其與所述轉(zhuǎn)換器的輸出串聯(lián)。
29.一種驅(qū)動開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的方法，其包括將柵極激勵變壓器的一對繞組的漏感與電源MOSFET的相應(yīng)對的柵源電容匹配。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括用所述柵極驅(qū)動電容中的測定線圈測定轉(zhuǎn)換器負荷。
31.一種開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，包括用于在電源MOSFET對之間諧振振蕩的裝置。
32.如權(quán)利要求1的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，其中所述裝置包括匹配的寄生阻抗。
全文摘要
諧振開關(guān)電源系統(tǒng)以兩種諧振頻率工作。第一頻率取決在輸出變壓器的二次漏感和電容器。因為負荷改變使得漏感變化所以第一頻率隨著負荷改變而變化。第二諧振頻率取決于電路中的兩個MOSFET電源裝置的柵源電容和電路的激勵變壓器的漏感。從而，供給的電源總是與負荷同相，以致電源的開關(guān)發(fā)生在電流接近為零時。從而取得高熱效率。
文檔編號H05B39/04GK1771655SQ200380109439
公開日2006年5月10日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者徐德平, 邁克爾·S·丹尼爾森 申請人:阿波吉技術(shù)公司