專利名稱：具有寬輸入電壓范圍的電力變換方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及開關(guān)模式電源和電力變換(power conversion)系統(tǒng)，并且更具體 地涉及具有寬輸入電壓范圍的電力變換方法和裝置。本發(fā)明可以在獨(dú)立的變換器中使用或 者可以作為較大系統(tǒng)的一部分。例如，本發(fā)明的一種應(yīng)用是提供可以在失去輸入電力期間 增加離線電源(off-line powersupply)中的輸出電壓保持時(shí)間(holdup time)的裝置。
背景技術(shù)：
例如在已知的開關(guān)模式電源(SMPS)和變換器中使用的諸如MOSFET之類的電源器 件作為高頻(通常數(shù)百kHz)接通/關(guān)斷(0N/0FF)開關(guān)來(lái)工作。在接通狀態(tài)中，開關(guān)可以 在其端子兩端的電壓接近零時(shí)傳導(dǎo)較大電流，從而產(chǎn)生了低的電能損耗。在關(guān)斷狀態(tài)中，可 將較大電壓施加給開關(guān)，但是電流接近零，從而也產(chǎn)生非常小的電能損耗。利用傳統(tǒng)技術(shù)可 以減小接通/關(guān)斷轉(zhuǎn)變期間的電能損耗，也稱為開關(guān)損耗。結(jié)果，SMPS和電力變換器由于 其高效率和優(yōu)異的熱性能而被廣泛用在通訊、工業(yè)和其它應(yīng)用中。為了使輸出電壓得到調(diào)整(regulated)，通常通過(guò)反饋電路來(lái)控制電源開關(guān)的接 通時(shí)間與開關(guān)周期的比率，也稱為占空比或占空系數(shù)。使輸出電壓保持恒定所需的占空系 數(shù)范圍通常與輸入電壓范圍在同一量級(jí)上。例如，理想正激變換器的輸出電壓V。與輸入電 壓Vin和占空系數(shù)D成正比，與電力變壓器(power transformer)的匝數(shù)比TR(初級(jí)匝數(shù)除 以次級(jí)匝數(shù))成反比 為了確保在整個(gè)輸入電壓范圍Vinmax/Vinmin內(nèi)調(diào)整輸出電壓，基于上面的等式的占 空系數(shù)范圍Dmax/Dmin必須等于電壓范圍 由于在實(shí)踐中最小脈寬受到限制，因此，輸入電壓范圍也受到限制。例如，如果開 關(guān)頻率為250kHz并且Dmax = 50%，則最大接通時(shí)間為2 μ S。如果最小接通時(shí)間為0. 5μ s， 則Dmin=(最小接通時(shí)間)/(開關(guān)周期)=0.5/4或12.5%。因此，電壓輸入范圍被限制
為 Vin -/Vin min = Dmax/Dmin 彡(50/12. 5) = 4。當(dāng)需要更寬的輸入電壓范圍時(shí)，必須使用不同的技術(shù)。一種傳統(tǒng)技術(shù)是降低與較 大磁元件相關(guān)聯(lián)的開關(guān)頻率。這導(dǎo)致了較大的濾波器并且因此導(dǎo)致了較大的變換器大小。 圖1示出了另一種已知的技術(shù)。圖1所示的框圖包括在輸入和輸出側(cè)上并聯(lián)連接的N個(gè)電 力變換器。每個(gè)電力變換器覆蓋較窄的輸入電壓范圍，并且其余電力變換器在該特定范圍 中關(guān)斷。例如考慮根據(jù)圖1那樣連接的三個(gè)電力變換器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中Vin min = 9V，Vin _ =72V。令第一電力變換器在9V到18V輸入電壓范圍內(nèi)是活動(dòng)的，第二電力變換器在18V 到36V輸入電壓范圍內(nèi)是活動(dòng)的，并且第三電力變換器在36V到72V輸入電壓范圍內(nèi)是活動(dòng)的。在此特定示例中，三個(gè)電力變換器的并聯(lián)組合覆蓋了等于72V/9V = 8的輸入電壓范 圍Vin-/Vinmin，而每個(gè)電力變換器僅在等于18V/9V = 36V/18V = 72V/36V = 2的范圍內(nèi)工作。由于每個(gè)電力變換器可以在較窄的輸入范圍中得到優(yōu)化，因此，該已知并聯(lián)結(jié)構(gòu) 的優(yōu)點(diǎn)是高效率。這種已知的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是電力變換器的數(shù)目增加，其中，每個(gè)電力變 換器是針對(duì)滿功率(full power)設(shè)計(jì)的，從而導(dǎo)致電力變換系統(tǒng)的大小和成本增加。上面證明了在本領(lǐng)域中存在對(duì)適合用于具有寬輸入電壓范圍的電力變換的更有 效的方法和裝置的尚未滿足的需求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上面的問(wèn)題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種電力變換系統(tǒng)，該電力變換系 統(tǒng)包括輸入端子，被布置為連接到電壓源；變壓器，該變壓器具有連接到輸入端子的第一 繞組和連接到電力變換系統(tǒng)的輸出端子的第二繞組，第一繞組或第二繞組具有至少三個(gè)抽 頭，至少三個(gè)抽頭被布置為將第一繞組或第二繞組分割為至少兩個(gè)子繞組；至少一個(gè)抽頭 開關(guān)，連接到至少兩個(gè)子繞組；控制電路，連接到至少一個(gè)抽頭開關(guān)；以及至少一個(gè)開關(guān)， 連接到至少一個(gè)抽頭開關(guān)。控制電路被布置為控制至少一個(gè)抽頭開關(guān)以控制變壓器的匝數(shù) 比。至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地包括一個(gè)開關(guān)，該一個(gè)開關(guān)連接到至少一個(gè)抽頭開關(guān)中的每 個(gè)。至少一個(gè)抽頭開關(guān)優(yōu)選地包括多個(gè)抽頭開關(guān)，并且至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地包括多個(gè)開關(guān)， 這多個(gè)開關(guān)各自連接到多個(gè)抽頭開關(guān)中的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)抽頭開關(guān)。至少一個(gè)抽頭開關(guān) 優(yōu)選地連接在變壓器與至少一個(gè)開關(guān)之間。至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地連接在變壓器與至少一個(gè) 抽頭開關(guān)之間。至少一個(gè)抽頭開關(guān)優(yōu)選地連接到次級(jí)繞組，并且至少一個(gè)開關(guān)中的一個(gè)開 關(guān)優(yōu)選地連接到初級(jí)繞組。控制電路優(yōu)選地被布置為接收基于輸入電壓的輸入信號(hào)并且接收與脈沖調(diào)制器 的輸出信號(hào)同步的同步信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)優(yōu)選地還包括信號(hào)次級(jí)繞組，該信號(hào)次級(jí) 繞組提供基于輸入電壓的輸入信號(hào)。優(yōu)選地，至少一個(gè)抽頭開關(guān)包括至少兩個(gè)抽頭開關(guān)，并 且當(dāng)經(jīng)過(guò)至少兩個(gè)繞組的電流為零或接近零時(shí)，控制電路被布置為首先關(guān)斷至少兩個(gè)抽頭 開關(guān)中的一個(gè)抽頭開關(guān)，并且隨后，稍后接通至少兩個(gè)抽頭開關(guān)中的另一抽頭開關(guān)以控制 變壓器的匝數(shù)比。至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地是M0SFET。至少一個(gè)抽頭開關(guān)優(yōu)選地是M0SFET。至少一個(gè) 抽頭開關(guān)優(yōu)選地是共源共柵的兩個(gè)MOSFET的串聯(lián)組合。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)優(yōu)選地還包括連接到次級(jí)繞組的中心抽 頭的二極管。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)優(yōu)選地還包括連接在輸入端子與變壓器 之間的開關(guān)。輸入端子優(yōu)選地連接到初級(jí)繞組的中心抽頭。輸出端子優(yōu)選地連接到次級(jí)繞 組的中心抽頭?？刂齐娐穬?yōu)選地包括被布置為確定輸入電壓在哪個(gè)電壓小范圍中的至少一 個(gè)窗口比較器。控制電路優(yōu)選地包括抽頭繞組零電流檢測(cè)器。至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地包括按 全橋式布置進(jìn)行布置的四個(gè)開關(guān)。至少一個(gè)開關(guān)優(yōu)選地包括按半橋式布置進(jìn)行布置的兩個(gè)開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)優(yōu)選地還包括連接到至少一個(gè)開關(guān)的脈 沖調(diào)制器。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)優(yōu)選地提供DC電源或AC電源。參考附圖從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中將更清楚本發(fā)明的其它特征、元件、 步驟、特性、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了包括N個(gè)并聯(lián)連接的變換器的現(xiàn)有技術(shù)的變換器系統(tǒng)的框圖，每個(gè)變 換器在較窄輸入電壓范圍內(nèi)工作。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有單個(gè)受脈寬調(diào)制 (PWM)控制的主開關(guān)以及在電力變壓器初級(jí)側(cè)上由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào) 控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的正激式或反激式變換器。