功率转换器的制造方法

功率转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于将输入功率转换成输出功率的功率转换器。功率转换器包括：第一变压器电路，其第一初级线圈用于接收所述输入功率的第一部分输入功率，其第一次级线圈用于产生所述输出功率的第一部分输出功率；第二变压器电路，其第二初级线圈用于接收所述输入功率的第二部分输入功率，其第二次级线圈用于产生所述输出功率的第二部分输出功率；以及平衡电路，与第一次级线圈的第一端以及第二次级线圈的第二端连接，用于通过在所述第一端和第二端之间传输信号使所述第一部分输出功率和第二部分输出功率相互平衡，其中，所述第一端和第二端具有相同极性。根据本发明的功率转换器，可提高散热效率，从而减少功耗并且提高功率转换效率。
【专利说明】
功率转换器

【技术领域】
[0001]本发明涉及功率转换器，尤其是基于变压器来实现的功率转换器以及将输入功率转换成输出功率的方法。

【背景技术】
[0002]图1所示为一种现有技术中的直流-直流转换器100的电路示意图。直流-直流转换器100包括全桥切换电路102、变压器Tl以及整流电路106。全桥切换电路102包括开关Ql、Q2、Q3和Q4，且基于对开关Ql、Q2、Q3和Q4上的控制信号CTRl、CTR2、CTR3和CTR4的控制将输入功率(例如:输入电压Vin)传输至变压器Tl。变压器Tl接收该输入功率以产生流过其初级线圈的初级电流Ipki。该初级电流Ipki产生流过变压器Tl的次级线圈中的次级电流ISK。该次级电流Isrc进一步地流过整流电路106以控制直流-直流转换器100的输出电压VTOT。因此，直流-直流转换器100能够通过控制开关Q1、Q2、Q3和Q4将输入电压Vin转换成需要的输出电压VTOT。
[0003]如图1所示，控制信号CTR1、CTR2、CTR3和CTR4能够控制开关Q1、Q2、Q3和Q4来为变压器Tl提供输入功率。因此产生初级电流Ipki流过变压器Tl，并且在变压器Tl的磁芯中引起磁能。如果输入功率相对比较高并且产生了相对比较大的初级电流Ipki，则在变压器Tl的磁芯中存储的磁能可能产生大量的热量，而这些热量无法在短时间内驱散开，从而导致变压器Tl可能具有相对较低的功率转换效率。直流-直流转换器100的功耗可能相对较高，因此降低了其功率转换的性能。


【发明内容】

[0004]本发明提供了将输入功率转换成输出功率的功率转换器及方法，能够减小功率转换器的功耗，并提高功率转换器的性能。
[0005]本发明提供了一种用于将输入功率转换成输出功率的功率转换器，该功率转换器包括:第一变压器电路，其包括第一初级线圈和第一次级线圈，所述第一初级线圈用于接收所述输入功率的第一部分输入功率，所述第一次级线圈用于产生所述输出功率的第一部分输出功率；第二变压器电路，其包括第二初级线圈和第二次级线圈，所述第二初级线圈用于接收所述输入功率的第二部分输入功率，所述第二次级线圈用于产生所述输出功率的第二部分输出功率；以及平衡电路，与所述第一次级线圈的第一端以及所述第二次级线圈的第二端连接，用于通过在所述第一端和所述第二端之间传输信号从而使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡，其中，所述第一端和所述第二端具有相同极性。
[0006]本发明又提供了一种用于将输入功率转换成输出功率的功率转换器，该功率转换器包括:第一变压器电路，其包括第一初级线圈、第一次级线圈以及第一辅助线圈，所述第一变压器电路用于将所述第一初级线圈上接收的所述输入功率的第一部分输入功率转换成所述第一次级线圈上的所述输出功率的第一部分输出功率，当所述第一变压器电路将所述第一部分输入功率转换成所述第一部分输出功率时，所述第一变压器电路具有第一磁化强度；第二变压器电路，其包括第二初级线圈、第二次级线圈以及第二辅助线圈，所述第二变压器电路用于将所述第二初级线圈上接收的所述输入功率的第二部分输入功率转换成所述第二次级线圈上的所述输出功率的第二部分输出功率，当所述第二变压器电路将所述第二部分输入功率转换成所述第二部分输出功率时，所述第二变压器电路具有第二磁化强度；其中，所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈与共同节点连接，用于经过所述共同节点传输信号从而使所述第一磁化强度和所述第二磁化强度相互平衡。
[0007]本发明又提供了一种功率转换器，该功率转换器包括:变压器电路，其包括多个初级线圈和次级线圈电路，用于将所述多个初级线圈接收的输入功率转换成所述次级线圈电路上的输出功率；分压电路，用于将所述功率转换器的输入电压分成多个分压；以及切换电路，与所述变压器电路和所述分压电路连接，用于控制所述多个初级线圈中的每个初级线圈选择性地接收所述多个分压中的一个分压。
[0008]本发明又提供了一种用于将输入功率转换成输出功率的方法，所述方法包括:第一变压器电路的第一初级线圈接收所述输入功率的第一部分输入功率；第二变压器电路的第二初级线圈接收所述输入功率的第二部分输入功率；所述第一变压器电路的第一次级线圈产生所述输出功率的第一部分输出功率；所述第二变压器电路的第二次级线圈产生所述输出功率的第二部分输出功率；以及通过在所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端之间传输信号，以使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡，其中所述第一端和所述第二端具有相同极性。
[0009]本发明又提供了一种用于将输入功率转换成输出功率的方法，所述方法包括:第一变压器电路将第一初级线圈上接收的第一部分输入功率转换成第一次级线圈上的第一部分输出功率，其中，所述第一变压器电路包括所述第一初级线圈、所述第一次级线圈和第一辅助线圈，当所述第一变压器电路将所述第一部分输入功率转换成所述第一部分输出功率时，所述第一变压器电路具有第一磁化强度；第二变压器电路将第二初级线圈上接收的第二部分输入功率转换成第二次级线圈上的第二部分输出功率，其中，所述第二变压器电路包括所述第二初级线圈、所述第二次级线圈和第二辅助线圈，当所述第二变压器电路将所述第二部分输入功率转换成所述第二部分输出功率时，所述第二变压器电路具有第二磁化强度；以及所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈经过共同节点在所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈之间传输信号，从而使所述第一磁化强度和所述第二磁化强度相互平衡。
[0010]本发明还提供了一种用于将输入功率转换成输出功率的方法，所述方法包括:变压器电路的多个初级线圈接收功率转换器的输入功率；以及所述变压器电路将接收到的输入功率转换成在所述变压器电路的次级线圈电路上的输出功率；其中，所述变压器电路的多个初级线圈接收输入功率的步骤进一步包括:分压电路将所述功率转换器的输入电压分为多个分压；以及切换电路控制所述多个初级线圈中的每个初级线圈选择性地接收所述多个分压中的一个分压。
[0011 ] 与现有技术相比，通过采用本发明的功率转换器，可提高散热效率，从而减少功耗并且提高转换效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]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。
[0013]图1所示为一种现有技术中的直流-直流转换器的电路示意图；
[0014]图2所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的模块示意图；
[0015]图3所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的电路示意图；
[0016]图4所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的模块示意图；
[0017]图5A所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的电路示意图；
[0018]图5B所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的电路示意图；
[0019]图6所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的电路示意图；
[0020]图7所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图；
[0021]图8所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图；
[0022]图9所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图。

【具体实施方式】
[0023]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。
