專利名稱：具有升壓-降壓-降壓配置的功率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種多級升壓-降壓-降壓功率裝置。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，需要電壓調(diào)節(jié)器以在由具有不同電壓電平的電壓源形成的預(yù)定范圍內(nèi)提供電壓。如果輸入功率落在某一范圍以外，則一些電路遭受不確定和不希望的運(yùn)轉(zhuǎn)以及甚至不可修復(fù)的損壞。在圖1中示出現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)功率裝置10。裝置10是升壓-升壓-隔離功率轉(zhuǎn)換器。裝置10主要包括與輸入轉(zhuǎn)換器14耦合的、也被稱為AC到DC轉(zhuǎn)換器的AC輸入12。在所示出的示例實(shí)施例中，輸入轉(zhuǎn)換器14包括功率因數(shù)校正(PFC)前端。輸入轉(zhuǎn)換器14能夠被配置為升壓轉(zhuǎn)換器。輸入轉(zhuǎn)換器14與中間調(diào)節(jié)器16耦合，該中間調(diào)節(jié)器16包括與輸出轉(zhuǎn)換器18耦合的另一升壓調(diào)節(jié)器，該輸出轉(zhuǎn)換器18在這一情況下是DC-DC轉(zhuǎn)換器。將輸出轉(zhuǎn)換器18配置為隔離級。調(diào)節(jié)電路20耦合于中間調(diào)節(jié)器16與輸出轉(zhuǎn)換器18之間。AC輸入12被耦合用于接收AC信號VAC并且生成作為輸入而耦合到輸入轉(zhuǎn)換器14的未調(diào)節(jié)直流(DC)。通常，輸入轉(zhuǎn)換器14從AC輸入12接收未調(diào)節(jié)直流并且生成升壓或者增加的電壓。增加的電壓是DC電壓。中間調(diào)節(jié)器16接收增加的電壓并且生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓。經(jīng)調(diào)節(jié)電壓包括被升壓至比輸入轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓更高的電壓。輸出轉(zhuǎn)換器18接收調(diào)節(jié)的更高電壓并且生成降壓至或者低于更高調(diào)節(jié)電壓的輸出電壓。調(diào)節(jié)電路19感測Vout的功率驟降和功率增加，并且控制中間調(diào)節(jié)器16內(nèi)的調(diào)節(jié)切換元件的占空比，以供應(yīng)用于校正Vout的功率增加或者功率驟降下降的補(bǔ)償功率。存在與裝置10關(guān)聯(lián)的許多固有弊端。裝置10在啟動時(shí)生成高浪涌電流(surgecurrent)輸出轉(zhuǎn)換器18的次級部件經(jīng)歷高應(yīng)力，并且裝置被暴露于來自浪涌電流的高噪聲電平。此外，輸出轉(zhuǎn)換器18的初級部件也承受高電壓應(yīng)力。作為升壓-升壓-隔離功率轉(zhuǎn)換器的裝置10既笨重又低效。與裝置10相似的另一現(xiàn)有技術(shù)的功率調(diào)節(jié)器使用降壓型PFC前端，該前端跟隨有與降壓型降頻轉(zhuǎn)換器耦合的升壓轉(zhuǎn)換器。這一其它現(xiàn)有技術(shù)具有在低輸入AC線路的低功率因數(shù)校正的固有弊端，并且具有中斷的輸入電流要求大型濾波器以平滑掉切換脈動電流這樣的癥結(jié)。另外，這一其它現(xiàn)有技術(shù)受困于降壓PFC前端在與升壓型前端比較的相對低效率運(yùn)行。這一降壓-降壓-隔離配置受困于高RMS電流由于來自上游兩個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器的相對低電壓而需要初級側(cè)上的高銅損耗。因而希望創(chuàng)建一種用于大量增加這樣的功率轉(zhuǎn)換器的效率并且減少它們的成本的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于操作本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的示例方式是將PFC前端級配置為升壓跟隨器級，以使得PFC前端級的輸出電壓僅略高于AC輸入的峰值。與PFC前端級耦合的降壓調(diào)節(jié)器級被配置用于產(chǎn)生比PFC級的最小輸出電壓略低的固定輸出電壓。將降壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓設(shè)計(jì)為與PFC級的最小輸出電壓盡可能接近產(chǎn)生了最高總體轉(zhuǎn)換器效率。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器因此在低線路和高線路的效率之間產(chǎn)生最優(yōu)平衡。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種調(diào)節(jié)功率裝置。該裝置包括被配置用于接收經(jīng)整流電壓并且用于生成增加的電壓的輸入功率轉(zhuǎn)換電路。中間功率調(diào)節(jié)電路生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓，該經(jīng)調(diào)節(jié)電壓具有比輸入功率轉(zhuǎn)換電路的最小輸出電壓更低的電壓或者更高的電壓。中間功率調(diào)節(jié)電路被耦合用于接收增加的電壓。輸出功率轉(zhuǎn)換電路與包括多個(gè)切換元件和變壓器的中間功率調(diào)節(jié)電路耦合。輸出功率轉(zhuǎn)換電路接收經(jīng)調(diào)節(jié)電壓，并且生成比經(jīng)調(diào)節(jié)電壓更低或者更高的輸出電壓。輸出功率轉(zhuǎn)換電路包括被配置用于優(yōu)選地在固定占空比操作的隔離級。調(diào)節(jié)電路與中間功率調(diào)節(jié)電路耦合并且與輸出功率轉(zhuǎn)換電路耦合。調(diào)節(jié)電路包括用于生成控制信號的反饋信號，控制信號用于操作中間功率調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)切換元件。輸入功率轉(zhuǎn)換電路包括升壓轉(zhuǎn)換器，該升壓轉(zhuǎn)換器包括與電感元件耦合并且與多個(gè)升壓二極管器件耦合的升壓切換元件。升壓轉(zhuǎn)換器被配置有用于增加功率裝置的功率因數(shù)的功率因數(shù)校正功能。升壓轉(zhuǎn)換器被配置為升壓跟隨器，其中增加的電壓大于經(jīng)整流電壓。升壓跟隨器包括與升壓切換元件耦合的升壓跟隨器控制器。提供AC輸入電路以便接收AC信號并且生成經(jīng)整流電壓。中間功率調(diào)節(jié)電路包括跟隨有升壓轉(zhuǎn)換器的降壓轉(zhuǎn)換器，該升壓轉(zhuǎn)換器包括與在轉(zhuǎn)換器之間共享的電感元件耦合、并且與調(diào)節(jié)器二極管器件耦合的調(diào)節(jié)切換元件。備選地，中間功率調(diào)節(jié)電路包括SEPIC(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換器，其中經(jīng)調(diào)節(jié)電壓可以具有比輸入功率轉(zhuǎn)換電路的最小輸出電壓更低的電壓或者更高的電壓。SEPIC轉(zhuǎn)換器包括與電感元件耦合并且與電容元件耦合的調(diào)節(jié)切換元件。電容元件與第二電感元件耦合并且與二極管器件耦合。在又一備選方式中，中間功率調(diào)節(jié)電路包括降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器包括與電感元件耦合并且與傳遞器件耦合的調(diào)節(jié)切換元件。調(diào)節(jié)切換元件與降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的輸入f禹合。本發(fā)明的其它特征將從對結(jié)合附圖進(jìn)行的下文描述的考慮中變得明顯。


