Ac/dc变换器的制作方法

专利名称：Ac/dc变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种AC/DC变换器，包括变换器输入和变换器输出， 预调节级，包括变换器输入级和变换器输出级的DC变换器级，所述 变换器输入级进一步包括双端变换器输入级，以及控制器用于提供控 制信号给所述双端变换器输入级。
背景技术：
过去数年间，在AC/DC电源变换器领域中发生了很大变化。这 些变化多数直接源自于监管机构施加的更加严格的监管要求。总体来 说，存在提供更加高效AC/DC变换器的动力，特别是具有较低的待 机或者空载功耗的AC/DC变换器。为了满足这些监管要求，需要在 电源变换器中让待机或者空载功耗尽可能的低，因为这可能对总体运 行成本以及包含所述电源变换器的设备的安全方面产生很大影响。而且，通过操作提高效率的电源变换器，电源变换器能够以给定 的节能标准工作，并且能够最小化电源变换器中的生成的热能。这对 于降低对结合电源变换器而使用的诸如空气或者水之类的冷却液的 需求具有直接影响。除了需要高效率和较低的空载待机功耗，AC/DC 变换器通常还需要某种功率因数校正措施以使得输入电流波形尽可 能与正弦波形接近，并且与输入电压同相。电源变换器通常还必须能 够工作在双模式下，处理从日本的大约100V的低线路需求至欧洲的 大约220至240V的高线路需求跨度的额定正弦干线/线路电压。因此，AC/DC变换器通常具有功率因数校正(PFC)需求，以及 电压比的分离和转换的需求。AC/DC变换器需要提供持续的直流输 出，并且还需要提供某种程度的能量存储，因为AC线路/干线电源 将经过输入电压的过零点，从而需要某种程度的能量存储。迄今为止， 存在各种方法以提供满足至少某些上述需求的AC/DC变换器，特别 是具有较低的待机功耗同时保持高效率的需求。这些方法包括单级和多级变换器，并且通常包括升压预调节器(boostpre-regulator)，其后 紧跟回扫(flyback)、前向(fo歸d)、 Cuk， Sepic或者其他这种方 法。然而，已知的各种类型的AC/DC电源变换器均存在问题，并且 迄今为止没有哪个现有的AC/DC变换器被证明完全适合于提供较低 的空载功耗而同时具有较高的输出效率。因此，本发明的一个目的在于提供一种AC/DC变换器，其克服 了至少某些上述难点，并且制造相对简单且成本低廉。发明内容根据本发明，提供了一种AC/DC变换器，包括变换器输入和变 换器输出，预调节级，包括变压器输入级和变压器输出级的DC变压 器级，所述变压器输入级进一步包括双端变换器输入级，以及控制器 用于提供控制信号给所述双端变换器输入级，特征在于所述控制器使 用突发模式控制进行操作并且所述控制信号进一步包括设计为在所 述双端变换器中提供基本为零的净磁化电流的脉冲集合。通过所述变换器，可以获得对变换器操作的更加准确的控制。还 可以实现最优的变换器利用，从而改善AC/DC变换器的整体效率。 而且，不再需要让变换器在所有时间均导通，因此可以降低空载切换 损耗和磁芯损耗，从而大大降低空载功耗。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中所 述控制器进一步包括滞后控制器(hysteretic controller), —旦检测到 AC/DC变换器输出电压高于预定输出电压设定点或者检测到存在过 流情况则从控制信号中去除脉冲集合。这被认为是特别简单的并且相 对低廉的实现变换器控制的方式。滞后控制器方法可以用于从控制信 号中去除脉冲集合。当脉冲集合被去除后，输出同步整流器被关断并 且没有驱动电压。因此，输出电感中的电流通过输出同步整流器的体 二极管放电。该方法还促进了设备中的电流限制，因为可以在各个脉 冲集合开始时间处决定是否执行该特定脉冲集合。脉冲集合可以仅在 电压低于输出设定点并且没有检测到过流情况时执行。这样提供了变 换器的简单的增强控制方式。在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 所述控制器进一步包括脉冲宽度调制器(PWM)控制器，具有确定 包括所述控制信号的PWM周期内的脉冲集合数量的模块，以确定控 制信号的长度。该方法比滞后控制器方法略微复杂，但是可以使用很 大范围内的脉冲波形实现。当通过高频信号操作时，可以使用控制器 有效"键控"信号导通或者关断。