專利名稱:包含多個級聯(lián)的變換器的交流/直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括AC/DC變換級和DC/DC變換級的AC/DC變換器，該AC/DC變換級包括具有輸入濾波器和輸入整流電路的雙模式輸入級，AC/DC變換級還包括具有輸入升壓扼流圈、升壓二極管和大電容器的預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級，所述大電容器能存儲基本與輸入AC電壓成比例的一系列DC電壓。
背景技術(shù)：
AC/DC變換器已問世多年，并廣泛地用于整個電子行業(yè)。這些變換器從電力線路或電源獲得功率，并產(chǎn)生預(yù)定的DC輸出(通常是用于工業(yè)、通信、計算、醫(yī)療和一般應(yīng)用的電子電路所需的較低電壓)。通常，AC/DC變換器包括執(zhí)行“功率因數(shù)校正”(即汲取在很大程度上與輸入電壓成比例的電流，然后將通常為400V的升高的線電壓饋送給在AC輸入周期的低電壓部分存儲能量的電容器)的預(yù)穩(wěn)壓器。然后，該電容器將其輸出饋送給為所述電路提供所需DC電壓的DC/DC變換器。
然而，已知類型的AC/DC變換器存在一些問題。首先，許多變換器在濾除由它們的工作引起的電磁干擾(EMI)時遇到了問題。變換器的每個開關(guān)級均產(chǎn)生干擾?，F(xiàn)代功率變換器的開關(guān)頻率通常為20KHz至1MHz或更高，這樣的開關(guān)會對其他電氣器件產(chǎn)生顯著干擾。必須通過使用更為合適的開關(guān)技術(shù)和/或濾波技術(shù)來減小這種干擾。這方面的具體困難在于濾除輸入升壓扼流圈或回掃級(通常在功率因數(shù)校正級中使用)中的電流紋波和限制在隔離變壓器(處于線路/干線(mains)和由電源供電的電路之間)中生成的共模噪聲。各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)對功率變換器的EMI性能和安全隔離問題進(jìn)行了規(guī)定，因而，提供符合這些標(biāo)準(zhǔn)的功率變換器是很重要的。
與已知類型的AC/DC變換器相關(guān)的其他主要設(shè)計問題涉及變換器的效率。具體而言，一個設(shè)計難題是如何使功率變換器在輸入電壓范圍較寬時獲得最佳效率，其中，取決于所在的國家，輸入電壓周期的峰值通常在1.414*85V至1.414*265V之間變化。而且，必須將0V和輸入電壓峰值之間的工作周期的不同點處的效率最大化。通常，設(shè)計具有近似固定的大電容器電壓值的AC/DC變換器將對優(yōu)化各個不同線電壓處的效率產(chǎn)生不利影響。
在許多情況下，AC/DC變換器必須能工作于雙模式，即能承受低線電壓(如美國和日本常見的110V標(biāo)稱電壓)和高線電壓(如歐洲常見的220V至240V標(biāo)稱電壓)。已實現(xiàn)具有雙模式輸入級的AC/DC變換器，由此可以處理低或高的輸入線電壓，并可通過變換這些電壓來為器件提供功率。然而除了上面所列舉的問題，這些類型的變換器還存在其他的各種問題。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供具有雙模式輸入級的AC/DC變換器，該變換器克服了與已知構(gòu)造的AC/DC變換器相關(guān)的問題中的至少某些問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種包括AC/DC變換級和DC/DC變換級的AC/DC變換器，該AC/DC變換級包括具有輸入濾波器和輸入整流電路的雙模式輸入級，該AC/DC變換級還包括具有輸入升壓扼流圈、升壓二極管和大電容器(該大電容器能存儲一系列基本與輸入AC電壓成比例的DC電壓)的預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級，其特征在于，上述DC/DC變換級包括控制器、預(yù)穩(wěn)壓器降壓變換器級和輸出隔離變壓器級，且使用來自上述變換器的輸出的反饋來控制上述預(yù)穩(wěn)壓器降壓變換器級。
