专利名称：具有降低损耗的dc/dc整流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及DC/DC整流器，包括变压器和初级与次级侧桥接器(bridge)。与以前公知的整流器相比，根据本发明的整流器特别地呈现出改进的效率和降低的损耗。
背景技术：
整流器，即，将一个电平的电压转换到另一个电平的电压的设备，这是本领域中众所周知的，并且通常包括变压器和在变压器的任一侧上的一组部件，这两侧通常被称为初级(primary)(输入)侧和次级(secondary)(输出)侧。把第一DC电压电平转换到第二电压电平的整流器也是公知的，并且通常包括在初级侧和次级侧上的一组开关，以便使之有可能以DC电压使用变压器。在传统的这样的设备中，初级侧上的一对开关被链接到次级侧上的一对开关，因此时常利用相同的控制信号或控制电压来同时接通和断开在变压器的任一侧上的已链接的开关对。
DC/DC整流器中公知的问题是该设备的效率以及由此带来的损耗，因此自然希望尽可能高的效率和尽可能低的损耗。
在DC/DC整流器中，存在一种称之为“空转(freewheeling)”的现象，其发生在初级侧上的开关被断开时的周期期间，并且次级侧上的电流在该设备的次级侧上“自由地”循环通过负载R。
一个损耗源以及由此而带来的设备中的热形成(development)来自在空转周期期间电流在次级上流过变压器的事实，另一损耗源是初级侧和次级侧开关中的切换损耗。
发明内容
因而，需要一种具有降低的空转损耗和热形成的DC/DC整流器。
因而，利用本发明来满足需求，其中本发明提供用于DC/DC整流器中的方法，该整流器包括变压器和在变压器的初级侧上和在变压器的次级侧上的桥接器，其中初级侧桥接器包括第一对开关和第二对开关，并且次级侧桥接器包括第一对开关和第二对开关。
本发明的方法包括将初级侧上的第一对开关的通/断切换链接到次级侧上第一对开关的通/断切换；当初级侧上的第一对被接通时，通过断开次级侧上的第一对，执行初级侧上第一对开关的通/断切换与次级侧上第一对开关的通/断切换的链接；并且，当初级侧上的第一对被断开时，执行相反处理。
合适地但不一定，该方法另外包括将初级侧上第二对开关的通/断切换链接到次级侧上第二对开关的通/断切换；当初级侧上的第二对被接通时，通过断开次级侧上的第二对，执行初级侧上第二对开关的通/断切换与次级侧上第一对开关的通/断切换的链接；并且当初级侧上的第二对被断开时，进行相反处理。
利用本发明，变压器次级侧上的开关在大多数时间处于“接通状态”，这与现有技术相反。这将降低次级侧上的切换损耗，并且还显著地降低空转损耗。本发明提供的空转损耗降低部分地源于空转电流将不必流经变压器的事实，因为在空转发生时，至少一对开关将总是处于接通状态，因而为电流提供路径。
将参考附图更加详细地说明本发明，其中图1是显示根据本发明的设备的次级侧的电路图；和图2是根据本发明用于控制设备中开关的电压脉冲的时序图。
具体实施例方式
图1显示了能够应用本发明的设备100的电路图。该设备100包括变压器110和在变压器110的次级侧上的第一对开关A、D与第二对开关B、C。如能够看到的，该设备被设计，以使之包括两条并行“线路”，每条线路包括来自每个所述对的开关。如从图1还可以看到的那样，变压器以这样一种方式连接到次级侧，即变压器110的一端连接到两个开关之间的第一“线路”中的点，而变压器110的另一端连接到在那条线路中的两个开关之间的第二线路中的一点。
合适地但不是一定地，设备100中使用的开关是FET，即场效应晶体管。
此外，设备100包括在次级侧上的电感L，并且在次级侧上具有由该设备供电的负载R，该负载并联连接到所述两条线路。电感L并联连接到这两条线路和负载。此外，该设备还包括与负载R并联的电容C。
