[發明專利]相移后調節器及其操作方法以及功率變換器

無效

• 申請號: 00128773.7
• 申請日: 2000-09-21
• 公開（公告）號: CN1289171A
• 公開（公告）日: 2001-03-28
• 發明（設計）人: 何津(音譯);馬克·埃里奧特·雅克布
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: H02M3/22
• 分類號: H02M3/22
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王茂華

本發明一般涉及功率變換，尤其涉及相移后調節器、相移后調節器的操作方法以及使用所述相移后調節器或所述方法的功率變換器。

在電力電子學領域內一直尋求效率更高噪聲更低的功率變換器。功率變換器一般用于要求把輸入的直流電壓變換為和輸入直流電壓不同的各種直流電壓的情況，變換后的電壓比輸入直流電壓較高或者較低。功率變換器的例子包括電信和計算機系統，其中把高電壓變換為較低的電壓，用于操作所述系統。功率變換器經常遇到一些問題，例如開關損耗、開關噪聲和在電力變壓器中產生的共模噪聲。開關噪聲降低系統效率，對于同樣的輸出功率要求較大的輸入功率。開關噪聲和變壓器共模噪聲，二者被傳導或者被輻射，需要濾波以便阻止或者減少對其它敏感的電子設備的干擾。

現有功率變換器通常被設計用于實現兩種全橋控制策略中的一種，即常規的全橋或相移全橋。兩種控制策略使用全橋逆變器拓撲，其具有4個可控的開關(例如金屬氧化物半導體場效應功率晶體管)，隔離變壓器，輸出整流器和輸出濾波器。還包括控制器，用于控制可控開關。

常規的全控橋的工作原理如下。可控開關被設置在兩個對角線中，在變換周期的一部分，它們輪流地導通，從而在隔離變壓器的一次繞組上提供極性相反的直流輸入電壓。可控開關這樣操作，從而把直流電壓轉換為交流電壓，用于操作隔離變壓器。在對角線中的可控開關的導通間隔之間，作為轉換周期的一部分，所有的可控開關都截止。在理想情況下，這將迫使隔離變壓器一次側上的電壓為0。然后，輸出整流器整流來自隔隔離變壓器的交流電壓。因此，隔離變壓器的整流電壓在理想情況下應當是方形波，其平均值和對角線的可控開關的占空比成正比。

輸出濾波器對整流電壓進行平滑和濾波，從而在功率變換器的輸出端提供基本上恒定的輸出電壓。控制器監視輸出電壓，并調節一對對角線中的可控開關的占空比，使得當輸入的直流電壓和負載電流改變時，保持輸出電壓恒定。

不過，在實際上，整流后的電壓不完全是方波，這是因為，在所有的可控開關都截止時，在隔離變壓器的漏抗和可控開關的寄生電容之間形成一個環路。所述的環路耗散能量，因而減少功率變換器的效率。所述的環路還產生大的噪聲，例如傳導的和輻射的電磁干擾。

研制了相移全橋來解決常規的全橋中的開關損失和開關噪聲問題、相移全橋的結構基本上和常規的全橋相同。不過，其優點在于，可控開關的操作能夠在可控開關導通之前在可控開關上產生零電壓。相移全橋通過只使一對對角線中的一個可控開關截止進行操作，從而開始零電壓周期，而不使兩個可控開關都截止。然后，另一對可控開關導通，使一次電路中的電流通過兩個可控開關循環，此時隔離變壓器上的電壓基本為零。

這樣，兩個可控開關把隔離變壓器上的電壓基本上嵌位到零，從而基本上消除了當可控開關截止時在常規全橋中形成的環路。不過，通過把隔離變壓器的一次繞組的兩端嵌位到一個軌道，并且然后，嵌位到另一個軌道，相移全橋通過隔離變壓器的一次對二次的寄生電容形成電流。因為電容器的電位被從一個軌道到另一個軌道交替地充電，所以還可以產生共模噪聲。

此外，通過兩個頂部或底部的可控開關交替循環的一次電流可以產生附加的導通損耗。在一次電流的循環間隔期間，對橋的輸入電流和施加于輸出濾波器上的輸出電壓基本上是零，需要對輸入和輸出濾波。

因而，在本領域中需要一種功率變換器，其能夠保持全橋拓撲的效率高的優點，同時消除和常規設計有關的缺點。

為了克服現有技術中的上述的缺點，本發明提供了一種具有和輸出整流器相連的逆變器的功率變換器中所用的后調節器，提供了一種用于操作所述后調節器的方法，并提供了一種包括所述后調節器或所述方法的功率變換器。在一個實施例中，后調節器包括：(1)開關電路，其具有至少一個可控的開關并和功率變換器的輸出相連，用于接收來自功率變換器的輸出電壓，并由其產生相移波形，以及(2)變壓器，其具有和開關電路相連的一次繞組和與整流器相連的二次繞組，用于把相移波形提供給整流器，以便調節功率變換器，借以允許逆變器不被調節。

因而本發明引入了一個通過反饋相移波形調節功率變換器的構思。其優點是使得逆變器可以以更有效的方式操作。

在本發明的一個實施例中，逆變器不被調節。在一個相關的實施例中，逆變器在全占空比下工作。本領域技術人員應當理解，在全占空比下工作對提高效率是有利的。

在本發明的一個實施例中，開關電路使波形相移從而增加和減少輸出電壓。能夠增加和減少輸出電壓使得后調節器的額定功率大大減少(例如減少1/2)。