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有單個(gè)受PWM控制 的主M0SFET、具有中心抽頭的電力變壓器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控 制的兩個(gè)抽頭開關(guān)的正激式或反激式變換器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有多個(gè)受PWM控制 的主開關(guān)以及在電力變壓器的初級(jí)側(cè)上由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的 多個(gè)抽頭開關(guān)的正激式或反激式變換器。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有兩個(gè)受PWM控制 的主M0SFET、具有中心抽頭的電力變壓器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控 制的兩個(gè)抽頭開關(guān)的正激式或反激式變換器。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有兩個(gè)主的 受PWM控制的M0SFET、具有中心抽頭的電力變壓器、兩個(gè)抽頭開關(guān)以及四個(gè)低電源開關(guān) (low-power switch)的正激式或反激式變換器。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器的 次級(jí)側(cè)上的單個(gè)PWM控制的正激開關(guān)以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的 多個(gè)抽頭開關(guān)的正激式變換器。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 的次級(jí)側(cè)上的單個(gè)PWM控制的正激開關(guān)、具有并聯(lián)二極管的受PWM控制的續(xù)流MOSFET以及 兩個(gè)抽頭開關(guān)的正激式變換器。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第八優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器的 次級(jí)側(cè)上的多個(gè)PWM控制的正激開關(guān)、具有并聯(lián)二極管的單個(gè)續(xù)流開關(guān)以及由輸入電壓和 與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的正激式變換器。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明第九優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 的次級(jí)側(cè)上的兩個(gè)正激二極管整流器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制 的一個(gè)抽頭開關(guān)的正激式變換器。圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明第十優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 初級(jí)側(cè)上的兩個(gè)PWM控制的正激η溝道MOSFET以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的兩個(gè)抽頭開關(guān)的正激式變換器。圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明第十一優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓 器次級(jí)側(cè)上的兩個(gè)次級(jí)正激η溝道M0SFET、在次級(jí)側(cè)上具有中心抽頭的電力變壓器、兩個(gè) 抽頭開關(guān)以及一個(gè)低電源開關(guān)的正激式變換器，兩個(gè)開關(guān)和一個(gè)低電源開關(guān)由輸入電壓和 與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第十二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有由低側(cè)主開關(guān) 控制的單個(gè)PWM主開關(guān)以及在電力變壓器的初級(jí)側(cè)上由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖 信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的雙開關(guān)正激變換器。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第十三優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 次級(jí)側(cè)上與二極管整流器并聯(lián)的單個(gè)PWM控制的開關(guān)以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的 脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的反激式變換器。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第十四優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 次級(jí)側(cè)上與二極管整流器并聯(lián)的多個(gè)PWM控制的開關(guān)以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的 脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的反激式變換器。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第十五優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓器 次級(jí)側(cè)上的兩個(gè)二極管整流器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的一個(gè) 抽頭開關(guān)的反激式變換器。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第十六優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓 器初級(jí)側(cè)上由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)以及兩個(gè)PWM控 制的主開關(guān)的推拉式變換器。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第十七優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓 器初級(jí)側(cè)上由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)以及多個(gè)PWM控 制的主開關(guān)的推拉式變換器。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第十八優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有兩個(gè)主要的 受PWM控制的次級(jí)整流器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開 關(guān)的、具有中心抽頭次級(jí)整流器電路的變換器。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第十九優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有多個(gè)受PWM控 制的主次級(jí)整流器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的、 具有中心抽頭次級(jí)整流器的變換器。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第二十優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變壓 器初級(jí)側(cè)上的由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)以及四個(gè)PWM 控制的主開關(guān)的全橋式變換器。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第二十一優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有在電力變 壓器初級(jí)側(cè)上的由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)以及兩個(gè) PWM控制的主開關(guān)的半橋式變換器。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第二十二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，包括具有兩個(gè)PWM控 制的次級(jí)整流器以及由輸入電壓和與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)控制的多個(gè)抽頭開關(guān)的、具 有電流加倍器次級(jí)整流器的變換器。圖17示出了根據(jù)本發(fā)明第二十三優(yōu)選實(shí)施例的控制電路的框圖。
具體實(shí)施例方式將參考圖2-圖17描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，電力變壓器的占空比D和匝數(shù)比TR均被控制。按照TR =TRi (i = 1,2,.. .，N，其中N是小范圍的數(shù)目)在每個(gè)小范圍內(nèi)恒定的方式來(lái)將輸入電壓 范圍v = Vinmax/Vinmin劃分為N個(gè)小范圍(或子區(qū)間)。通常，均等地選擇所有小范圍(在 編號(hào)為i的小范圍內(nèi)最大輸入電壓Vi _和最小輸入電壓Vi min之間的比率)以使得 對(duì)于降壓推導(dǎo)型(buck derived)拓?fù)?，由于TR在每個(gè)小范圍內(nèi)是恒定的，因此小
