專(zhuān)利名稱(chēng)：功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率變換器，尤其涉及權(quán)利要求I的前序部分的功率變換器。此外，本發(fā)明還涉及方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
圖I展示了現(xiàn)有技術(shù)中的一功率變換器。圖I中的功率變換器包括一原邊和ー副邊，所述的原邊及所述的副邊由包含形成在所述原邊上初級(jí)線(xiàn)圈和形成在所述副邊上的次級(jí)線(xiàn)圈的變壓器TXl分隔。所述原邊和副邊分別為所述功率變換器的輸入和輸出電路。此夕卜，該變壓器TXl具有漏電感LL。而且，有源箝位電路(ACC)與圖I中所示的功率變換器的原邊連接。原邊開(kāi)關(guān)QA也被連接到該原邊且以控制信號(hào)A進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)。該原邊開(kāi)關(guān)QA將輸入電壓 VIN切分，使得原邊開(kāi)關(guān)QA接通時(shí)輸出濾波器的輸入端(節(jié)點(diǎn)LOUT，QA2)的電壓將等于VIN · NS/NP (NS/NP是變壓器TXl的匝數(shù)比且被定義成副邊匝數(shù)NS與原邊匝數(shù)NP之比)，且當(dāng)該原邊開(kāi)關(guān)QA關(guān)斷時(shí)該電壓為O。從而,功率變換器將輸入電壓VIN變換成輸出電壓VOUT0圖I中的電路還包括連接到副邊的同步整流器QAl和QA2，以及由串聯(lián)的電容C3及電阻R2。由所述的串聯(lián)的電容C3及電阻R2形成有損的RC緩沖器減小了功率變換器副邊的電壓震蕩。電感LOUT和電容COUT形成了功率變換器的均值輸出濾波器。通過(guò)改變控制信號(hào)A的占空比D，可以將輸出電壓VOUT調(diào)控為VOUT = VIN · (NS/NP) *D0最后，將電阻RLOAD連接到副邊并作為提供所述輸出電壓VOUT的輸出負(fù)載電阻。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率變換器中的ACC的控制邏輯，其中fS = 1/TS是功率變換器的開(kāi)關(guān)頻率，且TS是時(shí)間周期。占空比D定義為D = T0N/TS，其中TON是原邊開(kāi)關(guān)QA接通的時(shí)長(zhǎng)。在圖2中，當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)QA被關(guān)斷吋，QAC被接通，反之亦然。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在這種情況下，以PMOS晶體管實(shí)現(xiàn)ACC，這意味著，當(dāng)將ACC的控制信號(hào)設(shè)為低吋，ACC被接通。而且，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述類(lèi)型的功率變換器常常被用作開(kāi)關(guān)模式電源(Switched Mode Power Supplies, SMPS)。不同于線(xiàn)性電源，SMPS開(kāi)關(guān)的傳輸晶體管非?？焖俚?通常在50KHZ和IMHz之間)在全導(dǎo)通和全關(guān)斷之間切換，這使得浪費(fèi)的能量最小化。通過(guò)改變比例D提供了電壓調(diào)控。相比之下，線(xiàn)性電源必須耗散過(guò)多的電壓來(lái)調(diào)控輸出。這種更高的效率是SMPS的主要優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在SMPS中將輸入電壓變換成輸出電壓時(shí)，主要的目標(biāo)是以盡可能小的損耗進(jìn)行該功率變換。當(dāng)高頻SMPS中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被分別接通和關(guān)斷時(shí)，與之相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)損耗増加了 SMPS的總損耗。正常情況下，由于通過(guò)開(kāi)關(guān)的梯形電流波形的緣故，該關(guān)斷損耗是主要的，即在關(guān)斷時(shí)電流更高。在接通期間，變壓器TXl的漏電感限制了電流的導(dǎo)數(shù)即di/dt，這使得在這種情況下接通損耗更小。
另ー個(gè)問(wèn)題是變壓器的副邊整流器由于漏電感導(dǎo)致的寄生電感所產(chǎn)生的電壓瞬態(tài)。這些暫態(tài)或電壓尖峰迫使設(shè)計(jì)者使用更高的電壓等級(jí)的半導(dǎo)體器件和有損緩沖器(限制電壓尖峰的電路，通常具有顯著的額外損耗)，這也導(dǎo)致了功率變換器中的更高損耗。文件US 7，606，051示出了功率變換器電路中的完全箝位的耦合電感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種功率變換器，其完全或部分地解決了現(xiàn)有技術(shù)的功率變換器的缺點(diǎn)和劣勢(shì)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)的功率變換器相比具有減少的開(kāi)關(guān)損耗的功率變換器。