專利名稱：直流-直流轉(zhuǎn)換器、電力變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，尤其涉及一種直流-直流轉(zhuǎn)換器、電力變換器及其控制方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于能源節(jié)約運(yùn)動(dòng)在世界范圍內(nèi)的廣泛推行，越來(lái)越多的客戶要求開(kāi)關(guān)模式的變換器在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)均能達(dá)到高變換效率，所以對(duì)變換器在輕載和空載時(shí)的效率也提出了很高的要求。對(duì)此，國(guó)際能源組織(IEA)、美國(guó)和歐洲等國(guó)家和組織已制定出或正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以限制開(kāi)關(guān)模式變換器等電氣產(chǎn)品在輕載和空載時(shí)的損耗。
串聯(lián)諧振DC/DC變換器采用諧振變換技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，電源損耗很小，在滿載時(shí)效率很高。

圖1是LLC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的基本形式。這種拓?fù)渫ǔ２捎米冾l調(diào)制方式，通過(guò)改變矩形波的工作頻率來(lái)穩(wěn)定輸出電壓，占空比為50%，如圖2所示。電源輸出電壓增益M與工作頻率的關(guān)系為:
權(quán)利要求
1.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器包含: 一輸出電路，具有一負(fù)載； 一諧振槽，電性耦接該輸出電路； 一矩形波發(fā)生器，電性耦接該諧振槽，該矩形波發(fā)生器具有至少一橋臂，包含一第一開(kāi)關(guān)與一第二開(kāi)關(guān)彼此電性耦接； 一檢測(cè)單元，用于檢測(cè)反映該負(fù)載的狀態(tài)的信號(hào)；以及 一控制單元，用于當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，以一波寬調(diào)變模式來(lái)控制該第一、第二開(kāi)關(guān)的啟閉以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成至少一矩形波給該諧振槽，該第一開(kāi)關(guān)的占空比落于一第一預(yù)定區(qū)間或一第二預(yù)定區(qū)間，且該第二開(kāi)關(guān)的占空比與該第一開(kāi)關(guān)的占空比互補(bǔ)，從而使該直流-直流轉(zhuǎn)換器的增益大于I。
2.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，矩形波的工作頻率高于諧振槽的諧振頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為重載或滿載時(shí)，該控制單元以一調(diào)頻模式來(lái)控制該矩形波發(fā)生器。
4.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
5.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
6.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該負(fù)載包含一電阻器。
7.如權(quán)利要求5所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該負(fù)載更包含一變壓器與一整流器，彼此電性耦接至該電阻器。
8.如權(quán)利要求7所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該諧振槽為一串聯(lián)諧振電路或一并聯(lián)諧振電路。
9.如權(quán)利要求8所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該串聯(lián)諧振電路為一LC串聯(lián)諧振電路或一 LLC串聯(lián)諧振電路。
10.如權(quán)利要求9所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該LLC串聯(lián)諧振電路包含一勵(lì)磁電感器、一諧振電感器與一諧振電容器彼此串聯(lián)，其中該勵(lì)磁電感器與該變壓器并聯(lián)。
11.如權(quán)利要求10所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該勵(lì)磁電感器、該諧振電感器與該諧振電容器三者與該第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)，該控制單元控制第一開(kāi)關(guān)的占空比小于50%，當(dāng)控制單元導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)且關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)時(shí)，藉由該勵(lì)磁電感器上的箝位電壓，該變壓器向二次側(cè)傳輸能量。
12.如權(quán)利要求11所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)控制單元關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)且導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)時(shí)，該變壓器不能向二次側(cè)傳輸能量。
13.如權(quán)利要求 12所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比與該第二開(kāi)關(guān)的占空比之和為1，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
14.如權(quán)利要求10所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該勵(lì)磁電感器、該諧振電感器與該諧振電容器三者與該第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)，該控制單元控制第一開(kāi)關(guān)的占空比大于50%，當(dāng)控制單元導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)且關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)時(shí)，該變壓器不能向二次側(cè)傳輸能量。
15.如權(quán)利要求14所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)控制單元關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)且導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)時(shí)，藉由該勵(lì)磁電感器上的箝位電壓，該變壓器向二次側(cè)傳輸能量。
16.如權(quán)利要求15所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比與該第二開(kāi)關(guān)的占空比之和為1，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
17.一種電力變換器，其特征在于，所述電力變換器包含: 權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器； 一功率因數(shù)校正裝置，電性耦接該直流-直流轉(zhuǎn)換器；以及 一電磁干擾濾波器，電性耦接該功率因數(shù)校正裝置，用于接收一交流電，該交流電經(jīng)該電磁干擾濾波器及該功率因數(shù)校正裝置轉(zhuǎn)換后對(duì)該直流-直流轉(zhuǎn)換器提供該輸入電壓。
