專利名稱：電力轉(zhuǎn)換的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有無(wú)損緩沖電路的升壓布局的電力轉(zhuǎn)換方法及裝置。
背景技術(shù)：
升壓DC/DC變流器通常被選擇作為AC/DC變流器的前端功率級(jí)。其輸出電壓總是高于主電壓的峰值，這意味著升壓變流器的輸出電壓大于300V。在歐洲電網(wǎng)的應(yīng)用中典型的電壓值為400V。在這樣高的電壓幅值時(shí)，當(dāng)有源開(kāi)關(guān)、即晶體管導(dǎo)通時(shí)，升壓二極管在嚴(yán)格的時(shí)刻呈現(xiàn)大的反向恢復(fù)電流。該反向恢復(fù)電流將在高頻開(kāi)關(guān)中引起高損耗，實(shí)際上這是限制開(kāi)關(guān)頻率選擇的因素。
在譬如US，A，5543 704中，描述了一種升壓變流器電路，其中使用零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)在升壓變流器上極大程度地減小了開(kāi)關(guān)損耗。
發(fā)明概要通常使用升壓變換電路布局來(lái)作為整流器中的前端功率因數(shù)校正電路。這種方案的一大問(wèn)題是整流二極管。在升壓應(yīng)用中該二極管必須是高壓類型的，并由此在其阻斷電壓以前具有大的反向恢復(fù)電流。該電流將引起大的損耗。根據(jù)本發(fā)明的方案將比任何以往的方案以更有效的方式關(guān)注恢復(fù)電流。
利用根據(jù)本發(fā)明的無(wú)損耗緩沖電路可獲得升壓變換，這是所提出的電路將會(huì)-減小升壓換流器的二極管中的反向恢復(fù)電流，-消除主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗，-減少輔助開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗，-減少輔助開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗，-減少輔助二極管的反向恢復(fù)電流，-消除輔助二極管關(guān)斷時(shí)的振蕩，-減少主開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗，-當(dāng)主晶體管關(guān)斷時(shí)減少輔助電感器中的電流。
所推薦的電路包括升壓電路，其中第一主電感器L1及第一主整流元件如二極管D1從輸入端串聯(lián)地連接到輸出端，及一個(gè)第一主電容器C1從輸出端連接到地。第一主電子開(kāi)關(guān)如晶體管M1從第一電感器L1及第一二極管D1的中間連接到地。第二輔助電感器L11，第二整流元件如二極管D11及第二電子開(kāi)關(guān)如晶體管M11從第一電感器L1和第一二極管D1中間串聯(lián)地連接到地。另外兩個(gè)整流元件如二極管、即第三及第四二極管D12，D13從第二二極管D11及第二晶體管M11中間連接到輸出端。第二電容器C11從另兩個(gè)二極管D12，D13之間連接到第一電感器L1及第一二極管D1之間。另一整流元件如二極管，即第五二極管D14與第一電阻R14相串聯(lián)及并聯(lián)在第二電容器C11上。最后一個(gè)整流元件如二極管，即第六二極管D15與第二電阻R15相串聯(lián)并從地連接到第二輔助電感器L11及第二二極管D11之間。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有無(wú)損耗緩沖器的升壓變流器的電路圖。
圖2表示插入了齊納二極管的圖1電路。
圖3A-G表示描述圖1電路的開(kāi)關(guān)周期的電壓及電流波形。
優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明圖1中表示出根據(jù)本發(fā)明的電路，其中第一主晶體三極管M1/1在第二晶體三極管M11/2導(dǎo)通后一個(gè)恒定延時(shí)上導(dǎo)通。第二晶體管M11/2的導(dǎo)通時(shí)間間隔是恒定的，而第一晶體管M1/2的時(shí)間間隔是可調(diào)節(jié)的。開(kāi)始時(shí)，電流通過(guò)第一主電感器L1/3及第一二極管D1/4從輸入端流到輸出端。第一主電容器C1/5從輸出端連接到地。然后第二晶體管被導(dǎo)通。流過(guò)第二晶體管M11/2的電流上升受到第二輔助電感器L11/6的限制，因此第二晶體管M11/2的導(dǎo)通損耗將得以限制。