范圍等于占空系數(shù)范圍d = Dmax/Dmin ιa K=Vin =d，因此， 在低輸入電壓時(shí)，在第一小范圍內(nèi)，匝數(shù)比TR被設(shè)為最小值(TR = TRmin)；在中等 輸入電壓時(shí)，匝數(shù)比TR被設(shè)置得更高；并且在高輸入電壓時(shí)，匝數(shù)比TR被設(shè)為最大(TR = TR ) ·
最大占空系數(shù)Dmax和最小占空系數(shù)Dmin對(duì)于所有小范圍是相同的。在每個(gè)小范圍 的較低側(cè)，D = Dmax，并且在每個(gè)小范圍的較高側(cè)，D = Dfflin0在抽頭繞組以下面的方式從電 力系(power train)斷開連接或幾乎斷開連接的時(shí)間間隔(經(jīng)過(guò)抽頭繞組部分的電流為零 或接近零的時(shí)間)中來(lái)完成從一個(gè)TR到另一 TR的轉(zhuǎn)變。當(dāng)輸入電壓跨越兩個(gè)相鄰小范圍 之間的分界線時(shí)，控制電路開始搜索上面提到的適當(dāng)時(shí)間間隔，例如針對(duì)正激式拓?fù)涞睦m(xù) 流(freewheeling)時(shí)間間隔或者針對(duì)雙端降壓推導(dǎo)型拓?fù)?double-ended buck derived topology)的停滯(dead)時(shí)間間隔，并且相對(duì)應(yīng)的變壓器繞組部分通過(guò)相對(duì)應(yīng)的抽頭開 關(guān)物理地與電力系斷開連接。然后，通常在同一或下一類似時(shí)間間隔期間僅數(shù)百納秒中， 另一繞組部分的組合連接到電力系，從而提供了從一個(gè)TR值到另一 TR值的軟轉(zhuǎn)變。這種 軟轉(zhuǎn)變方法確保了不間斷的負(fù)載電能并且避免了可能與TR控制相關(guān)聯(lián)的不希望的瞬態(tài) (transient)0理想地，這種軟轉(zhuǎn)變?cè)跊]有電流流經(jīng)抽頭繞組，即零電流時(shí)發(fā)生。然而，實(shí)際上，即 使當(dāng)經(jīng)由抽頭繞組來(lái)自輸入電壓源的電流路徑被中斷以使得來(lái)自輸入電壓源的電流不能 流經(jīng)抽頭繞組時(shí)，由于寄生組件或由于小的磁化電流(非負(fù)載電流)，一些小電流，即接近 零的電流也可能在抽頭繞組中流動(dòng)。即，在一些情況中，由于因寄生組件和小的磁化電流引 起的電流流動(dòng)，因此不可能以零電流進(jìn)行這種軟轉(zhuǎn)變。在該情況中，軟轉(zhuǎn)變必須以接近零的 電流進(jìn)行，此時(shí)僅有的電流是由寄生組件和小的磁化電流引起。如果在此轉(zhuǎn)變期間電流從 輸入電壓源流經(jīng)抽頭繞組，則會(huì)產(chǎn)生不希望的大的瞬態(tài)。優(yōu)選地，避免這些大的瞬態(tài)。
與傳統(tǒng)的僅控制占空系數(shù)，其中TR在整個(gè)輸入電壓范圍中為恒定的的技術(shù)相比， 控制占空系數(shù)和匝數(shù)比兩者的技術(shù)具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，擴(kuò)展了最小占空系數(shù)和最小脈 寬。其次，以高的輸入電壓減少了電力變壓器的初級(jí)側(cè)上的均方根(RMS)電流和電能損 耗，從而產(chǎn)生了具有較高效率的變換器。再次，降低了次級(jí)側(cè)開關(guān)處的電壓應(yīng)力(voltage stress)，這允許使用具有較低額定電壓的開關(guān)，從而使得在次級(jí)側(cè)產(chǎn)生較低的電能損耗并 且產(chǎn)生了較高效率。作為示例，正激式變換器具有Vinmin= 18V，Vinmax= 162V(9倍的范圍)，以及V。= 12V。如果 TRmin= LDmax = 66. 7%，Dmin= 22.2%，則 d = 66. 7/22. 2 = 3 并且小范圍的數(shù)
目為N = L0G39 = 2，并且小范圍為^ = >/^=3。即，第一輸入電壓小范圍為18V到54V(3
倍)，第二輸入電壓小范圍為54V到162V(也為3倍)。為了在第二范圍的較低側(cè)(其中，Vin 接近54V)維持相同的Dmax，該小范圍內(nèi)的匝數(shù)比TR等于=TRfflax = (54/12)*0.667 = 3。高 輸入電壓時(shí)的最小占空系數(shù)為V0*TRmax/Vin = 12*3/162 = 0. 222。第一電壓范圍18V彡Vin < 54V內(nèi)的匝數(shù)比TR等于TRmin = 1，并且占空系數(shù)從Vinmin = 18V時(shí)的66. 7%偏離到第一 小范圍的高端處(接近54V)的22. 2% ；第二電壓范圍54 < K 162V內(nèi)的匝數(shù)比TR等 于TRmax = 3，并且占空系數(shù)在相同范圍中從第二小范圍的低端處(接近54V)的66. 7%偏 離到高端Vin max = 162V處的22. 2%0從TRmin = 1到TRmax = 3的軟轉(zhuǎn)變是在續(xù)流時(shí)間間隔期間Vin = 54V時(shí)完成的。具 有固定匝數(shù)比的傳統(tǒng)技術(shù)需要三倍的占空系數(shù)比范圍Dmax/Dmin = Vin max/Vin min = 9。利用 傳統(tǒng)技術(shù)，在固定的 TR = 1 并且 Dfflin = Dfflax/(Vinmax/Vin min) = Dmax/9 = 66. 7%/9 = 7. 4% 的情況下在高電壓時(shí)峰值初級(jí)電流為I。/TR = I0,并且RMS2為(I。/TR)2*Dmin = I>Dfflax/9 = I>0. 074。相比而言，對(duì)于根據(jù)具有TR控制的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的基于正激式拓?fù)涞淖?br> 換器，RMS2 = (I0/TRfflJ2^Dfflin = I>0. 0247。電流示例的新的RMS2值和傳統(tǒng)RMS2值之比等
于3，S卩，電力變壓器的初級(jí)側(cè)上的電能損耗按系數(shù)3的比例降低。在更一般的情況中，對(duì)于
具有N個(gè)輸入電壓小范圍利用組合D和TR控制的降壓推導(dǎo)型變換器，與RMS電流相關(guān)聯(lián)的
電力變壓器的初級(jí)側(cè)上的損耗按下面的系數(shù)比例降低 其是整個(gè)輸入范圍ν與小范圍K值之比。對(duì)于N = 2的上面的示例，該等式降低 到^。由于高輸入電壓時(shí)的匝數(shù)比TR按系數(shù)3的比例增加，次級(jí)側(cè)續(xù)流整流器上的電壓 應(yīng)力按系數(shù)3的比例降低，這使得能夠使用更好的續(xù)流整流器并且提供了進(jìn)一步的效率提 高。在更一般的情況中，對(duì)于具有N個(gè)輸入電壓小范圍的利用組合的D和TR控制的正激式 變換器，正激時(shí)間期間的次級(jí)側(cè)整流器上的電壓應(yīng)力按相同的系數(shù)比例降低 如果小范圍的數(shù)目較大，N >>1，則K近似為1(非常窄的小范圍)，d近似為1(占 空系數(shù)接近常數(shù)，Dmax和Dmin幾乎相等)，并且初級(jí)損耗和次級(jí)側(cè)上的電壓應(yīng)力按系數(shù)ν的比例降低。換言之，正激時(shí)間間隔期間的次級(jí)側(cè)上的電壓獨(dú)立于線路電壓保持恒定。不受 限制的N的理論情況對(duì)應(yīng)于具有恒定占空系數(shù)的連續(xù)TR控制，這與在較小的N的情況下的 每個(gè)小范圍內(nèi)恒定TR和連續(xù)D控制形成了對(duì)照。提供最小復(fù)雜度的最優(yōu)小范圍數(shù)N。pt由 所需輸入電壓范圍ν和最大的可實(shí)現(xiàn)占空系數(shù)d。pt = Kopt來(lái)確定。對(duì)于降壓推導(dǎo)型拓?fù)?br> _ LOG(V) 占空系數(shù)和匝數(shù)比的組合控制可以應(yīng)用于包括電力變壓器并且具有變換器繞組 從電力系斷開連接或幾乎斷開連接的時(shí)間間隔的任何開關(guān)模式電力變換器。各個(gè)優(yōu)選實(shí)施 例包括但不限于如圖2-圖17所示的一些常見拓?fù)?，例如具有在電力變壓器的初?jí)側(cè)和次 級(jí)側(cè)上抽頭的電力變壓器的正激式變換器、反激式變換器、推拉式(push-pull)變換器、半 橋式變換器、全橋式變換器。下面的描述提供了具體細(xì)節(jié)，其圖示說(shuō)明了本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選 實(shí)施例。圖2示出了根據(jù)包括正激式或反激式變換器100的本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的變換 器系統(tǒng)，變換器100具有單個(gè)主開關(guān)Sl以及電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上的多個(gè)抽頭開關(guān)Q1， Q2，...，QN。電力變壓器Tl的次級(jí)繞組連接到整流器和濾波器電路101。反饋電路102連 接到負(fù)載103并且連接到脈寬調(diào)制器(PWM) 104,PWM 104的輸出控制主開關(guān)Si。雖然優(yōu)選 地使用PWM 104，然而，在本發(fā)明的此優(yōu)選實(shí)施例以及本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例中，也可以 使用其它合適的脈沖調(diào)制器，例如脈沖頻率調(diào)制器、脈沖作用時(shí)間調(diào)制器(pulse on-time modulator)等。抽頭開關(guān)Q1，Q2，. . .，QN優(yōu)選地由下面的兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制與輸入信號(hào)Vin成比例 的模擬信號(hào)"Vin”，以及與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)SYNC。在此優(yōu)選實(shí)施例和其它優(yōu)選實(shí)施 例中，優(yōu)選地至少部分地基于脈沖信號(hào)SYNC來(lái)控制抽頭開關(guān)Q1，Q2，. . .，QN。然而，如下面 針對(duì)圖17所說(shuō)明的，也可以不使用脈沖信號(hào)SYNC，而使用基于在與抽頭開關(guān)Ql，Q2，...， QN相連的繞組中流動(dòng)的實(shí)際電流的信號(hào)。圖2中的變換器系統(tǒng)以下面的方式操作。主開關(guān)Sl以具有由反饋電路102和PWM 104定義的占空系數(shù)的較高頻率(通常數(shù)百kHz)循環(huán)接通/關(guān)斷。電力變壓器Tl的次級(jí) 側(cè)上經(jīng)脈寬調(diào)制的AC電壓被施加到整流器和濾波器電路101，電路101將該電壓變換為DC 輸出電壓。每個(gè)抽頭開關(guān)Qi僅在一個(gè)輸入電壓小范圍內(nèi)接通
