專利名稱：使用具有整流開(kāi)關(guān)的z型轉(zhuǎn)換器將ac輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的dc輸出電壓的系統(tǒng)和方法
使用具有整流開(kāi)關(guān)的Z型轉(zhuǎn)換器將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2010年9月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)S/N 61/388，334的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容出于所有意圖和目的通過(guò)引用結(jié)合于此。附圖簡(jiǎn)述參考以下描述以及附圖將能更好地理解本發(fā)明的益處、特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖IA是傳統(tǒng)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)的示意圖，而圖IB是繪出圖IA的Z源整流器網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)DC電壓增益因變于占空比的曲線圖；圖2A是傳統(tǒng)準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)的示意圖，而圖2B是繪出圖2A的準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)DC電壓增益因變于占空比的曲線圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的Z源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖4是示出產(chǎn)生用于控制圖3的Z源轉(zhuǎn)換器的切換的Gl和G2的另一控制方法的時(shí)序圖；圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的Z源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖5B是示出具有圖5A的短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件Ml、M2的靜態(tài)特性的曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖9是示出相同或相似的控制機(jī)制可應(yīng)用于Z源轉(zhuǎn)換器配置和準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器配置兩者的Z源轉(zhuǎn)換器的示意性方框圖；以及

圖10-13示出使用根據(jù)本文描述的任何一種配置實(shí)現(xiàn)的Z型轉(zhuǎn)換器的各種電子設(shè)備。詳細(xì)描述本發(fā)明的益處、特征和優(yōu)勢(shì)參照下面的說(shuō)明書(shū)和附圖將變得更容易理解，下面的說(shuō)明書(shū)使得本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員能夠作出和使用本發(fā)明，如同在特定場(chǎng)合及其需要的背景下提供的那樣。然而，優(yōu)選實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)是明顯的，而且可將本文所限定的一般原理應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不旨在局限于本文中示出和描述的特定實(shí)施例，而應(yīng)給予與本文中披露的原理和新穎特征一致的最寬范圍。這里披露了一種給定AC輸入電壓，調(diào)整DC輸出電壓的方法。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)使用具有高切換頻率和調(diào)整的單個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)提供直接AC至DC的功率轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)允許發(fā)光二極管(LED)燈泡的替換。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)可將氮化鎵(GaN)特性用作功率開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)省去了在典型的AC 至經(jīng)調(diào)節(jié)的DC轉(zhuǎn)換器中常見(jiàn)的橋式整流器。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)使用占空比控制以獲得負(fù)載調(diào)整和AC整流。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)使用Z型整流器網(wǎng)絡(luò)，例如Z源整流器網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)。該Z型整流器網(wǎng)絡(luò)是使用“整流開(kāi)關(guān)”控制或切換的。 在一個(gè)實(shí)施例中，具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件被用作整流開(kāi)關(guān)以切換Z型整流器網(wǎng)絡(luò)。 在另一實(shí)施例中，串聯(lián)耦合的二極管和電子開(kāi)關(guān)一同被用作整流開(kāi)關(guān)以切換Z型整流器網(wǎng)絡(luò)。在本文所述的實(shí)施例中，每個(gè)整流開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)例示為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體、場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。然而要理解，也可使用其它類(lèi)型電子開(kāi)關(guān)，例如其它類(lèi)型的FET器件(例如P溝道MOSFET、NFET、PFET等)和其它類(lèi)型的晶體管，例如雙極型晶體管(比如雙結(jié)型晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)使用常見(jiàn)電感器并省去常用的變壓器。使用Z型轉(zhuǎn)換器從AC輸入電壓轉(zhuǎn)換得到DC輸出電壓，所述Z型轉(zhuǎn)換器例如為Z 源轉(zhuǎn)換器或準(zhǔn)ζ源轉(zhuǎn)換器。對(duì)于任一種轉(zhuǎn)換器，當(dāng)AC輸入VAC從掃過(guò)正和負(fù)時(shí)，控制占空比(D)以調(diào)節(jié)DC輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)輸出電壓VO進(jìn)行調(diào)節(jié)。