第一電感器L1/3為大電感量的并在換流期間保持電流恒定，因而，當(dāng)?shù)诙姼衅鱈11/6中的電流增大時(shí)，第一二極管D1/4中的電流將以相同的量減小。當(dāng)?shù)诙姼衅鱈11/6的電流等于第一電感器L1/3中的電流時(shí)，第一二極管D1/4中的電流將為零。由于反向恢復(fù)效應(yīng)，第一二極管D1/4中的電流將變?yōu)樨?fù)，及第二電感器L11/6將繼續(xù)上升，直到第一二極管D1/4關(guān)斷為止。當(dāng)?shù)谝欢O管D1/4關(guān)斷時(shí)，第二電感器L11/6中的電流大于第一電感器L1/3中的電流，因而，超出的電流被迫在反向上流入第一晶體管M1/1首先該電流將使第一晶體管M1/1的漏極-源極電容放電，此后電流將在第一晶體管M1/1的體二極管中自由回旋(Free-Wheel)。
現(xiàn)在第一晶體管被導(dǎo)通。該導(dǎo)通將是無(wú)損耗的，因?yàn)榈谝痪w管M1/1的電容已被放電且其上的電壓為零。在此同一時(shí)刻，第二晶體管M11/2被關(guān)斷。這將迫使第二電感器L11/6中的電流從第二晶體管M11/2換流到第三二極管D12/10及第二電容器C11/8。第二電容器C11/8開(kāi)始放電。在該時(shí)間期間，第二晶體管M11/2上的電壓等于第二電容器上的電壓，因此使第二晶體管M11/2的關(guān)斷損耗減至極小。
在此以后將產(chǎn)生兩種可能性1.第二電容器C11/8現(xiàn)在被第二電感器L11/6中電流充電到輸出電壓。當(dāng)?shù)诙娙萜鰿11/8被充滿電時(shí)，第一二極管即第四二極管D13/9開(kāi)始導(dǎo)通。第二電感器L11/6中的電流現(xiàn)在將根據(jù)輸出電壓值及第二電感L11/6的值以恒定速率下降。與此同時(shí)，第一晶體管M1/1中的電流將增加，以使得總電流為常數(shù)，并等于第一電感器L1/3中的電流。
2.在第二電容器C11/8充電期間，第二電感器L11/6中的電流減小。該電流最終為零，及第二電容器C11/8將保持其電荷，使電壓在零及輸出電壓之間。
這兩種可能性能以相同方式繼續(xù)下去因?yàn)榈谌O管D12/10中的反向恢復(fù)，在第三二極管D12/10(及第四二極管D13/9)關(guān)斷前第二電感器L11/6中的電流將為負(fù)。當(dāng)?shù)谌w管D12/10關(guān)斷時(shí)，第二電感器L11/6中的電流將換流到另一個(gè)即第六二極管D15/11和第二電阻R15/12中。第二電感器L11/6中的電流這時(shí)被第二電阻R15/12阻尼，并將快速地衰減至零?，F(xiàn)在電流流過(guò)第一電感器L1/3及第一晶體管M1/1，在所謂的緩沖電路中無(wú)電流流過(guò)，及第二電容器C11/8被充電到零及輸出電壓之間的電壓。
此后，第一晶體管M1/1被關(guān)斷。第一電感器L1/3中的電流將從第一晶體管M1/1換流到第二電容器C11/8及第四二極管D13/9至輸出端。第一晶體管M1/1上的電壓等于輸出電壓減去第二電容器C11/8上的電壓。該電壓通常小于輸出電壓，因此其關(guān)斷損耗小。第一電感器L1/3中的電流將使第二電容C11/8通過(guò)第四二極管D13/9放電。另一二極管即第五二極管D14/13及第一電阻R14/14防止由于電感使第二電容器C11/8的過(guò)放電，及第一二極管D1/4慢速地導(dǎo)通。從第四二極管D13/9到第一二極管D1/4的換流將慢速地進(jìn)行并且沒(méi)有振蕩，在第四二極管D13/9中也無(wú)反向恢復(fù)。第一電阻R14/14將控制換流的速度。
當(dāng)?shù)谝痪w管M1/1上的電壓上升時(shí)，第二晶體管M11/2上的電壓也由于流過(guò)第二電感器L11/6的電流被迫地升高。第五二極管D14/13及第一電阻R14/14的鏈路預(yù)先地阻止了第二電容C11/8上的電壓變負(fù)。它具有這樣的作用，即在第二電感器L11/6中不需要對(duì)第二電容器C11/8充電的額外電流，及第二電感器L11/6的電流僅由第二電感器L11/6的輸出容量決定。第二電感器L11/6要通過(guò)三個(gè)二極管放電，這使第二電感器L11/6中的電流快速地衰減到零。當(dāng)?shù)诙w管再導(dǎo)通及開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)，這阻止了任何其它二極管的反向恢復(fù)。
通過(guò)將第一齊納二極管接入，可獲得從第四二極管D13/9到第一二極管D1/4更快及更精確的換流。利用第二齊納二極管Z15/17，可在第二晶體管M11/2關(guān)斷后獲得電感L11/6中電流更快速地衰減。利用第三齊納二極管Z12/15，可在第一晶體管M1/1關(guān)斷后獲得第二電感器L11/6更快速的放電。在圖2中被插接入齊納二極管Z15/15，16，17。
圖3A-G中表示出不同的波形M1漏-源極電壓UDS，M1柵-源極電壓UGS，和M11的UDS，M11的UGS，UG11，ID1及IL11。
