專(zhuān)利名稱：具有降低損耗的dc/dc整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC/DC整流器，包括變壓器和初級(jí)與次級(jí)側(cè)橋接器(bridge)。與以前公知的整流器相比，根據(jù)本發(fā)明的整流器特別地呈現(xiàn)出改進(jìn)的效率和降低的損耗。
背景技術(shù)：
整流器，即，將一個(gè)電平的電壓轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電平的電壓的設(shè)備，這是本領(lǐng)域中眾所周知的，并且通常包括變壓器和在變壓器的任一側(cè)上的一組部件，這兩側(cè)通常被稱為初級(jí)(primary)(輸入)側(cè)和次級(jí)(secondary)(輸出)側(cè)。把第一DC電壓電平轉(zhuǎn)換到第二電壓電平的整流器也是公知的，并且通常包括在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上的一組開(kāi)關(guān)，以便使之有可能以DC電壓使用變壓器。在傳統(tǒng)的這樣的設(shè)備中，初級(jí)側(cè)上的一對(duì)開(kāi)關(guān)被鏈接到次級(jí)側(cè)上的一對(duì)開(kāi)關(guān)，因此時(shí)常利用相同的控制信號(hào)或控制電壓來(lái)同時(shí)接通和斷開(kāi)在變壓器的任一側(cè)上的已鏈接的開(kāi)關(guān)對(duì)。
DC/DC整流器中公知的問(wèn)題是該設(shè)備的效率以及由此帶來(lái)的損耗，因此自然希望盡可能高的效率和盡可能低的損耗。
在DC/DC整流器中，存在一種稱之為“空轉(zhuǎn)(freewheeling)”的現(xiàn)象，其發(fā)生在初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)的周期期間，并且次級(jí)側(cè)上的電流在該設(shè)備的次級(jí)側(cè)上“自由地”循環(huán)通過(guò)負(fù)載R。
一個(gè)損耗源以及由此而帶來(lái)的設(shè)備中的熱形成(development)來(lái)自在空轉(zhuǎn)周期期間電流在次級(jí)上流過(guò)變壓器的事實(shí)，另一損耗源是初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)中的切換損耗。

發(fā)明內(nèi)容
因而，需要一種具有降低的空轉(zhuǎn)損耗和熱形成的DC/DC整流器。
因而，利用本發(fā)明來(lái)滿足需求，其中本發(fā)明提供用于DC/DC整流器中的方法，該整流器包括變壓器和在變壓器的初級(jí)側(cè)上和在變壓器的次級(jí)側(cè)上的橋接器，其中初級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)，并且次級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明的方法包括將初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換；當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被接通時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)，執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換的鏈接；并且，當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被斷開(kāi)時(shí)，執(zhí)行相反處理。
合適地但不一定，該方法另外包括將初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換；當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)被接通時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第二對(duì)，執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換的鏈接；并且當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)被斷開(kāi)時(shí)，進(jìn)行相反處理。
利用本發(fā)明，變壓器次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)在大多數(shù)時(shí)間處于“接通狀態(tài)”，這與現(xiàn)有技術(shù)相反。這將降低次級(jí)側(cè)上的切換損耗，并且還顯著地降低空轉(zhuǎn)損耗。本發(fā)明提供的空轉(zhuǎn)損耗降低部分地源于空轉(zhuǎn)電流將不必流經(jīng)變壓器的事實(shí)，因?yàn)樵诳辙D(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，至少一對(duì)開(kāi)關(guān)將總是處于接通狀態(tài)，因而為電流提供路徑。


將參考附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的次級(jí)側(cè)的電路圖；和圖2是根據(jù)本發(fā)明用于控制設(shè)備中開(kāi)關(guān)的電壓脈沖的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了能夠應(yīng)用本發(fā)明的設(shè)備100的電路圖。該設(shè)備100包括變壓器110和在變壓器110的次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)開(kāi)關(guān)A、D與第二對(duì)開(kāi)關(guān)B、C。如能夠看到的，該設(shè)備被設(shè)計(jì)，以使之包括兩條并行“線路”，每條線路包括來(lái)自每個(gè)所述對(duì)的開(kāi)關(guān)。如從圖1還可以看到的那樣，變壓器以這樣一種方式連接到次級(jí)側(cè)，即變壓器110的一端連接到兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間的第一“線路”中的點(diǎn)，而變壓器110的另一端連接到在那條線路中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間的第二線路中的一點(diǎn)。
合適地但不是一定地，設(shè)備100中使用的開(kāi)關(guān)是FET，即場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
此外，設(shè)備100包括在次級(jí)側(cè)上的電感L，并且在次級(jí)側(cè)上具有由該設(shè)備供電的負(fù)載R，該負(fù)載并聯(lián)連接到所述兩條線路。電感L并聯(lián)連接到這兩條線路和負(fù)載。此外，該設(shè)備還包括與負(fù)載R并聯(lián)的電容C。
在此圖中未示出的變壓器110的初級(jí)側(cè)上，也具有第一對(duì)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)，也以類(lèi)似于次級(jí)側(cè)上開(kāi)關(guān)連接的方式進(jìn)行連接，即，兩條并聯(lián)線路中均具有兩個(gè)開(kāi)關(guān)，每條線路包括來(lái)自所述對(duì)中的每一對(duì)的開(kāi)關(guān)。
在初級(jí)側(cè)上，變壓器110的一端也連接到兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間的第一“線路”中的點(diǎn)，而變壓器110的另一端連接到在那條線中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間的第二線路中的點(diǎn)。
