直流/直流转换器、输出电路以及电能传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能传输技术领域，尤其涉及一种直流/直流转换器、输出电路以及电能传输方法。
【背景技术】
[0002]图1所示为现有的基于变压器的直流/直流转换器100的电路示意图。直流/直流转换器100包括开关电路102、变压器Tl和整流电路104。开关电路102控制变压器Tl的初级绕组Pl和电源供应端VIN之间的连接，从而控制初级绕组Pl到次级绕组SI的能量传输。整流电路104对次级绕组SI上的电压进行整流从而在开关节点LX处产生整流信号。
[0003]次级绕组SI中的寄生电容Cpaka和电感L ^?构成谐振电路。该谐振电路在次级绕组SI上会产生振铃电压(voltage ringing)。如果初级绕组Pl上的功率发生突变(例如，在开关电路102将初级绕组Pl连接至电源供应端VIN的时刻)，振铃电压的振幅会相当高。高振铃电压会经过整流电路104到达开关节点LX。因此，如图2所示，直流/直流转换器100在每一个开关周期都会在开关节点LX处产生高振铃电压202，这会对整流电路104和/或相关电路产生不良影响。相关电路，例如可以是输出电感L1、输出电容Qm以及与输出端VOUT相连的负载(图1未示出)。
[0004]现有解决上述问题的方法包括使用无源缓冲器，比如包含有电阻和电容元件的无源缓冲器来对高振铃电压分流或滤波，将其降至零。然而，无源缓冲器会消耗相当高的电能，从而降低直流/直流转换器100的功率转换效率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于提供一种直流/直流转换器、输出电路及电能传输方法，能够减小电能传输时的能耗，同时提高电能传输的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流/直流转换器的输出电路。该输出电路包括:整流电路，用于在输出节点输出整流信号，所述整流信号包括有上升沿和下降沿；与所述输出节点耦合的能量存储组件；与所述能量存储组件耦合的可控通路，当所述可控通路的电压降大于电压阈值时，所述可控通路导通，所述可控通路还响应于导通信号而导通；以及与所述可控通路相连的控制电路，所述控制电路在所述整流信号的上升沿产生后生成所述导通信号，在所述导通信号生成时刻起的预设时间间隔之后并且在所述整流信号的下降沿产生之前终断所述导通信号。
[0007]本发明还提供了一种电能传输方法。该电能传输方法包括:在输出节点输出包括上升沿和下降沿的整流信号，所述输出节点耦合于能量存储组件；当可控通路的电压降大于电压阈值时，导通所述可控通路，所述可控通路与所述能量存储组件耦合；响应于导通信号，导通所述可控通路；在所述整流信号的上升沿产生后生成所述导通信号；以及在所述导通信号生成时刻起的预设时间间隔之后并且在所述整流信号的下降沿产生之前，终断所述导通信号。
[0008]本发明又提供了一直流/直流转换器。该直流/直流转换器包括:变压器，其具有第一状态和第二状态；与所述变压器耦合的整流电路，用于根据所述变压器的状态在输出节点输出整流信号；与所述输出节点耦合的能量存储组件；与所述能量存储组件耦合的可控通路，当所述可控通路的电压降大于电压阈值时，所述可控通路导通，所述可控通路还响应于导通信号而导通；以及与所述变压器相连的控制电路，所述控制电路在所述变压器进入所述第一状态之后生成所述导通信号，在所述导通信号生成时刻起的预设时间间隔之后并且在所述变压器进入所述第二状态之前终断所述导通信号。
[0009]与现有技术相比，通过采用本发明的直流/直流转换器的输出电路、电能传输方法及直流/直流转换器，可以提高直流/直流转换器的转换效率，以及消除直流/直流转换器输出电路所产生的振铃电压的缺点。
【附图说明】
[0010]以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
[0011]图1所示为现有的基于变压器的直流/直流转换器的电路示意图；
[0012]图2所示为图1中直流/直流转换器在输出端的高振铃电压的示意图；
[0013]图3所示为根据本发明的一个实施例的直流/直流转换器的方框示意图；
[0014]图4A、图4B以及图4C所示为根据本发明的实施例的图3中直流/直流转换器内有源缓冲器的电路示意图；
[0015]图5所示为根据本发明的一个实施例的直流/直流转换器产生或接收的信号的波形示意图；
[0016]图6A所示为根据本发明的一个实施例的直流/直流转换器内控制电路的方框示意图；