在替代實(shí)施例中，調(diào)節(jié)輸出電流。在本文中，VAC表示任何適宜頻率和/或量級(jí)的任何類(lèi)型AC輸入電壓，例如AC 線路輸入電壓、半橋整流AC電壓、全橋整流AC電壓等。本發(fā)明的實(shí)施例是針對(duì)單相系統(tǒng)示出的，但可輕易地拓展至多相配置。例如，可將負(fù)載引入至“Y”連接的多相系統(tǒng)的中性位置以節(jié)約附加的元件。本文所述的Z源或準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器可用于AC同步電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)等的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)控制。圖IA是傳統(tǒng)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)100的示意圖。AC電壓源101具有耦合于電感器Ll 一端并耦合于單極單擲(SPST)開(kāi)關(guān)S2的一個(gè)端子的正極端子。開(kāi)關(guān)S2的另一端子耦合于第二電感器L2的一端并耦合于電容器CAC的一端。CAC的另一端耦合于Ll的另一端并耦合于另一 SPST開(kāi)關(guān)Sl的一個(gè)端子。開(kāi)關(guān)Sl的另一端耦合于負(fù)載電阻器RL的一端并耦合于電容器CDC的一端，其中RL和CDC是并聯(lián)耦合的。RL和CDC的另一端耦合于L2的另一端并耦合于AC電壓源101的負(fù)極端子。AC電壓源101形成AC電壓VAC。Z源整流器網(wǎng)絡(luò)100的開(kāi)關(guān)S1、S2分別根據(jù)信號(hào)C1、C2的控制而切換。AC輸入是VAC而DC輸出電壓VO 是跨包括與電容器CDC并聯(lián)的負(fù)載電阻RL的負(fù)載的電壓。每個(gè)開(kāi)關(guān)Si、S2的切換頻率一般比VAC的頻率更高。開(kāi)關(guān)Si、S2交替地導(dǎo)通，由此當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl “導(dǎo)通”時(shí)，開(kāi)關(guān)S2 “截止”(Cl是邏輯電平1而C2是邏輯電平0)。同樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)S2 “導(dǎo)通”時(shí)，開(kāi)關(guān)Sl “截止”(Cl為邏輯電平0而 C2為邏輯電平1)。占空比⑶是Cl為HIGH(邏輯電平1)的時(shí)間與總切換周期之比。因此，Cl是基于占空比D切換的，而C2是基于I-D切換的。圖IB是繪出Z源整流器網(wǎng)絡(luò)100的相應(yīng)DC電壓增益因變于占空比D的曲線圖。電壓增益是DC輸出電壓VO除以AC輸入電壓的值，或表示為V0/VAC，其中VO/VAC = (1-2D) / (I-D)?？墒褂每刂骗h(huán)路來(lái)針對(duì)正輸入電壓或負(fù)輸入電壓調(diào)節(jié)正輸出電壓。因此，當(dāng)AC正弦波形掃過(guò)正和負(fù)時(shí)，可通過(guò)控制占空比來(lái)調(diào)節(jié)DC輸出。圖2A是傳統(tǒng)準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)200的示意圖。準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)200類(lèi)似于Z 源整流器網(wǎng)絡(luò)100，其中相同的部件用相同附圖標(biāo)記表示。AC電壓源101具有耦合于Ll 一端并耦合于開(kāi)關(guān)S2 —個(gè)端子的正極端子。開(kāi)關(guān)S2的另一端子耦合于L2的一端并耦合于電容器CAC的一端。CAC的另一端耦合于Sl的一個(gè)端子并耦合于并聯(lián)耦合的RL和⑶C每個(gè)的一端。RL和⑶C的另一端耦合于Ll的另一端。開(kāi)關(guān)Sl的另一端子耦合于L2的另一端并耦合于AC電壓源101的負(fù)極端子。AC電壓源101形成VAC。
準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)200的開(kāi)關(guān)S1、S2分別根據(jù)C1、C2的控制而切換。同樣，AC輸入是電壓源VAC而DC輸出電壓是跨與⑶C并聯(lián)的負(fù)載RL的電壓。開(kāi)關(guān)Si、S2交替地導(dǎo)通，由此當(dāng)開(kāi)關(guān)Sl處于“導(dǎo)通”時(shí)，開(kāi)關(guān)S2 “截止”(例如Cl是邏輯電平1而C2是邏輯電平0)。同樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)S2 “導(dǎo)通”時(shí)，開(kāi)關(guān)Sl “截止”(例如Cl為邏輯電平0而C2為邏輯電平1)。同樣，占空比D為Cl為HIGH的時(shí)間(例如邏輯電平1)與總切換周期之比，而Cl是基于占空比D切換的，C2是基于I-D切換的。圖2B是繪出準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)200的相應(yīng)DC電壓增益因變于占空比D的曲線圖。 電壓增益是DC輸出電壓VO除以輸入電壓VAC的值，其中VO/VAC= (1_2D)/(D)?？墒褂每刂骗h(huán)路來(lái)針對(duì)正輸入電壓或負(fù)輸入電壓調(diào)節(jié)正輸出電壓。因此，當(dāng)AC正弦波形掃過(guò)正和負(fù)時(shí)，可通過(guò)控制占空比來(lái)調(diào)節(jié)DC輸出。下面的系統(tǒng)和方法等同地適用于任一類(lèi)型的Z型整流器網(wǎng)絡(luò)，包括Z源整流器網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)。在各實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)Si、S2中的每一個(gè)由整流開(kāi)關(guān)替代。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)S1、S2中的每一個(gè)由與MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體、場(chǎng)效應(yīng)晶體管)串聯(lián)的二極管或類(lèi)似結(jié)構(gòu)來(lái)代替。在另一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)Si、S2中的每一個(gè)由具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件代替。