专利名称：电流/电压变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流/电压变换装置，特别是一种用于开关电源的电流/电压变换装置。
背景技术：
各式各样各样的工业用及家庭用的一般电器及特殊电器除了使用典型的电源频率为50Hz的电源电压外，也有用到具有其它电源频率的电压及电流，以配合个别电器的特性及需求。因此必须为这些电器将电源提供的电源频率为50Hz的电源电压转换成其所需的频率及电压。这种转换工作通常会用到一种所谓的电流/电压变换装置。这种电流/电压变换装置(特别是用于开关电源的电流/电压变换装置)通常是由整流器、变压器、存储电容器、滤波扼流圈、以及其它类似组件所组成。
目前市面上现有的电流/电压变换装置(特别是用于开关电源的电流/电压变换装置)通常是由通常是由一个电流/电压输入区、一个电流/电压输出区、以及一个位于此二者的间的变压装置等三个部分所组成。其中电流/电压输入区具有第一条输入连接线及第二条输入连接线，这两条输入连接线是用来接收输入交流电(或输入电流)和/或输入交流电压(或输入电压)，此处的输入电流或输入电压均被调整为具有一特定的输入频率(例如50Hz)；电流/电压输出区的任务是提供和/或输出将输入电流和/或输入电压经过变换后的输出电流和/或输出电压；变压装置的任务是将输入电流和/或输入电压变换为输出电流和/或输出电压。负责电流/电压变换工作的变压装置具有一个输入端及一个输出端，其中输入端具有一带有第一条输入连接线及第二条输入连接线的输入感应线圈，输出端则具有一个与输入感应线圈耦合的电感式输出感应线圈。
除了上述组成组件外，一个完整的电流/电压变换系统还具有一些其它的组成组件，其中尤以负责功率匹配的组件及特定的整流器组件最为重要。构成电流/电压变换系统的每一个组件都会造成一定的功率损耗。
发明内容
本发明的目的是提出一种功率损耗极小又能够以简单却不失可靠的方式实现电流/电压变换的电流/电压变换装置。
本发明的电流/电压变换装置的特征是在变压装置的输入端的第一条输入连接线及电流/电压输入区的第一条输入连接线的间有一个带有第一个非间接的旁路或旁通管道的第一个开关装置；在变压装置的输入端的第二条输入连接线及电流/电压输入区的第二条输入连接线的间有一个带有第二个非间接的旁路或旁通管道的第二个开关装置；第一个旁路或旁通管道及第二个旁路或旁通管道分别与第一个开关装置的第一个开关组件及第二个开关装置的第二个开关组件并联，同时这两个旁路或旁通管道的设置方式能够使第一个开关装置的开关组件及第二个开关装置的开关组件均可经由电路控制而绕开；第一个开关装置及第二个开关装置彼此系以反串联的方式连接；第一个开关装置及第二个开关装置会依输入电压和/或输入电流的大小被控制以等于或高于输入频率的开关频率发出时钟脉冲，并可交互选择接通和/或切断。
相较于以现有技术设计的电流/电压变换装置，本发明提出的电流/电压变换装置所使用的功率损耗较大的组成组件不但数量较少，同时就功率因子配合和/或必要的整流效果而言又能够提供可靠的电流/电压变换的功能。
本发明的一个核心构想是分别以一个开关装置来取代传统的电流/电压变换装置设置在变压装置输入端的显式整流装置及位于变压装置输入端及电源输入端的间的相应的功率因子配合电路，以形成一个按照第一个开关装置、变压装置的输入感应线圈、第二个开关装置的顺序构成的串联方式，其中第一个开关装置及第二个开关装置均具有一个旁路或旁通管道且彼此系以反串联的方式连接。第一个开关装置及第二个开关装置可以交互选择接通和/或切断，且所使用的开关频率等于或大于输入电流和/或输入电压的输入频率。此外还会产生一个依输入电压和/或输入电流的大小而定的被控制且可以交互选择接通和/或切断这两个开关装置的作用。因此整体而言，本发明的电流/电压变换装置的电流/电压变换作用不但可以同时达到整流及功率因子配合的效果，而且不会像以现有技术设计的电流/电压变换装置必须使用许多个功率损耗相当大的组成组件。
在本发明的电流/电压变换装置的一种有利的实施方式中，第一个开关装置的第一个开关组件及第一个旁路或旁通管道与第二个开关装置的第二个开关组件及第二个旁路或旁通管道彼此系以反串联的方式连接。经由这种方式使本发明的这种实施方式得以实现第一个开关装置及第二个开关装置的间的反串联连接。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个开关组件和/或第二个开关组件是由双极型晶体管或IGBT构成。