在所附權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的新穎特征。然而出于說明的目的，在以下附圖中闡述本發(fā)明的若干實(shí)施例。圖1圖示了現(xiàn)有技術(shù)的功率裝置的功能框圖。圖1A圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率裝置的功能框圖。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率裝置的示意圖。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明備選實(shí)施例的功率裝置的示意圖。圖3A圖示了根據(jù)本發(fā)明備選實(shí)施例的功率裝置的中間調(diào)節(jié)器的示意圖。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的功率裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
在下文描述中，出于說明的目的而闡述大量細(xì)節(jié)和備選方式。然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，不使用這些具體細(xì)節(jié)仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它實(shí)例中，以框圖形式示出公知結(jié)構(gòu)和設(shè)備以免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊本發(fā)明的描述。圖1A示出具有中間調(diào)節(jié)器160的本發(fā)明的實(shí)施例。一種用于操作本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的示例性方式是將PFC前端級140配置為升壓跟隨器級，從而PFC前端級的輸出電壓僅略高于AC輸入120的峰值。因此例如PFC輸出可能對于114VAC的AC輸入約為250VDC，并且PFC輸出可能對于230VAC的AC輸入約為385VDC。中間調(diào)節(jié)器級160被配置用于產(chǎn)生固定預(yù)定輸出電壓。示例實(shí)施例可以被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生比PFC級140的最小輸出電壓略低的固定電壓。舉例而言，PFC前端140可以被設(shè)計(jì)用于針對90至132VAC輸入而產(chǎn)生240VDC的最小輸出電壓，并且中間調(diào)節(jié)器級160被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生200VDC(或者備選地為175VDC)的固定輸出電壓。將中間調(diào)節(jié)器160的輸出電壓設(shè)計(jì)為與PFC級的最小輸出電壓盡可能的接近產(chǎn)生最高總轉(zhuǎn)換器效率。在典型或者常規(guī)轉(zhuǎn)換器中，高線路效率由于導(dǎo)通損耗減少而比低線路效率高得多。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)在低線路的高轉(zhuǎn)換效率、而僅略微減少其中有更大效率裕度的高線路效率。優(yōu)選地通過使用PFC級上的升壓-跟隨器并且通過使用中間降壓調(diào)節(jié)級來實(shí)現(xiàn)這一高轉(zhuǎn)換效率，該中間降壓調(diào)節(jié)級用略微低于最低升壓-跟隨器輸出電壓的輸出電壓操作。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器因此產(chǎn)生在低線路和高線路的效率之間的最優(yōu)平衡。轉(zhuǎn)向圖1A，示出用于根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)功率裝置100的功能框圖。將裝置100配置為升壓-中間級隔離功率轉(zhuǎn)換器。這一配置具有較現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)而言的優(yōu)良效率和優(yōu)良操作特性。裝置100主要包括也被稱為AC到DC轉(zhuǎn)換器的AC輸入120。AC輸入120被耦合用于向也被稱為功率因數(shù)校正(PFC)前端的輸入功率轉(zhuǎn)換電路或者輸入轉(zhuǎn)換器140提供未調(diào)節(jié)DC電壓。輸入轉(zhuǎn)換器140與中間功率調(diào)節(jié)電路或者中間調(diào)節(jié)器160耦合，該中間功率調(diào)節(jié)電路或者中間調(diào)節(jié)器160優(yōu)選地包括與升壓調(diào)節(jié)器串聯(lián)的降壓調(diào)節(jié)器。中間調(diào)節(jié)器160與用于提供隔離的輸出轉(zhuǎn)換器180耦合。隔離電路190耦合于中間調(diào)節(jié)器160與輸出轉(zhuǎn)換器180之間。AC輸入120被耦合用于接收AC信號VAC，并且根據(jù)AC信號VAC生成未調(diào)節(jié)DC。未調(diào)節(jié)DC電壓作為輸入而耦合到輸入轉(zhuǎn)換器140。輸入轉(zhuǎn)換器140從AC輸入120接收未調(diào)節(jié)直流電流，并生成升壓或者增加的電壓。增加的電壓是DC電壓。中間調(diào)節(jié)器160接收增加的電壓并且根據(jù)增加的電壓生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓。在一些實(shí)施例中，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓包括比輸入轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓更低的電壓。優(yōu)選地，輸出轉(zhuǎn)換器180生成無需電壓控制的隔離輸出。調(diào)節(jié)電路190感測Vout的功率驟降和功率增加，并且控制中間調(diào)節(jié)器160內(nèi)的調(diào)節(jié)切換元件的占空比，以供應(yīng)用于校正Vout的功率增加或者功率驟降的補(bǔ)償功率。圖2圖示了圖1A的調(diào)節(jié)功率裝置100的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供調(diào)節(jié)功率裝置200。將裝置200配置為升壓-中間級隔離調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器。裝置200主要包括與輸入轉(zhuǎn)換器140耦合的AC輸入120。輸入轉(zhuǎn)換器140與中間調(diào)節(jié)器160耦合，該中間調(diào)節(jié)器160包括根據(jù)應(yīng)用條件而選擇性地與輸出轉(zhuǎn)換器180耦合的降壓調(diào)節(jié)器160A。在其中需要比由輸入級140生成的電壓更低的輸出電壓的應(yīng)用條件期間，降壓調(diào)節(jié)器160A選擇性地與輸出耦合。在要求比由輸入生成的電壓更高的輸出電壓的應(yīng)用條件期間，升壓轉(zhuǎn)換器160B選擇性地與輸出相耦合以便生成更高電壓。調(diào)節(jié)電路190耦合于中間調(diào)節(jié)器160與輸出轉(zhuǎn)換器180之間。受益于這一公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解下文描述的輸入轉(zhuǎn)換器140、中間調(diào)節(jié)器160和輸出轉(zhuǎn)換器180的備選示意性變化。AC輸入120包括用于接收AC信號202的輸入，并且優(yōu)選地包括四個(gè)二極管的橋接器204。AC信號202通常在范圍90-265VAC中。AC信號202由四個(gè)二極管的橋接器204整流以生成經(jīng)整流電壓，該經(jīng)整流電壓是未調(diào)節(jié)的DC電壓?？梢栽贏C輸入120中包括電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)濾波器(未示出)以消除不需要的諧波噪聲。四個(gè)二極管的橋接器204具有輸入和輸出。AC輸入電壓202耦合到四個(gè)二極管的橋接器204的輸入。四個(gè)二極管的橋接器204的正輸出端子耦合到電感器LI的第一端子和升壓二極管DlA的正極。電感器LI的第二端子耦合到升壓切換元件210的第一端子和升壓二極管Dl的正極。升壓二極管D1、D1A的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)A。四個(gè)二極管的橋接器204的負(fù)輸出端子耦合到電路接地。切換元件210的第二端子與升壓控制器208耦合。切換元件210的第三端子耦合到接地。升壓控制器208耦合到接地。輸入轉(zhuǎn)換器140接收經(jīng)整流電壓并且生成增加的電壓。將輸入轉(zhuǎn)換器140配置為升壓轉(zhuǎn)換器。升壓控制器208與升壓切換元件210耦合?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置200的輸出要求來為輸入轉(zhuǎn)換器140選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，升壓切換元件210包括硅
