[發明專利]使用雙向有源整流橋的電力轉換器和雙向有源整流橋

有效

• 申請號: 201811183640.5
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109660137B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 肯尼斯·金·梁
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/797
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

提供了使用雙向開關而不是二極管橋來對AC電源進行整流的電力轉換器和雙向有源整流橋。除了執行整流之外，雙向開關還控制通過電力轉換器的電力流動，即，開關有效地實現開關電源以向負載提供期望的DC電壓。使用可以阻斷電流在任一方向上的流動的雙向開關使得電力轉換器能夠使用最小電路，具有低傳導損耗(高效率)，并且可以以降壓和升壓模式工作。此外，通過適當的控制，所描述的電力轉換器電路可以用于從AC電壓到DC電壓的轉換以及從DC電壓到AC電壓的轉換。

技術領域

本申請涉及用于在交流(AC)電力與直流(DC)電力之間進行轉換的電路和技術，并且特別地涉及使用雙向開關的電力轉換器拓撲，所述雙向開關用于對AC電壓進行整流并對經整流的電壓進行升壓或降壓以提供期望DC電壓，或者用于將DC電壓轉換成期望AC電壓。

背景技術

AC至DC電力轉換器用于為各種常見電子裝置供電，包括例如膝上型和臺式計算機。這種AC至DC電力轉換器通常包括用于整流來自AC電源的AC電壓的二極管橋，以及用于將經整流的電壓轉換成適合于為負載例如電子裝置供電的DC電壓的DC至DC電壓轉換器。電力因數校正(PFC)通常是具有相對高電力需求例如從AC線路電源汲取大于75瓦的電力的電力轉換器所需要的。用于在電力轉換器內實現PFC的常見技術是使用升壓轉換器將經整流的電壓轉換成相對高的中間電壓，然后例如使用降壓轉換器將該中間電壓降壓至負載所需的DC電壓。具有升壓PFC或不具有升壓PFC的這種電力轉換器的缺點是在二極管橋內的傳導損耗導致電力低效和關聯的散熱需求。除了增加的電路復雜性(部件)之外，升壓PFC還引起通過其電子裝置(開關、二極管)和任何無源裝置(例如，能量存儲電感器)的額外的傳導損耗，從而導致進一步的電力低效。

無橋電力轉換器通過使用電力開關來有效地整流AC電力輸入，從而消除了傳統電力轉換器的二極管橋。在這種電力轉換器內使用的電力開關通常只能阻斷在一個方向上的電流流動。例如，當向MOSFET的柵極(控制)端子施加足夠高的電壓時，N溝道增強型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)將電流從其漏極傳導到其源極。如果施加到柵極端子的電壓不夠高，則從MOSFET的漏極到其源極的正電流流動被阻斷。然而，如果從源極到漏極的電壓降高于MOSFET內的本征體二極管的閾值電壓，則該本征體二極管允許從源極到漏極的電流流動而不管施加到柵極端子的電壓如何。因此，MOSFET通常不能阻斷從其源極到漏極的正電流流動。

無橋電力轉換器內的電力開關通常不能阻斷兩個方向上的電流流動的事實限制了這些電力開關作為用于開關降壓和升壓轉換器的控制開關的使用。用于整流和電壓轉換器控制的這種電力開關的雙重用途在大范圍內的電力轉換器拓撲中是不可行的，至少在使用最小電路系統時是這樣。雖然更復雜的電路或額外的電路級可能能夠支持期望的電力轉換器拓撲，但是額外的復雜性需要額外的且不期望的電子部件，例如電力開關、二極管、電感器、其他磁性元件。此外，額外的部件經常引起額外的傳導損耗，這抵消或至少降低了通過消除二極管橋所尋求的效率優勢。

期望一種不包括二極管橋、使用最小電路、能夠實現降壓和升壓操作并且高效的AC至DC電力轉換器拓撲。

發明內容