CN217063573U - 一种谐振相位补偿电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种谐振相位补偿电路，应用于包含谐振电感的谐振电路中，包括：第一电阻器，其第一端与谐振电感连接；第二电阻器，其第一端与第一电阻器的第二端共接形成共接节点，其第二端与电压端连接；相位补偿模块，其与共接节点连接，相位补偿模块被配置为补偿共接节点的相位偏移量。该谐振相位补偿电路通过对相位进行补偿，使得节点信号中电信号的相位与谐振电路中功率开关管漏源电压的相位基本一致，这样能够精准地控制功率开关管导通，减少功率开关管的损耗。

Description

一种谐振相位补偿电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种谐振相位补偿电路。

背景技术

在软开关技术的变换器中，通常会检测功率开关管两侧的漏源电压，当其在能量释放完毕开始谐振后，检测其谷底来打开功率开关管M，从而使得功率开关管M打开时漏源电压处于最小值，减小开关损耗提高整机效率。且由于谐振电压通常比较高，所以通常会使用分压模块的方式检测谐振电压，进而实现谐振电压的谷底检测，当谐振电压达到谷底后即控制功率开关管M导通，进而减小开关损耗，但是在实际使用过程中，发现，检测点位的谐振电压会发生相位偏移现象，导致功率开关管M导通时刻并不处于谷底，由此大大提高了功率开关管M的损耗。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种谐振相位补偿电路，减小开关损耗。

一种谐振相位补偿电路，应用于包含谐振电感的谐振电路中，包括：

第一电阻器，其第一端与谐振电感连接；

第二电阻器，其第一端与第一电阻器的第二端共接形成共接节点，其第二端与电压端连接；

相位补偿模块，其与共接节点连接，相位补偿模块被配置为补偿共接节点的相位偏移量。

优选地，谐振电路包括第一电容器，第一电容器连接在第二电阻器的第一端与第二电阻器的第二端之间；相位补偿模块与第一电阻器的第一端、第一电阻器的第二端分别连接，相位补偿模块与第二电阻器形成相位前移电路。

优选地，相位补偿模块包括第一电容单元。

优选地，相位补偿模块还包括二极管，二极管的阴极与第一电阻器的第一端连接，二极管的阳极与第一电容单元的第一端连接，第一电容单元的第二端与第一电阻器的第二端连接。

优选地，相位补偿模块还包括第三电阻器，第三电阻器连接在二极管的阳极与第一电容单元的第一端之间。

优选地，谐振电路包括第二电容器，第二电容器连接在第一电阻器的第一端与第一电阻器的第二端之间；相位补偿模块与第二电阻器的第一端、第二电阻器的第二端分别连接，相位补偿模块与第一电阻器形成相位后移电路。

优选地，相位补偿模块包括第二电容单元。

优选地，相位补偿模块包括第一无源单元，第一无源单元连接在第一电阻器的第一端与第一电阻器的第二端之间。

优选地，相位补偿模块包括第二无源单元，第二无源单元连接在第二电阻器的第一端与第二电阻器的第二端之间。

优选地，谐振电路包括但不限于升压电路、隔离驱动电路、非隔离驱动电路。

本实用新型提供的谐振相位补偿电路通过对相位进行补偿，使得节点信号中电信号的相位与谐振电路中功率开关管漏源电压的相位基本一致，这样能够精准地控制功率开关管导通，减少功率开关管的损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为背景技术中隔离型开关电源电路的电路图。

图2为实施例提供的谐振相位补偿电路的模块框图。

图3为图2的模块框图中包含寄生电容的模块框图。

图4为实施例提供的补偿前后的时序图。

图5为图2中模块框图的电路图。

图6为图5中低通滤波器的电路图。

图7为图2中模块框图的另一电路图。

图8为图7中高通滤波器的电路图。

图9为图2的模块框图中超前补偿的电路图。

图10为图2的模块框图中的又一电路图。

图11为实施例提供的谐振相位补偿电路的另一模块框图。

图12为图11中模块框图的电路图。

图13为实施例提供的谐振相位补偿电路的另一模块框图。

图14为实施例提供的谐振相位补偿电路的另一模块框图。

图15为实施例提供的谐振相位补偿电路使用的升压驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的发明人发现，谐振电路中的电压检测节点可能会存在寄生电容，导致检测节点的相位发生偏移。例如图1的隔离型开关电源电路包括初级线圈T1、次级线圈T2、谐振电感LP、电阻R3、电容C3、二极管D2、功率开关管M、电阻R4、二极管D3、电容C4和分压模块。电阻R3的第一端、电容 C3的第一端和初级线圈T1的第一端均连接至供电端，电阻R3的第二端和电容C3的第二端均连接至二极管D2的第一端，二极管D2的第二端和初级线圈T1的第二端连接至功率开关管M的第一端，功率开关管M的第二端通过电阻 R4连接电压端，次级线圈T2的第一端连接二极管D3的第一端，次级线圈T2 的第二端连接电容C4的第一端，二极管D3的第二端连接电容C4的第二端，电容C4的两端形成输出信号，谐振电感LP的第一端连接分压模块的第一端，谐振电感LP的第二端和分压模块的第二端连接电压端。