使用經(jīng)整流開(kāi)關(guān)的兩種方法具有單級(jí)AC-DC功率轉(zhuǎn)換的特征并避免使用雙極AC-DC轉(zhuǎn)換方法中常見(jiàn)的橋式整流器。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的Z源轉(zhuǎn)換器300的示意圖；Z源轉(zhuǎn)換器300 包括以類(lèi)似于Z源整流器網(wǎng)絡(luò)100的方式耦合的AC電壓源101、電感器Ll和L2、電容器 CAC以及負(fù)載RL、⑶C。電感器Ll耦合在節(jié)點(diǎn)301、303之間并且電感器L2耦合在節(jié)點(diǎn)305、 307之間。AC電壓源101的正極端子耦合于節(jié)點(diǎn)301而其負(fù)極端子耦合于節(jié)點(diǎn)307。電容器CAC耦合在節(jié)點(diǎn)303、305之間。開(kāi)關(guān)Si、S2分別由整流開(kāi)關(guān)RSI、RS2所取代，其中每個(gè)整流開(kāi)關(guān)包括串聯(lián)耦合的二極管和電子開(kāi)關(guān)，圖示為N溝道M0SFET。如前所述，可使用其它類(lèi)型的電子開(kāi)關(guān)(例如其它類(lèi)型的MOS或FET器件，其它類(lèi)型的晶體管，例如BJT等)。對(duì)于整流開(kāi)關(guān)RS1，二極管Dl的陽(yáng)極耦合于節(jié)點(diǎn)303而其陰極耦合于N溝道MOSFET Ql的漏極。Ql的源極耦合于節(jié)點(diǎn)309。RL和⑶C并聯(lián)地耦合在節(jié)點(diǎn)307、309之間。二極管Dl和 MOSFET Ql因此串聯(lián)地耦合以形成第一整流開(kāi)關(guān)RS1。對(duì)于整流開(kāi)關(guān)RS2，二極管D2的陽(yáng)極耦合于節(jié)點(diǎn)305而其陰極耦合于N溝道MOSFET Q2的漏極。Q2的源極耦合于節(jié)點(diǎn)301。 二極管D2和M0SFETQ2因此串聯(lián)地耦合以形成第二整流開(kāi)關(guān)RS2。MOSFET Ql和Q2分別受柵極信號(hào)G1、G2控制。AC輸入是通過(guò)將AC電壓源101施加于節(jié)點(diǎn)301、307而形成的電壓 VAC,而DC輸出電壓是跨節(jié)點(diǎn)309和307之間的RL兩端的V0。在一個(gè)實(shí)施例中，Gl和G2控制信號(hào)被轉(zhuǎn)換(toggled)至相對(duì)于彼此相反的極性， 但進(jìn)一步基于VAC的極性。控制網(wǎng)絡(luò)感測(cè)VAC的極性以及輸出電壓VO或流過(guò)電感器L1、L2 的電流，用于形成控制信號(hào)G1、G2。在一個(gè)實(shí)施例中，例如控制網(wǎng)絡(luò)801(圖8)可用來(lái)執(zhí)行一控制機(jī)制。如下面進(jìn)一步描述的那樣，當(dāng)VAC為正時(shí)，G2與PWM信號(hào)一致地轉(zhuǎn)換，而Gl與 PWM信號(hào)的反相版本一致地轉(zhuǎn)換。當(dāng)VAC為負(fù)時(shí)，Gl與PWM信號(hào)一致地轉(zhuǎn)換，而G2與PWM 信號(hào)的反相版本一致地轉(zhuǎn)換。在操作中，操作以這種方式重復(fù)。Gl和G2(并因此整流開(kāi)關(guān) RSI、RS2)的開(kāi)關(guān)頻率通常比VAC的頻率更高。圖4是示出產(chǎn)生用于控制Z源轉(zhuǎn)換器300切換的Gl和G2的另一控制方法的時(shí)序圖。VAC是與Gl和G2 —起相對(duì)于時(shí)間繪出的。在輸入線路電壓VAC的正半周期中，G2保持HIGH并且調(diào)制Gl (例如基于PWM信號(hào)等，PWM信號(hào)是基于監(jiān)視VO或負(fù)載電流而得到的) 以控制負(fù)載電壓(跨RL兩端)或(通過(guò)RL或一個(gè)或兩個(gè)電感器的)負(fù)載電流。在輸入電壓VAC的負(fù)半周期內(nèi)，Gl保持HIGH并調(diào)制G2以控制負(fù)載電壓或電流。調(diào)制以簡(jiǎn)化形式示出，要理解調(diào)制信號(hào)的占空比根據(jù)控制函數(shù)(輸出電壓或負(fù)載電流等)受到控制。如下面進(jìn)一步描述的那樣，控制網(wǎng)絡(luò)601根據(jù)圖4所示的控制機(jī)制工作。圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的Z源轉(zhuǎn)換器500的示意圖。Z源轉(zhuǎn)換器500 類(lèi)似于Z源轉(zhuǎn)換器300，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，其包括AC電壓源101、電感器Ll和L2、電容器CAC以及負(fù)載器件RL和CDC，它們以基本相同方式相對(duì)于節(jié)點(diǎn)301、 303,305,307和309耦合在一起。在這種情形下，整流開(kāi)關(guān)RSI、RS2是雙柵極GaN器件， 每個(gè)整流開(kāi)關(guān)中的一個(gè)柵極短接至其電流端子中的一個(gè)，這種配置在這里被稱為“短接?xùn)艠O”。尤其，二極管Dl和MOSFET Ql由GaN器件Ml代替，該GaN器件Ml具有耦合在節(jié)點(diǎn) 303,309之間的電流端子并具有同樣耦合于節(jié)點(diǎn)303的一個(gè)短接?xùn)艠O。另外，二極管D2和 MOSFET Q2由GaN器件M2代替，該GaN器件M2具有耦合在節(jié)點(diǎn)301、305之間的電流端子并具有同樣耦合于節(jié)點(diǎn)305的一個(gè)短接?xùn)艠O。Ml的另一柵極接收控制信號(hào)Gl而M2的另一柵極接收控制信號(hào)G2。同樣，AC輸入是電壓源VAC而DC輸出電壓VO跨負(fù)載RL的兩端。在一個(gè)實(shí)施例中，Gl和G2可具有與控制信號(hào)C1、C2相同的形式。在另一實(shí)施例中，圖4所示控制方法可用來(lái)產(chǎn)生G1，并且Gl用于控制Z源轉(zhuǎn)換器500的切換。因此，通過(guò)雙柵極GaN器件Ml、M2 實(shí)現(xiàn)與具有串聯(lián)耦合二極管D1、D2的M0SFETQ1、Q2作為整流開(kāi)關(guān)RS1、RS2相同的操作。圖5B是示出具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件M1、M2的靜態(tài)特性的曲線圖；具體地說(shuō)，繪出在ON(VGS = ON)和OFF (VGS = OFF)狀態(tài)下流過(guò)電流端子ID的電流相對(duì)于跨電流端子VDS的電壓的關(guān)系圖。第二柵極控制正向?qū)ê妥钄?，而該器件阻斷反向電流。這些特性類(lèi)似于串聯(lián)耦合二極管和MOSFET的特性。