正向升壓型功率轉(zhuǎn)換器和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了正向升壓型功率轉(zhuǎn)換器及相關(guān)方法。在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)換器中，第一電感被耦合到跨越在第一端子對兩端的第一電路路徑中的第一開關(guān)。電容被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。在它們各自的導(dǎo)通周期期間，第一開關(guān)將第一電感耦合在第一端子對兩端，第二開關(guān)完成第二端子對與第二電路路徑或第三電路路徑中的一者之間的電路，并且第三開關(guān)完成第二電路路徑和第三電路路徑中的另一者。能量傳遞涉及基本上線性變化的電流和基本上半正弦的電流脈沖這兩者。
【專利說明】正向升壓型功率轉(zhuǎn)換器和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]功率轉(zhuǎn)換器是將在一個電壓的電流轉(zhuǎn)換成在另一電壓的電流的電路。開關(guān)轉(zhuǎn)換器使用一個或多個開關(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)電抗兀件從輸入源向輸出傳遞功率的轉(zhuǎn)換器。
[0003]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】

[0004]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。
[0005]所述第一端子對和所述第二端子對可以共享公共端子。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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)生隨時間變化的電壓。
[0018]所述第一開關(guān)可以在所述電壓處于震蕩最小值處時進(jìn)入導(dǎo)通周期。
[0019]還提供了一種開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的操作方法。該開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器耦合在第一端子對與第二端子對之間，該轉(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)；電容，耦合到第二電路路徑中的第二電感和第三電流電路路徑中的所述第一電感；第二開關(guān)和第三開關(guān)。該方法包括:閉合所述第一開關(guān)以在所述第一開關(guān)的導(dǎo)通周期期間將所述第一電感耦合在所示第一端子對兩端；閉合所述第二開關(guān)以在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成在所述第二電路路徑或所述第三電路路徑與所述第二端子對之間的電路，以將能量傳遞到所述第二端子對；閉合所述第三開關(guān)以在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑，以將能量傳遞到所述電容。
[0020]根據(jù)本公開的另一方面，一種設(shè)備，包括:開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，耦合在第一端子對與第二端子對之間，該轉(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)；電容，耦合到第二電路路徑中的第二電感和第三電流電路路徑中的所述第一電感；第二開關(guān)和第三開關(guān)；用于閉合所述第一開關(guān)以在所述第一開關(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的裝置；用于閉合所述第二開關(guān)以在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑與所述第二端子對之間的電路以將能量傳遞到所述第二端子對的裝置；用于閉合所述第三開關(guān)以在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑以將能量傳遞到所述電容的裝置。
[0021]本公開的另一方面提供了一種在開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行能量傳遞的方法。該方法包括:通過基本上線性變化的電流在電感與第一端子對之間傳遞能量；以及以下步驟之一:通過基本上半正弦的電流脈沖在電容與第二端子對之間諧振地傳遞能量，并通過基本上線性變化的電流在所述電感與所述電容之間傳遞能量；以及將所述電容諧振半個正弦周期，并通過基本上線性變化的電流在所述電感與所述第二端子對之間傳遞能量。
[0022]該方法可以涉及在正向方向上操作所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中將能量從第一端子對傳遞到第二端子對，和/或在反向方向上操作所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中將能量從第二端子對傳遞到第一端子對。
[0023]在閱讀了以下說明之后，本公開的實(shí)施方式的其他方面和特征對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]現(xiàn)在將參照附圖來更詳細(xì)地描述本公開實(shí)施方式的示例。
[0025]圖1A是示出了示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0026]圖1B是示出了變壓器的寄生電感的示意圖。
[0027]圖2是示出了使用反相變壓器的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0028]圖3A是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的初級繞組和次級繞組中的諧振和存儲電流波形的電流相對時間的圖示。
[0029]圖3B是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的仿真的初級和次級電流波形的電流相對時間的圖示。
[0030]圖4是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的在初級開關(guān)204被閉合時的等效電路的示意圖。
[0031]圖5是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的在初級開關(guān)204打開時的等效電路的不意圖。