在此图中未示出的变压器110的初级侧上，也具有第一对和第二对开关，也以类似于次级侧上开关连接的方式进行连接，即，两条并联线路中均具有两个开关，每条线路包括来自所述对中的每一对的开关。
在初级侧上，变压器110的一端也连接到两个开关之间的第一“线路”中的点，而变压器110的另一端连接到在那条线中的两个开关之间的第二线路中的点。
利用未显示的控制装置，在初级侧上第一对开关(在所示的实例中，FET)与次级侧上第一对之间具有链接，以及在初级侧上的第二对开关与次级侧上的第二对之间具有链接。该链接的形式为初级侧和次级侧上链接的晶体管对的通/断切换分别相互链接。
因而，如果次级侧上的开关A和D被称作次级侧上的第一对，则初级侧上的相应第一对开关A’、D’将具有其与A和D的通/断切换相链接的通/断切换，并且对于次级侧上的开关B、C，以类似方式与初级侧上的相应第二对B’、C’相链接。
链接时常使得相同的电压脉冲或脉冲序列被施加到链接的对。按照惯例，链接使得链接的开关对同时被接通或断开，即在图1的实例中，开关对A、D-A’、D’和B’、C’-B、C将分别被同时接通和断开。
虽然上述的原理也适用于设备100的整流功能，但是其具有许多缺点首先，次级侧上频繁的接通/断开将导致所谓的切换损耗。
此外，存在所谓的空转周期，这是在初级侧上的开关对中的任何一个接通时的时间周期。在空转周期期间，在系统中将具有剩下的能量，这将需要“to go somewhere(去某处)”。在根据现有技术的整流器中，这个动力(power)将导致电流流过变压器线圈，导致损耗和相应的热产生。
根据本发明，实际上消除在次级侧上的切换损耗，并且使用以下原理，借助于本发明，使空转损耗保持为最小把同一电压脉冲串施加到链接的开关对，但是该电压脉冲串在它被施加到与初级侧上的开关相对的在次级侧上的开关时被反向。例如，如果初级侧上的开关A’、D’被接通，则使它们接通的信号被反向，并且将引起次级侧上链接的开关对A、D断开；并且在使初级侧上的开关A’、D’断开时相反。
如果参照图2，将使上述的原理变得更加容易理解，图2是在本发明中使用的控制电压和脉冲串的时序图图2a是施加到初级侧的第一对开关(即，开关A’、D’)上的控制电压的图示。高电压表示开关接通，而低电压表示开关断开。开关的切换由未示出的控制装置来控制，该控制装置实际用于根据本发明的设备中的所有开关的切换。如所能够明白的，这些开关被断开的时间周期比这些开关被接通的时间周期长，在下面在这个说明书中将使其重要性变得显而易见。
图2b是施加到次级侧上的第一对开关(即开关A和D)的控制电压的图示。如能够看到的，施加到A和D上的控制电压是施加到初级侧上的链接开关对A’、D’上的控制电压的逆，这因而在初级侧上的第一对被接通知时将导致次级侧上的第一对开关被断开，并且在初级侧上的对被断开时相反。
图2c和图2d是施加给初级侧(2c)和次级侧(2d)上第二对开关的控制电压的图示。如所能够明白的，结合图2a和图2b描述的“相反状态”(通/断)的原理也实际用于第二对开关。
现在，结合图2b和图2d能够理解本发明的一个重要因素在次级侧上的至少一对开关将总是处于接通状态。这意味着在次级侧上将没有切换损耗，因为总是具有至少一对可以传导电流的晶体管。
此外，次级侧上的至少一对晶体管将总是传导电流的事实使得空转损耗被实际消除，这是因为接通的晶体管对将向空转电流提供可替代的电流路径，这与流经变压器的线圈相对照。
利用已知的反向装置实现施加到初级侧上的开关的控制电压反向，这在此将不进行更详细说明。
利用本发明，在任何一侧上链接的晶体管对因而将不同时被接通。根据本发明的设备中的次级侧上的开关的“正常”状态因而与初级侧上的链接开关的相反，在该实例中，“正常”状态被显示为“接通”状态。
因此，当初级侧上的一对开关被接通时，次级侧上的相应对被断开，因而使得那对开关不传导电流。
因此，利用本发明，获得设计简单、产生成本低并且实际上没有切换损耗和低空转损耗的DC/DC整流器。