本發(fā)明的又一目的是提供一種替代性的解決方案，其用于使用功率變換器解決功率變換的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，使用用于DC/DC或AC/DC變換的功率變換器實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)，所述功率變換器具有由變壓器分隔的原邊和副邊，所述原邊被連接到所述變壓器的 原邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器的輸入電路，且所述副邊被鏈接到所述變壓器的副邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器的輸出電路，所述功率變換器還包括連接到所述副邊的至少ー個(gè)有源箝位電路，所述至少一個(gè)有源箝位電位包括-第一電容器(Cl)，所述第一電容器(Cl)以串聯(lián)的方式與所述開(kāi)關(guān)(SI)和ニ極管(Dl)的并聯(lián)組合相連接；以及第二電容器(C2)，所述第二電容(C2)以并聯(lián)的方式與所述的以串聯(lián)方式相連接的所述第一電容器(Cl)及所述開(kāi)關(guān)(SI)和ニ極管(Dl)的并聯(lián)組合相連接。在從屬權(quán)利要求2-15中公開(kāi)了以上功率變換器的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，用ー個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。該系統(tǒng)包括至少ー個(gè)上述功率變換器和至少ー個(gè)控制電路，該控制電路配置成控制所述功率變換器中的一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的又ー個(gè)方面，用ー種方法實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)，該方法用于控制功率變換器中的至少ー個(gè)有源箝位電路，所述功率變換器具有由變壓器分隔的原邊和副邊；所述原邊被連接到所述變壓器的原邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器的輸入電路，且所述副邊被連接到所述變壓器的副邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器的輸出電路；所述功率變換器還包括連接到所述副邊的至少ー個(gè)有源箝位電路以及連接到所述原邊的至少ー個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)，其中所述至少ー個(gè)有源箝位電路被配置成改變所述至少ー個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)中的電流波形，使得當(dāng)所述相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)被接通時(shí)所述電流波形高于當(dāng)所述相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)被關(guān)斷時(shí)的電流波形；其中所述至少一個(gè)有源箝位電路在與所述至少一個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)被接通和關(guān)斷時(shí)基本上同時(shí)地被接通和關(guān)斷。根據(jù)以上功率變換器的不同實(shí)施例，加以適當(dāng)?shù)男薷?，本發(fā)明的方法也可以做相應(yīng)的修改。本發(fā)明也涉及計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，其使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行該方法。而且，該發(fā)明涉及系統(tǒng)。本發(fā)明具有的ー個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí)其改變了電流的波形，例如原邊開(kāi)關(guān)和副邊整流器中，所述的電流的波形在接通時(shí)較高而在關(guān)斷時(shí)較低，由此減少了根據(jù)該發(fā)明的功率變換器的主要的關(guān)斷損耗。與現(xiàn)有技術(shù)的功率變換器相比，本發(fā)明提供了更有效率的功率變換，且可以實(shí)現(xiàn)> 96%的效率。而且，也減少了副邊的整流器上的電壓應(yīng)力，這意味著可以在副邊的整流器上使用較低的電壓等級(jí)。整流器上的較低電壓等級(jí)通常意味著在同步整流器的情況下三級(jí)管接通時(shí)其上的較低電阻或ニ極管整流器的情況下較低的正向電壓降。從而可以取得較高的效率。從以下公開(kāi)中可以清楚本發(fā)明 的其他優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。