[0032]圖6是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的在變壓器諧振周期期間的等效電路的不意圖。
[0033]圖7是示出了使用具有同相繞組的變壓器的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。
[0034]圖8是示出了針對圖7中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器800的在初級開關(guān)804被閉合時的等效電路的示意圖。
[0035]圖9是示出了針對圖7中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器800的在初級開關(guān)804打開時的等效電路的不意圖。
[0036]圖10是示出了針對圖7中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器800的、初級開關(guān)804兩端的仿真電壓波形及仿真的初級與次級電流波形的圖示。
[0037]圖11是示出了在與圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200相反的方向上進(jìn)行操作的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器的示意圖。[0038]圖12A是示出了針對圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的在高側(cè)開關(guān)1220被閉合時的等效電路的不意圖。
[0039]圖12B是示出了針對圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的輸入部分在高側(cè)開關(guān)1220打開時的等效電路的不意圖。
[0040]圖12C是示出了針對圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的輸出部分在高側(cè)開關(guān)1220打開時的等效電路的不意圖。
[0041]圖12D是示出了針對圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的輸入部分在低側(cè)開關(guān)1222被閉合時的等效電路的不意圖。
[0042]圖12E是示出了針對圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的輸入部分在低側(cè)開關(guān)1220打開時的等效電路的不意圖。
[0043]圖13是示出了用于圖11中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器1200的高側(cè)開關(guān)1120、低側(cè)開關(guān)1222和次級繞組的仿真的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)驅(qū)動電壓和電流波形的圖示。
[0044]圖14是示出了另一示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0045]圖15是示出了正向升壓型轉(zhuǎn)換器的可替換示例的示意圖。
[0046]圖16是示出了正向升壓型轉(zhuǎn)換器的另一示例的示意圖。
[0047]圖17是示出了具有多個次級繞組的進(jìn)行反向操作的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0048]圖18至圖22是示出了示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器操作的狀態(tài)的等效電路的示意圖。
[0049]應(yīng)當(dāng)意識到，附圖的內(nèi)容僅意欲用于說明的目的，并且本公開沒有以任何方式局限于附圖和說明書中于此明確顯示出的特定示例性實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0050]圖1A是示出了示例性轉(zhuǎn)換器100的示意圖。轉(zhuǎn)換器100是于此被稱為“正向升壓型”的轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞氖纠Ｗ儔浩?02的初級繞組在一個末端或端子處被耦合到端子對106、108的端子106。初級繞組的另一末端或端子被耦合到初級開關(guān)104，該初級開關(guān)104可切換地將初級繞組耦合到端子對106、108的另一端子108。變壓器102提供能量存儲，并可選地電壓倍增。變壓器102的匝數(shù)比為N，其中N是次級繞組的匝數(shù)與初級繞組的匝數(shù)t匕。在圖1中，變壓器102已經(jīng)被繪制了單個次級繞組。然而，于此公開的正向升壓拓?fù)淇梢耘c具有多個次級繞組的變壓器一起使用。
[0051]變壓器102的初級側(cè)具有耦合在初級繞組兩端的存儲電感LstqkI 14。變壓器102的次級繞組被耦合到諧振電容Ckes116和諧振電感Ls，kes118。次級繞組、Ls，kes118和CKES116的這種串聯(lián)組合通過開關(guān)122進(jìn)行分流，通過開關(guān)120連接到端子110，并且連接到端子112。存儲電容124被耦合在端子110、112兩端。
[0052]圖1A中的變壓器102被示出為不具有寄生元件的理想變壓器。實(shí)際的變壓器具有多個寄生元件。能夠在正向升壓型轉(zhuǎn)換器的操作中被利用的寄生元件是變壓器的磁化電感和漏電感。圖1B是示出了變壓器的寄生電感的示意圖，其包括磁化電感和漏電感的位置。磁化電感Lm跨越在初級變壓器繞組的兩端或與初級變壓器繞組并聯(lián)。Lm所抽取的電流表示對變壓器的鐵芯進(jìn)行磁化所需的電流。變壓器通常被設(shè)計(jì)成使得Lm的值最大化，因?yàn)長m的值越大，存儲電流越小。然而在正向升壓型轉(zhuǎn)換器中，小的Lm值在部分轉(zhuǎn)換器周期期間存儲能量方面是有用的。
[0053]可以因此有意地減小Lm，以便增加變壓器的能量存儲容量。在這方面，與傳統(tǒng)反激式(flyback)DC至DC轉(zhuǎn)換器相類似。在一個實(shí)施方式中，通過將小的氣隙插入變壓器鐵芯中以增加其磁阻并增加其磁化電流，來減小L?。在正向升壓型轉(zhuǎn)換器的一些實(shí)施方式中，變壓器的磁化電感足夠小以致于不需要額外的存儲電感器，從而減小離散部件的數(shù)量。因此，在一些實(shí)施方式中，圖1A中的存儲電感114是變壓器102的本征或寄生磁化電感，并且不是外部離散電感器。