[0024]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。
[0025]本发明的实施例提供了功率转换器(例如:直流-直流转换器)，利用变压器电路和诸如全桥或半桥切换电路这样的功率传输电路将输入功率转换成输出功率。该功率转换器能够将输入功率分送到变压器电路的多个初级线圈上。变压器电路的次级线圈与这些初级线圈结合将输入功率转换成输出功率。因此，即使输入功率相对比较高，该功率转换器能减少提供给每个初级线圈的功率量，并且能够加速变压器电路的磁芯上热量的驱散。
[0026]此外，该功率转换器包括平衡电路。举例说明，变压器电路可包括多个次级线圈，平衡电路与这些次级线圈连接，以使得分别流过这些次级线圈的电流相互平衡。再举例说明，变压器电路可包括多个变压器，平衡电路与这些变压器的磁芯磁耦合，以使得这些变压器磁芯中的磁化强度相互平衡。因此，与现有设计相比，本发明提供的功率转换器具有较低的功率损耗以及较高的转换效率。
[0027]图2所示为根据本发明一个实施例的功率转换器200的模块示意图。功率转换器200可以是一种基于变压器的直流-直流转换器(以下称为:直流-直流转换器200)。如图2所示，直流-直流转换器200包括功率传输电路202、功率转换电路204以及输出电路206。
[0028]在一个实施例中，功率传输电路202接收输入功率(例如:输入电压Vin)，且选择性地将输入功率传输/传递给功率转换电路204。功率转换电路204包括平衡电路210以及多个变压器电路204_1、204_2、…、204_N(N为自然数)，且可用于将输入功率转换成输出功率。每个变压器电路204_1、204_2、".、204_Ν包括初级线圈和次级线圈(未显示在图中)。在一个实施例中，变压器电路204_1、204_2、…、204_Ν的初级线圈相互串联，初级电流Ip流过这些初级线圈从而将输入功率分送到变压器电路204_1、204_2、…、204_N上。有利的是，在输入功率相同的条件下，与现有技术的直流-直流转换器100中的变压器相比，直流-直流转换器200的每个变压器电路的磁芯中产生的热量被减少了，因而提高了图2中的变压器电路204_1、204_2、…、204_N的散热效率。换句话说，与现有技术的直流-直流转换器100相比，直流-直流转换器200利用多个变压器电路从而能够在承受较大输入功率/电压的同时具有较低的功率损耗以及较高的功率转换效率。此外，在一个实施例中，变压器电路204_1、204_2、...、204_N的次级线圈可相互并联，且分别流过变压器电路204_1、204_2、…、204_N的次级线圈的次级电流IS1、IS2、…、Isn在输出电路206上汇聚以形成输出电流1TT，从而控制直流-直流转换器200的输出电压VTOT。因此，直流-直流转换器200能将输入电压Vin转换成输出电压V.。
[0029]在一个实施例中，平衡电路210使变压器电路204_1-204_N中的功率转换相互平衡。举例说明，平衡电路210可与变压器电路204_1-204_N中的磁芯磁耦合，使变压器电路204_1-204_Ν.芯中的磁化强度相互平衡。再举例说明，平衡电路210可与变压器电路204_l-204_N的次级线圈连接，使次级电流IS1、IS2、…、Isn相互平衡。这里所说的使第一元素和第二元素“相互平衡”指的是减小第一元素和第二元素之间的差值/差异，其中，所述第一元素和第二元素包括电压、电流、输入功率、输出功率、磁化强度、磁能等等。
[0030]图3所示为根据本发明一个实施例的直流-直流转换器300的电路示意图。图3将结合图2进行描述。直流-直流转换器300可以是图2中的直流-直流转换器200的一个实施例。直流-直流转换器300包括功率传输电路302、功率转换电路304以及输出电路306。
[0031]在一个实施例中，功率传输电路302包括切换电路，例如:图3举例中的包括开关QH1、QL1、QH2和QL2的全桥切换电路或者(未在图中显示的)半桥切换电路。该切换电路能够选择性地将输入功率(例如:输入电压Vin)传输/传递给功率转换电路304。举例说明，开关QHl、QLl、QH2和QL2在控制信号DRVh1、DRVu、DRVh2和DR'2的控制下能交替地工作在第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。在第一模式下，控制信号DRVm、DRVu、DRVh2和DRV。将开关QHl和QL2导通并且将开关QLl和QH2断开，所以功率转换电路304通过开关QHl和QL2接收输入功率(例如:输入电压Vin)。在第二模式下，控制信号DRVH1、DRVli,DRVh2和DRV。将开关QHl和QH2导通并且将开关QLl和QL2断开，所以功率转换电路304不接收输入功率。在第三模式下，控制信号DRVm、DRVu、DRVh2和DR'2将开关QLl和QH2导通并且将开关QHl和QL2断开，所以功率转换电路304通过开关QLl和QH2接收输入功率(例如:输入电压Vin)。在第四模式下，控制信号DRVH1、DRVli, DRVh2和DR'2将开关QLl和QL2导通并且将开关QHl和QH2断开，所以功率转换电路304不接收输入功率。然而，本发明不限于此。在另一个实施例中，在第二模式和第四模式下，控制信号DRVh1、DRVu、DRVh2和DRVl2分别将开关QH1、QL1、QH2和QL2断开。
[0032]在一个实施例中，功率转换电路304包括第一变压器电路T31、第二变压器电路T32、电容器C32以及整流器电路314_1和314_2。变压器电路T31包括初级线圈Pl和次级线圈SI (例如:中心抽头的次级线圈)。变压器电路T32包括初级线圈P2和次级线圈S2(例如:中心抽头的次级线圈)。在一个实施例中，变压器电路T31和T32完全相同。这里所说的第一电路和第二电路“完全相同”指的是该第一电路和第二电路以相同特性和指标被制造出来，然而由于制造过程并非绝对理想，第一电路和第二电路的特性之间可能存在差异，只要这些差异在允许的范围内即可忽略不计。在图3的举例中，整流电路314_1和314_2分别与次级线圈SI和S2连接，并且具有半桥整流器结构。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，整流电路314_1和314_2可以使用其他的结构(例如:图5B中的全桥整流电路414B的结构)以提供类似的功能。参照图3，初级线圈Pl和P2相互串联，次级线圈SI和S2则相互并联。电容器C32连接在初级线圈Pl和P2之间从而避免因流过初级线圈Pl和P2的初级电流Ip而引起的磁芯饱和。尽管图3显示了两个变压器电路和两个整流电路，在另一个实施例中，两个以上的变压器电路和对应的整流电路也可以以类似结构应用于本发明。
[0033]在一个实施例的操作过程中，通过交替的工作在上述第一模式、第二模式、第三模式和第四模式，功率传输电路302控制功率转换电路304将输入电压Vin转换成输出电压VQUT。举例说明，如上所述，在第一模式下，功率转换电路304通过开关QHl和QL2接收输入功率(例如:输入电压Vin)，从而产生流过初级线圈Pl和P2的初级电流Ip。响应于该初级电流IP，在第一次级线圈SI上产生次级电流Isi，并且在在第二次级线圈S2上产生次级电流IS2。在第一模式下，由于功率转换电路304接收功率，次级电流Isi和Is2增加。在第二模式下，功率转换电路304不接收输入功率，所以次级电流Isi和Is2减小。同理，在第三模式下，功率转换电路304通过开关QLl和QH2接收输入功率，所以次级电流Isi和Is2增加。在第四模式下，功率转换电路304不接收输入功率，所以次级电流Isi和Is2减小。次级电流Isi和Is2分别流过整流电路314_1和314_2，然后在输出电路306上汇聚以形成输出电流1ut (例如=1ut = Isi+Is2)。输出电流1ut能控制直流-直流转换器300的输出电压Vouto
[0034]因此，在一个实施例中，第一初级线圈Pl能接收直流-直流转换器300的输入功率的第一部分输入功率(例如:由初级电流Ip乘以横跨第一初级线圈Pl上的电压表示)。第一次级线圈SI产生直流-直流转换器300的输出功率的第一部分输出功率(例如:由次级电流Isi乘以直流-直流转换器300的输出电压Vtot表示)。第二初级线圈P2能接收直流-直流转换器300的输入功率的第二部分输入功率(例如:由初级电流Ip乘以横跨第二初级线圈P2上的电压表示)。第二次级线圈S2产生直流-直流转换器300的输出功率的第二部分输出功率(例如:由次级电流Is2乘以直流-直流转换器300的输出电压Vtot表示)O
[0035]有利的是，直流-直流转换器300的输入功率可被分送到多个变压器电路(例如:变压器电路T31和T32)中相互串联的初级线圈上。因此，在输入功率相同的条件下，与现有设计相比，分送到多个变压器电路中的每个初级线圈上的功率被减小，并且这些变压器电路的每个磁芯中产生的热量也被减少，从而提高了变压器电路的散热效率。与现有技术的直流-直流转换器100相比，直流-直流转换器300能够在承受较大输入功率/电压的同时具有较低的功率损耗以及较高的功率转换效率。
