[發明專利]用于電源的控制器及其操作方法

無效

• 申請號: 00135487.6
• 申請日: 2000-12-21
• 公開（公告）號: CN1301081A
• 公開（公告）日: 2001-06-27
• 發明（設計）人: 何進;馬克·E·加克布斯
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: H02M7/42
• 分類號: H02M7/42;H02M7/5387
• 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

該申請與由He等人于1999年9月22日申請的美國專利申請序列號為No.09/401728相關，該美國中請的題目為“相移后調整器，其操作方法以及使用該方法的功率轉換器”。上面所列出的申請被轉讓給本發明，并且在這里被作為參考結合如同被全面再現。

本發明通常直接涉及功率轉換，并且尤其是涉及用于電源的控制器以及其操作方法。

對于更有效以及較低噪聲的功率轉換器的開發一直是功率電子學領域的目標。功率轉換器一般是用于需要將輸入DC電壓轉換(有絕緣)為各種高于或低于輸入DC電壓的其它DC電壓的應用中。這樣的例子包括其中將高電壓轉換為較低電壓以便于運行系統的電信以及計算機系統。功率轉換器通常面臨這些問題：比如切換損耗、切換噪聲以及源于功率變壓器的共模噪聲。切換損耗降低了系統的效率并導致比相同輸出功率所需的更高的輸入功率。導致以及發出的切換以及共模噪聲需要濾波來防止或降低與其它敏感電子設備之間的干擾。

當前的功率轉換器設計通常實現了兩個全橋控制策略中的一個，即，常規的硬件切換、脈寬調制的全橋或相移全橋。這兩種控制策略使用具有四個可控開關(例如，功率金屬氧化物半導體場效應晶體管)、一個絕緣變壓器、一個輸出整流器以及一個輸出濾波器的全橋反相器拓撲結構。帶有伍一個控制策略的全橋反相器拓撲結構得益于體二極管或分離附加的與所述四個可控開關反并聯的二極管從而可以將電流提供給絕緣變壓器的寄生電感上。包括并使用一個控制器來控制可控開關。

通用的全橋一般以如下方式操作。將可控開關呈對角線對排列，這樣可以在切換周期的部分交替接通開關以便于給該絕緣變壓器的初級繞組提供輸入DC電壓的相反極性。因此可以操縱可控開關將輸入DC電壓轉換為AC電壓以操作絕緣變壓器。在所述對角線對的導通間隔之間，在切換周期的一小部分時間內，所有的可控開關都截止。理論上，這將強制使穿過絕緣變壓器初級繞組的電壓變為零。輸出整流器然后整流來自絕緣變壓器的AC電壓。該絕緣變壓器的整流電壓因此而應該在理論上是帶有與可控開關對角線對的占空比成比例的平均值的一個方波。

輸出濾波器平滑并將整流過的電壓濾波從而在該功率轉換器的輸出端提供基本上恒定的輸出電壓。控制器監視該輸出電壓并調整可控開關對角線對的占空比以便于當輸入DC電壓而負載電流變化時將輸出電壓維持在一個恒定電平上。

實際上，整流電壓不是一個很好的方波，但是，由于所有可控開關的截止從而在絕緣變壓器的漏電感和可控開關的寄生電容之間感應出一個振蕩(ring)。該振蕩損耗能量因此而減少了功率轉換器的效率。該振蕩還帶來顯著的噪聲，比如傳導和發射的電磁干擾。此外，變壓器的磁感應中的電流應該被清除，該電流通常是由可控開關的反并聯二極管所導致的。

相移全橋已經發展到可以消除一些切換損耗以及常規全橋中所存在的切換噪聲問題。相移全橋的動力系結構基本上與通用全橋的結構相同。但是，來自可控開關的操作的效果導致在可控開關導通之前產生經過可控開關的基本為零或減少的電壓。通過開始時導通一個對角線對的兩個可控開關(例如，可控開關的左上和右下可控開關)來操作相移全橋。然后，相移全橋可以截止該對角線對的其中一個可控開關(例如，右下開關)來開始零電壓周期，從而取代兩個可控開關的截止。然后，導通來自相同一邊的一個可控開關(例如，右上開關)，使初級電路中的電流流經帶有經過絕緣變壓器的基本為零或減少的電壓的兩個可控開關。

這兩個可控開關因此將經過絕緣變壓器的電壓箝位為大約零，并因此基本上消除了當可控開關截止時常規全橋所經受的振蕩狀態。通過將絕緣變壓器的初級繞組兩端固定到一條干線上，然后固定到其它干線上，然而相移全橋感應出流經該絕緣變壓器的固有的初級到次級電容的電流。當交替從一條干線到另一條干線充電電容電位時，就產生了共模噪聲。

另外，初級電流可替換地流經兩個頂部或底部可控開關可能導致附加的傳導損耗。在初級電流的循環間隔期間，到達橋的輸入電流以及施加到輸出濾波器的輸出電壓都基本上是零，都需要輸入和輸出濾波。

全橋拓撲結構的一個有效應用是使用基本上工作于全工作循環的未調節全橋，基本上同時切換開關的對角線對從而提供減少的電磁干擾。該全橋電路后跟有具有全范圍調整的后調整器。為了提供啟動和過載條件，有必要將該全橋電路用做一個相移電橋。

用于提供相移操作的常用控制集成電路一般都顯示出一些苛刻限制從而使其用于全橋拓撲結構復雜化。這些控制集成電路通常不能精確地提供全循環操作。另外，控制集成電路在需要全循環操作時還不能提供全橋電路對角線開關的基本同時切換。