在此情况下，第一个旁路或旁通管道和/或第二个旁路或旁通管道必须是由显式二极管装置构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个开关组件和/或第二个开关组件是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个旁路或旁通管道和/或第二个旁路或旁通管道是由寄生二极管装置构成，且最好是由寄生本体二极管(Bodydiode)构成。这样就可以利用现有组成组件本身的构造(例如开关组件或开关装置本身的构造)以内含方式构成旁路或旁通管道，而不需另外设置构成旁路或旁通管道的显式组成组件。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个开关装置及第二个开关装置可以直接连接输入电压，或是已经直接连接输入电压。这样就不必像以现有技术设计的电流/电压变换装置需另外设置一个整流级。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个开关装置及第二个开关装置在共同作用时可以构成一个同步整流器或是可以以一个同步整流器的方式运转或被操作。这样就不必像以现有技术设计的电流/电压变换装置需要在变压装置的输入端另外设置一个功率损耗很大的显式整流装置。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，第一个旁路或旁通管道及第二个旁路或旁通管道的构成方式和/或连接方式使其在共同作用时可以作为输入端的整流装置。
如果变压装置(T)的制造、设置、以及运转和/或被操作主要都是依据反向变换器的原理，则按照本发明的方式变压装置即可成为效率极佳的蓄能器。
有多种不同构造方式的变压装置可供选择。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，输出感应线圈是由一个单一的感应线圈构成。另外一种可行的方式是输出感应线圈是由第一个感应线圈及第二个感应线圈构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，在输出感应线圈及电流/电压输出区的间设有一个输出端的整流装置。
在此情况下同样也有多种不同构造方式的输出整流装置或输出端的整流装置可供选择。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，输出端的整流装置是由二极管装置构成。
另外一种可行的实施方式是，如果输出感应线圈(L2，L3)是由一个单一的感应线圈(L2)构成，则输出端的整流器(G2)是由具有两个二极管装置(D1，D2)的半桥式整流器构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，如果输出感应线圈是由第一个输出感应线圈及第二个输出感应线圈构成，则输出端的整流器是由具有四个二极管装置的全桥式整流器构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，输出端的整流器的二极管装置都是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
在此情况下如果输出端的整流器可以同步整流模式运转或被操作则最为有利。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，在电流/电压输出区及输出端的整流器的间设有一个与电流/电压输出区的第一条输出连接线及第二条输出连接线并联的作为滤波和/或蓄能的用的电容装置。
在此情况下的一种特别有利的方式是在电容装置及输出端的整流器的间设置一个串联的断开装置，同时当输入电流在输入感应线圈内流动时，这个串联的断开装置的构造方式可以依据输入电流和/或输入电压的电压大小和/或相位状态进行控制，以阻止和/或切断输入电压被直接接通至电容装置。
在此情况下的一种特别有利的方式是串联的断开装置具有一个开关装置或是由一个开关装置所构成。
在本发明的电流/电压变换装置的另外一种有利的实施方式中，串联的断开装置具有一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或是由一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)所构成。
另外一种可行的有利的实施方式是，串联的断开装置向第一个开关装置(T1)和/或第二个开关装置被逆向发出时钟脉冲和/或被逆向控制、或是可以逆向发出脉冲和/或可以逆向控制。