V.V. 丄 而所有其它抽頭開關(guān)在該特定電壓小范圍內(nèi)保持關(guān)斷。在低輸入電壓處，抽頭開關(guān)Ql接通而抽頭開關(guān)Q2，Q3，. . .，QN關(guān)斷以使得僅電力 變壓器Tl的繞組的一頂部部分連接到主開關(guān)Sl (通過(guò)抽頭開關(guān)Ql)并且電力變壓器Tl的 匝數(shù)比被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越例如第一和第二電壓小范圍之間的邊界線時(shí)，控制 電路108基于與PWM輸出同步的脈沖信號(hào)SYNC，開始搜索與主開關(guān)Sl的關(guān)斷狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的 時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽頭開關(guān)Ql切換到關(guān)斷狀態(tài)，并且然后 在主開關(guān)Sl的同一或下一關(guān)斷狀態(tài)期間在短延時(shí)之后將抽頭開關(guān)Q2切換到接通狀態(tài)。由 于在主開關(guān)Sl的關(guān)斷時(shí)間間隔期間，來(lái)自輸入源的能量流被中斷(負(fù)載電流由輸出濾波器提供)，因此，電力變壓器Tl的初級(jí)繞組僅承載小的磁化電流，從而引起了從一種匝數(shù)(例 如，一個(gè)頂部繞組部分)比到另一匝數(shù)比(例如，兩個(gè)頂部繞組部分)的軟(接近零電流) 轉(zhuǎn)變。如上所述，每個(gè)電壓小范圍的低端處的占空系數(shù)被自動(dòng)地設(shè)為最大的可實(shí)現(xiàn)水平，最 小脈沖寬度被擴(kuò)展，并且在高(以及標(biāo)稱)線電壓時(shí)電力變壓器Tl的次級(jí)側(cè)上的電壓應(yīng)力 和電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上的RMS電流被減小，這使得在變換器系統(tǒng)中產(chǎn)生了更高的效 率。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。在此優(yōu)選實(shí)施例中的變 換器系統(tǒng)使用了對(duì)圖2所示的變換器系統(tǒng)作出的中心抽頭修改，并且包括具有單個(gè)主開關(guān) Si、具有中心抽頭的電力變壓器Tl以及連接到控制電路105的兩個(gè)抽頭開關(guān)Ql和Q2的正 激式或反激式變換器布置。電力變壓器Tl的次級(jí)繞組連接到整流器和濾波器電路101。反 饋電路102連接到負(fù)載103以及PWM 104。PWM 104的輸出控制優(yōu)選地為MOSFET的主開關(guān) Si。抽頭開關(guān)Q1、Q2優(yōu)選地是共源極和共柵極的兩個(gè)N溝道MOSFET的串聯(lián)組合，共源極和 共柵極由與輸入信號(hào)Vin成比例的模擬信號(hào)“Vin”以及與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC 控制。圖2A所示的變換器系統(tǒng)以與圖2的變換器系統(tǒng)類似的方式操作，并且具有兩個(gè)輸入 電壓小范圍。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。本優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)包括正激式或反激式變換器100，其包括由PWM 104控制的多個(gè)主開關(guān)Si，S2，...， SN，并且包括經(jīng)由控制電路108由模擬信號(hào)"Vin”和脈沖同步信號(hào)SYNC控制的多個(gè)抽頭開 關(guān)Q1，Q2，···，QN。抽頭開關(guān)Ql，Q2，...，QN連接到電力變壓器Tl的抽頭并且連接到相對(duì) 應(yīng)的主開關(guān)Si，S2，. . .，SN0電力變壓器Tl的次級(jí)繞組連接到整流器和濾波器電路101， 該電路101的輸出連接到負(fù)載103以及反饋電路102，反饋電路102的輸出連接到PWM 104 的輸入。圖3中的變換器系統(tǒng)按與圖2中的變換器系統(tǒng)類似的方式操作。差別在于在圖 3中使用了 N個(gè)主開關(guān)Si，S2，... , SN來(lái)取代圖2中的單個(gè)主開關(guān)Si。抽頭開關(guān)Qi (i = 1，···，N)通過(guò)相對(duì)應(yīng)的主開關(guān)Si來(lái)傳導(dǎo)初級(jí)電流。優(yōu)選地，S1，S2，. . .，SN是功率M0SFET。 必須選擇圖2中的主開關(guān)Sl以容忍高輸入電壓時(shí)的漏源電壓。具有較大導(dǎo)通電阻的較高 電壓MOSFET在較低輸入電壓時(shí)引入了過(guò)量的損耗?？梢葬槍?duì)每個(gè)輸入電壓小范圍來(lái)優(yōu)化 圖3中的功率MOSFET (例如，可以優(yōu)化電壓和/或?qū)娮?，從而降低了主要電能損耗并 且提高了變換器系統(tǒng)的整體效率。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)利用了對(duì)圖3所示的變換器系統(tǒng)作出的中心抽頭修改，并且包括兩個(gè)主開關(guān)Si、S2 以及優(yōu)選地為N溝道功率MOSFET的、連接到控制電路105的兩個(gè)抽頭開關(guān)Ql、Q2。圖3A中 的正激式或反激式變換器100還包括電力變壓器Tl、整流器和濾波器電路101、負(fù)載103、反 饋電路102以及PWM 104。抽頭開關(guān)Ql、Q2優(yōu)選地被配置為與圖2A中的抽頭開關(guān)Ql、Q2 類似。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)包括減少了功率MOSFET數(shù)目的對(duì)圖3A所示的變換器的修改。圖3B中的正激式或 反激式變換器100包括兩個(gè)主開關(guān)S1、S2以及兩個(gè)抽頭開關(guān)Q1、Q2，按與圖3A所示的類似 布置連接的整流器和濾波器電路101、負(fù)載103、反饋電路102以及PWM 104。本優(yōu)選實(shí)施例還包括兩個(gè)偏置電壓源VB1、VB2，連接到控制電路108的兩個(gè)信號(hào)開關(guān)Q3、Q4，以及連接到 控制電路106的兩個(gè)信號(hào)開關(guān)Q5、Q6。與圖3A所示的變換器系統(tǒng)相比，圖3B所示的抽頭 開關(guān)Ql和Q2優(yōu)選地為單個(gè)N溝道M0SFET。偏置電源VBl連接到電力變壓器Tl的初級(jí)繞 組的中心抽頭以及信號(hào)開關(guān)Q4的第一端子，該信號(hào)開關(guān)Q4的第二端子連接到抽頭開關(guān)Ql 的柵極。類似地，偏置電源VB2連接到電力變壓器Tl的初級(jí)繞組的下(無(wú)點(diǎn)的)端并且連 接到信號(hào)開關(guān)Q3的第一端子，信號(hào)開關(guān)Q3的第二端子連接到抽頭開關(guān)Q2的柵極。信號(hào)開 關(guān)Q5、Q6的第一端子分別連接到主開關(guān)Sl和S2的柵極，并且信號(hào)開關(guān)Q5、Q6的第二端子 彼此相連并且連接到PWM 104的輸出。圖3B中的變換器系統(tǒng)以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，信號(hào)開關(guān)Q4、Q6保持 導(dǎo)通狀態(tài)并且信號(hào)開關(guān)Q3、Q6保持截止?fàn)顟B(tài)，并且偏置電壓VBl通過(guò)閉合的信號(hào)開關(guān)Q4被 施加到抽頭開關(guān)Ql的柵極，因而抽頭開關(guān)Ql保持導(dǎo)通狀態(tài)。由于信號(hào)開關(guān)Q3和Q6在低 輸入電壓時(shí)保持截止?fàn)顟B(tài)，因此抽頭開關(guān)Q2和主開關(guān)S2也保持截止。主開關(guān)Sl在低輸入 電壓時(shí)以由反饋電路102和PWM 104定義的占空比循環(huán)進(jìn)行導(dǎo)通/截止。在低輸入電壓時(shí)僅電力變壓器Tl的頂部部分連接到電力系，并且匝數(shù)比被設(shè)為 最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二輸入電壓小范圍之間的邊界線時(shí)(即，模擬信號(hào)“Vin” 達(dá)到預(yù)定電平)，利用與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC的控制電路105和106都開始 搜索PWM輸出為低(LOW) ( S卩，開關(guān)Sl的截止?fàn)顟B(tài))的時(shí)間間隔，并且生成首先將信號(hào)開關(guān) Q4、Q5切換到截止?fàn)顟B(tài)的控制信號(hào)。因此，抽頭開關(guān)Ql切換為截止，并且主開關(guān)Sl保持截 止。然后，在通常為數(shù)百納秒的短的延時(shí)之后，例如，在與PWM輸出的低電平相對(duì)應(yīng)的同一 或下一時(shí)間間隔期間，信號(hào)開關(guān)Q3、Q6導(dǎo)通，抽頭開關(guān)Q2導(dǎo)通，并且主開關(guān)S2接收來(lái)自PWM 104的控制信號(hào)。全部初級(jí)繞組通過(guò)抽頭開關(guān)Q2連接到電力系，并且匝數(shù)比被設(shè)為最大比。從一匝數(shù)比向另一匝數(shù)比的變換(commutation)在來(lái)自輸入源的能量流被中斷 的時(shí)間間隔中(即，如果輸入電壓從低到高則在主開關(guān)Sl的截止?fàn)顟B(tài)期間，或者如果輸 入電壓從高到低則在主開關(guān)S2的截止?fàn)顟B(tài)期間)被執(zhí)行，從而產(chǎn)生了軟轉(zhuǎn)變，即接近零電 流轉(zhuǎn)變。圖3B所示的變換器系統(tǒng)與圖3A所示的變換器系統(tǒng)相比使用了較少數(shù)目的功率 MOSFET 圖3B中使用四個(gè)功率M0SFET，而圖3A中使用六個(gè)功率MOSFET。