具有延长的保持时间的功率转换器的制作方法

发明背景

1.发明领域

本发明通常涉及用于提供ac到dc转换的系统和方法。

2.相关领域的讨论

ac-dc转换器通常在各种应用中用于将所供应的ac功率转换成具有期望电压电平的dc功率。例如，ac-dc转换器通常用作在高频隔离的不间断电源(ups)系统中、在用于向配电母线提供期望dc电压(例如48v)的电信系统中和在高电压直流(hvdc)数据中心电源中的电池充电器或前端转换器，以向配电母线提供期望dc电压(例如240v或380v)。

概述

本发明的至少一个方面目的在于一种ac-dc转换器系统，其包括被配置为从ac源接收输入ac功率的输入端；被配置为向负载提供具有输出dc电压的输出dc功率的输出端；耦合到输入端的整流器；耦合到整流器的电容器；耦合到电容器的dc母线；耦合到dc母线的多个第一开关；耦合在整流器和多个第一开关之间的多个第二开关；具有初级绕组和次级绕组的变压器，初级绕组耦合到多个第一开关、多个第二开关和整流器，以及次级绕组耦合到输出端；以及控制器，其被配置为监测输入ac功率，并且响应于确定输入ac功率是可接受的而操作多个第二开关和多个第一开关，使得输出dc电压保持在期望输出dc电压电平处，并且操作多个第一开关，使得dc母线上的dc母线电压保持在期望dc母线电压电平处。

根据一个实施例，在操作多个第二开关和多个第一开关使得输出dc电压保持在期望输出dc电压电平处时，控制器还被配置为以互补的方式操作多个第二开关和多个第一开关。在另一个实施例中，在操作多个第一开关使得dc母线上的dc母线电压保持在期望dc母线电压电平处时，控制器进一步被配置为响应于dc母线电压接近期望dc母线电压电平而减小提供给多个第一开关的控制信号的占空比。

根据另一实施例，ac-dc转换器系统还包括第一电感器，其中变压器的初级绕组包括中心抽头，并且其中中心抽头经由第一电感器耦合到整流器。在一个实施例中，ac-dc转换器系统还包括第二电感器，其中初级绕组经由第二电感器耦合到多个第一开关。在另一个实施例中，ac-dc转换器系统还包括第三电感器，其中初级绕组经由第三电感器耦合到多个第二开关。

根据一个实施例，响应于确定输入功率是不可接受的，控制器还被配置为在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关以从电容器抽取能量，使得输出dc电压在保持时间段期间保持在期望输出dc电压电平处。在一个实施例中，保持时间段至少为10ms。在另一个实施例中，在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关时，控制器还被配置成在全桥相移操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关。在另一个实施例中，在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关时，控制器还被配置成在全桥脉宽调制(pwm)操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关。

本发明的另一方面目的在于一种用于操作ac-dc转换器系统的方法，该系统包括输入端；输出端；耦合到输入端的整流器；耦合到整流器的电容器；耦合到电容器的dc母线；耦合到dc母线的多个第一开关；耦合在整流器和多个第一开关之间的多个第二开关；以及具有初级绕组和次级绕组的变压器，初级绕组耦合到多个第一开关、多个第二开关和整流器，以及次级绕组耦合到输出端，其中该方法包括下列行动：在输入端处从ac源接收输入ac功率，确定输入ac功率是否是可接受的，响应于确定ac功率是可接受的而操作多个第二开关和多个第一开关使得在输出端处保持输出dc电压电平，以及响应于确定ac功率是可接受的而操作多个第一开关使得dc母线电压电平保持在dc母线上。

根据一个实施例，操作多个第二开关和多个第一开关使得在输出端处保持输出dc电压电平的行动包括以互补的方式操作多个第二开关和多个第一开关。在一个实施例中，操作多个第二开关和多个第一开关使得在输出端处保持输出dc电压电平的行动还包括下列行动：监测输出dc电压电平，将输出dc电压电平与参考输出电压电平比较，以及基于将输出dc电压电平与参考输出电压电平进行比较的行动而操作多个第二开关和多个第一开关以将输出dc电压电平驱动到参考输出电压电平。在另一个实施例中，操作多个第一开关使得dc母线电压电平保持在dc母线上的行动还包括下列行动：监测dc母线电压电平，将dc母线电压电平与参考母线电压电平进行比较，以及基于将dc母线电压电平与参考母线电压电平进行比较的行动而操作多个第一开关以将dc母线电压电平驱动到参考母线电压电平。