利用未顯示的控制裝置，在初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(在所示的實(shí)例中，F(xiàn)ET)與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)之間具有鏈接，以及在初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)開(kāi)關(guān)與次級(jí)側(cè)上的第二對(duì)之間具有鏈接。該鏈接的形式為初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上鏈接的晶體管對(duì)的通/斷切換分別相互鏈接。
因而，如果次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)A和D被稱作次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)，則初級(jí)側(cè)上的相應(yīng)第一對(duì)開(kāi)關(guān)A’、D’將具有其與A和D的通/斷切換相鏈接的通/斷切換，并且對(duì)于次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)B、C，以類(lèi)似方式與初級(jí)側(cè)上的相應(yīng)第二對(duì)B’、C’相鏈接。
鏈接時(shí)常使得相同的電壓脈沖或脈沖序列被施加到鏈接的對(duì)。按照慣例，鏈接使得鏈接的開(kāi)關(guān)對(duì)同時(shí)被接通或斷開(kāi)，即在圖1的實(shí)例中，開(kāi)關(guān)對(duì)A、D-A’、D’和B’、C’-B、C將分別被同時(shí)接通和斷開(kāi)。
雖然上述的原理也適用于設(shè)備100的整流功能，但是其具有許多缺點(diǎn)首先，次級(jí)側(cè)上頻繁的接通/斷開(kāi)將導(dǎo)致所謂的切換損耗。
此外，存在所謂的空轉(zhuǎn)周期，這是在初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)對(duì)中的任何一個(gè)接通時(shí)的時(shí)間周期。在空轉(zhuǎn)周期期間，在系統(tǒng)中將具有剩下的能量，這將需要“to go somewhere(去某處)”。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的整流器中，這個(gè)動(dòng)力(power)將導(dǎo)致電流流過(guò)變壓器線圈，導(dǎo)致?lián)p耗和相應(yīng)的熱產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)際上消除在次級(jí)側(cè)上的切換損耗，并且使用以下原理，借助于本發(fā)明，使空轉(zhuǎn)損耗保持為最小把同一電壓脈沖串施加到鏈接的開(kāi)關(guān)對(duì)，但是該電壓脈沖串在它被施加到與初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)相對(duì)的在次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)時(shí)被反向。例如，如果初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)A’、D’被接通，則使它們接通的信號(hào)被反向，并且將引起次級(jí)側(cè)上鏈接的開(kāi)關(guān)對(duì)A、D斷開(kāi)；并且在使初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)A’、D’斷開(kāi)時(shí)相反。
如果參照?qǐng)D2，將使上述的原理變得更加容易理解，圖2是在本發(fā)明中使用的控制電壓和脈沖串的時(shí)序圖圖2a是施加到初級(jí)側(cè)的第一對(duì)開(kāi)關(guān)(即，開(kāi)關(guān)A’、D’)上的控制電壓的圖示。高電壓表示開(kāi)關(guān)接通，而低電壓表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)的切換由未示出的控制裝置來(lái)控制，該控制裝置實(shí)際用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的所有開(kāi)關(guān)的切換。如所能夠明白的，這些開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)的時(shí)間周期比這些開(kāi)關(guān)被接通的時(shí)間周期長(zhǎng)，在下面在這個(gè)說(shuō)明書(shū)中將使其重要性變得顯而易見(jiàn)。
圖2b是施加到次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)開(kāi)關(guān)(即開(kāi)關(guān)A和D)的控制電壓的圖示。如能夠看到的，施加到A和D上的控制電壓是施加到初級(jí)側(cè)上的鏈接開(kāi)關(guān)對(duì)A’、D’上的控制電壓的逆，這因而在初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被接通知時(shí)將導(dǎo)致次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，并且在初級(jí)側(cè)上的對(duì)被斷開(kāi)時(shí)相反。
圖2c和圖2d是施加給初級(jí)側(cè)(2c)和次級(jí)側(cè)(2d)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)的控制電壓的圖示。如所能夠明白的，結(jié)合圖2a和圖2b描述的“相反狀態(tài)”(通/斷)的原理也實(shí)際用于第二對(duì)開(kāi)關(guān)。
現(xiàn)在，結(jié)合圖2b和圖2d能夠理解本發(fā)明的一個(gè)重要因素在次級(jí)側(cè)上的至少一對(duì)開(kāi)關(guān)將總是處于接通狀態(tài)。這意味著在次級(jí)側(cè)上將沒(méi)有切換損耗，因?yàn)榭偸蔷哂兄辽僖粚?duì)可以傳導(dǎo)電流的晶體管。
此外，次級(jí)側(cè)上的至少一對(duì)晶體管將總是傳導(dǎo)電流的事實(shí)使得空轉(zhuǎn)損耗被實(shí)際消除，這是因?yàn)榻油ǖ木w管對(duì)將向空轉(zhuǎn)電流提供可替代的電流路徑，這與流經(jīng)變壓器的線圈相對(duì)照。
利用已知的反向裝置實(shí)現(xiàn)施加到初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)的控制電壓反向，這在此將不進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。
利用本發(fā)明，在任何一側(cè)上鏈接的晶體管對(duì)因而將不同時(shí)被接通。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)的“正?！睜顟B(tài)因而與初級(jí)側(cè)上的鏈接開(kāi)關(guān)的相反，在該實(shí)例中，“正?！睜顟B(tài)被顯示為“接通”狀態(tài)。
因此，當(dāng)初級(jí)側(cè)上的一對(duì)開(kāi)關(guān)被接通時(shí)，次級(jí)側(cè)上的相應(yīng)對(duì)被斷開(kāi)，因而使得那對(duì)開(kāi)關(guān)不傳導(dǎo)電流。
因此，利用本發(fā)明，獲得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、產(chǎn)生成本低并且實(shí)際上沒(méi)有切換損耗和低空轉(zhuǎn)損耗的DC/DC整流器。