以下对本发明的上述观点及其它观点再作进一步的说明有愈来愈多的家用电器不是使用频率为50Hz的典型正弦形电压的电流，而是视其应用上的需要使用其它适当的电压、电流、以及频率。
为了配合这些电器的需求，目前的作法是在电源接点及电器的间设置多个由串接在一起的整流器、变压器、开关电源、存储电容器、以及滤波扼流圈构成的换能级和储能级。由于能量流通过每一个换能级和储能级时都会有能量损耗，因此换能级和储能级的级数愈多，电流/电压变换装置能够达到的最大功率就愈低。
由于立法当局新近引进的关于功率因子校正(Power-Factor-Correction；PFC)的欧洲规范EN 61000-3-2规定必须另外再增加一个换能器，因此上述的不利情况(功率损耗)变得更为严重。
以现有技术设计的电源连接构件是由一个滤波器线路、一个具有后置升压变流器的整流器、间接电容器、逆变器、电感式变压器、整流器、滤波扼流圈、以及滤波器等组成组件所构成。为了从来自电源的输入交流电压产生出一个可以调整的直流电压，由这些组成组件构成的换能级和储能级都是不可或缺的。
虽然有多种不同的换能级可供采用，但由于功率损耗的缘故，目前以现有技术设计的电流/电压变换装置最多也只能达到平均72％的效率。
研究PC的供电情况显示，经由在一个传统系统(PC)中装置最好的功率半导体所能达到的减少功率损耗的效果可以使这个传统系统(PC)不必再装置散热器及风扇。同时这个研究还证明经由改良组成组件已经无法再进一步减少功率损耗，而是只有透过新的结构设计才有可能再进一步减少功率损耗。
以现有技术设计的典型的输入结构包括一个用来对电源整流的桥式二极管，以及一个接在这个桥式二极管的后的用来作功率因子校正的升压变换器。
由于桥式二极管的功率损耗占整个系统的总功率损耗的一大部分，因此通常必须为桥式二极管设置一个散热器以降低其温度。
由于以现有技术来设计输入结构会造成组成组件数量的增加，因而导致系统的可靠性降低。
另外一个问题是在打开开关电流时出现的冲击电流的问题。在打开开关电源的前，所有的储能器(例如感应线圈及电容器)内都没有任何电流。打开开关电源时，电源电压会突然作用在系统上，导致电容器的充电受到极大的电流冲击。这个电流冲击可能造成组成组件(特别是半导体)受损。
本发明电流/电压变换装置包含一种具有现今的电源整流器及功率因子校正器或功率因子校正升压变换器(PFC Boost)的功能的新型的变换器。
本发明的若干核心观点的特征是两个输入端的开关开置或开关在没有整流器或桥式二极管的情况下直接与源或输入电压连接，这两个开关开置或开关彼此系以反串联的方式连接，并与输入竞的感应线圈或变压器(或变压装置)的线圈连接，同时只要在输入端的感应线圈或变压装置的线圈内有电流流动，就会有一个或数个输出端的开关装置负责输出电容器的电流隔断。
以下配合数种有利的实施方式及附图对本发明的电流/电压变换装置作进一步的说明。
图1，2以示意方式显示以现有技术设计的电流/电压变换装置的电路配置。
图3本发明的电流/电压变换装置的第一种实施方式的电路配置。
图4A-5B以示意方式说明图3的本发明的电流/电压变换装置的作用方式。
图6本发明的电流/电压变换装置的另外一种实施方式的电路配置。
图7本发明的电流/电压变换装置的另外一种实施方式的电路配置的细节。
在以下关于附图及本发明的实施方式的说明中，结构和/或功能相同或近似的组件均冠以相同的组件符号。如果有不是按照这种方式被冠以组件符号的组件出现，将在说明文字中作一详细的说明。
具体实施例方式
图中的附图标记的含义如下1 本发明的电流/电压变换装置10 滤波器，电源滤波器20 输入端的整流器30 功率因子校正器，PFC40 变流器50 输出端的整流器
60 滤波器70 功率因子校正器控制80 变流器控制100 以现有技术设计的电流/电压变换装置A1 电流/电压输出连接线，输出连接线A2 电流/电压输出连接线，输出连接线BD1 本体二极管BD2 本体二极管BD3 本体二极管b1 T1的本体引出线b2 T2的本体引出线b3 T3的本体引出线C1 电容装置，滤波电容器，蓄能用的电容器C2 电容器D1 二极管装置D2 二极管装置D3 二极管装置D4 二极管装置d1 T1的漏极引出线d2 T2的漏极引出线d3 T3的漏极引出线E1 电流/电压输入连接线，输入连接线E2 电流/电压输入连接线，输入连接线G2 输出端的整流装置g1 T1的栅极引出线g2 T2的栅极引出线g3 T3的栅极引出线Iprim 输入端的交流电，输入电流Isek 输出电流L扼流圈