因此，具有帶短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件的轉(zhuǎn)換器操作也類(lèi)似于圖4所示的操作。盡管圖3和圖5A兩者均示出包括Z源整流器的Z源轉(zhuǎn)換器配置，然而也可實(shí)現(xiàn)包括準(zhǔn)Z源整流器的相似準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器配置。因此，串聯(lián)耦合的二極管和MOSFET或具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件取代了準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)200的開(kāi)關(guān)Sl和S2以取得相似的結(jié)果。 柵極控制信號(hào)Gl和G2可如圖4所示地受到控制。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600的示意圖，其包括類(lèi)似于圖2A 所示的準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)，但除了針對(duì)切換功能而用整流開(kāi)關(guān)代替開(kāi)關(guān)Si、S2的改型外。 準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600形式上類(lèi)似于Z源轉(zhuǎn)換器300，其中相同部件用相同附圖標(biāo)記表示，該準(zhǔn) Z源轉(zhuǎn)換器600包括以基本相同方式相對(duì)于節(jié)點(diǎn)301、303、305和307耦合在一起的AC電壓源101、電感器Ll和L2、電容器CAC。然而，在這種情形下，負(fù)載器件RL和⑶C彼此并聯(lián)地耦合并一同在節(jié)點(diǎn)301和303之間串聯(lián)耦合于Li。如圖所示，Ll耦合在節(jié)點(diǎn)301和中間節(jié)點(diǎn)602之間，而RL和⑶C并聯(lián)耦合在節(jié)點(diǎn)602和303之間。整流開(kāi)關(guān)RSl耦合在節(jié)點(diǎn)307 和303之間，在節(jié)點(diǎn)307和303之間包括二極管Dl和MOSFET Ql0 二極管Dl的陽(yáng)極耦合于節(jié)點(diǎn)307并且其陰極耦合于Ql的漏極。Ql的源極耦合于節(jié)點(diǎn)303。整流開(kāi)關(guān)RS2耦合在節(jié)點(diǎn)301和305之間，節(jié)點(diǎn)301和305之間包括二極管D2和MOSFET Q2。二極管D2的陽(yáng)極耦合于節(jié)點(diǎn)301，并且其陰極耦合于Q2的漏極。Q2的源極耦合于節(jié)點(diǎn)305。AC輸入是跨301、307提供VAC的AC電壓源101，而DC輸出電壓VO是跨節(jié)點(diǎn)303和602之間的RL的電壓。此外，提供控制網(wǎng)絡(luò)601以產(chǎn)生控制信號(hào)Gl、G2從而以圖4所示的相似方式控制開(kāi)關(guān)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)601執(zhí)行占空比控制，該占空比控制使環(huán)路反相以令正輸入電壓和負(fù)輸入電壓兩者的環(huán)路增益線性化。在這種情形下，通過(guò)配置成積分器的誤差放大器603監(jiān)視跨 RL的輸出電壓VO并將其與基準(zhǔn)電壓REF作比較。如圖所示，RL的一端耦合于電阻器617 的一端，該電阻器617的另一端耦合于電容器621的一端并耦合于誤差放大器603的反相輸入。RL的另一端被提供給形成基準(zhǔn)電壓REF的電壓源615的負(fù)極端子，其中電壓源615 的正極端子耦合于誤差放大器603的非反相輸入。電容器621的另一端耦合于誤差放大器 603的輸出，用以形成誤差電壓ER。ER被提供給比較器605的非反相輸入，其反相輸入從以地面(GND)為基準(zhǔn)的鋸齒波發(fā)生器607接收鋸齒波SW輸出。比較器605的輸出形成PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)被提供給2輸入OR (或)門(mén)609的一個(gè)輸入并被提供給另一 2輸入OR門(mén)613的一個(gè)輸入。AC感測(cè)信號(hào)AS被提供給OR門(mén)609 的另一輸入。比較器611的非反相輸入耦合于電壓源101的正極端子而其反相輸入則耦合于電壓源101的負(fù)極端子。因此，比較器611感測(cè)VAC并在其輸出端形成AS信號(hào)。AS由反相器612反相，反相器612的輸出耦合于OR門(mén)613的另一輸入。OR門(mén)609的輸出用來(lái)形成控制信號(hào)G2，該控制信號(hào)G2用來(lái)控制整流開(kāi)關(guān)RS2，而OR門(mén)613的輸出用來(lái)形成控制信號(hào) Gl以控制整流開(kāi)關(guān)RSl。在操作中，輸出電壓VO和基準(zhǔn)電壓REF之間的任何差被誤差放大器603求積分以提供ER，該ER通過(guò)比較器605與鋸齒波SW比較以形成PWM。當(dāng)VAC為正時(shí)，AS為高，這保持G2為高并且PWM轉(zhuǎn)換Gl。當(dāng)VAC為負(fù)時(shí)，AS為低，這保持Gl為高，同時(shí)PWM以與圖4所示基本相同的方式轉(zhuǎn)換G2?？刂凭W(wǎng)絡(luò)601可用來(lái)控制準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600，該準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600替代地配置有具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件作為整流開(kāi)關(guān)RS1、RS2。另外，控制網(wǎng)絡(luò)601可用來(lái)控制Z 源轉(zhuǎn)換器300或Z源轉(zhuǎn)換器500。鋸齒波W是由任何類(lèi)型斜坡發(fā)生器提供的斜坡波的示例性實(shí)施例。圖7是準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器700的示意圖，該準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器700包括與圖6所示類(lèi)似的準(zhǔn)Z源整流器網(wǎng)絡(luò)。AC電壓源101、電感器Ll和L2、負(fù)載器件RL和⑶C以及電容器CAC相對(duì)于節(jié)點(diǎn)301、303、305、307和602以類(lèi)似于準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600的方式耦合。