(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。升壓二極管Dl、DlA也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。升壓控制器208可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。輸入轉(zhuǎn)換器140可以被配置用于作為功率因數(shù)校正(PFC)前端來操作。輸入轉(zhuǎn)換器140使用升壓控制器208以調(diào)整升壓切換元件210的占空比，從而輸入電流和AC信號202的線路頻率是相同相位。由此提供功率裝置200的逼近單一(unity) (1.0)的功率因數(shù)。輸入轉(zhuǎn)換器140使用用于控制升壓切換元件210的占空比來生成增加的電壓，而電感器LI存儲并且經(jīng)由升壓二極管Dl、DlA傳遞增加的電壓。中間調(diào)節(jié)器160接收增加的電壓并且生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。能夠在其中要求經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin是比輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓更低的電壓的應(yīng)用條件中將中間調(diào)節(jié)器160配置為降壓轉(zhuǎn)換器160A。中間調(diào)節(jié)器160包括調(diào)節(jié)切換元件220的耦合到節(jié)點(diǎn)A的第一端子。調(diào)節(jié)切換元件220的第二端子與調(diào)節(jié)器控制器218耦合。調(diào)節(jié)切換元件220的第三端子耦合到電感器L2的第一端子和調(diào)節(jié)器二極管D2的負(fù)極。電感器L2的第二端子耦合到接地Vin。調(diào)節(jié)器二極管D2的正極和調(diào)節(jié)器控制器218耦合到接地。中間調(diào)節(jié)器160使用包括調(diào)節(jié)電路190和旁路二極管(shunting diode) 252的反饋回路提供的反饋信號。旁路二極管252的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)Vout。節(jié)點(diǎn)Vout是與輸入電壓Vout相隨的輸出。旁路二極管252的正極耦合到調(diào)節(jié)電路190的第一端子。調(diào)節(jié)電路190的第二端子耦合到調(diào)節(jié)器控制器218。中間調(diào)節(jié)器160使用用于控制調(diào)節(jié)切換元件220的占空比的調(diào)節(jié)器控制器218來生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。電感器L2交替地存儲并且向輸出轉(zhuǎn)換器180以及經(jīng)過調(diào)節(jié)器二極管D2傳遞功率?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置200的輸出要求來為中間調(diào)節(jié)器160選擇適當(dāng)部件。在示例性實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器切換元件220包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。調(diào)節(jié)器二極管D2也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。調(diào)節(jié)器控制器218可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。另夕卜，針對更高功率應(yīng)用并且為了解決涉及分離接地的問題，隔離柵極雙極晶體管(IGBT)能夠用作切換器件。被配置為降壓轉(zhuǎn)換器160A的中間調(diào)節(jié)器160使用調(diào)節(jié)器控制器218以調(diào)整調(diào)節(jié)器切換元件220的占空比，從而在節(jié)點(diǎn)Vin處的經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin被調(diào)節(jié)并且低于輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓。經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin包括固定DC電壓。中間調(diào)節(jié)器160被配置用于提供與輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓盡可能接近的調(diào)節(jié)的固定電壓Vin以便最大化功率裝置200的效率。在示例實(shí)施例中，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓是200VDC。備選地，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin是175VDC。當(dāng)在降壓配置160A中時(shí)，切換元件Q2220在其中轉(zhuǎn)換器160A經(jīng)過電感器L2向負(fù)載遞送電流的充電級期間被使能或者導(dǎo)通。在放電級期間，Q 220被去使能或者斷開(open)，并且在電感器L2中存儲的能量使跨L2的電壓反向、由此前向偏置二極管D2。因而，跨D2、L2和負(fù)載形成電流路徑以向負(fù)載中泄放L2內(nèi)的能量作為進(jìn)入負(fù)載的電流。在作為降壓轉(zhuǎn)換器160A來操作期間，控制器U3228優(yōu)選地去使能開關(guān)Q5，從而無電流可以從其流過。輸出轉(zhuǎn)換器180被配置用于接收經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin并且生成輸出電壓Vout。優(yōu)選地，電壓Vout被從電壓Vin中DC隔離。在這一例子中，將輸出轉(zhuǎn)換器180配置為LLC諧振轉(zhuǎn)換器。在其它實(shí)施例中，可以將輸出轉(zhuǎn)換器配置為在固定占空比操作的全橋前向轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，輸出轉(zhuǎn)換器180是被配置用于實(shí)現(xiàn)隔離而無電壓控制的隔離級。輸出轉(zhuǎn)換器180包括輸入電容器230的耦合到節(jié)點(diǎn)Vin的第一端子，以及輸入電容器230的耦合到接地的第二端子。第一切換元件或者輸出開關(guān)232的第一端子耦合到節(jié)點(diǎn)Vin和第一隔離電容器236的第一端子。第一切換兀件232的第二端子與輸出控制器228稱合。