附圖意在解釋清楚本發(fā)明的不同實(shí)施例，其中圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率變換器的例子；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于控制ACC的控制邏輯；圖3示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的ACC ；圖4示出了通過(guò)圖3中的ACC的峰值電流與第二電容器C2的值C2的關(guān)系；圖5示出了在A(yíng)CC活躍的時(shí)間段中圖3中的ACC上的電壓和ACC中的電流；圖6示出了第二電容器C2上的兩個(gè)不同值C2的通過(guò)LI的電流波形；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的PC的實(shí)施例-全橋原邊和具有兩個(gè)ACC的電流倍増器副邊；圖8示出了用于控制圖7中的PC的所有開(kāi)關(guān)的控制邏輯波形；圖9示出了根據(jù)圖7的電路中的原邊開(kāi)關(guān)中的電流波形和瞬時(shí)功率；圖10詳細(xì)示出了開(kāi)關(guān)被關(guān)斷時(shí)圖9中的圖；圖11示出了本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例-全橋原邊和具有兩個(gè)ACC的全橋副邊；圖12示出了本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例-具有兩個(gè)ACC的有源箝位正向變換器；以及圖13示出了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例-全橋的原邊和具有兩個(gè)ACC的副邊的電流
倍増器。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)中的ACC是由與電容器Cl串聯(lián)其與ニ級(jí)管Dl并聯(lián)的可控開(kāi)關(guān)SI構(gòu)成。ニ極管Dl被調(diào)整為可自動(dòng)地將單極電壓尖峰箝位成電容器Cl上的電壓，且電容器Cl將與電感器LL諧振，該電感器與變壓器TXl的原邊線(xiàn)圈串聯(lián)。 通常，在ニ極管Dl已開(kāi)始導(dǎo)通稍后開(kāi)關(guān)SI被接通，且保持開(kāi)關(guān)SI接通狀態(tài)，這使得電流在電容器Cl中的諧振。從而，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電容器Cl中的電流將從初始狀態(tài)對(duì)所述電容器Cl充電，然后對(duì)所述電容器Cl放電到其初始值。這種配置已經(jīng)被證明是有效率的，且其有效率地將原邊的電壓箝位，然而它沒(méi)有解決副邊的電壓尖峰的問(wèn)題。因此，本發(fā)明提供了一種功率變換器(PC)，其具有由變壓器TXl分隔的原邊和副邊。該原邊連接到變壓器TXl的原邊線(xiàn)圈，且是該P(yáng)C的輸入電路。該副邊連接到TXl的副邊線(xiàn)圈，且是PC的輸出電路。根據(jù)本發(fā)明的PC還包括連接到PC的副邊的至少ー個(gè)ACC。該至少ー個(gè)ACC包括第一電容器Cl，所述第一電容器Cl以串聯(lián)的方式與所述開(kāi)關(guān)SI和ニ極管Dl的并聯(lián)組合相連接；以及第ニ電容器C2，所述第二電容C2以并聯(lián)的方式與所述的以串聯(lián)方式相連接的所述第一電容器Cl及所述開(kāi)關(guān)SI和ニ極管Dl的并聯(lián)組合相連接。PC的這種配置具有了較低的開(kāi)關(guān)損耗因此也就具有較高的效率，并且消除了副邊整流器上的電壓尖峰。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該ACC還包括第一節(jié)點(diǎn)I ;1連接到第一電容器Cl和第二電容器C2 ;第ニ節(jié)點(diǎn)2 ；2連接到第一電容器Cl、開(kāi)關(guān)SI和ニ極管Dl的陽(yáng)極；以及第三節(jié)點(diǎn)3 ；3連接到開(kāi)關(guān)SI、ニ極管Dl的陰極以及第ニ電容器C2。圖3示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的ACC的節(jié)點(diǎn)1、2、3，且結(jié)合所述圖第一節(jié)點(diǎn)I ;Ii連接到變壓器TXl的所述副邊線(xiàn)圈10的第一節(jié)點(diǎn)或連接到高歐姆節(jié)點(diǎn)，以及第三節(jié)點(diǎn)3 ;根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，3'連接到該副邊的低歐姆節(jié)點(diǎn)。低歐姆節(jié)點(diǎn)，也稱(chēng)為交流地，是在目標(biāo)的時(shí)段中電流流入或流出該節(jié)點(diǎn)時(shí)在電壓 上幾乎固定的節(jié)點(diǎn)。地是理想的低歐姆節(jié)點(diǎn)。一側(cè)連接到地的電壓源，其另一端是理想的低歐姆節(jié)點(diǎn)。而且，連接到地的大電容器其另ー節(jié)點(diǎn)是交流地。高歐姆節(jié)是與低歐姆節(jié)點(diǎn)相反。在目標(biāo)的時(shí)段中，將電流注入這樣的節(jié)點(diǎn)將大大增加電壓。圖3示出了具有根據(jù)本發(fā)明的ACC的PC的副邊的簡(jiǎn)化示意圖，且應(yīng)當(dāng)理解，其用于在ー個(gè)開(kāi)關(guān)周期期間分析該ACC。假設(shè)圖3中的該電路已經(jīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)。該電路中的初始條件被設(shè)置成在副邊上的電壓(此處簡(jiǎn)化為電壓源VI)已經(jīng)達(dá)到100V時(shí)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)，其中Vl是副邊電壓。