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括正激式變換器200， 正激式變換器200具有電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上的單個(gè)主開關(guān)Si、連接到主開關(guān)Sl的PWM 201、電力變壓器Tl的次級(jí)側(cè)上的單個(gè)正激開關(guān)S2、具有反并聯(lián)二極管Dl的續(xù)流開關(guān)S3、 次級(jí)PWM控制電路202、輸出電感器Li、輸出電容器Co，以及連接到控制電路203的多個(gè)次 級(jí)側(cè)抽頭開關(guān)Q1，.. .，QN。除抽頭開關(guān)Q1，...，QN以外，圖4所示的變換器系統(tǒng)是具有同 步整流的正激式變換器。在低輸入電壓時(shí)，僅抽頭開關(guān)Ql處于接通狀態(tài)，整個(gè)次級(jí)繞組被激活，并且匝數(shù) 比被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二輸入電壓小范圍之間的邊界線時(shí)(即，模擬 信號(hào)“vin”達(dá)到預(yù)定電平)，控制電路203利用與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始 搜索主開關(guān)Sl和單個(gè)正激開關(guān)S2處于關(guān)斷狀態(tài)并且續(xù)流開關(guān)S3處于接通狀態(tài)的續(xù)流時(shí) 間間隔，然后，在通常為數(shù)百納秒的短的延時(shí)之后，在同一或下一續(xù)流時(shí)間間隔期間，第二 抽頭開關(guān)Q2被轉(zhuǎn)為接通狀態(tài)。因此，匝數(shù)比被增加為與第二電壓小范圍相對(duì)應(yīng)的值。與上述其它優(yōu)選實(shí)施例類似，抽頭開關(guān)Ql，. . .，QN由模擬信號(hào)“Vin”以及脈沖同步信號(hào)SYNC來(lái)控制。僅與特定小范圍相對(duì)應(yīng)的一個(gè)抽頭開關(guān)接通。在高輸入電壓時(shí)，抽頭開 關(guān)QN處于接通狀態(tài)并且抽頭開關(guān)Ql，...，Q(N-I)處于關(guān)斷狀態(tài)，以使得僅電力變壓器Tl 的次級(jí)繞組的頂部部分被激活，并且使得匝數(shù)比被設(shè)為最大比。在來(lái)自輸入源的能量流被 中斷以使得初級(jí)電流和次級(jí)電流接近零的續(xù)流時(shí)間間隔中執(zhí)行了從一匝數(shù)比到另一匝數(shù) 比的轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生了軟轉(zhuǎn)變。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明第七優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)利用了對(duì)圖4所示的變換器系統(tǒng)作出的中心抽頭修改，并且包括相同的組件，并且 具有與圖4所示的變換器系統(tǒng)類似的操作原理，差異在于電源開關(guān)Ql優(yōu)選地為單個(gè)功率 MOSFET并且電源開關(guān)Q2優(yōu)選地為共源共柵的兩個(gè)功率MOSFET的組合。開關(guān)Si、S2和S3 優(yōu)選地也為功率M0SFET。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第八優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括正激式變換器200， 該正激式變換器200具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 201控制的主開關(guān)Sp、次級(jí) 正激開關(guān)Si，...，SN、具有反并聯(lián)二極管Dc的次級(jí)續(xù)流(捕捉)開關(guān)Sc、次級(jí)PWM控制電 路202、具有控制電路203的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN、輸出電感器Li，以及輸出電容器Co。每 個(gè)抽頭開關(guān)i(i = 1，...，N)連接到相對(duì)應(yīng)的次級(jí)正激開關(guān)Si的第一端子；該正激開關(guān)Si 的第二端子連接到續(xù)流開關(guān)Sc。圖5所示的變換器系統(tǒng)按與圖4所示的變換器系統(tǒng)類似的方式操作。由于在特定 的輸入電壓小范圍中，僅一個(gè)抽頭開關(guān)Qi處于接通狀態(tài)并且僅一個(gè)正激開關(guān)Si工作，因 此，可以針對(duì)該特定電壓小范圍來(lái)優(yōu)化每個(gè)正激開關(guān)Si，從而提高變換器系統(tǒng)的效率。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明第九優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)使用對(duì)圖5所示的變換器系統(tǒng)作出的利用二極管整流器的中心抽頭修改，并且包括 正激式變換器200、電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 201控制的主開關(guān)Si，兩個(gè)正激二極 管D1、D2，續(xù)流二極管D3，優(yōu)選地為N溝道MOSFET的抽頭開關(guān)Ql，控制電路205，信號(hào)次級(jí)繞 組204、連接到信號(hào)次級(jí)繞組204的第一(有點(diǎn)的)端子的兩個(gè)信號(hào)二極管整流器D4、D5， 連接到二極管D5以及信號(hào)次級(jí)繞組204的第二端子的電阻器R1，連接到二極管D4以及信 號(hào)次級(jí)繞組204的第二端子的電容器Cl。模擬信號(hào)“Vin”是從連接到與初級(jí)繞組同相的信號(hào)次級(jí)繞組204的信號(hào)二極管整 流器D4和電容器Cl中的峰值充電器(peak charger)得到的。脈沖同步信號(hào)SYNC是從信 號(hào)整流器D4和電阻器Rl得到的。替代地，模擬信號(hào)"Vin”和脈沖同步信號(hào)SYNC可以從與 輸出電感器Ll耦合的信號(hào)繞組得到。得到模擬信號(hào)"Vin”和脈沖同步信號(hào)SYNC的技術(shù)還 可以應(yīng)用到本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例。圖5A所示的變換器系統(tǒng)是圖5所示的變換器系統(tǒng) 的具體示例。在操作原理上沒有差別。圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明第十優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變換 器系統(tǒng)使用對(duì)圖5A所示的變換器系統(tǒng)作出的具有同步整流的修改，并且包括正激式變換 器200、電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM201控制的主開關(guān)SP，優(yōu)選地為MOSFET并由次級(jí) PWM控制202控制的兩個(gè)正激開關(guān)Sl和S2，連接到控制電路205的兩個(gè)抽頭開關(guān)Ql和Q2， 輸出電感器Ll以及輸出電容器Co。第一抽頭開關(guān)Ql優(yōu)選地為單個(gè)功率M0SFET，并且第二 抽頭開關(guān)Q2優(yōu)選地為共源共柵的兩個(gè)功率MOSFET的串聯(lián)組合。圖5B所示的變換器系統(tǒng) 是圖5和圖5A所示的變換器系統(tǒng)的具體示例，并且在操作原理上沒有差別。
圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明第十一優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變 換器系統(tǒng)使用了對(duì)圖5B所示的變換器系統(tǒng)作出的利用較少數(shù)目的功率MOSFET的修改，并 且包括信號(hào)開關(guān)Q3，該信號(hào)開關(guān)Q3優(yōu)選地為MOSFET并且由控制電路205控制并且連接到 優(yōu)選地為MOSFET的正激開關(guān)S2的柵極。在低輸入電壓時(shí)，信號(hào)開關(guān)Q3和抽頭開關(guān)Q2處 于截止?fàn)顟B(tài)，使得正激開關(guān)S2進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。具有處于截止?fàn)顟B(tài)的溝道并且具有“背靠背” 體二極管的抽頭開關(guān)Q2與正激開關(guān)S2的串聯(lián)組合阻斷了低輸入電壓時(shí)的抽頭電流，并且 使得能量流經(jīng)閉合的抽頭開關(guān)Ql和正激開關(guān)Si。圖5C所示的變換器系統(tǒng)是圖5B所示的 變換器系統(tǒng)的具體示例。在操作原理上沒有差別。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第十二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括雙開關(guān)正激變換 器300，該雙開關(guān)正激變換器300具有由PWM(未示出)控制的低側(cè)開關(guān)Sl和高側(cè)開關(guān)S2， 兩個(gè)鉗位二極管Dl和D2，電力變壓器Tl，通過(guò)控制電路303由與輸入信號(hào)Vin成比例的模 擬信號(hào)“Vin”以及與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC控制的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN，整流 器和濾波器電路301，以及負(fù)載302。主開關(guān)Si、S2，鉗位二極管Dl、D2，電力變壓器Tl，整 流器和濾波器電路301，以及負(fù)載302是按雙開關(guān)正激拓?fù)溥B接的。抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN 以與圖2所示的變換器系統(tǒng)類似的方式連接到電力變壓器Tl的初級(jí)繞組的抽頭并且連接 到主開關(guān)Si。