[發明專利]用于開關變換器的快速瞬態響應的階躍電感器

無效

• 申請號: 01800175.0
• 申請日: 2001-01-30
• 公開（公告）號: CN1363136A
• 公開（公告）日: 2002-08-07
• 發明（設計）人: F·N·K·潘;B·M·H·龐;J·C·P·廖
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳霽,傅康

發明領域

本發明涉及開關型電力變換器。

技術背景

開關變換器電路結構被廣泛地用作為像在計算機中使用的電源一樣的高效率和重量輕的電源中的主要結構單元。然而開關變換器的一個主要缺點是它對于一個快速負載變化的瞬態輸出響應。因為大多數的開關電力變換器包括一個輸出電感器，所以一個開關電力變換器的瞬態響應固有地被限制。例如，一個典型的補償變換器包括一個具有多個開關和一個電感器-電容器濾波器的電源級和一個反饋電路。反饋電路監視變換器的輸出電壓并且對開關進行脈沖寬度調制控制。當有一個快速動態負載變化時，由反饋電路和電源級限制了變換器的響應能力。通過傳統的線性或非線性方法能夠設計反饋電路的響應更快。然而由電源級和特別是輸出電感器限制了變換器的原有響應。

一些人已經嘗試利用具有一個小電感值的電感器來改進電力變換器的動態響應。因為當使用一個小的電感器時電流流動能夠迅速地變化，所以該方法增加了電力變換器的動態響應。然而該方法的缺點在于使用一個小的電感器導致了在正常操作期間的一個脈動電流。高的脈動電流把高的均方根電流引入到變換器開關和無源部件中，其結果是增加了功率損耗。

其他人已經嘗試通過使用并聯開關來分配該電流以便減小功率損耗，但是這種方法增加了變換器的費用和復雜性。還有其他人已經嘗試通過增加變換器的開關頻率來改進變換器的瞬態響應。該技術的缺點在于它在開關中產生了額外的開關損失和在電感器鐵芯中產生了額外的磁損耗。此外，高頻操作需要使用高性能的驅動電路，該驅動電路能夠進一步擴大變換器的費用。

因此，依然需要一種提供一種具有快速瞬態響應同時把變換器的功率損失減到最小的開關電力變換器的方法。

發明的內容

為了改進在前面公開的現有技術中的技術方案，本發明公開一種改進開關電力變換器的瞬態響應的裝置和方法。本發明通過在瞬態期間使輸出電感器進入到一種低電感狀態同時在穩定狀態期間通過把輸出電感器保持在一個更高的電感狀態，能夠顯著地增加流過變換器的輸出電感器中電流的變化速率。

本發明提供了許多優于目前已知電力變換電路結構之處。實現作為權利要求的本發明不是同時需要所有的這些優點，下面列出的優點僅僅是說明各種益處，這些益處由本發明可以單獨或結合的設置。這些優點包括：(1)快速動態響應；(2)低輸出電感器脈動電流；(3)增加了供電效率；(4)不需要在高開關頻率上操作；(5)對于負載需求的可調節性；(6)非復雜的控制方法；和(7)適用于大多數的電力變換器電路結構。

根據本發明提供一種電力變換電路，該電力變換電路包括用于接收輸入電源的輸入裝置，一個用于提供穩壓輸出電源的輸出端和一個連接在輸入裝置和輸出端之間的可變電感裝置。可變電感裝置具有一個較高電感狀態和一個較低電感狀態。該可變電感裝置可控制地在較高電感狀態和較低電感狀態之間轉換。在一個實施例中，電力變換器進一步包括一個控制電路，該控制電路能夠給可變電感裝置提供控制信號以便使可變電感裝置從一種電感狀態轉換到另一種電感狀態。

根據本發明，在一種實施例中可變電感裝置包括一種固定部分和一個與固定部分串聯的可變部分。該可變電感裝置作為選擇包括一個變壓器，該變壓器多個彼此磁耦合的線圈，其中第一線圈與固定電感部分串聯連接。第二和第三線圈中的每個線圈可選擇地與一個電源和一個開關串聯連接，其中通過利用開關把電源施加到第二或第三線圈中的一個線圈中有效地減小了可變電感部分的有效電感。

在另一個實施例中，可變電感裝置包括一個較低電感元件，一個與較低電感元件串聯連接的開關，從而形成一個開關與較低電感元件的串聯連接結構，和一個與該開關和較低電感元件串聯連接結構并聯連接的較高電感元件。該開關通過把較低電感元件與較高電感元件的并聯連接或斷開連接，能夠在較低電感狀態與較高電感狀態之間轉換可變電感裝置。

附圖說明

通過下面結合附圖的描述本發明將變得更明顯：

圖1是一個現有技術中補償電力變換器的簡化等效電路；

圖2是一個用于在圖1中所示的補償變換器電路在負載瞬態期間的波形圖；

圖3是在一個補償變換器電路中實現的本發明的第一實施例的一個電路圖；

圖4是一個表示當在負載電流中有一個快速瞬態增加時本發明的第一實施例的響應波形圖；

圖5是一個表示當在負載電流中有一個快速瞬態減小時本發明的第一實施例的響應波形圖；

圖6是在一個補償變換器電路中實現的本發明的第二實施例的一個電路圖；

圖7是在一個補償變換器電路中實現的本發明的第三實施例的一個電路圖；