[發明專利]高壓應用的開關模式功率轉換器

無效

• 申請號: 201210149181.5
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN103427633A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 朱成花
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;朱海煜

技術領域

本公開大體上涉及用于功率因數控制的DC-DC轉換器，并且更具體地涉及用于高輸入電壓應用的降壓-升壓轉換器（buck-boost?converter）拓撲。

背景技術

許多新的電子產品需要具有近似整功率因數（unity?power?factor）的調節的輸入功率用于高效和正確操作。使用開關模式DC-DC轉換器來提供功率因數控制（PFC）作為輸入功率調節的一部分，這是常見的。開關模式轉換器通過用開關對輸入電壓斬波、將來自斬波電壓的能量存儲在磁性元件中并且然后采用控制的方式使存儲的能量釋放到輸出而將一個直流（DC）電壓轉換成另一個。調整開關的占空比（即，改變每個開關周期的開關導通期間的百分比）允許調節輸出功率。當DC-DC轉換器從本地干線供電接收其輸入功率時，具有良好的功率因數控制（PFC）來維持高的（接近于整）功率因數并且具有無失真的輸入電流波形，這對于轉換器是重要的。已經開發多種轉換器拓撲和控制方法來實現PFC。例如，有源功率因數校正是其中反饋和前饋技術在開關模式轉換器中使用來確保輸入電流波形緊密地跟隨輸入電壓波形的情況。因為升壓轉換器易于實現，典型地使用升壓轉換器拓撲來提供PFC。降壓升壓拓撲因為它們為PFC提供固有益處而越來越受歡迎。大部分轉換器和有源功率轉換器校正設備被設計成與90V-305V之間的源電壓一起使用，以與在印度、日本、北美、英國和歐洲可用的典型的50Hz和60Hz干線電壓兼容。然而，許多工業應用使用大約347V-480V的更高的電壓范圍，如從廣泛使用的480V?AC系統可獲得的。這些更高的電壓應用因為在更高電壓應用中使用的開關裝置和其他部件制造成本更高并且更難以獲得（由于更低的需求）而很少被電源設計者所考慮。從而需要有新的高壓開關模式轉換器拓撲，其具有良好的PFC并且使用成本較低和可容易獲得的更低電壓的部件。

參照圖1，可以看到有如本領域內已知的級聯降壓-升壓轉換器100的示意圖。該級聯降壓-升壓轉換器100包括常規的降壓轉換器拓撲110，其后跟常規的升壓轉換器拓撲120。在該級聯降壓升壓拓撲100中，降壓轉換器110和升壓轉換器120兩者共享單個能量存儲裝置，其典型地是電感器L107。該降壓轉換器110包括降壓開關M101，其典型地用耦合于續流二極管D103的半導體開關裝置（例如金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）或絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等）實現，其中能量存儲電感器L107耦合于降壓開關M101和續流二極管D103之間的公共節點108。在操作中，降壓轉換器110在降壓開關M101處接收輸入電壓。閉合降壓開關M101以允許輸入電壓VIN推動電流通過電感器L107并且將能量存儲在電感器的磁性元件中。一旦足夠的電流在流動，斷開降壓開關M101并且續流二極管D103提供電流通路，因此存儲在電感器L107中的能量可以轉移到升壓段120。升壓轉換器120耦合于能量存儲電感器L107的輸出側。升壓轉換器120包括升壓開關M102，其典型地使用耦合于回掃二極管D104的半導體開關裝置（例如MOSFET等）實現，其中能量存儲裝置L107耦合于升壓開關M102和該回掃二極管D104之間的公共節點109。升壓轉換器通過閉合升壓開關M102（其使電感器L107的輸出短路至接地）而操作，從而形成通過電感器L107的電流。然后斷開升壓開關M102以允許電感器電流流過回掃二極管D104，其中它對輸出電容器C106充電并且將能量轉移到負載130。在本公開的背景中，閉合或“接通”的開關或開關裝置是將允許電流流過其中的開關或開關裝置并且斷開或“關斷”的開關或開關裝置是阻斷電流流動的開關或開關裝置。當級聯降壓升壓轉換器100與高壓輸入功率（例如347V-480V）一起使用時，全輸入電壓施加到降壓開關M101和續流二極管D103，從而引起高的電壓應力，其導致需要成本高的高壓部件。

因此，提供解決上文識別的問題中的至少一些的開關模式功率轉換器拓撲，這將是可取的。

發明內容

如本文描述的，示范性實施例克服上文的或本領域內已知的其他劣勢中的一個或多個。