根据另一实施例，操作多个第一开关以将dc母线电压电平驱动到参考母线电压电平的行动包括响应于dc母线电压接近期望dc母线电压电平而减小提供给多个第一开关的控制信号的占空比。在一个实施例中，降低控制信号的占空比包括将控制信号的占空比降低k倍，并且该方法还包括利用比例积分(pi)控制器基于将dc母线电压电平与参考母线电压电平进行比较的行动来计算倍数k。

根据一个实施例，该方法还包括响应于确定ac功率是不可接受的而在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关以从电容器中抽取能量，使得输出dc电压电平在保持时间段期间在输出端处被保持。在一个实施例中，在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关包括在全桥相移操作模式和全桥pwm操作模式的一个中操作多个第二开关和多个第一开关。

本发明的至少一个方面涉及一种ac-dc转换器系统，其包括被配置为从ac源接收输入ac功率的输入端；被配置为向负载提供具有输出dc电压的输出dc功率的输出端；耦合到输入端的整流器；耦合到整流器的电容器；耦合到电容器的dc母线；耦合在整流器和输出端之间的变压器；用于当在输入端处接收的输入ac功率是可接受的时保持在输出端处的输出dc电压电平的装置；以及用于当在输入端处接收的输入ac功率是可接受的时保持在dc母线上的dc母线电压电平的装置。在一个实施例中，ac-dc转换器系统还包括用于当在输入处接收的输入ac功率是不可接受的时在保持时间段期间保持在输出端处的输出dc电压电平的装置。

附图的简要说明

附图不旨在按比例绘制。各图中，在各个图中示出的每个相同的或者接近相同的部件用相似的编号表示。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。在附图中：

图1是根据本文描述的方面的ac-dc功率转换器的电路图；

图2是示出根据本文所描述的方面提供给ac-dc功率转换器的控制信号的时序图；

图3包括示出根据本文描述的方面的ac-dc转换器的不同参数的曲线图；

图4是示出根据本文描述的方面的ac-dc转换器的控制回路的方框图；

图5是示出根据本文描述的方面在不同操作模式期间提供给ac-dc转换器的控制信号的时序图；

图6是示出根据本文描述的方面的在第一操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图7是示出根据本文描述的方面的在第二操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图8是示出根据本文描述的方面的在第三(和第六)操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图9是示出根据本文描述的方面的在第四操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图10是示出根据本文描述的方面的在第五操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图11是示出根据本文描述的方面的在第七操作模式中的ac-dc转换器的一部分的操作的电路图；

图12是示出根据本文描述的方面的在保持操作模式的第一阶段中的ac-dc转换器的操作的电路图；

图13是示出根据本文描述的方面的在保持操作模式的第二阶段中的ac-dc转换器的操作的电路图；

图14是示出根据本文描述的方面的在保持操作模式的第三阶段中的ac-dc转换器的操作的电路图；以及

图15是示出根据本文所描述的方面的在保持操作模式的第四阶段中的ac-dc转换器的操作的电路图。

详细描述

本文所讨论的方法和系统的示例并不将其应用限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构以及布置的细节。方法和系统能够在其他实施例中实施，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供的特定实现的示例仅用于说明性目的而并不旨在限制。具体来说，结合任何一个或者更多个示例论述的行动、部件、元件以及特征不旨在排除任何其他的示例中的类似作用。

另外，本文中所使用的措辞和术语是出于描述的目的，且不应视为限制。对于本文中以单数提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或者行动的任何参考也可以包含包括复数的实施例，并且对于本文的任何实施例、部件、元件或者行动的复数的任何参考也可以包含仅包括单数的实施例。单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或者方法、它们的部件、行动或者元件。“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”和“涉及”及其变型在本文中的使用意指包括其后列出的项目和其等价物以及额外的项目。“或”的引用可解释为包括一切的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个以及全部中的任何一种。另外，在本文件和通过引用并入本文的文件之间用法不一致的情况下，在并入的文件中的术语用法作为对本文件中的术语用法的补充；对于不可协调的不一致，以本文件中的术语用法为准。