所述控制器可以使用模拟或者数字 技术实现并且所述控制器有效确定脉冲串的长度。这样，控制器为离 散脉冲集合提供了正确特性以确保输入驱动电路的平衡。在本发明的进一步实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 所述脉冲集合包括一个极性的四分之一周期，其后紧跟相反极性的半 个周期，其后紧跟所述第一极性的进一步四分之一周期。特别地，可 以设计所述脉冲集合包括正极性的四分之一周期，其后紧跟负极性的 半周期，其后紧跟正极性的进一步四分之一周期。通过这种脉冲集合， 在变换器中可以具有为零的净磁化电流。而且，这些脉冲集合可以使 用适当逻辑来相对容易地连接在--起以最小化假信号，从而给出正常 控制波形形式。各个脉冲集合可以使用滞后或者脉冲宽度调制方法而 相对容易地被控制。在本发明一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中，在 脉冲集合被去除的情况下去除交替极性的脉冲集合。通过在每次脉冲 集合被去除的情况下去除交替极性的脉冲集合，可以克服与去除脉冲 集合相关的困难，这在输出电容器上引入的纹波的情况下被认为是时 间过长的。在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 使用降压变换器实现预调节级。这被认为是特别有用的AC/DC变换 器，并且能够使用降压变换器作为预调节级是非常优选的。优选地， 降压变换器预调节级(7)进一步作为功率因数校正(PFC)级。通 过降压变换器，可以在大容量电容器上具有通常在60至90伏之间的 相对较低电压以用于通用线路应用。然而应当理解，对于仅在欧洲线 路要求下工作的应用，优选的为接近于在120V至130伏之间工作的
大容量电容器电压。这些电压范围可以提供可接受的导通角以及高达数百瓦特范围内的相关功率因数校正。可替换地，可以提供PFC级 的配置和实施例替代降压变换器，但是降压变换器能够以简单并且高 效的方式工作而不需要进一步的PFC电路，其被认为是特别优选的。在本发明的进一步实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 按照倒置方式配置了降压变换器，具有参考接地(ground-referenced) 的驱动和参考接地的电流检测。这样通过消除对高位电流检测和/或 高位驱动的需求而大大节省了变换器的成本。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 进一步提供了辅助电容器以进行保持增强。通过辅助电容器，可以提 供良好的AC/DC变换器的保持增强。因此，AC/DC变换器的输出可 以在去除AC输入电源之后一定时间内保持调节。这在掉电等的情况 下特别优选。可以预想，辅助电容器可以使用降压变换器的降压电感 上的次级绕组而充电或者可替换地可以使用从备用电路获取的充电 电流进行充电。不管哪种方式，对于通过这种方式实现的降压预调节 级的保持增强均是优选的。在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 控制器在突发模式或者连续模式中使用取决于负载电流的适当的控 制算法而操作降压预调节器。通过使用所述AC/DC电源变换器的配 置，可以按照连续方式操作降压预调节器而不会违背闲置功率准则。 这样具有提供准调节输入给备用电路的优点，直接的结果就是远远更 加高效。在本发明的进一步实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 降压变换器供给电容器，并且其中提供了辅助升压变换器以放大大容 量电容器电压。可替换地，可以提供回扫变换器(fly-backconverter) 以放大大容量电容器电压。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 双端变换器输入级包括半桥。这被认为是AC/DC变换器的特别简单 并且高效的构造，从而提供鲁棒性并且制造相对低廉。作为半桥的一 种替换实施例，可以使用具有适当修改的全桥或者推挽变换器。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 变压器输出级进一步包括一对输出同步整流器。