正激功率转换器和控制器的制作方法

专利名称：正激功率转换器和控制器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及正激(forward)功率转换器，更为具体的，谐 振非连续正激功率转换器(RDFC)，且涉及操作该转换器的改进系统 和方法，以及涉及实现这些系统和方法的控制器。
背景技术：
图1 (从US 4,688,160获得)示出了正激(forward)功率转换器 的示例，其包括连接到变压器110的初级线圈109的dc输入101、 102。 初级线圈109串联连接到开关装置105，在此为双极型晶体管，该开 关接通和断开，在接通时间段期间，在初级线圈109中增加磁通，驱 动变压器次级线圈111中的电流。与所谓的反激式(flyback)转换器 不同，在正激转换器中，初级和次级线圈具有匹配极性，如图l中线 圈上的点所示。变压器110的输出经过整流器114的整流和平滑电容 器119的平滑，以提供dc输出121、 122。当开关105断开时，变压 器的芯"重置"，使磁通返回到其初始状态。在图1 (US 4,688,160) 的示例中，这通过变压器110的磁化电感以及与二极管114并联的电 容器113之间的谐振动作，使能量返回到输入电压源来实现。
图1的电路包括位于整流器114和平滑电容器119之间的大输出 扼流圈，以及扼流圈117和平滑电容器119串联组合两端的续流 (freewheeling)或"反激(flayback)" 二极管115。这是因为，当开 关105断开时，由于初级和次级线圈具有相同的感应(sense),整流 器114立即变为非导通。续流二极管115的功能是当断开开关105 时，通过为输出电流提供通路，允许扼流圈117保持连续的输出电流 到输出节点"X"。
图l示出了常规的、连续正激转换器。存在描述这种转换器的很
15多其他现有技术文件，例如，包括US 4,415，959、 US 6,760,236、 US 6,304,463、 US 6,252,781、 EP0 074 399、 EP0 055 064A，以及德州仪 器(Texas Instruments) UCC38C42的参考设计SLUA276。在这些电 路的一部分中，用以MOS晶体管实现的同歩整流器，来替代次级侧 二极管。可以发现其他的背景技术，在US4,788,634中，描述了谐振 正激转换器，其中与变压器并联的变压器自生的自电感提供了谐振 "环"，使得开关电路可以自谐振；以及在US2005/0270809 (WO 2004/057745)中，描述了在限流电路中使用辅助变压器。
发明人认识到，通过在非连续电流模式下使用开关控制，可实现 改进的操作，例如改进的调节(regulation)和启动。

发明内容
根据本发明的第一方面，因此提供了一种非连续谐振正激转换
器，用于将输入dc电压转换为输出dc电压，所述转换器包括第一 和第二dc输入；变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；可控开
关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述初级线圈，所
述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所述第一和第二 dc电压输入之间；第一和第二 dc电压输出；整流器，连接到所述变 压器的所述次级线圈，所述整流器和所述变压器的所述次级线圈串联 连接在所述第一和第二dc电压输出之间；平滑电容器，具有在第一连 接节点处被连接来从所述整流器接收dc功率的第一连接，所述第一连 接节点连接到所述第一dc电压输出，所述平滑电容器具有与所述第二 dc电压输出相连的第二连接；和控制器，具有与所述可控开关相连的 输出，并配置为控制所述开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有 第一部分以及实质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开 关接通且电流流入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开 关断开；以及其中，在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没 有电流流入所述第一连接节点。
整流器和第一连接节点之间的连接可以包括小电感，但是在波形 的第二谐振部分期间，该电感中几乎没有电流流动。然而，不再需要
16如背景技术部分所提及的连续正激转换器中所使用的大扼流圈。如果 存在电感，那么这可以具有小于变压器电感1%的值，或是小于0.1% 的值。正激转换器的实施例没有连接到次级线圈的续流整流器。在转 换器保持非连续的前提下，加入少量的输出电感，可以有助于实现电 流限制功能(如后面所述)。
如上所述，根据本发明实施例的正激转换器使用受控的开关切 换，而不是依赖于自身振荡，来直接控制功率幵关。但是，发明人认 识到，正激转换器的实施例可以容许部件参数的变化，特别是变压器 的电感和谐振电容器的电容，二者都造成了谐振频率的变化。发明人 认识到，在非连续谐振正激转换器中，出人意料的，可以采用几乎固 定频率的振荡器，并且对于部件值的变化，仍然实现了鲁棒性，这又 有助于使用较大容差的部件，并且因此有助于低成本实现。具体的， 宽泛的讲，在正激转换器的实施中，次级线圈上的电压波形可以大致 分为3个时段，如上所述的电压波形的第一部分占用这三个时段之一， 电压波形的实质谐振的第二部分占用另两个时段。
因此，通过控制开关的驱动，使得断开期至少是(前一)接通期
的大约2倍长，从而直到正弦谐振的一半周期结束且波形大约为0伏，
才再次接通开关。(在随后描述的带有双极晶体管开关的实施例中，在
初级侧对波形进行箝位，实际上箝位在与0伏相差1个二极管压降， 这是因为在开关中存在内在的二极管。)当次级侧电压波形几乎为0 伏时，这是再次接通初级侧开关的好时机，以减小电磁干扰(EMI)、 以及实现良好效率。然而，该电压波形保持在几乎O伏的时段相对较 长，因此可以选择振荡器的频率，以允许谐振半周期的持续时间出现 一些变化。如果变压器电压已经处于几乎O伏，接通开关不会导致任 何明显的电压改变。因此，优选地，这种固定频率振荡器具有小于 1.5:2.0的占空比(接通期断开期)(可选地，接通期占空比以总周 期的百分比表示小于70%)。最终，次级线圈电压波形开始再次正弦 振荡，因此，优选地，占空比的断开期足够短，以避免波形的这一区 域，因此，优选地，例如，振荡器的占空比使得接通期与断开期的比 率大于0.5:2.0 (可选地，接通期占空比以总周期的百分比表示大于5%)。
另外或可选地，可使用脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)之一或两者，同时维持非连续谐振。这有助于调节正激转换器的输出，特别是在变动负载条件下。然而，优选地，开关控制器被配置为通过采用一对控制信号来控制开关，这对控制信号中，第一控制信号用于接通开关，第二控制信号用于断开开关。这有助于实现一系列不同的控制策略，可选地，在PWM和/或PFM方面。尤其是，在非连续谐振正激转换器方面，这有助于实现0伏切换(ZVS)，并有助于实现过电流保护(OCP)。
因此，在一些优选的实施例中，第一控制信号控制开关接通，第二控制信号控制开关断开。第一控制信号在实施例中可响应在初级线圈电压上检测到几乎O伏条件。这可以用于立即或者在一定延迟之后接通功率开关。可选地，可采用来自变压器的辅助线圈的电压。更一般地，可将所感应的电压与基准电平而不必是O伏相比较。在另一可选方案中，可响应于所感应的通过初级线圈和开关的电流来接通功率开关，例如，通过测量电流感应电阻器上的电压降来进行感应。例如，这可以用来延迟功率开关的接通。用于断开功率开关的第二控制信号也可响应多个不同变量中的一个或多个。例如，在简单的实施例中，第二控制信号可在第一控制信号控制功率开关接通后一定延时之后，控制开关断开。可选地，该延时可以是变量，这样可实现脉冲宽度调制。例如，脉冲宽度可响应变压器的初级线圈或辅助线圈上的电压，和/或响应正激转换器的次级侧上的感应电压。应该认识到， 一般来说，可直接或间接感应变压器的初级(或次级)线圈上的电压。 一般而言，第二控制信号可响应任何所感应的初级或次级侧电压或电流。
在一些特别优选的实施例中，第二控制信号通过在检测到过电流条件(例如，通过从诸如电流感应电阻器之类的传感器感应的电压来检测)时几乎立即断开功率开关，实现过电流保护(OCP)功能。这可以用于实现逐个周期的OCP，并有助于在检测到开关电流大于阈值时进行快速响应。
因此，在一些优选的实施例中，控制器实现限流模式，包括增大频率操作。因此，在实施例中，在限流时，控制器增加驱动信号的频
率。这可以有助于避免失控(runaway)过程(随后描述)，这对于特 定类型的负载可导致输出电压持续下降。在实施例中，响应于改变驱 动信号的频率或脉冲宽度，调节限流的阈值电流，特别是，当驱动脉 冲宽度减小或驱动频率增大时，可增大阈值电流。如上所述，正激转 换器的输出侧可包括小电感，且仍然工作于非连续谐振模式，这种电 感的引入可以有助于在过载时限制(调节)输出电流，尤其是通过如 上所述对输出电流进行调节。在实施例中，该电感可通过电路中的漏 电感或寄生电感，尤其是变压器的漏电感，来提供。在实施例中，变 压器可配置为提供漏电感，以为正激转换器贡献输出电感的所需值。
正激功率转换器设计中经常遇到的一个具体困难在于确保可靠 的启动。这是因为在启动时，正激转换器输出有效地表现为短路，这 潜在地可损坏功率开关，或者，在存在限流装置时，这可触发限流， 并因此防止输出电压达到其正确值。在此描述的正激转换器的实施例 采用装置来以受控方式接通和断开功率开关，这有助于对正激转换器 的启动进行管理，特别是，使得功率开关的驱动信号的频率在启动时 能够增加。这使得转换器在启动时离开其工作谐振模式，并使更多的 功率能够传送到输出，同时仍然保护功率开关。启动条件可在正激转 换器的初级侧直接检测，或者，通过利用正激转换器中的电流感应/ 限制系统来间接检测。
在一些特别优选的实施例中，上述控制器以单片集成电路实现。 该IC可实现上述一系列控制策略中的一个或多个。然而，在IC的一 些优选实现中，为灵活起见，使功率开关在芯片之外。
因此，在另一方面中，本发明提供了一种控制器，用于控制正激 转换器，所述正激转换器用于将输入dc电压转换为输出dc电压，所 述转换器包括第一和第二dc输入；变压器，具有极性相匹配的初级 和次级线圈；可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器 的所述初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连
接在所述第一和第二dc电压输入之间；第一和第二dc电压输出；整 流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间；和平滑 电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收dc功率的 第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出，所述平滑 电容器具有与所述第二dc电压输出相连的第二连接；以及其中，所述 控制器具有与所述可控开关相连的输出，且被配置为控制所述开关， 使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实质上谐振的第二 部分，在所述第一部分期间，所述开关接通且电流流入所述第一连接 节点，在所述第二部分期间，所述开关断开；以及在所述电压波形的 所述第二部分期间，实质上没有电流流入所述第一连接节点；由此， 所述正激转换器可由所述控制器控制而工作在非连续正激电压转换模 式下。
优选地，如上所述，该控制器实现在单片集成电路上。 在另一方面中，本发明提供了一种控制上述正激转换器使其工作 于非连续谐振模式的方法，该方法通过如下方式来进行控制可控(功
率)开关，使得次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实质上谐振 的第二部分，在所述第一部分期间，开关接通且电流流入第一连接节