另外，提供整流開(kāi)關(guān)RS1，該整流開(kāi)關(guān)RSl包括以類(lèi)似方式串聯(lián)耦合在節(jié)點(diǎn)307和303之間的二極管Dl 和MOSFET Ql0此外，提供整流開(kāi)關(guān)RS2，該整流開(kāi)關(guān)RS2包括以類(lèi)似方式串聯(lián)耦合在節(jié)點(diǎn) 301、305 之間的二極管 D2 和 MOSFET Q2?？刂凭W(wǎng)絡(luò)601由控制網(wǎng)絡(luò)701代替?？刂凭W(wǎng)絡(luò)701包括以類(lèi)似于控制網(wǎng)絡(luò)601的方式耦合于RL的電壓源615、電阻器617和電容器621，用以形成誤差電壓ER。然而，在這種情形下，控制網(wǎng)絡(luò)701執(zhí)行電流模式控制，該電流模式控制提供用于控制環(huán)路的一種替代方法。同樣，AC輸入是提供VAC的電壓源101，而DC輸出電壓是跨RL的V0。正如準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600那樣，誤差放大器603被配置為積分器，用來(lái)對(duì)跨RL的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓REF 之間的差求積分。在這種情形下，誤差放大器603的ER輸出被用作電流命令信號(hào)，該電流命令信號(hào)被提供給獨(dú)立電流調(diào)節(jié)器703和705，以形成分別控制整流開(kāi)關(guān)RSl和RS2的控制信號(hào)Gl和G2?？刂凭W(wǎng)絡(luò)701還包括AC極性比較器707、709，每個(gè)AC極性比較器耦合于AC電壓源101以提供AC極性信號(hào)。比較器707的反相輸入和非反相輸入分別耦合于AC電壓源 101的正極端子和負(fù)極端子，并且其輸出將第一 AC極性信號(hào)ACN提供給電流調(diào)節(jié)器703的輸入。比較器709的反相輸入和非反相輸入分別耦合于AC電壓源101的負(fù)極端子和正極端子，并且其輸出將第二 AC極性信號(hào)ACP提供給電流調(diào)節(jié)器705的輸入。電流傳感器711 監(jiān)視流過(guò)電感器Ll的電流并將相應(yīng)電流感測(cè)信號(hào)ILl提供給電流調(diào)節(jié)器703，而另一電流傳感器713監(jiān)視流過(guò)電感器L2的電流并將相應(yīng)電流感測(cè)信號(hào)IL2提供給電流調(diào)節(jié)器705。在操作中，當(dāng)VAC為正時(shí)，ACP為HIGH并且G2在該半周期內(nèi)保持HIGH(例如圖4 所示)。另外，當(dāng)VAC為正時(shí)，電流調(diào)節(jié)器703經(jīng)由ILl監(jiān)視電感器Ll的電流并在Gl上形成占空比DA以控制電流。在這種情形下，當(dāng)VAC為正時(shí)，二極管D2以占空比(I-DA)傳導(dǎo)。 當(dāng)VAC為負(fù)時(shí)，對(duì)于這半個(gè)周期ACN為HIGH并且Gl為HIGH(如圖4所示)。另外，當(dāng)VAC 為負(fù)時(shí)，整流開(kāi)關(guān)RS2的電流調(diào)節(jié)器705經(jīng)由IL2監(jiān)視電感器L2的電流并在G2上形成占空比DB以控制電流。在這種情形下，當(dāng)VAC為負(fù)時(shí)，二極管Dl以占空比(I-DB)傳導(dǎo)?？紤]了各種類(lèi)型的電流模式控制機(jī)制，例如平均電流模式控制、峰值電流模式控制等。控制網(wǎng)絡(luò)701可用來(lái)控制準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600，該準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600替代地配置有具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件作為整流開(kāi)關(guān)RS1、RS2。另外，控制網(wǎng)絡(luò)701可用來(lái)控制Z 源轉(zhuǎn)換器300或Z源轉(zhuǎn)換器500。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器800的示意圖，該準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器800 類(lèi)似于準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600，但除了控制網(wǎng)絡(luò)601由控制網(wǎng)絡(luò)801代替外。AC電壓源101、電感器Ll和L2、負(fù)載器件RL和⑶C、整流開(kāi)關(guān)RSl和RS2以及電容器CAC相對(duì)于節(jié)點(diǎn)301、303、 305,307和602以類(lèi)似于準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器600的方式耦合設(shè)置。控制網(wǎng)絡(luò)801基本類(lèi)似于控制網(wǎng)絡(luò)601并包括配置成以前述基本相同方式工作的誤差放大器603 (具有支持部件615、 617和621)、提供SW的鋸齒波發(fā)生器607、比較器605、611。在這種情形下，OR柵極609、 613和反相器612由2輸入異或門(mén)803和反相器805取代。在比較器611的輸出處的AS信號(hào)被提供給異或門(mén)803的一個(gè)輸入，而PWM被提供給異或門(mén)803的另一輸入，異或門(mén)803的輸出被緩沖以形成G1，該Gl用來(lái)控制整流開(kāi)關(guān)RSl。異或門(mén)803的輸出由反相器805反相并被緩沖以形成G2，該G2用來(lái)控制整流開(kāi)關(guān)RS2。在這種情形下，當(dāng)VAC為正時(shí)，PWM信號(hào)被有效地路由至G2，而PWM信號(hào)的反相版本被路由至G1。當(dāng)VAC為負(fù)時(shí)，PWM信號(hào)被有效地路由至Gl，而PWM信號(hào)的反相版本被路由至Gl。結(jié)果得到的環(huán)路增益對(duì)于VAC的兩個(gè)半周期來(lái)說(shuō)是基本相同的。圖6、圖7和圖8示出應(yīng)用于準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器配置的各種控制機(jī)制。圖9是示出相同或相似的控制機(jī)制可應(yīng)用于Z源轉(zhuǎn)換器配置的Z源轉(zhuǎn)換器900的示意性方框圖。Z源轉(zhuǎn)換器900具有與Z源轉(zhuǎn)換器300基本相同的配置，并包括AC電壓源101、電感器Ll和L2、電容器CAC、整流開(kāi)關(guān)RSl和RS2以及負(fù)載器件RL和⑶C，它們以基本相同的方式耦合于節(jié)點(diǎn) 301、303、305、307和309。整流開(kāi)關(guān)RSI、RS2以與轉(zhuǎn)換器300、500類(lèi)似的方式表現(xiàn)在Z源整流器配置中。每個(gè)整流開(kāi)關(guān)RSl和RS2可配置為例如圖3所示的串聯(lián)耦合的二極管和電子開(kāi)關(guān)(例如MOSFET等)或?yàn)槿鐖D5A所示的具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件。輸入電壓是VAC，而輸出電壓是跨節(jié)點(diǎn)309和307之間的RL施加的V0。
