功率变换器系统的制作方法

专利名称：功率变换器系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及隔离功率变换器系统，更具体地说，涉及利用 布置在集成电路芯片上的微型变压器将功率穿过隔离障碍传递的改 进型功率变换器系统。
背景技术：
传统的隔离功率变换器系统通常依靠具有磁芯的分立变压器和 整流器电路中的分立二极管，将功率穿过隔离障碍传递。但是，变压 器磁芯的尺寸使功率变换器系统不能布置在集成电路芯片上。尺寸小 并且可以布置在芯片上的微型变压器例如"空芯"变压器经常被用来 将数据穿过隔离障碍传递。这种微型变压器的例子公开在美国专利No. 6291907，以及于2002年8月8日提交的序列号为No. 10/214883的并且 于2003年3月6日在美国公开文本No. 2003/0042571中公开的美国专利 申请中，这两件申请的受让人和发明人相同，这里并入作为参考。但 是，传统的功率变换器系统不用微型变压器来将功率穿过隔离障碍传 递，这是由于不能产生足够高的频率来防止微型变压器饱和。传统的 隔离功率变换器系统还要经受高频下显著的开关损耗。为了解决上述 问题，传统的功率变换系统要求复杂、昂贵、低效、不可靠并且不易 重复的设计，这样的设计过大以至于不能安装在集成电路芯片上。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供改进的功率变换器系统。 本发明的另一个目的是提供使用了微型变压器的功率变换器系统。
本发明的另一个目的是提供被布置在集成电路芯片上的功率变 换器系统。
本发明的另一个目的是提供使用了较少的芯片空间的功率变换 器系统。
本发明的另一个目的是提供不太复杂的功率变换器系统。 本发明的另一个目的是提供不太昂贵的功率变换器系统。 本发明的另 一个目的是提供减少了开关损耗的功率变换器系统。 本发明的另一个目的是提供更可靠的功率变换器系统。 本发明的另一个目的是提供容易重复的功率变换器系统。 本发明的另一个目的是提供效率更高的功率变换器系统。 本发明是源于实现了使用微型变压器并且可以布置在集成电路
芯片上的改进的功率变换器系统，该系统具有高效LC振荡器电路， 用于提供足够高的频率以防止微型变压器饱和并减少开关损耗；整流 器电路，耦合到LC振荡器电路，用于提供直流输出；振荡器驱动电 路，用于驱动LC振荡器电路；以及开关电路，通常由固定频率脉宽 调制信号或输入数据信号驱动，用于使能和禁止振荡器驱动电路，使 得LC振荡器电路对到达整流器电路的功率进行调节。
但是，在其他实施例中，本发明不需要实现所有这些目的，并且， 这里的权利要求不应该局限于能够实现这些目的的结构或方法。
本发明的特征在于功率变换器系统包括LC振荡器电路。振荡器 驱动电路对LC振荡器电路进行驱动。整流器电路耦合到LC振荡器 电路，用于提供直流输出。开关电路对振荡器驱动电路的占空比进行 控制，以调节LC振荡器电路中的、到达整流器电路的功率。
在一个实施例中，LC振荡器电路的电容可以包括振荡器驱动电 路的寄生电容。振荡器驱动电路可以包括一对交叉耦合的正反馈开 关。整流器电路可以包括整流器。整流器电路可以包括电容滤波器。
开关电路可以响应于来自整流器电路的输出而被驱动。整流器电路可
以通过变压器耦合到LC振荡器电路，变压器具有连接到振荡器驱动 电路的一次绕组和连接到整流器电路的二次绕组。变压器可以是隔离 变压器。变压器可以是微型变压器。微型变压器、LC振荡器电路、 振荡器驱动电路和开关电路可以在集成电路芯片上。微型变压器和整 流器电路可以在集成电路芯片上。微型变压器可以是空芯微型变压 器。微型变压器可以具有至少一个在底板上形成的绕组。LC振荡器 电路可以在其谐振频率运行。振荡器驱动电路可以包括两对交叉耦合 的正反馈开关。
本发明的特征还在于功率变换器系统包括LC振荡器电路。振荡 器驱动电路驱动LC振荡器电路。变压器包括一次绕组， 一次绕组包 括LC振荡器电路的电感。开关电路控制振荡器驱动电路的占空比以 调节LC振荡器电路和变压器的二次绕组中的功率。