[0036]此外，在一个实施例中，整流电路314_1可配置用于将次级电流Isi整流使得次级电流Isi仅朝一个方向流动，即从第一次级线圈SI流向直流-直流转换器300的输出端(如:标有“VTOT”的那端)。整流电路314_2可配置用于将次级电流Is2整流使得次级电流Is2仅朝一个方向流动，即从第二次级线圈S2流向直流-直流转换器300的所述输出端。
[0037]举例说明，如图3所示，整流电路314_1包括整流二极管D31、整流二极管D32以及电感器L31，而整流电路314_2包括整流二极管D33、整流二极管D34以及电感器L32。在一个实施例中，在上述第一模式下，整流二极管D31被导通并且允许次级电流Isi经过整流二极管D31、中心抽头次级线圈SI的上半部分(例如；靠近端点“I”的那部分)和电感器L31从第一节点316 (例如:直流-直流转换器300的地端)流向第二节点318 (例如:直流-直流转换器300的输出端)，同时电感器L31存储磁能。同理，整流二极管D33被导通并且允许次级电流Is2经过整流二极管D33、中心抽头次级线圈S2的上半部分(例如；靠近端点“3”的那部分)和电感器L32从第一节点316流向第二节点318，同时电感器L32存储磁能。此外，在第一模式下，整流二极管D32和D34断开。在上述第二模式下，电感器L31释放磁能，并且整流二极管D31和D32被导通从而允许电流经过整流二极管D31和D32以及中心抽头次级线圈SI的上半部分和下半部分从第一节点316流向第二节点318。流过整流二极管D31和D32的电流在电感器L31上汇聚以形成第一变压器电路T31的次级电流Isi。同理，电感器L32释放磁能，并且整流二极管D33和D34被导通从而允许电流经过整流二极管D33和D34以及中心抽头次级线圈S2的上半部分和下半部分从第一节点316流向第二节点318。流过整流二极管D33和D34的电流在电感器L32上汇聚以形成第二变压器电路T32的次级电流Is2。在上述第三模式下，整流二极管D32被导通并且允许次级电流Isi经过整流二极管D32、中心抽头次级线圈SI的下半部分(例如:靠近端点“2”的那部分)和电感器L31从第一节点316流向第二节点318，同时电感器L31存储磁能。同理，整流二极管D34被导通并且允许次级电流Is2经过整流二极管D34、中心抽头次级线圈S2的下半部分(例如:靠近端点“4”的那部分)和电感器L32从第一节点316流向第二节点318，同时电感器L32存储磁能。此外，在第三模式下，整流二极管D31和D33被断开。在上述第四模式下，电感器L31释放磁能，并且整流二极管D31和D32被导通从而允许电流经过整流二极管D31和D32以及中心抽头次级线圈SI的上半部分和下半部分从第一节点316流向第二节点318。流过整流二极管D31和D32的电流在电感器L31上汇聚以形成第一变压器电路T31的次级电流IS1。同理，电感器L32释放磁能，并且整流二极管D33和D34被导通从而允许电流经过整流二极管D33和D34以及中心抽头次级线圈S2的上半部分和下半部分从第一节点316流向第二节点318。流过整流二极管D33和D34的电流在电感器L32上汇聚以形成第二变压器电路T32的次级电流Is2。
[0038]如上描述，整流二极管D31、D32、D33和D34能够将电流从相同的第一节点316传到相同的第二节点318，所以在一个实施例中，整流二极管D31、D32、D33和D34是相互并联的。然而，当两个二极管并联时，二极管上的电压不平衡可导致其中一个二极管正向偏置(例如:被导通)从而承受了所有的电流，而另一个二极管则保持断开状态。因此，如果整流二极管D31、D32、D33和D34中存在电压不平衡，则次级电流Isi和Is2可能不平衡，这样会导致第一次级线圈SI产生的第一部分输出功率(例如:由VTOT*IS1表示)和第二次级线圈S2产生的第二部分输出功率(例如:由VTOT*IS2表示)之间的不平衡。如果问题不解决的话，所述第一部分输出功率和第二部分输出功率之间的不平衡可导致直流-直流转换器300输出功率的不稳定并且减小直流-直流转换器300的功率转换效率。有利的是，在一个实施例中，功率转换电路304包括电容性组件C35和C36 (如:电容器)组成的平衡电路使所述第一部分输出功率和第二部分输出功率相互平衡。
[0039]具体地说，在一个实施例中，每个变压器电路T31、T32的次级线圈中可能存在寄生电感(又称为:漏电感)和寄生电容，这样形成了一个谐振电路。谐振电路可能在次级线圈SI和S2上产生振铃电压。如果初级线圈Pl和P2上的功率突然变化(例如:当功率传输电路302在上述第一模式、第二模式、第三模式和第四模式中的一个模式切换到另一个模式时)，这样所引起的振铃电压的振动幅度以及频率会相对比较高。在一个实施例中，次级线圈SI和S2中的寄生元素(例如:寄生电感和寄生电容)之间可能存在差异，导致次级线圈SI和S2上的振铃电压之间存在差异。除非问题被解决了，否则次级线圈SI的端点“I”和次级线圈S2的端点“3”上的瞬态电压之间可能存在差异，次级线圈SI的端点“2”和次级线圈S2的端点“4”上的瞬态电压之间也可能存在差异。这种情况可导致整流二极管D31、D32、D33和D34的电压不平衡，进一步地导致整流二极管D31、D32、D33和D34中的一个或两个二极管承受超负荷(例如:高能量脉冲)。因此，如果这些次级线圈上的振铃电压之间存在差异，次级电流Isi和Is2可能不平衡。
[0040]如图3所述，上述平衡电路中的电容性组件C35的第一侧与第一次级线圈SI的第一端(如:端点“I”)连接，电容性组件C35的第二侧与第二次级线圈S2的第二端(如:端点“3”)连接。所述第一端(如:端点“I”)和第二端(如:端点“3”)具有相同极性。因此，电容性组件C35可用作信号滤波器在所述第一端(如:端点“I”)和第二端(如:端点“3”)之间传输信号(例如:振铃电压)以减少整流二极管D31和D33之间的电压不平衡，从而使次级电流Isi和Is2相互平衡。换句话说，电容性组件C35可在所述第一端(如:端点“I”)和第二端(如:端点“3”)之间传输信号(例如:振铃电压)从而使所述第一部分输出功率(例如:由VQUT*IS1表示)和所述第二部分输出功率(例如:由VQUT*IS2表示)相互平衡。同理，上述平衡电路中的电容性组件C36的第一侧与第一次级线圈SI的第三端(如:端点“2”)连接，电容性组件C36的第二侧与第二次级线圈S2的第四端(如:端点“4”)连接。所述第三端(如:端点“2”)和第四端(如:端点“4”)具有相同极性。因此，电容性组件C36可用作信号滤波器在所述第三端(如:端点“2”)和第四端(如:端点“4”)之间传输信号(例如:振铃电压)以减少整流二极管D32和D34之间的电压不平衡，从而使次级电流Isi和Is2相互平衡。换句话说，电容性组件C36可在所述第三端(如:端点“2”)和第四端(如:端点“4”)之间传输信号(例如:振铃电压)从而使所述第一部分输出功率(例如:由VQUT*IS1表示)和第二部分输出功率(例如:由VQUT*IS2表示)相互平衡。因此，次级电流Isi和Is2可以相互平衡(例如:被同步具有统一的波形)，并且所述第一部分输出功率和第二部分输出功率相互平衡。这样可使直流-直流转换器300的输出功率稳定，并且提高直流-直流转换器300的功率转换效率。
[0041]这里所说的“相同极性”指的是:如果流过初级线圈Pl和P2的初级电流Ip引起一个感应电流从第一次级线圈SI的一端流入(称为:“流入端”)，同时引起另一个感应电流从第二次级线圈S2的一端流入(称为:“流入端”)，则次级线圈SI和S2上的“流入端”具有相同极性。同理，如果流过初级线圈Pl和P2的初级电流Ip引起一个感应电流从第一次级线圈SI的一端流出(称为:“流出端”)，同时引起另一个感应电流从第二次级线圈S2的一端流出(称为:“流出端”)，则次级线圈SI和S2上的“流出端”具有相同极性。以图3为例，端点“I”和端点“3”分别为次级线圈SI和S2的非同名端，它们具有相同极性；端点“2”和端点“4”分别为次级线圈SI和S2的同名端，它们具有相同极性。
[0042]在一个实施例中，用于提供直流-直流转换器300的输出功率的输出电路306包括电容器C33和C34，以用作输出滤波器。输出电路306还包括电阻性元件R31和R32 (例如:电阻器)，用于提供负反馈以进一步地使次级电流Isi和Is2相互平衡。更具体地说，在一个实施例中，整流二极管D31、D32、D33和D34具有负温度系数。举例说明，流过二极管(例如:整流二极管D31、D32、D33或D34)的电流越大，二极管上的温度就越高，且二极管上的压降就会越小。除非问题被解决了，否则随着时间的增加，整流二极管D31、D32、D33和D34的电压降之间已经存在的不平衡会因此而增加，而次级电流Isi和Is2之间可能会更加不平衡。在一个实施例中，直流-直流转换器300包括电阻性元件R31和R32以用于抑制这些不平衡。