第一切換兀件232的第三端子耦合到第二切換元件或者輸出開關(guān)234的第一端子和變壓器240的第一初級端子。第一隔離電容器236的第二端子耦合到第二隔離電容器238的第一端子、并且耦合到變壓器240的第二初級端子。第二切換元件234的第二端子與輸出控制器228耦合。輸出控制器228耦合到調(diào)制電路190的第二端子。輸出控制器228也耦合到接地。第二切換元件234的第三端子和第二隔離電容器238的第二端子耦合到接地。調(diào)節(jié)電路190的第三和第四端子耦合到接地。第一輸出二極管D3的正極耦合到變壓器240的第一次級端子。第一輸出二極管D3的負(fù)極耦合到輸出電感器L3的第一端子和第二輸出二極管D4的負(fù)極。第二輸出二極管D4的正極耦合到變壓器240的第二次級端子。變壓器240的中央抽頭耦合到接地。輸出電感器L3的第二端子耦合到輸出電容器250的第一端子和節(jié)點(diǎn)Vout。輸出電容器250的第二端子稱合到接地。負(fù)載254稱合于節(jié)點(diǎn)Vout與接地之間。輸出轉(zhuǎn)換器180使用輸出控制器228來生成輸出電壓Vout。輸出控制器228監(jiān)視輸出電壓Vout并且控制輸出開關(guān)232、234的占空比。如果輸出電壓Vout增加或者減少，則輸出控制器相應(yīng)減少或者增加輸出開關(guān)232、234的占空比。輸出控制器228使用包括調(diào)節(jié)電路190和旁路二極管252的反饋回路提供的反饋信號。旁路二極管252耦合到調(diào)節(jié)電路190，該調(diào)節(jié)電路也耦合到輸出控制器228。輸出控制器228生成用于控制第一輸出開關(guān)232和第二輸出開關(guān)234的占空比的控制信號。輸出控制器228控制第一輸出開關(guān)232和第二輸出開關(guān)234的導(dǎo)通,從而一次僅第一輸出開關(guān)232和第二輸出開關(guān)234中的一個(gè)輸出開關(guān)導(dǎo)電。第一輸出開關(guān)232和第二輸出開關(guān)234的導(dǎo)通分別在第一輸出二極管D3和第二輸出二極管D4交替地生成前向偏置電流。從變壓器240的展開(expanding)和折疊(collapsing)磁場生成前向偏置電流。第一輸出二極管D3和第二輸出二極管D4的導(dǎo)通經(jīng)由輸出電感器L3對輸出電容器250交替地放電?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置200的輸出要求來為輸出轉(zhuǎn)換器180選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，第一輸出開關(guān)232和第二輸出開關(guān)234包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。輸出二極管D3、D4也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。輸出控制器218可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。調(diào)節(jié)電路190可以包括適當(dāng)反饋電路，該反饋電路可以是而不限于光學(xué)隔離器。旁路二極管252可以包括由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適當(dāng)材料制成的齊納二極管?？梢愿鶕?jù)為功率裝置200選擇的保持時(shí)間規(guī)格來為輸入電容器230選擇大小。保持時(shí)間是功率裝置在失去來自AC輸入120的功率之后仍然向負(fù)載254供應(yīng)功率的時(shí)間量。通常，保持時(shí)間包括15-50毫秒的范圍。在一些實(shí)施例中，向所示拓?fù)涮砑覦5和Q5 215以利用已經(jīng)存在的電感器L2和電容器Cl 230以在比輸入轉(zhuǎn)換器140提供的電壓更高的輸出電壓時(shí)形成升壓轉(zhuǎn)換器160B。在這樣的情形中，來自PFC級的輸出上的主要體電容器Cl 230上的電壓快速減少至后繼降壓轉(zhuǎn)換器不再能夠操作并且仍然在它的輸出產(chǎn)生充足電壓這樣的點(diǎn)。為此，附加部件D5和Q5 215優(yōu)選地在向降壓轉(zhuǎn)換器的輸入降至輸出以下時(shí)按照PWM由U4 218控制?？缃祲弘娙萜鞯碾妷喝缓髮⒈簧龎憾皇墙祲翰⑶以诮祲弘娙萜鞣烹娭粮‰妷褐畷r(shí)允許增加的保持時(shí)間。優(yōu)選地，在提供功率之時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)操作期間，D5保持前向偏置和導(dǎo)通，并且Q5 215保持關(guān)斷并且表現(xiàn)為開路。在作為增壓轉(zhuǎn)換器160B來操作時(shí)，開關(guān)Q2 220優(yōu)選地由控制器U4 218使能并且可以在雙極或者IGBT開關(guān)的情況下被近似為從漏極到源極或者集極到射極的短路選擇性地使能和去使能開關(guān)Q5215以形成升壓轉(zhuǎn)換器160B。當(dāng)使能開關(guān)Q5 215時(shí)，在電感器L2中形成根據(jù)電路等時(shí)間常數(shù)而增加的電流。這一般稱為存儲階段。然后在某一小時(shí)間段之后斷開開關(guān)Q2 215，并且作為結(jié)果，越過開關(guān)Q2 215的電壓在電感器L2的折疊磁場嘗試維持電流時(shí)增加。由于開關(guān)Q2 215有效地變成開路，所以電壓繼續(xù)上升直至經(jīng)過二極管D5導(dǎo)通電流。經(jīng)過二極管D5驅(qū)動電流直至耗盡電感器L2中存儲的能量。這一般稱為遞送階段。由于電感器L2可以按照因子10-15有效地升壓電源電壓，所以有可能從低電壓電池源對高電壓電容器充電。有利地，中間調(diào)節(jié)器160能夠在輸出電壓需求低于輸出轉(zhuǎn)換器140提供的電壓或者高于輸入轉(zhuǎn)換器140時(shí)相應(yīng)地選擇性地用作降壓轉(zhuǎn)換器160A或者升壓轉(zhuǎn)換器160B。另夕卜，重要的是注意能夠在降壓轉(zhuǎn)換或者升壓轉(zhuǎn)換期間使用電感器L2。一般而言，電感器是任何轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中的最昂貴部件之一，并且它們的成本隨著它們的功率操縱能力增加而大量增加。因而，在僅利用一個(gè)電感器L2之時(shí)在降壓轉(zhuǎn)換器160A與升壓轉(zhuǎn)換器160B之間選擇性地切換是有利的。圖3圖示了圖1A的調(diào)節(jié)功率裝置100的備選示例示意圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供調(diào)節(jié)功率裝置300。將裝置300配置為升壓-中間級隔離調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器。裝置300主要包括與輸入轉(zhuǎn)換器140耦合的AC輸入120。輸入轉(zhuǎn)換器140與中間調(diào)節(jié)器160耦合，該中間調(diào)節(jié)器160包括與輸出轉(zhuǎn)換器180耦合的降壓調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)電路190耦合于中間調(diào)節(jié)器160與輸出轉(zhuǎn)換器180之間。AC輸入120包括用于接收AC信號302的輸入和四個(gè)二極管的橋接器304。AC信號302通常在90-265VAC的范圍中。AC信號302由四個(gè)二極管的橋接器304整流以生成經(jīng)整流電壓，該經(jīng)整流電壓是未調(diào)節(jié)DC電壓?？梢栽贏C輸入中包括電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)濾波器(未示出)以消除不想要的諧波噪聲。四個(gè)二極管的橋接器304具有輸入和輸出。AC輸入電壓302耦合到四個(gè)二極管的橋接器304的輸入。四個(gè)二極管的橋接器304的正輸出端子耦合到電感器LI的第一端子和升壓二極管DlA的正極。