如上所讨论的，ac-dc转换器通常在各种不同的应用中用于将输入ac功率转换成具有期望电压电平的输出dc功率。ac-dc转换器可以包括保持时间延长电路，其被配置成将转换器的输出电压保持在恒定电平处，而不管输入ac功率发生故障或者下降到不足的电平。常见的保持时间延长电路通常将额外的和/或中间的转换器添加到ac/dc转换器。这些额外的电路/转换器可导致额外的成本和额外的功率损耗。这种额外的功率损耗可能导致减小的功率密度(例如，由于大容量电容器)和/或降低的效率。

提供功率转换器，其在正常操作模式(即，当输入功率是可接受的时)中输出恒定电压，并且当提供给转换器的输入功率被中断时继续在保持延长操作模式中输出恒定电压。功率转换器在不使用上述中间转换器和大容量电容器的情况下操作。

图1是根据本文描述的方面的ac-dc功率转换器100的电路图。转换器100包括ac输入101、整流器102(包括二极管d1107、d2109、d3111和d4113)、dc母线104、dc母线电容器(c母线)106、第一有源箝位开关(sa1)108、第二有源箝位开关(sa2)110、第一推挽开关(spp1)112、第二推挽开关(spp2)114、电感器l1116、电感器lk1118、电感器lk2120、变压器(t1)122、二极管d5124、二极管d6126、输出电容器(c2)128和dc输出端130。根据一个实施例，转换器100中的开关(sa1108、sa2110、spp1112、spp2114)是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)；然而，在其他实施例中，每个开关可以是另一适当类型的开关或晶体管。

ac输入端101被配置为耦合到具有正端子和负端子的ac源103。整流器102被耦合到ac输入端101。更具体地，二极管d1107的阳极耦合到ac源103的正端子和二极管d3111的阴极。二极管d2109的阳极耦合到ac源103的负端子和二极管d4113的阴极。二极管d1107和d2109的阴极耦合到电感器l1116的第一端子。电感器l1116的第二端子耦合到变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119。

二极管d3111和d4113的阴极耦合到开关spp1112的源极和开关spp2114的源极。dc母线电容器(c母线)106的负端子也耦合到开关spp1112的源极和开关spp2114的源极。dc母线电容器(c母线)106的正端子经由dc母线104耦合到开关sa1108和sa2110的漏极。开关sa1108的源极耦合到开关spp1112的漏极和电感器lk1118的第一端子。电感器lk2118的第二端子耦合到变压器(t1)122的初级绕组121的第一端。开关sa2110的源极耦合到开关spp2114的漏极和电感器lk2120的第一端子。电感器lk2的第二端子耦合到变压器(t1)122的初级绕组121的第二端。

变压器(t1)122的次级绕组123的第一端耦合到二极管d6126的阴极。变压器(t1)122的次级绕组123的第二端耦合到二极管d5124的阴极。二极管d5125和d6126的阳极耦合到输出电容器(c2)128的负端子。变压器(t1)的次级绕组123的中心抽头127耦合到输出电容器(c2)128的正端子。输出电容器128的正端子也耦合到输出端130。输出端130被配置成耦合至负载132。

根据至少一个实施例，转换器100还包括控制器105。控制器105耦合到转换器100中的开关(sa1108、sa2110、spp1112、spp2114)的栅极，并且被配置为经由控制信号来操作开关。控制器105还耦合到输入端101、dc母线104和输出端130，并且被配置为监测由ac源103提供给输入端101的输入ac电压(vac)、dc母线104上的dc电压(v母线)和在输出端130处的dc电压(v输出)。在一个实施例中，控制器105还耦合到耦合在二极管d3的阳极和开关spp1112的源极之间的电流传感器115(例如，电阻器)，并被配置为监测通过电流传感器115的电流(iac)。

