專利名稱：具有降低損耗的dc/dc整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC/DC整流器，包括變壓器和初級與次級側(cè)橋接器(bridge)。與以前公知的整流器相比，根據(jù)本發(fā)明的整流器特別地呈現(xiàn)出改進(jìn)的效率和降低的損耗。
背景技術(shù)：
整流器，即，將一個電平的電壓轉(zhuǎn)換到另一個電平的電壓的設(shè)備，這是本領(lǐng)域中眾所周知的，并且通常包括變壓器和在變壓器的任一側(cè)上的一組部件，這兩側(cè)通常被稱為初級(primary)(輸入)側(cè)和次級(secondary)(輸出)側(cè)。把第一DC電壓電平轉(zhuǎn)換到第二電壓電平的整流器也是公知的，并且通常包括在初級側(cè)和次級側(cè)上的一組開關(guān)，以便使之有可能以DC電壓使用變壓器。在傳統(tǒng)的這樣的設(shè)備中，初級側(cè)上的一對開關(guān)被鏈接到次級側(cè)上的一對開關(guān)，因此時常利用相同的控制信號或控制電壓來同時接通和斷開在變壓器的任一側(cè)上的已鏈接的開關(guān)對。
DC/DC整流器中公知的問題是該設(shè)備的效率以及由此帶來的損耗，因此自然希望盡可能高的效率和盡可能低的損耗。
在DC/DC整流器中，存在一種稱之為“空轉(zhuǎn)(freewheeling)”的現(xiàn)象，其發(fā)生在初級側(cè)上的開關(guān)被斷開時的周期期間，并且次級側(cè)上的電流在該設(shè)備的次級側(cè)上“自由地”循環(huán)通過負(fù)載R。
一個損耗源以及由此而帶來的設(shè)備中的熱形成(development)來自在空轉(zhuǎn)周期期間電流在次級上流過變壓器的事實，另一損耗源是初級側(cè)和次級側(cè)開關(guān)中的切換損耗。

發(fā)明內(nèi)容
因而，需要一種具有降低的空轉(zhuǎn)損耗和熱形成的DC/DC整流器。
因而，利用本發(fā)明來滿足需求，其中本發(fā)明提供用于DC/DC整流器中的方法，該整流器包括變壓器和在變壓器的初級側(cè)上和在變壓器的次級側(cè)上的橋接器，其中初級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)和第二對開關(guān)，并且次級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)和第二對開關(guān)。
本發(fā)明的方法包括將初級側(cè)上的第一對開關(guān)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第一對開關(guān)的通/斷切換；當(dāng)初級側(cè)上的第一對被接通時，通過斷開次級側(cè)上的第一對，執(zhí)行初級側(cè)上第一對開關(guān)的通/斷切換與次級側(cè)上第一對開關(guān)的通/斷切換的鏈接；并且，當(dāng)初級側(cè)上的第一對被斷開時，執(zhí)行相反處理。
合適地但不一定，該方法另外包括將初級側(cè)上第二對開關(guān)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第二對開關(guān)的通/斷切換；當(dāng)初級側(cè)上的第二對被接通時，通過斷開次級側(cè)上的第二對，執(zhí)行初級側(cè)上第二對開關(guān)的通/斷切換與次級側(cè)上第一對開關(guān)的通/斷切換的鏈接；并且當(dāng)初級側(cè)上的第二對被斷開時，進(jìn)行相反處理。
利用本發(fā)明，變壓器次級側(cè)上的開關(guān)在大多數(shù)時間處于“接通狀態(tài)”，這與現(xiàn)有技術(shù)相反。這將降低次級側(cè)上的切換損耗，并且還顯著地降低空轉(zhuǎn)損耗。本發(fā)明提供的空轉(zhuǎn)損耗降低部分地源于空轉(zhuǎn)電流將不必流經(jīng)變壓器的事實，因為在空轉(zhuǎn)發(fā)生時，至少一對開關(guān)將總是處于接通狀態(tài)，因而為電流提供路徑。