[0054]在正向升壓型轉(zhuǎn)換器中有用的另一寄生變壓器元件是變壓器的寄生漏電感。漏電感產(chǎn)生自初級繞組與次級繞組之間磁通量的不完美耦合。變壓器的漏電感典型地比其磁化電感小很多。漏電感在圖1B中由與變壓器的次級繞組串聯(lián)的、值為Ls，mK的電感Ls，kes表示。可替換地且等價地，漏電感能夠被示為與初級繞組串聯(lián)的電感。變壓器漏電感通常被認(rèn)為是不期望的寄生部件。然而，在正向升壓型轉(zhuǎn)換器中，漏電感可以被有利地用于與諧振電容Ckes116串聯(lián)以傳遞能量。在一些實(shí)施方式中，變壓器的漏電感足夠大以致于不需要額外的諧振電感，從而減小離散部件的數(shù)量。因此，在一些實(shí)施方式中，圖1A中的電感器Ls，kes是變壓器102的固有漏電感，而不是外部離散電感器。
[0055]再次參照圖1A，開關(guān)104、120和122可以以各種方式被實(shí)施，包括例如功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、BJT (雙極結(jié)型晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、結(jié)型二極管和/或機(jī)械繼電器。在可控開關(guān)的情況中，開關(guān)104、120和122的打開和閉合可由未示出的控制裝置進(jìn)行控制。
[0056]圖1A中所示的示例性轉(zhuǎn)換器100是雙向的。依賴于開關(guān)104、120和122的操作，功率可以被供應(yīng)給端子106和108并在端子110和112處輸出，或者可替換地，功率可以被供應(yīng)給端子110和112并在端子106和108處輸出。電容124和電容126的存在依賴于示例性轉(zhuǎn)換器100中功率流的方向。諸如，如果示例性轉(zhuǎn)換器100僅在端子106和108作為輸入的情況下進(jìn)行操作，則電容1 26可能是不需要的。類似地，如果示例性轉(zhuǎn)換器100僅在端子110和112作為輸入的情況下進(jìn)行操作，則電容124可能是不需要的。然而，在實(shí)際的實(shí)施方式中，期望電容124、126被耦合在每個端子對106、108和110、112兩端?？缭皆谳斎攵俗訉啥说碾娙?如上所述，其可以是106、108或者110、112)不需要必須被提供在轉(zhuǎn)換器電路中，但相反地例如能夠以跨越在電壓源的輸出端子兩端的電容形式。
[0057]圖2是示出了使用反相變壓器的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的示意圖。在圖2的示例性轉(zhuǎn)換器200中，初級側(cè)端子(圖1A中的106和108)是輸入端子，而次級側(cè)端子(圖1A中的110和112)是輸出端子。值為Vs5a的輸入電壓源201被施加到輸入端子，并且值為&的負(fù)載電阻205被耦合在輸出端子的兩端。在該實(shí)施方式中，開關(guān)元件120和122(圖1A)分別被實(shí)施為二極管D2220和D1222。
[0058]使用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記法，變壓器202每個繞組的極性由黑點(diǎn)表示。在圖2所示的示例性實(shí)施方式中，變壓器202的繞組被反相布置。然而，在另一實(shí)施方式中，繞組可以被同相布置。雖然在圖2中將變壓器202示為磁芯變壓器，但是在另一實(shí)施方式中，其可以是空氣芯變壓器。在示例性轉(zhuǎn)換器200中，存儲電感Lstck214完全由變壓器202的本征磁化電感構(gòu)成，并且不存在外部存儲電感器。而且在該實(shí)施方式中，諧振電感Ls，kes218完全由值為LSjEAK的變壓器202的本征漏電感構(gòu)成，并且不存在外部諧振電感器。
[0059]可選地，存在耦合跨越在變壓器202的初級繞組兩端的“限制器(snubber)”電路207。限制器電路207被設(shè)計(jì)成在初級開關(guān)204閉合時限制初級開關(guān)204上的電壓應(yīng)力。當(dāng)初級開關(guān)204打開時，會因在存儲電感Lstok214中流動的電流的中斷而在初級開關(guān)204兩端產(chǎn)生高電壓。限制器電路207在開關(guān)204閉合時提供電流路徑，并限制開關(guān)204兩端的電壓。限制器電路能夠以各種方式被實(shí)施。
[0060]圖3A是示出了針對圖2中的示例性正向升壓型轉(zhuǎn)換器200的初級繞組和次級繞組中的諧振和存儲電流波形的電流相對時間的圖示。圖3A描述了對于示例性轉(zhuǎn)換器200的完整操作周期而言，變壓器202的初級繞組和次級繞組中的電流分量。圖3A意欲示出通常的波形圖，并且電流和時間的單位是任意的。
[0061]在穩(wěn)態(tài)負(fù)載條件下的時間t=0處，輸出電容224將先前已經(jīng)被充電以達(dá)到值為Vf5出的電壓，并且諧振電容Ckes216將先前已經(jīng)被充電以達(dá)到接近于V^*N的電壓，其中、入是輸入電壓且N是變壓器202的匝數(shù)比。出于說明的目的，選擇Vf5入和N以使得它們的乘積小于Vf5tii且二極管220因此被反向偏置且不導(dǎo)通。在一個實(shí)施方式中，將V1ia*Ν選擇為Vg的大約70%。二極管222通過跨越在諧振電容Ckes116兩端的電壓也被反向偏置。變壓器202的芯將先前已經(jīng)完全被消磁，以便變壓器202的初級繞組和次級繞組中的電流都是零。
[0062]在時間t=0處，初級開關(guān)204閉合以開始其導(dǎo)通周期，并且初級繞組中的電流(Ip)開始從零開始進(jìn)行增加。如圖3A所示，對于初級電流而言，存在著兩個分量。第一個分量Ipi在圖3A中被示為“磁化”，其是流過存儲電感Lstok214的存儲電流并且隨著時間(t)線性增加。該電流流過變壓器202的磁化電感，并且用于對變壓器202的芯進(jìn)行磁化。存儲電流不會在次級繞組中創(chuàng)建相應(yīng)的電流或不會向電路的輸出側(cè)進(jìn)行能量傳遞。該存儲電流Ipi由以下公式給出:
【權(quán)利要求】