L1输入感应线圈L2输出感应线圈，第一个输出感应线圈L3输出感应线圈，第二个输入感应线圈S T1，T2 T3的控制装置s1T1的源极引出线s2T2的源极引出线s3T3的源极引出线T 变压装置，变压器T1开关装置，第一个开关装置T2开关装置，第二个开关装置T3断开装置t1T1的控制线t2T2的控制线t3T3的控制线TD1 第一个旁路，第一个旁通管道，T1的第一个二极管TD2 第二个旁路，第二个旁通管道，T2的第二个二极管TA1 输出端的TS的第一条输出连接线TA2 输出端的TS的第二条输出连接线TE1 输入端的TP的第一条输入连接线TE2 输入端的TP的第二条输入连接线TM1 第一个开关组件TM2 第二个开关组件TP变压装置T的输入端TS变压装置T的输出端Uprim 输入交流电压，输入电压Usek输出电压V1电源电压，电源Z1二极管Z2二极管vin 输入频率
vsw 开关频率图3显示具有“反向阻断回扫作用”(Reverse-Blocking Flyback)的本发明的电流/电压变换装置(1)的一种实施方式。
图3的电流/电压变换装置是由一个具有一个输入端(TP)及一个输出端(TS)的变压装置(T)、一个将输入端(TP)连接至电源(V1)的电流/电压输入区(E)、以及一个将输出端(TS)连接至一个负载或类似器具上的电流/电压输出区(A)。
电流/电压输入区(E)具有第一条输入连接线(E1)及第二条输入连接线(E2)。电流/电压输出区(A)具有第一条输出连接线(A1)及第二条输出连接线(A2)。
变压装置(T)也具有第一条输入连接线(TE1)及第二条输入连接线(TE2)。在变压装置(T)的输入端(TP)的第一条输入连接线(TE1)及电流/电压变换装置(E)的第一条输入连接线(E1)的间设有第一个开关装置(T1)。在变压装置(T)的输入端(TP)的第二条输入连接线(TE2)及电流/电压变换装置(E)的第二条输入连接线(E2)的间设有第二个开关装置(T2)。
第一个开关装置(T1)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成的第一个开关机构或开关组件(TM1)及其内含的本体二极管(BD1)所构成，这个本体二极管(BD1)构成第一个非间接的旁路或旁通管道(TD1)，经由这个第一个非间接的旁路或旁通管道(TD1)可以形成一个可以控制绕过第一个开关组件(TM1)的导电绕道。第二个开关装置(T2)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成的第二个开关机构或开关组件(TM2)及其内含的本体二极管(BD2)所构成，这个本体二极管(BD2)构成第二个非间接的旁路或旁通管道(TD2)，经由这个第二个非间接的旁路或旁通管道(TD2)可以形成一个可以控制绕过第二个开关组件(TM2)的导电绕道。
由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成的第一个开关组件(TM1)具有第一条源极引出线或源极区(s1)、第一条漏极引出线或漏极区(d1)、第一条本体引出线或本体区(b1)、以及第一条栅极引出线或门极区(g1)。
由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成的第二个开关组件(TM2)具有第二条源极引出线或源极区(s2)、第二条漏极引出线或漏极区(d2)、第二条本体引出线或本体区(b2)、以及第二条栅极引出线或门极区(g2)。
第一个开关装置(T1)的第一个开关组件(TM1)及第一个旁路或旁通管道(TD1)与第二个开关装置(T2)的第二个开关组件(TM2)及第二个旁路或旁通管道(TD2)彼此系以反串联的方式连接。
输入端(TP)可以经由电流/电压输入区(E)的电流/电压连接线(E1，E2)接收来自电源(V1)的输入交流电压或输入电压(Uprim)和/或输入交流电或输入电流(Iprim)。
变压装置(T)的输入端(TP)具有一个输入感应线圈(L1)。变压装置(T)的输出端(TS)具有一个由第一个输出感应线圈(L1)及第二个输出感应线圈(L2)构成的输出感应线圈。整个输出感应线圈具有第一条输出连接线(TA1)及第二条输出连接线(TA2)。
具有以寄生本体二极管(BD1，BD2)作为旁路或旁通管道(TD1，TD2)的彼此以反串联方式连接的开关装置(T1，T2)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(T1，T2)被直接连接至电源(V1)，也就是说被直接连接至输入交流电压或输入电压(Uprim)。不含寄生本体二极管(BD1，BD2)的纯MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成本发明所称的开关组件(TM1，TM2)。由于本发明的电流/电压变换装置不需像以现有技术设计的电流/电压变换装置需设置分离式电源整流器，因此就不会有分离式电源整流器造成的功率损耗。