V2相對(duì)于Vl具有接通延時(shí)，且是控制ACC的開(kāi)關(guān)SI的電壓。該描述中的電感LI是變換到副邊的漏電感，或變換到副邊的漏電感加上至少ー個(gè)外部電感。通過(guò)LI的初始電流=0A。Cl是該ACC的具有初始電壓100V的第一電容器。此外，Dl是副邊整流器ニ極管；D2是輸出級(jí)的自由飛輪整流器；L2是輸出電感，初始電流=4A ;且C3是輸出電容器，初始電壓=28V。根據(jù)本發(fā)明，該第二電容C2包括該(同歩)整流器的輸出電容，且是ACC和PC正常工作的必要部件；第ニ電容C2上的初始電壓=0V。在t = O 時(shí)，以下成立V1 = 100V, Ili = 0A, Vc2 = 0V, Vci = 100V, IL2 = 4A, Uc3 =28V，且電流ん正自由通過(guò)D2.圖5示出Iu是如何開(kāi)始增大并向電感L2供應(yīng)電流的.當(dāng)Iu到達(dá)4A時(shí)，其將開(kāi)始對(duì)ACC.的第二電容C2進(jìn)行充電。一旦Ve2超過(guò)D2的正向壓降，D2將被反偏且Iu將提供給初始為4A的電流し· Ic2(即IPKJ的峰值電流(PK)由諧振電路設(shè)置，該諧振電路由電感LI和第二電容C2形成.由于能量守恒定律適用C2 · Vl2 =LI · IPKC22，且Vc2將充電為100V.發(fā)明人在以上示范配置中使用以下值Vl = 100V, LI =400 · 1(Γ9Η，C2 = 10 · 1(T9F，IPKc2 = 15. 811A, IPKli = IPKc2+し，其中 IPKli = 19. 811 AandIL2 = 4A.此外，如圖5中所示，當(dāng)?shù)诙娙軨2上的電壓V(C2)達(dá)到100V時(shí)，D3將開(kāi)始導(dǎo)通(圖3中t 115ns)。第二電容器C2中的先前的峰值電流現(xiàn)在將通過(guò)電感LI對(duì)第一電容器Cl充電(IPKa = IPKc2)。在短暫的延時(shí)之后，ACC的開(kāi)關(guān)SI將被接通，且電流將被允許在反方向上流動(dòng)，即第一電容器Cl能向輸出電感器L2放電。第一電容Cl和電感LI現(xiàn)在形成了諧振電路。I. 32 μ s后，當(dāng)由Vl建模的“原邊”被關(guān)斷后，大部分的到達(dá)電感器L2的電流由第一電容器Cl支持，由此減少了原邊開(kāi)關(guān)和由Dl建模的副邊整流器的關(guān)斷損耗。最后，ACC開(kāi)關(guān)SI的關(guān)斷可以在幾乎零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)的情況下完成，因?yàn)樵陉P(guān)斷期間，第二電容器C2將會(huì)把電流傳送到輸出電感器L2且將開(kāi)關(guān)SI上的電壓保持為低電壓。在圖5中可以看出I(Ll) = I(L2)+I(C1)+I(C2)，即ACC減少了原邊開(kāi)關(guān)和副邊整流器的關(guān)斷電流，從而大大減少了 PC中的關(guān)斷損耗。ZVS意味著在從一個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)狀態(tài)(如從開(kāi)到關(guān)或相反)期間開(kāi)關(guān)上的電壓為O伏或接近O伏。設(shè)定該ACC與PC的規(guī)格在原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD導(dǎo)通期間，ACC對(duì)應(yīng)于原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD也導(dǎo)通。此時(shí)，輸出電感器L2中的以恒定斜率上升的電流等于(Vl-VOUT)/L2。使用以下公式I計(jì)算輸出電感器L2中的峰值電流IPKwIPKl2 = IOUT + (Vl~V0UT) . T0N ⑴
L22-L2
發(fā)明人使用了示范性配置中的以下值V1 = 100V, VOUT = 28V L2 = 10 · 1(Γ6，IOUT = 8A, VOUT = 28V, TON = I. 32 · 1θΛ 由此得到 IPKl2 = 12. 752第一電容器Cl和電感LI形成諧振電路，其具有通過(guò)公式2中的關(guān)系給定的諧振
頻率fK(2)為了最優(yōu)性能，選擇諧振頻率fK以在TON期間振蕩半個(gè)周期。然后，第一電容器Cl中的電流將從接通時(shí)其最大值變?yōu)殛P(guān)斷時(shí)其最小值。諧振頻率も是PC的開(kāi)關(guān)頻率fs的O. 5-4. O倍，且優(yōu)選的是開(kāi)關(guān)頻率fs的I. 0-2. O倍。第一電容的值由以下公式給定Cl=(2^.fRfLV (3)發(fā)明人使用示范性配置中的以下值L1 = 400 · 10' fE = I/TON = 3. 788 · IO5,VOUT = 28V, TON = I. 32 · 1(T6，由此得出 Cl = 4. 414 · 10'為了為原邊開(kāi)關(guān)和復(fù)變整流器實(shí)現(xiàn)關(guān)斷時(shí)的零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)，在關(guān)斷時(shí)第一電容器必須將所有輸出電流傳送給輸出電感器L2，即通過(guò)第一電容器Cl的峰值電流等于通過(guò)輸出電感器L2的峰值電流，IPKci = IPKw ZCS意味著在從ー個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到另ー個(gè)狀態(tài)期間(如從開(kāi)到閉狀態(tài)或相反)通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為O安培或接近于O安培。