本發(fā)明涉及減少電源中的變壓器換向噪聲。

背景技術(shù)：

當(dāng)將第一電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓時，基于變壓器的電源經(jīng)常在兩個或更多個階段之間循環(huán)。在各階段之間，變壓器將會換向(即，使變壓器電壓反向)。為了允許變壓器換向，電源必須首先將位于變壓器的初級側(cè)的電流路徑斷開。然而，當(dāng)電源具有大負載電流時，存儲在變壓器的漏電感中的能量可引起諸如振鈴振蕩、大電壓尖峰或快速換向的問題，所有這些問題產(chǎn)生能夠使變壓器電壓畸變的噪聲。

例如，如果換向發(fā)生得太快，則跨變壓器的電壓的突然變化能夠使不期望的位移電流(稱為共模(cm)電流)在變壓器的初級繞組和次級繞組之間流動。換向的速度取決于變壓器的磁化電流的量值和為了使變壓器換向而必須充電的換向電容(cc)的大小。使換向變慢(并且減小cm電流)的一種方法是將一個或多個另外的電容器添加到變壓器。這有效地增加換向電容(cc)，換向電容(cc)是正常模式電容和任何另外的電容器的總和。

但這種方法并不很好地適用于大負載電流。在換向期間，存儲在變壓器的漏電感中的能量強迫cc上的電壓變化。這種漏電感能量(eleakage)按照方程與負載電流相關(guān)，并且關(guān)于負載電流增加。通過改變cc上的電壓，當(dāng)漏能量相對于換向能量(ec)(定義為，其中vc是換向電壓)顯著時，eleakage可增加換向速率(由此增加不期望的cm電流)。當(dāng)eleakage≥ec/2時，通常存在顯著關(guān)系。如上所述，較大的eleakage還可引起其它不期望的影響，諸如振鈴振蕩或大電壓尖峰。

用于管理由高負載電流引起的較大eleakage的一種解決方案是使電源中的開關(guān)斷開初級側(cè)電流的速率變慢。在從接通到斷開的轉(zhuǎn)變期間，開關(guān)電阻將會將一些漏電感能量作為熱量耗散。較慢的開關(guān)轉(zhuǎn)變允許開關(guān)耗散更多的漏能量，并且因此較少的能量被傳送給初級電容。然而，對于非常高的負載電流，開關(guān)經(jīng)常變得太熱而無法使用這種方案。

因此，存在對改進技術(shù)的需要，該改進技術(shù)使大負載電流對變壓器換向的影響最小化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供用于減小由噪聲(諸如，振鈴振蕩、電壓尖峰和共模(cm)電流)引起的負載相關(guān)畸變的改進的技術(shù)和裝置。電源具有變壓器并且在兩個或更多個階段中操作。電壓(vp)在每個操作階段期間被施加于變壓器初級。為了減小負載相關(guān)畸變，初級側(cè)電壓在每個操作階段的末尾在短時間期間被稍微減小。電壓減小在變壓器的漏電感中的電流上引起反壓。作為響應(yīng)，電源的負載電流逐漸減小至零，在電源的負載電流逐漸減小至零時，剩余初級側(cè)電壓(vp)被去除。變壓器的磁化電流隨后使變壓器換向，這使其轉(zhuǎn)變至下一操作階段。

例如，在一個實施例中，轉(zhuǎn)變電容器(ct)被用于在換向之前減小初級側(cè)電壓。ct可通過一個或多個開關(guān)連接到變壓器的初級側(cè)。在每階段末尾的換向之前，變壓器初級側(cè)的電流被引導(dǎo)通過ct，從而增加ct上的電壓并且減小跨變壓器的電壓。這允許ct在時間段τ期間(其中)吸收存儲在變壓器的漏電感(lleakage)中的能量，由此減少不期望的影響(諸如，振鈴振蕩、電壓尖峰和cm電流)，即使當(dāng)負載電流大時。