位于输出端的电流/电压输出区(A)具有第一条输出连接线(A1)和/或第二条连接线(A2)，其作用是对外接负载进行功率输出。
在变压装置(T)的输出端(TS)及电流/电压输出连接线(A1，A2)的间设有一个并联的电容装置(C1)作为蓄能和/或滤波的用。
在电容装置(C1)及变压装置(T)的输出端(TS)的间设有一个输出端的整流装置(G2)，这个输出端的整流装置(G2)是由一个具有两个二极管(D1，D2)的半电桥装置所构成。
此外，在第一条电流/电压输出连接线(A1)及输出端整流装置和/或变压装置(T)的输出端(TS)的第一条输出连接线(TA1)的间有一个可受控制发出时钟脉冲的串联的断开装置(T3)，这个断开装置(T3)是由一个具有本体二极管(BD3)的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。断开装置/MOSFET(T3)同样具有一条漏极引出线或漏极区(s3)、一条本体引出线或本体区(b3)、以及一条栅极引出线或门极区(g3)。
控制装置(S)系作为控制第一个开关装置(T1)、第二个开关装置(T2)、以及断开装置(T3)的用。控制装置(S)的控制电流端子(t1，t2，t3)分别对应于第一个开关装置(T1)、第二个开关装置(T2)、断开装置(T3)，也就是分别对应于这三个开关/晶体管(T1，T2，T3)的栅极引出线(g1，g2，g3)。
以下利用图4A-5B说明图3的本发明的电流/电压变换装置的基本作用方式。
如图4A所示，当电源(V1)的输入电压(Uprim)的正半相作用于第一条输入连接线(E1)上，则第二个开关装置(T2)或第二个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(T2)被接通。输入交流电(Iprim)或输入电流(Iprim)在电流/电压输入区(E)从电源(V1)经由第一个开关装置(T1)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(T1)的本体二极管(BD1)流入变压器(T)的输入感应线圈(L1)或输入线圈(L1)，再经由第二个开关装置(T2)的沟道流回电源(V1)。
此时在变压器(T)的输出端(TS)的断开装置/晶体管(T3)仍保持在切断的状态，因此在输出端(TS)不会产生任何电流。变压器(T)的输入感应线圈(L1)及输出感应线圈(L2，L3)会将电磁能储存起来。
如图4B所示，开关装置/晶体管(T2)被切断。变压器线圈(L1，L2，L3)会依据感应定律改变极性。断开装置/晶体管(T3)被接通。二极管(D1)被正极化，因此在输出端(TS)产生一个输出电流(Isek)，这个输出电流(Isek)从线圈(L2)经由二极管(D1)及断开装置/晶体管(T3)的沟道流向电容器(C1)，然后再流回线圈(L2)的另外一端。变压器(T)将储存的能量输出至负载及电容器(C1)。
如图5A所示，当电源(V1)的输入电压(Uprim)的负半波或负半相作用于第一条输入连接线(E1)上，则第一开关装置/晶体管(T1)被接通。输入电流(Iprim)从电源(V1)经由第二个开关装置/晶体管(T2)的本体二极管(BD2)流入变压器(T)的输入感应线圈(L1)，再经由第一开关装置/晶体管(T1)的沟道流回电源(V1)。
此时在变压器(T)的输出端(TS)的断开装置/晶体管(T3)仍保持在切断的状态，因此在输出端(TS)不会产生任何输出电流(Isek)。变压器(T)会将电磁能储存起来。
如图5B所示，开关装置/晶体管(T1)被切断。变压器线圈(L1，L2，L3)会依据感应定律改变极性。断开装置/晶体管(T3)被接通。二极管(D2)被正极化，因此在输出端(TS)产生一个输出电流(Isek)，这个输出电流(Isek)从线圈(L3)经由二极管(D2)及断开装置/晶体管(T3)的沟道流向电容器(C1)，然后再流回线圈(L3)的另外一端。变压器(T)将储存的能量输出至负载及电容器(C1)。
功率因子的校正是经由脉冲宽度调整和/或频率调整的方式来实现。也就是说利用这种方式达到整流及功率因子校正(PFC)的目的。
图6显示本发明的电流/电压变换装置(1)的另外一种实施方式。在此种实施方式中，变压装置(T)的输出感应线圈(L2)是一个单一的感应线圈。输出端的整流装置(G2)是一个由四个二极管(D1，D2，D3，D4)构成的全桥式整流器。