[0043]更具体地说，在一个实施例中，电阻性元件R31与整流二极管D31和D32连接，用于传输次级电流Isi的至少一部分从而为次级电流Isi提供负反馈。举例说明，次级电流Isi的一小部分流过电容器C33，而次级电流Isi的主要部分流过电阻性元件R31。同理，电阻性元件R32与整流二极管D33和D34连接，用于传输次级电流Is2的至少一部分从而为次级电流Is2提供负反馈。在一个实施例中，电阻性元件R31和R32具有相同电阻值。这里所说的“相同电阻值”指的是电阻性元件R31和R32以相同的电阻值为指标生产出来，然而由于制造过程并非绝对理想，可能导致实际的电阻性元件R31和R32之间具有相对比较小的电阻值差，而该电阻值差可忽略不计。因此，如果次级电流Isi大于次级电流Is2，则电阻性元件R31上的电压降大于电阻性元件R32上的电压降，所以电感器L31和第一次级线圈SI上的电压可小于电感器L32和第二次级线圈S2上的电压，这样能使次级电流Isi减小至次级电流IS2。如果次级电流Isi小于次级电流Is2，则电阻性元件R31上的电压降小于电阻性元件R32上的电压降，所以电感器L31和第一次级线圈SI上的电压可大于电感器L32和第二次级线圈S2上的电压，这样能使次级电流Isi增加至次级电流IS2。因此，电阻性元件R31和R32能够减小次级电流Isi和Is2之间的差异，以及整流二极管D31、D32、D33和D34上的电压降之间的差异。
[0044]图4所示为根据本发明一个实施例的直流-直流转换器400的模块示意图。直流-直流转换器400可以是图2中的直流-直流转换器200的一个实施例。直流-直流转换器400包括功率传输电路402、功率转换电路404以及输出电路406，并且可用于将输入端VIN+和VIN-接收到的输入功率转换为输出端VOUT上的输出功率。
[0045]如图4所示，功率传输电路402包括相互串联的传输电路402_1、402_2和402_3。功率转换电路404包括第一变压器电路T41、第二变压器电路T42、第三变压器电路T43以及整流电路414。每个变压器电路T41、T42、T43分别包括初级线圈PW1、PW2、PW3和次级线圈SW1、SW2、SW3，初级线圈PW1、PW2、PW3连接至对应的传输电路402_1、402_2、402_3，次级线圈SW1、SW2、SW3连接至整流电路414。每个变压器电路T41、T42、T43还分别包括辅助线圈(或额外线圈)AW1、Aff2, Aff3,以及与相应辅助线圈AW1、AW2、AW3串联的限流组件R41、R42、R43(例如:电阻器)。在一个实施例中，辅助线圈AW1、AW2和AW3分别经由限流组件R4UR42和R43连接在共同节点420和地端之间。限流组件R41、R42和R43能分别将流过辅助线圈AW1、AW2和AW3的电流控制在一个范围内。
[0046]在一个实施例中，功率传输电路402从输入端VIN+和VIN-接收输入功率，而传输电路402_1、402_2和402_3将所述输入功率分为多个部分输入功率。传输电路402_1将所述输入功率的第一部分输入功率传输给初级线圈PWl从而产生流过初级线圈PWl的初级电流Ipwi，传输电路402_2将所述输入功率的第二部分输入功率传输给初级线圈PW2从而产生流过初级线圈PW2的初级电流IPW2，并且传输电路402_3将所述输入功率的第三部分输入功率传输给初级线圈PW3从而产生流过初级线圈PW3的初级电流Ipw3。初级电流Ipwi产生流过次级线圈SWl的次级电流Iswi，初级电流Ipw2产生流过次级线圈SW2的次级电流ISW2，并且初级电流Ipw3产生流过次级线圈SW3的次级电流ISW3。因此，第一变压器电路T41将初级线圈PWl上接收的第一部分输入功率(例如:由初级电流Ipwi表示)转换成次级线圈SWl上的第一部分输出功率(例如:由次级电流Iswi表示)，第二变压器电路T42将初级线圈PW2上接收的第二部分输入功率(例如:由初级电流Ipw2表示)转换成次级线圈SW2上的第二部分输出功率(例如:由次级电流Isw2表示)，并且第三变压器电路T43将初级线圈PW3上接收的第三部分输入功率(例如:由初级电流Ipw3表示)转换成次级线圈SW3上的第三部分输出功率(例如:由次级电流Isw3表示)。次级电流ISW1、ISW2和Isw3进一步地流过整流电路414和输出电路406，然后在输出端VOUT上汇聚以形成直流-直流转换器400的输出功率。因此，传输电路402_1、402_2和402_3能将直流-直流转换器400的输入功率分散开，而每个变压器电路T41、T42、T43将其中一部分输入功率转换成对应的一部分输出功率。有利的是，由于功率转换过程所产生的热量被分散到变压器电路Τ41、Τ42和Τ43上，所以加快这些变压器电路的散热速度。
[0047]在一个实施例中，变压器电路Τ41、Τ42和Τ43完全相同。这里所说“完全相同”指的是变压器电路Τ41、Τ42和Τ43以相同特性和指标(例如:包括初级线圈、辅助线圈、限流组件以及次级线圈)被制造出来，然而由于制造过程并非绝对理想，它们的特性之间可能存在差异，只要这些差异在允许的范围内即可忽略不计。因此，初级线圈PW1、PW2和PW3具有相同的匝数，辅助线圈AW1、AW2和AW3具有相同的匝数，限流组件R41、R42和R43具有相同的电阻值，并且次级线圈SW1、SW2和SW3具有相同的匝数。在理想情况下，当变压器电路T4UT42和Τ43执行功率转换时，初级线圈PW1、PW2和PW3能接收相等量的输入功率，变压器电路Τ41、Τ42和Τ43的磁芯能具有相等磁化强度，并且次级线圈SW1、SW2和SW3能产生相等量的输出功率。然而，在实际情况下，提供给初级线圈PW1、PW2和PW3的功率量可能存在差异，这是因为电路元件并非绝对理想并且/或者因为对传输电路402_1、402_2和402_3所进行的控制过程也并非绝对理想等等因素。如果问题不解决的话，则变压器电路Τ41、Τ42和Τ43磁芯中的磁化强度之间可能存在不平衡。有利的是，在一个实施例中，辅助线圈AW1、AW2和AW3提供负反馈使变压器电路Τ41、Τ42和Τ43磁芯中的磁化强度相互平衡。
[0048]更具体地说，在一个实施例中，变压器电路Τ41、Τ42和Τ43同时执行功率转换。也就是说，在同一个时间段，第一变压器电路Τ41将直流-直流转换器400的第一部分输入功率转换成直流-直流转换器400的第一部分输出功率，第二变压器电路Τ42将直流-直流转换器400的第二部分输入功率转换成直流-直流转换器400的第二部分输出功率，并且第三变压器电路Τ43将直流-直流转换器400的第三部分输入功率转换成直流-直流转换器400的第三部分输出功率。当第一变压器电路Τ41将所述第一部分输入功率转换成所述第一部分输出功率时，第一变压器电路Τ41具有第一磁化强度Ml ;当第二变压器电路Τ42将所述第二部分输入功率转换成所述第二部分输出功率时，第二变压器电路Τ42具有第二磁化强度M2 ;而当第三变压器电路Τ43将所述第三部分输入功率转换成所述第三部分输出功率时，第三变压器电路Τ43具有第三磁化强度M3。在一个实施例中，磁化强度M可由此式给出:M = x*H。其中，参数X表示由变压器电路自身材料所决定的磁化率，参数H则表示该变压器电路的磁场强度。在一个实施例中，第一变压器电路T41的磁化强度与其磁场强度类似，主要由流过初级线圈PWl的初级电流Ipwi决定，另外也受到流过次级线圈SWl的次级电流Iswi以及流过辅助线圈AWl的一个平衡电流影响。第二变压器电路T42和第三变压器电路T43的磁化强度也具有类似特征。在一个实施例中，辅助线圈AWl、AW2和AW3与共同节点420连接，可用于经过共同节点420在辅助线圈AWl、AW2和AW3之间传输信号(例如:电流)从而使上述第一磁化强度Ml、第二磁化强度M2和第三磁化强度M3相互平衡。
[0049]在一个实施例中，每个辅助线圈AW1、AW2、AW3都具有两端，其中与共同节点420连接的辅助线圈AW1、AW2和AW3的那些端具有相同极性，例如与共同节点420连接的辅助线圈AWl的第一端、与共同节点420连接的辅助线圈AW2的第二端以及与共同节点420连接的辅助线圈AW3的第三端均具有相同极性。举例说明，如果共同节点420通过地端与限流组件R41、R42和R43连接，使得辅助线圈AWl和限流组件R41形成一个电流回路、辅助线圈AW2和限流组件R42形成一个电流回路，并且辅助线圈AW3和限流组件R43形成一个电流回路，那么当初级线圈PW1、PW2和PW3从功率传输电路402接收功率时，辅助线圈AW1、AW2和AW3上会产生感应电流，感应电流分别从辅助线圈AW1、Aff2, AW3各自的一端流向辅助线圈AW1、AW2和AW3各自的另一端。那么，辅助线圈AW1、AW2和AW3的所述一端具有上述“相同极性”，而辅助线圈AW1、AW2和AW3的所述另一端也具有“相同极性”。以图4为例，与共同节点420连接的辅助线圈AW1、AW2和AW3的那些端均为非同名端，且具有相同极性。
[0050]在一个实施例中，共同节点420不通过地端与限流组件R41、R42和R43连接。如果变压器电路T41、T42和T43的磁化强度M1、M2和M3相等(例如:流过初级线圈PW1、PW2和PW3的初级电流IPW1、IPW2和Ipw3相等)，则在共同节点420上没有电流流过。这是因为辅助线圈Am、AW2和AW3均试图产生感应电流流过共同节点420，然而这些电流具有相同的电流值并且在共同节点420上相互抵消了。如果第一磁化强度Ml大于第二磁化强度M2和第三磁化强度M3 (例如:初级电流Ipwi大于初级电流Ipw2和Ipw3)，则辅助线圈AWl产生流过共同节点420的平衡电流Iawi，平衡电流Iawi的其中一部分流过辅助线圈AW2，另一部分则流过辅助线圈AW3。在一个实施例中，流过辅助线圈AWl的平衡电流Iawi能减小第一变压器电路T41的第一磁化强度Ml，流过辅助线圈AW2的那部分电流(平衡电流Iawi的一部分)能增加第二变压器电路T42的第二磁化强度M2，并且流过辅助线圈AW3的那部分电流(平衡电流Iawi的另一部分)能增加第三变压器电路T43的第三磁化强度M3。因此，辅助线圈AWUAW2和AW3能将变压器电路T41、T42和T43中具有较高磁化强度的磁芯内的的磁能传输给变压器电路T41、T42和T43中具有较低磁化强度的磁芯。辅助线圈AW1、AW2和AW3能减小变压器电路T41、T42和T43的磁化强度Ml、M2和M3之间的差异从而使磁化强度Ml、M2和M3相互平衡。
