專利名稱：零電壓零電流開關(guān)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及功率變換器方面。
背景技術(shù)：
本節(jié)中的陳述僅提供與本公開內(nèi)容有關(guān)的背景信息，并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
開關(guān)功率變換器通常通過操作開關(guān)元件將直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換為交流 (AC)電壓，然后采用整流器和平滑電路將AC電壓轉(zhuǎn)換回DC電壓?？刂?電路可以控制開關(guān)元件的占空比。開關(guān)功率變換器通過改變開關(guān)元件的占空
比來確定。
隨著較新的集成電路可以在更小的封裝中提供更多的電子功能，必須使 功率變換器變得更小。 一種減小功率變換器尺寸的方式是提高開關(guān)元件的工 作頻率。然而，隨著開關(guān)元件頻率的提高，功率變換器的功率損耗也隨之增 加。提高開關(guān)元件的頻率趨向于增加功率變換器所產(chǎn)生的電磁干擾。
為了最小化與開關(guān)元件的頻率提高相關(guān)聯(lián)的不利方面，希望開關(guān)元件在 其電壓和/或電流變?yōu)榱銜r(shí)接通和斷開。通過使用功率晶體管作為開關(guān)元件， 與功率晶體管相關(guān)聯(lián)的寄生輸出電容可以用來與隔離變壓器的寄生漏感一
起建立共振LC電路。共振LC電路使與功率晶體管相關(guān)聯(lián)的電流和電壓表 現(xiàn)為迫使該電流和電壓通過零點(diǎn)的正弦曲線波形。然后功率晶體管在正弦曲 線波形的零點(diǎn)處接通或斷開。這使得元件斷開時(shí)下降電流與上升電壓的重疊 以及元件接通時(shí)上升電流與下降電壓的重疊最小化。這種類型的開關(guān)經(jīng)常稱 為軟開關(guān)，而傳統(tǒng)的開關(guān)經(jīng)常稱為硬開關(guān)。在采用任一開關(guān)類型的傳統(tǒng)全橋變換器中，當(dāng)開關(guān)元件接通和斷開時(shí)，
在變換器的整流器部分中產(chǎn)生續(xù)流電流(freewheeling current)。續(xù)流電流 使相對(duì)較高的反向恢復(fù)電流在開關(guān)元件之一接通時(shí)通過整流器之一，并在另 一開關(guān)元件接通時(shí)通過另一個(gè)整流器。反向恢復(fù)電流在阻塞二極管(blocking diode)處引起電壓尖峰。反向恢復(fù)電流還引起整流器的溫度升高，這相應(yīng) 地增加了反向恢復(fù)電流和在那個(gè)二極管處的相應(yīng)的電壓尖峰。最終，電壓尖 峰上升到超出變壓器次級(jí)側(cè)所使用的典型輸出整流器的額定值的水平。
限制續(xù)流電流和相應(yīng)的電壓尖峰的 一種嘗試已經(jīng)在變換器輸出端處的 電壓軌之間使用了 二極管。由于二極管上的電壓應(yīng)力明顯小于輸出整流器上 的電壓應(yīng)力，因此將該二極管置于使其可以被用作續(xù)流二極管(freewheeling diode)的有利位置。當(dāng)電橋的開關(guān)元件都斷開時(shí)，輸出電流流經(jīng)續(xù)流二極 管，并且因此而減少或限制了通過整流器的反向恢復(fù)電流。然而，傳統(tǒng)的輸 出電感線圈或扼流圈(choke)不能保證所有輸出電流都流經(jīng)被置于電壓軌 之間的續(xù)流二極管。在通常情況下，大多數(shù)續(xù)流電流流經(jīng)輸出整流器而不是 流經(jīng)續(xù)流二極管。這導(dǎo)致通過輸出整流器的反向恢復(fù)電流更高。
限制續(xù)流電流的另 一種嘗試采用了第 一端連接到初級(jí)電感線圈的次級(jí) 電感線圈和連接到該次級(jí)電感線圈第二端的二極管。當(dāng)沒有電壓施加到隔離 電3各的初級(jí)側(cè)時(shí)，該次級(jí)電感線圈禁止電流流經(jīng)整流器對(duì)。
一種最小化由于反向恢復(fù)電流引起的損耗的替代方法是實(shí)現(xiàn)超前橋臂 開關(guān)元件零電壓時(shí)開關(guān)和滯后橋臂開關(guān)元件零電流時(shí)開關(guān)的軟開關(guān)。這種電 路經(jīng)常被稱為零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS)變換器。圖1示出傳統(tǒng)的ZVZCS 全橋變換器。傳統(tǒng)的ZVZCS變換器使用與輸出扼流圏N3同相的耦合扼流 圈N4。 二極管Dd的陰極連接到N3的第一側(cè)。Dd的陽極連接到N4的第一 側(cè)。電容器Ch連接到Dd的陽極和輸出電路的負(fù)軌。二極管Dc的陰極連接 到N4的第二側(cè)，Dc的陽極連接到輸出電路的負(fù)軌。Df的陰極連接到Dd 的陰極，Df的陽極連接到輸出電路的負(fù)軌。在有源階段期間通過N4的諧振 漏感對(duì)Ch進(jìn)行充電。在續(xù)流階段期間，Ch放電，使流經(jīng)初級(jí)側(cè)的電流重置為零。雖然該電路是有效的，但其需要很多元件，這就限制了最小化電路尺 寸的能力。

發(fā)明內(nèi)容
一種功率變換器電路，包括輸入開關(guān)電路、隔離電路、包括至少一對(duì)整 流器的整流器電路以及輸出電路。所述輸入開關(guān)電路接收第 一 電壓并產(chǎn)生