在一个实施例中，LC振荡器电路的电容可以包括振荡器驱动电 路的寄生电容。振荡器驱动电路可以包括一对交叉耦合的正反馈开 关。系统还可以包括耦合到变压器的二次绕组的整流器电路。整流器 电路可以包括电容滤波器。开关电路可以响应于来自整流器电路的输 出而被驱动。变压器可以是隔离变压器。变压器可以是微型变压器。 微型变压器、LC振荡器电路、振荡器驱动电路和开关电路可以在集 成电路芯片上。微型变压器可以是空芯微型变压器。微型变压器可以 具有至少一个在底板上形成的绕组。LC振荡器电路可以在其谐振频 率运行。振荡器驱动电路可以包括两对交叉耦合的正反馈开关。开关 电路可以对输入数据信号进行响应。功率变换器系统还可以包括反馈 电路，耦合在变压器的二次绕组与开关电路之间。反馈电路可以通过 整流器电路耦合到二次绕组。反馈电路可以包括比较器电路，用于对 整流器电路的输出与参考信号进行比较，以确定整流器电路输出的波 动。反馈电路还可以包括第二变压器。第二变压器可以是隔离变压器。 第二变压器还可以是微型变压器，并且，第二变压器可以在集成电路 芯片上。第二微型变压器可以是空芯微型变压器。第二微型变压器可
以具有至少一个在底板上形成的绕组。第二微型变压器可以包括编石马
器和解码器，其中编码器连接在比较器电路的输出与第二变压器的 一次绕组之间，对输入数据信号进行响应；解码器连接在第二变压器 的二次绕组与开关电路之间。反馈电路可以包括固定频率脉宽调制发 生器。微型变压器可以包括连接到整流器的中心抽头二次绕组。整流 器可以是多电平整流器。系统还可以包括信号隔离电路，信号隔离电 路具有对输入数据信号进行响应的第二变压器。系统还可以包括前馈 驱动器电路，用于根据输入信号的频率确定预定输出电压，并且在实 现预定输出电压所需要的预定时间内使能开关电路。输入数据信号可 以包括FET信号。第二变压器可以是隔离变压器。第二变压器可以 是微型变压器。第二变压器具有至少一个在底板上形成的绕组。第 二变压器可以是空芯微型变压器。信号隔离器电路可以包括编码器和 解码器，其中编码器连接到第二变压器的一次绕组，对输入数据信
号进行响应；解码器连接到第二变压器的二次绕组和比较器。可以由 传递到变压器的二次绕组的输入数据信号驱动开关电路。系统可以包 括连接到整流器的输出的线性调节器电路。线性调节器可以包括用于 对输出电压与预定参考电压进行比较的比较器和对比较器进行响应 以调节输出电压的开关。功率变换器系统可以是非隔离的。


根据以下对优选实施例和附图的描述，本领域的技术人员将明白
其他目的、特性和优点，其中
图1为典型的现有技术的隔离功率变换器系统的电路图2为本发明的功率变换器系统的一个实施例的电路图3示出了由图2所示的功率变换器系统生成的各种波形；
图4为本发明的、在反馈电路中使用了脉宽调制发生器的功率变
换器系统的另 一个实施例的电路图5为本发明的、与图4所示的系统相似的功率变换器系统的另
一个实施例的电路图，其中，微型变压器的二次绕组为中心抽头式；
图6为本发明的功率变换器系统的一个实施例的电路图，它包括
前馈电路和开关电路，前馈电路和开关电路都对输入数据信号进行响
应，并且，该实施例使用了前馈电路；
图7示出了由图6所示的功率变换器系统生成的各种波形；
图8为本发明的功率变换器系统的另一个实施例的电路图，其
中，去除了图6中示出的前馈电路；
图9示出了由图8所示的功率变换器系统生成的各种波形；
图IO为本发明的、使用了线性调节器的功率变换器系统的一个
实施例的电路图；并且
图11为示出了本发明的功率变换器系统的一个实施例的电路
图，它是非隔离的。
具体实施例方式
除了以下公开的优选实施例以外，本发明可以有其他实施例，并 且，本发明可以按照不同方式进行或实施。因此应该理解，本发明不 限于在以下描述中呈现的或在附图中示出的、在结构细节和部件布置 细节方面的应用。如果这里只描述了一个实施例，则其权利要求不限 于该实施例。此外，除非有证明特定排除、限制或弃权的清楚且可信 的证据以外，不应该限制性地读取有关的权利要求。
图1所示的传统的隔离功率变换系统10通常包括驱动分立变压 器20的开关12(MP1)、 14(MP2)、 16(M一和18(MN2)。变压器20包括 磁芯22(Trl)、 一次绕组24和二次绕组26。系统10包括通过线路29 和31耦合到二次绕组26的、提供直流输出的全桥整流器电路28和 滤波器32。如以上在背景部分讨论的，变压器20的磁芯22太大，以 至不能布置在集成电路芯片上。
在运行中，开关12(Mw)和18(MN2)的导通时间为第一预选择时 间DT，其中，D为常数，该常数为输出电压对输入电压的函数，T 为周期。开关16(Mm)和18(MN2)的导通时间为第二预选择时间，例如 (l-D)T，从而完成半个周期。此后，开关14(Mp2)和16(Mm)的导通时