通過設(shè)計這樣的變換器，可以提供在不同輸入電壓的較寬范圍內(nèi)仍具有高效率的變換器。上述跟蹤升壓變換器將用來在大電容器兩端提供基本與輸入電壓成比例的電壓。然后，降壓變換器使用大電容器兩端的電壓為輸出隔離變壓器提供輸入。通過使用來自輸出的反饋控制，變換器能夠以固定的電壓比操作隔離變壓器級，且降壓變換器可以調(diào)整從大電容器接收的電壓，以便為隔離變壓器提供近似固定的輸入電壓。而這將導(dǎo)致在整個輸入電壓范圍內(nèi)具有高效率的控制器。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中的控制器具有讓該變換器在輸入電壓較高時工作于間斷模式和在輸入電壓較低時主要工作于連續(xù)模式的裝置。
通過以這種方式來操作上述變換器，上述變換器便可以在整個輸入電壓范圍內(nèi)以高效率方式運(yùn)行。在輸入電壓較低時，與普通AC/DC變換器相比，開關(guān)損耗減少了2到4倍，這主要是因為此時變換器以較低的大電容器電壓(約200V，這比通常情況下的400V電壓低)工作。電壓較高時，由于對應(yīng)于所需功率的輸入電流較小，因而導(dǎo)通損耗也較小。電壓較高時，主要損耗一般與升壓二極管和續(xù)流二極管的反向恢復(fù)性質(zhì)相關(guān)。如果變換器工作于間斷模式，則在主開關(guān)接通時，升壓二極管和續(xù)流二極管通常不導(dǎo)通電流，從而便解決了反向恢復(fù)問題，并減小了損耗。電壓較低時，變換器主要工作于連續(xù)模式。這取決于負(fù)載的要求，對特別輕的負(fù)載而言，可能不要求變換器工作于連續(xù)模式。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級還設(shè)有包括輔助電容器的保持?jǐn)U充電路(hold-up extension circuit)。以這種方式，可以確保變換器在線電壓較低且發(fā)生功率中斷的情況下能提供足夠的保持功率。可以在認(rèn)為必要時將輔助電容器接入電路。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，保持?jǐn)U充電路還包括為輔助電容器充電的備用電路。或者，該保持?jǐn)U充電路還包括為輔助電容器充電的單獨的升壓電路。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，提供了包括電阻性元件的浪涌電流限制電路。通過設(shè)置這種器件，可以保護(hù)變換器的各部件免受通常在變換器上電時經(jīng)歷的浪涌電流的損害。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，浪涌電流限制電路還包括在啟動后用于將電阻性元件旁路的半控旁路電路。由于浪涌電流限制電路的電阻性元件將導(dǎo)致與其相關(guān)的損耗，而在正常工作期間，希望實現(xiàn)變換器的最大效率，因而發(fā)生這種損耗是人們所不希望的，在這種情況下，將上述元件旁路便顯得比較合適。一旦不再需要針對浪涌電流的保護(hù)，則可以將電阻性元件旁路，以有效避免與其相關(guān)的損耗，而這優(yōu)化了變換器的工作效率。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，半控旁路電路還包括連接到輸入整流電路的一對半控整流元件。該半控整流元件最好包括半控二極管。通過設(shè)置半控二極管，可以將這些二極管配置為當(dāng)開通這些二極管時，它們實際上在輸入端形成了全橋整流器的一部分，這樣便短接了在啟動時形成全橋整流器的一部分的第二對二極管，也短接了電阻性元件?？梢哉J(rèn)為，這是一種既簡單又易于執(zhí)行的將電阻性元件旁路的有效方法。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，電阻性元件還包括負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中設(shè)有紋波電流濾波電路，該紋波電流濾波電路包括輸入升壓扼流圈上的、與相互電串聯(lián)的電感器和電容器串聯(lián)的附加繞組?？梢哉J(rèn)為，這是一種特別簡單的用于消除輸入升壓扼流圈上的紋波電流的方法，從而提供了更為高效的變換器。