已證明以下關(guān)系成立IPKci=Vb^, (4)發(fā)明人使用示范性配置中的以下值LI = 400 · 1(Γ9，Vl = 100V, C2 =((IPKci)2 · LI)/Vl2 = 6. 503 · 1(Γ9，由此得到 IPKci = 12. 75Α.從以上可得出，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的ACC的規(guī)格設(shè)定能被歸納為 從公式I得出輸出電感器L2的峰值電流； 根據(jù)公式4選擇第二電容C2的值C2，使得關(guān)系IPKa = IPKl2成立；以及 根據(jù)公式2選擇第一電容器Cl的值Cl，使得第一電容器Cl中的電流在其在第ー電容器Cl中流動(dòng)的時(shí)間內(nèi)諧振半個(gè)周期。該時(shí)間TON = D*TS與輸出電感器L2中的上升時(shí)間相同。圖6示出了第二電容器C2的不同值C2對(duì)通過(guò)電感LI的電流的形狀的影響。該無(wú)點(diǎn)的電流表明C2 = IOOpF時(shí)的情形，而有點(diǎn)的電流表明C2 = IOnF時(shí)的情形。通過(guò)增加第二電容器C2的值C2，通過(guò)電感的電流I(Ll)的形狀被改變，使得其在關(guān)斷時(shí)較低。在其極端情況下，如圖6中所示，對(duì)于C2 = 10nF，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷時(shí)的ZCS。另外的實(shí)施例和效果圖7示出了具有連接到PC的副邊的兩個(gè)ACC的電流倍増器配置中的ACC的示意圖。第一 ACC由第一電容器Cl連同第一 ACC的第二電容器C2形成；而第二 ACC由第一電容器Cl'連同Ql'以及第二 ACC的第二電容器C2'形成。電容器C2和C2'能被視為包括變壓器TXl的寄生電容和Mosfet的輸出電容的集總電容器。圖8示出了電流倍増器的控制邏輯的時(shí)序圖，且由于控制信號(hào)A，B, A3和B3控制NMOS晶體管，當(dāng)它們的控制信號(hào)為高電平吋，這些晶體管接通。應(yīng)當(dāng)注意，在該實(shí)施方式中ACC開(kāi)關(guān)Ql和Ql'是PMOS晶體管。從而，當(dāng)它們的控制信號(hào)XA和XB被設(shè)為低電平時(shí)，它們接通。從圖8可以看出，控制信號(hào)A驅(qū)動(dòng)QA和QD，而控制信號(hào)B驅(qū)動(dòng)QB和QC。副邊整 流器由控制信號(hào)A3和B3控制。而且，ACC由控制信號(hào)XA和XB控制。圖9示出具有根據(jù)本發(fā)明的連接到副邊的ACC的PC中的波形。圖9中的上部曲線(xiàn)示出了原邊開(kāi)關(guān)QD之一中的瞬時(shí)功率，而下部曲線(xiàn)示出了通過(guò)QD的電流。應(yīng)當(dāng)注意，由于A(yíng)CC的較低的關(guān)斷電流的緣故，減少了主導(dǎo)的關(guān)斷損耗。而且，平均功率損耗已從2. 4W下降到I. 33ff0圖10示出了具有根據(jù)本發(fā)明的連接到副邊的ACC(見(jiàn)圖7)的原邊MOSFET上的圖9的放大的關(guān)斷損耗。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于變壓器TXls的固有的漏電感的緣故，本發(fā)明適用于所有基于變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如電流倍増器、正向和回掃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))。本發(fā)明也適用于非基于變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如Buck變換器，其具有類(lèi)似于圖3中的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，以下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括第一和第二 ACC，其中ACC的每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)l、r被連接到變壓器TXl的副邊線(xiàn)圈的不同節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選地，ACC的第三節(jié)點(diǎn)3，3'同時(shí)連接到低歐姆節(jié)點(diǎn)。用于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的該公共配置已在發(fā)明人的測(cè)試中表現(xiàn)出好的結(jié)