间为等于DT的第二持续时间，然后，开关12(Mh)和14(Mp2)导通， 从而完成该周期。因为只在两个DT时间段传递功率，因此通过控制 常数D确定传统的隔离功率变换系统10的电压或功率传递。由于在 第一个DT期间，不仅给负载提供电流，而且吸收附加电流以给磁化 电感充电，因此需要第二个半周期。在第二个DT中，磁化电感放电。 微型变压器通常具有小电感(L)和大串联电阻(R)，因此L/R很小。因 此，要求现有技术的系统10的DT小于L/R，否则，串联电阻两边的 IR电压降会导致微型变压器出现电流饱和。但是，传统的隔离功率变 换器系统10不能产生足够高的频率以防止微型变压器饱和。此外， 由于开关12-18以很高的频率接通和断开，因此，产生显著的开关损 耗。随着DT减小和频率增加，现有技术的系统10必须有更复杂的设 计，这样的设计是不可靠的、不易重复的、昂贵的，并且体积4艮大， 因而不适合安装集成电路芯片上。
图2的本发明的功率变换器系统40通过使用提供足够高频率以 防止微型变压器饱和以及开关损耗的LC振荡器电路，克服了与传统 的隔离功率变换器系统有关的问题。由振荡器驱动电路驱动LC振荡 器电路，振荡器驱动电路对有选择地使能和禁止振荡器驱动电路的开 关电路进行响应，使得LC振荡器电路对到达整流器电路的功率进行 高效且有效的调节。
本发明的功率变换器系统40包括LC振荡器电路42，它具有与 电容器75(C1)并联连接的电感73。理想情况下，系统40包括孩t型变 压器72,微型变压器72具有一次绕组74和二次绕组76。最好，一 次绕組74包括LC振荡器电路42的电感73。理想情况下，微型变压 器72包括至少一个在底板上形成的绕组，例如，微型变压器72为如 以上讨论的空芯微型变压器。LC振荡器电路42在甚高频下运行，例 如，大约10 MHz到100 MHz，并且，最好在其谐振频率下运4亍以防 止微型变压器72饱和以及开关损耗(以下讨论)。振荡器驱动电路44 包括开关46(QMw)和开关48(QMP2)，例如，PMOS或NMOS型器件， 并且对LC振荡器电路进行驱动。 一般通过线路47和49将开关
46(QMpO和48(QMp2)配置为交叉耦合正反馈。在优选设计中，振荡 器驱动电路44还包括开关50(QMm)和开关52(QMN2)，相4以地通过对 振荡器驱动电路44进行驱动的线路51和53连接成交叉耦合反馈。 具有二极管62、 64、 66和68的整流器电路58通过线路77和79耦 合到LC振荡器电路42，例如，耦合到微型变压器72的二次绕组， 并且通过线路90向节点60提供直流输出。整流器电路58可以包括 电容滤波器70。
开关电路54连接到输入电压，例如，Vdd80，并且，响应于线 路130的脉宽调制(PWM)，控制振荡器驱动电路44的占空比，以对 LC振荡器电路42中到达整流器电路58的功率进行调节。线路132 上的作用于开关电路54的脉宽调制(PWM)信号最好来自整流器电路 58的输出(以下讨论)。开关电路54对振荡器驱动电路44进行控制， 以确定使能和禁止LC振荡器电路42的时刻和持续时间。因此，功率 总是处在最大效率，并且，调制的平均功率受LC振荡器电路42的导 通时间的平均值控制。因此，当输出电压低时，使能LC振荡器电路 42并振荡，而当输出电压过高时，禁止LC振荡器电路42(以下讨论)。
LC振荡器电路42的电容通常包括电容器75(Cl)和振荡器驱动 电路44的寄生电容，例如与开关46(QMw)和48(QMp2)和/或开关 50(QMw)和开关52(QMN2)中的每一个相关联的电容。在优选设计中， 将微型变压器72、 LC振荡器电路42、振荡器驱动电路44和开关电 路54布置在集成芯片上。
结果是，本发明的功率变换器系统40提供足够高的频率以防止 微型变压器72饱和，并且，减少了开关46(QMpO和48(QMp2)和/或 开关50(QMm)和开关52(QMN2)的开关损耗。在设计方面，系统40 较简单，因此更可靠、高效、易于重复，使用了较小的芯片空间，并 且比传统功率系统成本低。通常将系统40布置在集成电路芯片上。
功率变换器系统40优选地包括耦合在微型变压器72的二次绕组 76与开关电路54之间的反馈电路82。分压器电路91包括电阻器94 和96，它们使线路卯上的、输入到比较器84的输出电压成比例变化。