AC電壓。所述隔離電路具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，所述初級(jí)側(cè)-故配置為乂人所述 輸入開關(guān)電路接收所述AC電壓。所述次級(jí)側(cè)與所述整流器電路和所述輸出 電路相連。所述輸出電路包括次級(jí)電感線圈和二極管。所述次級(jí)電感線圈與 初級(jí)電感線圈和所述整流器電if各相連，或與初級(jí)電感線圈和所述次級(jí)側(cè)相 連。所述二極管與所述初級(jí)電感線圈、所述次級(jí)電感線圈和所述整流器電路 相連。當(dāng)沒有電壓施加到所述隔離電路的初級(jí)側(cè)時(shí)，所述次級(jí)電感線圈能夠 禁止電流流經(jīng)所述整流器電路，并迫使電流流經(jīng)所述二極管。
根據(jù)其它特征，所述二極管可以是超快二極管和肖特基二極管中的 一種。 所述初級(jí)電感線圈和所述次級(jí)電感線圈可以#皮耦合。所述初級(jí)電感線圈和所述 次級(jí)電感線圈可以-故纏繞在公共的環(huán)形磁芯上。根據(jù)其它特征，所述初級(jí)電感 線圈具有第一匝數(shù)，所述次級(jí)電感線圈具有第二匝數(shù)。所述第二匝數(shù)可以小于 所述第一匝數(shù)。所述第一匝數(shù)可以至少為所述第二匝數(shù)的五倍。
根據(jù)其它特征，所述輸入開關(guān)電路包括位于所述輸入開關(guān)電路的超前橋臂 上的第一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電路的滯后橋臂的第二組開關(guān)元件。所 述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通，并且所述第二組在零電流點(diǎn)處轉(zhuǎn)換為斷開。
根據(jù)其它特征，所述輸入電路包括開關(guān)元件，并且當(dāng)沒有電壓施加到所述 開關(guān)元件的控制端子時(shí)，所述次級(jí)電感線圈能夠禁止電流流經(jīng)所述輸入開關(guān)電 路。所述初級(jí)電感線圈感應(yīng)產(chǎn)生所述次級(jí)電感線圈兩端的電壓。根據(jù)其它特征， 所述二極管包括陽極和陰極，所述陽極與所述整流器相連，并且所述陰極與所 述次級(jí)電感線圈相連。所述陰極與所述初級(jí)電感線圏相連。所述陽極與所述初 級(jí)電感線圈相連。所述二極管包括陽極和陰極，所述陽極與所述次級(jí)電感線圈相連，并且所述陰極可以與所述隔離電路的次級(jí)側(cè)相連。所述陰極可以與所述 初級(jí)電感線圈相連。
一種零電壓零電流開關(guān)(zvzcs)功率變換器電路，包括具有開關(guān)元件的 輸入開關(guān)電路，所述輸入開關(guān)電路接收第一電壓并產(chǎn)生AC電壓。隔離電路包 括初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)。所述初級(jí)側(cè)從所述輸入開關(guān)電路接收所述AC電壓。整流 器電路與所述隔離電路的次級(jí)側(cè)相連，并包括至少一對(duì)整流器。位于所述隔離 電路的次級(jí)側(cè)的輸出電路包括次級(jí)電感線圈，其與所述整流器和所述隔離電 路的次級(jí)側(cè)中的一個(gè)以及初級(jí)電感線圈相連。二極管與所述初級(jí)電感線圈、所 述次級(jí)電感線圈和所述整流器電路相連。當(dāng)沒有電壓施加到所述開關(guān)元件的控 制端子時(shí)，所述次級(jí)電感線圈禁止電流流經(jīng)所述輸入開關(guān)電路。
根據(jù)其它特征，所述二極管可以是超快二極管和肖特基二極管中的一種。 所述初級(jí)電感線圏和所述次級(jí)電感線圈可以被耦合。所述初級(jí)電感線圈和所述 次級(jí)電感線圈可以被纏繞在7>共的環(huán)形磁芯上。在某些實(shí)施例中，所述初級(jí)電 感線圈具有第一匝數(shù)，所述次級(jí)電感線圈具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小于所 述第一匝數(shù)。所述第一匝數(shù)可以至少為所述第二匝數(shù)的五倍。
根據(jù)其它特征，當(dāng)沒有電壓施加到所述隔離電路的初級(jí)側(cè)時(shí)，所述二極管 禁止電流流經(jīng)所述整流器電路，并迫使電流通過所述二極管。所述開關(guān)元件包 括位于所述輸入開關(guān)電路的超前橋臂上的第一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電 路的滯后橋臂的第二組開關(guān)元件。所述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通。所述 第二組在零電流點(diǎn)處切換為斷開。所述初級(jí)電感線圈感應(yīng)產(chǎn)生所述次級(jí)電感線 圈兩端的電壓。所述二極管包括陽極和陰極，所述陽極與所述整流器電路相連， 并且所述陰極與所述次級(jí)電感線圈相連。所述陰^L與所述初級(jí)電感線圈相連。 所述陽極與所述初級(jí)電感線圈相連。所述二極管包括陽極和陰極，所述陽極可 以與所述次級(jí)電感線圈相連，并且所述陰極與所述隔離電路的次級(jí)側(cè)相連。所 述陽極可以與所述初級(jí)電感線圈相連。所述陰極可以與所述初級(jí)電感線圈相連。