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，隔離變壓器用作全占空比隔離級。通過將隔離變壓器作為全占空比隔離級，可以減少EMI和改善對變壓器的利用。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，隔離變壓器還包括繞組集成在印刷電路板(PCB)中的平面變壓器。通過使用平面變壓器，可以對該隔離變壓器進(jìn)行較好的匹配，并可以消除該變壓器中的大多數(shù)共模電流，而這一點具有重要的意義。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器中，其中提供了連接隔離變壓器的二次繞組的兩端的均衡飽和電抗器。通過設(shè)置均衡飽和電抗器，可以限制EMI和減少輸出處的振蕩，并可以限制輸出同步整流器的體二極管中的反向恢復(fù)效應(yīng)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中設(shè)置了由控制器操作的保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括與預(yù)穩(wěn)壓的降壓變換器級的輸出的兩端相連的泄能電阻器。通過設(shè)置這樣的保護(hù)電路，可以防止由從變換器的輸出至輸入的逆功率流引起的瞬時過電壓所造成的電容器、變壓器元件和開關(guān)器件的損壞。泄能電阻器可以提供用于消耗多余功率的途徑。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，保護(hù)電路還包含開關(guān)元件，以允許變換器并行工作，且不存在來自一個或多個其他變換器的逆功率流。以這種方式，可以避免可能對變換器部件造成損壞的逆功率流。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，大電容器電壓適于提供與輸入AC電壓近似成比例的輸出DC電壓，且對預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級的輸入扼流圈的電感值的選擇使得跟蹤升壓變換器在AC輸入線電壓較低且DC輸出線電壓處于較低的200V量級時工作于連續(xù)模式，在AC輸入線電壓較高且DC輸出電壓處于較高的400V量級時工作于間斷模式。輸入扼流圈的電感值將影響控制器操作升壓變換器的方式。通過選擇合適的電感值，控制器可以適當(dāng)?shù)馗淖冋伎毡?，使得電壓較高時變換器以間斷模式操作升壓變換器。這將有助于消除與升壓二極管的反向恢復(fù)性質(zhì)相關(guān)的損耗。而且，通過選擇合適的電感值，在低電壓和高負(fù)載的情況下，控制器可以以連續(xù)模式操作升壓變換器，而不會導(dǎo)致顯著的導(dǎo)通損耗。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，為保持電容器選擇具有20毫秒保持時間的電容值。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，DC/DC變換級還包括全橋輸出級與輸出整流元件，該整流元件具有經(jīng)過尖峰調(diào)整的、額定值得到正常降低的整流電壓，該整流電壓稍大于所述輸出電壓。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中，DC/DC變換級包括具有中心抽頭的整流器，在經(jīng)過尖峰調(diào)整和正常的額定值降低后，所述整流器的整流電壓稍大于所述輸出電壓的兩倍。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中設(shè)置了監(jiān)視變換器的輸出的電流感測器件。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種AC/DC變換器，其中設(shè)置了監(jiān)視變換器的輸出的電壓感測器件。