比较器84将在节点92处的、成比例下降的输出电压与由参考电源装 置88在线路86上生成的参考电压进行比较。当节点92处的电压小 于线路86上的参考电压时，比较器84使能开关电路54。开关电路 54对使能LC振荡器电路42的振荡器驱动电路44的占空比进行控制， 以对从一次绕组74到耦合到整流器电路58的二次绕组76的功率进 行调节。因此，整流器电路58和滤波器70将使通过线路卯到达节 点60的输出电压增加。相似地，当节点92处的电压大于线路86上 的参考电压时，比较器84禁止开关电路54。因此，振荡器驱动电路 44将不再驱动LC振荡器电路42,并且，由整流器电路58生成的输 出电压将减小(以下详细讨论)。
优选地，反馈电路82包括第二微型变压器110，例如以上讨论 的空芯微型变压器，它使比较器84的输出能够跨过隔离障碍。微型 变压器110包括一次绕组112和二次绕组114。编码器116通过线路 117连接到一次绕组，并且对线路98上的、比较器84的输出做出响 应。解码器118通过线路119连接到二次绕组。比较器84、编码器 116、微型变压器110和解码器118 —起在线路132上生成对开关电 路54进行控制的低频脉宽调制信号。
以下参照图3中的波形，对功率变换器系统40和反馈电路82 的运行进行描述。图3的输出电压信号115示出了图2的节点60处 的输出电压的例子。比较器84将节点92处的、改变了比例的输出电 压与例如图3的121处表示的5伏的预定参考电压进行比较。如113 处所示，当输出电压低于预定参考电压时，比较器84生成比较器输 出信号120的逻辑高电平122。逻辑高电平122使编码器116生成编 码信号125的双脉冲124。双脉冲124被提供给变压器110的一次绕 组112并被传递到二次绕组114。解码器118对编码信号125的双脉 冲124进行响应，并生成对开关电路54进行控制的解码信号140的 逻辑低电平143。由解码器118生成的逻辑低电平使开关电路54闭合。 当开关电路54闭合时，振荡器驱动电路44使能LC振荡器电路42。 因此，LC振荡器电路42在微型变压器72的一次绕组74上生成例如
10-100 MHz的高频振荡信号，如一次振荡信号150的脉冲串152所 示。 一次绕组74上的高频振荡信号被提供给二次绕组76，如二次振 荡信号154的脉冲串156所示。只要输出电压保持低于预定参考电压， LC振荡器电路42就继续生成高频脉冲串152,使得LC振荡器电路 42中的功率被调节到微型变压器72的二次绕组76和整流器电路58。 整流器电路58将使节点60处的输出电压增加，直到它超过输出电压 信号115上的126处表示的预定参考电压为止。
当图2的节点60处的输出电压超过图3的126处表示的预定参 考电压时，图2的比较器84生成输入到编码器116的比较器输出信 号120的逻辑低电平128。逻辑低电平128使编码器116输出编码信 号125的单个脉沖130。由编码器116生成的单个脉冲130使解码器 118生成解码信号140的逻辑高电平144。逻辑高电平144禁止开关 电路54(使开关电路54开路)。当开关电路54被开路时，振荡器驱动 电路44不再驱动LC振荡器电路42。因此，LC振荡器电路42不再 生成一次绕组74上的振荡信号，如一次振荡信号150的160处所示。 因此，二次绕组76不再接收振荡信号，如162处所示，并且，节点 60处的输出电压减小，如131处所示。
图4的功率变换器系统40a，其中相同的部件用相同的数字表示， 包括反馈电路82a，反馈电路82a通过将线路171上的经过放大的误 差电压与线路163上的锯齿波信号进行比较，生成固定频率脉宽调制 信号以驱动开关电路54。在这个设计中，锯齿波发生器161通过线路 163输出被输入到比较器84的锯齿信号。放大器170对节点92处的 比例改变的输出电压与线路86上的预定参考电压进行放大，从而在 线路171生成放大器误差电压信号。比较器84将线路171上的误差 电压信号与线路163上的锯齿波发生信号进行比较，从而在线路98 上生成输入到编码器116的固定频率脉宽调制信号。编码器116、微 型变压器IIO和解码器118的功能与上述相似，在线路132上生成对 开关的电路54进行控制的低频脉宽调制信号。
图5的功率变换器系统40b，其中相同的部件用相同的数字表示，
在设计上与功率变换器系统40a相似，除了在本例中，微型变压器72 的二次绕组76在190处被中心抽头并且被耦合到整流器电路58和节 点92。整流器电路58为半桥整流器并且只包括二极管62和64。