最后，应当指出，可以在本发明范围之内，以大量方式构造在桥接器的初级侧上的开关。如能够在图2e中所看到的，对于变压器的初级侧上的大量类型的桥接器，仍然可以保持本发明的原理图2e显示变压器上的电压U，并且如可以看到的，所涉及的原理是当变压器上的电压U为零或者接近零时，次级侧上的开关的状态为接通。
权利要求
1.一种用于DC/DC整流器(100)中的方法，所述整流器包括变压器(110)和在变压器的初级侧上以及在变压器的次级侧上的桥接器，该初级侧桥接器包括第一对开关(A’，D’)和第二对开关(B’，C’)，而次级侧桥接器包括第一对开关(A，D)和第二对开关(B，C)，所述方法包括将初级侧上第一对开关(A’，D’)的通/断切换链接到次级侧上第一对开关(A，D)的通/断切换，该方法的特征在于通过在初级侧上的第一对被接通时断开次级侧上的第一对，执行初级侧上第一对开关(A’，D’)的通/断切换至次级侧上第一对开关(A，D)的通/断切换的链接；并且在初级侧上的第一对被断开时相反。
2.根据权利要求1所述的方法，另外包括将初级侧上第二对开关(B’，C’)的通/断切换链接到次级侧上第二对开关(B，C)的通/断切换，其特征在于，通过在初级侧上的第二对(B’，C’)被接通时断开次级侧上的第二对(B，C)，执行初级侧上第二对开关的通/断切换与次级侧上第二对开关(B，C)的通/断切换的链接；并且在初级侧上的第二对(B’，C’)被断开时相反。
3.根据权利要求1或2所述的方法，据此，通过对每对开关施加单独的控制电压脉冲串，执行开关对的通/断切换，其特征在于，施加到次级侧上开关对的控制电压脉冲串是施加到它所链接的初级侧上开关对的控制电压脉冲串的逆。
4.一种DC/DC整流器(100)，所述整流器包括变压器(110)和在变压器的初级侧上以及在变压器的次级侧上的桥接器，初级侧桥接器包括第一对开关(A’，D’)和第二对开关(B’，C’)，而次级侧桥接器包括第一对开关(A，D)和第二对开关(B，C)，所述方法包括用于将初级侧上第一对开关(A’，D’)的通/断切换链接到次级侧上第一对开关(A，D)的通/断切换的装置，该设备的特征在于通过在初级侧上的第一对被接通时断开次级侧上的第一对，由链接装置执行初级侧上第一对开关(A’，D’)的通/断切换与次级侧上第一对开关(A，D)的通/断切换的链接；并且在初级侧上的第一对被断开时相反。
5.根据权利要求4所述的设备，另外包括用于将初级侧上第二对开关(B’，C’)的通/断切换链接到次级侧上第二对开关(B，C)的通/断切换的装置，其特征在于，通过在初级侧上的第二对(B’，C’)被接通时断开次级侧上的第二对，由链接装置执行初级侧上第二对开关(B’，C’)的通/断切换与次级侧上第一对开关(B，C)的通/断切换的链接；并且在初级侧上的第二对被断开时相反。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其中由用于给每对开关施加单独的控制电压脉冲串的装置执行开关对的通/断切换，其特征在于，施加到次级侧上开关对的控制电压脉冲串是施加到它所链接的初级侧上开关对的控制电压脉冲串的逆。
全文摘要
本发明涉及用于DC/DC整流器中的方法，具有变压器和初级侧桥接器以及次级侧桥接器，该初级侧桥接器包括第一对开关和第二对开关，而次级侧桥接器包括第一对开关和第二对开关，其中初级侧上第一对开关的切换链接到次级侧上第一对开关的切换。该方法包括当初级侧上的第一对被接通时，通过断开次级侧上的第一对，将初级侧上第一对开关的切换与次级侧上第一对开关的切换相链接，并且当初级侧上的第一对被断开时相反。
文档编号H02M3/335GK1788407SQ03826616
公开日2006年6月14日 申请日期2003年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者D·德尔马克 申请人:艾利森电话股份有限公司