[0051]在图4的实施例中，虽然显示了三个传输电路(402_1、402_2和402_3)以及三个变压器电路(T41、T42和T43)，然而本发明不限于此。在其他实施例中，两个或者三个以上变压器电路以及对应的整流电路也可以以类似结构应用于本发明。
[0052]有利的是，与现有技术的直流-直流转换器100相比，直流-直流转换器400利用多个变压器电路，能提高功率转换电路404的散热效率，并且能够在承受较大输入功率/电压的同时具有较低的功率损耗以及较高的功率转换效率。另外，存储在变压器电路T41、T42和T43的磁芯中的磁能也可以相互平衡，从而进一步地提高直流-直流转换器400的功率转换效率。
[0053]图5A所示为根据本发明一个实施例的直流-直流转换器500A的电路示意图。图5A还显示了图4中的功率传输电路402和功率转换电路404的举例。图5A将结合图2、图3和图4进行描述。直流-直流转换器500A可以是图4中的直流-直流转换器400的一个实施例。
[0054]在图5A的举例中，功率传输电路402包括相互串联的电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46(例如:电容器)以形成电容性分压电路。所述分压电路能将直流-直流转换器 500A 的输入电压 Vin 分为多个分压 VC41、Vc42, Vc43> Vc44, Vc45 和 VC46。分压 Vc41、Vc42、Vc43>Vc44, Vc45和Vc46中的每个分压与电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46中一个电容性组件上的电压对应。举例说明，横跨在电容性组件C41上的电压为分压Vc41，而横跨在电容性组件C44上的电压为分压VC44。电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46可具有相等的电容值。这里所说的“相等的电容值”是指电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46以相同的电容值为指标生产出来，然而由于制造过程并非绝对理想，可能导致实际的电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46之间具有相对比较小的电容值差，而该电容值差可忽略不计。因此，在一个实施例中，分压Ve41、Ve42、Ve43、Ve44、Ve45和Ve46可具有近乎相等的电压值(例如:直流-直流转换器500A的输入电压Vin的六分之一)。功率传输电路402还包括切换电路(例如:形成多个半桥切换电路的开关Q41、Q42、Q43、Q44、Q45和Q46)。所述切换电路(例如:Q41-Q46)能控制初级线圈PW1、PW2和PW3中每个初级线圈选择性地接收分压Ve41、Vc42、VC43、VC44、VC45 和 Vc46 中的一个分压。
[0055]更具体地说，在一个实施例中，电容性组件C41和C42组成的分压器以及开关Q41和Q42组成的半桥切换电路形成图4中的传输电路402_1，并且能将直流_直流转换器500A总输入功率的一部分传输给初级线圈PW1。举例说明，如果开关Q41导通且开关Q42断开，则初级线圈PWl与电容性组件C41并联以接收分压VC41，并且初级电流Ipwi经过开关Q41流入初级线圈PWl ;如果开关Q41断开且开关Q42导通，则初级线圈PWl与电容性组件C42并联以接收分压VC42，并且初级电流Ipwi经过开关Q42流入初级线圈PWl。另外，控制信号DRVm和DRVu能将开关Q41和Q42交替地导通和断开(例如:当开关Q41导通时，开关Q42则断开，相反亦然)从而将总输入功率的一部分传输给初级线圈PW1。同理，电容性组件C43和C44组成的分压器以及开关Q43和Q44组成的半桥切换电路形成图4中的传输电路402_2，并且能将直流-直流转换器500A总输入功率的一部分传输给初级线圈PW2 ；电容性组件C45和C46组成的分压器以及开关Q45和Q46组成的半桥切换电路形成图4中的传输电路402_3，并且能将直流-直流转换器500A总输入功率的一部分传输给初级线圈PW3。
[0056]在一个实施例中，在控制信号DRVm、DRVli, DRVh2, DRVl2, DRVh3和DRVu的控制下，如果切换电路Q41-Q46将初级线圈PWl、PW2和PW3其中一个初级线圈(比如:PW1)与电容性组件(:41、(:42、(:43、(:44、045和(:46中第一电容性组件(比如:C41)并联，则切换电路Q41-Q46将所述其中一个初级线圈与所述第一电容性组件(比如:C41)相邻的第二电容性组件(比如:C42)串联。在控制信号01^111、01^1、01^112、01^2、01^113和01^3的控制下，如果切换电路Q41-Q46将所述其中一个初级线圈(比如:PW1)与所述第二电容性组件(比如:C42)并联，那么切换电路Q41-Q46将所述其中一个初级线圈(比如:PW1)与所述第一电容性组件(比如:C41)串联。举例说明，若开关Q41导通，则开关Q42断开。因此，电容性组件C41与初级线圈PWl并联从而为其提供分压Ve41，而电容性组件C42与初级线圈PWl串联从而使变压器电路T41避免出现磁芯饱和。在一个实施例中，控制信号DRVm、DRVu、DRVh2、DRVl2, DRVh3和DRVu交替地将Q41、Q43、Q45这一组开关以及Q42、Q44、Q46这一组开关导通。当开关Q41、Q43和Q45导通并且开关Q42、Q44和Q46断开时，初级线圈PWl、PW2和PW3分别与电容性组件C41、C43和C45并联，使得初级线圈PWl、PW2和PW3分别从电容性组件C41、C43和C45接收分压Ve41、Ve43和Ve45。此外，当开关Q41、Q43和Q45导通并且开关Q42、Q44和Q46断开时，电容性组件C42、C44和C46与初级线圈PW1、PW2和PW3串联。因此，有利的是，电容性组件C42、C44和C46与图3中的电容性组件C32类似，能够使变压器电路T41、T42和T43避免出现磁芯饱和。同理，当开关Q41、Q43和Q45断开并且开关Q42、Q44和Q46导通时，初级线圈PWl、PW2和PW3分别与电容性组件C42、C44和C46并联以接收分压Vc42、Vc44和Vc46，并且电容性组件C41、C43和C45与初级线圈PW1、PW2和PW3串联从而使变压器电路T41、T42和T43避免出现磁芯饱和。
[0057]在图5A的功率转换电路404A中，变压器电路T41、T42和T43的功能和结构与图3中变压器电路T31和T32的类似，除此之外，变压器电路T41、T42和T43还包括辅助线圈Affl、AW2和AW3用于实现上述的平衡功能。换句话说，在一个实施例中，变压器电路T41、T42和T43包括多个磁芯、多个初级线圈PW1、PW2和PW3分别与所述多个磁芯磁耦合，以及分别与所述多个磁芯磁耦合的多个次级线圈(例如:中心抽头的次级线圈)。变压器电路T41、T42和T43还包括平衡电路(例如:辅助线圈AW1、AW2和AW3)，与所述多个磁芯磁耦合以平衡所述多个磁芯中的磁化强度。所述平衡电路(例如:辅助线圈AW1、AW2和AW3)还能够使分压VC41、Vc42, VC43> Vc44, Vc45和Vc46相互平衡。举例说明，当开关Q41、Q43和Q45导通并且开关Q42、Q44和Q46断开时，初级线圈PW1、PW2和PW3从电容性组件C41、C43和C45接收分压VC41、Vc43和VC45。如果分压Vc41大于分压Vc43和VC45，那么初级线圈PWl能比初级线圈PW2和PW3接收较多的功率。因此，电容性组件C41能比电容性组件C43和C45释放更多的功率，并且分压Ve41能比分压Ve43和Ve45更快地减小。辅助线圈AWl能将磁能从第一变压器电路T41传输给第二变压器电路T42和第三变压器电路T43。结果，变压器电路T41、T42和T43的磁化强度可相互平衡，并且分压VC41、Vc43和Vc45可相互平衡。通过类似的方式，亦可使分压％、Vc44和Vm6相互平衡。