一種功率變換器電路，包括位于所述變換器電路的輸出端處的初級(jí)電感 線圏，與所述初級(jí)電感線圈相連的反激式能量耗散電路，和與所述初級(jí)電感線
10圈及所述反激式能量耗散電路相連的次級(jí)電感線圈。所述初級(jí)電感線圈感應(yīng)產(chǎn) 生所述次級(jí)電感線圈兩端的電壓，在所述電壓被感應(yīng)時(shí)，使反激能量流經(jīng)所述 反激式能量耗散電路。
根據(jù)某些特征，所述初級(jí)電感線圈具有第一匝數(shù)，并且所述次級(jí)電感線圈 具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小于所述第一匝數(shù)。所述第一匝數(shù)可以至少為所 述第二匝數(shù)的五倍。
根據(jù)其它特征，輸入開關(guān)電路接收輸入電壓并產(chǎn)生AC信號(hào)輸出信號(hào)。所 述次級(jí)電感線圈禁止電流流經(jīng)所述輸入電路。所述輸入開關(guān)電路包括位于所述 輸入開關(guān)電路的超前橋臂上的第 一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電路的滯后橋 臂的第二組開關(guān)元件。所述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通。所述第二組在零
電流點(diǎn)處切換為斷開。隔離電路具有輸入側(cè)和輸出側(cè)，所述輸入側(cè)與所述輸入 開關(guān)電路相連。整流器電路與所述隔離電路的輸出側(cè)相連。所述整流器電路包 括至少一對(duì)整流器。所述反激式能量耗散電路包括具有第一端和第二端的二極 管，所述第一端與所述初級(jí)電感線圈相連。所述二極管的第一端可以是陰極， 并且所述二極管的第二端可以是陽極。所述陰極與所述次級(jí)電感線圏相連。所 述陽極與所述次級(jí)電感線圏相連。
根據(jù)其它特征，所述二極管的第一端是陽極，并且所述二極管的第二端是 陰極。所述陽極與所述次級(jí)電感線圈相連。所述陰極與所述次級(jí)電感線圈相連。
根據(jù)其它特征，所述二極管可以是超快二極管和肖特基二極管中的一種。 所述初級(jí)電感線圈和所述次級(jí)電感線圏可以^皮耦合。所述初級(jí)電感線圈和所述 次級(jí)電感線圈可以被纏繞在公共的環(huán)形磁芯上。在某些實(shí)施例中，所述初級(jí)電 感線圏具有第一匝數(shù)，并且所述次級(jí)電感線圈具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小 于所述第一匝數(shù)。所述第一匝數(shù)可以至少為所述第二匝數(shù)的五倍。
從這里所提供的描述，進(jìn)一步的適用領(lǐng)域?qū)⒆兊们宄?yīng)當(dāng)理解，說明書 和具體的例子僅僅是為了圖示的目的，并不意圖限制本公開內(nèi)容的范圍。


這里所描述的附圖僅出于示例的目的，并不意圖以任何方式限制本公開 內(nèi)容的范圍。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS)變換器的電路圖； 圖2是橋式隔離降壓變換器的框圖； 圖3是與圖2的框圖相對(duì)應(yīng)的電路圖4A是示出流經(jīng)傳統(tǒng)零電壓開關(guān)(ZVS)變換器初級(jí)側(cè)的電流與時(shí)間 的關(guān)系的圖4B是示出流經(jīng)圖3的電路圖的初級(jí)繞組的電流與時(shí)間的關(guān)系的圖4C是示出圖3的電路的初級(jí)繞組的電壓和電流與時(shí)間的關(guān)系的圖4D是示出流經(jīng)圖3的電路中整流器部分的整流器的電流和流經(jīng)續(xù)流 二極管的電流與時(shí)間的關(guān)系的圖4E是示出圖3的電路的逆變器部分的滯后橋臂兩端的電壓和流經(jīng)該 滯后橋臂的電流與時(shí)間的關(guān)系的圖5A是圖3的電路的替代實(shí)施例的電路圖5B是圖3的電路的第二替代實(shí)施例的電路圖5C是圖3的電路的第三替代實(shí)施例的電路圖6A是可以與圖5和圖5A-5C的電路一起使用的耦合電感線圈的繞組
圖；和
圖6B是圖6A的耦合電感線圈的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意圖限制本公開內(nèi)容、本應(yīng)用或 本用法。應(yīng)當(dāng)理解，在整個(gè)附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指代相同或相應(yīng)的部件 或特征。
現(xiàn)在參見圖2，圖2示出橋式隔離降壓變換器10的框圖。輸入電壓Vin 被施加到輸入電路12,輸入電路12對(duì)輸入電壓Vin執(zhí)行預(yù)定義的功能。輸
12入電路12產(chǎn)生被施加到隔離電路14的輸出，隔離電路14接著產(chǎn)生被施加
到輸出電路16的輸入。輸出電路16接收該輸入，并產(chǎn)生電壓輸出Vo。對(duì) 于該公開內(nèi)容，以非限制性例子的方式將輸入電路12描述為諸如全橋開關(guān)
電路之類的橋式開關(guān)電路。這里的描述等同地適用于任何橋式電路，包括半 橋配置和推挽式配置。以非限制性例子的方式針對(duì)隔離變壓器來描述隔離電