AC感測(cè)塊901圖示為感測(cè)跨AC電壓源101的VAC并提供AC感測(cè)信息ACS。ACS 可以是一個(gè)信號(hào)(例如圖6和圖8所示的AS)或多個(gè)信號(hào)(例如圖7所示的ACP和ACN)。 控制塊903圖示為接收ACS，感測(cè)跨負(fù)載電阻器RL的輸出電壓V0，并分別將Gl和G2控制信號(hào)提供給整流開(kāi)關(guān)RSl和RS2。控制塊903是根據(jù)本文描述的任一控制機(jī)制配置的，例如控制網(wǎng)絡(luò)601、701或801中的任何一種。PWM控制機(jī)制可根據(jù)任何類(lèi)型的控制機(jī)制，例如固定頻率PWM、可變頻率PWM、磁滯控制、固定導(dǎo)通時(shí)間、固定截止時(shí)間等。當(dāng)根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)701 實(shí)施以用于電流模式控制時(shí)，可提供電流感測(cè)器件905和907以分別感測(cè)流過(guò)電感器Ll和 L2的電流，并將相應(yīng)電流感測(cè)信號(hào)ILl和IL2提供給控制塊903。圖10-13示出使用根據(jù)本文描述的任何一種配置實(shí)現(xiàn)的Z型轉(zhuǎn)換器1000的各種電子設(shè)備。Z型轉(zhuǎn)換器1000可實(shí)現(xiàn)為本文所述的Z源轉(zhuǎn)換器或準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器。如圖10所示，轉(zhuǎn)換器1000接收VAC并驅(qū)動(dòng)任何類(lèi)型的DC負(fù)載1003。如圖11所示，轉(zhuǎn)換器1000接收VAC并對(duì)包含一個(gè)或多個(gè)可充電電池的電池或電池組1101進(jìn)行充電。如圖12所示，轉(zhuǎn)換器1000接收VAC并將電流提供給一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED) 1201。如圖13所示，轉(zhuǎn)換器1000接收VAC并將電流提供給線圈1301等以產(chǎn)生用于電動(dòng)機(jī)1303等的磁場(chǎng)。雖然已參考本發(fā)明的某些優(yōu)選版本相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但可構(gòu)想其它可能的版本和變型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，他們能容易地利用所公開(kāi)的理念和特定實(shí)施例作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改其它結(jié)構(gòu)以提供本發(fā)明的相同目的，這不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器，包括 接收AC輸入電壓并提供DC輸出電壓的Z型轉(zhuǎn)換器，所述Z型轉(zhuǎn)換器包括耦合在第一和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電感以及耦合在第三和第四節(jié)點(diǎn)之間的第二電感；耦合在所述第二和第四節(jié)點(diǎn)之間的第一整流開(kāi)關(guān)以及耦合在所述第一和第三節(jié)點(diǎn)之間的第二整流開(kāi)關(guān)；耦合在所述第二和第三節(jié)點(diǎn)之間的電容；以及形成DC輸出電壓的負(fù)載器件，所述負(fù)載器件串聯(lián)耦合于所述第一電感和所述第一整流開(kāi)關(guān)中的一個(gè)；其中所述AC輸入電壓經(jīng)由所述Z型轉(zhuǎn)換器的第一和第四節(jié)點(diǎn)施加；以及控制網(wǎng)絡(luò)，所述控制網(wǎng)絡(luò)感測(cè)AC輸入電壓和DC輸出電壓并形成用于控制所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)以調(diào)節(jié)DC輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的AC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制信號(hào)包括脈沖控制信號(hào)， 其中所述控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)AC輸入電壓的每個(gè)周期的第一部分激活所述第一整流開(kāi)關(guān)而同時(shí)使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)，并對(duì)AC輸入電壓的每個(gè)周期的第二部分激活所述第二整流開(kāi)關(guān)而同時(shí)使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的AC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制信號(hào)包括脈沖控制信號(hào)， 其中所述控制網(wǎng)絡(luò)在所述AC輸入電壓的每個(gè)周期的第一部分期間使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)并使用所述脈沖控制信號(hào)的反相版本轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)，并且所述控制網(wǎng)絡(luò)在所述AC輸入電壓的每個(gè)周期的第二部分期間使用所述脈沖控制信號(hào)的所述反相版本轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)并使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述Z型轉(zhuǎn)換器包括Z源轉(zhuǎn)換器，其中所述負(fù)載器件串聯(lián)地耦合于所述第二和第四節(jié)點(diǎn)之間的所述第一整流開(kāi)關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述Z型整流器轉(zhuǎn)換器包括準(zhǔn) Z源轉(zhuǎn)換器，其中所述負(fù)載器件串聯(lián)地耦合于所述第一和第二節(jié)點(diǎn)之間的所述第一電感。
6.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)各自包括串聯(lián)耦合的二極管和MOSFET器件。