[0058]在一个实施例的操作过程中，控制信号DRVm、DRVli, DRVh2, DRVl2, DRVh3和DRVu控制切换电路(例如:Q41-Q46)使得功率转换电路404A交替的工作在第一状态、第二状态、第三状态和第四状态下。在第一状态下，功率转换电路404A从电容性组件C41、C43和C45接收功率，将接收到的功率转换成存储在变压器电路T41、T42和T43的磁芯中的磁能，且进一步地将所述磁能的一部分转换成输出电路406A上的输出功率。此外，电容性组件C42、C44和C46可用于使变压器电路T41、T42和T43避免出现磁芯饱和。以图5A为例，在第一状态下，控制信号DRVH1、DRVU、DRVh2, DRVl2, DRVh3和DRVu将开关Q41、Q43和Q45导通并且将开关Q42、Q44和Q46断开。在第二状态下，功率转换电路404A不从电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46接收功率，并且将(例如:上述第一状态下存储的)剩余的磁能转换成输出电路406A上的输出功率。以图5A为例，在第二状态下，控制信号DRVm、DRVli, DRVh2,DRVl2, DRVh3和DRVu将开关Q41、Q42、Q43、Q44、Q45和Q46断开。在第三状态下，功率转换电路404A从电容性组件C42、C44和C46接收功率，将接收到的功率转换成存储在变压器电路T41、T42和T43的磁芯中的磁能，且进一步地将所述磁能的一部分转换成输出电路406A上的输出功率。此外，电容性组件C41、C43和C45可用于使变压器电路T41、T42和T43避免出现磁芯饱和。以图5A为例，在第三状态下，控制信号DRVm、DRVu、DRVh2、DRt2、DRVh3和DRVl3将开关Q42、Q44和Q46导通并且将开关Q41、Q43和Q45断开。在第四状态下，功率转换电路404A不从电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46接收功率，并且将(例如:上述第三状态下存储的)剩余的磁能转换成输出电路406A上的输出功率。以图5A为例，在第四状态下，控制信号 DRVh1、DRVu、DRVh2、DRVl2, DRVh3 和 DRVu 将开关 Q41、Q42、Q43、Q44、Q45和Q46断开。因此，功率转换电路404A能交替地从C41、C43、C45这一组电容性组件和C42、C44、C46这一组电容性组件接收输入功率，并且将输入功率转换成输出电路406A上的输出功率。
[0059]在一个实施例中，控制信号DRVh1、DRVu、DRVh2、DRVl2, DRVh3和DRVu能控制上述第一状态的时间间隔(例如:开关Q41、Q43和Q45导通的时间间隔)长度与上述第三状态的时间间隔(例如:开关Q42、Q44和Q46导通的时间间隔)长度相等。结果，分压Vc41、Vc42>VC43> Vc44, Vc45和Vc46可相互平衡。这里所述的“时间间隔长度相等”指的是控制信号drvh1、DRVli, DRVh2, DRVl2, DRVh3和DRVu被编程或者被调节使得上述两个时间间隔长度相等，然而由于存在非绝对理想的电路元件等因素，上述两个时间间隔长度之间可能存在差异，只要该差异相对比较小便可忽略不计。
[0060]此外，整流电路414A (例如:图4中的整流电路414的一个实施例)可包括整流电路414_1、414_2和414_3。整流电路414_1、414_2和414_3的功能和结构与图3中整流电路314_1和314_2的类似。在一个实施例中，功率转换电路404A还可以包括连接在变压器电路T41、T42和T43的次级线圈之间的由一个或多个电容性组件组成的平衡电路，该平衡电路与图3中平衡电路(如:电容性组件C35和C36)类似。另外，直流-直流转换器500A的输出电路406A的功能和结构与图3中输出电路306的类似。
[0061]因此，如上所述，功率转换过程所产生的热量被分散到变压器电路T41、T42和T43上，这样可提高功率转换电路404A的散热效率。变压器电路T41、T42和T43磁芯中的磁化强度可相互平衡，并且电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46上的分压Ve41、Ve42、Vc43、VC44>VC45和Ve46可相互平衡，进一步地提高直流-直流转换器500A的功率转换效率。除此之夕卜，在一个实施例中，由于直流-直流转换器500A的输入电压Vin被分为多个较小电压(例如:分压V、Vc42, VC43> Vc44, Vc45和Vc46)，因而施加在功率传输电路402的开关(例如:开关Q41、Q42、Q43、Q44、Q45和Q46)上的是这些较小电压，这些开关可以具有较低的工作电压以及较小的导通电阻Rds,这些开关与那些具有较高工作电压和较大导通电阻Rdsm的开关相t匕，能具有较好的切换性能。而且，与利用开关来承受相对比较高的电压的功率传输电路相t匕，功率传输电路402从(例如:上述第一状态、第二状态、第三状态和第四状态中的)一个状态切换到另一个状态时，在切换节点(例如:LX41、LX42和LX43)上引起的电压变化的幅度可减小。因此，即使直流-直流转换器500A的输入电压Vin相对比较高，开关Q41、Q42、Q43、Q44、Q45和Q46在不同状态之间(例如:上述第一状态、第二状态、第三状态和第四状态中的)进行切换时所产生的辐射能够相对较小。
[0062]图5A所示的功率传输电路402的半桥切换电路仅用于举例说明。在其他的实施例中，其他类型的切换电路(例如:全桥切换电路)也可应用在功率传输电路402中。举例说明，功率传输电路402可能包括由多个相互串联的电容性组件形成的分压电路，而每个电容性组件，类似于图3中功率传输电路302那样的连接方式，与一个全桥切换电路连接。
[0063]另外，图5A所示的功率转换电路404A的整流电路414A仅用于举例说明。在其他的实施例中，其他类型的整流电路也可应用在功率转换电路404A中。
[0064]图5B所示为根据本发明一个实施例的直流-直流转换器500B的电路示意图。图5B将结合图2、图3、图4和图5A描述。直流-直流转换器500B可以是图4中的直流-直流转换器400的一个实施例。
[0065]在一个实施例中，直流-直流转换器500B的结构与直流-直流转换器500A的类似，除了以下特征以外:图5B中的变压器电路T41’、T42’和Τ43’的次级线圈相互串联，并且功率转换电路404Β包括全桥整流电路414Β。全桥整流电路414Β包括二极管D51、D52、D53、D54以及电感器L51，并且能够接收流过相互串联的次级线圈的次级电流从而在输出端VOUT上产生整流输出电流1t。
[0066]图6所不为根据本发明一个实施例的直流-直流转换器600的电路不意图。图6将结合图2、图3、图4和图5Α描述。直流-直流转换器600包括功率传输电路402和功率转换电路604。
[0067]图6中功率传输电路402的结构与图5Α中功率传输电路402的类似。对图6中功率传输电路402的控制方法也与图5Α中功率传输电路402的类似。功率转换电路604包括变压器电路Τ61和整流电路(例如:包括二极管D61和D62以及电感器L61)。变压器电路Τ61包括一个磁芯、与所述磁芯磁耦合的初级线圈PW1、PW2和PW3，以及与所述磁芯磁耦合的次级线圈。该整流电路的结构与图3中整流电路314_1的类似。
[0068]在一个实施例中，变压器电路Τ61的磁芯能通过初级线圈PWl、PW2和PW3提供负反馈使得电容性组件 C41、C42、C43、C44、C45 和 C46 上的分压 Vc41、Vc42、Vc43、Vc44、Vc45 和 Vc46相互平衡。举例说明，当开关Q41、Q43和Q45导通并且开关Q42、Q44和Q46断开时，初级线圈PW1、PW2和PW3分别从电容性组件C41、C43和C45接收分压Vc41、Vc43和Vc45。如果分压Vwi大于分压Ve43和Ve45，那么变压器电路T61的磁芯能够从电容性组件C41上接收较多的功率，并且从电容性组件C43和C45上接收较少的功率。这样可导致分压Vwi比分压Vc43和Vc45更快地减小。因此，有利的是，初级线圈PWl、PW2和PW3能减少分压Vc41、Vc43和Vc45之间差异从而使分压VC41、VC43和Vc45相互平衡。同理，初级线圈PW1、PW2和PW3能减少分压ve42、Ve44和Ve46之间差异从而使分压ve42、Ve44和Ve46相互平衡。此外，控制信号DRVH1、DRVu、DRVh2、DRVl2、DRVh3和DRVu能控制开关Q41、Q43和Q45导通的第一时间间隔长度和开关Q42、Q44和Q46导通的第二时间间隔长度相等。因此，分压VC41、VC42、VC43、Vc44、Vc45和Vc46可相互平衡。此外，在一个实施例中，功率转换电路604使用的是单一磁芯，因此可减少直流-直流转换器600的成本。
[0069]图7所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图700。本领域技术人员可以理解的是，图7所涵盖的具体步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用于其他合理的流程或对图7进行改进的步骤。图7将结合图2和图3描述。
[0070]在步骤702中，第一变压器电路的第一初级线圈(例如:图3中第一变压器电路T31的第一初级线圈Pl)接收功率转换器(例如:直流-直流转换器300)的输入功率的第一部分输入功率。
[0071]在步骤704中，第二变压器电路的第二初级线圈(例如:图3中第二变压器电路T32的第二初级线圈P2)接收所述功率转换器(例如:直流-直流转换器300)的输入功率的第二部分输入功率。