图6的功率变换器系统40c，其中相同的部件用相同的数字表示， 包括与上述相似的振荡器驱动电路44和LC振荡器电路42。系统40c 还包括具有一次绕组74和二次绕组76的微型变压器72， 二次绕组 76在202和204处被中心抽头到多电平整流器电路58a。多电平整流 器电路58a通常包括分别并联连接到电容器240、 242和244的正向 偏置二极管206、 208和210。在该设计中，系统40c包括信号隔离电 路200,它包括第二变压器272，例如，如上所述的隔离变压器或微 型变压器。信号隔离电路200对线路220上的输入数据信号如FET 驱动信号(FET IN)或本领域技术人员已知的任何类型的输入数据信 号进行响应。系统40c还包括对线路220上的输入数据信号进行响应 的前馈驱动器电路230，它根据线路220上的输入数据信号的频率确 定由整流器电路58a生成的预定输出电压，例如5V、 IOV、 15V等， 通过使能开关电路54预定时间，实现期望的输出电压。如上所述， 当线路220上的输入数据信号的频率很高时，使能开关电路54的时 间越长，调制到二次绕组76和整流器电路58a的功率越多。相似地， 当线路220上的输入数据信号的频率很低时，使能开关电路54的时 间缩短，导致由整流器电路58a产生的功率减小。如以上讨论的，开 关电路54通常连接到输入电压Vdd 80，并且对振荡器驱动电路44 的占空比进行控制，从而调节LC振荡器电路42中到达整流器电路 58a的功率。
信号隔离器电路200通常包括编码器270，它对线路272上的输 入数据信号进行响应。编码器270给第二微型变压器274的一次绕组 272提供编码信号。 一次绕组272上的编码信号传递到二次绕组276。 解码器278接收解码数据信号并且在线路280上生成输入到放大器 282和电平转换器(level shifter) 284的解码信号。放大器286对电 平转换器284的输出进行放大。电平转换器284和放大器286将解码
器278输出的、线路280的电压从大约0V到5V的范围转换到大约 10V到15V的范围。所产生的在293处表示的输出信号，例如FET OUT,为FETIN的延迟版本，通常约为15伏。因此，系统40c4吏功 率和数据都越过隔离障碍传输。
以下参照图7所示的波形，对功率变换器系统40c的运行进行描 述。图7中的FET IN信号示出了图6中的线路220上的、输入到编 码器270和前馈驱动器电路230的输入数据信号FET IN的例子。驱 动器输出信号300示出了对开关电路54进行控制的前馈驱动器电路 230生成的输出信号的例子。通常，驱动器输出信号300被反相、延 迟，并且周期为FETIN信号299的一半。在运行中，如301处所示， 当驱动器输出信号300为逻辑低电平时，开关电路54闭合，振荡器 驱动器电路44使LC振荡器电路42以高频振荡，例如，约10到100 MHz,约+5V和-5V，从而如上所述，防止微型变压器72饱和，并且 调节微型变压器72的二次绕组76的功率。 一次振荡信号302的脉冲 串304示出了由LC振荡电路42在一次绕组74上生成的振荡信号的 例子。 一次振荡信号302的脉冲串304被调制到二次绕组76， 二次绕 组76被中心抽头到多电平整流器58a，多电平整流器58a具有正向偏 置二极管206 210，正向偏置二极管206-210并联连接到分别在节点 260、262、264处提供稳定电压例如5V、10V和15V的电容器240-244。 当FET IN信号299为逻辑高电平时，即320处表示的FET IN信号 299，编码器270生成编码信号323的双脉冲322。由解码器278生成 的双脉冲322被传递过微型变压器274的一次绕组272，到达二次绕 组276和解码器278。解码器278生成具有大约在0V与5V之间的逻 辑高电平342的解码输出信号340。如电平转换信号350所示，电平 转换器284将解码输出信号340的输出从大约0V和5V转换到大约 10V和15V。所得到的FET输出信号360为解码信号340与电平转换 信号350的组合，通常在大约0V与15V之间。
图8的功率变换器系统40d，其中相同的部件用相同的数字表示， 与图6的功率变换器系统40c的设计相似，并且，对线路220上的输
