用于谐振变换器的容性模式检测电路和方法及谐振变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路，具体但不限于涉及容性模式检测电路、容性模式检测方法 及使用该电路的谐振变换器。
【背景技术】
[0002] 图1为现有的半桥LLC谐振变换器100的简化示意图。图1中，谐振变换器100 包括逆变电路101、谐振网络102、隔离变压器T以及整流滤波电路103。逆变电路101采 用半桥结构，包括串联连接在直流电压源V IN两端的高侧开关管Ml和低侧开关管M2,这两 个开关管由一对互补并且占空比恒定为0. 5的控制信号来控制。通过交替驱动高侧开关管 Ml和低侧开关管M2,逆变电路101将直流电压VIN转换为方波电压Vd。谐振网络102接收 方波电压Vd，通过输出滤波电路103与负载耦接，为负载提供直流输出电压Vo。
[0003] 在现有技术中，谐振变换器采用原边控制，常常通过流入谐振网络102的原边输 入电流Ip和施加在谐振网络102上方波电压Vd的相位差来进行感性/容性模式的判断。 图2a和2b分别为谐振变换器100工作于感性和容性模式的关键波形图。如图2a所示，原 边输入电流Ip滞后于方波电压Vd，谐振变换器100工作于感性模式，高侧开关管Ml可以零 电压开通。如图2b所示，输入电流Ip超前于方波电压Vd，谐振变换器100工作于容性模 式，高侧开关管Ml的体二极管在开关切换时发生反向恢复，引起较大的功率损耗。而且，这 样的反向恢复过程较慢，可能使得高侧开关管Ml与低侧开关管M2直通，引起电流尖峰和开 关管故障问题。此外，电流尖峰还会引入严重的噪声。为此，我们总是希望谐振变换器100 工作在感性模式，避免其工作于容性模式。然而，对于基于副边控制的谐振变换器，则很难 采用上面所述的方法来进行感性/容性模式的判断。
【发明内容】
[0004] 为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本发明提出与现有技术不同的用于 谐振变换器的容性模式检测电路、相应的谐振变换器和容性模式检测方法。
[0005] 根据本发明的一个方面，提出了一种谐振变换器，包括：逆变电路，包括一对开关 管，该一对开关管由第一控制信号和第二控制信号控制，将输入的直流电压转换成方波电 压；谐振网络，耦接至逆变电路以接收方波电压；隔离变压器，包括原边绕组和副边绕组， 其中原边绕组耦接至谐振网络，副边绕组具有第一端和第二端；整流滤波电路，耦接至隔离 变压器的副边绕组，整流滤波电路在其输出端为负载提供直流输出电压；电压检测电路，耦 接至副边绕组，对副边绕组的电压进行检测以产生与副边绕组电压有关的电压检测信号， 电压检测电路还耦接至整流滤波电路的输出端以接收输出电压，并产生与输出电压有关的 电压检测阈值；容性模式判断电路，耦接至电压检测电路以接收电压检测信号和电压检测 阈值，在该一对开关管中任一开关管的关断时刻将电压检测信号和电压检测阈值相比较， 基于比较结果，产生指示谐振变换器是否进入容性模式的模式标识信号；以及工作频率控 制器，用于产生该第一控制信号和第二控制信号，工作频率控制器还耦接至容性模式判断 电路以接收模式标识信号，并在谐振变换器进入容性模式时，提高该第一控制信号和第二 控制信号的频率。
[0006] 根据本发明的另一个方面，提出了一种用于谐振变换器的容性模式检测电路，该 谐振变换器包括具有一对开关管的逆变电路、谐振网络、具有原边绕组和副边绕组的隔离 变压器以及为负载提供直流输出电压的整流滤波电路，该容性模式检测电路包括：电压检 测电路，耦接至隔离变压器的副边绕组，对副边绕组的电压进行检测以产生与副边绕组电 压有关的电压检测信号，电压检测电路还耦接至整流滤波电路以接收输出电压，产生与输 出电压有关的电压检测阈值；以及容性模式判断电路，耦接至电压检测电路以接收电压检 测信号和电压检测阈值，在该一对开关管中任一开关管的关断时刻将电压检测信号和电压 检测阈值相比较，基于比较结果，产生指示谐振变换器是否进入容性模式的模式标识信号。
[0007] 根据本发明的又一个方面，提出了一种用于谐振变换器的容性模式检测方法，该 谐振变换器包括具有一对开关管的逆变电路、谐振网络、具有原边绕组和副边绕组的隔离 变压器以及为负载提供直流输出电压的整流滤波电路，该容性模式检测方法包括：检测副 边绕组的电压，产生与副边绕组电压有关的电压检测信号；检测整流滤波电路的输出电压， 产生与输出电压有关的电压检测阈值；在该一对开关管中任一开关管的关断时刻将电压检 测信号和电压检测阈值相比较；以及根据比较结果产生指示谐振变换器是否进入容性模式 的模式标识信号。
[0008] 根据本发明的实施例所提供的容性模式检测电路、谐振变换器及其容性模式检测 方法，具有电路简单、成本低、易于实现等优点。
【附图说明】
[0009] 为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
[0010] 图1为现有的半桥LLC谐振变换器100的简化不意图；
[0011] 图2a和2b分别为谐振变换器100工作于感性和容性模式的关键波形图；