可以预想，这些输出 同步整流器使用来自变压器的绕组而自驱动。通过这种方式配置的所 述一对自驱动同步整流器，自驱动同步整流器可以被操作为使得所述 级按照对称方式在基本满的占空比中被操作。这样，控制脉冲可以交 替提供给自驱动同步整流器，并且允许对多数占空比保持零电压切 换，并且还允许同步整流器在多数占空比期间保持导通。通过在低负 载工作情况下相对适度的突发速率，还可以实现最低待机功耗。因此， 通过按照这种方式结合突发模式控制和同步整流器，可以实现较低的 空载功耗，并且在高负载情况下实现高效率。在本发明的进一步实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 提供了钳位电路以防止绕组中导致输出同步整流器的寄生导通的自 然环流(natural ringing)。优选地，所述钳位电路可以通过DC变压 器的绕组上的开关的方式而提供。这还可以在需要时作为辅助电源使 用。所述钳位电路是使用一对二极管实现的。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 提供了输出电感，其值被选择以确定设备中的电流是连续还是不连续 的。通过选择适当的输出电感，可以实现变压器操作的所需模式。在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 所述变压器比率被选择为使得第二级变换器在该级的输入电压的底 部级别处工作于近乎连续的占空比，并且在该级的输入电压的更高级 别下去除脉冲集合。在本发明的进一步实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 进一步提供了过流锁定。通过过流锁定，提供了 AC/DC变换器的附 加过流保护，并且为所提供的快速电流限制保护提供备用。这种较慢 的过流锁定能够消除与同步整流器的体二极管中的损耗相关的困难 (这种功耗在某些工作情况下可能过大)，并且允许改进对变换器的 控制。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器，其中， 进一步提供了飞轮(free-wheeling)同步整流器，并且所述控制器产 生消隐信号以产生所述飞轮同步整流器的负载相关的驱动信号。在某 些重负载条件下，这样可以提供改进的效率。在本发明的另一个实施例中，使用共振产生的脉冲序列操作控制 器。可替换地，所述控制器可以使用脉冲指引技术而被操作。在本发明的进一步实施例中，提供了 AC/DC变换器的变压器， 包括主绕组，主钳位绕组，次级电源绕组以及驱动绕组。通过所述变 压器设计，可以提供单个变压器，能够为电路的完整操作提供足够的 绕组。所述变压器可以为同步输出整流器以及变压器输出级的功率绕 组提供驱动绕组。而且，所述变压器能够提供钳位绕组以防止输出同 步整流器中的环流。因此，提供了一种非常紧凑的变压器配置，其相 对经济并且制造成本低廉。可以预想，所述变压器可以在需要时进一 步提供附加变压器主绕组。可以预想，在某些实施例中，可以不需要输出同步整流器的单独 驱动绕组并且可以直接从电源绕组驱动同步整流器。在此情况下，可以提供AC/DC变换器的变压器，包括主绕组，主钳位绕组和次级电 源绕组。在本发明的一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器的变压器， 其中，所述主钳位绕组进一步包括双功能主辅偏置电源绕组和钳位主 绕组。由于附加主钳位绕组可以在需要时作为主级辅助偏置电源绕组 工作，从而消除对变压器上过多数量绕组的需要，这被认为是非常有 用的。从而可以进一步帮助保持所述变压器尽可能的紧凑。在本发明的另一个实施例中，提供了一种AC/DC变换器的变压 器，其中，提供了主绕组， 一对双功能主辅偏置电源绕组和钳位主绕 组， 一对次级电源绕组和--对驱动绕组。这样，所述变压器总共具有 七个绕组。在需要时可以提供进一步的附加主绕组。具有一对辅助偏 置电源/钳位绕组、 一对驱动绕组以及一对电源绕组的变压器可以为 AC/DC变换器设计提供出色的变压器设计。所述变压器非常紧凑并 且使用高效，且允许AC/DC变换器的灵活操作。


通过下面的对本发明某些实施例的描述，可以更加清楚地理解本 发明，以下描述仅是参考附图的示例，其中图1为根据本发明的AC/DC变换器的图示；图2为根据本发明的AC/DC变换器的可替换变压器级的图示；以及图3为根据本发明使用的脉冲集合的图示。