路14。以非限制性例子的方式針對(duì)降壓變換器來描述輸出電路16。雖然如 針對(duì)圖2所討論的那樣來描述本公開內(nèi)容，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到， 本公開內(nèi)容的主題可以等同地應(yīng)用于各種功率變換器技術(shù)，包括AC-DC變 換器和DC-DC變換器。當(dāng)結(jié)合若干已知變換器技術(shù)中的任意一種來配置輸 出電路16時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這里所描述的公開內(nèi)容的適 應(yīng)性，其中已知的變換器技術(shù)包括但不限于硬開關(guān)全橋變換器、ZVS全橋變 換器、推挽式變換器、或中心抽頭或橋式整流器降壓變換器。
圖3示出與用于描述各種實(shí)施例的圖2的框圖相對(duì)應(yīng)的電路圖。電壓輸 入Vin施加在輸入電路的相應(yīng)正軌18和負(fù)軌20之間。這里所定義的橋式開 關(guān)電路12是包括開關(guān)Ql、 Q2、 Q3、 Q4的全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)稱為超前橋臂 的開關(guān)Ql和Q4串聯(lián)在電壓軌18、 20之間。統(tǒng)稱為滯后橋臂的開關(guān)Q2和 Q3串聯(lián)在電壓軌18、 20之間。圖3所示的開關(guān)被示為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，諸如絕緣柵 雙極晶體管(IGBT)之類的其它開關(guān)配置也可以用來提供橋式開關(guān)電路12。 如本領(lǐng)域眾所周知的，開關(guān)Ql和Q2成對(duì)工作，并且開關(guān)Q3、 Q4成對(duì)工 作，以便將進(jìn)入的DC信號(hào)Vin轉(zhuǎn)換為被施加到隔離電路14的初級(jí)側(cè)的AC 信號(hào)。
在一些實(shí)施例中，隔離電路14被具體化為隔離變壓器T1。隔離變壓器 Tl包括連接到橋式開關(guān)電路12的初級(jí)側(cè)32和連接到輸出電路16的次級(jí)側(cè) 34。 Tl包括初級(jí)繞組33和次級(jí)繞組36,次級(jí)繞組36包括一對(duì)中心抽頭的 次級(jí)繞組36a、 36b。次級(jí)36的中心抽頭規(guī)定了輸出電壓Vo的基準(zhǔn)。
如上所述，輸出電路16被具體化為降壓變換器。該降壓變換器包括連接到相應(yīng)的次級(jí)繞組36a、 36b的抽頭對(duì)端的一對(duì)輸出整流器Dl、 D2。各輸 出整流器D1、 D2的陽極連接到次級(jí)繞組36a、 36b的相應(yīng)端。各輸出整流 器D1、 D2的陰極連接到正壓軌50。
初級(jí)電感線圈Nl也稱為輸出扼流圈，其連接到負(fù)壓軌48和反激式能 量耗散電路51,反激式能量耗散電路51可以包括具有陽極和陰極的二極管 D3。更具體地說，Nl可以連接到負(fù)壓軌48和二極管D3的陽極。輸出扼流 圈Nl包括磁芯52a。 D3的陰極連接到正壓軌50。在一些實(shí)施例中，二極管 D3為超快二極管或肖特基二極管。超快二極管將通過二極管D3的反向恢復(fù) 電流最小化，而肖特基二極管消除通過二極管D3的反向恢復(fù)電流。然而， 應(yīng)當(dāng)注意到，肖特基二極管固有地具有比可比較的超快二極管低的反向擊穿 電壓。因此，當(dāng)為二極管D3選擇二極管類型時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到二極管D3兩 端的反向電壓的幅度。
次級(jí)繞組N2的一端連接到Nl,另一端連接到次級(jí)繞組36的中心抽頭。 次級(jí)繞組N2包括磁芯52b。繞組Nl和N2共用 一公共磁芯，該磁芯一般被 稱為磁芯52。繞組N2可以具有比繞組N1少的匝數(shù)，以最小化對(duì)變換器IO 的零電壓開關(guān)(ZVS)的不利影響。在各種實(shí)施例中，可以使用5:1的比率 來確定繞組N1的匝數(shù)與繞組N2的匝數(shù)。輸出電容器Co跨接到輸出Vo的 負(fù)壓軌48和正壓軌50。
以傳統(tǒng)的方式控制開關(guān)元件Ql-Q4以在變換器的超前橋臂(Ql、 Q4) 上實(shí)現(xiàn)ZVS。當(dāng)開關(guān)Q1-Q4斷開時(shí)，輸出^fe流圈Nl兩端的電壓在次級(jí)繞組 N2中產(chǎn)生感應(yīng)。由于與Tl的初級(jí)側(cè)32相關(guān)聯(lián)的漏感，導(dǎo)致N2兩端感應(yīng) 產(chǎn)生的電壓將環(huán)電流置為零。這樣，N2兩端的感應(yīng)電壓將初級(jí)電流重置為 零。當(dāng)初級(jí)電流被重置為零時(shí)，沒有電流流經(jīng)輸入電路12的滯后橋臂(Q2、 Q3),因此該電路也在零電流時(shí)開關(guān)。所以這里公開的電路一般被描述為 零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS)變換器。