如果开关(T1，T2)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，则开关(T1，T2)可以作为同步整流器被操作。如果本体二极管(BD1，BD2)应该导电，则MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(TM1，TM2)的沟道会分别被栅极引出线(g1，g2)打开。这样电流(Iprim)就会分配到本体二极管(BD1，BD2)及沟道内流动。由于此时必须在本体二极管(BD1，BD2)内流动及整流的电流会变得比较小，因此本体二极管(BD1，BD2)的反向恢复行为(Reverse-Recovery-Verhalten)造成的功率损耗也会变得比较小。
如果沟道电阻小于经过本体二极管下降的正向电压除以流动的电流所得的商，则所有的电流都会流经MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的沟道。由于在此情况下不需要设置本体二极管，因此本体二极管整流造成的功率损耗会变得比前面一种情况更小。
如果MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(T1，T2)可以同步整流器的方式被操作。
输出端的整流装置的二极管(D1，D2)可以是由以同步整流器的方式运转的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
如果二极管(D1，D2)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，则在一定的情况下，可以不需设置断开装置/晶体管(T3)，因为此时可以将断开功能内含于二极管(D1，D2)。
如果输入端的开关(T1，T2)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，则输入端的开关(T1，T2)可以作为同步整流器被操作。如果本体二极管(BD1，BD2)应该导电，则MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(TM1，TM2)的沟道会分别被栅极引出线(g1，g2)打开。这样电流(Iprim)就会分配到本体二极管(BD1，BD2)及沟道内流动。由于此时必须在本体二极管(BD1，BD2)内流动及整流的电流会变得比较小，因此本体二极管(BD1，BD2)的反向恢复行为(Reverse-Recovery-Verhalten)造成的功率损耗也会变得比较小。
如果沟道电阻小于经过本体二极管下降的正向电压除以流动的电流所得的商，则所有的电流都会流经MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(TM1，TM2)的沟道。由于在此情况下不需要设置本体二极管，因此本体二极管整流造成的功率损耗会变得比前面一种情况更小。
在一定的情况下，输出端的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)(TM1，TM2)可以同步整流器的方式被操作。
同样的，所有的输出端的二极管(D1，D2，D3，D4)都可以是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，并以同步整流的方式被操作。
如果输出端的二极管(D1，D2，D3，D4)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，则在一定情况下可以不需设置输出端的断开装置/晶体管(T3)。
本发明提出的解决方案具有以下的优点
减少构成系统的组成组件数量；由于组成组件数量较少，因此系统的可靠性较高；由于组成组件数量较少，因此可以降低系统的制造成本；由于功率损耗较小，因此系统的效率较高。
以上的实施方式可能会出现的缺点是，当输出电压较低(小于100V)，在一定情况下输出电容器(C1)会出现100Hz/120Hz的电压波动。如图7所示，这个缺点可以经由设置一个小功率的主动滤波器予以排除。
在电源过零期间缺少的能量会从电容器(C2)被取出，并被输入输出电容器(C1)。当电源具有足够的能量时，电容器(C2)的充电是经由扼流圈(L)及开关(S1，S2)来完成。
在本发明的电流/电压变换装置中，变压装置(T)另外还兼具如图1的以现有技术设计的电流/电压变换装置(100)的位于输入端的整流器(20)及功率因子校正器(30)的间的扼流圈的功能。