果O圖11不意性地不出了全橋配置中的ACC。該第一 ACC由第一電容器Cl連同Ql以及第一 ACC的第二電容器C2形成。該第二 ACC由第一電容Cl'連同Ql'以及第二 ACC的第二電容器C2'形成。電容器C2和C2'可被視為包括變壓器TXl的寄生電容和Mosfet的輸出電容的集總電容器。圖12示意地示出了有源箝位正向變換器(ACF)配置中的ACC。該第一 ACC由第一電容器Cl連同Ql和第一 ACC的第二電容器C2形成。該第二 ACC由第一電容器Cl'連同Ql'和第二 ACC的第二電容器C2'形成。電容器Cl和C2可被視為包括變壓器TXl的寄生電容和Mosfet的輸出電容的集總電容器。圖13示意地示出了替代性的電流倍増器配置。應(yīng)當(dāng)注意，該配置中的ACC是NMOS晶體管，且因此由正邏輯控制，見(jiàn)下述。不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制信號(hào)的時(shí)序圖遵循以上結(jié)合圖8中的時(shí)序圖所述的相同原理。
而且，本發(fā)明也涉及ー種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)以上任一實(shí)施例的至少ー個(gè)功率變換器PC和至少ー個(gè)控制電路，該控制電路被配置成控制該功率變換器PC中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明還涉及用于控制PC中的至少ー個(gè)ACC的方法，該P(yáng)C包括連接到副邊的至少ー個(gè)ACC和連接到原邊的至少ー個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ;QD。該至少ー個(gè)ACC被配置成改變?cè)撝辽侃`個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ;QD中的電流波形的形狀，使得當(dāng)所述相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD接通時(shí)的電流波形高于該相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD關(guān)斷時(shí)的電流波形。根據(jù)本方法該至少ー個(gè)ACC基本與該至少一個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD接通和關(guān)斷時(shí)同時(shí)地接通和關(guān)斷。根據(jù)以上方法的實(shí)施例，如以上所述，在該至少一個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ；QC ；QD接通和關(guān)斷的時(shí)刻延時(shí)d后該至少ー個(gè)ACC接通和關(guān)斷。根據(jù)該方法的又一個(gè)實(shí)施例，該延時(shí)d小于當(dāng)該至少ー個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)QA ；QB ； QC ；QD接通時(shí)的時(shí)長(zhǎng)TON,且優(yōu)選地小于TON的1/10，即d < TON/IO0而且，如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，根據(jù)本發(fā)明的方法可以在具有代碼手段的計(jì)算機(jī)程序中實(shí)施，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，該程序使得該計(jì)算機(jī)執(zhí)行該方法的步驟。該計(jì)算機(jī)程序被包括在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以基本上由任何存儲(chǔ)器組成，如R0M(只讀存儲(chǔ)器)、PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦除PR0M)、閃存、EEPROM(電可擦除PR0M)、或硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。最后，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于以上所述的實(shí)施例，但是包含了在所附獨(dú)立權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.用于DC/DC或AC/DC變換的功率變換器，所述功率變換器(PC)具有由變壓器(TXl)分隔的原邊和副邊，所述原邊被連接到所述變壓器(TXl)的原邊線(xiàn)圈作為所述功率變換器的輸入電路，且所述副邊被連接到所述變壓器(TXl)的副邊線(xiàn)圈作為所述功率變換器(PC)的輸出電路，所述功率變換器(PC)還包括連接到所述副邊的至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)，其特征在于，所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)包括 第一電容器(Cl)，所述第一電容器(Cl)以串聯(lián)的方式與所述開(kāi)關(guān)(SI)和二極管(Dl)的并聯(lián)組合相連接；以及 第二電容器(C2)，所述第二電容(C2)以并聯(lián)的方式與所述的以串聯(lián)方式相連接的所述第一電容器(Cl)及所述開(kāi)關(guān)(SI)和二極管(Dl)的并聯(lián)組合相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的功率變換器，其特征在于，所述有源箝位電路(ACC)還包括 被連接到所述第一電容器(Cl)和所述第二電容器(C2)的第一節(jié)點(diǎn)(I ;1')， 被連接到所述第一電容器(Cl)、所述開(kāi)關(guān)(SI)和所述二極管(Dl)的陽(yáng)極的第二節(jié)點(diǎn){2-,2')，以及 被連接到所述開(kāi)關(guān)(SI、所述二極管(Dl)的陰極和所述第二電容器(C2)的第三節(jié)點(diǎn)(3;3')。