通過閱讀以下結(jié)合附圖的、以舉例的方式給出的對本發(fā)明的某些實施例的描述，可以更清楚地理解本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的AC/DC變換器的電路圖；圖2是圖1中的局部的放大圖，它示出了AC/DC變換器的AC/DC變換級；圖3是圖1中的局部的放大圖，它示出了AC/DC變換器的DC/DC變換級；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的全占空比變壓器級的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明而使用的變壓器的多輸出繞組配置的電路圖。
具體實施方式參考附圖，首先參考圖1至圖3，其中給出了AC/DC變換器，該變換器一般用附圖標(biāo)記1表示，且該變換器具有包括雙模式輸入級的AC/DC變換級2和DC/DC變換級3。
現(xiàn)在參考圖2，AC/DC變換級2包括向輸入EMI濾波器4饋電的輸入端子70，EMI濾波器4又向一般用附圖標(biāo)記5表示的整流橋饋電，而整流橋5則向與整流橋5中的整流元件7和8進(jìn)行組合的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)6饋電。這些元件又向輸入跟蹤升壓變換器扼流圈(即具有附加繞組11的輸入扼流圈10)饋電，而上述附加繞組則向與開關(guān)15的兩端相連的片式電感器12和電容器13饋電。設(shè)置了升壓二極管16，最后，也設(shè)置了大電容器17。保持?jǐn)U充電路20與大電容器17的兩端相連，用于為輔助電容器21充電。保持?jǐn)U充電路20包括保持?jǐn)U充饋電裝置22。
在討論AC/DC變換器1的其他部分的工作之前，討論AC/DC變換級2的工作是有利的。大電容器電壓17適于提供與輸入AC電壓近似成比例的輸出DC電壓，使得當(dāng)AC線電壓較低且DC輸出電壓處于較低的200V量級時，輸入扼流圈的電感即輸入扼流圈10工作于連續(xù)模式，而當(dāng)AC輸入電壓較高且DC輸出電壓處于較高的400V量級時，輸入扼流圈10工作于間斷模式。從而，此處的輸入電容器(即大電容器17)在線電壓(如美國和日本常見的110V)較低時將連續(xù)電流饋入輸入扼流圈10。因為工作中使用了大電容器電壓，也就是說，與常規(guī)的功率因數(shù)校正的變換器中的通常為400V的電壓相比，電容器17的電壓通常為200V，因此開關(guān)損耗減少了2到4倍。開關(guān)損耗的某些分量與大電容器的電壓成比例，其他則與大電容器電壓的平方成比例，因此，在這種情況下?lián)p耗大約減少了2到4倍。在線電壓較高時(如歐洲常見的220V至240V)，升壓級主要工作于間斷模式。在這樣的電壓下，因為實現(xiàn)要求的功率的輸入電流較小，且主要的損耗分量傾向于與升壓二極管的反向恢復(fù)性質(zhì)有關(guān)，因而此時導(dǎo)通損耗較小。如果變換器工作于間斷模式，則升壓二極管在主開關(guān)接通時通常不導(dǎo)通電流，從而解決了反向恢復(fù)問題。當(dāng)電流停止在升壓二極管中流動時，開關(guān)器件上的電壓通常會發(fā)生振蕩，這樣，便有可能在開關(guān)兩端的電壓將達(dá)到“波谷”的時刻接通該開關(guān)，從而使該部件中發(fā)生的損耗最小。
跟蹤升壓級的目的是獲得雙模式方法的全部優(yōu)點和使用較便宜的部件(尤其是升壓二極管)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，在使用本領(lǐng)域開發(fā)的方法時，尤其受到了以下這些方面的限制在線電壓較高時濾除增加的紋波電流以及設(shè)計后續(xù)的DC/DC變換級。另一個更大的困難是獲得有效的保持性能-即在通常與失去AC線電壓的輸入周期對應(yīng)的時間段內(nèi)保持穩(wěn)定的輸出電壓，且目前的性能要求日益重視這一點。然而，這種要求可能會與限制浪涌電流方面的要求發(fā)生沖突。
使用本電路，通過在輸入EMI濾波器4和附加繞組11之間使用紋波消除方法解決了濾除增加的紋波電流這一難題。
由于將電容器設(shè)置在整流和限壓元件之后，因而不必對其提出與直接連接線路兩端的電容器(通常稱為“X2”電容器)相關(guān)的電涌要求。