输出端的二极管(D1，D2，D3，D4)除了可作为输出端的整流装置外，还兼具以现有技术设计的电流/电压变换装置的功率因子校正二极管的部分或全部功能。
权利要求
1.一种电流/电压变换装置，特别用于开关电源，具有一个电流/电压输入区(E)，这个电流/电压输入区(E)具有第一条输入连接线(E1)及第二条输入连接线(E2)，这两条输入连接线(E1，E2)是用来接收输入交流电(Iprim)或输入电流(Iprim)和/或输入交流电压(Uprim)或输入电压(Uprim)，且这些输入电流(Iprim)或输入电压(Uprim)均被调整为具有一特定的输入频率(vin)；一个电流/电压输出区(A)，这个电流/电压输出区(A)的任务是提供和/或输出一个输出电流(Isek)和/或输出电压(Usek)；一个位于电流/电压输入区(E)及电流/电压输出区(A)的间的变压装置(T)，负责电流/电压变换工作的这个变压装置(T)具有一个输入端(TP)及一个输出端(TS)，其中输入端(TP)具有一带有第一条输入连接线(TE1)及第二条输入连接线(TE2)的输入感应线圈(L1)，输出端(TS)则具有一个与输入感应线圈(L1)耦合的电感式输出感应线圈(L2，L3)；所述电流/电压变换装置的特征为在变压装置(T)的输入端(TP)的第一条输入连接线(TE1)及电流/电压输入区(E)的第一条输入连接线(E1)的间有一个带有第一个非间接的旁路或旁通管道(TD1)的第一个开关装置(T1)；在变压装置(T)的输入端(TP)的第二条输入连接线(TE2)及电流/电压输入区(E)的第二条输入连接线(E2)的间有一个带有第二个非间接的旁路或旁通管道(TD2)的第二个开关装置(T2)；第一个旁路或旁通管道(TD1)及第二个旁路或旁通管道(TD2)分别与第一个开关装置(T1)的第一个开关组件(TM1)及第二个开关装置(T2)的第二个开关组件(TM2)并联，同时这两个旁路或旁通管道(TD1，TD2)的设置方式能够使第一个开关装置(T1)的开关组件(TM1)及第二个开关装置(T2)的开关组件(TM2)均可经由电路控制而绕开；第一个开关装置(T1)及第二个开关装置(T2)彼此系以反串联的方式连接；第一个开关装置(T1)及第二个开关装置(T2)会依输入电压(Uprim)和/或输入电流(Uprim)的大小被控制以等于或高于输入频率(vin)的开关频率(vsw)发出时钟脉冲，并可交互选择接通和/或切断。
2.如权利要求1的电流/电压变换装置，其特征为第一个开关装置(T1)的第一个开关组件(TM1)及第一个旁路或旁通管道(TD1)与第二个开关装置(T2)的第二个开关组件(TM2)及第二个旁路或旁通管道(TD2)彼此系以反串联的方式连接。
3.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个开关组件(TM1)和/或第二个开关组件(TM2)是由双极型晶体管或IGBT构成。
4.如权利要求3的电流/电压变换装置，其特征为第一个旁路或旁通管道(TD1)和/或第二个旁路或旁通管道(TD2)是由二极管装置构成。
5.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个开关组件(TM1)和/或第二个开关组件(TM2)是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
6.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个旁路或旁通管道(TD1)和/或第二个旁路或旁通管道(TD2)是由寄生二极管装置构成，且最好是由寄生本体二极管(BD1，BD2)构成。
7.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个开关装置(T1)及第二个开关装置(T2)可以直接连接输入电压(Uprim)，或是已经直接连接输入电压(Uprim)。
8.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个开关装置(T1)及第二个开关装置(T2)在共同作用时可以构成一个同步整流器或是可以以一个同步整流器的方式运转或被操作。
9.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为第一个旁路或旁通管道(TD1)及第二个旁路或旁通管道(TD2)的构成方式和/或连接方式使其在共同作用时可以作为输入端的整流装置。