電感器LI的第二端子耦合到升壓切換元件310的第一端子和升壓二極管Dl的正極。升壓二極管D1、D1A的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)A。四個(gè)二極管的橋接器304的負(fù)輸出端子耦合到電路接地。切換元件310的第二端子經(jīng)過電阻器R3與升壓控制器308耦合。分壓器Rl、R2耦合到升壓控制器308的輸入并且耦合于電感器LI的第一端子與接地之間。分壓器R4、R5耦合到升壓控制器308并且耦合于節(jié)點(diǎn)A與接地之間。切換元件310的第三端子耦合到接地。升壓控制器308耦合到接地。輸入轉(zhuǎn)換器140接收經(jīng)整流電壓并且生成增加的電壓。輸入轉(zhuǎn)換器140被配置用于作為升壓跟隨器來工作。升壓控制器308與升壓切換元件310耦合。電阻網(wǎng)絡(luò)與包括電阻器R1-R5的升壓跟隨器控制器308耦合?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置300的輸出要求來為輸入轉(zhuǎn)換器140選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，升壓切換元件310包括娃(Si)或者碳化娃(SiC)MOSFET晶體管。升壓二極管D1、D1A也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。升壓跟隨器控制器308可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。輸入轉(zhuǎn)換器140可以被配置用于作為功率因數(shù)校正(PFC)前端來操作。輸入轉(zhuǎn)換器140使用升壓跟隨器控制器308以調(diào)整升壓切換元件310的占空比，從而輸入電流和AC信號302的線路頻率是相同相位。由此提供功率裝置300的逼近單一(1.0)的功率因數(shù)。輸入轉(zhuǎn)換器140使用用于控制升壓切換元件310的占空比的跟隨器控制器308來生成增加的電壓，而電感器LI存儲并且經(jīng)由升壓二極管D1、D1A傳遞增加的電壓。被配置為升壓跟隨器的輸入轉(zhuǎn)換器140可以生成增加的電壓，從而增加的電壓的電勢根據(jù)AC信號302的電勢成比例地變化。升壓跟隨器功能允許輸入轉(zhuǎn)換器140生成僅略高于AC信號302的增加電壓。電阻器網(wǎng)絡(luò)R1-R5有助于升壓跟隨器功能并且向升壓跟隨器控制器308提供反饋信號。例如輸入轉(zhuǎn)換器140針對115VAC的AC信號302生成250VDC的增加電壓。備選地，輸入轉(zhuǎn)換器140針對230VAC的AC信號302生成385VDC的增加電壓。中間調(diào)節(jié)器160接收增加的電壓并且生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。能夠?qū)⒅虚g調(diào)節(jié)器160配置為降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin具有比輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓更低的電壓。中間調(diào)節(jié)器160包括調(diào)節(jié)切換元件320的耦合到節(jié)點(diǎn)A的第一端子。調(diào)節(jié)切換元件320的第二端子與調(diào)節(jié)器控制器318耦合。調(diào)節(jié)切換元件320的第三端子耦合到電感器L2的第一端子和調(diào)節(jié)器二極管D2的負(fù)極。電感器L2的第二端子耦合到節(jié)點(diǎn)Vin。調(diào)節(jié)二極管D2的正極耦合到接地。調(diào)節(jié)器控制器318也耦合到接地。中間調(diào)節(jié)器160使用包括調(diào)節(jié)電路190和旁路二極管352的反饋回路提供的反饋信號。旁路二極管352的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)Vout。節(jié)點(diǎn)Vout是與輸出電壓Vout相隨的輸出。旁路二極管352的正極耦合到調(diào)節(jié)電路190的第一端子。調(diào)節(jié)電路190的第二端子耦合到調(diào)節(jié)器控制器318。中間調(diào)節(jié)器160使用用于控制調(diào)節(jié)切換元件320的占空比的調(diào)節(jié)器控制器318來生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。中間調(diào)節(jié)器160使用包括調(diào)節(jié)電路190和旁路二極管352的反饋回路提供的反饋信號。中間調(diào)節(jié)器160使用用于控制調(diào)節(jié)切換元件320的占空比的調(diào)節(jié)器控制器318來生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。電感器L2交替地存儲并且向輸出轉(zhuǎn)換器180以及經(jīng)過調(diào)節(jié)器二極管D2傳遞功率?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置300的輸出要求來為中間調(diào)節(jié)器160選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器切換元件320包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。調(diào)節(jié)器二極管D2也包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。調(diào)節(jié)器控制器318可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。被配置為降壓轉(zhuǎn)換器的中間調(diào)節(jié)器160使用調(diào)節(jié)器控制器318以調(diào)整調(diào)節(jié)器切換元件320的占空比，從而在向輸出轉(zhuǎn)換器180的輸入的調(diào)節(jié)電壓Vin被調(diào)節(jié)，并且該經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin低于輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓。經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin包括固定DC電壓。中間調(diào)節(jié)器160被配置用于提供與輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓盡可能接近的調(diào)節(jié)固定電壓Vin以便最大化功率裝置300的效率。在示例實(shí)施例中，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓是200VDC。備選地，經(jīng)調(diào)節(jié)電壓是175VDC。在一些實(shí)施例中，向所示拓?fù)涮砑覦5和Q5 315以利用已經(jīng)存在的電感器L2和電容器Cl 330以在停電(outage)期間形成升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)停電出現(xiàn)時(shí)，來自PFC級的輸出上的主要體電容器Cl 330上的電壓快速減少至后繼降壓轉(zhuǎn)換器不再能夠操作并且仍然在它的輸出產(chǎn)生充足電壓這樣的點(diǎn)。為此，附加部件D5和Q5 215優(yōu)選地在向降壓轉(zhuǎn)換器的輸入降至輸出以下時(shí)按照PWM由U4 318控制?？缃祲弘娙萜鞯碾妷喝缓髮⒈簧龎憾皇墙祲?，并且在降壓電容器放電至更小電壓之時(shí)允許增加的保持時(shí)間。優(yōu)選地，在提供功率之時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)操作期間，D5保持前向偏置和導(dǎo)通，并且Q5 315保持關(guān)斷并且表現(xiàn)為開路。