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的功率變換器，其特征在于，所述第一節(jié)點(diǎn)a；r )被連接到所述副邊線(xiàn)圈(10)的第一節(jié)點(diǎn)，且所述第三節(jié)點(diǎn)(3 ;3')被連接到所述副邊的低歐姆節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的功率變換器，其特征在于，包括第一(ACCl)和第二有源箝位電路(ACC2)，其中 所述第一有源箝位電路(ACCl)的第一節(jié)點(diǎn)(I)被連接到所述副邊線(xiàn)圈的第一節(jié)點(diǎn)(10)，以及 所述第二有源箝位電路(ACC2)的第一節(jié)點(diǎn)(I')被連接到所述副邊線(xiàn)圈的第二節(jié)點(diǎn)(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的功率變換器，其特征在于 所述第一有源箝位電路的第三節(jié)點(diǎn)(3)被連接到所述副邊的低歐姆節(jié)點(diǎn)，以及 所述第二有源箝位電路的第三節(jié)點(diǎn)(3')被連接到所述副邊的低歐姆節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的功率變換器，其特征在于，所述功率變換器(PC)被配置成電流倍增器、全橋、回掃或正向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的功率變換器，其特征在于，所述副邊線(xiàn)圈與電感LI串聯(lián)，所述電感LI是變換到所述副邊的漏電感或變換到所述副邊的所述漏電感加上至少一個(gè)外部電感。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的功率變換器，其特征在于，所述第一電容器(Cl)和所述電感LI形成了具有諧振頻率Λ = 2；rji a的諧振電路，其中Cl是所述第一電容(Cl)的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的功率變換器，其特征在于，所述諧振頻率是所述功率變換器(PC)的開(kāi)關(guān)頻率fs的O. 5-4. O倍，且優(yōu)選為所述開(kāi)關(guān)頻率fs的I. 0-2. O倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的功率變換器，其特征在于，所述第二電容(C2)的值C2取決于所述電感LI、所述第一電容(Cl)中的峰值電流IPKa、以及定義成所述功率變換器(PC)的輸入電壓乘以所述變壓器(TXl)的匝數(shù)比的電壓VI。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的功率變換器，其特征在于，所述第二電容(C2)的所述值C2由關(guān)系C2 =得出。 Vl
12.根據(jù)權(quán)利要求I的功率變換器,還包括至少一個(gè)原邊開(kāi)關(guān)(QA；QB ；QC ;QD)，其中 所述至少一個(gè)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)是所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)的相應(yīng)開(kāi)關(guān)，以及 所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)被配置成與所述相應(yīng)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通和斷開(kāi)基本上同時(shí)地接通和斷開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的功率變換器，其特征在于 在所述至少一個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通和斷開(kāi)后經(jīng)歷延時(shí)d所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)被接通和斷開(kāi)，以及 所述延時(shí)d小于所述至少一個(gè)相應(yīng)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通時(shí)的時(shí)長(zhǎng)TON，且優(yōu)選地小于T0N/10。
14.根據(jù)權(quán)利要求I的功率變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)(SI)和所述二極管(Dl)的所述并聯(lián)組合是PMOS或NMOS晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的功率變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)(SI)是雙極晶體管或IGBT晶體管.
16.一種包括根據(jù)在先權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的至少一個(gè)功率變換器(PC)和至少一個(gè)控制電路的系統(tǒng)，該控制電路被配置成用于控制所述功率變換器(PC)中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)。
17.用于控制功率變換器(PC)中的至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)的方法，所述功率變換器(PC)具有由變壓器(TXl)分隔的原邊和副邊； 所述原邊被連接到所述變壓器(TXl)的原邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器(PC)的輸入電路以及所述副邊被連接到所述變壓器(TXl)的副邊線(xiàn)圈且是所述功率變換器(PC)的輸出電路； 所述功率變換器(PC)還包括連接到所述副邊的至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)和連接到所述原邊的至少一個(gè)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ;QD)，其特征在于，所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)被配置成改變所述至少一個(gè)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)中的電流波形的形狀，使得當(dāng)所述相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通時(shí)所述電流波形高于當(dāng)所述相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被關(guān)斷時(shí)的電流波形；其特征在于 所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)與所述至少一個(gè)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通和關(guān)斷基本上同時(shí)接通和關(guān)斷。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在所述至少一個(gè)相應(yīng)的原邊開(kāi)關(guān)(QA；QB ；QC ；QD)被接通和斷開(kāi)后經(jīng)歷延時(shí)d所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)被接通和斷開(kāi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述延時(shí)d小于所述至少一個(gè)相應(yīng)原邊開(kāi)關(guān)(QA ；QB ；QC ；QD)被接通時(shí)的時(shí)長(zhǎng)Τ0Ν，且優(yōu)選地小于T0N/10·
20.計(jì)算機(jī)程序，其特征在于代碼手段，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，引起所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求17-19中的任一項(xiàng)的所述方法。
21.包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和根據(jù)權(quán)利要求20的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被包括在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，且由來(lái)自以下組中的一個(gè)或多個(gè)組成R0M(只讀存儲(chǔ)器)，PROM(可編程的R OM)，EPROM(可擦除的PR0M)，閃存，EEPR0M(電的EPR0M)以及硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于DC/DC或AC/DC變換的功率變換器，所述功率變換器(PC)具有由變壓器(TX1)分隔的原邊和副邊，所述原邊被連接到所述變壓器(TX1)的原邊線(xiàn)圈，且是所述功率變換器的輸入電路，且所述副邊被連接到所述變壓器(TX1)的副邊線(xiàn)圈，且是所述功率變換器(PC)的輸出電路，所述功率變換器(PC)還包括連接到所述副邊的至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)；所述至少一個(gè)有源箝位電路(ACC)包括第一電容器(C1)，所述第一電容器(C1)以串聯(lián)的方式與所述開(kāi)關(guān)(S1)和二極管(D1)的并聯(lián)組合相連接；以及第二電容器(C2)，所述第二電容(C2)以并聯(lián)的方式與所述的以串聯(lián)方式相連接的所述第一電容器(C1)及所述開(kāi)關(guān)(S1)和二極管(D1)的并聯(lián)組合相連接。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102835012SQ201080007474
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者麥克·格林, 格羅弗維特·特瑞克巴斯, 菲利普·魯?shù)婪?申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司