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，由于能源節(jié)約運(yùn)動(dòng)在世界范圍內(nèi)的廣泛推行，越來越多的客戶要求開關(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)開關(guān)管的零電壓開通，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，通過改變矩形波的工作頻率來穩(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； 一矩形波發(fā)生器，用于將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)脈沖； 一諧振槽，用于基于該驅(qū)動(dòng)脈沖以提供一第一電壓給該輸出電路； 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)，以一打嗝模式來控制該矩形波發(fā)生器，進(jìn)而減小一工作期間/ 一停止期間的比例。
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)，減少該工作期間內(nèi)相對(duì)于該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比為50%時(shí)的該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量。
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)為輕載或空載時(shí)，該控制單元在該工作期間改變?cè)擈?qū)動(dòng)脈沖的占空比，接著在該停止期間統(tǒng)計(jì)該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目，并根據(jù)該數(shù)目來調(diào)整該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
4.如權(quán)利要求3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)，該控制單元在該工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于下一個(gè)工作期間繼續(xù)減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
5.如權(quán)利要求3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)，該控制單元在該工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于下一個(gè)工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
6.如權(quán)利要求5所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，該控制單元判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于再下一個(gè)工作期間繼續(xù)增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
7.如權(quán)利要求5所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，該控制單元判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于再下一個(gè)工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
8.如權(quán)利要求3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)，該控制單元在該工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于下一個(gè)工作期間繼續(xù)增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
9.如權(quán)利要求3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)，該控制單元在該工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于下一個(gè)工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
10.如權(quán)利要求9所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，該控制單元判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于再下一個(gè)工作期間繼續(xù)減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
11.如權(quán)利要求9所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，該控制單元判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于再下一個(gè)工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
12.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)頻模式來控制該矩形波發(fā)生器。
13.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該矩形波發(fā)生器包含一開關(guān)器件，該控制單元控制該開關(guān)器件的啟閉以輸出該驅(qū)動(dòng)脈沖，其中該驅(qū)動(dòng)脈沖的幅值與該輸入電壓相等或2倍于該輸入電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該開關(guān)器件為一半橋電路或一全橋電路。
15.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。
16.如權(quán)利要求15所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該負(fù)載還包含一變壓器與一整流器，彼此電性連接至該電阻器。
17.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)脈沖的工作頻率高于該諧振槽的諧振頻率，且該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比落于一預(yù)定范圍內(nèi)，藉此該直流-直流轉(zhuǎn)換器的電壓增益高于該占空比為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓增益。
18.如權(quán)利要求1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。
19.如權(quán)利要求18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。
20.如權(quán)利要求19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)磁電感器與該負(fù)載并聯(lián)。
21.如權(quán)利要求20所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該占空比小于50%且大于該預(yù)定范圍的下限值，當(dāng)該諧振電容器充電時(shí)，該直流-直流轉(zhuǎn)換器的電壓增益高于該占空比為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓增益。
22.如權(quán)利要求20所述 的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該占空比大于50%且小于該預(yù)定范圍的上限值，當(dāng)該諧振電容器放電時(shí)，該直流-直流轉(zhuǎn)換器的電壓增益高于該占空比為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓增益。
23.一種電力變換器,其特征在于,所述電力變換器包含: 權(quán)利要求1至22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。
24.如權(quán)利要求23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。
25.如權(quán)利要求23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。
26.如權(quán)利要求23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。
27.如權(quán)利要求23所述的電力變換器，其特征在于，該功率因數(shù)校正裝置包含一無橋功率因數(shù)校正器。
28.一種電力變換器的控制方法，其特征在于，該控制方法包含以下步驟: (a)將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)脈沖； (b)基于該驅(qū)動(dòng)脈沖以提供一第一電壓給一負(fù)載； (c)檢測(cè)反映該負(fù)載的狀態(tài)的信號(hào)；以及 (d)當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，以一打嗝模式來控制該驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)而減小一工作期間/一停止期間的比例。
29.如權(quán)利要求28所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，以一打嗝模式來控制該驅(qū)動(dòng)脈沖，減少該工作期間內(nèi)相對(duì)于該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比為50 %時(shí)的該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量。
30.如權(quán)利要求28所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，在該工作期間改變?cè)擈?qū)動(dòng)脈沖的占空比，接著在該停止期間統(tǒng)計(jì)該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目，并根據(jù)該數(shù)目來調(diào)整該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
31.如權(quán)利要求30所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，在該工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于下一個(gè)工作期間繼續(xù)減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
32.如權(quán)利要求30所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，在該工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于下一個(gè)工作期間增加該驅(qū) 動(dòng)脈沖的占空比。
33.如權(quán)利要求32所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)更包含: 在增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，該控制單元判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于再下一個(gè)工作期間繼續(xù)增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
34.如權(quán)利要求32所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)更包含: 在增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于再下一個(gè)工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
35.如權(quán)利要求30所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，該控制單元在該工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空t匕，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于下一個(gè)工作期間繼續(xù)增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
36.如權(quán)利要求30所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)包含: 當(dāng)該負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，該控制單元在該工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空t匕，當(dāng)在該停止期間判定該工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較上一個(gè)工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于下一個(gè)工作期間減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
37.如權(quán)利要求36所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)更包含: 在減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目減少或不變時(shí)，于再下一個(gè)工作期間繼續(xù)減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
38.如權(quán)利要求36所述的控制方法，其特征在于，步驟(d)更包含: 在減少該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比以后，判定該下一個(gè)工作期間內(nèi)該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目較該工作期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)目增加時(shí)，于再下一個(gè)工作期間增加該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。
39.如權(quán)利要求28所述的控制方法，其特征在于，該控制方法還包含: 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)頻模式來控制該矩形波發(fā)生器。
40.如權(quán)利要求28所述的控制方法，其特征在于，步驟(a)包含: 控制一開關(guān)器件的啟閉以輸出該驅(qū)動(dòng)脈沖，其中該驅(qū)動(dòng)脈沖的幅值與該輸入電壓相等
41.如權(quán)利要求28所述的控制方法，其特征在于，該控制方法還包含: 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。
42.如權(quán)利要求41所述的控制方法，其特征在于，該控制方法還包含: 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。
43.如權(quán)利要求41所述的控制方法，其特征在于，該控制方法還包含: 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。輸出電路具有一負(fù)載，矩形波發(fā)生器將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)脈沖，諧振槽用于基于驅(qū)動(dòng)脈沖以提供一第一電壓給輸出電路，檢測(cè)單元用于檢測(cè)反映負(fù)載的狀態(tài)的信號(hào)，當(dāng)負(fù)載的狀態(tài)為輕載或空載時(shí)，控制單元以一打嗝模式來控制矩形波發(fā)生器，進(jìn)而減小一工作期間/一停止期間的比例。采用本發(fā)明，藉由上述方式減小一工作期間/一停止期間的比例，或逐次減少該工作期間內(nèi)相對(duì)于該驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比為50％時(shí)的該驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量，使得能量傳輸時(shí)間的比率減小，從而實(shí)現(xiàn)輕載時(shí)效率的提高。
文檔編號(hào)H02M3/335GK103138581SQ201110394250
公開日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