[發(fā)明專利]開關(guān)式電力轉(zhuǎn)換器及其操作的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680007953.4
• 申請日: 2006-03-09
• 公開（公告）號: CN101156304A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彼得·德根;漢弗萊·德格魯特;簡·迪肯
• 申請（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳源;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及一種開關(guān)式電力轉(zhuǎn)換器以及操作這種轉(zhuǎn)換器的方法。

背景技術(shù)

開關(guān)式電力轉(zhuǎn)換器廣泛地使用在電子工業(yè)中，用于將一個DC電平電壓轉(zhuǎn)換成用于提供到負(fù)載的另一個電壓。通常，提供變壓器，該變壓器將初級側(cè)上的電壓源與其次級側(cè)上的負(fù)載進(jìn)行分離。使用一個或更多個電源開關(guān)在該變壓器的初級側(cè)兩端對該輸入DC電壓進(jìn)行周期性開/關(guān)操作。通過將電流開關(guān)輸入到一個輸出電感線圈，使得能量被存儲在該輸出電感線圈中，并且調(diào)整后的電壓被提供給該次級側(cè)上的負(fù)載。

次級側(cè)上的兩個二極管對次級繞組兩端的進(jìn)行開/關(guān)操作后的并且分離的電壓進(jìn)行整流，這兩個二極管包括一個正激二極管、一個續(xù)流二極管，其中，該正激二極管與次級繞組串聯(lián)，用于當(dāng)次級繞組兩端呈現(xiàn)正電壓時將電流傳導(dǎo)到負(fù)載；該續(xù)流二極管與次級繞組并聯(lián)，用于當(dāng)次級繞組兩端沒有電壓或呈現(xiàn)負(fù)電壓時將電流傳導(dǎo)到負(fù)載。

為了改進(jìn)這種電路的效率，已知采用開關(guān)來取代這兩個整流二極管中的一個或全部，該開關(guān)例如是由控制裝置進(jìn)行調(diào)制的MOSFET器件。

US-A-2004/0136207公開了一種開關(guān)式電力轉(zhuǎn)換器，其中，正激二極管由兩個MOSFET器件取代，這兩個MOSFET器件的源極連接在一起，它們的柵極也連接在一起，從而這兩個器件能夠被同時激活。

考慮到對較大能量效率的一般需求，期望提供一種以較大效率操作同時將與任何新的設(shè)計相關(guān)聯(lián)的任何附加成本最小化的電力轉(zhuǎn)換器。具體地講，考慮到個人計算機(jī)(PC)的廣泛應(yīng)用，它們的電源的效率的任何小的改進(jìn)能夠具有顯著效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種開關(guān)式電力轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包括：

變壓器，其具有初級繞組和至少一個次級繞組；

初級側(cè)有源電源開關(guān)裝置，其耦合到所述初級繞組，用于向所述初級繞組選擇性地施加輸入電壓；

次級側(cè)整流電路，其具有輸出濾波器以及次級側(cè)有源開關(guān)裝置，其中，所述輸出濾波器耦合到所述至少一個次級繞組，所述次級側(cè)有源開關(guān)裝置耦合在所述至少一個次級繞組與所述輸出濾波器之間；以及

初級側(cè)和次級側(cè)控制裝置，用于分別調(diào)整所述初級側(cè)和所述次級側(cè)開關(guān)的開關(guān)，并且被配置來在所述轉(zhuǎn)換器的操作的低功率模式期間用于減小所述初級側(cè)開關(guān)裝置的占空比，其中，對照所述次級側(cè)開關(guān)的占空比來確定所述初級側(cè)開關(guān)的占空比的減小量。

即使在所謂的“待機(jī)”或當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器上的負(fù)載減小時的操作的低功率模式期間，現(xiàn)有的電力轉(zhuǎn)換器以較差的效率水平來操作。根據(jù)本發(fā)明，所述控制裝置操作以減小待機(jī)模式下所述初級側(cè)有源電源開關(guān)的占空比，將用于將能量從所述變壓器的所述初級側(cè)傳遞到所述次級側(cè)所花費的時間最小化。這會基本上導(dǎo)致待機(jī)模式下操作效率的提高。

在實施例中，設(shè)置所述次級側(cè)控制裝置來接收表示所述初級側(cè)開關(guān)接通的輸入信號，并且產(chǎn)生取決于所述輸入信號和所述次級側(cè)開關(guān)的接通時間的輸出信號，所述輸出信號耦合到所述初級側(cè)控制裝置。

優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)換器可操作以選擇性地產(chǎn)生連續(xù)輸出電流或不連續(xù)輸出電流，其中，通過減小所述次級側(cè)開關(guān)裝置的占空比來獲得所述不連續(xù)輸出電流。如果所述系統(tǒng)用于PC電源，則通常在正常模式期間所述系統(tǒng)處于連續(xù)模式。在待機(jī)模式下，取決于需要的輸出電源，所述系統(tǒng)或者處于連續(xù)模式或者處于不連續(xù)模式下。在待機(jī)模式下，當(dāng)所述系統(tǒng)在不連續(xù)模式下操作時，所述占空比被進(jìn)一步減小，從而進(jìn)一步提高效率。

配置所述控制裝置，從而可以在待機(jī)模式期間調(diào)整所述初級側(cè)開關(guān)裝置的占空比以使得所述初級側(cè)開關(guān)裝置的占空比基本等于所述次級側(cè)開關(guān)裝置的占空比。

在優(yōu)選的實施例中，所述控制裝置被設(shè)置為首先相對于正常模式下的所述轉(zhuǎn)換器的操作占空比來減小待機(jī)模式下的所述轉(zhuǎn)換器的操作占空比(同時保留其操作頻率不變)。當(dāng)在某點所述初級開關(guān)裝置的接通時間段實現(xiàn)了用于實現(xiàn)所述初級主開關(guān)的零電壓開關(guān)的最小時間時(通常是1到2微秒并且由所述初級控制器定義)，所述初級側(cè)開關(guān)裝置的頻率被進(jìn)一步減小。由于所述接通時間段保持恒定，這導(dǎo)致低占空比和低頻率，從而給出進(jìn)一步效率提高。這是因為：所述轉(zhuǎn)換器的效率主要由所述變壓器操作以將能量從所述初級側(cè)傳遞到所述次級側(cè)的時間所確定。

變壓器的磁損失能夠表達(dá)為：

P_loss＝C*f^a*ΔB^b