圖2和圖6中的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN的操作原理類似。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第十三優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括反激式變換器 400，該反激式變換器400具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上的主開關(guān)Si，PWM 401，具有并 聯(lián)二極管整流器D的單個(gè)受PWM控制的次級(jí)整流器開關(guān)S2，以如圖4所示類似的布置連接 到電力變壓器Tl的次級(jí)繞組抽頭以及次級(jí)整流器開關(guān)S2的抽頭開關(guān)Ql，...，QN。除了從 一輸入電壓小范圍到另一輸入電壓小范圍的轉(zhuǎn)變是在與主開關(guān)Sl的接通狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的時(shí) 間間隔(當(dāng)次級(jí)整流器開關(guān)S2處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D被反向偏置，并且次級(jí)繞組中的電 流接近零時(shí))中執(zhí)行的以外，與圖4所示的類似地，電力變壓器Tl的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN 通過(guò)控制電路405由模擬信號(hào)“Vin”以及脈沖同步信號(hào)SYNC控制。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第十四優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括反激式變換器 400，該反激式變換器400具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 401控制的主開關(guān)Sp， 通過(guò)控制電路405由模擬信號(hào)“Vin”以及脈沖同步信號(hào)SYNC控制的多個(gè)抽頭開關(guān)Q1，...， QN,電力變壓器Tl的次級(jí)側(cè)上與二極管整流器D1，. . .，DN并聯(lián)的多個(gè)受PWM控制的開關(guān) Si，...，SN，以及輸出電容器Co。按照與圖5所示的布置類似的布置，每個(gè)抽頭開關(guān)Qi (i = 1，...，N)與相對(duì)應(yīng)的受PWM控制的開關(guān)Si串聯(lián)連接。與如圖7所示的類似方式，抽頭 開關(guān)Q1，. . .，QN由模擬信號(hào)“Vin”以及脈沖同步信號(hào)SYNC控制。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第十五優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)。此優(yōu)選實(shí)施例中的變 換器系統(tǒng)使用了對(duì)圖8所示的變換器系統(tǒng)作出的利用二極管整流的中心抽頭修改，并且包 括反激式變換器400，該反激式變換器400具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 401控 制的主開關(guān)Si，兩個(gè)二極管整流器D1、D2，優(yōu)選地為功率MOSFET的抽頭開關(guān)Q1，控制電路 402，在正向上連接到整流二極管D3、D4的信號(hào)繞組403，連接到二極管D4和信號(hào)繞組403 的電阻器Rl，連接到整流二極管D3和信號(hào)繞組403的電容器Cl。當(dāng)主開關(guān)Sl為導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)，整流二極管D3、D4同時(shí)導(dǎo)通。圖9中的反激式變換器400以如圖8所示類似的方式操 作。以與如圖5A所示的類似方式從信號(hào)繞組403得到模擬信號(hào)“Vin”和脈沖同步信號(hào)SYNC。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第十六優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括推拉式變換器 500，該推拉式變換器500具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 501控制的主開關(guān)Si、 S2，兩組抽頭開關(guān)Qll，...，QlN和Q21，...，Q2N，整流器和濾波器電路502以及負(fù)載503， 這兩組抽頭開關(guān)Q11，. . .，QlN和Q21，. . .，Q2N通過(guò)控制電路504由模擬信號(hào)"Vin”以及脈 沖同步信號(hào)SYNC控制，并且連接到電力變壓器Tl的初級(jí)繞組抽頭以及相對(duì)應(yīng)的主開關(guān)Sl 和S2?？刂齐娐?04以下面的方式工作。在低輸入電壓時(shí)，僅抽頭開關(guān)Qll和Q21處于 接通狀態(tài)并且所有其它的抽頭開關(guān)Q12，... , QlN, Q22，. . .，Q2N處于關(guān)斷狀態(tài)。結(jié)果，電力 變壓器Tl的匝數(shù)比在低輸入電壓時(shí)被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二小范圍之 間的邊界線時(shí)，控制電路504基于與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索與主開關(guān) Sl和S2都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的停滯時(shí)間相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào) 首先將抽頭開關(guān)Qll和Q21切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在 短的延時(shí)之后，將抽頭開關(guān)Q12和Q22切換為接通狀態(tài)。從任何其它電壓小范圍到下一電 壓小范圍的變換以類似的方式執(zhí)行。由于在停滯時(shí)間間隔期間，來(lái)自輸入源去往負(fù)載的能 量流被中斷(負(fù)載電流由輸出濾波器提供)，因此電力變壓器的初級(jí)繞組僅承載小的磁化 電流，從而產(chǎn)生了軟(接近零電流)轉(zhuǎn)變。如在其它優(yōu)選實(shí)施例中一樣，每個(gè)電壓小范圍的 低端處的占空系數(shù)被自動(dòng)設(shè)為最大的可實(shí)現(xiàn)水平，因此，最小脈沖寬度被擴(kuò)展，次級(jí)側(cè)上的 電壓應(yīng)力以及初級(jí)側(cè)上的RMS電流在高(以及標(biāo)稱)輸入電壓時(shí)被減小，從而使變換器系 統(tǒng)產(chǎn)生了更高的效率。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第十七優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括推拉式變換器 500，該推拉式變換器500具有連接到電力變壓器Tl的初級(jí)繞組抽頭并由PWM 501控制的 兩組主開關(guān)S11，...，SlN以及S21，. . .，S2N，連接到主開關(guān)S11，...，SlN以及S21，...， S2N對(duì)的一組抽頭開關(guān)Q1，. . ·，QN(即，抽頭開關(guān)Ql連接到主開關(guān)Sll和S21，抽頭開關(guān)Q2 連接到主開關(guān)S12和S22，...，并且QN連接到主開關(guān)SlN和S2N)，在電力變壓器Tl的次級(jí) 側(cè)上的整流器和濾波器電路502以及負(fù)載503。控制電路504以下面的方式工作。在低輸入電壓時(shí)，僅抽頭開關(guān)Ql處于接通狀 態(tài)，并且所有其它抽頭開關(guān)Q2，. . .，QN處于關(guān)斷狀態(tài)。結(jié)果，電力變壓器Tl的匝數(shù)比在低 輸入電壓時(shí)被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二小范圍之間的邊界線時(shí)，控制電路 504基于與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索與主開關(guān)Sll和S21都處于關(guān)斷狀 態(tài)時(shí)的停滯時(shí)間相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽頭開關(guān)Ql切 換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的延時(shí)之后，將抽頭開關(guān)Q2 切換為接通狀態(tài)。從任一電壓小范圍到下一電壓小范圍的變換以如上所述的類似的方式執(zhí) 行。由于在停滯時(shí)間間隔期間，來(lái)自輸入源去往負(fù)載503的能量流被中斷(負(fù)載電流由輸 出濾波器提供)，因此電力變壓器Tl的初級(jí)繞組僅承載小的磁化電流，從而產(chǎn)生了從一匝 數(shù)比到另一匝數(shù)比的軟(接近零電流)轉(zhuǎn)變。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第十八優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括具有在電力變 壓器Tl的次級(jí)側(cè)處的中心抽頭整流器電路600的變換器，其具有兩個(gè)受PWM控制的主開關(guān) Sl和S2，分別并聯(lián)連接到主開關(guān)Sl和S2的兩個(gè)整流二極管Dl和D2，具有并聯(lián)二極管D3 的受PWM控制的續(xù)流開關(guān)S3，兩組抽頭開關(guān)Ql 1，. . .，QlN和Q21，. . .，Q2N,輸出電感器Ll以及輸出電容器Co。第一組抽頭開關(guān)Qll，...，Q1N連接到電力變壓器Tl的上部繞組部分 的抽頭以及主開關(guān)Si，第二組開關(guān)Q21，...，Q2N連接到電力變壓器Tl的下部繞組部分的 抽頭以及主開關(guān)S2。本優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，抽頭開關(guān)Qll 和Q21處于接通狀態(tài)，全部次級(jí)繞組連接到主開關(guān)Sl和S2，并且匝數(shù)比被設(shè)為最小比。