之所以發(fā)生所謂的保持問題，是因為在失去輸入電線電壓/干線電壓的周期內(nèi)，用于驅(qū)動DC負(fù)載的能量是由大電容器17提供的，且通常以200V工作于與線電壓較低時有關(guān)的模式意味著該電容器中的保持能量是電壓為400V(該電壓近似對應(yīng)于線電壓較高時的工作條件)時所存儲能量的四分之一。盡管安裝具有比正常情況下更大的電容值的電容器17有可能解決這個問題(例如，在功率電平高達(dá)400瓦和使用當(dāng)前設(shè)備的常規(guī)的升壓功率因數(shù)校正級的情況下，這種方案更為實際)，但是，本發(fā)明通過設(shè)置允許對輔助電容器17進(jìn)行充電的保持?jǐn)U充電路20克服了這個問題。通常，在失去輸入干線電壓/線路電壓的時間內(nèi)，通過接入保持?jǐn)U充饋電裝置22，可以用許多種變換器中設(shè)置的備用電路或單獨的升壓電路來向大電容器提供能量，以將輸出DC電壓維持在所需電平。這種方法更適于功率電平較高的情況，此時，有理由為保持控制電路支出額外成本。
與傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路相比，增大的電容值需要更為先進(jìn)的浪涌電流限制電路。與本電路一樣，在歷史上，浪涌電流抑制曾使用NTC熱敏電阻，在正常工作條件下，當(dāng)汲取電流時，這些電阻的值將下降。首先，當(dāng)處于冷卻狀態(tài)時，這些器件具有高阻值，這限制了通過整流元件對大電容器進(jìn)行充電的浪涌電流。然而，NTC元件的導(dǎo)通電阻造成了另外的損耗，而這使得效率最大化的目標(biāo)無法實現(xiàn)。如圖所示，在本發(fā)明中，通過將NTC器件6與整流橋5中的半控整流元件7、8進(jìn)行組合克服了這個問題。在接通情況下，這些元件具有與常規(guī)元件類似的損耗，因此不會導(dǎo)致更多的損耗。
應(yīng)當(dāng)懂得，另一種方案是用半導(dǎo)體器件將NTC元件(如三端雙向可控硅開關(guān)元件)旁路，然而，這些器件通常具有與材料有關(guān)的正向壓降，而這導(dǎo)致了損耗。一種方案是使用繼電器等機(jī)電元件，這些元件存在通常與機(jī)電器件相關(guān)的可靠性問題，且經(jīng)常需要消耗功率的控制電路來在正常工作時將繼電器維持于“工作”狀態(tài)，或者，可以在圖中所示的位置使用固定的電阻器。但是，使用NTC器件通常使得能采用較小的元件，且在供電不足時和從短暫的干線“停電”恢復(fù)時這種方案更為有效。
參考圖3，DC/DC變換級3包括通常用附圖標(biāo)記30表示的輸入降壓變換器級，該輸入降壓變換器級具有向與電感器33相連的續(xù)流二極管32饋電的輸入降壓驅(qū)動FET31，而電感器33又將一般用附圖標(biāo)記35表示的中間電壓電平級的信號饋入一對輸出電容器36和37，這對輸出電容又向一般用附圖標(biāo)記40表示的全占空比級饋電。全占空比級40向一般用附圖標(biāo)記41表示的平面變壓器饋電，而后者又向輸出整流級44的輸出電感器42和43饋電。反饋控制器50將輸入降壓變換器級30與通過電流傳感器51和電壓傳感器(即FET二極管52)感測的電流和電壓輸出相連。
使用上述雙模式輸入級，DC/DC變換級必須將大電容器電壓(當(dāng)前，大多要求該電壓處于200V至400V的范圍內(nèi))處理為大多數(shù)負(fù)載應(yīng)用通常所需的固定電平。在這種情況下，與使用常規(guī)的變換器方法來轉(zhuǎn)換諸如400V標(biāo)稱電壓的近似固定的電平相比，在較寬的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)換更為復(fù)雜。同時，也要求變壓器產(chǎn)生的EMI較低。
由控制器50在反饋環(huán)中進(jìn)行控制的輸入降壓變換器級30測量全占空比隔離級的輸出電壓。這是通過使用平面變壓器41(有利于實現(xiàn)均衡結(jié)構(gòu))實現(xiàn)的，并且，該方案結(jié)合全占空比操作幾乎完美地消除了由這些變壓器引入的共模電流。在為尖峰效應(yīng)和正常的額定值降低而對輸出整流元件42和43的電壓進(jìn)行調(diào)整的同時，也可以將這些電壓限制為稍大于輸出電壓(在全電橋輸出級的情況下)，或是將它們限制為稍大于輸出電壓的兩倍(在具有中心抽頭的整流器的情況下)。假設(shè)可以讓該電壓與輸出電壓(通常在相對較窄的范圍可調(diào))成比例，如果使用同步整流，則可以從主繞組得到門驅(qū)動信號。