7.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)各自包括具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件。
8.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制網(wǎng)絡(luò)包括誤差放大器網(wǎng)絡(luò)，所述誤差放大器網(wǎng)絡(luò)基于所述DC輸出電壓相對(duì)于基準(zhǔn)電壓電平的電壓電平形成誤差信號(hào)；斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器提供斜坡信號(hào)；比較器，所述比較器接收所述誤差信號(hào)和所述斜坡信號(hào)并提供作為其指示的脈沖控制信號(hào)；AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所述AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供指示AC輸入電壓極性的AC感測(cè)信號(hào)；以及邏輯網(wǎng)絡(luò)，所述邏輯網(wǎng)絡(luò)當(dāng)AC輸入電壓是第一極性時(shí)根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)激活所述第一整流開(kāi)關(guān)并轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)的激活，并當(dāng)AC輸入電壓是第二極性時(shí)根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)激活所述第二整流開(kāi)關(guān)并轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)的激活。
9.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制網(wǎng)絡(luò)包括誤差放大器網(wǎng)絡(luò)，所述誤差放大器網(wǎng)絡(luò)基于所述DC輸出電壓相對(duì)于基準(zhǔn)電壓電平的電壓電平形成誤差信號(hào)；斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器提供斜坡信號(hào)；比較器，所述比較器接收所述誤差信號(hào)和所述斜坡信號(hào)并提供作為其指示的脈沖控制信號(hào)；AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所述AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供指示AC輸入電壓極性的AC感測(cè)信號(hào)；以及邏輯網(wǎng)絡(luò)，所述邏輯網(wǎng)絡(luò)在AC輸入電壓處于第一極性時(shí)根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換激活所述第一整流開(kāi)關(guān)并根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)的反相版本轉(zhuǎn)換激活所述第二整流開(kāi)關(guān)， 所述邏輯網(wǎng)絡(luò)在AC輸入電壓處于第二極性時(shí)根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換激活所述第二整流開(kāi)關(guān)并根據(jù)所述脈沖控制信號(hào)的反相版本轉(zhuǎn)換激活所述第一整流開(kāi)關(guān)。
10.如權(quán)利要求1所述的AC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制網(wǎng)絡(luò)包括誤差放大器網(wǎng)絡(luò)，所述誤差放大器網(wǎng)絡(luò)基于所述DC輸出電壓相對(duì)于基準(zhǔn)電壓電平的電壓電平形成誤差信號(hào)；AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所述AC感測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供指示AC輸入電壓極性的AC感測(cè)信號(hào)； 第一電流傳感器，所述第一電流傳感器感測(cè)流過(guò)所述第一電感的電流并提供第一電流感測(cè)信號(hào)；第二電流傳感器，所述第二電流傳感器感測(cè)流過(guò)所述第二電感的電流并提供第二電流感測(cè)信號(hào)；第一電流調(diào)節(jié)器，所述第一電流調(diào)節(jié)器基于所述誤差信號(hào)、所述AC感測(cè)信號(hào)和所述第一電流感測(cè)信號(hào)控制所述第一整流開(kāi)關(guān)；以及第二電流調(diào)節(jié)器，所述第二電流調(diào)節(jié)器基于所述誤差信號(hào)、所述AC感測(cè)信號(hào)和所述第二電流感測(cè)信號(hào)控制所述第二整流開(kāi)關(guān)。
11.一種使用Z型轉(zhuǎn)換器將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成DC輸出電壓的方法，所述Z型轉(zhuǎn)換器包括耦合在第一和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電感、耦合在第三和第四節(jié)點(diǎn)之間的第二電感以及耦合在所述第二和第三節(jié)點(diǎn)之間的電容，所述方法包括在所述第二和第四節(jié)點(diǎn)之間提供第一整流開(kāi)關(guān)； 在所述第一和第三節(jié)點(diǎn)之間提供第二整流開(kāi)關(guān)；將負(fù)載器件串聯(lián)耦合于第一電感和第一整流開(kāi)關(guān)中的一個(gè)，所述負(fù)載器件形成DC輸出電壓；經(jīng)由第一和第四節(jié)點(diǎn)接收AC輸入電壓；以及感測(cè)AC輸入電壓和DC輸出電壓并形成用于控制所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)以調(diào)節(jié)DC輸出電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 所述形成控制信號(hào)包括形成脈沖控制信號(hào)；以及所述控制第一和第二整流開(kāi)關(guān)包括使用所述脈沖控制信號(hào)對(duì)AC輸入電壓的每個(gè)周期的第一部分激活所述第一整流開(kāi)關(guān)，同時(shí)轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)，以及使用所述脈沖控制信號(hào)對(duì)AC輸入電壓的每個(gè)周期的第二部分激活所述第二整流開(kāi)關(guān)，同時(shí)轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 