[發(fā)明專利]采用可變切換頻率以及具有非均勻間隙的磁性器件的功率轉(zhuǎn)換器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010242015.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN101931333A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·布林里;A·瓊格雷斯;A·席爾瓦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 偉創(chuàng)力國(guó)際美國(guó)公司
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12;H02M3/335
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;陳宇萱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及功率電子器件，以及更具體地涉及包括功率開關(guān)、用于控制其切換頻率的控制器和具有非均勻間隙的磁性器件的功率轉(zhuǎn)換器。?

背景技術(shù)

開關(guān)模式的功率轉(zhuǎn)換器(也稱作“功率轉(zhuǎn)換器”或“調(diào)節(jié)器”)是將輸入電壓波形轉(zhuǎn)換為特定輸出電壓波形的電源或功率處理電路。DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將直流(dc)輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流(dc)輸出電壓。與功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的控制器通過控制其中使用的功率開關(guān)的導(dǎo)通周期來管理其操作。一般地，控制器以反饋回路配置(也稱作“控制回路”或“閉合控制回路”)耦合在該功率轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間。?

通常，控制器測(cè)量該功率轉(zhuǎn)換器的輸出特性(如輸出電壓、輸出電流、或輸出電壓和輸出電流的組合)，然后基于此來修改功率轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)的占空比。占空比“D”是功率開關(guān)的導(dǎo)通周期與其切換周期的比值。因此，如果功率開關(guān)在半個(gè)切換周期導(dǎo)通，則該功率開關(guān)的占空比就為0.5(或50％)。此外，隨著系統(tǒng)如由功率轉(zhuǎn)換器供能的微處理器的電壓或電流動(dòng)態(tài)地變化(如微處理器上的計(jì)算負(fù)荷變化)，控制器將會(huì)配置為動(dòng)態(tài)地提高或降低其中功率開關(guān)的占空比，以將輸出特性如輸出電壓保持在希望的值。?

設(shè)計(jì)用于在低功率水平下操作的功率轉(zhuǎn)換器通常采用反饋功率鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)較低的制造成本。設(shè)計(jì)用于將交流電源電壓轉(zhuǎn)換到調(diào)節(jié)后的直流輸出電壓以為電子負(fù)載如打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、或個(gè)?人計(jì)算機(jī)供能的具有低額定功率的功率轉(zhuǎn)換器一般地被稱作為“功率適配器”或“交流適配器”。一些功率適配器可被要求提供比標(biāo)稱操作功率水平高得多的短時(shí)峰值功率。具有25瓦標(biāo)稱輸出額定功率的功率適配器可被要求在負(fù)載的操作周期相對(duì)較小片段內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)60瓦的峰值輸出功率，例如對(duì)于負(fù)載的240毫秒操作周期中的40毫秒(ms)。?

在功率轉(zhuǎn)換器中所采用的特定功率鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，磁性器件如功率變壓器(也稱作變壓器)中磁通量的一部分與其初級(jí)繞組中的峰值操作電流成比例。相應(yīng)地，功率適配器中的磁性器件可被設(shè)計(jì)為用于峰值功率，而不是標(biāo)稱輸出額定功率。然而，過大的磁性器件將會(huì)增加其成本，這對(duì)大批量市場(chǎng)如打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器以及個(gè)人計(jì)算機(jī)的市場(chǎng)是非常重要的考慮因素。設(shè)計(jì)用于峰值功率的功率轉(zhuǎn)換器還會(huì)增加在低功率水平下的功率損耗，因?yàn)楣β兽D(zhuǎn)換器被典型地設(shè)計(jì)為在較高輸出功率水平下進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)，而不是設(shè)計(jì)為僅在標(biāo)稱輸出功率水平下操作。?

功率適配器的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)成為重要的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，特別是由于最近美國(guó)能源之星規(guī)范的發(fā)布，其要求個(gè)人計(jì)算機(jī)功率適配器的功率轉(zhuǎn)換效率在低于1瓦的輸出功率水平下應(yīng)至少為50％。國(guó)際能源組織的“1瓦倡議”是另一個(gè)能源節(jié)省活動(dòng)，以將設(shè)備的待機(jī)功率降低到1瓦或更少。這些在很低輸出功率水平下的效率要求是建立在處于空閑或休眠模式下的打印機(jī)所代表的典型負(fù)載的角度上的，這是家用或辦公環(huán)境下這些設(shè)備在大部分時(shí)間的操作狀態(tài)。功率適配器設(shè)計(jì)者的挑戰(zhàn)是在寬輸出功率范圍內(nèi)提供高水平的功率轉(zhuǎn)換效率。?

已經(jīng)開發(fā)了很多策略來降低制造成本，以及增加功率適配器在寬輸出功率水平范圍內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換效率，這些策略包括在很低輸出功率水平下采用脈沖操作模式，加入能量恢復(fù)緩沖電路或定制集成控制器，以及采用精心設(shè)計(jì)的專用結(jié)構(gòu)。然而，這些方法中的每一種都提供了成本或效率限制，其經(jīng)常不能夠區(qū)別對(duì)待市場(chǎng)中的特定客戶需?求。相應(yīng)地，現(xiàn)有技術(shù)需要一種功率適配器的設(shè)計(jì)方法，其能夠使制造成本進(jìn)一步降低并提高功率轉(zhuǎn)換效率而不會(huì)犧牲最終產(chǎn)品性能，并且具有優(yōu)勢(shì)地適用于大批量制造技術(shù)。此外，現(xiàn)有技術(shù)需要可用于功率適配器等的磁性器件，其能夠使該磁性器件在低電流水平下的磁化感應(yīng)提高。?

發(fā)明內(nèi)容

這些和其它問題以及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)一般地由本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例來解決或避免，包括功率轉(zhuǎn)換器，其包括功率開關(guān)、用于控制其切換頻率的控制器、以及具有非均勻間隙的磁性器件。在一個(gè)實(shí)施例中，該功率轉(zhuǎn)換器包括功率開關(guān)和耦合到該功率開關(guān)并具有非均勻間隙的磁性器件。該功率轉(zhuǎn)換器還包括控制器，所述控制器具有配置為感測(cè)表示功率轉(zhuǎn)換器輸出功率的狀態(tài)的檢測(cè)器。該控制器的控制電路配置為根據(jù)狀態(tài)來控制該功率開關(guān)的切換頻率，并控制該功率開關(guān)的占空比以調(diào)節(jié)該功率轉(zhuǎn)換器的輸出特性。?