[0072]在步骤706中，所述第一变压器电路的第一次级线圈(例如:第一变压器电路T31的第一次级线圈SI)产生所述功率转换器(例如:直流-直流转换器300)的输出功率的第一部分输出功率。
[0073]在步骤708中，所述第二变压器电路的第二次级线圈(例如:第二变压器电路T32的第二次级线圈S2)产生所述功率转换器(例如:直流-直流转换器300)的输出功率的第二部分输出功率。
[0074]在步骤710中，平衡电路(例如:包括电容性组件C35和C36)通过在所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端之间传输信号从而使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡。所述第一端和第二端具有相同极性。以图3为例，电容性组件C35和C36通过在端点“ I ”和端点“3”之间传输振铃电压，并且在端点“2”和端点“4”之间传输振铃电压，从而使次级电流Isi和Is2相互平衡。其中，端点“I”和端点“3”(例如:均为非同名端)具有相同极性。端点“2”和端点“4”(例如:均为同名端)也具有相同极性。
[0075]图8所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图800。本领域技术人员可以理解的是，图8所涵盖的具体步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用于其他合理的流程或对图8进行改进的步骤。图8将结合图4、图5A和图5B描述。
[0076]在步骤802中，第一变压器电路(例如:T41)将其第一初级线圈(例如:PW1)上接收的第一部分输入功率(例如:由初级电流Ipwi表示)转换成在其第一次级线圈(例如:SffD上的第一部分输出功率(例如:由次级电流Iswi表示)。所述第一变压器电路(例如:T41)包括所述第一初级线圈(例如:PW1)、所述第一次级线圈(例如:SW1)，以及第一辅助线圈(例如:AW1)。当所述第一变压器电路(例如:T41)将所述第一部分输入功率(例如:由初级电流Ipwi表示)转换成所述第一部分输出功率(例如:由次级电流Iswi表示)时，所述第一变压器电路(例如:Τ41)具有第一磁化强度Ml。
[0077]在步骤804中，第二变压器电路(例如:T42)将其第二初级线圈(例如:PW2)上接收的第二部分输入功率(例如:由初级电流Ipw2表示)转换成在其第二次级线圈(例如:SW2)上的第二部分输出功率(例如:由次级电流Isw2表示)。所述第二变压器电路(例如:T42)包括所述第二初级线圈(例如:PW2)、所述第二次级线圈(例如:SW2)，以及第二辅助线圈(例如:AW2)。当所述第二变压器电路(例如:T42)将所述第二部分输入功率(例如:由初级电流Ipw2表示)转换成所述第二部分输出功率(例如:由次级电流Isw2表示)时，所述第二变压器电路(例如:Τ42)具有第二磁化强度M2。
[0078]在步骤806中，所述第一辅助线圈(例如:AW1)和所述第二辅助线圈(例如:AW2)经过共同节点420在所述第一辅助线圈(例如:AW1)和所述第二辅助线圈(例如:AW2)之间传输信号(例如:平衡电流)从而使所述第一磁化强度Ml和所述第二磁化强度M2相互平衡。
[0079]图9所示为根据本发明一个实施例的功率转换器的工作流程图900。本领域技术人员可以理解的是，图9所涵盖的具体步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用于其他合理的流程或对图9进行改进的步骤。图9将结合图5A、图5B和图6描述。
[0080]在步骤902中，变压器电路(例如:图5A中的T41、T42和T43、图5B中的T41’、T42’和T43’，或者图6中的T61)的多个初级线圈(例如:PW1、PW2和PW3)接收功率转换器(例如:直流-直流转换器500A、500B或者600)的输入功率。
[0081]在步骤904中，所述变压器电路将接收到的输入功率转换成在所述变压器电路(例如:图5A中的T4UT42和T43、图5B中的T41’、T42’和Τ43’，或者图6中的Τ61)的次级线圈电路上的输出功率。
[0082]在一个实施例中，在步骤902中描述的输入功率的接收步骤包括以下描述的步骤906和步骤908。在步骤906中，分压电路(例如:包括图5Α、图5Β或图6中的电容性组件C41、C42、C43、C44、C45和C46)将所述功率转换器(例如:直流-直流转换器500A、500B或者600)的输入电压Vin分为多个分压(例如:VC41、Vc42, Vc43, Vc44, Vc45和Vc46)。
[0083]在步骤908中，切换电路(例如:图5么、图58或图6中的开关041、042、043、044、Q45和Q46)控制所述多个初级线圈(例如:PW1、PW2和PW3)中的每个初级线圈选择性地接收所述多个分压(例如:Ve41、Ve42、Vc43> Vc44, Vc45和Ve46)中的一个分压。
[0084]在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。
【权利要求】
1.一种用于将输入功率转换成输出功率的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器包括: 第一变压器电路，其包括第一初级线圈和第一次级线圈，所述第一初级线圈用于接收所述输入功率的第一部分输入功率，所述第一次级线圈用于产生所述输出功率的第一部分输出功率； 第二变压器电路，其包括第二初级线圈和第二次级线圈，所述第二初级线圈用于接收所述输入功率的第二部分输入功率，所述第二次级线圈用于产生所述输出功率的第二部分输出功率；以及 平衡电路，与所述第一次级线圈的第一端以及所述第二次级线圈的第二端连接，用于通过在所述第一端和所述第二端之间传输信号从而使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡，其中，所述第一端和所述第二端具有相同极性。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述平衡电路包括电容性组件，所述电容性组件的第一侧与所述第一次级线圈的所述第一端连接，所述电容性组件的第二侧与所述第二次级线圈的所述第二端连接，所述电容性组件用于在所述第一端和所述第二端之间传输所述信号。
3.根据权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，所述信号包括振铃电压，所述电容性组件用于在所述第一端和所述第二端之间传输所述振铃电压，从而使流过所述第一次级线圈的第一次级电流和流过所述第二次级线圈的第二次级电流相互平衡。
4.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括: 第一整流二极管，与所述第一次级线圈连接，用于使第一次级电流经过所述第一整流二极管以及所述第一次级线圈的至少一部分从第一节点流向第二节点；以及 第二整流二极管，与所述第二次级线圈连接，用于使第二次级电流经过所述第二整流二极管以及所述第二次级线圈的至少一部分从所述第一节点流向所述第二节点。
5.根据权利要求4所述的功率转换器，其特征在于，所述平衡电路包括电容性组件，所述电容性组件的第一侧与所述第一次级线圈的所述第一端连接，所述电容性组件的第二侧与所述第二次级线圈的所述第二端连接，所述电容性组件用于在所述第一端和所述第二端之间传输振铃电压以减少所述第一整流二极管和所述第二整流二极管之间的电压不平衡，其中，所述信号包括所述振铃电压。
6.根据权利要求4所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括: 第一电阻性组件，与所述第一整流二极管连接，用于传输所述第一次级电流的至少一部分从而为所述第一次级电流提供负反馈；以及 第二电阻性组件，与所述第二整流二极管连接，用于传输所述第二次级电流的至少一部分从而为所述第二次级电流提供负反馈。
7.一种用于将输入功率转换成输出功率的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器包括: 第一变压器电路，其包括第一初级线圈、第一次级线圈以及第一辅助线圈，所述第一变压器电路用于将所述第一初级线圈上接收的所述输入功率的第一部分输入功率转换成所述第一次级线圈上的所述输出功率的第一部分输出功率，当所述第一变压器电路将所述第一部分输入功率转换成所述第一部分输出功率时，所述第一变压器电路具有第一磁化强 度； 第二变压器电路，其包括第二初级线圈、第二次级线圈以及第二辅助线圈，所述第二变压器电路用于将所述第二初级线圈上接收的所述输入功率的第二部分输入功率转换成所述第二次级线圈上的所述输出功率的第二部分输出功率，当所述第二变压器电路将所述第二部分输入功率转换成所述第二部分输出功率时，所述第二变压器电路具有第二磁化强度； 其中，所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈与共同节点连接，用于经过所述共同节点传输信号从而使所述第一磁化强度和所述第二磁化强度相互平衡。