當(dāng) 輸入電壓跨越第一和第二小范圍之間的邊界線時(shí)，控制電路601基于與PWM輸出同步的脈 沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索來(lái)自初級(jí)源的能量流被中斷(負(fù)載電流通過(guò)續(xù)流開關(guān)S3和二極 管D3由電感器Ll提供)的停滯時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽頭開關(guān) Qll和Q21切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的延時(shí)之后， 將抽頭開關(guān)Q12和Q22切換為接通狀態(tài)。從任一電壓小范圍到下一電壓小范圍的變換以類 似的方式執(zhí)行。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第十九優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括具有在電力變 壓器Tl的次級(jí)側(cè)處的中心抽頭整流器電路700的變換器，該變換器具有擁有相對(duì)應(yīng)的并聯(lián) 整流二極管D11，. . .，DlN以及D21，. . .，D2N的兩組受PWM控制的主開關(guān)S11，. . .，SlN以 及S21，. . .，S2N,具有并聯(lián)二極管D的受PWM控制的續(xù)流開關(guān)S3，具有控制電路701的抽頭 開關(guān)Q1，...，QN，輸出電感器Ll和輸出電容器Co。每個(gè)抽頭開關(guān)Qi(i = 1，...，N)連接 到輸出回路(output return)并且連接到主開關(guān)Sli和S2i的公共端子。具有中心抽頭整流器電路700的變換器以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，開 關(guān)Ql處于接通狀態(tài)，電力變壓器Tl的全部次級(jí)繞組連接到主開關(guān)Sll和S21，并且匝數(shù)比 被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二小范圍之間的邊界線時(shí)，控制電路701基于與 PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索來(lái)自初級(jí)源的能量流被中斷(負(fù)載電流通過(guò) 續(xù)流開關(guān)S3和二極管D由電感器Ll提供)的停滯時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信 號(hào)首先將抽頭開關(guān)Ql切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的 延時(shí)之后，將抽頭開關(guān)Q2切換為接通狀態(tài)。從任一電壓小范圍到下一電壓小范圍的軟轉(zhuǎn)變 以類似的方式執(zhí)行。在每個(gè)輸入電壓小范圍中，僅抽頭開關(guān)Qi之一進(jìn)行傳導(dǎo)。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第二十優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括全橋式變換器 800，該變換器800具有由PWM 801控制的四個(gè)主開關(guān)Sl，...，S4，連接到電力變壓器Tl的 初級(jí)側(cè)上的控制電路802的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN，整流器和濾波器電路803，以及負(fù)載804。抽頭開關(guān)Ql，. . . ,QN以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，抽頭開關(guān)Ql處于接通 狀態(tài)，其它抽頭開關(guān)Q2，. . .，QN處于關(guān)斷狀態(tài)，圖14的初級(jí)繞組中的僅右手部分連接到全 橋的對(duì)角，并且匝數(shù)比被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二電壓小范圍之間的邊界 線時(shí)，控制電路802基于與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索與主開關(guān)Si，...， S4的關(guān)斷狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的停滯時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽頭開關(guān)Ql 切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的延時(shí)之后，將抽頭開關(guān) Q2切換為接通狀態(tài)。從任一電壓小范圍到下一電壓小范圍的轉(zhuǎn)變以類似方式執(zhí)行。由于在 停滯時(shí)間間隔期間，來(lái)自輸入源去往負(fù)載804的能量流被中斷(負(fù)載電流由輸出濾波器提 供)，因此電力變壓器Tl的初級(jí)繞組僅承載小的磁化電流，從而產(chǎn)生了從一匝數(shù)比到另一 匝數(shù)比的軟(接近零電流)轉(zhuǎn)變。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第二十一優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括半橋式變換器900，該變換器900具有在電力變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上由PWM 901控制的兩個(gè)主開關(guān) Si、S2，連接到控制電路902的抽頭開關(guān)Ql, ... , QN，被布置作為電容分壓器(capacitive divider)的電容器Cl、C2，被布置作為電阻分壓器(resistive divider)的并聯(lián)連接到電 容器Cl的電阻器R1、R2，整流器和濾波器電路903，以及負(fù)載904。主開關(guān)S1、S2，電力變壓 器Tl的繞組，被布置作為電容分壓器的電容器Cl、C2，整流器和濾波器電路903，以及負(fù)載 904是如圖15所示那樣連接的。抽頭開關(guān)Ql，...，QN連接在電力變壓器Tl的初級(jí)繞組的 抽頭與電容器Cl、C2之間的中點(diǎn)之間。模擬信號(hào)“Vin”從電阻器Rl、R2得到。抽頭開關(guān)Q1，...，QN以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，抽頭開關(guān)Ql處于接 通狀態(tài)，其它開關(guān)Q2，...，QN處于關(guān)斷狀態(tài)，圖15的電力變壓器Tl的初級(jí)繞組中的僅左 手部分連接到主開關(guān)Si、S2與電容器Cl、C2間的中點(diǎn)之間的中點(diǎn)，并且匝數(shù)比被設(shè)為最小 比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二電壓小范圍之間的邊界線時(shí)，控制電路902基于與PWM輸 出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索與主開關(guān)Sl和S2的關(guān)斷狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的停滯時(shí)間間 隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽頭開關(guān)Ql切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一 或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的延時(shí)之后，將抽頭開關(guān)Q2切換為接通狀態(tài)。從任何其它電 壓小范圍到下一電壓小范圍的轉(zhuǎn)變以幾乎相同的方式執(zhí)行。由于在停滯時(shí)間間隔期間，來(lái) 自輸入源去往負(fù)載的能量流被中斷(負(fù)載電流由輸出濾波器提供)，因此電力變壓器Tl的 初級(jí)繞組僅承載小的磁化電流，從而產(chǎn)生了從一匝數(shù)比到另一匝數(shù)比的軟(接近零電流) 轉(zhuǎn)變。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第二十二優(yōu)選實(shí)施例的變換器系統(tǒng)，其包括具有在電力 變壓器Tl的次級(jí)側(cè)上的電流加倍器整流器1000的變換器，該電流加倍器整流器1000具有 由次級(jí)PWM電路(未示出)控制的兩個(gè)整流器開關(guān)Si、S2，分別與整流器開關(guān)Si、S2并聯(lián) 連接的兩個(gè)二極管Dl、D2，連接到控制電路1001的抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN，兩個(gè)輸出電感器 L1、L2，以及輸出電容器Co。電力變壓器Tl的次級(jí)繞組，整流器開關(guān)S1、S2，二極管D1、D2， 電感器Li、L2，以及輸出電容器Co按圖16所示那樣連接。抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN連接在次 級(jí)繞組抽頭與整流器開關(guān)Sl和電感器Ll之一的連接點(diǎn)之間。抽頭開關(guān)Ql，. . . ,QN以下面的方式操作。在低輸入電壓時(shí)，抽頭開關(guān)Ql處于接通 狀態(tài)，其它抽頭開關(guān)Q2，. . .，QN處于關(guān)斷狀態(tài)，電力變壓器Tl的全部次級(jí)繞組連接到整流 器電路，并且匝數(shù)比被設(shè)為最小比。當(dāng)輸入電壓跨越第一和第二電壓小范圍之間的邊界線 時(shí)，控制電路1001基于與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC，開始搜索與電力變壓器Tl的 繞組中的接近零的電流相對(duì)應(yīng)的停滯時(shí)間間隔，并且生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)首先將抽 頭開關(guān)Ql切換為關(guān)斷狀態(tài)，并且隨后，在同一或下一停滯時(shí)間間隔期間在短的延時(shí)之后， 將抽頭開關(guān)Q2切換為接通狀態(tài)。從任何其它電壓小范圍到下一電壓小范圍的轉(zhuǎn)變以類似 方式執(zhí)行。圖17示出了根據(jù)本發(fā)明第二十三優(yōu)選實(shí)施例的控制電路1100的框圖?？刂齐娐?1100用來(lái)控制抽頭開關(guān)Q1，. . .，QN。控制電路1100包括接收輸入信號(hào)Vin并且連接到輸 入電壓范圍監(jiān)視器102 (具有窗口比較器WCl，WC2，. . .，WCN)的輸入電壓監(jiān)視器1101，接收 與PWM輸出同步的脈沖同步信號(hào)SYNC的抽頭繞組零電流檢測(cè)器1103，由窗口比較器WC1， WC2, ...，WCN以及電流檢測(cè)器103的輸出控制的與門&1，...，&N,以及由與門&1，. . .，&N 的輸出控制的并且連接到開關(guān)控制輸入的抽頭開關(guān)驅(qū)動(dòng)器DR1，. . .，DRN。