其它實施例可使用用于減小初級側(cè)電壓的任何其它已知的方法。例如，在一些實施例中，可替代于ct或連同ct一起使用電阻器以便耗散漏電感能量。任何其它已知的方法也可被用于減小初級側(cè)電壓。例如，通過使用諸如電阻器、二極管、晶體管、電壓源的部件或通過暫時地增加初級側(cè)繞組的數(shù)量來減小跨變壓器的初級側(cè)的電壓。

通過在換向之前減小變壓器的初級側(cè)電壓，改進的電源能夠減少原本將會由較大的負載電流引起的不期望的影響(諸如，振鈴振蕩、電壓尖峰和cm電流)。

附圖說明

圖1描述具有兩個階段的現(xiàn)有技術(shù)電源。

圖2描述在低負載電流下的現(xiàn)有技術(shù)電源的一個階段期間的示例性換向。

圖3描述在高負載電流下的現(xiàn)有技術(shù)電源的一個階段期間的示例性換向。

圖4描述改進的電源的示例性實施例。

圖5描述改進的電源的第一階段期間的第一示例性換向。

圖6描述改進的電源的第二階段期間的第二示例性換向。

圖7描述改進的電源的第二示例性實施例。

圖8描述改進的電源的第三示例性實施例。

圖9描述改進的電源的一個階段期間的第三示例性換向。

圖10描述改進的電源的第四示例性實施例。

具體實施方式

圖1示出示例性現(xiàn)有技術(shù)零電壓開關(guān)(“zvs”)電源100。控制器(未示出)操作功率開關(guān)a105和b110以基于由電源端子150和155提供的dc電壓來提供跨變壓器120的交流電壓。跨變壓器120的電壓通過變壓器的磁化電感(lmag)140產(chǎn)生磁化電流(imag)135，并且通過變壓器的漏電感(lleakage)125產(chǎn)生負載電流(iload)130。對負載電流進行整流在負載裝置145處創(chuàng)建輸出電壓和電流。例如，在一個實施例中，二極管橋160和負載電容器165可被用于對變壓器輸出進行整流。每個負載裝置可針對給定電壓汲取不同量的電流，并且甚至單個負載裝置可在不同時間汲取不同量的電流。圖1中的電容cc115代表跨變壓器的初級繞組的總電容，它由變壓器的正常模式電容以及任何另外的電容器構(gòu)成。

圖2描述當(dāng)負載電流低時針對現(xiàn)有技術(shù)zvs電源100的一個階段的事件的典型序列。最初，在這個示例中，開關(guān)a105接通并且開關(guān)b110斷開，分別如曲線圖215和220所示。為了使變壓器換向，開關(guān)a105斷開，從而使負載電流130在時間t0225變成零，如曲線圖210所示。此時，變壓器換向開始，如曲線圖205所示。需要注意的是，曲線圖205描述在變壓器120的初級繞組的每一端處的兩個電壓。在換向完成之后，開關(guān)b110在時間t1230接通。這允許負載電流130恢復(fù)到它以前的量值，但該電流現(xiàn)在沿相反方向流動，如曲線圖210所示。

在換向期間，一些能量被從變壓器的漏電感125(lleakage)傳送給電容115(cc)。足夠大的負載電流可使漏能量將噪聲引入到換向電壓(vc)205中。例如，當(dāng)漏能量相對于換向能量(ec)顯著時(即，當(dāng)eleakage≥ec/2)時，能夠發(fā)生這種情況。漏能量(eleakage)和負載電流(iload)之間的關(guān)系能夠被定義為：

[方程1]。

同樣地，換向能量(ec)能夠被定義為：

[方程2]。

這種現(xiàn)象被圖示在圖3中。在圖3中，開關(guān)a105在時間t0325斷開，并且開關(guān)b110在時間t1330接通，如曲線圖315和320所示。但因為負載電流130較大，如曲線圖310所示，更多能量在換向期間被傳送給電容(cc)115。作為結(jié)果，換向電壓(vc)發(fā)生畸變，如圖3中的曲線圖305所示。