1.一種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，該轉(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一端子對和所述第二端子對共享公共端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一端子對包括輸入端子對，所述第二端子對包括輸出端子對，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感被耦合到所述電容并在所述第二開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感耦合到所述電容并在所述第三開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一端子對包括輸出端子對，所述第二端子對包括輸入端子對，所述第一電感在所述第一開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感被耦合到所述電容并在所述第二開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間存儲來自所述輸入端子對的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感和所述電容在所述第一開關(guān)的所述導(dǎo)通周期期間將能量傳遞到所述輸出端子對。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感通過變壓器耦合到所述電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第一電感包括所述變壓器的磁化電感。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述第二電感包括所述變壓器的漏電感。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述變壓器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。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，所述變壓器還包括第三繞組。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器， 所述變壓器還包括第三繞組， 所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器還包括第四開關(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，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。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器， 所述變壓器還包括第三繞組， 所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器還包括: 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。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器還包括下述中的一者或多者: 耦合在所述第一端子對兩端的電容；以及 耦合在所述第二端子對兩端的電容。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中，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)生隨時間變化的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一開關(guān)在所述電壓處于震蕩最小值處時進(jìn)入所述導(dǎo)通周期。
19.一種稱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)換器的操作方法,該轉(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)；電容，耦合到第二電路路徑中的第二電感和第三電流電路路徑中的所述第一電感；第二開關(guān)和第三開關(guān)，所述方法包括: 閉合所述第一開關(guān)以在所述第一開關(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； 閉合所述第二開關(guān)以在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成在所述第二電路路徑或所述第三電路路徑與所述第二端子對之間的電路，以將能量傳遞到所述第二端子對； 閉合所述第三開關(guān)以在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑，以將能量傳遞到所述電容。
20.—種設(shè)備,包括: 開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，稱合在第一端子對與第二端子對之間，該轉(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)；電容，耦合到第二電路路徑中的第二電感和第三電流電路路徑中的所述第一電感；第二開關(guān)和第三開關(guān)； 用于閉合所述第一開關(guān)以在所述第一開關(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的裝置； 用于閉合所述第二開關(guān)以在所述第二開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑與所述第二端子對之間的電路以將能量傳遞到所述第二端子對的裝置； 用于閉合所述第三開關(guān)以在所述第三開關(guān)的導(dǎo)通周期期間完成所述第二電路路徑或所述第三電路路徑以將能量傳遞到所述電容的裝置。
21.一種在開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行能量傳遞的方法，該方法包括: 通過基本上線性變化的電流在電感與第一端子對之間傳遞能量； 以及以下步驟之一: 通過基本上半正弦的電流脈沖在電容與第二端子對之間諧振地傳遞能量，并通過基本上線性變化的電流在所述電感與所述電容之間傳遞能量， 以及 將所述電容諧振半個正弦周期，并通過基本上線性變化的電流在所述電感與所述第二端子對之間傳遞能量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，該方法包括: 在正向方向上操作所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中將能量從所述第一端子對傳遞到所述第二端子對。
23.根據(jù)權(quán)利 要求21所述的方法，該方法還包括: 在反向方向上操作所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中將能量從所述第二端子對傳遞到所述第一端子對。
【文檔編號】H02M3/335GK103715903SQ201310468094
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月9日
【發(fā)明者】G·斯卡拉特秀, R·K·奧爾, E·凱斯 申請人:索蘭托半導(dǎo)體公司