控制器100的操作关于图2-3在下面被讨论。图2是示出在转换器100的操作期间由控制器105提供给开关(sa1108、sa2110、spp1112、spp2114)的控制信号的时序图200。时序图200包括表示由控制器105提供给推挽开关spp1112的栅极的控制信号的第一迹线202、表示由控制器105提供给有源箝位开关sa1108的栅极的控制信号的第二迹线204、表示由控制器105提供给推挽开关spp2114的栅极的控制信号的第三迹线206以及表示由控制器105提供给有源箝位开关sa2110的栅极的控制信号的第四迹线208。图3包括示出转换器100的不同参数的曲线图。图3包括示出在转换器100的操作期间的输入ac电压(vac)的第一曲线300、示出在转换器100的操作期间通过电流传感器115(iac)的电流的第二曲线302以及示出在转换器100的操作期间在dc母线104上的电压(v母线)的第三曲线304。

如图2-3所示，向转换器100的输入端101提供输入ac功率(例如，具有230vac的输入ac电压电平)，并且控制器105监测输入ac电压电平。响应于输入ac电压电平是可接受的(即，至少在支持转换器100的期望dc输出电压(v输出)的电平下)，控制器105以互补的方式操作推挽开关(spp1112和spp2114)和有源箝位开关(sa1108和sa2110)，使得期望dc输出电压(v输出)被提供给耦合到输出端130的负载132。控制器105还操作有源箝位开关(sa1108和sa2110)以将dc母线104上的电压(v母线)调节到期望电平(例如，400vdc)。当dc母线104上的电压(v母线)接近期望电平时(例如，如图3的第三曲线304所示的400vdc)，控制器105通过减少有源箝位开关(sa1108和sa2110)接通的时间量来操作有源箝位开关(sa1108和sa2110)以将dc母线104上的电压(v母线)维持在期望电平处。例如，如图2的第二迹线204和第四迹线208所示的，当dc母线104上的电压(v母线)接近期望电平时(在图3中所示)，控制器105操作开关sa1108和sa2110以减少开关sa1108和sa2110接通的时间量(即，减小提供给开关108、110的控制信号204、208的占空比，例如，如虚线205、209所示)。控制器105对开关(spp1112、spp2114、sa1108、sa2110)的控制将在下面关于图4被更详细地讨论。

图4是示出控制器105的不同控制环路的方框图。控制器105的第一控制回路400将预定的输出电压参考(v输出_参考)与转换器100的实际输出电压(v输出)进行比较，并基于该比较来操作推挽开关(spp1112和spp2114)(即，调整被提供到推挽开关的栅极的控制信号202、206的脉冲宽度)以将转换器100的输出电压(v输出)驱动到输出电压参考(v输出_参考)。控制器105的第二控制回路402将预定的母线电压参考(v母线_参考)与母线104上的实际电压(v母线)进行比较，并且基于该比较来操作有源箝位开关(sa1108和sa2110)(即，调整被提供到有源箝位开关的栅极的控制信号204、208的脉冲宽度)以将母线104上的电压(v母线)驱动到母线电压参考(v母线_参考)。

当电压(v母线)接近母线电压参考(v母线_参考)时，有源箝位开关(sa1108和sa2110)的“导通”时间可以减小(例如，如图2所示)。例如，根据一个实施例，有源箝位开关(sa1108和sa2110)的“导通”时间减小了k倍，其由在第二控制回路402中的比例积分(pi)控制器404的输出(pi4)定义。如上面更详细地讨论的，母线电压参考(v母线_参考)被限定在一个电平处，使得当输入ac功率被中断时可以实现输出电压(v输出)的期望保持时间。

图5是示出在转换器100的不同操作模式期间由控制器105提供给开关(sa1108、sa2110、spp1112、spp2114)的控制信号的时序图500。时序图500包括表示由控制器105提供给推挽开关spp1112的栅极的控制信号的第一迹线502、表示由控制器105提供给推挽开关spp2114的栅极的控制信号的第二迹线504、表示由控制器105提供给有源箝位开关sa1108的栅极的控制信号的第三迹线506以及表示由控制器105提供给有源箝位开关sa2110的栅极的控制信号的第四迹线508。

如图5所示，在第一操作模式中，控制器105向推挽开关spp1112的栅极提供高控制信号502以操作开关spp1112闭合，并向开关spp2114、sa1108和sa2110的栅极提供低控制信号504、506、508以将开关108、110、114中的每一个保持在断开状态中。图6是示出在第一操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图6所示，在第一操作模式中，经由包括电感器l1161、变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119、电感器lk1118和推挽开关spp1112的功率路径602来将从ac输入功率得到的功率提供到变压器(t1)122的初级绕组121。在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，并将具有输出dc电压电平(v输出)的对应dc功率提供到输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以对电容器充电)。