具体实施方式
参考附图，并且首先参考图1，其显示了 AC/DC变换器，总体 由参考数字I表示，包括变换器输入3和变换器输出5，预调节级7， 包括变压器输入级11和变压器输出级13的DC变压器级9，以及控 制器17。变压器输入级11进一步包括双端变换器输入级15，并且控 制器17提供控制信号给双端变换器输入级15。控制器17进一步包 括反馈光耦合器19。控制器17 —旦检测到AC/DC输出电压5大于 预定输出电压设定点或者一旦检测到存在过流情况则可以从控制信 号去除脉冲集合。控制器17进一步包括隔离级控制21，其中包括与 光耦合器电路19结合的电流检测信号电路23和钳位电路25。控制 器17还包括降压控制27，具有电压检测输入29，电流检测输入31 以及供给预调节级7的预调节器控制信号33。所述预调节级进一步包括降压变换器，其中包括降压输入电容器 35，降压二极管37,降压电感39,以及降压开关41。所述降压变换 器供给大容量电容器43。所述降压变换器配置为倒置方式，具有接 地参考驱动和接地参考电流检测。所述降压变换器进一步为AC/DC 变换器提供功率因数校正(PFC)功能或者级。提供了辅助电容器(未 显示)以实现电路的保持增强，并且在输入失败的情况下可以连接到 输入线路。辅助电容器(未显示)使用降压电感39上的次级绕组(未 显示)充电或者可替换地从备用电路45被提供充电电流。AC/DC变 换器进一步包括输入滤波器47，输入桥49，差分电路51，以及输出 电容器53。
双端变换器输入级15进一步包括半桥，其中包括一对场效应晶体管(FET) 55、 57，分别为二者提供驱动绕组59、 61。双端变换器 输入级15进一步包括变压器主绕组63，电流检测绕组65，以及一对 电容器67、 69。变压器输出级13进一步包括一对自驱动输出同步整 流器7、73, 二者分别提供了驱动绕组75、 77以及电源绕组76、 78。 变压器输出级13进一步包括输出电感79。进一步提供了电压钳位81 。钳位电路25防止导致输出同步整流器71、 73的寄生导通的自然 环流。钳位电路25进一步包括一对二极管26、 28、主变压器的--对 辅助绕组30、 32、晶体管34。隔离级控制21进一步包括门驱动绕组 36和电流检测绕组38。变压器总共包括七个绕组主绕组63，辅助 绕组30、 32，驱动绕组75、 77，以及电源绕组76、 78。在使用中，控制器17提供控制信号给双端变换器输入级15。控 制器17使用突发模式控制操作并且控制信号进--步包括脉冲集合， 所述脉冲集合提供双端变换器15中的零净磁化电流。使用滞后控制 器19，控制器17能够在检测到AC/DC变换器输出电压高于预定输 出电压设定点或者检测到存在过流情况时从控制信号去除脉冲集合。现在参考图2，其中显示了在本发明中使用的DC变压器的可替 换实施例的更加详细的图示，其中和前图相比，相同部件具有相同的 参考数字。DC变压器级包括双端变换器输入级15,其中包括具有一 对自驱动FET55、 57的半桥级， 一对电容器67、 69，以及主绕组63。 变压器输出级13包括一对输出同步整流器71、 73，其分别具有驱动 绕组75、 77。进一步提供了输出电感79和输出电容器53。变压器输 出级进一步包括多个电源绕组91、 93、 95和97。在使用中，大容量电容器(未显示)两端的电压被存储在电容器 67、 69中，并且主FET55、 57按照所需方式切换。主侧的控制使得 级按照对称方式在基本完整占空比中运行。控制是通过去除控制脉冲 集合而实现的。这是整体周期控制的--种形式，允许在大部分占空比 中保持零电压切换，并且允许同步整流器在多数占空比中保持"导 通"。因此，在轻负载情况下，脉冲速率可以非常适度，从而导致最 低功率要求和较低的待机功耗。