点，在所述第二部分期间，开关断开；以及其中，在电压波形的所述 第二部分期间，实质上没有电流流入第一连接节点。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于谐振非连续正激转换器 (RDFC)的控制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和 第二线圈的变压器以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈 的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc 输出，其中，所述控制器具有两种模式，处于第一工作模式时，控制 所述开关在与所述RDFC工作的谐振频率实质上一致的频率下，切换 所述dc功率，使得所述RDFC从所述dc输出提供功率，以及处于降 低功率的第二工作模式时，控制所述开关的驱动，以增加所述开关断 开时间的比例。
在一些优选的实施例中，开关驱动包括脉冲，并且在降低功率的 第二工作模式下，减小脉冲宽度(接通持续时间)。另外或可选地，在 减小功率工作模式下，跳过开关的一个或多个谐振频率周期。在后一种情况下，在开关下一次接通时，为进一步增加RDFC的效率，将接
通定时为几乎与RDFC的谐振波形中的转折点相一致，更具体地，与 波谷相一致。
在一些优选的实施例中，控制器被配置为自动感应负载减小条 件，并响应于此，选择减小功率的第二工作模式。例如，控制器可通 过感应控制器的电源，来感应负载减小条件，在控制器实现在集成电 路中的情况下，所述电源为该IC的电压源。另外或可选地，控制器可 通过感应RDFC的工作定时，更具体地，在功率开关断开期间检测到 多于一个的谐振(多于一个的振荡周期)，来选择减小功率模式。识别 负载减小条件的其他选项包括在RDFC的输出侧进行感应(例如，使 用正激转换器输出侧上的电流感应电阻器)以及通过变压器上的辅助 线圈进行感应。
在一些特别优选的实施例中，配置控制器控制开关的驱动，使得 开关仅在开关两端的电压约为0伏时接通。(在实施例中，开关两端的 电压可能实际上并不为0V，这是因为例如包含了二极管压降)；这是 特别有用的。
在一些优选的实施例中，减小功率的第二工作模式包括RDFC的 待机模式。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于电网供电的谐振非连续 正激转换器(RDFC)的控制器，所述正激转换器包括具有极性相匹 配的第一和第二线圈的变压器以及将dc功率切换到所述变压器的所 述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈 相连的dc输出，其中，到所述第一线圈的所述dc功率从电网电源获 得，且包括电网纹波成分，所述控制器包括纹波感应输入，感应所 述电网纹波；和定时控制模块，连接到所述纹波感应输入，并且具有 控制所述开关的驱动信号的输出，所述驱动信号包括脉冲，该脉冲具 有用于驱动所述开关接通的脉冲接通期以及用于驱动所述开关断幵的 脉冲断开期；以及其中，所述定时控制模块被配置为响应所感应的电 网纹波，改变所述脉冲的宽度和频率之一或两者，以在所述dc输出中 抑制所述纹波的分量。
21纹波感应输入可在多个点处感应电网纹波，这些点包括但不限
于RDFC的dc输出、开关、以及来自RDFC的变压器的辅助线圈。 优选地，控制器还包括另一感应输入，用于调节转换器的dc输出。优
选地，定时控制模块输出包括第一和第二输出线，分别用于控制开关
接通和断开；于是，控制器优选地还包括开关控制模块，响应这些输
出线，控制开关接通和断开。
在相关方面，本发明提供了一种抑制电网供电的谐振非连续正激
转换器(RDFC)中纹波的方法，所述正激转换器包括具有极性相匹 配的第一和第二线圈的变压器以及将dc功率切换到所述变压器的所 述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈 相连的dc输出，所述方法包括在所述RDFC的信号中感应电网纹 波的成分；和控制所述开关的驱动信号的脉冲宽度和脉冲频率之一或 两者，以抑制所述纹波。
在另一方面，本发明提供了一种用于谐振非连续正激转换器 (RDFC)的控制器，所述RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所 述变压器的功率开关，其中，所述控制器被配置为在所述RDFC的启 动期间限制所述开关中的电流。
在开关包括晶体管，特别是双极晶体管的实施例中，限流可包括 使晶体管工作在非线性区。另外或可选地，可配置控制器，在启动期 间增加开关的控制信号的频率，以在此时限制电流。频率可增加到正 常工作频率以上例如2、 5、 IO倍或更高。因此，在实施例中，控制器 可配置为控制RFDC，使得其在启动时并非谐振。启动频率可包括固 定频率或取决于从RDFC感应的信号的频率。
在另一方面，本发明提供了一种用于谐振非连续正激转换器 (RDFC)的控制器，所述RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所 述变压器的功率开关，其中，配置所述开关将功率切换到所述变压器 的线圈，所述控制器包括如下系统，该系统感应所述变压器的所述线 圈中的电压，并响应所述感应来控制所述开关部分地接通。
在实施例中，变压器包括输入线圈和输出线圈，开关被配置为将 功率切换到变压器的输入线圈。在输入线圈上开关所连接到的节点处，
22当开关断开时可出现急剧电压上升(一般而言，变压器的输入和输出 线圈侧的响应并不相同)，并且通过将开关部分地接通，可控制并限制 该电压过冲，有效地感应并捕获过冲。
因此，在另一方面，本发明提供了一种控制谐振非连续正激转换
器(RDFC)的方法，所述RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所
述变压器的功率开关，所述方法包括感应所述变压器的所述线圈上
的电压，并且响应所述感应来控制所述开关部分地接通，以限制电压 过冲。
在另一方面，本发明提供了一种谐振非连续正激转换器中的限流 方法，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压
器以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换 器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包
括检测电流限制条件；以及响应所述检测，增加所述开关的控制信 号的频率。
在相关方面，本发明提供了一种用于谐振非连续正激转换器
(RDFC)的控制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和 第二线圈的变压器以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈 的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc 输出，所述控制器包括用于检测电流限制条件的装置；以及用于响
应所述检测，增加所述开关的控制信号频率的装置。
本发明还提供了一种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控 制器，所述转换器具有一个或多个输入，用于感应来自所述谐振非连 续正激转换器的一个或多个信号，所述控制器还包括用于分析所述
一个或多个所感应的信号以确定所述RDFC的功率开关的接通和断开 时间的系统，以及根据所确定的接通和断开时间，为所述开关提供驱 动信号的输出。
在另一相关方面，本发明提供了一种控制谐振非连续正激转换器 的方法，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变 压器以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转 换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括使用具有一个或多个输入的控制器，感应来自所述谐振非连续正 激转换器的一个或多个信号，并分析所述一个或多个所感应的信号， 以确定所述开关的接通和断开时间，以及根据所确定的接通和断开时 间，为所述开关提供驱动信号。
在另一方面，本发明提供了一种操作谐振非连续正激转换器的方 法，使得对于所述谐振非连续正激转换器的一个或多个谐振部件的容 差，所述谐振非连续正激转换器具有减小的灵敏度，所述方法包括 使用自发振荡器来驱动所述谐振非连续正激转换器的功率开关，其中 选择所述振荡器的实质固定频率和占空比之一或两者，使得当所述开 关两端实质上是O伏时，接通所述开关。
这样，在实施例中，可将RDFC配置为针对一系列不同的(谐振)
部件值，工作在几乎O电压切换模式。这有助于实际RDFC电源的低
成本商业实现，其中对部件考虑较少，且因此潜在地成本较低，同时， 在实施例中，通过调平(初级)磁化电感和谐振电容中的变化，确保 了高效工作。
因此，在相关方面，还提供了一种用于控制谐振非连续正激转换 器的控制器，使得对于所述谐振非连续正激转换器的一个或多个谐振 部件的容差，所述谐振非连续正激转换器具有减小的灵敏度，所述控 制器包括用于驱动所述谐振非连续正激转换器的功率开关的自发振荡 器，其中，选择所述振荡器的实质固定频率和占空比之一或两者，使
得当所述开关两端实质上是O伏时，接通所述开关。
在另一方面，本发明提供了一种用于谐振非连续正激转换器的控 制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一或输入线圈和第二 或输出线圈的变压器以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线 圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc 输出，配置所述控制器控制所述正激转换器工作在受控振荡模式下， 其中，所述转换器具有包括第一接通期和第二断开期的工作周期，在 所述第一接通期中，电流在所述变压器的所述第一和第二线圈中流动， 在所述第二断开期中，在所述变压器的所述第一线圈和所述开关之间
的连接上存在实质谐振电压波形，以及其中所述控制器具有至少一
24个感应信号输入，感应来自所述谐振非连续正激转换器的信号；和输 出，响应所感应的信号，控制所述开关，以在所述受控振荡模式下操 作所述正激转换器。
在优选实施例中，所感应的信号响应变压器中的能量水平。优选 地，控制器使用开关控制模块来实现，所述开关控制模块具有第一 和第二开关控制输入，分别接收接通控制信号和断开控制信号。优选 地，这些输入之一由比较器驱动，该比较器将所感应的信号同基准相 比较；优选地，另一输入也由比较器输出驱动，但是被延迟，特别是 由可变脉冲宽度定时器来延迟。这样，例如当在所述开关上感应的电 压达到基准电压时可控制开关接通，并且在预定或可变时间之后控制 开关断开。在一些优选实施例中，断开控制信号还由过电流保护信号 来选通，从而在检测到过电流条件时，可控制开关立即断开。在其他
设置中，可分别控制开关的接通和断开；可选地，可通过感应RDFC 输入侧上的电压和/或电流，来控制开关的接通及断开。
在实施例中，在开关上的电压达到几乎为0后一定时间间隔(可 以是固定时间间隔，或者可以为0)处；和/或响应对通过变压器的第 一 (输入)线圈的电流进行感应的电流感应信号(电压)，接通开关。 在实施例中，在固定或可变的接通时间之后；和/或响应RDFC输入侧 中感应的电压和/或电流，断开开关。在实施例中，控制器可响应多于 一个从RDFC感应的信号。在实施例中，RDFC并没有与输出侧整流 器并联的电容器；相反，RDFC被配置为在没有与整流器相关联的内 在寄生电容之外的任何电容的情况下，实现谐振。
RDFC可结合在电网电源中。在这种实施例中，可直接从电网获 得高dc电压，例如通过桥式整流器，这提供了对RDFC的输入，RDFC 被配置为生成低得多的dc输出电压，例如小于50V、 40V、 30V、 20V、 20V或IOV。
在本发明上述方面的一些优选实施例中，控制器实现在单片集成 电路上，可选地包括功率开关。
上述控制器可在模拟或数字电路中实现。因此，在控制器主要或 全部在数字电路中实现时，本发明还提供了一种载体介质，携带处理器控制代码，例如RTL (寄存器传输级)或系统C，来定义硬件实现 该控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种正激功率转换器，所述功率
转换器包括输入；变压器，具有初级线圈和次级线圈；功率开关， 被配置为从所述输入切换功率到所述初级线圈上；输出，连接到所述 次级线圈；和控制系统，所述控制系统具有感应输入，并被配置为响 应来自所述感应输入的感应信号，控制所述开关的切换定时，以调节 所述正激转换器的功率输出；以及其中，连接所述感应输入以从正激 转换器的初级侧接收所述感应信号。
为控制系统提供输入的感应信号可包括电压和/或电流感应信号。 控制系统可调节正激功率转换器的输出电压和/或输出电流。
本发明还提供了一种用于初级侧感应正激功率转换器(特别是如 上所述的转换器)的控制器。