入数据信号的响应相似。但是，在这个设计中，取消了图6中所示的 信号隔离电路200。图8的线路220上的输入数据信号被从变压器72 的一次绕组74传递到二次绕组76。在本例中，由线路220上的输入 数据信号直接控制开关电路54。由输入信号的逻辑状态确定开关电路 54的通/断状态，例如，如果开关装置54包括PMOS元件，则逻辑高 电平使开关元件54导通，而逻辑低电平使开关元件54关断。与参照 图6描述的相似，二次绕组76在202和204处^皮中心抽头，并且4皮 分别连接到具有并联连接到电容器240 244的正向偏置二极管 206-208的整流器58a。 二次绕组76还被连接到与并联的电容412和 电阻器413相关联的附加正向偏置二极管410。具有电容器240 244 和412的正向偏置二极管206-208和410在节点260、 262和264处 按照预定电压例如5V、 10V和15V提供稳定电压输出。节点430处 的+5V电压驱动电阻负载413，并且还通过线路402提供给电平转换 器284。放大器286提供10V与15V之间的电压。放大器282还对节 点430处的电压做出响应，并且生成大约OV与5V之间的输出电压。 因此，系统40d将功率和输入数据信号都传递过隔离障碍。
以下参照图9所示的波形，对功率变换器系统40d的运行进4亍描 述。当如FETIN信号420的逻辑低电平422示出的、图8的线路220 上的FETIN信号为逻辑低电平时，开关电路54闭合，并且振荡器驱 动器电路44使LC振荡器电路42生成一次振荡信号424的脉冲串 425。脉冲串425被调制到微型变压器72的二次绕组76，微型变压器 72的二次绕組76耦合到具有正向偏置二极管208-210和410的整流 器电路58a。节点430处的输出电压被输入到放大器282，放大器282 生成在432处表示的、紋波很小的输出电压信号434。节点430处的 电压被输入到电平转换器286，电平转换器286生成大约在OV与15V 之间的电平转换信号444。FET输出信号446示出了线路295上的FET 输出的例子。所得到的FET输出信号在大约15V与OV之间。FET 输出信号450示出了放大器282的输出。
图10的功率变换器系统40e，其中相同的部件用相同的数字表
示，包括线性调节器400，线性调节器400包括比较器401,比较器 401对节点406处的比例可变的输出电压与线路408上例如5V的预 定参考电压进行比较。线性调节器400还包括对比较器401进行响应 的开关404，开关404对节点416处的输出电压进行调节。
图11的功率变换器系统40e，其中相同的部件用相同的数字表 示，为按照本发明的非隔离功率变换器系统的例子。系统40e包括开 关电路54a,例如受452处表示的输入电压Vcontrol控制的MOSFET 或相似类型的元件，用于驱动振荡器驱动电路44，振荡器驱动电路 44使能和禁止LC振荡器电路42a。 LC振荡器电路42a包括电感器 454和456以及电容器455。 LC振荡器电路42a净皮耦合到整流器电路 58和滤波器70，并且起与上述相似的作用。
尽管在某些附图中示出了本发明的特征，而在另一些附图中没有 示出这些特征，但是，由于按照本发明，每个特征可以与任何或所有 其他特征相结合，因此这仅仅是为了方便。这里使用的词汇"包括"和 "具有，，应该被广泛、全面地理解，而不局限于任<何物理相互联系。此 外，在主题申请中公开的任何实施例不应该被理解为只可能的实施 例。本领域的技术人员应该明白其他实施例，并且，其他实施例在以 下的权利要求范围内。
此外，在本专利的专利申请过程中出现的任何修改不是对提交时 在申请中出现的任何权利要求要素表示放弃权利没有理由预期本领 域的技术人员撰写字面上包含所有可能等同物的权利要求，在修改 时，许多等同物是不可预料的，并且超出了对要弃权的内容(如果有的 话)的公平理解，对于许多等同物，修改的原理可能只具有次要关系， 并且/或者，对关于任何经过修改的权利要求要素，有许多不能预期申 请人描述某些非实质的替换的其他理由。
权利要求
1. 一种功率变换器系统，包括LC振荡器电路；振荡器驱动电路，用于驱动所述LC振荡器电路；整流器电路，耦合到所述LC振荡器电路，用于提供直流输出；以及开关电路，用于控制所述振荡器驱动电路的占空比，以调节所述LC振荡器电路中到达所述整流器电路的功率。
2. 如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，所述LC振荡器 电路的电容包括所述振荡器驱动电路的寄生电容。