在轻负载下的突发模式工作期间，脉冲需要使得突发周期中的净 磁化电流贡献为零。这样，半桥使用自驱动同步整流器按照整体周期方式切换。输出电感79的值将确定半桥级是否工作于连续或者不连 续模式。通过更大的电感来提供连续操作，并且通过更小的电感来提 供不连续操作。通过半桥的整体周期操作，可以随着自驱动同步整流 器操作保持零电压切换(ZVS)操作，这将促进降低低电压下的待机 功耗。在图2所示实施例中，设备的所需输出为12V。因此，绕组95 的点端大约为+13V。当绕组95的点端为+13V时，绕组97的非点端 为-13V。同步整流器71将导通并且同步整流器73将关闭。当绕组 95的点端为-13V时，绕组97的非点端为+13V并且同步整流器73 将导通而同步整流器71将关闭。在任何情况下，同步整流器的操作 对于本领域技术人员而言均是显见的。参考图3，其中显示了适合于通过控制器17在AC/DC变换器中 应用的脉冲集合。脉冲集合包括正电源供给的四分之一周期101，紧 跟负电源供给的半周期103，以及紧跟正电源供给的另一个四分之-一 周期105。这种脉冲集合将提供零净磁化电流并且因此不会导致变换 器操作的不平衡。这些脉冲集合可以使用适当逻辑与其他脉冲集合连 接以最小化假信号，从而提供受控波形。然后可以使用滞后控制方法 以在适当时候从控制波形中去除脉冲集合。当脉冲集合被去除时，输 出同步整流器71、 73关断并且没有施加电压，输出电感电流79通过 输出同步整流器71、 73的体二极管(未显示)被放电。钳位电路81 防止绕组中的环流，从而防止导致同步整流器7K 73的寄生导通。 该钳位电路实际上是使用变压器绕组上的较小的开关而实现的，该绕 组在需要时可以作为辅助电源使用。除了所示波形之外，还可以提供 具有相反极性的波形，即负电源供给的四分之一周期，紧跟正电源供 给的半周期，紧跟负电源供给的另一个四分之一周期。这些被认为是 提供基本上零净磁化电流的非常简单的波形，并且可以与类似波形比 较以提供控制信号。可替换地，可以设计通过提供基本上零净磁化电 流按照基本相同方式工作的更加复杂的波形并且在AC/DC变换器的
控制器中使用。如果不使用滞后控制方法，同样也可以实现更加复杂的控制器布 置。通过这种高频信号，控制信号可以通过控制器有效的键控导通或 者关断。因此，可以提供脉冲宽度调制(PWM)控制器，其可以使 用模拟或者数字技术来实现。该控制器可以确定提供给电路的脉冲串 的长度。脉冲宽度调制(PWM)控制器的工作频率可以通常为小于 输入功率切换级的工作频率的数量级，并且在此情况下逻辑设置为提 供具有正确特性的离散脉冲集合以确保输入驱动电路的平衡。而且， 该方法还可以应用到宽范围的脉冲波形。特别地，优选地可以使用限 制同步整流器体二极管电流并且非常适合于较高频率操作的共振产 生的脉冲序列和脉冲指引技术。当使用滞后或者脉冲宽度调制控制方 法时，本质上在各个脉冲集合的开始时间确定是否执行脉冲集合。脉 冲集合仅在电压低于输出设定点并且没有检测到过流情况时被执行。 通常适合于通过较慢的过流锁定来支持这种快速电流限制以解决同 步整流器的体二极管的功耗问题，该功耗在这种条件下可能过大。釆 用基于脉冲集合的电流限制的方法还允许快速并且单调的启动。随着 这种变换器可能产生的一个问题是脉冲集合的去除在输出电容器上引入的纹波的情况下可能过长。例如，在工作于125KHz的磁化频率 的变换器的情况下，去除8ws的周期可能被认为过长。该问题通过 在每次去除脉冲的情况下去除交替极性的脉冲集合而解决。不管待去除的脉冲集合如何，存在飞轮周期中管理电感电流的问 题。如上所述，电感电流将循环通过输出同步整流器的体二极管。通 过最优设计情况下的通常5%的峰峰电压，有效占空比对于脉冲去除 与导通周期的比值而言可以为97.5%，并且使用控制同步整流器优化 该方法进行切换可能不能证实。如果存在该问题，控制电路可以很容 易的产生消隐信号，其可以被用于产生飞轮同步整流器的驱动信号。 作为实际问题，优选地可以将飞轮同步整流器的增强限制在较重负载 的情况，否则随着逆功率流会产生问题。在所述实施例中，使用了降压变换器作为预调节器级，并且更加 具体的说，作为功率因数校正(PFC)预调节级。所述降压变换器在 大容量电容器的两端施加电压，该电压通过在多数情况下为主电源的 线电压而转换得到。所述降压变换器实现为倒置方式，提供接地参考 驱动和接地参考电流检测。可以提供辅助电容器以提供降压级的保持 增强，从而输出可以在去除AC输入电源之后在一定时间内保持调节。 然而，公知的是能量存储的容积效率和具有较低额定电压即在低于200V的区域内的电容器比工作于传统通用线路应用即通常为400或 者450V额定部件的电容器更差。因此，辅助电容器可以使用降压电 感39上的次级绕组被频繁充电或者可以使用待机电源电路45提供充 电电流。当输入线电压下降至低于确保输出调节(理想的通过--定的 缓冲区域，从而输出电压不受影响)的可接受级别时，保持增强电容 器可以连接到输入并且替代输入电压以给出所需的保持性能。