当功率开关管M导通时，通过初级线圈T1将能量存储在变压器中；在功率开关管M截止时，变压器的次级线圈T2将变压器存储的能量传递至负载。当变压器的次级线圈T2存储的能量全部传递至负载后，变压器的初级线圈T1 的漏感和功率开关管M的寄生电容C会产生谐振。当处于谐振状态时，功率开关管M的漏源电压同样会处于谐振状态，因此，若在功率开关管M的漏源电压处于谷底状态，控制功率开关管M导通，即会降低功率开关管M的开关损耗，而这对于在工作状态需要频繁切换的功率开关管M来说，开关损耗能够大大降低。而为了降低谐振电压，该电路还通过分压模块从谐振电感Lp得到与功率开关管M的漏源电压一致变化的节点A的电压，通过节点A的电压判断是否为谷底。

但是在实际应用中发现，节点A与初级侧的地之间会存在明显的寄生电容，导致分压模块中的电阻与寄生电容实质上形成了一个低通滤波电路，该低通滤波电路会导致节点A的电信号相位相较于功率开关管M的漏源电压存在一定的偏移，若此时以节点A的谷底作为控制功率开关管M导通的参考，会使得谷底判定不准确，导致功率开关管M的开关损耗较大。

实施例：

一种谐振相位补偿电路1，参见图2，该谐振相位补偿电路1可以应用于包含谐振电感2的谐振电路中，包括：

第一电阻器11，其第一端与谐振电感2连接；

第二电阻器12，其第一端与第一电阻器11的第二端共接形成共接节点A，其第二端与电压端连接；

相位补偿模块13，其与共接节点A连接，相位补偿模块13被配置为补偿共接节点A的相位偏移量。

在本实施例中，第一电阻器11和第二电阻器12可以分别包括一个或多个电阻，第一电阻器11和第二电阻器12中的电阻可以通过串联、并联或两者相结合的方式得到。第一电阻器11和第二电阻器12的阻值可以分别根据应用的谐振电路确定。第一电阻器11的第一端可以连接至谐振电感2的一端，谐振电感2的另一端可以与一电压端连接。

在本实施例中，参见图3，共接节点A与初级侧的地之间可能会存在明显的寄生电容14，导致第一电阻器11与寄生电容14实质上形成了一个低通滤波电路，该低通滤波电路会导致共接节点A的电信号(电压、电流)相较于谐振电路中功率开关管M的漏端电压，存在相位后移。而该谐振相位补偿电路1增加了一相位补偿模块13，相位补偿模块13用于补偿共接节点A的相位后移量。另外，共接节点A与第一电阻器11的第一端之间也可能会存在明显的寄生电容，导致第二电阻器12与寄生电容实质上形成了一个高通滤波电路，该高通滤波电路会导致共接节点A的电信号(电压、电流)相较于谐振电路中功率开关管M的漏端电压，存在相位前移。而该谐振相位补偿电路1增加了一相位补偿模块13，相位补偿模块13用于补偿共接节点A的相位前移量。功率开关管M 中漏端电压、源端电压、漏源电压、源漏电压的相位一般是保持一致的，因此在本实施例中检测漏端电压与检测漏源电压的意义基本一致。

需要注意的是，在本实施例中，共接节点A与第一电阻器11的第一端或者第二电阻器12的第二端之间形成的寄生电容，通常是由于谐振电路与印制电路板和/或谐振电路所在芯片内部结构形成，本技术方案的初衷也是为了解决由于寄生电容的存在，导致与谐振电感对应的分压模块中的一些节点的信号发生了相位偏移现象，对相位偏移量进行补偿。

在本实施例中，谐振电感2的第一端可以与一电压端连接，谐振电感2的第二端可以与第一电阻器11的第一端连接，第二电阻器12的第二端可以与另一电压端连接。本实施例中，该两个电压端的电压不同，并不对与谐振电感2 的第一端连接的电压端、与第二电阻器12的第二端连接的电压端的电压做具体限制。