18.如權(quán)利要求17所述的電力變換器，其特征在于，當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，該功率因數(shù)校正裝置降低對(duì)該直流-直流轉(zhuǎn)換器所提供的該輸入電壓。
19.如權(quán)利要求17所述的電力變換器，其特征在于，當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，該功率因數(shù)校正裝置關(guān)閉。
20.如權(quán)利要求19所述的電力變換器，其特征在于，該功率因數(shù)校正裝置包含: 一橋式整流器；以及 一功率因數(shù)校正器，電性耦接該橋式整流器。
21.如權(quán)利要求19所述的電力變換器，其特征在于，該功率因數(shù)校正裝置包含一無(wú)橋功率因數(shù)校正器。
22.—種電力變換器的控制方法,該電力變換器包含一負(fù)載與一諧振槽，該諧振槽電性耦接該負(fù)載，其特征在于，該控制方法包含: 檢測(cè)反映該負(fù)載的狀態(tài)的信號(hào)；以及 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，以一波寬調(diào)變模式來(lái)控制一橋臂上的第一、第二開(kāi)關(guān)的啟閉以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成至少一矩形波給該諧振槽，該第一開(kāi)關(guān)的占空比落于一第一預(yù)定區(qū)間或一第二預(yù)定區(qū)間，且第二開(kāi)關(guān)的占空比與該第一開(kāi)關(guān)的占空比互補(bǔ)，使該電力變換器的增益大于I。
23.如權(quán)利要求22所述的控制方法，其特征在于，該控制方法更包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，矩形波的工作頻率高于諧振槽的諧振頻率。
24.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該控制方法更包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為重載或滿載時(shí)，以一調(diào)頻模式來(lái)調(diào)制該矩形波。
25.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
26.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
27.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該負(fù)載包含一變壓器，該諧振槽包含一勵(lì)磁電感器、一諧振電感器與一諧振電容器彼此串聯(lián)，其中該勵(lì)磁電感器與該變壓器并聯(lián)，該勵(lì)磁電感器、該諧振電感器與該諧振電容器三者與該第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)，該控制方法包含: 控制第一開(kāi)關(guān)的占空比小于50%，當(dāng)導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)且關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)時(shí)，藉由該勵(lì)磁電感器上的箝位電壓，該變壓器向二次側(cè)傳輸能量，而當(dāng)關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)且導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)時(shí)，該變壓器不能向二次側(cè)傳輸能量。
28.如權(quán)利要求27所述的控制方法，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比與該第二開(kāi)關(guān)的占空比之和為1，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
29.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該負(fù)載包含一變壓器，該諧振槽包含一勵(lì)磁電感器、一諧振電感器與一諧振電容器彼此串聯(lián)，其中該勵(lì)磁電感器與該變壓器并聯(lián)，該勵(lì)磁電感器、該諧振電感器與該諧振電容器三者與該第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)，該控制方法包含: 控制第一開(kāi)關(guān)的占空比大于50%，當(dāng)關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)且導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)時(shí)，藉由該勵(lì)磁電感器上的箝位電壓，該變壓器向二次側(cè)傳輸能量，而當(dāng)導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)且關(guān)閉第二開(kāi)關(guān)時(shí)，該變壓器不能向二次側(cè)傳輸能量。
30.如權(quán)利要求23所述的控制方法，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)的占空比與該第二開(kāi)關(guān)的占空比之和為1，該第二開(kāi)關(guān)的占空比介于一小于50%的第一預(yù)定上限值與一第一預(yù)定下限值之間，該第一開(kāi)關(guān)的占空比介于一大于50%的第二預(yù)定下限值與一第二預(yù)定上限值之間。
31.如權(quán)利要求23所述 的控制方法，其特征在于，該控制方法更包含: 利用一電磁干擾濾波器接收一交流電，該交流電經(jīng)該電磁干擾濾波器及一功率因數(shù)校正裝置轉(zhuǎn)換后提供該輸入電壓。
32.如權(quán)利要求31所述的控制方法，其特征在于，該控制方法更包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，降低該功率因數(shù)校正裝置所提供的該輸入電壓。
33.如權(quán)利要求31所述的控制方法，其特征在于，該控制方法更包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，關(guān)閉功率因數(shù)校正裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種直流-直流轉(zhuǎn)換器、電力變換器及其控制方法。該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括輸出電路、矩形波發(fā)生器、諧振槽、檢測(cè)單元與控制單元。矩形波發(fā)生器具有一橋臂，該橋臂包括一第一開(kāi)關(guān)與一第二開(kāi)關(guān)彼此電性耦接。檢測(cè)單元用于檢測(cè)負(fù)載的狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，控制單元以一波寬調(diào)變模式來(lái)控制第一、第二開(kāi)關(guān)的啟閉以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成至少一矩形波給諧振槽，第二開(kāi)關(guān)的占空比與該第一開(kāi)關(guān)的占空比互補(bǔ)，使直流-直流轉(zhuǎn)換器的增益大于1。采用本發(fā)明，藉由在輕載和空載時(shí)工作于開(kāi)關(guān)間歇式脈寬調(diào)制控制模式，因此能有效減少變換器在單位時(shí)間內(nèi)的總開(kāi)關(guān)次數(shù)，有效地提高輕載效率，滿足限制輕載時(shí)損耗的要求。
文檔編號(hào)H02M3/335GK103138580SQ20111039387
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者忽培青, 金紅元, 甘鴻堅(jiān), 應(yīng)建平 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子企業(yè)管理(上海)有限公司