如图5所示，在第二操作模式中，控制器105向推挽开关spp1112的栅极提供高控制信号502以将开关spp1112保持在闭合状态中，并向有源箝位开关sa2110的栅极提供高控制信号508以操作开关sa2110闭合。在第二操作模式中，控制器105还向开关spp2114和sa1108的栅极提供低控制信号504、506以将开关108、114中的每一个保持在断开状态中。图7是示出在第二操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图7所示，在第二操作模式中，经由包括电感器l1116的第一功率路径702将从ac输入功率得到的功率提供给变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119。在第二操作模式期间，功率也经由第二功率路径704从变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119被提供到dc母线电容器(c母线)106并经由第三功率路径706返回到整流器102。第二功率路径704包括变压器(t1)122的初级绕组121的一部分、电感器lk2120、有源箝位开关sa2110和dc母线104。第三功率路径706包括变压器(t1)122的初级绕组121的一部分、电感器lk1118和推挽开关spp1112。

在第二操作模式中，取决于在母线104两端的电压(v母线)是小于还是大于在变压器(t1)122的初级绕组121和电感器lk2120之间的电压电平，通过有源箝位开关sa2110的电流704是双向的(即，可以向dc母线电容器(c母线)106提供能量或从电容器106抽取能量)。由第一、第二和第三功率路径702、704、706生成的在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，且具有输出dc电压电平(v输出)的相应dc功率被提供到输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以给电容器充电)。

如图5所示，在第三操作模式中，控制器105向有源箝位开关sa2110的栅极提供高控制信号508以操作开关sa2110闭合，并向开关spp1112、spp2114和sa1108的栅极提供低控制信号502、504、506以将开关中的每一个保持在断开状态中。图8是示出在第三操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图8所示，在第三操作模式中，经由包括电感器l1116的第一功率路径802向变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119提供从ac输入功率得到的功率。在第三操作模式期间，还经由第二功率路径804和第三功率路径806将功率从变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119提供到dc母线电容器(c母线)106。第二功率路径804包括电感器lk2120、有源箝位开关sa2110和dc母线104。第三功率路径806包括电感器lk1118、有源箝位开关sa1108的体二极管和dc母线104。同样在第三种操作模式中，输出电容器(c2)128放电并向负载132提供具有输出dc电压电平(v输出)的dc功率。

如图5所示，在第四操作模式中，控制器105向推挽开关spp2114的栅极提供高控制信号504以操作开关spp2114闭合，并向开关spp1112、sa1108和sa2110的栅极提供低控制信号502、506、508以将开关108、110、112中的每一个保持在断开状态中。图9是示出在第四操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图9所示，在第四操作模式中，经由包括电感器l1116、变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119、电感器lk2120和推挽开关spp2114的功率路径902向变压器(t1)122的初级绕组121提供从ac输入功率得到的功率。在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，并将具有输出dc电压电平(v输出)的对应dc功率提供到输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以对电容器充电)。

如图5所示，在第五操作模式中，控制器105向推挽开关spp2114的栅极提供高控制信号504以将开关spp2114保持在闭合状态中，并向有源箝位开关sa1108的栅极提供高控制信号506以操作开关sa1108闭合。在第五操作模式中，控制器105还向开关spp1112和sa2110的栅极提供低控制信号502、508以将开关110、112中的每一个保持在断开状态中。图10是示出在第五操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图10所示，在第五操作模式中，经由包括电感器l1116的第一功率路径1002将从ac输入功率得到的功率提供给变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119。在第五操作模式期间，功率也经由第二功率路径1004从变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119被提供到dc母线电容器(c母线)106，并经由第三功率路径1006返回到整流器102。第二功率路径904包括变压器(t1)122的初级绕组121的一部分、电感器lk1118、有源箝位开关sa1108和dc母线104。第三功率路径906包括变压器(t1)122的初级绕组121的一部分、电感器lk2120和推挽开关spp2114。

在第五操作模式中，取决于在母线104两端的电压(v母线)是小于还是大于在变压器(t1)122的初级绕组121和电感器lk1118之间的电压电平，通过有源箝位开关sa1108的电流904是双向的(即，可以向dc母线电容器(c母线)106提供能量或从电容器106抽取能量)。由第一、第二和第三功率路径1002、1004、1006生成的在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，且具有输出dc电压电平(v输出)的相应dc功率被提供到输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以给电容器充电)。