引入到cc上的電壓(這里被稱為vc)中的畸變能夠被示出為：

[方程3]。

如方程3中所示，負載電流對換向電壓畸變具有最大單一影響。并且(如方程2所示)換向電壓繼而對換向能量具有最大影響。因此，負載電流對換向電壓畸變和換向能量二者都具有大影響。

理論上，通過使用較大電容(cc)或通過減小漏電感(lleakage)，能夠減小這種影響。但在實踐中，兩種選項都不可行。電容cc必須是特定值以便實現(xiàn)期望的換向上升/下降時間，并且通常不能被改變。在一些情況下，可以有可能減小lleakage，但通常它不能被減小為足以消除換向畸變。

因此，更好的選項是減小負載電流對換向電壓的影響。本發(fā)明的實施例通過將大部分漏能量(eleakage)傳送給不同的、較大電容器來實現(xiàn)這一點。這減小傳送給cc的eleakage的量，這繼而減小換向畸變。

圖4描述具有兩個輸入電源端子450和455的改進的零電壓開關(guān)(zvs)電源400的一個實施例。如圖4中所示，兩個“ac”功率開關(guān)(aac460和bac465)各自連接到串聯(lián)電容器(分別為cta470和ctb475)。每個串聯(lián)組合與“dc”功率開關(guān)(分別為adc405和bdc410)并聯(lián)連接。每個“dc”開關(guān)(adc405或bdc410)在操作的不同階段期間接通，以便提供通向地的交流路徑。在換向之前，有源“dc”功率開關(guān)(adc405或bdc410)斷開。此時，初級側(cè)電流被發(fā)送通過相應(yīng)“ac”開關(guān)(aac460和bac465)和電容器(分別為cta470和ctb475)。只要cta470和ctb475的電容大于cc415的電容，存儲在lleakage425中的大多數(shù)能量就將會被傳送給cta470或ctb475，而非傳送給cc415。一旦能量已被傳送，“ac”開關(guān)(aac460或bac465)斷開以分別使cta470或ctb475從電路斷開。磁化電流imag435隨后通過使cc415上的電壓反向來使變壓器420換向。

圖5圖示針對圖4的改進電源400的一個階段的事件的示例性序列。在時間t0535之前，開關(guān)aac460和adc405接通，同時開關(guān)bac465和bdc410斷開，分別如曲線圖515、520、525和530所示。在時間t0535，開關(guān)adc405斷開。這使漏電感能量開始向cta470傳送。該能量傳送繼而減小vc505，使負載電流430減小，如曲線圖510所示。一旦負載電流430達到零，所有能量已被傳送。在負載電流430達到零之后，開關(guān)aac460立即斷開以便將cta470斷開，如曲線圖430和515所示。這允許換向在時間t1540開始。在換向已完成之后，開關(guān)bdc410在t2545接通，并且允許負載電流沿相反方向增加，如曲線圖530所示。開關(guān)bac465也可接通，以便準備下一次換向，如曲線圖525所示。因為大多數(shù)漏電感能量被傳送給cta470而非cc415，所以負載電流430對換向電壓505具有小得多的影響。

圖6圖示從開關(guān)bdc410和bac465接通并且adc405和aac460斷開的狀態(tài)開始的電源的第二階段，分別如曲線圖630、625、620和615所示。在時間t0635，開關(guān)bdc410斷開并且漏電感能量開始向ctb475傳送，如曲線圖630所示。能量傳送vc605繼而減小負載電流430的量值，如曲線圖610所示。在能量已被傳送并且負載電流430達到零之后，開關(guān)bac465斷開并且換向在時間t1640開始，如曲線圖610和625所示。在換向已完成之后，開關(guān)adc405在時間t2645接通，從而允許負載電流沿相反方向增加，如曲線圖610和620所示。開關(guān)aac460也能夠被接通，以便準備下一次換向。此時，電源將會再次處于它的第一階段中，并且只要它在進行操作就繼續(xù)這個循環(huán)。