本领域技术人员应理解，上述非连续谐振正激转换器可使用一系 列电路拓扑来实现，这些电路拓扑包括但不限于随后描述的拓扑。例 如，变压器可包括自耦变压器。


现在参考附图，仅以示例的方式，来进一步描述本发明的这些和 其他方面，其中
图1示出了根据现有技术的正激转换器的示例；
图2a和2b分别示出了非连续谐振正激转换器的实施例以及用于 图2a中转换器的定时和控制装置示例；
图3a和3b示出了图2a中的正激转换器在170V的dc输入电源、 分别提供1A和2 A输出电流的工作期间的示例波形；
图4示出了根据本发明实施例的正激转换器电源的等效电路模
型；
图5a到5d示出了根据本发明实施例的正激转换器的可选拓扑； 图6a到6c示出了根据本发明的实施例，使用辅助线圈重置正激 转换器中变压器的示例；
26图7a和7b分别示出了启动期间具有高频控制和没有高频控制的 情况下正激转换器的波形；
图8a到8c分别示出了根据本发明的非连续谐振正激转换器的实 施例的输入感应连接设置，以及分别在过载和没有负载的条件下的正 激转换器；
图9a到9c分别示出了正激转换器波形的滞后、提前和目标定时 的示例；
图10a和10b分别示出了使用次级侧反馈的正激转换器调节和多 相正激转换器电路；
图11示出了使用跳脉冲和谐振谷切换的谐振非连续正激转换器 的波形，其示出了开关驱动脉冲、开关(集电极)电流和开关(集电 极)电压的示例波形；以及
图12示出了谐振非连续正激转换器中的电压感应电路技术的示 例，特别是用于减少纹波。
具体实施例方式
在本说明书中，所涉及的是控制谐振非连续正激转换器。在典型 的RDFC中，将功率切换到变压器的初级或是输入线圈，并且变压器 的次级或是输出线圈(极性与初级线圈极性相匹配)连接到整流器， 整流器为平滑电容器提供dc功率，从该连接节点为RDFC输出提供 dc功率。变压器次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实质谐振的 第二部分，在第一部分期间，开关接通，电流流入连接节点，以及在 第二部分期间，开关和整流器都断开。在电压波形的第二部分期间， 几乎没有电流流入连接节点(除了从平滑电容器)。
在设计中，描述了整流器和连接节点之间的连接可以包括小电感 (例如，小于初级侧磁化电感的5%)，但是在波形的第二谐振部分期 间，该电感中几乎没有电流流动，并且无需使用在连续正激转换器中 所用类型的大扼流圈。无需在整流器两端连接电容器以实现谐振；在 实施例中，几乎仅在开关上谐振，而不是还在次级二极管上谐振。更 为具体的，在实施例中，使用变压器的磁化电感以及初级侧的附加电容器，来实现在断开周期中的谐振。
在一些优选的实施方式中，RDFC被配置用于AC-DC功率转换， 并且因此包括AC-DC转换器，例如初级侧上的桥式整流器。在一些 特别优选的实施方式中，RDFC由电网(mains)供电，初级侧由高dc 电压(例如，大于70Vdc， 100Vdc， 150Vdc或200Vdc)供电，同时 次级侧dc电压为低(例如，小于20Vdc或10Vdc)。在实施例中，在 初级侧上使用O电压切换(即，在开关上的电压接近于O伏时，接通 初级侧开关)，但是忽略次级侧二极管在切换上的损耗。
还将描述用于实现谐振非连续正激转换器(RDFC)的技术，其 使用控制系统按受控方式接通和断开RDFC的功率开关。如前所述， 控制系统可以工作在非受控、固定频率模式下，或例如，控制系统可 以从一个或多个输入中感应，且响应该感应，确定何时接通和断开功 率开关，以实现脉宽和/或频率调制。这有助于RDFC的调节，具体的， 其可以使用一套算法来完成。 一种技术使用控制系统操作RDFC来补 偿电路的变量，并且工作在0电压切换(ZVS)模式下。转换器还可 以控制起动和/或限流期间的切换频率，以保护功率开关并增加传送到 负载的能量。优选的，使用控制IC (集成电路)来实现控制系统。
如上所述，RDFC工作在没有续流或反激二极管的情况下，并且 含有或者没有输出电感。然而，如果存在，输出电感足够小，以确保 正激转换器工作在非连续模式下，并且确保几乎完全谐振或接近谐振。
现在参考图2a，其示出了根据本发明的非连续谐振正激转换器 200的实施例。图2b示出了用于图2a中正激转换器的示例定时和控 制系统210。
参考图2a，其示出了完全谐振非连续式正激转换器200，其dc 输入202连接到变压器206的初级线圈204，初级线圈204与功率开 关212串联连接。谐振电容器214连接在变压器初级线圈两端，且向 dc输入202提供平滑电容器216。在正激转换器的输出侧，变压器的 次级线圈208通过整流器220为一对dc输出端子218提供功率。平滑 电容器222连接在dc输出端子218上，且用"X"表示整流器220、 平滑电容器222以及dc输出端子218之一的接线的结点处的输出节点。通过与图1中所示的电路对比，去往节点x的电流是非连续的，该电流流到平滑电容器222和输出218之一或两者。
开关212可以包括双极型晶体管，或MOS晶体管(例如MOSFET)，或IGBT，或其他装置。整流器220可以用二极管或是通过MOS晶体管的方式实现。谐振电容器214可以包括分立部件，或者可以完全由寄生电容提供，或是可以包括二者的组合。
开关212受控于包括定时控制模块210a和开关控制模块210b的控制器210，定时控制模块为开关控制模块210b提供接通和断开信号210c。定时控制模块可以具有一个或多个感应输入，例如如图所示的电压感应输入和电流感应输入，或者可以省略这种感应，且定时控制模块210a可以几乎独立于任何所感应的正激转换器电路的条件而工作。
在使用电压感应时，可以直接或是间接地感应变压器初级线圈上的电压。例如，可以通过所示的连接到初级线圈和开关之间结点的方法感应电压；可选的，例如，可以从变压器的辅助线圈获得感应电压(未在图2a中示出)。在使用电流感应时，这通常可以通过对电流感应电阻上的电压进行感应的方式来实现。
在工作中，图2a中的电路将通常相对高的输入dc电压，转换为通常适于消费电子设备的范围内的输出dc电压，例如大约在5V到20V之间。在一些优选的实施方式中，如图2a中所示，dc输出与dc输入之间隔离；在另一些实施方式中，可以使用次级侧反馈，在此情况下，为了使正激转换器的初级和次级侧之间隔离，可以含有光隔离器(opto-isolator)。
通常，正激转换器具有很多优点，包括相对小的尺寸和低的成本。然而，通常，正激转换器难于调节，并且部件(尤其是开关)在某些负载条件下以及在启动时，容易出现故障。理论上，由于正激转换器可以工作在谐振模式下，所以具有良好的效率，但是通常续流或反激二极管能防止出现谐振。此外，通常谐振是通过仔细选择部件的值以允许自谐振来实现的，但是这必须使用具有紧密容差(tighttolerance)的部件，其是昂贵的并且增加了制造的难度。
29这里描述的装置使用了控制器210来控制开关212接通和断开的
定时，并且这允许使用多种有利的技术。因此，下面描述如何使图2a
中的正激转换器在一系列部件值上可靠的工作，如何使用限流和启动
控制(这两者有助于实现可靠的工作，并且有助于保护开关212)，以及如何在非连续谐振模式下控制开关定时以实现调节。
图2b示出了图2a中的控制器210的示例实施方式。比较器250将所感应的电压与基准电压(例如O伏)相比较，以便为开关控制单元256提供控制信号252以控制开关212接通。比较器250的输出还提供给定时器258，其开始对接通脉冲宽度进行计时。当定时器超时，在第二控制线254上提供信号到开关控制单元256，以便控制开关212断开。例如，开关控制单元256可以包括置位-复位锁存器以及用于驱动双极型晶体管的基极和/或MOS晶体管的栅极的接口电路。优选的，该电路还包括OR门260，其具有来自过电流保护线的输入262。这可以通过将电流感应输入与基准电平相比较来生成，基准电平定义了限流用的阈值。当过电流保护输入262有效时，立即控制开关控制单元256将开关212断开，从而实现了逐个周期的限流控制。
图3a和3b示出了示例波形，其展示了图2中正激转换器的工作。在这些图中(和类似的后面的图)，波形300表示双极型晶体管开关基极上的驱动电压，波形302示出了集电极电流，其几乎等于通过正激转换器200的变压器206的初级线圈204的电流。因此，初级侧电流控制变压器206中的通量，并且因此还控制次级侧电流。波形304示出了双极型晶体管开关的集电极端子上的电压；当开关断开时，该电压(等于变压器206的初级线圈204上的电压)在变压器的次级线圈208上反映出来。当开关闭合时，变压器初级侧中的电流驱动次级侧中的电流，从而通过整流器220为平滑电容器222充电；当开关断开时，正激转换器的初级侧停止驱动次级侧，并且从平滑电容器222为输出端子218提供功率(并且二极管222是断开的)。在图3a和3b的波形中，波形300的比例是500mV每刻度，波形302的比例是mA每刻度，以及波形304的比例是100V每刻度。在图3a中，驱动波形的频率大约为59KHz;在图3b中，驱动波形具有大约为48.4KHz的
30频率。对波形300的仔细观察显示出，驱动信号的切断并不是彻底的，
这是由于双极型开关的特性；波形302和304相应如此。
在所描述的正激功率转换器的优选实施例中，在能量传送周期之后，变压器被重置(所以其不被磁化)，在重置状态期间，电流在变压器初级线圈中流动的方向，与在开关212接通时流动的方向相反，开关212通常为功率晶体管。采用变压器初级的电感和电容器214的谐振动作，来进行该复位一一一旦开关212断开，在电容器214的底极板上存在半周期的符号波(sign wave)(波形304)。通过电感器的动作，将该底极板上的电压驱动到电源电压之上，使得在符号波的顶部，变压器初级上的电压的方向与正激能量传送期间的方向相反。(此时，开关212两端存在相对高的电压，在图3a的示例波形304中，大约为550V，大大高于输入电压，因此开关应该能够承受该电压而不击穿)。由于电容器放电以及开关212两端的电压下降回0，电流在变压器初级中流动的方向，与在电源周期的正激能量传送部分期间的电流流动方向相反，并且因此重置了变压器。如果此时开关没有接通，那么谐振将继续，具有一系列逐渐减小的谐振峰值(见此后的图11)。优选的，在开关两端的电压几乎为最小时(接近于0V)(图3;此后的图11)，接通开关212。
图4示出了图2a中非连续谐振正激转换器的等效电路。其示出了双极型晶体管开关、输出整流器以及变压器的寄生电容(Cp),以及谐振电容器(C》，表示变压器中存储的能量的磁化电感(Lmag)，和漏电感(Lleak)，其表示变压器的初级和次级线圈之间的漏电感(由于一些磁通线泄漏链接初级和次级线圈，使得其行为类似于电感器)。通常，但不是必须的，C;比Cp大的多。工作中，L^g维持初级电流流入Cr，引起谐振，且次级电流大致与初级电流相匹配。漏电感提供一定程度的限流，特别是，当平滑电容器可以有效地表现为短路时，其有助于减少启动时的过载。
图5a到5d示出了用于谐振非连续正激转换器的可选拓扑结构。在图5a中，谐振电容器连接在开关(在该示例中，以双极型晶体管开关的形式示出)两端。在图5b中，谐振电容器在转换器的输出侧上，更为具体的，连接在变压器的次级线圈两端。在图5c中，显然包括与输出整流器串联的小电感器。图5d示出了其中采用自耦变压器
(auto-transformer)的正激转换器的结构。
在实施例中，通过变压器波形的谐振部分来重置变压器为了给变压器消磁，磁化电流放电到谐振电容器，并且谐振放电。此外或可
选的，可以通过与整流器串联的辅助线圈来重置变压器。图6a示出了该重置电路的示例，其中，与变压器初级和次级线圈相比，变压器初级侧辅助线圈具有相反或反转的极性。在幵关断开期间，与辅助线圈串联连接的二极管成为正向偏置，并且将功率导通回dc输入(所以该技术是没有消耗的)。图6b和6c示出了可选的结构，其中辅助线圈放置在变压器的次级侧上，并且(也是)具有与初级和次级线圈相反的极性(次级侧的二极管连接到线圈的相反端)。这些示例中，在正激转换器的输出侧，辅助线圈与整流器串联连接，并且连接在次级线圈和整流器以及可选的电感器两端。
再参考图2和图3，通过比较波形304和300可以看到，在波形304几乎到0伏之后，而在双极型晶体管开关的驱动信号300将该开关接通之前，存在一短的时间段。如果存在足够的延迟，那么最终将在波形304中看到进一步的谐振，但是虽然如此，应意识到还存在一定范围的时间段，开关可在这期间再次接通，且因此可以通过这样的方式控制开关:检测谐振半周期之后波形304中几乎为0电压的电平，然后在接通开关之前等待一定的延迟(其可以是0)。基于0电压或谐振谷切换的电路工作中的这种容差，允许切换定时(更具体地，断开时间)足够长，以便应对一定范围的谐振频率，并且因此应对一定范围的谐振部件值。
