[發(fā)明專利]正向升壓型功率轉(zhuǎn)換器和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310468094.0
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103715903A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·斯卡拉特秀;R·K·奧爾;E·凱斯
• 申請（專利權(quán)）人: 索蘭托半導(dǎo)體公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;陳瀟瀟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，尤其涉及具有諧振拓?fù)涞念l率調(diào)制的功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器可替換地被稱為DC（直流）至DC轉(zhuǎn)換器、DC至AC（交流）轉(zhuǎn)換器、AC至AC轉(zhuǎn)換器、AC至DC轉(zhuǎn)換器、DC或DC至DC調(diào)節(jié)器、AC或AC至DC調(diào)節(jié)器、開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器、開關(guān)模式調(diào)節(jié)器或電源等。術(shù)語“功率轉(zhuǎn)換器”或“轉(zhuǎn)換器”在這里被用來包括所有這些術(shù)語。

背景技術(shù)

功率轉(zhuǎn)換器是將在一個(gè)電壓的電流轉(zhuǎn)換成在另一電壓的電流的電路。開關(guān)轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換。通過使用開關(guān)的恒定“導(dǎo)通”時(shí)間并改變開關(guān)頻率來控制輸出電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)換器。諧振轉(zhuǎn)換器是使用處于諧振的感性和容性（LC）電抗元件從輸入源向輸出傳遞功率的轉(zhuǎn)換器。

功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)目的包括：將從輸入至輸出的功率轉(zhuǎn)換效率最大化；使部件數(shù)量和成本最小化；以及將各種轉(zhuǎn)換器部件上的應(yīng)力最小化以使可靠性最大化。另一重要設(shè)計(jì)目的是單調(diào)功率轉(zhuǎn)移函數(shù)。轉(zhuǎn)移函數(shù)將轉(zhuǎn)換器的輸出功率與其控制變量相關(guān)。對于頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)換器，控制變量是開關(guān)頻率。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本公開的一方面，耦合在第一端子對與第二端子對之間的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器包括：第一電感，耦合到跨越在所述第一端子對兩端的第一電路路徑中的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)在所述第一開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將所述第一電感耦合在所述第一端子對兩端；電容，耦合到第二電路路徑中的第二電感和第三電路路徑中的所述第一電感；第二開關(guān)和第三開關(guān)，所述第二開關(guān)在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成（complete）所述第二端子對與所述第二電路路徑和所述第三電路路徑中的一者之間的電路，所述第三開關(guān)在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑和所述第三電路路徑中的另一者。

所述第一端子對和所述第二端子對可以共享公共端子。

在一些實(shí)施方式中，所述第一端子對是輸入端子對，所述第二端子對是輸出端子對，其中所述電容在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。

所述第一電感可以被耦合到所述電容并在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。

所述第一電感可以耦合到所述電容并在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述電容。

在一些實(shí)施方式中，所述第一端子對是輸出端子對，所述第二端子對是輸入端子對，并且所述第一電感在所述第一開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。

所述第一電感可以被耦合到所述電容并在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間存儲來自所述輸入端子對的能量。

所述第一電感和所述電容可以在所述第一開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。

在一些實(shí)施方式中，所述第一電感通過變壓器耦合到所述電容。所述第一電感可以接著包括所述變壓器的磁化電感。所述第二電感可以包括所述變壓器的漏電感。

所述變壓器可以包括耦合在所述第一電感兩端的第一繞組和耦合在具有所述電容和所述第二電感的所述第二電路路徑中的第二繞組。所述變壓器還可以包括第三繞組。

如果所述變壓器進(jìn)一步包括第三繞組，則所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器可以進(jìn)一步包括第四開關(guān)，該第四開關(guān)耦合到所述第三繞組和跨越在第三端子對兩端的第四電路路徑中的所述變壓器磁化電感的反射電感（reflected?inductance），所述第四開關(guān)具有所述第三開關(guān)的所述導(dǎo)通周期并在所述第三和第四開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將所述第四電路路徑耦合在所述第三端子對兩端。

在另一實(shí)施方式中，所述變壓器進(jìn)一步包括第三繞組，并且所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括：第四開關(guān)，該第四開關(guān)耦合到所述第三繞組和跨越在第三端子對兩端的第四電路路徑中的所述變壓器磁化電感的第一反射電感，所述第四開關(guān)具有所述第三開關(guān)的所述導(dǎo)通周期并在所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將所述第四電路路徑耦合在所述第三端子對兩端；第五開關(guān)，該第五開關(guān)耦合到所述第三繞組的一部分和跨越在第四端子對兩端的第五電路路徑中的所述變壓器磁化電感的第二反射電感，所述第五開關(guān)具有所述第三開關(guān)的所述導(dǎo)通周期并在所述第三開關(guān)和所述第五開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將所述第五電路路徑耦合在所述第四端子對兩端。

該開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器可以包括下述一者或多者：耦合在第一端子對兩端的電容；以及耦合在第二端子對兩端的電容。

在一些實(shí)施方式中，所述第一電感在所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)的非導(dǎo)通周期期間進(jìn)行諧振，以在所述第一開關(guān)兩端產(chǎn)生隨時(shí)間變化的電壓。