另外，本实施例提供的技术方案可以应用于任何具有谐振电感2的谐振电路中，谐振电路可以包括但不限于升压电路、隔离驱动电路、非隔离驱动电路。

因此，在本实施例中，相位偏移量可以包括共接节点A相位的向后偏移量或者向前偏移量。

在本实施例中，参见图4，如果谐振电路中没有低通滤波电路，共接节点A 的电信号(ZCD)与谐振电路中功率开关管M的漏端电压(DRAIN)的谷底位置大致相同，因此，通过检测共接节点A中电信号的谷底来确定功率开关管M 的漏端电压的谷底，结果比较准确。但是若谐振电路中有低通滤波电路，如图 4中上图所示，相较于功率开关管M的漏端电压，共接节点A的电信号的谷底存在后移，这样当共接节点A的电信号处于谷底时，功率开关管M的漏端电压已上翘。所以当谐振电路中存在低通滤波电路，该谐振相位补偿电路1增加相位补偿模块13，补偿共接节点A的相位偏移量，如图4中下图所示，共接节点A的电信号的谷底位置与功率开关管M的漏端电压的谷底位置基本一致，使得谷底后移得到了补偿。同理，若谐振电路中有高通滤波电路，相较于功率开关管M的漏端电压相位，共接节点A的相位的谷底存在前移，也会导致功率开关管M的导通损耗较大。

该谐振相位补偿电路1通过对相位进行补偿，使得节点信号A中电信号的相位与谐振电路中功率开关管M的漏端电压的相位基本一致，这样能够精准地控制功率开关管M导通，减少功率开关管M的损耗。

进一步地，在一些实施例中，参见图5，谐振电路可以包括第一电容器15，第一电容器15连接在第二电阻器12的第一端与第二电阻器12的第二端之间；相位补偿模块13与第一电阻器11的第一端、第一电阻器11的第二端分别连接，相位补偿模块13与第二电阻器12形成相位前移电路。

在本实施例中，第一电容器15中可以包括一个或多个电容，第一电容器 15中的电容通过并联、串联或两者相结合的方式连接。需要注意的是，该第一电容器15可以为寄生电容，该寄生电容15可以由共接节点A与印制电路板和 /或谐振电路所在芯片内部形成。参见图6，共接节点A的电压为VA，功率开关管M漏端电压为Vds，第一电容器15与第一电阻器11构成了低通滤波电路，该低通滤波电路导致共接节点A的相位后移，因此，相位补偿模块13可以对该共接节点A的相位后移量进行补偿，减少功率开关管M的开关损耗。

进一步地，在一些实施例中，参见图7，相位补偿模块13可以包括第一电容单元131。

在本实施例中，第一电容单元131中可以包括一个或多个电容，第一电容器15中的电容通过并联、串联或两者相结合的方式连接。参见图8，第一电容单元131和第二电阻器12组成了高通滤波电路，高通滤波电路会导致共接节点A电信号的相位前移。由于第一电容器15与第一电阻器11构成的低通滤波电路会导致共接节点A电信号的相位后移，所以该谐振相位补偿电路1通过第一电容单元131和第二电阻器12构成的高通滤波电路补偿低通滤波电路中后移的相位。

在本实施例中，第一电容单元131的容值可以基于谐振电路的频率、第一电容器15的容值、第一电阻器11的阻值和第二电阻器12的阻值适应选择，以使得共接节点A中电信号相位前移部分与相位后移部分基本相等。

进一步地，在一些实施例中，参见图9，相位补偿模块13还可以包括二极管132，二极管132的阴极与第一电阻器11的第一端连接，二极管132的阳极与第一电容单元131的第一端连接，第一电容单元131的第二端与第一电阻器 11的第二端连接。

在本实施例中，相位补偿模块13还可以设置二极管132，以第一电阻器11 至谐振电感2的电流为负方向电流，以谐振电感2至第一电阻器11的电流为正方向电流。二极管132可以只补偿负方向的信号，对正方向信号不做处理，以避免谐振电路中功率开关管M开关瞬间共接节点A的电压尖峰过高。

在本实施例中，由于谐振电感2可能存在漏感3，该漏感3可以用图9中的虚线电感表示，该漏感3也会导致共接节点A的电信号相位偏移，因此，该谐振相位补偿电路1在考虑对谷底进行补偿时，可以将该漏感3和低通滤波电路结合作为参考，进而选择相应的超前补偿电路。

进一步地，在一些实施例中，参见图10，相位补偿模块13还可以包括第三电阻器133，第三电阻器133连接在二极管132的阳极与第一电容单元131 的第一端之间。

在本实施例中，第三电阻器133中可以包括一个或多个电阻，第三电阻器 133中电阻通过串联、并联或两者结合的方式连接。相位补偿模块13还可以增加第三电阻器133，用于稳定第一电容单元131的电压。

进一步地，在一些实施例中，参见图11，谐振电路可以包括第二电容器4，第二电容器4连接在第一电阻器11的第一端与第一电阻器11的第二端之间；相位补偿模块13与第二电阻器12的第一端、第二电阻器12的第二端分别连接，相位补偿模块13与第一电阻器11形成相位后移电路。