下面考虑正激转换器的启动。在启动时，电源的输出表现为短路。与使用反激二极管的连续正激转换器不同，根据RDFC上存在的负载，可以将不充足的能量传送到转换器的输出，以便为输出电容器充电。这在采用限流的情况下尤其成为问题，这是由于在变压器的初级侧上可出现非常高的电流，并且限流能激活以断开驱动信号，这会带来这样的后果在一定的负载下，输出电容器不能被充电。图7a示出了这种困难，其中示出了在限流的情况下，启动期间 电源的输出(电压)不能上升到其正确值。对集电极电压波形的观察 也显示出，当开关断开时其存在非O分量(因为次级侧输出是被反向 反映的)，可以感应该非零集电极电压，以识别该启动条件，以及如果 需要的话，用以识别电流限制、过载和短路。
在非连续谐振正激转换器的优选实施例中，启动时控制正激转换
器，以便在增大频率模式下工作，例如，在5或IO倍的正常工作频率
下。这可以通过在启动时选择的简单振荡器来实现，或是可以感应集 电极电压，并且用于控制开关接通，以调用更高频率的工作模式。
RDFC在增大的频率下工作，增加了传送到输出的电荷，同时还保护 了功率开关。图7b示出了这种增大频率工作(时间刻度要短于图7a 中的时间刻度)，可以看到，在这种高频启动模式下输出电压具有向上 的趋势。随着时间的流逝，输出电压增加到正激转换器的正常工作输 出电压。
下面描述用于非连续谐振正激转换器的限流系统。 一旦RDFC已经启动并且达到了稳定状态工作，其就在谐振模式 下工作，此时输出(电压)跟随输入(电压)。然而，如果施加了过载， 尤其是当工作在固定频率下时，输出电流以及因此开关电流将大大增 加，并且可能损坏电路。所以，希望感应RDFC中的开关电流，并且 这里所描述的控制器能够使驱动缩短，以便在过载的条件下控制驱动 电流。
图8a示出了RDFC的实施例，其包括带有电流感应端子(Si)以 及集电极电压(Sc)和dc输入电压(Sdc)感应输入的控制器。图8b 示出了过载期间正激转换器的波形，其中可以看到，由于输出电路的 负载，集电极电压波形不再完全地谐振(半周期的第一部分被截除)。 作为对比，图8c示出了没有负载情况下的正激转换器。
上面己经描述了如何实现过电流保护。然而，存在这样的情况， 其中固定电流限制转换器可以减少传送到输出的功率，这又减小了输 出电压，增加了输出电流，可以导致转换器输出电压大大下降，甚至 在移除负载的时候。在这种情况下，正激转换器可能不能复位。为了处理这个问题，采用了很多策略中的一种或多种。例如，可以有效地 采用如上所述的增大频率重启，以使输出电压回升至其正常工作水平。 此外或是可选的，可以使用输出侧电感和/或控制变压器的漏电感(通 常，使其增加)，以提供限流效果。电流限制还可以改变，在脉冲宽度 减小时，增加电流限制。具体的，后面的这种策略将在随后更为具体 的描述。
更为详细的，在一些应用中(例如恒流负载)，输出电压可以进 入这样的状态，其中输出电压持续下降，并且电源不能传送全部功率。 通过在启动期间采用与如上所述类似的增加频率的方式，可以增加传 送到负载的功率，从而增加了输出电压。这样，还可以在电流限制同 时在减小的输出电压下进行调节；还可以采用漏电感和/或串联电感来 将部分输出电压分担到该电感上。
当正激转换器工作在限流模式下时，仍有可能通过在脉冲宽度减 小时增加所能允许的开关电流的方式，来调节输出电流。由于在减小 脉冲宽度的情况下，损坏转换器的风险减小了，因此这可以在此处所
描述类型的RDFC中安全地实现。将其与变压器的漏电感和/或串联输
出电感组合在一起，就能够在输出电压下降时调节输出电流。因此， 宽泛地讲，效果是，增加脉冲宽度导致电流限制减小。
现在进一步讨论可用来对具有相对宽容差的部件的使用进行补 偿的技术。制造具有紧密容差初级磁化电感的电源变压器是困难的。 一种技术是清洁和粘合铁芯，但是这是昂贵的。紧密容差谐振电容器 也是昂贵的。此前描述了，如何使用控制器中的固定频率振荡器以及 适当选择占空比，来补偿这些部件中增加的容差。另一种技术包括，
通过控制开关使得其在初级(电压)波形的o电压阶段接通，来补偿
容差。如上所述，存在寂静时间(deadtime)，此时，开关电压大约处 于0伏(实际中，电压可以稍小于地电势)。在控制器的0电压切换 (ZFS)实施例中，功率开关在该时间间隔期间接通。图9a到9c示 出了开关驱动相对于集电极电压波形的不同示例定时。
参考图9a，其示出了这样的示例，其中实现了O电压切换，但是 开关接通的比理想的晚。然而，同图9b中所示的开关接通的太早相比，这是优选的，开关接通的太早可以导致非O电压切换，这引起开关损 耗和电磁干扰(EMI)。图9C示出了开关驱动相对于集电极电压波形 的优选定时。
通过感应集电极电压处于O伏的时刻，并且响应于此，在集电极 电压刚下降到0，或在电压到0之后经短时间，或集电极电压刚刚开
始再次上升时，接通开关，可以实现图9c中的优选定时。图9c中的
定时示出了 "完美的"谐振开关，在集电极电压刚刚到o时，就接通开关。
下面讨论RDFC中输出电压的调节。通常，由于相对高的漏电感 和部件(线圈)电阻，调节较差。其结果是，当更大的负载施加到转 换器上时，输出电压下降。此外，RDFC在补偿输入电压的变化上可 能具有难度，通常，输出电压跟随输入电压。这在正激转换器从电网 电源接出时尤其成为问题，因为电网电压通常变化明显。然而，如上 所述的控制器的实施例适于实现脉冲宽度控制和脉冲频率控制中一个 或两者，以便调节RDFC的输出电压。更为具体的，在低输入和/或高 负载条件期间，增加脉冲宽度和/或增加频率，可以改善调节。
图10a示出了可以用于输出电压调节的另一技术。在该装置中， 输入电压转换器，或者是ac到dc或者是dc到dc的转换器，其用于 为正激转换器提供dc输入电源，并且受控于来自正激转换器次级侧的 反馈。为了调节输出电压。输入转换器可以包括升压级或降压级或PFC (功率因子校正)级。
图10b示出了在多相结构中使用两个功率变压器以改善输出调 节。在图10b的装置中，对开关进行控制，使得每个开关仅在另一开 关断开时被接通，以产生互补但不重叠的驱动波形。这种技术对于工 作在相对高频率的小型正激转换器(调节可能较差)是有用的。
参考图11，现在描述一些用于实现RDFC的低负载和/或待机模 式工作的技术。在一些优选的实施例中，使用了跳脉冲(pulse-skipping) 技术。
通常，工作在最高频率下的RDFC电源在低负载下效率较差，并 且具有高待机功耗。因此，当RDFC上的负载减小时，效率降低，并
35且尤其是无负载的性能很差。这主要是由于高开关损耗和高磁化电流 等导致的。然而，通过控制接通和断开的时间，可以减少功耗，特别 是通过使用上述的PWM和PFM技术，此外或是可选的，在一个周期 的时间直至等同于多个周期的时间中跳过脉冲。还优选的是，控制这
些脉冲的定时，以便与谐振波形中的波谷相符，使得RDFC在随后的
波谷上准谐振切换。
因此，在本发明系统的实施中，通过较早的断开开关来限定较短 的脉冲，来减小脉冲宽度，这可以减少低负载功耗。此外或可选的， 对于后续的脉冲在接通开关时引入了延迟，跳过了一个或多个开关驱 动脉冲。这在图11中示出，其中，如开关(集电极)电压所示，延迟
驱动脉冲，以跳过1个或多个谐振周期。当谐振开关波形箝位在0伏
时，开关(集电极)电流在接通时存在尖峰，并且图11还示出了谐振 波谷切换，其中，开关在谐振波形的谷底接通，以减少损耗。这些技
术可以通过如前所述的控制器来实现，例如带有图8a中所示的感应装 置，或可选的，带有如图12中所示的电压感应，并且，例如，带有如 图2b中所示的控制装置。例如，可以由事件来触发诸如脉宽调制(减 少)或跳脉冲这样的减小功率模式，事件例如是控制器(芯片)电源 下降到预定值之下、在第二个谐振(见图11)之后、或在预定的时间 (驱动脉冲之间)之后中的一个或多个。如上所述的RDFC跳脉冲技 术提高了效率，并且可以在低负载或待机下减少功耗。跳脉冲技术还 能在低负载时实现更快的响应时间。
在该系统的实施中采用的另一技术(尤其是在开关包括(双极型) 晶体管的情况下)是限制开关电流，而不是使晶体管工作在线性区。 这保护开关免于过热。在实施中，当开关断开时，开关的初级侧电压 存在激增，并且这可以被感应和控制，例如，通过接通晶体管以限制 过冲(overshoot)。因此，例如，在启动时可以部分地接通开关，以捕 捉并限制电压过冲。
下面描述的一些纹波抑制技术适于在离线(电网供电)RDFC转 换器的情况下使用。参考图12，其示出了如何在谐振非连续正激转换 器中感应电网纹波电压的示例。可以看到，可以从多个点来感应输入电压纹波，包括输入DC总线，集电极电压，变压器线圈电压和/或输 出电压。在实施例中，少量电网纹波电压被馈送到定时控制电路，以 改变PWM和/或PFM信号，从而针对输入纹波电压进行实时调节，
并因此实现纹波抑制。RDFC的工作频率(远)高于电网纹波的50Hz 或60Hz频率，且因此，定时控制电路可以用与控制dc输出电压相似 的方法来跟随并补偿线路纹波的影响。
宽泛的讲，在此描述了谐振非连续正激转换器，其使用控制器来 分析一个或多个输入，并确定功率开关接通和断开时间，相应地提供 驱动信号(尽管在简单的系统中，可使用几乎固定的频率/占空比驱 动)。可根据谐振电路来调节脉冲宽度和/或频率，以便减轻谐振部件 中的容差问题，通过对控制器使用感应信号输入，或是通过自发 (free-running)振荡器来进行。优选的，为了确保在没有明显危及谐 振行为及增加损耗或EMI的情况下使最大能量通过RDFC，设置控制 器以实现O (开关)电压切换。优选的，为了保护电路(开关)和/或 负载，设置控制器在检测到过电流情况时终止接通脉冲。优选的，为 了帮助输出电压上升，RDFC的实施例在启动和/或限流期间使用增大 的频率。为了改善负载和线性调节，可以采用PWM和PFM技术中的 任一种或两者。
如下条款中定义了本发明的更多方面
1. 一种非连续谐振正激转换器，用于将输入dc电压转换为输
出dc电压，所述转换器包括 第一和第二dc输入；
变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；
可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述
初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所
述第一和第二 dc电压输入之间； 第一和第二dc电压输出；
整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述
变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间；
37平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收
dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出， 所述平滑电容器具有与所述第二dc电压输出相连的第二连接；和
控制器，具有与所述可控开关相连的输出，并被配置为控制所述 幵关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实质上谐振 的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通且电流流入所述第
一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开；以及
其中，在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流 入所述第一连接节点。
2. 根据条款1所述的正激转换器，其中，所述整流器和所述第
一连接节点之间的连接具有电感，并且在所述电压波形的所述第二部 分期间，实质上没有电流在所述电感中流动。
3. 根据条款1或2所述的正激转换器，没有续流整流器连接到 所述变压器的所述次级线圈。
4. 根据此前任一条款所述的正激转换器，其中，所述控制器包 括实质上固定频率的振荡器，以便为所述控制器输出提供开关驱动信 号，所述开关驱动信号具有用于控制所述开关将至所述初级线圈的功 率接通的接通期以及用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率断开 的断开期，其中所述驱动信号断开期足够长，使得所述次级线圈电压 波形的所述谐振部分包括实质上正弦谐振周期的一半，并且足够短， 使得实质上没有额外的正弦谐振周期在所述断开期出现。
5. 根据条款4所述的正激转换器，其中，所述实质上固定频率 的振荡器具有小于1.5:2.0的接通期:断开期占空比。
6. 根据条款5所述的正激转换器，其中，所述实质上固定频率 的振荡器具有大于0.5:2.0的接通期:断开期占空比。