切換元件320和325能夠由驅(qū)動器電路418同時(shí)驅(qū)動。通過變化從電路418發(fā)源的控制信號的占空比，中間級160的輸出能夠是比輸入級140提供的電壓更高的電壓或者更低的電壓而未如現(xiàn)有技術(shù)解決方案的條件那樣使降壓或者升壓的電壓的極性反向。在一些實(shí)施例中，中間轉(zhuǎn)換器160能夠是跟隨有升壓轉(zhuǎn)換器160B的降壓轉(zhuǎn)換器160A而不是能夠由一個(gè)控制器318控制的組合中間轉(zhuǎn)換器。在圖3A的示例實(shí)施例中，降壓部分160A跟隨有升壓部分160B。降壓部分160A包括它自己的能量存儲電感器L2A。另夕卜，開關(guān)220由獨(dú)立控制機(jī)制Ux、比如集成電路控制。降壓部分跟隨有升壓部分160B。類似地，升壓部分包括它自己的能量存儲電感器L2B。開關(guān)215由第二獨(dú)立控制器Uy控制。優(yōu)選地，在降壓配置期間，控制器Uy去使能開關(guān)215。類似地，在升壓配置期間，控制器Ux優(yōu)選地使能開關(guān)220。應(yīng)當(dāng)選擇L2A和L2B的值從而使得它們的組合串聯(lián)值適合于形成所需降壓或者升壓電平。圖4圖示了圖1A的調(diào)節(jié)功率裝置100的另一備選示例示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供調(diào)節(jié)功率裝置400。將裝置400配置為升壓-中間級隔離調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器。裝置400主要包括與輸入轉(zhuǎn)換器140耦合的AC輸入120。輸入轉(zhuǎn)換器140與中間調(diào)節(jié)器160耦合，該中間調(diào)節(jié)器160包括與輸出轉(zhuǎn)換器180耦合的降壓調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)電路190耦合于中間調(diào)節(jié)器160與輸出轉(zhuǎn)換器180之間。
AC輸入120包括用于接收AC信號402的輸入和四個(gè)二極管的橋接器404的輸入。AC信號402通常在范圍90-256VAC中。AC信號402由四個(gè)二極管的橋接器404整流以生成經(jīng)整流電壓，該經(jīng)整流電壓是未調(diào)節(jié)DC電壓?？梢栽贏C輸入中包括電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)濾波器(未示出)以消除不想要的諧波噪聲。四個(gè)二極管的橋接器404具有輸入和輸出。AC輸入電壓402耦合到四個(gè)二極管的橋接器404的輸入。四個(gè)二極管的橋接器404的正輸出端子耦合到電感器LI的第一端子和升壓二極管DlA的正極。電感器LI的第二端子耦合到升壓切換元件410的第一端子和升壓二極管Dl的正極。升壓二極管D1、D1A的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)A。四個(gè)二極管的橋接器404的負(fù)輸出端子耦合到電路接地。切換元件410的第二端子經(jīng)過電阻器R3與升壓控制器408耦合。分壓器Rl、R2耦合到升壓控制器408的輸入并且耦合于電感器LI的第一端子與接地之間。分壓器R4、R5耦合到升壓控制器408并且耦合于節(jié)點(diǎn)A與接地之間。切換元件410的第三端子耦合到接地。升壓控制器408耦合到接地。輸入轉(zhuǎn)換器140接收經(jīng)整流電壓并且生成增加的電壓。輸入轉(zhuǎn)換器140被配置用于作為升壓跟隨器來工作。電阻網(wǎng)絡(luò)與包括電阻器R1-R5的升壓跟隨器控制器408耦合?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置400的輸出要求來為輸入轉(zhuǎn)換器140選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，升壓切換元件410包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。升壓二極管D1、D1A也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。升壓跟隨器控制器408可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。輸入轉(zhuǎn)換器140可以被配置用于作為功率因數(shù)校正(PFC)前端來操作。輸入轉(zhuǎn)換器140使用升壓跟隨器控制器408以調(diào)整升壓切換元件410的占空比，從而輸入電流和AC信號402的線路頻率是相同相位。由此提供功率裝置400的逼近單一(1.0)的功率因數(shù)。輸入轉(zhuǎn)換器140使用用于控制升壓切換元件410的占空比的跟隨器控制器408來生成增加的電壓，而電感器LI存儲并且經(jīng)由升壓二極管D1、D1A傳遞增加的電壓。被配置為升壓跟隨器的輸入轉(zhuǎn)換器140可以生成增加的電壓，從而增加的電壓的電勢根據(jù)AC信號402的電勢成比例地變化。升壓跟隨器功能允許輸入轉(zhuǎn)換器140生成僅略高于AC信號402的增加電壓。電阻器網(wǎng)絡(luò)R1-R5有助于升壓跟隨器功能并且向升壓跟隨器控制器408提供反饋信號。例如輸入轉(zhuǎn)換器140針對115VAC的AC信號402生成250VDC的增加電壓。備選地，輸入轉(zhuǎn)換器140針對230VAC的AC信號402生成385VDC的增加電壓。中間調(diào)節(jié)器160接收增加的電壓并且生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。能夠配置中間調(diào)節(jié)器160為單端初級電感轉(zhuǎn)換器或者SEPIC轉(zhuǎn)換器。SEPIC轉(zhuǎn)換器160可以提供比降壓型轉(zhuǎn)換器更長的保持時(shí)間。SEPIC轉(zhuǎn)換器160也可以提供經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin，該經(jīng)調(diào)節(jié)電壓可以具有比輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓更低或者的電壓或者更高的電壓。因此針對經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin允許中間調(diào)節(jié)器160有更寬的電壓電勢值范圍。中間調(diào)節(jié)器160包括串聯(lián)電感器L2的耦合到節(jié)點(diǎn)A的第一端子。串聯(lián)電感器L2的第二端子耦合到調(diào)節(jié)切換元件420的第一端子和串聯(lián)電容器421的第一端子。調(diào)節(jié)切換元件420的第二端子與調(diào)節(jié)器控制器418耦合。調(diào)節(jié)切換元件420的第三端子耦合到接地。串聯(lián)電容器421的第二端子耦合到并聯(lián)電感器L3的第一端子和調(diào)節(jié)器二極管D2的正極。調(diào)節(jié)器二極管D2的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)Vin。并聯(lián)電感器L3的第二端子耦合到接地。調(diào)節(jié)器控制器418也耦合到接地。中間調(diào)節(jié)器160使用包括調(diào)節(jié)電路190和旁路二極管452的反饋回路提供的反饋信號。旁路二極管452的負(fù)極耦合到節(jié)點(diǎn)Vout。節(jié)點(diǎn)Vout是與輸出電壓Vout相隨的輸出。旁路二極管452的正極耦合到調(diào)節(jié)電路190的第一端子。調(diào)節(jié)電路190的第二端子耦合到調(diào)節(jié)器控制器418。中間調(diào)節(jié)器160使用用于控制調(diào)節(jié)切換元件420的占空比的調(diào)節(jié)器控制器418來生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。備選地，輸入并聯(lián)電容器(未示出)可以與串聯(lián)電感器L2的第一端子和接地耦合，以減少中間調(diào)節(jié)器160的寄生電感和內(nèi)阻。中間調(diào)節(jié)器160使用用于控制調(diào)節(jié)切換元件420的占空比的調(diào)節(jié)器控制器418來生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin。當(dāng)循環(huán)接通調(diào)節(jié)切換元件420時(shí)，從輸入轉(zhuǎn)換器140的增加電壓向串聯(lián)電感器L2供應(yīng)充電電流。從串聯(lián)電容器421向并聯(lián)電感器L3供應(yīng)充電電流。當(dāng)關(guān)斷調(diào)節(jié)切換元件420的循環(huán)時(shí)，串聯(lián)電感器L2和并聯(lián)電感器L3經(jīng)由調(diào)節(jié)器二極管D2向輸出轉(zhuǎn)換器180的輸入電容器430供應(yīng)放電電流?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置400的輸出要求來為中間調(diào)節(jié)器160選擇適當(dāng)部件。在一個(gè)示例實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器切換元件420包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。調(diào)節(jié)器二極管D2可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料并且可以包括肖特基二極管。調(diào)節(jié)器控制器418可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。被配置為SEPIC的中間調(diào)節(jié)器160使用調(diào)節(jié)器控制器418以調(diào)整調(diào)節(jié)器切換元件420的占空比，從而在向輸出轉(zhuǎn)換器180的輸入的調(diào)節(jié)電壓Vin被調(diào)節(jié)并且高于或者低于輸入轉(zhuǎn)換器140的最小輸出電壓。經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin包括固定DC電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解降壓-升壓轉(zhuǎn)換器(未示出)可以替換SEPIC轉(zhuǎn)換器160，因?yàn)榻祲?升壓轉(zhuǎn)換器也可以提供可以具有比增加的電壓更高或者更低的電勢的調(diào)節(jié)電壓Vin。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器(未示出)可以包括與并聯(lián)電感元件(未示出)耦合并且與串聯(lián)二極管元件(未示出)耦合的串聯(lián)調(diào)節(jié)器切換元件(未示出)。輸出轉(zhuǎn)換器180被配置用于接收經(jīng)調(diào)節(jié)電壓Vin并且生成輸出電壓Vout。如上文描述的那樣，將輸出轉(zhuǎn)換器180配置為隔離級。輸出轉(zhuǎn)換器180包括輸入電容器430的f禹合到節(jié)點(diǎn)Vin的第一端子和輸入電容器430的耦合到接地的第二端子。第一切換元件或者輸出開關(guān)432的第一端子耦合到節(jié)點(diǎn)Vin和第一隔離電容器436的第一端子。第一切換元件432的第二端子與輸出控制器428耦合。第一切換元件432的第三端子耦合到第二切換元件或者輸出開關(guān)434的第一端子和變壓器440的第一初級端子。第一隔離電容器436的第二端子耦合到第二隔離電容器438的第一端子并且耦合到變壓器440的第二初級端子。第二切換元件434的第二端子與輸出控制器428耦合。輸出控制器428耦合到調(diào)節(jié)電路190的第二端子。輸出控制器428也耦合到接地。第二切換元件434的第三端子和第二隔離電容器438的第二端子耦合到接地。調(diào)節(jié)電路190的第三端子和第四端子耦合到接地。第一輸出二極管D3的正極耦合到變壓器440的第一次級端子。第一輸出二極管D3的負(fù)極耦合到輸出電感器L4的第一端子和第二輸出二極管D4的負(fù)極。第二輸出二極管D4的正極耦合到變壓器440的第二次級端子。變壓器440的中央抽頭耦合到接地。輸出電感器L4的第二端子耦合到輸出電容器450的第一端子和節(jié)點(diǎn)Vout。輸出電容器450的第二端子稱合到接地。負(fù)載454稱合于節(jié)點(diǎn)Vout與接地之間。在操作中，SEPIC轉(zhuǎn)換器160近年來已經(jīng)在必須根據(jù)電池的充電電平而向上或者向下步進(jìn)的由電池供電的系統(tǒng)中變得流行。當(dāng)功率開關(guān)接通時(shí)，從輸入轉(zhuǎn)換器140對電感器L2充電。第二電感器L3從第一電容器Cl 421取得能量，并且留下輸出電容器C2以提供負(fù)載電流。當(dāng)開關(guān)接通時(shí)從負(fù)載斷開L2和L3 二者的這一事實(shí)造成復(fù)雜控制特性。當(dāng)去使能開關(guān)420時(shí),第一電感器L2對電容器Cl充電并且也向輸出轉(zhuǎn)換器180提供電流。第二電感器L3在這一時(shí)間期間也連接到輸出轉(zhuǎn)換器180。輸出電容器C2在關(guān)斷時(shí)間期間經(jīng)歷電流脈沖，從而使它固有地比降壓轉(zhuǎn)換器更嘈雜。輸入電流是非搏動的，這在從電池供應(yīng)運(yùn)行時(shí)是明顯優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)去使能開關(guān)420時(shí)，經(jīng)過電容器Cl的電流變得與電感器L3中的電流相同，因?yàn)殡姼衅鞑辉试S電流的瞬時(shí)改變。經(jīng)過電感器L2的電流不會使方向反向。當(dāng)去使能開關(guān)420時(shí)，從L3和L2 二者向輸出轉(zhuǎn)換器180遞送功率。然而電容器Cl在這一關(guān)斷循環(huán)期間由L2充電，并且將轉(zhuǎn)而在接通循環(huán)期間對L2再充電。輸出轉(zhuǎn)換器180使用輸出控制器428來生成輸出電壓Vout。輸出控制器428監(jiān)視輸出電壓Vout并且控制第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434的占空比。如果輸出電壓Vout分別增加或者減少，則輸出控制器減少或者增加第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434的占空比。輸出控制器428生成用于控制第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434的占空比的控制信號。輸出控制器428控制第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434的導(dǎo)通，從而一次僅導(dǎo)通第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434中的一個(gè)輸出開關(guān)。第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434的導(dǎo)通分別在第一輸出二極管D3和第二輸出二極管D4交替地生成前向偏置電流。從變壓器440的展開和折疊磁場生成前向偏置電流。輸出二極管D3、D4的導(dǎo)通經(jīng)由輸出電感器L4對輸出電容器450交替地放電?？梢愿鶕?jù)針對功率裝置400的輸出要求來為輸出轉(zhuǎn)換器180選擇適當(dāng)部件。在示例實(shí)施例中，第一輸出開關(guān)432和第二輸出開關(guān)434包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)MOSFET晶體管。