8.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，与所述共同节点连接的所述第一辅助线圈的第一端和与所述共同节点连接的所述第二辅助线圈的第二端具有相同极性。
9.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括: 第一限流组件，与所述第一辅助线圈连接，用于将流过所述第一辅助线圈的电流控制在一个范围内；以及 第二限流组件，与所述第二辅助线圈连接，用于将流过所述第二辅助线圈的电流控制在一个范围内。
10.根据权利要求9所述的功率转换器，其特征在于，所述第一初级线圈和所述第二初级线圈具有相同匝数，所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈具有相同匝数，并且所述第一限流组件和所述第二限流组件具有相同的电阻值。
11.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括: 功率传输电路，用于将所述输入功率分为多个部分输入功率，所述多个部分输入功率包括所述第一部分输入功率和所述第二部分输入功率，所述功率传输电路还用于将所述第一部分输入功率传输给所述第一初级线圈以产生流过所述第一初级线圈的第一初级电流，并且将所述第二部分输入功率传输给所述第二初级线圈以产生流过所述第二初级线圈的第二初级电流。
12.根据权利要求11所述的功率转换器，其特征在于，如果所述第一初级电流大于所述第二初级电流，则所述第一辅助线圈产生流过所述共同节点的平衡电流，所述平衡电流的至少一部分流过所述第二辅助线圈。
13.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，如果所述第一磁化强度大于所述第二磁化强度，则所述第一辅助线圈产生流过所述共同节点的平衡电流，所述平衡电流的至少一部分流过所述第二辅助线圈以增加所述第二磁化强度。
14.根据权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，所述功率转换器还包括: 第三变压器电路，其包括第三初级线圈、第三次级线圈以及第三辅助线圈，所述第三变压器电路用于将所述第三初级线圈上接收的所述输入功率的第三部分输入功率转换成所述第三次级线圈上的所述输出功率的第三部分输出功率，当所述第三变压器电路将所述第三部分输入功率转换成所述第三部分输出功率时，所述第三变压器电路具有第三磁化强度，其中，与所述共同节点连接的所述第三辅助线圈的第三端和所述第一辅助线圈的所述第一端具有相同极性。
15.—种功率转换器,其特征在于,所述功率转换器包括: 变压器电路，其包括多个初级线圈和次级线圈电路，用于将所述多个初级线圈接收的输入功率转换成所述次级线圈电路上的输出功率； 分压电路，用于将所述功率转换器的输入电压分成多个分压；以及 切换电路，与所述变压器电路和所述分压电路连接，用于控制所述多个初级线圈中的每个初级线圈选择性地接收所述多个分压中的一个分压。
16.根据权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，所述分压电路包括相互串联的多个电容性组件，所述多个分压中的每个分压与所述多个电容性组件中的一个电容性组件上的电压对应。
17.根据权利要求16所述的功率转换器，其特征在于，在控制信号的控制下，所述切换电路用于将所述多个初级线圈的一个初级线圈与所述多个电容性组件的第一电容性组件并联，使得所述一个初级线圈从所述第一电容性组件接收一个分压，并且用于将所述一个初级线圈与所述第一电容性组件相邻的第二电容性组件串联。
18.根据权利要求16所述的功率转换器，其特征在于，在控制信号的控制下，如果所述切换电路将所述多个初级线圈的一个初级线圈与所述多个电容性组件的第一电容性组件并联，则所述切换电路将所述一个初级线圈与所述第一电容性组件相邻的第二电容性组件串联；在控制信号的控制下，如果所述切换电路将所述一个初级线圈与所述第二电容性组件并联，则所述切换电路将所述一个初级线圈与所述第一电容性组件串联。
19.根据权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，所述变压器电路包括多个磁芯，并且所述多个初级线圈分别与所述多个磁芯磁耦合，所述功率转换器还包括与所述多个磁芯磁耦合的平衡电路，用于使所述多个分压相互平衡。
20.根据权利要求15所述的功率转换器，其特征在于，所述变压器电路包括一个磁芯，并且所述多个初级线圈分别与所述磁芯磁耦合，用于使所述多个分压相互平衡。
21.—种用于将输入功率转换成输出功率的方法,其特征在于,所述方法包括: 第一变压器电路的第一初级线圈接收所述输入功率的第一部分输入功率； 第二变压器电路的第二初级线圈接收所述输入功率的第二部分输入功率； 所述第一变压器电路的第一次级线圈产生所述输出功率的第一部分输出功率； 所述第二变压器电路的第二次级线圈产生所述输出功率的第二部分输出功率；以及 通过在所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端之间传输信号，以使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡，其中所述第一端和所述第二端具有相同极性。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述通过在所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端之间传输信号，以使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡的步骤包括: 在所述第一端和所述第二端之间传输振铃电压从而使流过所述第一次级线圈的第一次级电流和流过所述第二次级线圈的第二次级电流相互平衡。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述通过在所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端之间传输信号，以使所述第一部分输出功率和所述第二部分输出功率相互平衡的步骤进一步包括: 使第一次级电流经过第一整流二极管以及所述第一次级线圈的至少一部分从第一节点流向第二节点； 使第二次级电流经过第二整流二极管以及所述第二次级线圈的至少一部分从所述第一节点流向所述第二节点；以及 在所述第一端和所述第二端之间传输所述振铃电压以减少所述第一整流二极管和所述第二整流二极管之间的电压不平衡。
24.—种用于将输入功率转换成输出功率的方法,其特征在于,所述方法包括: 第一变压器电路将第一初级线圈上接收的第一部分输入功率转换成第一次级线圈上的第一部分输出功率，其中，所述第一变压器电路包括所述第一初级线圈、所述第一次级线圈和第一辅助线圈，当所述第一变压器电路将所述第一部分输入功率转换成所述第一部分输出功率时，所述第一变压器电路具有第一磁化强度； 第二变压器电路将第二初级线圈上接收的第二部分输入功率转换成第二次级线圈上的第二部分输出功率，其中，所述第二变压器电路包括所述第二初级线圈、所述第二次级线圈和第二辅助线圈，当所述第二变压器电路将所述第二部分输入功率转换成所述第二部分输出功率时，所述第二变压器电路具有第二磁化强度；以及 所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈经过共同节点在所述第一辅助线圈和所述第二辅助线圈之间传输信号，从而使所述第一磁化强度和所述第二磁化强度相互平衡。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 将所述第一部分输入功率传输给所述第一初级线圈以产生流过所述第一初级线圈的第一初级电流； 将所述第二部分输入功率传输给所述第二初级线圈以产生流过所述第二初级线圈的第二初级电流；以及 如果所述第一初级电流大于所述第二初级电流，所述第一辅助线圈产生流过所述共同节点的平衡电流，所述平衡电流的至少一部分流过所述第二辅助线圈。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 如果所述第一磁化强度大于所述第二磁化强度，所述第一辅助线圈产生流过所述共同节点的平衡电流，所述平衡电流的至少一部分流过所述第二辅助线圈以增加所述第二磁化强度。
27.—种用于将输入功率转换成输出功率的方法,其特征在于,所述方法包括: 变压器电路的多个初级线圈接收功率转换器的输入功率；以及 所述变压器电路将接收到的输入功率转换成在所述变压器电路的次级线圈电路上的输出功率； 其中，所述变压器电路的多个初级线圈接收输入功率的步骤进一步包括: 分压电路将所述功率转换器的输入电压分为多个分压；以及 切换电路控制所述多个初级线圈中的每个初级线圈选择性地接收所述多个分压中的一个分压。
【文档编号】H02M3/335GK104518670SQ201410473433
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】卡特林·波波维奇, 艾林·盖尔格斯库, 拉兹洛·利普赛依 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司