7. 根据条款l、 2或3所述的正激转换器，其中，所述控制器 被配置为向所述控制器输出提供开关驱动信号，所述开关驱动信号具 有用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率接通的接通期以及用于 控制所述开关将至所述初级线圈的功率断开的断开期，并且所述控制 器被配置为使用第一控制信号来开始所述驱动信号的接通期以及使用第二控制信号来开始所述驱动信号的断开期。
8. 根据条款7所述的正激转换器，其中，所述第一和第二控制
信号之一或两者响应所述变压器中的能量水平。
9. 根据条款7或8所述的正激转换器，其中，所述第一控制信 号响应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上的电压。
10. 根据条款9所述的正激转换器，其中，所述第一控制信号响
应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上实质为o伏的值，以便
开始所述驱动信号的接通期，或响应对所述变压器的所述初级线圈上
实质为o伏的值的预测，以便开始所述驱动信号的接通期。
11. 根据条款8、 9或IO所述的正激转换器，其中，所述驱动信 号断开期足够长，使得所述次级线圈电压波形的所述谐振部分包括实 质上正弦谐振周期的一半，其中所述第一控制信号标识所述一半周期 的结束，并且所述控制器被配置为在从所述一半周期的所述结束开始 的延迟之后开始所述驱动信号的接通期。
12. 根据条款7或8所述的正激转换器，其中，所述第一控制信 号响应所述变压器的辅助线圈上的电压。
13. 根据条款7到12中任一项所述的正激转换器，还包括定时 器，所述定时器由所述第一控制信号触发，以控制所述第二控制信号。
14. 根据条款7到13中任一项所述的正激转换器，其中，所述 第二控制信号响应所述变压器的所述初级线圈上的电压，或响应所述 变压器的辅助线圈上的电压。
15. 根据条款7到14中任一项所述的正激转换器，其中，所述 第一控制信号响应电流感应信号，所述电流感应信号响应所述开关接 通时通过所述开关的电流。
16. 根据条款7到15中任一项所述的正激转换器，其中，所述 第二控制信号响应电流感应信号，所述电流感应信号响应所述开关接 通时通过所述开关的电流。
17. 根据条款4到16中任一项所述的正激转换器，还包括电流 传感器，用于感应通过所述开关的电流，其中，所述控制器被配置为 响应来自所述电流传感器的、指示通过所述开关的电流大于阈值的信
39号，縮短所述驱动信号接通期。
18. 根据条款15到17中任一项所述的正激转换器，其中，所述 控制器包括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出，使得 响应所述电流感应信号或响应限流的实施，增加所述驱动信号的频率。
19. 根据此前任一条款所述的正激转换器，其中，所述控制器包 括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出，使得在所述转 换器的启动期间，增加所述开关的驱动信号的频率。
20. 根据条款1到18中任一项所述的正激转换器，其中，所述
控制器包括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出，使得 在所述转换器的启动期间，所述转换器工作在非谐振模式下。
21. 根据条款1到20中任一项所述的正激转换器，其中，所述 控制器被配置为感应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上的电 压，且响应所述初级或辅助线圈的电压感应，调节所述开关的驱动的 脉冲宽度和脉冲频率之一或两者。
22. 根据此前任一条款所述的正激转换器，其中，所述控制器包 括单片集成电路。
23. 如条款22所述的集成电路。
24. —种控制器，用于控制正激转换器，所述正激转换器用于将 输入dc电压转换为输出dc电压，所述转换器包括
第一和第二dc输入；
变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；
可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述 初级线圈，所述可控幵关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所 述第一和第二 dc电压输入之间；
第一和第二dc电压输出；
整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述
变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二 dc电压输出之间；
和
平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收
dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出，
40所述平滑电容器具有与所述第二dc电压输出相连的第二连接；以及
其中，所述控制器具有与所述可控开关相连的输出，且被配置为 控制所述开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实 质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通且电流流
入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开；以及在
所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流入所述第一连
接节点；
由此，所述正激转换器可由所述控制器控制而工作在非连续正激 电压转换模式下。
25. —种集成电路，包括如条款24所述的控制器。
26. —种控制正激转换器的方法，所述转换器包括 第一和第二dc输入；
变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；
可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述 初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所 述第一和第二dc电压输入之间；
第一和第二dc电压输出；
整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述 变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间； 和
平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收 dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一 dc电压输出， 所述平滑电容器具有与所述第二 dc电压输出相连的第二连接；
所述方法包括
控制所述可控开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部 分以及实质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通 且电流流入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开； 以及
其中，在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流 入所述第一连接节点。
4127. 根据条款1到23中任一项所述的正激转换器，或根据条款
24或25所述的控制器，或根据条款26所述的方法，其中，所述次级 线圈上的所述电压波形具有实质上谐振的第二部分，在所述第二部分 期间，所述开关和所述整流器都断开。
28. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将 dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有 与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，其中，所述控制器具有 两种模式，处于第一工作模式时，控制所述开关在与所述RDFC工作 的谐振频率实质上一致的频率下，切换所述dc功率，使得所述RDFC 从所述dc输出提供功率，以及处于降低功率的第二工作模式时，控制 所述开关的驱动，以增加所述开关断开时间的比例。
29. 根据条款28所述的控制器，其中，所述开关的驱动包括脉 冲，其持续时间决定了所述开关的接通时间，以及在所述第二工作模 式下，所述控制器被配置为减小所述脉冲的持续时间。
30. 根据条款28或29所述的控制器，所述控制器被配置为控制 所述开关在与工作中所述谐振频率的周期的定时实质上同步的定时处 进行切换，以及在所述第二工作模式下，控制所述开关，使得所述谐 振频率周期中的一个或多个被跳过。
31. 根据条款30所述的控制器，其中，所述控制器被配置为控 制所述开关，使得在跳过所述周期中的一个或多个之后，在下一次控 制所述开关接通时，所述接通被定时为实质上与所述RDFC的谐振波 形中的转折点相一致。
32. 根据条款28、 29、 30或31所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为感应负载减小条件，并且响应所述感应，选择所述第二工 作模式。
33. 根据条款32所述的控制器，其中，所述控制器具有电压感 应输入，用于感应来自所述RDFC的输出侧的信号，并且所述控制器 被配置为根据所感应的信号来识别所述负载减小条件。
34. 根据条款32或33所述的控制器，其中，所述控制器具有输入，用于从所述变压器的辅助线圈接收信号，并且所述控制器被配置 为响应所述辅助线圈信号，识别所述负载减小条件。
35. 根据条款32、 33或34所述的控制器，其中，所述控制器具
有控制器电源，并且被配置为从所述电源感应所述负载减小条件。
36. 根据条款32到35中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为响应在所述开关断开期间检测到多于一个的谐振，选择所 述第二工作模式。
37. 根据条款32到36中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为响应所述开关的断开持续时间大于阈值持续时间，选择所 述第二工作模式。
38. 根据条款28到37中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为控制所述开关的所述驱动，使得所述开关仅在所述开关两 端的电压约为0伏时接通。
39. 根据条款28到38中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为控制所述开关的所述驱动，使得所述开关实质上在所述 RDFC的谐振波形的转折点处接通。
40. 根据条款28到39中任一项所述的控制器，其中，所述第二 工作模式包括所述RDFC的待机模式。
41. 一种用于电网供电的谐振非连续正激转换器(RDFC)的控 制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压 器、以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述 转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，其中，到 所述第一线圈的所述dc功率从电网电源获得，且包括电网纹波成分， 所述控制器包括
纹波感应输入，感应所述电网纹波；和
定时控制模块，连接到所述纹波感应输入，并且具有控制所述开 关的驱动信号的输出，所述驱动信号包括脉冲，该脉冲具有用于驱动 所述开关接通的脉冲接通期以及用于驱动所述开关断开的脉冲断开 期；以及
其中，所述定时控制模块被配置为响应所感应的电网纹波，改变所述脉冲的宽度和频率之一或两者，以在所述dc输出中抑制所述纹波
的分量。
42. 根据条款41所述的控制器，其中，所述纹波感应输入被配
置为感应所述RDFC的输出电压。
43. 根据条款41中所述的控制器，其中，所述纹波感应输入被 配置为感应所述开关上的电压。
44. 根据条款41到43中任一项所述的控制器，还包括与所述定 时控制模块相连的至少一个第二感应输入，用于感应所述开关上的电 压和通过所述开关的电流之一或两者；其中，所述定时控制模块响应 所述第二感应输入上的信号，调节所述dc输出。
45. 根据条款41到44中任一项所述的控制器，还包括与所述定 时控制模块输出相连的开关控制模块，用于响应来自所述定时控制模 块的驱动控制信号，为所述开关提供驱动信号。
