提供高效率和高功率密度的ac-dc諧振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】提供高效率和高功率密度的AC-DC諧振轉(zhuǎn)換器 【背景技術】 技術領域
[OOOU 本發(fā)明所公開的實施例設及AC-DC電源轉(zhuǎn)換器的設計。更具體地，本發(fā)明所公開 的實施例設及設計高效率、高功率密度的AC-DC諧振電源轉(zhuǎn)換器。
[0002] 相關領域
[0003] AC-DC(或"AC/DC")電源轉(zhuǎn)換器常常用于將主要AC電源（例如，來自壁裝電源插 座的AC電源）轉(zhuǎn)換為整流DC電壓，該整流DC電壓繼而可供應到各種電子設備。開關模式 電源轉(zhuǎn)換器為一種包含開關式調(diào)節(jié)器的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器，W更有效地將電力由AC轉(zhuǎn)換為 DC。除其他應用W外，采用開關模式電源轉(zhuǎn)換器（常常稱為"SMPS")的電源通常用于現(xiàn)代 計算設備（例如，臺式計算機和膝上型計算機兩者、平板電腦、便攜式媒體播放器、智能電 話和/或其他現(xiàn)代計算設備）、電池充電器和電動汽車中。
[0004] 電源設計者正不斷開發(fā)更好的AC/DC轉(zhuǎn)換器設計W滿足對更高效率、更小尺寸和 更輕重量的不斷增長的需求。使用LLC諧振轉(zhuǎn)換器拓撲的SMI^S設計已示出非常高的效率和 高功率密度。常規(guī)的開關模式LLC諧振AC/DC轉(zhuǎn)換器通常包括預調(diào)節(jié)器級（常常稱為"功 率因數(shù)校正"或"PFC級"），其后是AC輸入整流器。該PFC級將來自AC輸入整流器的經(jīng)整 流AC信號轉(zhuǎn)換為DC電壓。該DC電壓繼而被饋送到DC/DCLLC諧振轉(zhuǎn)換器中。然而，PFC 級使用大體積高電壓DC電容器來濾除經(jīng)整流的低頻率AC輸入，該DC電容器可占據(jù)大量空 間。此外，PFC級通常需具有與下述LLC轉(zhuǎn)換器級相同的額定功率。在同時使用PFC級和 LLC級來轉(zhuǎn)換電源時，系統(tǒng)實現(xiàn)高效率和高功率密度的能力可嚴重受限于大體積高電壓DC 電容器和可包括許多部件的PFC級。
[000引從而，所需要的是用于至少除去PFC級中的大體積DC電容器的SMPS的AC/DC電 源轉(zhuǎn)換器設計。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所公開的實施例提供一種將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的AC/DC電源 轉(zhuǎn)換器。該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器包括輸入整流器級，該輸入整流器級將AC輸入電壓整流成具 有第一恒定極性和第一振幅的第一整流電壓。AC/DC電源轉(zhuǎn)換器還包括開關諧振級，該開 關諧振級直接禪接至輸入整流器級的輸出。該開關諧振級將整流電壓轉(zhuǎn)換為具有第二恒定 極性（其可與第一恒定極性相同）和第二振幅（其可遠小于第一振幅）的第二整流電壓。 AC/DC電源轉(zhuǎn)換器另外包括輸出整流器級，該輸出整流器級禪接至開關諧振級的輸出，其中 輸出整流器級將第二整流電壓整流成DC電壓輸出。
[0007] 在一些實施例中，AC/DC電源轉(zhuǎn)換器進一步包括控制器，該控制器禪接在第二整流 器級的輸出和開關諧振級的輸入之間。更具體地，控制器接收DC電壓輸出作為反饋信號并 且生成驅(qū)動開關諧振級的一個或多個控制信號。
[000引在一些實施例中，AC/DC電源轉(zhuǎn)換器不使用輸入整流器級和開關諧振級之間的預 調(diào)節(jié)器（PFC)級。 【附圖說明】
[0009] 圖1示出根據(jù)一些實施例將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的開關模式諧振AC/ DC電源轉(zhuǎn)換器的框圖。
[0010] 圖2示出根據(jù)本文的一些實施例將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的簡化開關模 式LLC諧振AC/DC電源轉(zhuǎn)換器。
[0011] 圖3示出根據(jù)本文的一些實施例的給定的LLC諧振轉(zhuǎn)換器設計的增益對驅(qū)動頻率 曲線。
[0012] 圖4A示出根據(jù)本文的一些實施例的用于確定給定的LLC諧振轉(zhuǎn)換器在|sin(wt) 周期內(nèi)的驅(qū)動頻率曲線的過程。
[0013] 圖4B示出根據(jù)本文的一些實施例的用于確定包括恒定驅(qū)動頻率區(qū)域的驅(qū)動頻率 曲線的過程。