輸出二極管D3、D4也可以包括硅(Si)或者碳化硅(SiC)材料。輸出控制器428可以包括邏輯器件，該邏輯器件包括脈寬調(diào)制(PWM)功能。這樣的PWM控制器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。調(diào)節(jié)電路190可以包括適當(dāng)?shù)姆答侂娐罚摲答侂娐房梢允嵌幌抻诠鈱W(xué)隔離器。旁路二極管452可以包括由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適當(dāng)材料制成的齊納二極管?？梢愿鶕?jù)為功率裝置400選擇的保持時(shí)間規(guī)格來為輸入電容器430選擇大小。盡管已經(jīng)參照諸多具體細(xì)節(jié)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在其它具體形式中具體化本發(fā)明而未脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明將不受前述示例細(xì)節(jié)限制而實(shí)際上將由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)功率裝置，包括: a.AC輸入電路，用于接收AC電壓并且生成經(jīng)整流電壓； b.輸入功率轉(zhuǎn)換電路，用于接收所述經(jīng)整流電壓并且生成增加的電壓； c.中間功率調(diào)節(jié)電路，用于接收所述增加的電壓并且選擇性地生成調(diào)節(jié)的輸出電壓，所述調(diào)節(jié)的輸出電壓包括比所述增加的電壓的最小值更高的調(diào)節(jié)電壓和比其更低的調(diào)節(jié)電壓中的至少一個(gè)調(diào)節(jié)電壓； d.輸出隔離電路，用于接收所述調(diào)節(jié)的輸出電壓并且生成DC隔離輸出；以及 e.調(diào)節(jié)電路，耦合于所述中間功率調(diào)節(jié)電路與所述輸出隔離電路的輸出之間，以便生成用于操作所述中間功率調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)切換元件的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸出隔離電路包括LLC諧振轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述LLC諧振轉(zhuǎn)換器在它的諧振頻率操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸出隔離電路包括全橋前向轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述全橋前向轉(zhuǎn)換器在固定占空比操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸入功率轉(zhuǎn)換電路包括升壓轉(zhuǎn)換器，所述升壓轉(zhuǎn)換器包括與電感元件和多個(gè)升壓二極管器件耦合的升壓切換元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器被配置有用于使所述功率裝置的功率因數(shù)基本上為一的功率因數(shù)校正功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器被配置為升壓跟隨器，其中所述增加的電壓大于所述經(jīng)整流電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述升壓跟隨器包括與所述升壓切換元件耦合的升壓跟隨器控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述中間功率調(diào)節(jié)電路包括降壓轉(zhuǎn)換器，所述降壓轉(zhuǎn)換器包括與電感元件耦合并且與調(diào)節(jié)器二極管器件耦合的所述調(diào)節(jié)切換元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述中間功率調(diào)節(jié)電路包括單端初級電感轉(zhuǎn)換器，其中所述經(jīng)調(diào)節(jié)電壓具有比所述輸入功率轉(zhuǎn)換電路的所述最小輸出電壓更低的電壓和比其更高的電壓中的至少一個(gè)電壓，所述單端初級電感轉(zhuǎn)換器包括與電感元件和電容元件耦合的所述調(diào)節(jié)切換元件，所述電容元件與第二電感元件和二極管器件耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述中間功率調(diào)節(jié)電路包括降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，所述降壓-升壓轉(zhuǎn)換器包括與電感元件和傳遞器件耦合的調(diào)節(jié)切換元件，所述調(diào)節(jié)切換元件與所述降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的輸入串聯(lián)耦合。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述輸出功率轉(zhuǎn)換電路包括被配置用于在固定占空比操作的降壓轉(zhuǎn)換器。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括與所述輸出功率轉(zhuǎn)換電路耦合的輸出電容器。
15.一種調(diào)節(jié)功率裝置，包括: a.輸入升壓轉(zhuǎn)換器，用于接收經(jīng)整流電壓并且生成第一電壓； b.中間降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，用于接收所述第一電壓并且生成第二電壓； c.輸出隔離電路，用于接收所述第二電壓并且生成第三電壓；以及 d.調(diào)節(jié)電路，與所述中間降壓/升壓轉(zhuǎn)換器耦合，并且與所述輸出隔離電路耦合，所述調(diào)節(jié)電路包括用于生成控制信號的反饋信號，所述控制信號用于操作所述中間降壓/升壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)切換元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第一電壓高于所述經(jīng)整流電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第二電壓不同于所述第一電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其`中所述第三電壓與所述第一電壓隔離。
全文摘要
提供一種調(diào)節(jié)功率裝置。該裝置包括被配置用于接收經(jīng)整流電壓并且用于生成增加的電壓的輸入功率轉(zhuǎn)換電路。中間功率調(diào)節(jié)電路生成經(jīng)調(diào)節(jié)電壓，該經(jīng)調(diào)節(jié)電壓具有比輸入功率轉(zhuǎn)換電路的最小輸出電壓更低的電壓。中間功率調(diào)節(jié)電路被耦合用于接收增加的電壓。輸出功率轉(zhuǎn)換電路與中間功率調(diào)節(jié)電路耦合。輸出功率轉(zhuǎn)換電路接收經(jīng)調(diào)節(jié)電壓，并且生成比經(jīng)調(diào)節(jié)電壓更低的輸出電壓。輸出功率轉(zhuǎn)換電路包括被配置用于在固定占空比操作的降壓轉(zhuǎn)換器。調(diào)節(jié)電路與中間功率調(diào)節(jié)電路耦合，并且與輸出功率轉(zhuǎn)換電路耦合。
文檔編號G05F1/00GK103154843SQ201180041488
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者張麥可, A·瓊格雷斯 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司