N2兩端的感應(yīng)電壓將偏置Dl和D2反轉(zhuǎn)，^使續(xù)流電流流經(jīng)D3而不是 Dl或D2。因此，在Ql-Q2或Q3-Q4切換之前，流經(jīng)Dl和D2的電流被最小化。因此，通過Dl和D2的反向恢復(fù)電流被最小化，并且在某些情況下 —皮消除。最小化通過Dl和D2的反向恢復(fù)電流還降^氐了 Dl兩端和D2兩端 的電壓尖峰，這改進(jìn)了功率變換器的效率。由于D3兩端的電壓低于Dl兩 端或D2兩端的電壓，因此肖特基二極管可以用作D3，以最小化并在某些情 況下消除通過D3的反向恢復(fù)電流。
采用零電壓開關(guān)控制方案的傳統(tǒng)軟開關(guān)變換器可能具有由電源變壓器 的寄生電感引起的占空比損耗。這里公開的電路通過在續(xù)流階段期間將初級(jí) 電流重置為零來降低占空比損耗。更具體地說，當(dāng)開關(guān)Q1-Q4接通時(shí)，初 級(jí)電流從零而不是從正值或負(fù)值逐漸上升，這降低了占空比損耗。
圖4A示出流經(jīng)傳統(tǒng)ZVS變換器初級(jí)側(cè)的電流與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)傳統(tǒng) ZVS變換器的開關(guān)元件接通和斷開時(shí)，初級(jí)電流只有在其反轉(zhuǎn)極性時(shí)的短暫 時(shí)間段內(nèi)為零。因此，當(dāng)電流不處于零點(diǎn)時(shí)，在示于100和102處的過渡階 段期間，出現(xiàn)反向恢復(fù)電流。
圖4B示出流經(jīng)變換器Tl初級(jí)繞組33的電流與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)變換器 10的開關(guān)元件Ql-Q4接通和斷開時(shí)，電流在如106和108處所示的延長(zhǎng)的 時(shí)間段內(nèi)被最小化。這樣在延長(zhǎng)的時(shí)段期間，反向電流被最小化，并且在某 些情況下被消除。因此，每半個(gè)周期，電流重置為零。
圖4C示出這里公開的電路的波形。110處示出變壓器Tl的初級(jí)繞組 33的電壓與時(shí)間的關(guān)系，而112處示出變壓器Tl的初級(jí)繞組33的電流與 時(shí)間的關(guān)系。如圖4C所示，當(dāng)變壓器Tl的初級(jí)繞組33的電壓從正切換為 負(fù)時(shí)，初級(jí)繞組33的電壓110在114處所示的切換期間的第一續(xù)流階段為 零。在第一續(xù)流階段期間，初級(jí)電流112逐漸變?yōu)榱?，?16處所示。118 處為當(dāng)進(jìn)行從負(fù)到正的切換時(shí)初級(jí)變壓器的電壓為零的第二續(xù)流階段。在第 二階段期間，初級(jí)電流逐漸變?yōu)榱悖?20處所示。因此，當(dāng)初級(jí)側(cè)的電壓 反轉(zhuǎn)極性時(shí)，反向電流被最小化，并且在某些情況下被消除。
圖4D示出這里所公開電路的波形。130處示出流經(jīng)D2的電流與時(shí)間 的關(guān)系，而132處示出流經(jīng)D3的電流與時(shí)間的關(guān)系。如134處所示，流經(jīng)
15D2的電流在變換器的續(xù)流階段期間逐漸變?yōu)榱?。另外，在續(xù)流階段期間，
流經(jīng)D3的電流逐漸上升。因此，在續(xù)流階段期間，續(xù)流電流被迫使經(jīng)過D3 而不是D2。
圖4E示出這里所公開電路的波形。140處示出輸入電路12滯后橋臂的 開關(guān)元件的漏極和源極之間的電壓與時(shí)間的關(guān)系。14 2處示出流經(jīng)同 一 開關(guān) 元件的電流與時(shí)間的關(guān)系。如圖所示，在144處該開關(guān)元件的電壓切換為 Vin+，表示開關(guān)元件從接通到斷開的切換。當(dāng)該開關(guān)元件切換時(shí)，流經(jīng)該開 關(guān)元件的電流為零，如146處所示。因此，該電路在輸入電路12的滯后橋 臂上電流為零時(shí)開關(guān)。
圖5A示出ZVZCS電路的第二實(shí)施例。各輸出整流器Dl、 D2的陰極 連接到次級(jí)繞組36a、 36b的相應(yīng)端。各輸出整流器D1、 D2的陽極彼此連 接。初級(jí)電感線圏Nl的一端連接到正壓軌50和二極管D3的陽極。D3的 陰極連接到負(fù)壓軌48。次級(jí)繞組N2的一端連接到D3的陽極，并在相應(yīng)的 相點(diǎn)連接到Nl。 N2的另 一端連接到Dl和D2的陽極。輸出電容器Co連接 到負(fù)壓軌48和Nl的另 一端。
圖5B示出ZVZCS電路的第三實(shí)施例。各輸出整流器D1、 D2的陰極 連"l妻到次級(jí)繞組36a、 36b的相應(yīng)端。各輸出整流器Dl、 D2的陽才及」波此連 才妻。初級(jí)電感線圏Nl的一端連4妻到正壓4九50,另一端連4妄到Dl、 D2和 D3的陽極。D3的陰極連接到負(fù)壓軌48和次級(jí)繞組N2的一端。N2的另一 端連接到次級(jí)繞組36的中心抽頭。輸出電容器Co跨接輸出V。的負(fù)壓軌48 和正壓4九50。
圖5C示出ZVZCS電路的第四實(shí)施例。各輸出整流器Dl、 D2的陰極 連接到次級(jí)繞組36a、 36b的相應(yīng)端。各輸出整流器D1、 D2的陽極彼此連 接，并連接到次級(jí)電感線圈N2的一端。N2的另一端連接到D3的陽極。D3 的陰極連4姿到初級(jí)電感線圈Nl的一端和次級(jí)繞組36的中心抽頭。Nl的另 一端連接到負(fù)壓軌48和輸出電容器Co的一端。Co的另一端連接到正壓軌 50。現(xiàn)在參見圖6A,圖6A針對(duì)耦合電感線圈Nl和N2示出幾個(gè)實(shí)施例之 一。圖6A的實(shí)施例使耦合電感線圈Nl和N2的漏感最小化。耦合電感線圈 Nl的繞組和N2的繞組可以以相同的方向纏繞在石茲芯52上，并且其中 一個(gè) 繞組處于另一繞組之上。^磁芯52可以是環(huán)形磁芯。繞組N1包括第一端1S 和第二端1F。繞組N2包括第一端2S和第二端2F。