降压变换器在主线路电源的输入电压低于大容量电容器能量存 储设备两端的电压的条件下不能从主线路获取功率，导致不连续的电 流获取。这可以通过使用辅助升压或者回扫变换器而放大。大容量电 容器电压通常介于60V至90V之间。更低的限制提高了导通角，并 且因此提供对正弦电流的更大近似，但是以提高切换设备上的压力为 代价。高值将限制导通角，这在功率级别上升时可能成为问题。可以 使用梯形波形，可以提供高达数百瓦特的良好的功率因数校正，并且 使用截断正弦可以提供更高功率下的更佳性能。因此降压级的输出在 通常的线路应用情况下包括通常在60V至卯V之间的DC电压，其 上叠加了在满负载下依赖于相对电容器值的通常为5%峰峰值的纹波 电压。PFC降压预调节器级的配置的一个很大优点是降压级还可以在 突发模式中连续保持导通而不需要违背空载功率准则。待机电源可以 远远更加高效，因为它们现在工作于准调节输入。这在迄今为止通过 AC/DC电源变换器的现有设计是不可能的。通过AC/DC变换器可以使用的另一种方法是使用整流后的AC 线电压以产生降压PFC级控制器参考信号而不是固定dc参考信号。 通过AC线电压产生的参考可以被适当縮小，钳位并且在某些情况下 被从零偏置以允许输入电流波形编程跟随所需的梯形程序，从而提供 较低的谐波内容，较高的功率因数校正以及很低的降压功率因数校正
级电流压力。而且，在降压pfc级最大占空比被限制于小于100%的 级别的实现中，这样可以帮助确保误差放大器(未显示)在AC线电 压交叉点处不会饱和。这样可以证明高度优选的，特别是在较高的功 率级别下，其中前导边缘线电流瞬态可能导致导通EMC问题。AC/DC电源变换器的一个挑战是提供高度有效的变换器。公知 的是最高效类型的变换器通常是最佳利用切换设备和磁性元件的变 换器。在工业标准脉冲变换器中已经使用的一种方法被称为DC变压 器，通常具有双端输入级，最通常的是在各个级中接近50%的占空 比工作的半桥，具有较小的死区时间或者较小的重叠，这依赖于是否 为相应的电压供给或者电流供给级。变压器次级可以使用整流元件的 全桥、电流倍增器类型部分或者中心抽头布置。该配置还使得较容易 从变压器绕组直接获得同步整流器。可以实现过渡上的共振测量，从 而降低很大部分的工作范围上的切换损耗。主级和次级之间的漏电感 还可以有助于降低同步整流器的体二极管中的逆恢复电流。然而，这 种级通过最小控制工作并且提供输入和输出电压之间通常固定的比 率。降压电容器上的纹波在输出电压上复制。这种设计进一步具有有 限能力以处理短路情况以及其他出错情况。最后，这种变换器在所有 时间中"导通"并且因此空载切换损耗或者磁芯损耗可能变得很大， 从而导致很难满足与空载功率相关的要求。所以，尽管提供了高效率 的变换器，该变换器的缺陷在于很高的空载功耗。通过如上所述在突发模式方式中通过确保零净磁化电流的脉冲 序列操作该级可以克服这些困难。这可以通过仔细选择产生基本没有 或者最小的净磁化电流的脉冲集合而实现，并且该脉冲集合还可以与 其他脉冲集合连接以提供控制信号并且进一步允许去除脉冲集合以 便于控制。可以设计提供最小级别的净磁化电流的脉冲序列，从而使 得半桥电容器中的不平衡的最大级别小于输入电压的10%，或者在 设置推挽或者全桥变压器实现的情况下产生低于饱和限制的净磁化 电流。这可以提供足够的电路控制级别。在本发明的另一个方面中，DC变压器控制电路驻留在变压器的 次级侧。在本文中，DC变压器控制电路被描述为在主级侧，但这并
非是一定的。可以通过该控制提供门级驱动信号给适当耦合在隔离势 垒两端的主级侧开关。这可以通过使用单独的门驱动变压器以将驱动 信号从次级控制电路发送到主级开关的门而实现。可替换地，门信号 可以通过高速光耦合器或者其他装置而传送。在本文中，还公开了独特的变压器构造，其结合AC/DC变换器使用，其中包括主绕组， 一对次级驱动绕组，--对次级电源绕组，以 及一对主钳位绕组。在需要时还可以提供其他主绕组。通过这种变压器，AC/DC变换器所需的绕组可以通过单个变压器以紧凑方式提供, 从而节省电路上的空间并且降低构造包括所述装置的主板所花费的 时间。最后，可以理解，双端变换器输入级可以包括半桥或者全桥或者 可替换地可以包括推挽变换器。变压器比率可以被仔细选择，从而 AC/DC变换器1在该级的输入电压的底部级别处工作于近乎连续的 占空比，并且通过更高级别的输入电压去除脉冲集合。在本文中，术语"包括和包含"被认为是可以互换的，并且应当 具有尽可能广泛的解释。本发明并不受限上述实施例，并且在权利要求的范围内，在构造 和细节方面均可以变化。