46. —种电网供电的RDFC，包括如条款41到45中任一项所述 的控制器。
47. —种电网供电的谐振非连续正激转换器(RDFC)中抑制纹 波的方法，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的 变压器、以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所 述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方 法包括
在所述RDFC的信号中感应电网纹波的成分；和 控制所述开关的驱动信号的脉冲宽度和脉冲频率之一或两者，以 抑制所述纹波。
48. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，其中， 所述控制器被配置为在所述RDFC的启动期间限制所述开关中的电 流。
49. 根据条款48所述的控制器，其中，所述开关包括晶体管， 以及所述限制包括使所述晶体管工作在非线性区。
50. 根据条款48所述的控制器，其中，所述控制器被配置为在所述启动期间增加所述开关的控制信号的频率，以限制所述电流。
51. —种控制谐振非连续正激转换器(RDFC)的方法，所述
RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，所述 方法包括在所述RDFC的启动期间限制所述开关中的电流，以控制 电压过冲。
52. 根据条款51所述的方法，其中，所述开关包括晶体管，以
及所述限制包括使所述晶体管工作在非线性区。
53. 根据条款51所述的方法，其中，所述限制包括在所述启动
期间增加所述开关的驱动频率。
54. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，其中， 配置所述开关将功率切换到所述变压器的线圈，所述控制器包括如下 系统，该系统感应所述变压器的所述线圈中的电压，并响应所述感应 来控制所述开关部分地接通。
55. —种控制谐振非连续正激转换器(RDFC)的方法，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，所述 方法包括感应所述变压器的所述线圈上的电压，并且响应所述感应 来控制所述开关部分地接通，以限制电压过冲。
56. —种谐振非连续正激转换器中的限流方法，所述正激转换器 包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换 到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压
器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括检测电流限制条件；
以及响应所述检测，增加所述开关的控制信号的频率。
57. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将 dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有 与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述控制器包括用于 检测电流限制条件的装置；以及用于响应所述检测，增加所述开关的 控制信号频率的装置。
58. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述转换器具有一个或多个输入，用于感应来自所述谐振非连续正激转换 器的一个或多个信号，所述控制器还包括用于分析所述一个或多个 所感应的信号以确定所述RDFC的功率开关的接通和断开时间的系 统，；以及根据所确定的接通和断开时间，为所述开关提供驱动信号的 输出。
59. 根据条款58所述的控制器，其中，配置所述控制器以实现 所述开关的0电压切换。
60. 根据条款58或59所述的控制器，其中，配置所述控制器以 便在检测到过电流条件时终止所述驱动信号的接通期。
61. 根据条款58、 59或60所述的控制器，其中，所述控制器被 配置为在启动和电流限制条件之一或两者期间，使用所述驱动信号的 增大频率。
62. 根据条款58到61中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为使用脉冲宽度调制和脉冲频率调制之一或两者。
63. 根据条款62所述的控制器，其中，所述控制器被配置为响 应所述一个或多个所感应的信号，调节所述驱动信号的脉冲宽度和脉 冲频率之一或两者。
64. 根据条款63所述的控制器，其中，所述控制器被配置为响 应所述转换器的负载减小条件的检测，縮短驱动所述开关的所述脉冲 的一部分的持续时间。
65. 根据条款63所述的控制器，其中，所述RDFC由电网供电， 所述所感应的信号包括电网纹波，并且所述控制器被配置为调节所述 脉冲宽度和脉冲频率之一或两者，以抑制所述纹波。
66. —种控制谐振非连续正激转换器的方法，所述正激转换器包 括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换到 所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器 的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括使用具有一个或多个 输入的控制器，感应来自所述谐振非连续正激转换器的一个或多个信 号，并分析所述一个或多个所感应的信号，以确定所述开关的接通和 断开时间，以及根据所确定的接通和断开时间，为所述开关提供驱动
46信号。
67. —种操作谐振非连续正激转换器的方法，使得对于所述谐振
非连续正激转换器的一个或多个谐振部件的容差，所述谐振非连续正 激转换器具有减小的灵敏度，所述方法包括使用自发振荡器来驱动
所述谐振非连续正激转换器的功率开关，其中选择所述振荡器的实质
上固定频率和占空比之一或两者，使得当所述开关两端实质上是o伏
时，接通所述开关。
68. —种用于控制谐振非连续正激转换器的控制器，使得对于所 述谐振非连续正激转换器的一个或多个谐振部件的容差，所述谐振非 连续正激转换器具有减小的灵敏度，所述控制器包括用于驱动所述谐 振非连续正激转换器的功率开关的自发振荡器，其中，选择所述振荡 器的实质上固定频率和占空比之一或两者，使得当所述开关两端实质 上是0伏时，接通所述开关。
69. —种谐振非连续正激转换器，包括如条款68所述的控制器。
70. —种用于谐振非连续正激转换器的控制器，所述正激转换器 包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换 到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压 器的所述第二线圈相连的dc输出，所述控制器被配置为控制所述正激 转换器工作在受控振荡模式下，其中，所述转换器具有包括第一接通 期和第二断开期的工作周期，在所述第一接通期中，电流在所述变压 器的所述第一和第二线圈中流动，在所述第二断开期中，在所述变压 器的所述第一线圈和所述开关之间的连接上存在实质谐振电压波形，
以及其中所述控制器具有至少一个感应信号输入，感应来自所述谐
振非连续正激转换器的的信号；和输出，响应所感应的信号，控制所 述开关，使所述正激转换器工作在所述受控振荡模式下。
71. 根据条款70所述的控制器，其中，所述所感应的信号响应
所述变压器中的能量水平。
72. 根据条款70或71所述的控制器，包括开关控制模块，所述 开关控制模块具有第一和第二开关控制输入，接收分别控制所述开 关的接通和断开定时的第一和第二定时信号；和开关控制输出，用于控制所述开关，其中，所述开关控制输入中至少一个被连接来接收从 所述感应信号输入获得的信号。
73. 根据条款72所述的控制器，还包括比较器，所述比较器连 接到所述感应信号输入以及连接到所述开关控制输入中的至少一个， 以将所感应的信号同基准相比较，并提供输出，所述输出控制所述开 关的所述接通和所述断开中至少一个的定时。
74. 根据条款73所述的控制器，还包括与所述比较器输出相连 的定时器，所述定时器提供输出，用于控制所述开关的所述接通和所 述断开中另一个的定时。
75. 根据条款72到74中任一项所述的控制器，还包括过电流保 护(OCP)系统，该过电流保护系统具有OCP输入以及与所述第二开 关控制输入相连的输出，在检测到过电流条件时控制所述开关断开。
76. 根据条款70到75中任一项所述的控制器，其中，所感应的 信号包括从所述谐振电压波形获得的信号。
77. 根据条款76所述的控制器，其中，通过检测所述开关上实 质为0的感应电压电平，来确定所述开关的切换定时。
78. 根据条款70到77中任一项所述的控制器，其中，所述至少 一个感应信号输入包括对取决于所述变压器的所述第一线圈中电流 的信号进行感应的输入。
79. 根据条款70到78中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为响应所感应的信号，以逐周期地控制所述开关。
80. 根据条款70到79中任一项所述的控制器，其中，所述控制 器被配置为控制所述开关在与所述谐振非连续正激转换器的工作谐振 频率实质相一致的频率下，并且以与所述工作谐振频率的周期的定时 实质相一致的定时，来切换所述dc功率。
81. 根据条款70、 71或72所述的控制器，其中，所感应的信号 包括电网纹波成分，以及所述控制器被配置为响应所述纹波来控制所 述开关，以抑制所述dc输出中的所述电网纹波。
82. —种单片集成电路，包括如条款70到81中任一项所述的控 制器。83. —种谐振非连续正激转换器，包括如条款70到82中任一项
所述的控制器。
84. 根据条款83所述的谐振非连续正激转换器，还包括与所述 变压器的所述第一线圈相关联的电容器，其中，所述谐振实质上从所 述电容器与所述变压器的所述第一线圈的磁化电感的组合中获得。
85. —种电网电源，包括 电网电源输入；
根据条款83或84所述的谐振非连续正激转换器；
电路，从所述电网电源输入产生高dc电压，以提供dc输入给所
述谐振非连续正激转换器；和
dc输出，连接到所述谐振非连续正激转换器的所述dc输出，以 从所述电网电源提供较低的dc电压输出。
86. —种正激功率转换器，所述功率转换器包括 输入；
变压器，具有初级线圈和次级线圈；
功率开关，被配置为从所述输入切换功率到所述初级线圈上； 输出，连接到所述次级线圈；和
控制系统，所述控制系统具有感应输入，并被配置为响应来自所 述感应输入的感应信号，控制所述开关的切换定时，以调节所述正激 转换器的功率输出；以及
其中，连接所述感应输入以从正激转换器的初级侧接收所述感应 信号。
87. 根据条款86所述的正激功率转换器，其中，所述感应信号 包括电压感应信号。
88. 根据条款86所述的正激功率转换器，其中，所述感应信号 包括电流感应信号。
89. 根据条款86所述的正激功率转换器，其中，所述控制系统 被配置为调节所述功率转换器的输出电压。
90. 根据条款86所述的正激功率转换器，其中，所述控制系统 被配置为调节所述功率转换器的输出电流。91.一种用于正激功率转换器的控制系统，所述功率转换器包
括
输入；
变压器，具有初级线圈和次级线圈；
功率开关，被配置为从所述输入切换功率到所述初级线圈上； 输出，连接到所述次级线圈；
控制系统，具有感应输入，以从所述正激转换器的初级侧接收所 述感应信号；以及
其中所述控制系统被配置为响应所述感应信号，控制所述开关的 切换定时，以调节所述正激转换器的功率输出。
毫无疑问，本领域技术人员将想到许多其他有效可选方式。应该 理解，本发明不限于所描述的实施例，而是包括所附权利要求的精神 与范围之内对本领域技术人员显而易见的修改。
50
权利要求
1.一种非连续谐振正激转换器，用于将输入dc电压转换为输出dc电压，所述转换器包括第一和第二dc输入；变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输入之间；第一和第二dc电压输出；整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间；平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出，所述平滑电容器具有与所述第二dc电压输出相连的第二连接；和控制器，具有与所述可控开关相连的输出，并被配置为控制所述开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通且电流流入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开；以及其中，在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流入所述第一连接节点。