現(xiàn)在參見圖6B,圖6B示出圖6A的耦合電感線圈的示意圖。該示意圖 包括與圖3和圖5A-5C的示意圖中所示的相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相點(diǎn)。因此，該相點(diǎn) 指示如何將圖6A的耦合電感線圈Nl和N2連接到圖3和圖5A-5C的電路。
根據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在能夠理解，可以以各種形式來實(shí)施 各種實(shí)施例的 一般教導(dǎo)。所以，雖然已經(jīng)結(jié)合特定的例子描述了各種實(shí)施例， 但由于本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說明書和權(quán)利要求書之后將容易得出其 它變形，因此本教導(dǎo)的真實(shí)保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被局限于所描述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種功率變換器電路，包括輸入開關(guān)電路，所述輸入開關(guān)電路接收第一電壓并產(chǎn)生AC電壓；具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的隔離電路，所述初級(jí)側(cè)被配置為從所述輸入開關(guān)電路接收所述AC電壓；與所述隔離電路的次級(jí)側(cè)相連的整流器電路，所述整流器電路包括至少一對(duì)整流器；和位于所述隔離電路的次級(jí)側(cè)的輸出電路，所述輸出電路包括次級(jí)電感線圈，其與所述整流器電路和所述隔離電路的次級(jí)側(cè)中的一個(gè)以及初級(jí)電感線圈相連；和二極管，其與所述初級(jí)電感線圈、所述次級(jí)電感線圈和所述整流器電路相連，其中當(dāng)沒有電壓施加到所述隔離電路的初級(jí)側(cè)時(shí)，所述次級(jí)電感線圈禁止電流流經(jīng)所述整流器電路，并迫使電流流經(jīng)所述二極管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述二極管為超快二極管 和肖特基二極管中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圈和所述 次級(jí)電感線圈被耦合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圈和所述 次級(jí)電感線圏^fe纏繞在環(huán)形；茲芯上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圈具有第 一匝數(shù)，所述次級(jí)電感線圈具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小于所述第一匝數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率變換器電路，其中所述第一匝數(shù)至少為所述 第二匝數(shù)的五倍。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述輸入開關(guān)電路包括位 于所述輸入開關(guān)電路的超前橋臂上的第 一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電路的 滯后橋臂的第二組開關(guān)元件，所述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通，并且所述第二組在零電流點(diǎn)處切換為斷開。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述輸入電路包括開關(guān)元 件，并且當(dāng)沒有電壓施加到所述開關(guān)元件的控制端子時(shí)，所述次級(jí)電感線圈禁 止電流流經(jīng)所述輸入開關(guān)電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圈感應(yīng)產(chǎn)生所述次級(jí)電感線圈兩端的電壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述二極管包括陽極和 陰極，所述陽極與所述整流器電^4目連，并且所述陰;f及與所述次級(jí)電感線圈相連。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的功率變換器電路，其中所述陰極與所述初級(jí)電 感線圈相連。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的功率變換器電路，其中所述陽極與所述初級(jí)電 感線圈相連。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器電路，其中所述二極管包括陽極和 陰極，所述陽極與所述次級(jí)電感線圈相連，并且所述陰極與所述隔離電路的次 級(jí)側(cè)相連。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率變換器電路，其中所述陽極與所述初級(jí)電 感線圈相連。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率變換器電路，其中所述陰極與所述初級(jí)電 感線圈相連。