雖然以上的描述包括多個(gè)細(xì)節(jié)及特殊性，但可理解，它們僅是說(shuō)明本發(fā)明，而并非視為限制。對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下顯然可易于作出許多修改，本發(fā)明的精神和范圍是由附設(shè)權(quán)利要求書(shū)及它們的合法等同文件確定的。
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換方法，它使用具有無(wú)損耗緩沖電路的升壓電路布局并包括，第一電感元件，第一電子開(kāi)關(guān)，用于控制正向電流從所述第一電感元件流到第一整流元件及對(duì)第一電容元件充電，所述第一開(kāi)關(guān)具有寄生電容并周期性地導(dǎo)通及關(guān)斷和使所述第一開(kāi)關(guān)的寄生電容放電，同時(shí)減少所述第一開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗及由所述第一整流元件的反向恢復(fù)電流產(chǎn)生的損耗，其中該方法還包括以下步驟-當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)通過(guò)第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通而關(guān)斷時(shí)，將所述第一電感元件的正向電流及所述第一整流元件的反向恢復(fù)電流引導(dǎo)到與第二整流元件串聯(lián)的第二電感元件，以使得所述寄生電容的放電，-當(dāng)所述每個(gè)電子開(kāi)關(guān)分別關(guān)斷時(shí)，將所述第二電感元件的電流引導(dǎo)到與第二電容元件連接的第三整流元件，起限制所述第一及第二電子開(kāi)關(guān)上的電壓作用，-當(dāng)所述第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，將電流從地經(jīng)過(guò)第六整流元件引導(dǎo)到所述電感元件，以吸收所述第二整流元件的反向恢復(fù)電流，-當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷及所述第二電容元件放電時(shí)，將來(lái)自所述第一電感的電流引導(dǎo)到第五整流元件，由此阻止所述電容元件上的電壓變負(fù)，-當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷及所述第一開(kāi)關(guān)上的電壓等于所述第一電容元件上的電壓時(shí)，將來(lái)自第一電感元件的電流引導(dǎo)到第一整流元件，由此保證第四整流元件中的電流為零，及-當(dāng)所述第二開(kāi)關(guān)元件的寄生電容被充電時(shí)，使所述第二電感元件的電流流到至少三個(gè)整流元件中，以保證所述第二電感元件中的電流快速減到零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第五整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)電阻的串聯(lián)組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第五整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)齊納二極管的串聯(lián)組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第五整流元件包括一個(gè)二極管、一個(gè)齊納二極管及一個(gè)電阻的串聯(lián)組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第三整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)齊納二極管的串聯(lián)組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第六整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)電阻的串聯(lián)組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第六整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)齊納二極管的串聯(lián)組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第六整流元件包括一個(gè)二極管及一個(gè)齊納二極管的串聯(lián)組合。