2. 根据权利要求1所述的正激转换器，其中，所述整流器和所述第一连接节点之间的连接具有电感，并且在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流在所述电感中流动。
3. 根据权利要求1或2所述的正激转换器，没有续流整流器连接到所述变压器的所述次级线圈。
4. 根据此前任一权利要求所述的正激转换器，其中，所述控制器包括实质上固定频率的振荡器，以便为所述控制器输出提供开关驱动信号，所述开关驱动信号具有用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率接通的接通期以及用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率断开的断开期，其中所述驱动信号断开期足够长，使得所述次级线圈电压波形的所述谐振部分包括实质上正弦谐振周期的一半，并且足够短，使得实质上没有额外的正弦谐振周期在所述断开期出现。
5. 根据权利要求4所述的正激转换器，其中，所述实质上固定频率的振荡器具有小于1.5:2.0的接通期:断开期占空比。
6. 根据权利要求5所述的正激转换器，其中，所述实质上固定频率的振荡器具有大于0.5:2.0的接通期:断开期占空比。
7. 根据权利要求l、 2或3所述的正激转换器，其中，所述控制器被配置为向所述控制器输出提供开关驱动信号，所述开关驱动信号具有用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率接通的接通期以及用于控制所述开关将至所述初级线圈的功率断开的断开期，并且所述控制器被配置为使用第一控制信号来开始所述驱动信号的接通期以及使用第二控制信号来开始所述驱动信号的断开期。
8. 根据权利要求7所述的正激转换器，其中，所述第一和第二控制信号之一或两者响应所述变压器中的能量水平。
9. 根据权利要求7或8所述的正激转换器，其中，所述第一控制信号响应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上的电压。
10. 根据权利要求9所述的正激转换器，其中，所述第一控制信号响应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上实质为0伏的值，以便开始所述驱动信号的接通期，或响应对所述变压器的所述初级线圈上实质为0伏的值的预测，以便开始所述驱动信号的接通期。
11. 根据权利要求8、 9或10所述的正激转换器，其中，所述驱动信号断开期足够长，使得所述次级线圈电压波形的所述谐振部分包括实质上正弦谐振周期的一半，其中所述第一控制信号标识所述一半周期的结束，并且所述控制器被配置为在从所述一半周期的所述结束开始的延迟之后开始所述驱动信号的接通期。
12. 根据权利要求7或8所述的正激转换器，其中，所述第一控制信号响应所述变压器的辅助线圈上的电压。
13. 根据权利要求7到12中任一项所述的正激转换器，还包括定时器，所述定时器由所述第一控制信号触发，以控制所述第二控制 信号。
14. 根据权利要求7到13中任一项所述的正激转换器，其中，所述第二控制信号响应所述变压器的所述初级线圈上的电压，或响应 所述变压器的辅助线圈上的电压。
15. 根据权利要求7到14中任一项所述的正激转换器，其中， 所述第一控制信号响应电流感应信号，所述电流感应信号响应所述开 关接通时通过所述开关的电流。
16. 根据权利要求7到15中任一项所述的正激转换器，其中， 所述第二控制信号响应电流感应信号，所述电流感应信号响应所述开 关接通时通过所述开关的电流。
17. 根据权利要求4到16中任一项所述的正激转换器，还包括 电流传感器，用于感应通过所述开关的电流，其中，所述控制器被配 置为响应来自所述电流传感器的、指示通过所述开关的电流大于阈值 的信号，缩短所述驱动信号接通期。
18. 根据权利要求15到17中任一项所述的正激转换器，其中， 所述控制器包括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出， 使得响应所述电流感应信号或响应限流的实施，增加所述驱动信号的 频率。
19. 根据此前任一权利要求所述的正激转换器，其中，所述控 制器包括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出，使得在 所述转换器的启动期间，增加所述开关的驱动信号的频率。
20. 根据权利要求1到18中任一项所述的正激转换器，其中， 所述控制器包括如下系统，该系统用于控制到所述开关的所述输出， 使得在所述转换器的启动期间，所述转换器工作在非谐振模式下。
21. 根据权利要求1到20中任一项所述的正激转换器，其中，所述控制器被配置为感应所述变压器的所述初级线圈上或辅助线圈上 的电压，且响应所述初级或辅助线圈的电压感应，调节所述开关的驱 动的脉冲宽度和脉冲频率之一或两者。
22. 根据此前任一权利要求所述的正激转换器，其中，所述控制器包括单片集成电路。
23. 如权利要求22所述的集成电路。
24. —种控制器，用于控制正激转换器，所述正激转换器用于将输入dc电压转换为输出dc电压，所述转换器包括 第一和第二dc输入；变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈；可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输入之间； 第一和第二dc电压输出；整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述 变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间； 和平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收 dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出， 所述平滑电容器具有与所述第二 dc电压输出相连的第二连接；以及其中，所述控制器具有与所述可控开关相连的输出，且被配置为 控制所述开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部分以及实 质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通且电流流 入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开；以及在 所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流入所述第一连 接节点；由此，所述正激转换器可由所述控制器控制而工作在非连续正激 电压转换模式下。
25. —种集成电路，包括如权利要求24所述的控制器。
26. —种控制正激转换器的方法，所述转换器包括 第一和第二dc输入；变压器，具有极性相匹配的初级和次级线圈； 可控开关，用于从所述dc输入切换功率通过所述变压器的所述 初级线圈，所述可控开关和所述变压器的所述初级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输入之间； 第一和第二dc电压输出；整流器，连接到所述变压器的所述次级线圈，所述整流器和所述 变压器的所述次级线圈串联连接在所述第一和第二dc电压输出之间； 和平滑电容器，具有在第一连接节点处被连接来从所述整流器接收 dc功率的第一连接，所述第一连接节点连接到所述第一dc电压输出， 所述平滑电容器具有与所述第二 dc电压输出相连的第二连接；所述方法包括控制所述可控开关，使得所述次级线圈上的电压波形具有第一部 分以及实质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，所述开关接通 且电流流入所述第一连接节点，在所述第二部分期间，所述开关断开； 以及其中，在所述电压波形的所述第二部分期间，实质上没有电流流 入所述第一连接节点。
27. 根据权利要求1到23中任一项所述的正激转换器，或根据 权利要求24或25所述的控制器，或根据权利要求26所述的方法，其 中，所述次级线圈上的所述电压波形具有实质上谐振的第二部分，在 所述第二部分期间，所述开关和所述整流器都断开。
28. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将 dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有 与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，其中，所述控制器具有 两种模式，处于第一工作模式时，控制所述开关在与所述RDFC工作 的谐振频率实质上一致的频率下，切换所述dc功率，使得所述RDFC 从所述dc输出提供功率，以及处于降低功率的第二工作模式时，控制 所述开关的驱动，以增加所述开关断开时间的比例。
29. 根据权利要求28所述的控制器，其中，所述开关的驱动包 括脉冲，其持续时间决定了所述开关的接通时间，以及在所述第二工 作模式下，所述控制器被配置为减小所述脉冲的持续时间。
30. 根据权利要求28或29所述的控制器，所述控制器被配置为控制所述开关在与工作中所述谐振频率的周期的定时实质上同步的 定时处进行切换，以及在所述第二工作模式下，控制所述开关，使得 所述谐振频率周期中的一个或多个被跳过。
31. 根据权利要求30所述的控制器，其中，所述控制器被配置 为控制所述开关，使得在跳过所述周期中的一个或多个之后，在下一 次控制所述开关接通时，所述接通被定时为实质上与所述RDFC的谐 振波形中的转折点相一致。
32. 根据权利要求28、 29、 30或31所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为感应负载减小条件，并且响应所述感应，选择所述 第二工作模式。
33. 根据权利要求32所述的控制器，其中，所述控制器具有电 压感应输入，用于感应来自所述RDFC的输出侧的信号，并且所述控 制器被配置为根据所感应的信号来识别所述负载减小条件。
34. 根据权利要求32或33所述的控制器，其中，所述控制器 具有输入，用于从所述变压器的辅助线圈接收信号，并且所述控制器 被配置为响应所述辅助线圈信号，识别所述负载减小条件。
35. 根据权利要求32、 33或34所述的控制器，其中，所述控制器具有控制器电源，并且被配置为从所述电源感应所述负载减小条 件。
36. 根据权利要求32到35中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为响应在所述开关断开期间检测到多于一个的谐振， 选择所述第二工作模式。
37. 根据权利要求32到36中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为响应所述开关的断开持续时间大于阈值持续时间， 选择所述第二工作模式。
38. 根据权利要求28到37中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为控制所述开关的所述驱动，使得所述开关仅在所述 开关两端的电压约为0伏时接通。
39. 根据权利要求28到38中任一项所述的控制器，其中，所述控制器被配置为控制所述开关的所述驱动，使得所述开关实质上在 所述RDFC的谐振波形的转折点处接通。
40. 根据权利要求28到39中任一项所述的控制器，其中，所 述第二工作模式包括所述RDFC的待机模式。
41. 一种用于电网供电的谐振非连续正激转换器(RDFC)的控 制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压 器、以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述 转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，其中，到 所述第一线圈的所述dc功率从电网电源获得，且包括电网纹波成分， 所述控制器包括纹波感应输入，感应所述电网纹波；和定时控制模块，连接到所述纹波感应输入，并且具有控制所述开 关的驱动信号的输出，所述驱动信号包括脉冲，该脉冲具有用于驱动 所述开关接通的脉冲接通期以及用于驱动所述开关断开的脉冲断开 期；以及其中，所述定时控制模块被配置为响应所感应的电网纹波，改变 所述脉冲的宽度和频率之一或两者，以在所述dc输出中抑制所述纹波 的分量。