3. 如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，所述振荡器驱动 电路包括一对交叉耦合的正反馈开关。
4. 如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，所述整流器电路 包括整流器。
5. 如权利要求4所述的功率变换器系统，其中，所述整流器电路 包括电容滤波器。
6. 如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，响应于来自所述 整流器电路的输出，对所述开关电路进行驱动。
7.如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，所述整流器电路 通过变压器耦合到所述LC振荡器电路，所述变压器具有连接到所述 振荡器驱动电路的 一次绕组和连接到所述整流器电路的二次绕组。
8. 如权利要求7所述的功率变换器系统，其中，所述变压器为隔 离变压器。
9. 如权利要求8所述的功率变换器系统，其中，所述变压器为微 型变压器。
10. 如权利要求9所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器、所述LC振荡器电路、所述振荡器驱动电路和所述开关电路在集 成电路芯片上。
11. 如权利要求9所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器和所述整流器电路在集成电路芯片上。
12. 如权利要求9所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器为空芯微型变压器。
13. 如权利要求12所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器具有至少一个在底板上形成的绕组。
14. 如权利要求1所迷的功率变换器系统，其中，所述LC振荡 器电路在其谐振频率运行。
15. 如权利要求1所述的功率变换器系统，其中，所述振荡器驱 动电路包括两对交叉耦合的正反馈开关。
16. —种功率变换器系统，包括 LC振荡器电路；振荡器驱动电路，用于驱动所述LC振荡器电路； 变压器，包括一次绕组，所述一次绕组包括所述LC振荡器电路 的电感；以及开关电路，用于控制所述振荡器驱动电路的占空比，以调节所述 LC振荡器电路中到达所述变压器的二次绕组的功率。
17. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述LC振荡 器电路的电容包括所述振荡器驱动电路的寄生电容。
18. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述振荡器驱 动电路包括一对交叉耦合的正反馈开关。
19. 如权利要求16所述的功率变换器系统，还包括整流器电路， 耦合到所述变压器的所述二次绕组。
20. 如权利要求19所述的功率变换器系统，其中，所述整流器电 路包括电容滤波器。
21. 如权利要求19所述的功率变换器系统，其中，响应于来自所 述整流器电路的输出，对所述开关电路进行驱动。
22. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述变压器为 隔离变压器。
23. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述变压器为 微型变压器。
24. 如权利要求23所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器、所述LC振荡器电路、所述振荡器驱动电路和所述开关电路在集 成电路芯片上。
25. 如权利要求23所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器为空芯微型变压器。
26. 如权利要求23所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器具有至少一个在底板上形成的绕组。
27. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述LC振荡 器电路在其谐振频率运行。
28. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述振荡器驱 动电路包括两对交叉耦合的正反馈开关。
29. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述开关电路 对输入数据信号进行响应。
30. 如权利要求29所述的功率变换器系统，还包括反馈电路，耦 合在所述变压器的所述二次绕组与所述开关电路之间。
31. 如权利要求30所述的功率变换器系统，其中，所述反馈电路 通过所述整流器电路耦合到所述二次绕组。
32. 如权利要求31所述的功率变换器系统，其中，所述反馈电路 包括比较器电路，用于对所述整流器电路的输出与参考信号进行比 较，以确定所述整流器电路输出中的波动。
33. 如权利要求32所述的功率变换器系统，其中，所述反馈电路 包括第二变压器。
34. 如权利要求33所述的功率变换器系统，其中，所述第二变压 器为隔离变压器。
35. 如权利要求34所迷的功率变换器系统，其中，所述第二变压 器为微型变压器，并且，所述第二变压器在集成电路芯片上。
36. 如权利要求35所述的功率变换器系统，其中，所述第二微型 变压器为空芯微型变压器。
37. 如权利要求36所述的功率变换器系统，其中，所述第二微型 变压器具有至少一个在底板上形成的绕组。
38. 如权利要求33所述的功率变换器系统，其中，所述反馈电路 包括编码器和解码器，所述编码器连接在所述比较器电路的输出与所 述第二变压器的一次绕组之间，对所述输入数据信号进行响应，而所 述解码器连接在所述第二变压器的二次绕组与所述开关电路之间。
39. 如权利要求31所述的功率变换器系统，其中，所述反馈电路 包括固定频率脉宽调制发生器。
40. 如权利要求31所述的功率变换器系统，其中，所述微型变压 器包括连接到所述整流器的中心抽头二次绕组。
41. 如权利要求31所述的功率变换器系统，其中，所述整流器为 多电平整流器。
42. 如权利要求16所述的功率变换器系统，还包括信号隔离器电 路，具有对输入数据信号进行响应的第二变压器。
43. 如权利要求42所述的功率变换器系统，还包括前馈驱动器电 路，对所述输入数据信号进行响应，用于根据所述输入信号的频率确 定由所述整流器电路生成的预定输出电压，并且在实现所述预定输出 电压所需要的预定时间内使能所述开关电路。
44. 如权利要求43所述的功率变换器系统，其中，所述输入数据 信号包括FET驱动信号。
45. 如权利要求42所述的功率变换器系统，其中，所述第二变压 器为隔离变压器。
46. 如权利要求45所述的功率变换器系统，其中，所述第二变压 器为微型变压器。
47. 如权利要求46所述的功率变换器系统，其中，所述第二微型 变压器为空芯微型变压器。
48. 如权利要求46所述的功率变换器系统，其中，所述第二微型 变压器具有至少一个在底板上形成的绕组。
49. 如权利要求47所述的功率变换器系统，其中，所述信号隔离 器电路包括编码器和解码器，所述编码器连接到所述第二变压器的一 次绕组，对所述输入数据信号进行响应，而所述解码器连接到所述第 二变压器的二次绕组和比较器。
50. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述开关电路 由传递到所述变压器的所述二次绕组的输入数据信号驱动。
51. 如权利要求16所述的功率变换器系统，还包括线性调节器电 路，连接到所述整流器的输出。
52. 如权利要求51所述的功率变换器系统，其中，所述线性调节 器包括比较器和开关，所述比较器用于对输出电压与预定参考电压进 行比较，而所述开关对所述比较器进行响应以调节输出电压。
53. 如权利要求16所述的功率变换器系统，其中，所述功率变换 器系统是非隔离的。
全文摘要
一种功率变换器系统，包括LC振荡器电路；振荡器驱动电路，用于驱动LC振荡器电路；整流器电路，耦合到LC振荡器电路，用于提供直流输出；以及开关电路，用于控制振荡器驱动电路的占空比以调节LC振荡器电路和整流器电路中的功率。
文档编号G05F1/00GK101395554SQ200780007603
公开日2009年3月25日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月19日
发明者罗恩·克利格, 陈宝兴 申请人:阿纳洛格装置公司