10.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为变压装置(T)的制造、设置、以及运转和/或被操作主要都是依据反向变换器的原理。
11.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为输出感应线圈(L2，L3)是由一个单一的感应线圈(L2)构成，或是由第一个感应线圈(L2)及第二个感应线圈(L3)构成。
12.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为在输出感应线圈(L2，L3)及电流/电压输出区(A)的间设有一个输出端的整流装置(G2)。
13.如权利要求12的电流/电压变换装置，其特征为输出端的整流装置(G2)是由二极管装置(D1，D2，D3，D4)构成。
14.如权利要求12或13的电流/电压变换装置，其特征为如果输出感应线圈(L2，L3)是由一个单一的感应线圈(L2)构成，则输出端的整流器(G2)是由具有两个二极管装置(D1，D2)的半桥式整流器构成。
15.如权利要求12或13的电流/电压变换装置，其特征为如果输出感应线圈(L2，L3)是由第一个输出感应线圈(L2)及第二个输出感应线圈(L3)构成，则输出端的整流器(G2)是由具有四个二极管装置(D1，D2，D3，D4)的全桥式整流器构成。
16.如权利要求12-15中任一项的电流/电压变换装置，其特征为输出端的整流器(G2)的二极管装置(D1，D2，D3，D4)都是由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。
17.如权利要求12的电流/电压变换装置，其特征为输出端的整流器(G2)可以同步整流模式运转或被操作。
18.如前述权利要求中任一项的电流/电压变换装置，其特征为在电流/电压输出区(A)及输出端的整流器(G2)的间设有一个与电流/电压输出区(A)的第一条输出连接线(A1)及第二条输出连接线(A2)并联的作为滤波和/或蓄能的用的电容装置(C1)。
19.如权利要求18的电流/电压变换装置，其特征为在电容装置(C1)及输出端的整流器(G2)的间设有一个串联的断开装置(T3)；当输入电流(Uprim)在输入感应线圈(L1)内流动时，这个串联的断开装置(T3)的构造方式可以依据输入电流(Iprim)和/或输入电压(Uprim)的电压大小和/或相位状态进行控制，以阻止和/或切断输入电压(Uprim)被直接接通至电容装置(C1)。
20.如权利要求18的电流/电压变换装置，其特征为串联的断开装置(T3)具有一个开关装置(T3)或是由一个开关装置(T3)所构成。
21.如权利要求19或20的电流/电压变换装置，其特征为串联的断开装置(T3)具有一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或是由一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)所构成。
22.如权利要求19-21中任一项的电流/电压变换装置，其特征为串联的断开装置(T3)向第一个开关装置(T1)和/或第二个开关装置(T2)被逆向发出时钟脉冲和/或被逆向被控制、或是可以逆向发出脉冲和/或可以逆向控制。
全文摘要
一种电流/电压变换装置，其特征为在变压装置(T)的输入端(TP)的第一条输入连接线(TE1)及电流/电压输入区(E)的第一条输入连接线(E1)之间有一个带有第一二极管(TD1)的第一开关装置(T1)；在输入端(TP)的第二条输入连接线(TE2)及输入区(E)的第二条输入连接线(E2)之间有一个带有第二二极管(TD2)的第二开关装置(T2)；第一二极管(TD1)及第二二极管(TD2)分别与第一开关装置(T1)的第一开关组件(TM1)及第二开关装置(T2)的第二开关组件(TM2)并联，同时这两个二极管(TD1，TD2)的设置方式能够使第一开关装置(T1)的开关组件(TM1)及第二开关装置(T2)的开关组件(TM2)均可经由电路控制而绕开；第一开关装置(T1)及第二开关装置(T2)彼此以反串联的方式连接；第一开关装置(T1)及第二开关装置(T2)会被控制以等于或高于输入频率(vin)的开关频率(vsw)发出时钟脉冲，并可交互选择接通和/或切断。
文档编号H02M3/335GK1520018SQ20041000338
公开日2004年8月11日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者I·滋维雷夫, J·佩特佐德特, M·谢尔夫, , I 滋维雷夫, 刈舻绿 申请人:因芬尼昂技术股份公司