其它實施例可使用單個開關(guān)和轉(zhuǎn)變電容器ct，如圖7中所示。在圖7中示出的電源700中，dc電壓端子750和755將電壓提供給變壓器720的初級側(cè)。開關(guān)d760與轉(zhuǎn)變電容器ctd765并聯(lián)連接。當(dāng)開關(guān)d760接通時，它為初級側(cè)電流提供dc路徑。然而，在換向之前，開關(guān)d760斷開并且引導(dǎo)電流通過由ctd765創(chuàng)建的ac路徑。這允許ctd765吸收漏電感能量(eleakage)，由此減小如以上所討論的換向噪聲。

在電源的一個階段期間，例如，開關(guān)a705和d760可接通，同時開關(guān)b710斷開。在換向之前，開關(guān)d760斷開并且引導(dǎo)電流通過ctd765。一旦負載電流730達到零，開關(guān)a705也斷開并且允許變壓器720換向。在換向期間，開關(guān)d760可再次接通，以便為操作的下一個階段建立dc電流路徑。在換向已完成之后，開關(guān)b710接通并且電源將會處于它的下一個階段中。

雖然圖7描述“推挽”類型的電源，但本發(fā)明也可被實現(xiàn)在其它類型的電源中。例如，圖8示出全橋電源的示例性實施例。圖8中示出的電源800與圖7中的電源700功能相同，但開關(guān)a705和b710開關(guān)由一對a開關(guān)805和b開關(guān)810替換。兩個a開關(guān)805共享相同狀態(tài)，并且兩個b開關(guān)810共享相同狀態(tài)。像圖7中一樣，開關(guān)d760在開關(guān)接通時為初級側(cè)電流提供dc路徑，并且在開關(guān)斷開時允許ctd865吸收能量。

圖9描述針對具有單個轉(zhuǎn)變電容器ct的電源(諸如，圖7和8中示出的電源700和800)的一個階段的事件的示例性序列。在時間t0930之前，a開關(guān)(705或805)和d開關(guān)760接通，同時b開關(guān)(710或810)斷開，分別如曲線圖915、920和925所示。在時間t0930，開關(guān)d760斷開，從而提供通過ctd765的電流路徑，如曲線圖920所示。此時，漏電感能量開始向ctd765傳送并且負載電流開始減小，如曲線圖910所示。一旦負載電流達到零，a開關(guān)(705或805)就斷開，從而允許變壓器在時間t1935換向。開關(guān)d760可在時間t2940再次接通，以便為下一個操作階段提供dc電流路徑。在換向已完成之后，b開關(guān)(710或810)在時間t3945接通，并且電源開始它的下一個操作階段。在它的下一個階段中，電源將會執(zhí)行類似的事件序列，使a開關(guān)(705或805)和b開關(guān)(710或810)的操作反向。在雙階段電源中，這將會使電源返回到它的第一階段。只要電源在進行操作，這個循環(huán)就將會重復(fù)。

雖然在圖4-9中討論的實施例使用一個或多個電容器來吸收eleakage，但在其它實施例中，一個或多個電阻器、二極管、晶體管、電壓源(例如，電池)或其它部件可替換ct或與ct組合。例如，在一個實施例中，初級側(cè)電流可被發(fā)送通過另外的初級繞組以減小初級側(cè)電壓。如圖10中所示，電源1000在換向之前使用開關(guān)1055減小初級側(cè)電壓。在每個操作階段期間，開關(guān)1055連接到內(nèi)部接觸器，從而提供通過較小數(shù)量的繞組的電流路徑。在每個操作階段的末尾附近，開關(guān)1055連接到另外的初級側(cè)繞組，從而有效地減小初級側(cè)電壓。在換向完成之后，開關(guān)1055重新連接到所述較小數(shù)量的繞組。雖然圖10中示出的實施例使用兩個開關(guān)，但可在其它實施例中使用更少或更多的開關(guān)。

雖然已為了說明的目的描述本發(fā)明的特定實施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出各種修改。例如，將會容易地顯而易見的是，本發(fā)明可被實現(xiàn)在其它類型的電源中，包括不使用零電壓開關(guān)或具有多于兩個階段的電源。因此，本發(fā)明不應(yīng)該受到除所附權(quán)利要求之外的限制。