本說明書中描述的實施方案允許使用主變壓器中的漏電感能量來實現(xiàn)效率很高的零電壓開關(guān)(zero switching)。與主變壓器繞組串聯(lián)的較小均衡飽和電抗器42和43維持限制EMI所需的均衡、減少輸出的振蕩和限制輸出同步整流器的體二極管中的反向恢復(fù)效應(yīng)。下面描述了該電路的其他工作和設(shè)計方面的內(nèi)容。
在線電壓較高時，輸入降壓變換器級30通常以滿載的方式工作于間斷模式(即電感器電流間斷)。這限制了續(xù)流二極管32中的反向恢復(fù)效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意，也可以使用同步整流器。在線電壓較低時，將電感器電流33設(shè)計為連續(xù)的。這限制了導(dǎo)通損耗，且因為施加的電壓有所減少，因而實際上減弱了反向恢復(fù)效應(yīng)。
將輸入降壓變換器級30輸出處的電容器36和37的電容值選擇為使得全占空比級作為電流饋入級或電壓饋入級工作。實際上，此處選擇了相對較小的電容值來允許全電橋級進(jìn)行準(zhǔn)電壓饋入操作(quasi-voltage fed operation)，在某些負(fù)載情況下，這便導(dǎo)致通過將輸出整流器兩端的電壓箝位而更為容易地限制開關(guān)時的電壓尖峰。
當(dāng)使用具有中心抽頭的輸出部分時，將輸出繞組進(jìn)行緊密的耦合-即與二次繞組和一次繞組之間的漏電感相比，這些繞組之間的漏電感最小。
當(dāng)使用常規(guī)的n型FET開關(guān)或使用常規(guī)的二極管時，輸出扼流圈的設(shè)置使得輸出級的中心抽頭連接到正輸出端，且電感器處于-ve“腳”。
在該電路中，緊密地控制電容器36和37的中間電容值很重要。當(dāng)檢測到故障情況時，保護(hù)電路立即接入泄能電阻器71，同時取消對輸入降壓變換器級30的高壓側(cè)開關(guān)元件31的驅(qū)動。通過使用開關(guān)器件，可以進(jìn)一步防止逆功率流的產(chǎn)生，并且，通常用開關(guān)器件來使變換器以并行方式工作，且不存在從一個或多個其他變換器進(jìn)入所述變換器的逆功率流。
參考圖4，其中示出了根據(jù)本發(fā)明而使用的一般用附圖標(biāo)記60表示的變壓器的一次繞組部分。在該實施例中，克服跟蹤升壓變換器的缺陷(即它的輸出電壓可變)的方法是使用降壓變換器級和隨后的全占空比變壓器級。全占空比級最適于提供同步整流器的自驅(qū)動控制，這便導(dǎo)致了最短的空載時間(從而最小的損耗)。
對該方法進(jìn)行的一種擴(kuò)展是連接另外的輸出繞組和同樣為自驅(qū)動的同步整流器，這樣可以提供緊密跟蹤主輸出的另外的輸出電壓。可以將這些電壓進(jìn)行相互隔離，或者，可以根據(jù)已有的“堆集(stacking)”方法將它們進(jìn)行組合。如果希望優(yōu)化這些輸出之間的互穩(wěn)壓，則可以使用普通的跟蹤或單個鐵芯上的輸出電感器的繞組，如圖4所示。與使用二極管整流器的常規(guī)情形相比，這種方法可以實現(xiàn)各輸入電壓間的遠(yuǎn)為緊密的跟蹤，因而，它對減小紋波和改善互穩(wěn)壓尤其有效。
這種方法本身也非常適于獲得分?jǐn)?shù)匝。計算機(jī)系統(tǒng)通常需要獲得3.3V、5V和12V標(biāo)稱輸出電壓的其中之一。圖5中示出了一種說明性的實施方式。在圖5中，僅二次繞組的線匝纏繞兩個鐵氧體磁心部分(一次繞組仍按常規(guī)方式進(jìn)行實施)。
在本說明書中，將變換器描述為當(dāng)電壓較高時工作于間斷模式，而當(dāng)電壓較低時工作于連續(xù)模式。但是，應(yīng)當(dāng)懂得，盡管控制器在電壓較低時可以讓變換器工作于連續(xù)模式，但是，當(dāng)變換器上的負(fù)載較輕時，并不要求它這樣做。在這種情況下，在電壓較低時，取決于變換器上的負(fù)載的要求，控制器可以工作于連續(xù)模式或間斷模式。而且，如果變換器上的負(fù)載特別重，則在電壓較高時，可能要求變換器在周期的某些部分內(nèi)(如果不是整個周期)工作于連續(xù)模式。