如图5所示，在第六操作模式中，控制器105向有源箝位开关sa1108的栅极提供高控制信号506以操作开关sa1108闭合，并向开关spp1112、spp2114和sa2110的栅极提供低控制信号502、504、508以将开关110、112、114中的每一个保持在断开状态中。在第六操作模式中的转换器100的操作与图8所示的操作相对相同。如图8所示，在第六操作模式中，经由包括电感器l1116的第一功率路径802将由ac输入功率得到的功率提供给变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119。在第三操作模式期间，功率还经由第二功率路径804和第三功率路径806从变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119提供到dc母线电容器(c母线)106。第二功率路径包括电感器lk2120、有源箝位开关sa2110的体二极管和dc母线104。第三功率路径包括电感器lk1118、有源箝位开关sa1108和dc母线104。同样在第六操作模式中，输出电容器(c2)128放电并向负载132提供具有输出dc电压电平(v输出)的dc功率。

根据至少一个实施例，转换器还可以在第七操作模式中操作，其中推挽开关spp1112和推挽开关spp2114的占空比都大于0.5。在这样的第七操作模式中，控制器105向推挽开关spp1112的栅极提供高控制信号502，并向推挽开关spp2114的栅极提供高控制信号，以操作这两个开关闭合。在第七操作模式中，控制器105还向开关sa1108和sa2110的栅极提供低控制信号506、508，以将开关108、110中的每一个保持在断开状态。图11是示出在第七操作模式中的转换器100的一部分的操作的电路图。如图11所示，在第七操作模式中，经由包括电感器l1116的第一功率路径1102将从ac输入功率得到的功率提供给变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119。在第七操作模式期间，功率还经由第二功率路径1104和第三功率路径1106从变压器(t1)122的初级绕组121的中心抽头119被提供给整流器102。第二功率路径1104包括电感器lk1118和推挽开关spp1112。第三功率路径1106包括电感器lk2120和推挽开关spp2114。同样在第七操作模式中，输出电容器(c2)128放电并向负载132提供具有输出dc电压电平(v输出)的dc功率。

通过在上述不同的操作模式中控制转换器100，控制器105操作转换器100以在输出端130处保持期望电压(v输出)并且将dc母线104上的电压电平(v母线)保持在期望电平处。如上所讨论的，dc母线104的期望电平(例如，如图4所示的v母线_参考)被限定在一个电平处，使得当输入ac功率被中断时可以实现输出电压(v输出)的期望保持时间。

当输入ac功率(即，输入ac电压(vac))是不可接受的(即，落在生成期望dc输出电压所必需的电平之下和/或被中断)时，控制器105在全桥相移或全桥脉宽调制(pwm)模式中操作推挽开关(spp1112和spp2114)和有源箝位开关(sa1108和sa2110)，以通过抽取存储在dc母线电容器(c母线)106中的能量来延长转换器100的保持时间。例如，根据至少一个实施例，具有250μf的电容的dc母线电容器(c母线)106在保持模式中在10ms期间供应1500w。在其他实施例中，dc母线电容器可以配置有另一适当的电容。下面关于图12-15更详细地讨论在保持操作模式中的转换器100的操作。

图12-15示出当输入ac功率(vac)被中断时在保持操作模式中的转换器100的操作。图12示出在保持操作模式的第一阶段中的转换器100的操作，图13示出在保持操作模式的第二阶段中的转换器100的操作，图14示出在保持操作模式的第三阶段中的转换器100的操作，以及图15示出在保持操作模式的第四阶段中的转换器100的操作。

如图12所示，在保持操作模式的第一阶段中，控制器105向推挽开关spp2114的栅极提供高控制信号504以在闭合状态中操作开关spp2114，并向有源箝位开关sa1108的栅极提供高控制信号506以操作开关sa1108闭合。在保持操作模式的第一阶段中，控制器105还向开关spp1112和sa2110的栅极提供低控制信号502、508，以将开关中的每一个保持在断开状态中。如图12所示，在保持操作模式的第一阶段中，经由包括dc母线104、有源箝位开关sa1108、电感器lk1118、变压器(t1)122的初级绕组121、电感器lk2120和推挽开关spp2114的功率路径1202向变压器(t1)122的初级绕组121提供从dc母线电容器106抽取的功率。在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，并将具有输出dc电压电平(v输出)的对应dc功率提供给输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以对电容器充电)。