[0014] 圖5示出根據(jù)本文的一些實施例的AC/DC轉(zhuǎn)換器200內(nèi)的控制器220的框圖。
[0015] 圖6呈現(xiàn)根據(jù)本文的一些實施例示出構造查找表的驅(qū)動頻率曲線的過程的流程 圖。
[0016] 在附圖中，類似的附圖標號是指相同的附圖元件。 【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明所公開的實施例提供開關模式諧振AC/DC電源轉(zhuǎn)換器設計，除其他應用之 夕F，該電源轉(zhuǎn)換器設計可用于向計算設備（例如，臺式計算機、膝上型計算機、平板電腦、便 攜式媒體播放器、智能電話和或其他現(xiàn)代計算設備）、電池充電器和電動汽車提供DC電源。
[0018] 在特定實施例中，描述了不使用輸入整流器和開關諧振級之間的預調(diào)節(jié)器（PFC) 級的LLC諧振AC/DC電源轉(zhuǎn)換器。該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器將控制器用于反饋回路中W監(jiān)視輸 出電壓并且控制開關諧振級的切換操作?？刂破饕彩乔梆伝芈返囊徊糠?，該前饋回路用于 補償AC輸入電壓中未經(jīng)調(diào)節(jié)的正弦波對輸出電壓的影響。在一個實施例中，前饋回路包括 存儲預校準的驅(qū)動頻率對時間曲線的查找表。在操作期間，控制器可基于所選擇的驅(qū)動頻 率對時間曲線來生成具有隨時間變化的頻率的控制信號。控制信號繼而用于驅(qū)動開關諧振 級，其中隨時間變化的驅(qū)動頻率對開關諧振級的傳遞函數(shù)進行調(diào)制并補償未經(jīng)調(diào)節(jié)的正弦 波對輸出電壓的影響。通過同時使用反饋回路和前饋回路來控制切換操作，本發(fā)明所提出 的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器從高壓正弦波AC輸入電壓獲得穩(wěn)定DC輸出電壓而無需PFC級。
[0019] 圖1示出根據(jù)一些實施例將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的開關模式諧振AC/ DC電源轉(zhuǎn)換器100的框圖。如圖1中所示，開關模式諧振AC/DC電源轉(zhuǎn)換器100 (下文稱 為"AC/DC轉(zhuǎn)換器100")包括輸入整流器級102、預調(diào)節(jié)器（PFC)級104、開關級106、諧振 級108和輸出整流器級110。更具體地，輸入整流器級102禪接至AC電源112,該AC電源 提供AC輸入電壓V。。（例如，50化或60化實用電壓）。需注意，盡管并未示出，但電磁干擾 (EMI)濾波器通常禪接在AC電源112和輸入整流器級102之間。此類Effl濾波器可為AC/ DC轉(zhuǎn)換器100的一部分。輸入整流器級102將AC電壓V。進流成具有恒定極性的第一整 流電壓Vd。。
[0020] 輸入整流器級102禪接至PFC級104,該PFC級將整流電壓Vd。調(diào)節(jié)為經(jīng)調(diào)節(jié)的DC 電壓Vd。'。需注意，PFC級104包括用作低通濾波器的DC電容器Cd。和升壓電感器Ldc。為 了實現(xiàn)低紋波Vd。'輸出，通常使用大尺寸電感器Ldc和具有大電容的大體積Cd。。在所示的 實施例中，PFC級104另外包括二極管町和其他電路部件。需注意，PFC級104還可使用其 他調(diào)節(jié)器設計來獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓Vd。'，并且因此其并不限于圖1的特定實施例。然而， PFC級104通常包括大的DC電容器諸如Cd。。
[002U進一步參考圖1，需注意，PFC級104的輸出禪接至開關級106,該開關級將DC電 壓Vd。'轉(zhuǎn)換為高頻AC電壓AV更具體地，開關級106可包括由控制器114生成的控制信號 116驅(qū)動的一個或多個開關。在一個實施例中，控制信號116驅(qū)動一對串聯(lián)禪接的開關，每 個開關具有交替的50%的占空比，從而生成具有50%的占空比的方波AV需注意，控制器 114還從整流器級110的輸出接收輸入。
[002引開關級106之后為諧振級108,該諧振級接收AC電壓作為輸入。諧振級108進 一步包括諧振回路118和諧振回路118之后的變壓器120W逐步降低高輸入電壓Vg。諧振 回路118可包含串聯(lián)組合或并聯(lián)組合的電感器和電容器，并且可使用許多諧振回路設計。 一般來講，在開關級106之后插入諧振回路118W允許開關級在零電壓開關狂V巧或零電 流開關狂C巧條件下操作。因此，開關級106可W很低的開關損耗在高開關頻率下操作。接 下來，變壓器120在諧振級108的輸出處生成降階式AC電壓Vs和相關聯(lián)的AC電流Is。
[0023] 進一步參考圖1，需注意，諧振級108禪