在說明書中，應(yīng)當(dāng)將術(shù)語“包括”及其各種變體和術(shù)語“包含”及其各種變體視為可以完全互換使用，且應(yīng)當(dāng)對上述術(shù)語進(jìn)行最寬泛的理解，反之亦然。
本發(fā)明不限于本文所述的實施例，相反，它可以在結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)兩方面發(fā)生變化。
權(quán)利要求
1.一種包括AC/DC變換級(2)和DC/DC變換級(3)的AC/DC變換器(1)，所述AC/DC變換級(2)包括具有輸入濾波器(4)和輸入整流電路(5)的雙模式輸入級，所述AC/DC變換級還包括具有輸入升壓扼流圈(10)、升壓二極管(16)和大電容器(17)的預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級，所述大電容器(17)能夠存儲其上的與所述輸入AC電壓基本成比例的DC電壓，其特征在于，所述DC/DC變換級(3)包括控制器(50)、預(yù)穩(wěn)壓器降壓變換器級(30)和輸出隔離變壓器級(41)，且使用來自所述變換器的輸出的反饋來控制所述預(yù)穩(wěn)壓器降壓變換器級(30)。
2.如權(quán)利要求
1所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述控制器(50)具有讓所述變換器在高輸入電壓時工作于間斷模式和在低輸入電壓時主要工作于連續(xù)模式的裝置。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述預(yù)穩(wěn)壓器升壓變換器級還設(shè)有包括輔助電容器(21)的保持?jǐn)U充電路(20)。
4.如權(quán)利要求
3所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述保持?jǐn)U充電路(20)還包括為所述輔助電容器(21)充電的備用電路。
5.如權(quán)利要求
3所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述保持?jǐn)U充電路(20)還包括為所述輔助電容器(21)充電的獨立的升壓電路。
6.如前述權(quán)利要求
中的任一項所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)置了包括電阻性元件(6)的浪涌電流限制電路。
7.如權(quán)利要求
6所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述浪涌電流抑制電路還包括啟動后將所述電阻性元件(6)旁路的半控旁路電路。
8.如權(quán)利要求
7所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述半控旁路電路還包括與所述輸入整流電路(5)相連的一對半控整流元件(7，8)。
9.如權(quán)利要求
8所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述半控整流元件包括半控二極管(7，8)。
10.如權(quán)利要求
6至9中的任一項所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述電阻性元件(6)還包括負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。
11.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)置了紋波電流濾波電路，所述紋波電流濾波電路包括輸入升壓扼流圈(10)上的附加繞組(11)，該附加繞組(11)與相互電串聯(lián)的電感器(12)和電容器(13)串聯(lián)。
12.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述隔離變壓器(41)作為全占空比隔離級工作。
13.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述隔離變壓器(41)還包括繞組集成在印刷電路板(PCB)中的平面變壓器。