9.一種電力變換裝置，它使用具有無(wú)損耗緩沖電路的升壓布局，包括第一主電感器L1(3)及第一主二極管D1(4)，它們從輸入端串聯(lián)連接到輸出端，第一主晶體管M1(1)，它以第一電感器L1(3)及第一二極管D1(4)之間連接到地，及第二輔助電感器L11(6)、第二二極管D11(7)和第二晶體三極管M11(2)，它們從第一電感器L1(3)及第一二極管D1(4)之間串聯(lián)連接到地，其特征在于另外兩個(gè)二極管、即第三和第四二極管D12，D13(10，9)從第二二極管D11(7)及第二晶體管M11(2)之間串聯(lián)連接到輸出端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于第二電容器C11(8)從另兩個(gè)二極管D12，D13(10，9)之間連接到第一電感器L1(3)及第一二極管D1(4)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于第五二極管D14(13)與第二電容器C11(8)并聯(lián)地連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于第五二極管D14(13)與第一電阻R14(14)串聯(lián)連接后與第二電容器C11(8)并聯(lián)連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于第五二極管D14(13)與第一齊納二極管Z14(15)串聯(lián)連接后與第二電容器C11(8)并聯(lián)連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于第五二極管D14(13)與第一電阻R14(14)及第一齊納二極管Z14(16)串聯(lián)連接后與第二電容器C11(8)并聯(lián)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于第六二極管D15(11)從地連接到第二電感器L11(6)及第二二極管D11(7)之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于第六二極管D15(11)與第二電阻R15(12)串聯(lián)連接后從地連接到第二電感器L11(6)及第二二極管D11(7)之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于第六二極管D15(11)與第二齊納二極管Z15(17)串聯(lián)連接后從地連接到第二電感器L11(6)及第二二極管D11(7)之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于第六二極管D15(11)與第二電阻R15(12)及第二齊納二極管Z15(17)串聯(lián)連接后從地連接到第二電感器L11(6)及第二二極管D11(7)之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求10-18中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于插入一個(gè)第三齊納二極管Z12，它與第三二極管D12(10)相串聯(lián)。
全文摘要
作為整流器中的前端功率因數(shù)校正電路,通常使用升壓轉(zhuǎn)換布局。該方案的一大問(wèn)題是整流二極管。該二極管必須是升壓應(yīng)用中的高電壓類型的,并因此在阻斷電壓前具有大的反向恢復(fù)電流。該電流將引起大的損耗。根據(jù)本發(fā)明的方案將以比任何現(xiàn)有方案更有效的方式關(guān)注恢復(fù)電流。所提出的電路基本包括升壓電路,其中第一主電感器L1(3)及第一主二極管D1(4)以輸入端串聯(lián)地連接到輸出端,及第一主電容器C1(5)從輸出端連接到地。第一主晶體管M1(1)從第一電感器L1(3)及第一二極管D1(4)之間連接到地。第二輔助電感器L11(6)、第二二極管D11(7)及第二晶體管M11(2)串聯(lián)地從第一電感器L1(3)及第一二極管D1(4)之間連接到地。兩個(gè)另外的二極管、即第三及第四二極管D12(10),D13(10)串聯(lián)連接后從第二二極管D11(7)及第二晶體管M11(2)之間連接到輸出端。
文檔編號(hào)H02M3/158GK1244967SQ9880205
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月24日
發(fā)明者T·薩爾斯特倫, C·托倫 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司