17
控制電路1100以下面的方式操作。輸入電壓監(jiān)視器1101生成與輸入電壓Vin成 比例的并且通常與輸入電壓Vin隔離的模擬“Vin”信號(hào)。輸入電壓監(jiān)視器1101例如可以包 括具有圖5A所示的峰值充電器的信號(hào)繞組，可以包括如圖15所示的分壓器，可以包括光耦 合器電路(未示出)，或者可以包括其它合適的電壓監(jiān)視電路。輸入電壓范圍監(jiān)視器1102的窗口比較器WCl，WC2，...，WCN之一在輸入電壓處于 特定輸入電壓小范圍內(nèi)時(shí)生成高輸出電平，而其它窗口比較器WC1，WC2，. . .，WCN針對(duì)在該 特定電壓小范圍中的輸入電壓生成低電平輸出。抽頭繞組零電流檢測(cè)器1103在與抽頭繞 組中的接近零電流相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔中生成高輸出電平。抽頭繞組零電流檢測(cè)器1103優(yōu)選地基于電流測(cè)量電路，或者基于取決于所使用 的電路拓?fù)溥M(jìn)行編程的SYNC信號(hào)分析器。例如，對(duì)于正激式拓?fù)?，SYNC信號(hào)分析器可以在 續(xù)流時(shí)間間隔中生成高(HIGH)輸出電平，對(duì)于推拉式以及其它雙端拓?fù)?，SYNC信號(hào)分析 器可以在停滯時(shí)間間隔中生成高輸出電平。當(dāng)且僅當(dāng)相對(duì)應(yīng)的窗口比較器的輸出為高并 且抽頭繞組零電流檢測(cè)器1103生成了指示抽頭繞組中的零或接近零的電流條件時(shí)，與門 &1，...，&N之一才生成高輸出電平。生成了高輸出電平的與門&1，...，&N激勵(lì)相對(duì)應(yīng)的抽 頭開關(guān)驅(qū)動(dòng)器DR1，...，DRN，因此，相對(duì)應(yīng)的抽頭開關(guān)接通。在特定Vin小范圍中，僅抽頭開 關(guān)Ql，...，QN之一處于接通狀態(tài)。上述每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括用來(lái)輸出DC電源的整流電路。然而，還可以不包括任何 整流電路，以使得AC電源取代DC電源被輸出。取決于具體應(yīng)用，可以輸出DC電源或AC電源。應(yīng)當(dāng)明白，前面的描述僅僅是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明。在不脫離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以得到各種替代和修改。因此，本發(fā)明意圖包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的 所有這些替代、修改和變形。
權(quán)利要求
一種電力變換系統(tǒng)，包括輸入端子，被布置為連接到電壓源；變壓器，該變壓器具有連接到所述輸入端子的第一繞組和連接到所述電力變換系統(tǒng)的輸出端子的第二繞組，所述第一繞組或所述第二繞組具有至少三個(gè)抽頭，所述至少三個(gè)抽頭被布置為將所述第一繞組或所述第二繞組分割為至少兩個(gè)子繞組；至少一個(gè)抽頭開關(guān)，連接到所述至少兩個(gè)子繞組；控制電路，連接到所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)；以及至少一個(gè)開關(guān)，連接到所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)；其中所述控制電路被布置為控制所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)以控制所述變壓器的匝數(shù)比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)連接到所述至少一 個(gè)抽頭開關(guān)中的每個(gè)抽頭開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)包括多個(gè)抽頭 開關(guān)，并且所述至少一個(gè)開關(guān)包括多個(gè)開關(guān)，所述多個(gè)開關(guān)各自連接到所述多個(gè)抽頭開關(guān) 中的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)抽頭開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)連接在所述變 壓器與所述至少一個(gè)開關(guān)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)連接在所述變壓器 與所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)連接到所述第 二繞組，并且所述至少一個(gè)開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)連接到所述第一繞組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述控制電路被布置為接收基于輸入 電壓的輸入信號(hào)并且接收與脈沖調(diào)制器的輸出信號(hào)同步的同步信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換系統(tǒng)，還包括信號(hào)次級(jí)繞組，該信號(hào)次級(jí)繞組提供 基于輸入電壓的所述輸入信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)包括至少兩個(gè) 抽頭開關(guān)，并且當(dāng)經(jīng)過(guò)至少兩個(gè)繞組的電流為零或接近零時(shí)，所述控制電路被布置為首先 關(guān)斷所述至少兩個(gè)抽頭開關(guān)中的一個(gè)抽頭開關(guān)，并且隨后，稍后接通所述至少兩個(gè)抽頭開 關(guān)中的另一抽頭開關(guān)以控制所述變壓器的匝數(shù)比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)是M0SFET。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)是M0SFET。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)抽頭開關(guān)是共源共柵的 兩個(gè)MOSFET的串聯(lián)組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，還包括連接到所述第二繞組的中心抽頭的 二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，還包括連接在所述輸入端子與所述變壓器 之間的開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述輸入端子連接到所述第一繞組的 中心抽頭。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述輸出端子連接到所述第二繞組的中心抽頭。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括確定輸入電壓在哪 個(gè)電壓小范圍中的至少一個(gè)窗口比較器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括抽頭繞組零電流檢 測(cè)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)包括按全橋式布置 進(jìn)行布置的四個(gè)開關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)開關(guān)包括按半橋式布置 進(jìn)行布置的兩個(gè)開關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，還包括連接到所述至少一個(gè)開關(guān)的脈沖調(diào) 制器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中所述電力變換系統(tǒng)提供DC電源。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中所述電力變換系統(tǒng)提供AC電源。
全文摘要
電力變換系統(tǒng)(100)包括輸入端子，被布置為連接到電壓源(Vin)；變壓器(T1)，該變壓器具有連接到輸入端子的第一繞組和連接到電力變換系統(tǒng)(100)的輸出端子的第二繞組，第一繞組或第二繞組具有至少三個(gè)抽頭，所述至少三個(gè)抽頭被布置為將第一繞組或第二繞組分割為至少兩個(gè)子繞組；至少一個(gè)抽頭開關(guān)(Qi)，連接到至少兩個(gè)子繞組；控制電路(108)，連接到至少一個(gè)抽頭開關(guān)(Qi)；以及至少一個(gè)開關(guān)(Si)，連接到至少一個(gè)抽頭開關(guān)(Qi)；其中控制電路(108)被布置為控制至少一個(gè)抽頭開關(guān)(Qi)以控制變壓器(T1)的匝數(shù)比。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101919147SQ200980100770
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者亞歷山大·埃辛諾夫斯基, 米蘭·德拉古杰維克, 約翰·韋恩斯, 艾薩克·奧茲卡納克 申請(qǐng)人:村田電源