14.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)有連接到所述隔離變壓器的二次繞組的各端子的均衡飽和電抗器。
15.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)有由所述控制器操作的保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括連接所述預(yù)穩(wěn)壓降壓變換器級(30)的輸出的兩端的泄能電阻器(53)。
16.如權(quán)利要求
15所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述保護(hù)電路還包括開關(guān)元件(31)，以允許所述變換器并行工作，同時不存在來自一個或多個其他變換器的逆功率流。
17.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述大電容器(17)電壓適于提供與所述輸入AC電壓近似成比例的輸出DC電壓，且對所述預(yù)穩(wěn)壓器跟蹤升壓變換器級的所述輸入扼流圈(10)的電感值的選擇使得所述跟蹤升壓變換器在AC輸入線電壓較低且DC輸出線電壓處于較低的200V量級時工作于連續(xù)模式，在AC輸入線電壓較高且DC輸出電壓處于較高的400V量級時工作于間斷模式。
18.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，為所述電容器(17)選擇具有20毫秒量級的保持時間的電容值。
19.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述DC/DC變換級(3)還包括全電橋輸出級和輸出整流元件，所述整流元件具有經(jīng)過尖峰調(diào)整的、額定值得到正常降低的整流電壓，該整流電壓稍大于所述輸出電壓。
20.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述DC/DC變換級(3)包括具有中心抽頭的整流器，在經(jīng)過尖峰調(diào)整和正常的額定值降低后，所述整流器的整流電壓稍大于所述輸出電壓的兩倍。
21.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)有用于監(jiān)視所述變換器的輸出的電流感測器件(51)。
22.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中設(shè)有用于監(jiān)視所述變換器的輸出的電壓感測器件(51)。
23.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，其中，所述全占空比變壓器子級用于DC/DC變換級(3)，且所述變壓器連接到至少一組附加的輸出二次繞組和相關(guān)的同步整流器。
24.如任一項前述權(quán)利要求
所述的AC/DC變換器(1)，該變換器包括連接到同處于一個鐵心上的多個輸出二次繞組和相關(guān)的同步整流器。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種AC/DC變換器(1)，該類型的AC/DC變換器具有AC/DC變換級(2)和DC/DC變換級(3)，AC/DC變換級(2)包括輸入濾波器級(4)，輸入整流器級(5)和跟蹤升壓變換器級。而該跟蹤升壓變換器級又包括輸入扼流圈(10)、升壓二極管(16)和大電容器(17)。大電容器(17)配置成存儲基本與變換器的輸入電壓成比例的DC電壓。DC/DC級(3)配置成接收來自大電容器(17)的電壓范圍，并以可控方式提供所希望的DC輸出，而不考慮從大電容器(17)接收的電壓。這是通過部件的精心組合和使用輸出反饋來控制向DC/DC級中的隔離變壓器(41)施加的電壓而實現(xiàn)的。
文檔編號H02M3/337GK1998126SQ200580018339
公開日2007年7月11日 申請日期2005年4月13日
發(fā)明者G·楊 申請人:康默吉技術(shù)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan