专利名称：直流-直流转换器、电力变换器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种直流-直流转换器、电力变换器及其控制方法。
背景技术：
近年来，由于能源节约运动在世界范围内的广泛推行，越来越多的客户要求开关模式的变换器在很宽的负载范围内均能达到高变换效率，所以对变换器在轻载和空载时的效率也提出了很高的要求。对此，国际能源组织(IEA)、美国和欧洲等国家和组织已制定出或正在制定相关标准，以限制开关模式变换器等电气产品在轻载和空载时的损耗。
串联谐振DC/DC变换器采用谐振变换技术，可实现开关管的零电压开通，电源损耗很小，在满载时效率很高。
图1是LLC串联谐振DC/DC变换器的基本形式。这种拓扑通常采用变频调制方式，通过改变矩形波的工作频率来稳定输出电压，占空比为50%，如图2所示。电源输出电压增益M与工作频率的关系为:
权利要求
1.一种直流-直流转换器，其特征在于，所述直流-直流转换器包含: 一输出电路，具有一负载； 一谐振槽，电性耦接该输出电路； 一矩形波发生器，电性耦接该谐振槽，该矩形波发生器具有至少一桥臂，包含一第一开关与一第二开关彼此电性耦接； 一检测单元，用于检测反映该负载的状态的信号；以及 一控制单元，用于当该负载的状态为轻载或空载时，以一波宽调变模式来控制该第一、第二开关的启闭以将一输入电压转换成至少一矩形波给该谐振槽，该第一开关的占空比落于一第一预定区间或一第二预定区间，且该第二开关的占空比与该第一开关的占空比互补，从而使该直流-直流转换器的增益大于I。
2.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于，当该负载的状态为轻载或空载时，矩形波的工作频率高于谐振槽的谐振频率。
3.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于，当该负载的状态为重载或满载时，该控制单元以一调频模式来控制该矩形波发生器。
4.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于，该第一开关的占空比介于小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第二开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
5.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于，该第二开关的占空比介于小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第一开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
6.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于，该负载包含一电阻器。
7.如权利要求5所述的直流-直流转换器，其特征在于，该负载更包含一变压器与一整流器，彼此电性耦接至该电阻器。
8.如权利要求7所述的直流-直流转换器，其特征在于，该谐振槽为一串联谐振电路或一并联谐振电路。
9.如权利要求8所述的直流-直流转换器，其特征在于，该串联谐振电路为一LC串联谐振电路或一 LLC串联谐振电路。
10.如权利要求9所述的直流-直流转换器，其特征在于，该LLC串联谐振电路包含一励磁电感器、一谐振电感器与一谐振电容器彼此串联，其中该励磁电感器与该变压器并联。
11.如权利要求10所述的直流-直流转换器，其特征在于，该励磁电感器、该谐振电感器与该谐振电容器三者与该第二开关并联，该控制单元控制第一开关的占空比小于50%，当控制单元导通第一开关且关闭第二开关时，藉由该励磁电感器上的箝位电压，该变压器向二次侧传输能量。
12.如权利要求11所述的直流-直流转换器，其特征在于，当控制单元关闭第一开关且导通第二开关时，该变压器不能向二次侧传输能量。
13.如权利要求 12所述的直流-直流转换器，其特征在于，该第一开关的占空比与该第二开关的占空比之和为1，该第一开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第二开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
14.如权利要求10所述的直流-直流转换器，其特征在于，该励磁电感器、该谐振电感器与该谐振电容器三者与该第二开关并联，该控制单元控制第一开关的占空比大于50%，当控制单元导通第一开关且关闭第二开关时，该变压器不能向二次侧传输能量。
15.如权利要求14所述的直流-直流转换器，其特征在于，当控制单元关闭第一开关且导通第二开关时，藉由该励磁电感器上的箝位电压，该变压器向二次侧传输能量。
16.如权利要求15所述的直流-直流转换器，其特征在于，该第一开关的占空比与该第二开关的占空比之和为1，该第二开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第一开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
17.一种电力变换器，其特征在于，所述电力变换器包含: 权利要求1至16中任意一项所述的直流-直流转换器； 一功率因数校正装置，电性耦接该直流-直流转换器；以及 一电磁干扰滤波器，电性耦接该功率因数校正装置，用于接收一交流电，该交流电经该电磁干扰滤波器及该功率因数校正装置转换后对该直流-直流转换器提供该输入电压。
18.如权利要求17所述的电力变换器，其特征在于，当该负载的状态为轻载或空载时，该功率因数校正装置降低对该直流-直流转换器所提供的该输入电压。
19.如权利要求17所述的电力变换器，其特征在于，当该负载的状态为轻载或空载时，该功率因数校正装置关闭。
20.如权利要求19所述的电力变换器，其特征在于，该功率因数校正装置包含: 一桥式整流器；以及 一功率因数校正器，电性耦接该桥式整流器。
21.如权利要求19所述的电力变换器，其特征在于，该功率因数校正装置包含一无桥功率因数校正器。
22.—种电力变换器的控制方法,该电力变换器包含一负载与一谐振槽，该谐振槽电性耦接该负载，其特征在于，该控制方法包含: 检测反映该负载的状态的信号；以及 当该负载的状态为轻载或空载时，以一波宽调变模式来控制一桥臂上的第一、第二开关的启闭以将一输入电压转换成至少一矩形波给该谐振槽，该第一开关的占空比落于一第一预定区间或一第二预定区间，且第二开关的占空比与该第一开关的占空比互补，使该电力变换器的增益大于I。
23.如权利要求22所述的控制方法，其特征在于，该控制方法更包含: 当该负载的状态为轻载或空载时，矩形波的工作频率高于谐振槽的谐振频率。
24.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该控制方法更包含: 当该负载的状态为重载或满载时，以一调频模式来调制该矩形波。
25.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该第一开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第二开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
26.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该第二开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第一开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
27.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该负载包含一变压器，该谐振槽包含一励磁电感器、一谐振电感器与一谐振电容器彼此串联，其中该励磁电感器与该变压器并联，该励磁电感器、该谐振电感器与该谐振电容器三者与该第二开关并联，该控制方法包含: 控制第一开关的占空比小于50%，当导通第一开关且关闭第二开关时，藉由该励磁电感器上的箝位电压，该变压器向二次侧传输能量，而当关闭第一开关且导通第二开关时，该变压器不能向二次侧传输能量。
28.如权利要求27所述的控制方法，其特征在于，该第一开关的占空比与该第二开关的占空比之和为1，该第一开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第二开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
29.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该负载包含一变压器，该谐振槽包含一励磁电感器、一谐振电感器与一谐振电容器彼此串联，其中该励磁电感器与该变压器并联，该励磁电感器、该谐振电感器与该谐振电容器三者与该第二开关并联，该控制方法包含: 控制第一开关的占空比大于50%，当关闭第一开关且导通第二开关时，藉由该励磁电感器上的箝位电压，该变压器向二次侧传输能量，而当导通第一开关且关闭第二开关时，该变压器不能向二次侧传输能量。
30.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，该第一开关的占空比与该第二开关的占空比之和为1，该第二开关的占空比介于一小于50%的第一预定上限值与一第一预定下限值之间，该第一开关的占空比介于一大于50%的第二预定下限值与一第二预定上限值之间。
31.如权利要求23所述 的控制方法，其特征在于，该控制方法更包含: 利用一电磁干扰滤波器接收一交流电，该交流电经该电磁干扰滤波器及一功率因数校正装置转换后提供该输入电压。
32.如权利要求31所述的控制方法，其特征在于，该控制方法更包含: 当该负载的状态为轻载或空载时，降低该功率因数校正装置所提供的该输入电压。
33.如权利要求31所述的控制方法，其特征在于，该控制方法更包含: 当该负载的状态为轻载或空载时，关闭功率因数校正装置。
全文摘要
本发明提供了一种直流-直流转换器、电力变换器及其控制方法。该直流-直流转换器包括输出电路、矩形波发生器、谐振槽、检测单元与控制单元。矩形波发生器具有一桥臂，该桥臂包括一第一开关与一第二开关彼此电性耦接。检测单元用于检测负载的状态，当负载的状态为轻载或空载时，控制单元以一波宽调变模式来控制第一、第二开关的启闭以将一输入电压转换成至少一矩形波给谐振槽，第二开关的占空比与该第一开关的占空比互补，使直流-直流转换器的增益大于1。采用本发明，藉由在轻载和空载时工作于开关间歇式脉宽调制控制模式，因此能有效减少变换器在单位时间内的总开关次数，有效地提高轻载效率，满足限制轻载时损耗的要求。
文档编号H02M3/335GK103138580SQ20111039387
公开日2013年6月5日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者忽培青, 金红元, 甘鸿坚, 应建平 申请人:台达电子企业管理(上海)有限公司