16、 一種零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS)功率變換器電路，包括 具有開關(guān)元件的輸入開關(guān)電路，所述輸入開關(guān)電路接收第一電壓并產(chǎn)生AC電壓；具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的隔離電路，所述初級(jí)側(cè)被配置為從所述輸入開關(guān)電 路接收所述AC電壓；與所述隔離電路的次級(jí)側(cè)相連的整流器電路，所述整流器電路包括至少一 對(duì)整流器；和位于所述隔離電路的次級(jí)側(cè)的輸出電路，所述輸出電路包括次級(jí)電感線圈，其與所述整流器和所述隔離電路的次級(jí)側(cè)中的一個(gè)以及初級(jí)電感線圈相連；和二極管，其與所述初級(jí)電感線圈、所述次級(jí)電感線圈和所述整流器電路相連，其中當(dāng)沒有電壓施加到所述開關(guān)元件的控制端子時(shí)，所述次級(jí)電感線 圈禁止電流流經(jīng)所述輸入開關(guān)電路。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述二極管是 超快二極管和肖特基二極管中的 一種。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感 線圈和所述次級(jí)電感線圈^t耦合。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感 線圈和所述次級(jí)電感線圈^皮纏繞在環(huán)形》茲芯上。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感 線圈具有第一匝數(shù)，所述次級(jí)電感線圏具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小于所述 第一匝數(shù)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述第一匝數(shù) 至少為所述第二匝數(shù)的五倍。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器，其中當(dāng)沒有電壓施加到 所述隔離電路的初級(jí)側(cè)時(shí)，所述二極管禁止電流流經(jīng)所述整流器電路，并迫使 電流通過所述二極管。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器，其中所述開關(guān)元件包括 位于所述輸入開關(guān)電路的超前橋臂上的第一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電路 的滯后橋臂的第二組開關(guān)元件，所述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通，并且所 述第二組在零電流點(diǎn)處切換為斷開。
24、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感 線圈感應(yīng)產(chǎn)生所述次級(jí)電感線圈兩端的電壓。
25、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述二極管包括陽極和陰極，所述陽極與所述整流器電路相連，并且所述陰極與所述次級(jí)電 感線圈相連。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述陰極與所 述初級(jí)電感線圈相連。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述陽極與所 述初級(jí)電感線圈相連。
28、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述二極管包 括陽極和陰極，所述陽極與所述次級(jí)電感線圈相連，并且所述陰極與所述隔離 電路的次級(jí)側(cè)相連。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述陽極與所 述初級(jí)電感線圈相連。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的ZVZCS功率變換器電路，其中所述陰極與所 述初級(jí)電感線圈相連。
31、 一種功率變換器電路，包括 位于所述變換器電路的輸出端處的初級(jí)電感線圈； 與所述初級(jí)電感線圈相連的反激式能量耗散電路；和 與所述初級(jí)電感線圏和所述反激式能量耗散電路相連的次級(jí)電感線圈，所述初級(jí)電感線圏感應(yīng)產(chǎn)生所述次級(jí)電感線圏兩端的電壓，在所述電壓^皮感應(yīng)產(chǎn) 生時(shí)，使反激能量流經(jīng)所述反激式能量耗散電路。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圏具有 第一匝數(shù)，所述次級(jí)電感線圈具有第二匝數(shù)，所述第二匝數(shù)小于所述第一匝數(shù)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的功率變換器電路，其中所述第一匝數(shù)至少為所 述第二匪數(shù)的五倍。
34、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圏和所 述次級(jí)電感線圈被相互耦合。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的功率變換器電路，其中所述初級(jí)電感線圈和所 述次級(jí)電感線圈纏繞在環(huán)形磁芯上。
36、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的功率變換器電路，進(jìn)一步包括輸入開關(guān)電路， 所述輸入開關(guān)電路接收輸入電壓并產(chǎn)生AC信號(hào)輸出信號(hào)，其中所述次級(jí)電感 線圈禁止電流流經(jīng)所述輸入電if各。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的功率變換器電路，其中所述輸入開關(guān)電路包括 位于所述輸入開關(guān)電路超前橋臂上的第一組開關(guān)元件，和所述輸入開關(guān)電路的 滯后橋臂的第二組開關(guān)元件，所述第一組在零電壓點(diǎn)處切換為接通，并且所述 第二組在零電流點(diǎn)處切換為斷開。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37所述的功率變換器電路，進(jìn)一步包括具有輸入側(cè)和輸 出側(cè)的隔離電路，所述輸入側(cè)與所述輸入開關(guān)電路相連。
39、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的功率變換器電路，進(jìn)一步包括與所述隔離電路 的輸出側(cè)相連的整流器電路，所述整流器電路包括至少一對(duì)整流器。
40、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的功率變換器電路，其中所述反激式能量耗散電 路包括具有第一端和第二端的二極管，所述第一端與所述初級(jí)電感線圈相連。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的功率變換器電路，其中所述二極管是超快二極 管和肖特基二極管中的 一種。
42、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的功率變換器電路，其中所述二極管的第一端為 陰極，所述二極管的第二端為陽極。
43、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的功率變換器電路，其中所述陰極與所述次級(jí)電 感線圈相連。
44、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的功率變換器電路，其中所述陽極與所述次級(jí)電 感線圈相連。
45、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的功率變換器電路，其中所述二極管的第一端為 陽極，所述二極管的第二端為陰極。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的功率變換器電路，其中所述陽極與所述次級(jí)電 感線圈相連。
47、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的功率變換器電路，其中所述陰極與所述次級(jí)電 感線圏相連。
全文摘要
一種功率變換器電路，包括輸入開關(guān)電路、隔離電路、包括至少一對(duì)整流器的整流器電路以及輸出電路。所述輸入開關(guān)電路接收第一電壓并產(chǎn)生AC電壓。所述隔離電路具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，所述初級(jí)側(cè)被配置為從所述輸入開關(guān)電路接收所述AC電壓。所述次級(jí)側(cè)與所述整流器電路和所述輸出電路相連。所述輸出電路包括次級(jí)電感線圈和二極管。所述次級(jí)電感線圈與初級(jí)電感線圈和所述整流器電路相連，或與初級(jí)電感線圈和所述次級(jí)側(cè)相連。所述二極管與所述初級(jí)電感線圈、所述次級(jí)電感線圈和所述整流器電路相連。當(dāng)沒有電壓施加到所述隔離電路的初級(jí)側(cè)時(shí)，所述次級(jí)電感線圈禁止電流流經(jīng)所述整流器電路，并迫使電流流經(jīng)所述二極管。
文檔編號(hào)H02M1/14GK101479917SQ200780022466
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
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