在保持操作模式的第二阶段中，控制器105向推挽开关spp2114的栅极提供高控制信号504以在闭合状态中操作开关spp2114，并向推挽开关spp1112的栅极提供高控制信号502以操作开关spp1112闭合。在保持操作模式的第二阶段中，控制器105还向开关sa1108和sa2110的栅极提供低控制信号506、508，以将开关中的每个保持在断开状态中。如图13所示，在保持模式操作的第二阶段中，输出电容器(c2)128放电，并且具有输出dc电压电平(v输出)的输出dc功率被提供到输出端130。同样在保持操作模式的第二阶段中，生成功率路径1302，其包括推挽开关spp1112、电感器lk1118、变压器(t1)122的初级绕组121、电感器lk2120和推挽开关spp2114。

在保持操作模式的第三阶段中，控制器105向推挽开关spp1112的栅极提供高控制信号502以在闭合状态中操作开关spp1112，并向有源箝位开关sa2110的栅极提供高控制信号508以操作开关sa2110闭合。在保持操作模式的第三阶段中，控制器105还向开关spp2114和sa1108的栅极提供低控制信号504、506，以将开关中的每个保持在断开状态中。如图14所示，在保持操作模式的第三阶段中，经由包括dc母线104、有源箝位开关sa2110、电感器lk2120、变压器(t1)122的初级绕组121、电感器lk1118和推挽开关spp1112的功率路径1402将从dc母线电容器106抽取的功率提供给变压器(t1)122的初级绕组121。在变压器(t1)122的初级绕组121中的产生的电流在变压器(t1)122的次级绕组123中感应出电流，且具有输出dc电压电平的相应dc功率被提供到输出端130(即，到负载132和到输出电容器(c2)128以对电容器充电)。

在保持操作模式的第四阶段中，控制器105向有源箝位开关sa1108的栅极提供高控制信号506以在闭合状态中操作开关sa1108，并向有源箝位开关sa2110的栅极提供高电平控制信号508以操作开关sa2110闭合。在保持操作模式的第四阶段中，控制器105还向开关spp1112和spp2114的栅极提供低控制信号502、504，以将开关中的每个保持在断开状态中。如图15所示，在保持模式操作的第四阶段中，输出电容器(c2)128放电，并且具有输出dc电压电平(v输出)的dc功率被提供给输出端130。同样在保持操作模式的第四阶段中，生成功率路径1502，其包括有源箝位开关sa2110、电感器lk2120、变压器(t1)122的初级绕组121、电感器lk1118和有源箝位开关sa118。

如上所讨论的，通过在输入ac功率被中断时在保持操作模式的不同阶段期间控制转换器100，控制器105可以操作转换器100以在保持时间段期间向负载提供期望输出dc电压电平(v输出)。

如上所述，提供一种功率转换器，其在输入ac功率正常时输出恒定的dc电压，并且当提供到转换器的输入ac功率被中断时继续在保持延长操作模式中输出恒定电压。当接收到可接受的输入ac功率时，转换器在多个不同的操作模式中操作，以保持在转换器的输出端处的期望电压(v输出)。当接收到可接受的输入ac功率时，转换器也被操作以将转换器中的dc母线上的电压电平(v母线)保持在期望电平处。dc母线的期望电平可以被限定在一个电平，使得输出电压(v输出)的保持时间可被实现而不管ac功率中断。当输入ac功率中断时，转换器在保持操作模式的多个阶段中操作，以从dc母线抽取功率，并在保持时间段期间将在期望电压(v输出)处的dc功率提供给负载。如上所述，转换器在不采用一般大而昂贵的中间转换器和大容量电容器的情况下操作，如通常在这种转换器中使用的。

在这样描述了本发明的至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域的技术人员将容易想到各种变更、修改和提高。这种变更、修改和提高被规定为本公开的一部分，并且被规定为在本发明的精神和范围内。因此，以上描述和附图仅仅是示例性的。