42. 根据权利要求41所述的控制器，其中，所述纹波感应输入 被配置为感应所述RDFC的输出电压。
43. 根据权利要求41中所述的控制器，其中，所述纹波感应输 入被配置为感应所述开关上的电压。
44. 根据权利要求41到43中任一项所述的控制器，还包括与 所述定时控制模块相连的至少一个第二感应输入，用于感应所述开关 上的电压和通过所述开关的电流之一或两者；其中，所述定时控制模 块响应所述第二感应输入上的信号，调节所述dc输出。
45. 根据权利要求41到44中任一项所述的控制器，还包括与 所述定时控制模块输出相连的开关控制模块，用于响应来自所述定时 控制模块的驱动控制信号，为所述开关提供驱动信号。
46. —种电网供电的RDFC，包括如权利要求41到45中任一项所述的控制器。
47. —种电网供电的谐振非连续正激转换器(RDFC)中抑制纹波的方法，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的幵关，所 述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括在所述RDFC的信号中感应电网纹波的成分；和 控制所述开关的驱动信号的脉冲宽度和脉冲频率之一或两者，以 抑制所述纹波。
48. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，其中， 所述控制器被配置为在所述RDFC的启动期间限制所述开关中的电 流。
49. 根据权利要求48所述的控制器，其中，所述开关包括晶体 管，以及所述限制包括使所述晶体管工作在非线性区。
50. 根据权利要求48所述的控制器，其中，所述控制器被配置 为在所述启动期间增加所述开关的控制信号的频率，以限制所述电流。
51. —种控制谐振非连续正激转换器(RDFC)的方法，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，所述 方法包括在所述RDFC的启动期间限制所述开关中的电流，以控制 电压过冲。
52. 根据权利要求51所述的方法，其中，所述开关包括晶体管， 以及所述限制包括使所述晶体管工作在非线性区。
53. 根据权利要求51所述的方法，其中，所述限制包括在所述 启动期间增加所述开关的驱动频率。
54. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，其中， 配置所述开关将功率切换到所述变压器的线圈，所述控制器包括如下 系统，该系统感应所述变压器的所述线圈中的电压，并响应所述感应 来控制所述开关部分地接通。
55. —种控制谐振非连续正激转换器(RDFC)的方法，所述 RDFC包括变压器以及将dc功率切换到所述变压器的功率开关，所述方法包括感应所述变压器的所述线圈上的电压，并且响应所述感应来控制所述开关部分地接通，以限制电压过冲。
56. —种谐振非连续正激转换器中的限流方法，所述正激转换 器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切 换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括检测电流限制条 件；以及响应所述检测，增加所述开关的控制信号的频率。
57. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将 dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有 与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述控制器包括用于 检测电流限制条件的装置；以及用于响应所述检测，增加所述开关的 控制信号频率的装置。
58. —种用于谐振非连续正激转换器(RDFC)的控制器，所述 转换器具有一个或多个输入，用于感应来自所述谐振非连续正激转换 器的一个或多个信号，所述控制器还包括用于分析所述一个或多个 所感应的信号以确定所述RDFC的功率开关的接通和断开时间的系 统，；以及根据所确定的接通和断开时间，为所述开关提供驱动信号的 输出。
59. 根据权利要求58所述的控制器，其中，配置所述控制器以 实现所述开关的O电压切换。
60. 根据权利要求58或59所述的控制器，其中，配置所述控 制器以便在检测到过电流条件时终止所述驱动信号的接通期。
61. 根据权利要求58、 59或60所述的控制器，其中，所述控 制器被配置为在启动和电流限制条件之一或两者期间，使用所述驱动 信号的增大频率。
62. 根据权利要求58到61中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为使用脉冲宽度调制和脉冲频率调制之一或两者。
63. 根据权利要求62所述的控制器，其中，所述控制器被配置为响应所述一个或多个所感应的信号，调节所述驱动信号的脉冲宽度 和脉冲频率之一或两者。
64. 根据权利要求63所述的控制器，其中，所述控制器被配置 为响应所述转换器的负载减小条件的检测，縮短驱动所述开关的所述 脉冲的一部分的持续时间。
65. 根据权利要求63所述的控制器，其中，所述RDFC由电网 供电，所述所感应的信号包括电网纹波，并且所述控制器被配置为调 节所述脉冲宽度和脉冲频率之一或两者，以抑制所述纹波。
66. —种控制谐振非连续正激转换器的方法，所述正激转换器 包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换 到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压 器的所述第二线圈相连的dc输出，所述方法包括使用具有一个或多 个输入的控制器，感应来自所述谐振非连续正激转换器的一个或多个 信号，并分析所述一个或多个所感应的信号，以确定所述开关的接通 和断开时间，以及根据所确定的接通和断开时间，为所述开关提供驱 动信号。
67. —种操作谐振非连续正激转换器的方法，使得对于所述谐 振非连续正激转换器的一个或多个谐振部件的容差，所述谐振非连续 正激转换器具有减小的灵敏度，所述方法包括使用自发振荡器来驱 动所述谐振非连续正激转换器的功率开关，其中选择所述振荡器的实 质上固定频率和占空比之一或两者，使得当所述开关两端实质上是0 伏时，接通所述开关。
68. —种用于控制谐振非连续正激转换器的控制器，使得对于 所述谐振非连续正激转换器的一个或多个谐振部件的容差，所述谐振 非连续正激转换器具有减小的灵敏度，所述控制器包括用于驱动所述 谐振非连续正激转换器的功率开关的自发振荡器，其中，选择所述振 荡器的实质上固定频率和占空比之一或两者，使得当所述开关两端实 质上是O伏时，接通所述开关。
69. —种谐振非连续正激转换器，包括如权利要求68所述的控制器。
70. —种用于谐振非连续正激转换器的控制器，所述正激转换器包括具有极性相匹配的第一和第二线圈的变压器、以及将dc功率切换到所述变压器的所述第一线圈的开关，所述转换器还具有与所述变压器的所述第二线圈相连的dc输出，所述控制器被配置为控制所述正激转换器工作在受控振荡模式下，其中，所述转换器具有包括第一接 通期和第二断开期的工作周期，在所述第一接通期中，电流在所述变 压器的所述第一和第二线圈中流动，在所述第二断开期中，在所述变 压器的所述第一线圈和所述开关之间的连接上存在实质谐振电压波形，以及其中所述控制器具有至少一个感应信号输入，感应来自所述谐振非连续正激转换器的的信号；和输出，响应所感应的信号，控制所述开关，使所述正激转换器工作在所述受控振荡模式下。
71. 根据权利要求70所述的控制器，其中，所述所感应的信号 响应所述变压器中的能量水平。
72. 根据权利要求70或71所述的控制器，包括开关控制模块， 所述开关控制模块具有第一和第二开关控制输入，接收分别控制所 述开关的接通和断开定时的第一和第二定时信号；和开关控制输出， 用于控制所述开关，其中，所述开关控制输入中至少一个被连接来接 收从所述感应信号输入获得的信号。
73. 根据权利要求72所述的控制器，还包括比较器，所述比较 器连接到所述感应信号输入以及连接到所述开关控制输入中的至少一 个，以将所感应的信号同基准相比较，并提供输出，所述输出控制所 述开关的所述接通和所述断开中至少一个的定时。
74. 根据权利要求73所述的控制器，还包括与所述比较器输出 相连的定时器，所述定时器提供输出，用于控制所述开关的所述接通 和所述断开中另一个的定时。
75. 根据权利要求72到74中任一项所述的控制器，还包括过 电流保护(OCP)系统，该过电流保护系统具有OCP输入以及与所述 第二开关控制输入相连的输出，在检测到过电流条件时控制所述开关 断开。
76. 根据权利要求70到75中任一项所述的控制器，其中，所感应的信号包括从所述谐振电压波形获得的信号。
77. 根据权利要求76所述的控制器，其中，通过检测所述开关 上实质为0的感应电压电平，来确定所述开关的切换定时。
78. 根据权利要求70到77中任一项所述的控制器，其中，所 述至少一个感应信号输入包括对取决于所述变压器的所述第一线圈中电流的信号进行感应的输入。
79. 根据权利要求70到78中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为响应所感应的信号，以逐周期地控制所述开关。
80. 根据权利要求70到79中任一项所述的控制器，其中，所 述控制器被配置为控制所述开关在与所述谐振非连续正激转换器的工 作谐振频率实质相一致的频率下，并且以与所述工作谐振频率的周期 的定时实质相一致的定时，来切换所述dc功率。
81. 根据权利要求70、 71或72所述的控制器，其中，所感应 的信号包括电网纹波成分，以及所述控制器被配置为响应所述纹波来 控制所述开关，以抑制所述dc输出中的所述电网纹波。
82. —种单片集成电路，包括如权利要求70到81中任一项所 述的控制器。
83. —种谐振非连续正激转换器，包括如权利要求70到82中 任一项所述的控制器。
84. 根据权利要求83所述的谐振非连续正激转换器，还包括与 所述变压器的所述第一线圈相关联的电容器，其中，所述谐振实质上 从所述电容器与所述变压器的所述第一线圈的磁化电感的组合中获 得。
85. —种电网电源，包括 电网电源输入；根据权利要求83或84所述的谐振非连续正激转换器； 电路，从所述电网电源输入产生高dc电压，以提供dc输入给所 述谐振非连续正激转换器；和dc输出，连接到所述谐振非连续正激转换器的所述dc输出，以从所述电网电源提供较低的dc电压输出。
86. —种正激功率转换器，所述功率转换器包括输入；变压器，具有初级线圈和次级线圈；功率开关，被配置为从所述输入切换功率到所述初级线圈上； 输出，连接到所述次级线圈；和控制系统，所述控制系统具有感应输入，并被配置为响应来自所 述感应输入的感应信号，控制所述开关的切换定时，以调节所述正激 转换器的功率输出；以及其中，连接所述感应输入以从正激转换器的初级侧接收所述感应 信号。
87. 根据权利要求86所述的正激功率转换器，其中，所述感应 信号包括电压感应信号。
88. 根据权利要求86所述的正激功率转换器，其中，所述感应 信号包括电流感应信号。
89. 根据权利要求86所述的正激功率转换器，其中，所述控制 系统被配置为调节所述功率转换器的输出电压。
90.根据权利要求86所述的正激功率转换器，其中，所述控制 系统被配置为调节所述功率转换器的输出电流。
91. 一种用于正激功率转换器的控制系统，所述功率转换器包括输入；变压器，具有初级线圈和次级线圈；功率开关，被配置为从所述输入切换功率到所述初级线圈上； 输出，连接到所述次级线圈；控制系统，具有感应输入，以从所述正激转换器的初级侧接收所 述感应信号；以及其中所述控制系统被配置为响应所述感应信号，控制所述开关的 切换定时，以调节所述正激转换器的功率输出。
全文摘要
本发明一般地涉及正激功率转换器，且更为具体的，涉及操作该转换器的改进系统和方法，以及涉及实现这些系统和方法的控制器。这里描述了非连续谐振正激转换器(200)，包括控制器(210)，该控制器具有与可控开关(212)相连的输出，并被配置为控制所述开关，使得转换器的变压器(206)的次级线圈(208)上的电压波形具有第一部分以及实质上谐振的第二部分，在所述第一部分期间，开关接通且电流流入转换器的输出节点，该输出节点连接到输出整流器(220)和平滑电容器(222)，在所述第二部分期间，开关和输出整流器都断开。在所述电压波形的第二部分，几乎没有电流流入输出节点。
文档编号G05F1/10GK101495934SQ200780027916
公开日2009年7月29日 申请日期2007年5月18日 优先权日2006年5月26日
发明者戴维·罗伯特·考尔森, 拉塞尔·贾奎斯 申请人:剑桥半导体有限公司