所述形成控制信號(hào)包括形成脈沖控制信號(hào)；以及其中所述控制第一和第二整流開(kāi)關(guān)包括在所述AC輸入電壓的每個(gè)周期的第一部分期間使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)并使用所述脈沖控制信號(hào)的反相版本轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)，并在所述AC輸入電壓的每個(gè)周期的第二部分期間使用所述脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換所述第二整流開(kāi)關(guān)并使用所述脈沖控制信號(hào)的反相版本轉(zhuǎn)換所述第一整流開(kāi)關(guān)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述Z型轉(zhuǎn)換器包括Z源轉(zhuǎn)換器，并且所述耦合負(fù)載器件包括將所述負(fù)載器件串聯(lián)耦合于所述第二和第四節(jié)點(diǎn)之間的第一整流開(kāi)關(guān)。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述Z型轉(zhuǎn)換器包括準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器，并且所述耦合負(fù)載器件包括將所述負(fù)載器件串聯(lián)耦合于所述第一和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電感。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供第一整流開(kāi)關(guān)和所述提供第二整流開(kāi)關(guān)各自包括將二極管串聯(lián)耦合于MOSFET器件。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供第一整流開(kāi)關(guān)和所述提供第二整流開(kāi)關(guān)各自包括提供具有短接?xùn)艠O的雙柵極GaN器件。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，感測(cè)AC輸入電壓和DC輸出電壓并形成用于控制所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)以調(diào)節(jié)DC輸出電壓包括基于所述DC輸出電壓相對(duì)于基準(zhǔn)電壓電平的電壓電平來(lái)形成誤差信號(hào)； 提供指示所述AC輸入電壓的極性的AC感測(cè)信號(hào)； 感測(cè)流過(guò)所述第一電感的電流并提供第一電流感測(cè)信號(hào)； 感測(cè)流過(guò)所述第二電感的電流并提供第二電流感測(cè)信號(hào)；基于所述誤差信號(hào)、所述AC感測(cè)信號(hào)和所述第一電流感測(cè)信號(hào)控制所述第一整流開(kāi)關(guān)；以及基于所述誤差信號(hào)、所述AC感測(cè)信號(hào)和所述第二電流感測(cè)信號(hào)控制所述第二整流開(kāi)關(guān)。
19.一種電子設(shè)備，包括具有第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)的Z型轉(zhuǎn)換器，所述Z型轉(zhuǎn)換器配置成經(jīng)由所述第一和第四節(jié)點(diǎn)接收AC輸入電壓并經(jīng)由所述第二和第三節(jié)點(diǎn)提供DC輸出電壓，包括耦合在所述第一和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電感以及耦合在所述第三和第四節(jié)點(diǎn)之間的第二電感；耦合在所述第二和第四節(jié)點(diǎn)之間的第一整流開(kāi)關(guān)以及耦合在所述第一和第三節(jié)點(diǎn)之間的第二整流開(kāi)關(guān)；形成DC輸出電壓的負(fù)載器件，所述負(fù)載器件串聯(lián)耦合于所述第一電感和所述第一整流開(kāi)關(guān)中的一個(gè)；以及控制器，所述控制器感測(cè)所述AC輸入電壓和所述DC輸出電壓并形成用于控制所述第一和第二整流開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)以調(diào)節(jié)所述DC輸出電壓；以及DC負(fù)載，所述DC負(fù)載耦合于第二和第三節(jié)點(diǎn)，用以接收所述DC輸出電壓；
20.如權(quán)利要求19所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC負(fù)載包括至少一個(gè)可充電電池。
21.如權(quán)利要求19所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC負(fù)載包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。
22.如權(quán)利要求19所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC負(fù)載包括產(chǎn)生用于電機(jī)的磁場(chǎng)的線圈。
全文摘要
一種使用Z型轉(zhuǎn)換器和整流開(kāi)關(guān)將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器。該Z型轉(zhuǎn)換器包括以交叉耦合配置的第一和第二電感器、電容器、兩個(gè)整流開(kāi)關(guān)以及負(fù)載器件。Z型轉(zhuǎn)換器可根據(jù)Z源或準(zhǔn)Z源整流網(wǎng)絡(luò)配置。AC輸入電壓施加于輸入，而DC輸出電壓跨負(fù)載器件兩端形成。每個(gè)整流開(kāi)關(guān)可配置為串聯(lián)耦合的二極管和電子開(kāi)關(guān)或配置為具有短接?xùn)艠O的雙柵GaN器件。控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)DC輸出電壓并形成用于控制第一和第二整流開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)以調(diào)節(jié)DC輸出電壓?？刂凭W(wǎng)絡(luò)可基于占空比控制或電流模式控制來(lái)控制整流開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK102447408SQ20111030677
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者M·M·瓦爾特斯 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司