[0012] 图3为根据本发明一实施例的具有容性模式检测功能的谐振变换器200的框图；
[0013] 图4为根据本发明一实施例的具有容性模式检测功能的谐振变换器300的简化示 意图；
[0014] 图5a?5c分别为根据本发明一实施例的图4所示谐振变换器300在不同工作条 件下的工作波形图；
[0015] 图6为根据本发明另一实施例的用于图4所示谐振变换器300的容性模式检测电 路的简化不意图；
[0016] 图7为根据本发明又一实施例的用于图4所示谐振变换器300的容性模式判断电 路505的简化不意图；
[0017] 图8a?8c分别为图6和7所示的实施例在不同工作条件下的工作波形图；
[0018] 图9为根据本发明再一实施例的用于图4所示谐振变换器300的容性模式判断电 路605的简化不意图；
[0019] 图10为根据本发明另一实施例的具有容性模式检测功能的谐振变换器700的简 化示意图；
[0020] 图11a和lib分别为根据本发明一实施例的图10所不谐振变换器700在不同工 作频率下的工作波形图；
[0021] 图12为根据本发明一实施例的用于谐振变换器的容性模式检测方法800的工作 流程图。
[0022] 下面将参考附图详细说明本发明的【具体实施方式】。贯穿所有附图相同的附图标记 表示相同的或相似的部件或特征。
【具体实施方式】
[0023] 下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例 说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述 了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为 了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施 例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项 术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示 范实施方式。
[0024] 在整个说明书中，对" 一个实施例"、"实施例"、" 一个示例"或"示例"的提及意味 着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此，在整个说明书的各个地方出现的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个示例" 或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特 定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当 理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解， 当称"元件""连接到"或"耦接"到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者 可以存在中间元件。相反，当称元件"直接连接到"或"直接耦接到"另一元件时，不存在中 间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语"和/或"包括一个或多个相 关列出的项目的任何和所有组合。
[0025] 图3为根据本发明一实施例的具有容性模式检测功能的谐振变换器200的框图。 谐振变换器200包括逆变电路201、谐振网络202、隔离变压器T、整流滤波电路203、容性模 式检测电路以及工作频率控制器206。其中，逆变电路201包括一对开关管，该一对开关管 由互补且占空比恒为0. 5的第一控制信号VG1和第二控制信号VG2控制，将输入的直流电 压VIN转换为方波电压Vd。谐振网络202,耦接至逆变电路201以接收方波电压Vd。谐振 网络202耦接至隔离变压器T的原边绕组。整流滤波电路203耦接至隔离变压器T的副边 绕组，为负载提供直流输出电压Vo。
[0026] 容性模式检测电路包括电压检测电路204和容性模式判断电路205。电压检测电 路204耦接至隔离变压器T的副边绕组，对副边绕组的电压VS进行检测，用以产生与副边 绕组电压VS有关的电压检测信号V S1。电压检测电路204还耦接至整流滤波电路203的输 出端以接收输出电压Vo,在其输出端产生与输出电压Vo有关的电压检测阈值V th。容性模 式判断电路205在该一对开关管中任一开关管的关断时刻将电压检测信号VS1和电压检测 阈值V th相比较，基于比较结果，产生指示谐振变换器200是否进入容性模式的模式标识信 号MC。
[0027] 如图3所示，隔离变压器T的副边绕组具有第一端S+和第二端S-。在一个实施例 中，副边绕组的电压VS可以是副边绕组第一端S+的电压。在另一个实施例中，副边绕组的 电压VS可以是副边绕组第二端S-的电压或者副边绕组第一端与第二端的电压之差。
[0028] 工作频率控制器206