在本实施例中，第二电容器4中可以包括一个或多个电容，第二电容器4 中电容通过串联、并联或两者结合的方式连接。需要注意的是，该第二电容器 4可以为寄生电容，该寄生电容14可以由共接节点A与印制电路板和/或谐振电路所在芯片内部形成。当谐振电路中包括第二电容器4时，第二电容器4和第二电阻12构成高通滤波电路，导致共接节点A中电信号的相位前移，因此，针对该谐振电路，谐振相位补偿电路1通过相位补偿模块13与第一电阻11形成低通滤波电路，使得共接节点A中电信号的相位后移，对第二电容器4和第二电阻12构成的高通滤波电路造成的相位前移进行补偿，使得节点信号A中电信号的相位与谐振电路中功率开关管M的漏端电压的相位基本一致。

进一步地，在一些实施例中，参见图12，相位补偿模块13可以包括第二电容单元134。

在本实施例中，第二电容单元134中包括一个或多个电容，第二电容单元 134中电容通过串联、并联或两者相结合的方式连接。第二电容单元134与第一电阻器11低通滤波电路，对共接节点A中电信号进行相位后移。

进一步地，在一些实施例中，参见图13，相位补偿模块13可以包括第一无源单元135，第一无源单元135连接在第一电阻器11的第一端与第一电阻器 11的第二端之间。

在本实施例中，第一无源单元135中可以包括一种或多种无源器件，第一无源单元135中无源器件通过并联、串联或两者相结合的方式连接。常见的无源器件包括电容、电阻、电感等等。由此可见，相位补偿模块13可以通过一种或多种无源器件实现补偿共接节点A的相位偏移量。

进一步地，在一些实施例中，参见图14，相位补偿模块13包括第二无源单元136，第二无源单元136连接在第二电阻器12的第一端与第二电阻器12 的第二端之间。

在本实施例中，第二无源单元136中可以包括一种或多种无源器件，第二无源单元136中无源器件通过并联、串联或两者相结合的方式连接。常见的无源器件包括电容、电阻、电感等等。由此可见，相位补偿模块13可以通过一种或多种无源器件实现补偿共接节点A的相位偏移量。

在本实施例中，该谐振相位补偿电路1适用于任何具有谐振功能以及软开关能力的电路，例如该谐振相位补偿电路1不仅适用于图1所示的隔离型开关电源电路，还可以适用于非隔离型开关电源电路和升压驱动电路。例如该谐振相位补偿电路1可以适用于图15的升压驱动电路。图15的升压驱动电路包括电感LP、功率开关管M、二极管D4和电容器C5；其中电感LP的第二端分别接至功率开关管M的第一端和二极管D4的第一端，二极管D4的第二端接电容器C5的第二端，功率开关管M的第二端接电容器C5的第一端，电感LP的第一端和功率开关管M的第二端之间为输入信号，电容器C5的第一端和第二端之间为输出信号。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种谐振相位补偿电路，其特征在于，应用于包含谐振电感的谐振电路中，包括：

第一电阻器，其第一端与所述谐振电感连接；

第二电阻器，其第一端与所述第一电阻器的第二端共接形成共接节点，其第二端与电压端连接；

相位补偿模块，其与所述共接节点连接，所述相位补偿模块被配置为补偿所述共接节点的相位偏移量。

2.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一电容器，所述第一电容器连接在所述第二电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端之间；所述相位补偿模块与所述第一电阻器的第一端、所述第一电阻器的第二端分别连接，所述相位补偿模块与所述第二电阻器形成相位前移电路。

3.根据权利要求2所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块包括第一电容单元。

4.根据权利要求3所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块还包括二极管，所述二极管的阴极与所述第一电阻器的第一端连接，所述二极管的阳极与所述第一电容单元的第一端连接，所述第一电容单元的第二端与所述第一电阻器的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块还包括第三电阻器，所述第三电阻器连接在所述二极管的阳极与所述第一电容单元的第一端之间。

6.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述谐振电路包括第二电容器，所述第二电容器连接在所述第一电阻器的第一端与所述第一电阻器的第二端之间；所述相位补偿模块与所述第二电阻器的第一端、所述第二电阻器的第二端分别连接，所述相位补偿模块与所述第一电阻器形成相位后移电路。

7.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块包括第二电容单元。

8.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块包括第一无源单元，所述第一无源单元连接在所述第一电阻器的第一端与所述第一电阻器的第二端之间。

9.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述相位补偿模块包括第二无源单元，所述第二无源单元连接在所述第二电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端之间。

10.根据权利要求1所述的谐振相位补偿电路，其特征在于，所述谐振电路包括但不限于升压电路、隔离驱动电路、非隔离驱动电路。

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