最后，應(yīng)當(dāng)指出，可以在本發(fā)明范圍之內(nèi)，以大量方式構(gòu)造在橋接器的初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)。如能夠在圖2e中所看到的，對(duì)于變壓器的初級(jí)側(cè)上的大量類(lèi)型的橋接器，仍然可以保持本發(fā)明的原理圖2e顯示變壓器上的電壓U，并且如可以看到的，所涉及的原理是當(dāng)變壓器上的電壓U為零或者接近零時(shí)，次級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為接通。
權(quán)利要求
1.一種用于DC/DC整流器(100)中的方法，所述整流器包括變壓器(110)和在變壓器的初級(jí)側(cè)上以及在變壓器的次級(jí)側(cè)上的橋接器，該初級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B’，C’)，而次級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)，所述方法包括將初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)的通/斷切換，該方法的特征在于通過(guò)在初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被接通時(shí)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)，執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)的通/斷切換至次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)的通/斷切換的鏈接；并且在初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被斷開(kāi)時(shí)相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，另外包括將初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B’，C’)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)的通/斷切換，其特征在于，通過(guò)在初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)(B’，C’)被接通時(shí)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第二對(duì)(B，C)，執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)的通/斷切換與次級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)的通/斷切換的鏈接；并且在初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)(B’，C’)被斷開(kāi)時(shí)相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，據(jù)此，通過(guò)對(duì)每對(duì)開(kāi)關(guān)施加單獨(dú)的控制電壓脈沖串，執(zhí)行開(kāi)關(guān)對(duì)的通/斷切換，其特征在于，施加到次級(jí)側(cè)上開(kāi)關(guān)對(duì)的控制電壓脈沖串是施加到它所鏈接的初級(jí)側(cè)上開(kāi)關(guān)對(duì)的控制電壓脈沖串的逆。
4.一種DC/DC整流器(100)，所述整流器包括變壓器(110)和在變壓器的初級(jí)側(cè)上以及在變壓器的次級(jí)側(cè)上的橋接器，初級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B’，C’)，而次級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)，所述方法包括用于將初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)的通/斷切換的裝置，該設(shè)備的特征在于通過(guò)在初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被接通時(shí)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)，由鏈接裝置執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A’，D’)的通/斷切換與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(A，D)的通/斷切換的鏈接；并且在初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被斷開(kāi)時(shí)相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，另外包括用于將初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B’，C’)的通/斷切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)的通/斷切換的裝置，其特征在于，通過(guò)在初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)(B’，C’)被接通時(shí)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第二對(duì)，由鏈接裝置執(zhí)行初級(jí)側(cè)上第二對(duì)開(kāi)關(guān)(B’，C’)的通/斷切換與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)(B，C)的通/斷切換的鏈接；并且在初級(jí)側(cè)上的第二對(duì)被斷開(kāi)時(shí)相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中由用于給每對(duì)開(kāi)關(guān)施加單獨(dú)的控制電壓脈沖串的裝置執(zhí)行開(kāi)關(guān)對(duì)的通/斷切換，其特征在于，施加到次級(jí)側(cè)上開(kāi)關(guān)對(duì)的控制電壓脈沖串是施加到它所鏈接的初級(jí)側(cè)上開(kāi)關(guān)對(duì)的控制電壓脈沖串的逆。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于DC/DC整流器中的方法，具有變壓器和初級(jí)側(cè)橋接器以及次級(jí)側(cè)橋接器，該初級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)，而次級(jí)側(cè)橋接器包括第一對(duì)開(kāi)關(guān)和第二對(duì)開(kāi)關(guān)，其中初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的切換鏈接到次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的切換。該方法包括當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被接通時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)次級(jí)側(cè)上的第一對(duì)，將初級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的切換與次級(jí)側(cè)上第一對(duì)開(kāi)關(guān)的切換相鏈接，并且當(dāng)初級(jí)側(cè)上的第一對(duì)被斷開(kāi)時(shí)相反。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1788407SQ03826616
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
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