权利要求
1.一种AC/DC变换器(1)，包括变换器输入(3)、变换器输出(5)、预调节级(7)和包括变压器输入级(11)和变压器输出级(13)的DC变压器级(9)，所述变压器输入级(11)进一步包括双端变换器输入级(15)以及用于提供控制信号给所述双端变换器输入级的控制器(17)，其特征在于所述控制器(17)使用突发模式控制进行操作，并且所述控制信号进一步包括在所述双端变换器(15)中提供基本为零的净磁化电流的脉冲集合。
2. 根据权利要求l所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述控制 器(17)进一步包括滞后控制器(19)，所述滞后控制器(19) 一旦 检测到所述AC/DC变换器输出电压高于预定输出电压设定点或者检 测到存在过流情况，就从所述控制信号中去除脉冲集合。
3. 根据权利要求l所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述控制 器(17)进一步包括脉冲宽度调制器(PWM)控制器，所述脉冲宽 度调制器(PWM)控制器具有确定包括所述控制信号的PWM周期 内的脉冲集合数量以确定所述控制信号的长度的模块。
4. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1 )，其中， 所述脉冲集合包括一个极性的四分之一周期，其后跟随相反极性的半 个周期，其后跟随所述第一极性的另一个四分之一周期。
5. 根据权利要求4所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述脉冲 集合包括正极性的四分之一周期，其后跟随负极性的半周期，其后跟 随正极性的另一个四分之一周期。
6. 根据权利要求2至5中任何一项权利要求所述的AC/DC变换 器(1)，其中，在每次发生脉冲集合被去除的情况下去除交替极性的 脉冲集合。
7. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(O，其中， 使用降压变换器(35， 37， 39， 41)实现所述预调节级(7)。
8. 根据权利要求7所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述降压 变换器预调节级(7)进一步作为功率因数校正(PFC)级。
9. 根据权利要求7或者8所述的AC/DC变换器(1)，其中，按 照倒置方式配置所述降压变换器，提供了接地参考的驱动和接地参考 的电流检测。
10. 根据权利要求7至9中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器(1)，其中，进一步提供了辅助电容器以保持增强。
11. 根据权利要求10所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述辅 助电容器使用所述降压变换器(35, 37, 39， 41)的降压电感(39) 上的辅助绕组来充电。
12. 根据权利要求10所述的AC/DC变换器(1)，其中，提供了 备用电路(45)，所述备用电路(45)提供充电电流以对所述辅助电 容器进行充电。
13. 根据权利要求4至12中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器U)，其中，所述控制器(17)在突发模式或者连续模式中使用 取决于所述负载电流的适当的控制算法来操作所述降压预调节器(7)。
14. 根据权利要求4至13中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器(1)，其中，所述降压变换器(35， 37， 39， 41)供给大容量电 容器(43)，以及其中，提供了辅助升压变换器以放大所述大容量电 容器(43)电压。
15. 根据权利要求4至13中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器(1)，其中，所述降压变换器(35， 37, 39， 41)供给大容量电 容器(43)，以及其中，提供了回扫变换器以放大所述大容量电容器(43)的电压。
16. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1)，其 中，所述双端变换器(15)输入级进一步包括半桥。
17. 根据权利要求1至15中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器(l)，其中，所述双端变换器(15)输入级进一步包括全桥。
18. 根据权利要求1至15中任何一项权利要求所述的AC/DC变 换器(1)，其中，所述双端变换器(15)输入级进一步包括推挽变换 器。
19. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1)，其 中，所述变压器输出级进一步包括一对输出同步整流器(71， 73)。
20. 根据权利要求19所述的AC/DC变换器(1),其中，所述输 出同步整流器(71， 73)使用所述变压器(9)的绕组(75, 77)而 自驱动。
21. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1)，其 中，提供了钳位电路(81)以防止所述绕组(75， 77)中导致所述输 出同步整流器(71， 73)的寄生导通的自然环流。
22. 根据权利要求20所述的AC/DC变换器(1)，其中，所述钳 位电路(81)是通过所述DC变压器(9)的绕组上的开关而提供的。
23. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器()，其 中，提供了输出电感(79)，选择所述输出电感(79)的值以确定设 备中的所述电流是连续的还是不连续的。
24. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1)，其 中，选择所述变压器比率，以使得所述第二级变换器(1)在输入电 压的底部级别处工作于近乎连续的占空比，并且在输入电压的更高级 别处去除脉冲集合。
25. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(O，其 中，进一步提供了过流锁定。
26. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器()，其 中，进一步提供了飞轮同步整流器，以及所述控制器(17)产生消隐 信号，以产生所述飞轮同步整流器的依赖于负载的驱动信号。
27. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器()，其 中，使用共振产生的脉冲序列来操作所述控制器。
28. 根据前述任何一项权利要求所述的AC/DC变换器(1)，其 中，使用脉冲指引技术来操作所述控制器。
29. —种AC/DC变换器的变压器，包括主绕组、主钳位绕组和 次级电源绕组。
30. 根据权利要求29所述的AC/DC变换器的变压器，其中，所 述变压器进一步包括驱动绕组。
31. 根据权利要求29或者30所述的AC/DC变换器的变压器， 其中，所述主钳位绕组进一步包括双功能主辅偏置电源绕组和钳位主 绕组。
32. 根据权利要求30或者31所述的AC/DC变换器的变压器， 其中，提供了主绕组、--对双功能主辅偏置电源绕组和钳位主绕组， 一对次级电源绕组和一对驱动绕组。
全文摘要
本发明涉及一种AC/DC变换器(1)，包括变换器输入(3)、变换器输出(5)、预调节级(7)和包括变压器输入级(11)和变压器输出级(13)的DC变压器级(9)。所述变压器输入级包括双端变换器，并且进一步提供了控制器(17)用于提供控制信号给所述双端变换器。所述控制器(17)使用突发模式控制并且通过发送控制信号来操作所述AC/DC变换器，所述控制信号包括设计为在所述双端变换器中提供基本为零的净磁化电流的脉冲集合。所述预调节级优选地包括降压变换器，所述降压变换器还向AC/DC变换器的输入提供功率因数校正。
文档编号H02M3/337GK101120501SQ200580043643
公开日2008年2月6日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者A·B·基奥, G·扬, G·汤姆林斯 申请人:康默吉技术有限公司