[0017]图6B所示为根据本发明的一个实施例的直流/直流转换器内控制电路的电路示意图；
[0018]图7所示为根据本发明的一个实施例的控制电路产生或接收的信号的波形示意图；
[0019]图8A、图8B、图8C和图8D所示为根据本发明的实施例的直流/直流转换器的电路不意图；
[0020]图9所示为根据本发明的一个实施例的电能传输方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
[0022]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0023]本发明提供了一种直流/直流转换器，可以避免在其输出端产生高振铃电压。根据本发明的一个实施例，直流/直流转换器通过使用有源缓冲器从高振铃电压所释放的能量中吸收和存储该能量，继而降低振铃电压的振幅，从而保护直流/直流转换器避免出现【背景技术】部分描述的现有的直流/直流转换器所产生的缺陷。有源缓冲器还可以释放所存储的能量让直流/直流转换器回收，从而减小能量损耗。与现有的使用无源缓冲器的直流/直流转换器相比，根据本发明的实施例的采用有源缓冲器的直流/直流转换器消耗的功率更小，这样提高了直流/直流转换器的转换效率。
[0024]图3所示为根据本发明的一个实施例的直流/直流转换器300的方框示意图。直流/直流转换器300包括开关电路302、变压器306、整流电路304、有源缓冲器320以及控制电路310。开关电路302、变压器306以及整流电路304可以有各种不同的结构。图8A、图8B及图8C举例示出了开关电路302、变压器306以及整流电路304的具体结构。如图3所示，变压器306包含初级绕组316和次级绕组326。初级绕组316通过开关电路302与电源供应端VIN相连，次级绕组326与整流电路304相连。整流电路304通过输出节点LX (也称为开关节点LX)和输出电感LI与直流/直流转换器300的输出端口 VOUT相连。有源缓冲器320连接在输出节点LX和参考端之间，例如，该参考端为直流/直流转换器300的接地端GND，有源缓冲器320包括串联连接的可控通路322和能量存储组件324。
[0025]在一个实施例中，开关电路302由脉宽调制信号(PWM信号)控制从而有选择地将输入电能从直流/直流转换器300的电源供应端VIN传输至初级绕组316。当开关电路302将输入电能从电源供应端VIN传输至变压器306时，变压器306处于第一状态。当开关电路302停止将输入电能传输给变压器306时，变压器306处于第二状态。PWM信号可以由一个控制器(图3未示出)根据直流/直流转换器300的输出电压和/或输出电流来生成，这样可以将输出电压和/或输出电流控制在目标值。直流/直流转换器中如何生成PWM信号以及如何通过PWM信号来控制基于变压器的直流/直流转换器中的开关电路(例如:全桥或半桥电路)的方法对于本领域的技术人员来说是公知的，在此不再赘述。
[0026]在一个实施例中，当变压器306处于第一状态时，初级绕组316通过开关电路302从电源供应端VIN接收输入电能，从而在变压器306的磁芯处产生变化的磁场，继而在变压器306的次级绕组326生成感应电压。当变压器306处于第二状态时，初级绕组316停止接收输入电能，感应电压变成相对较低的值，比如大约等于零伏。感应电压可以通过整流电路304传输至输出节点LX成为整流信号\τ，比如，图5所示的矩形波电压Vu。在一个实施例中，整流电路304根据变压器306的第一状态或第二状态在输出节点LX处输出整流信号Vu。在一个实施例中，整流信号Vu，可以是包含上升沿与下降沿的矩形波电压信号。当初级绕组316开始接收输入电能时，整流信号上升沿出现。当初级绕组316停止接收输入电能时，整流信号1的下降沿出现。
[0027]在一个实施例中，次级绕组326包括寄生电容Cpaea以及电感L ■(图3中未示出)，寄生电容Cpaea和电感L ^^组成的寄生谐振电路可以在次级绕组326产生振铃电压。次级绕组326的感应电压与次级绕组326产生的振铃电压一起被传输至输出节点LX。如图3所示，能量存储组件324可以用于吸收并存储振铃电压产生的能量从而减小振铃电压的振幅，并且也可以将存储的能量释放或回收至直流/直流转换器300来降低能量损耗。控制电路310可以生成驱动信号Sdkv来导通或断开可控通路322。有利地，现有直流/直流转换器100中所产生的高振铃电压在本发明的直流/直流转换器300中可以被消除，并且与现有的直流/直流转换器100相比，本发明