將參考附圖更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的次級側(cè)的電路圖；和圖2是根據(jù)本發(fā)明用于控制設(shè)備中開關(guān)的電壓脈沖的時序圖。
具體實施例方式
圖1顯示了能夠應(yīng)用本發(fā)明的設(shè)備100的電路圖。該設(shè)備100包括變壓器110和在變壓器110的次級側(cè)上的第一對開關(guān)A、D與第二對開關(guān)B、C。如能夠看到的，該設(shè)備被設(shè)計，以使之包括兩條并行“線路”，每條線路包括來自每個所述對的開關(guān)。如從圖1還可以看到的那樣，變壓器以這樣一種方式連接到次級側(cè)，即變壓器110的一端連接到兩個開關(guān)之間的第一“線路”中的點，而變壓器110的另一端連接到在那條線路中的兩個開關(guān)之間的第二線路中的一點。
合適地但不是一定地，設(shè)備100中使用的開關(guān)是FET，即場效應(yīng)晶體管。
此外，設(shè)備100包括在次級側(cè)上的電感L，并且在次級側(cè)上具有由該設(shè)備供電的負(fù)載R，該負(fù)載并聯(lián)連接到所述兩條線路。電感L并聯(lián)連接到這兩條線路和負(fù)載。此外，該設(shè)備還包括與負(fù)載R并聯(lián)的電容C。
在此圖中未示出的變壓器110的初級側(cè)上，也具有第一對和第二對開關(guān)，也以類似于次級側(cè)上開關(guān)連接的方式進(jìn)行連接，即，兩條并聯(lián)線路中均具有兩個開關(guān)，每條線路包括來自所述對中的每一對的開關(guān)。
在初級側(cè)上，變壓器110的一端也連接到兩個開關(guān)之間的第一“線路”中的點，而變壓器110的另一端連接到在那條線中的兩個開關(guān)之間的第二線路中的點。
利用未顯示的控制裝置，在初級側(cè)上第一對開關(guān)(在所示的實例中，F(xiàn)ET)與次級側(cè)上第一對之間具有鏈接，以及在初級側(cè)上的第二對開關(guān)與次級側(cè)上的第二對之間具有鏈接。該鏈接的形式為初級側(cè)和次級側(cè)上鏈接的晶體管對的通/斷切換分別相互鏈接。
因而，如果次級側(cè)上的開關(guān)A和D被稱作次級側(cè)上的第一對，則初級側(cè)上的相應(yīng)第一對開關(guān)A’、D’將具有其與A和D的通/斷切換相鏈接的通/斷切換，并且對于次級側(cè)上的開關(guān)B、C，以類似方式與初級側(cè)上的相應(yīng)第二對B’、C’相鏈接。
鏈接時常使得相同的電壓脈沖或脈沖序列被施加到鏈接的對。按照慣例，鏈接使得鏈接的開關(guān)對同時被接通或斷開，即在圖1的實例中，開關(guān)對A、D-A’、D’和B’、C’-B、C將分別被同時接通和斷開。
雖然上述的原理也適用于設(shè)備100的整流功能，但是其具有許多缺點首先，次級側(cè)上頻繁的接通/斷開將導(dǎo)致所謂的切換損耗。
此外，存在所謂的空轉(zhuǎn)周期，這是在初級側(cè)上的開關(guān)對中的任何一個接通時的時間周期。在空轉(zhuǎn)周期期間，在系統(tǒng)中將具有剩下的能量，這將需要“to go somewhere(去某處)”。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的整流器中，這個動力(power)將導(dǎo)致電流流過變壓器線圈，導(dǎo)致?lián)p耗和相應(yīng)的熱產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明，實際上消除在次級側(cè)上的切換損耗，并且使用以下原理，借助于本發(fā)明，使空轉(zhuǎn)損耗保持為最小把同一電壓脈沖串施加到鏈接的開關(guān)對，但是該電壓脈沖串在它被施加到與初級側(cè)上的開關(guān)相對的在次級側(cè)上的開關(guān)時被反向。例如，如果初級側(cè)上的開關(guān)A’、D’被接通，則使它們接通的信號被反向，并且將引起次級側(cè)上鏈接的開關(guān)對A、D斷開；并且在使初級側(cè)上的開關(guān)A’、D’斷開時相反。
如果參照圖2，將使上述的原理變得更加容易理解，圖2是在本發(fā)明中使用的控制電壓和脈沖串的時序圖圖2a是施加到初級側(cè)的第一對開關(guān)(即，開關(guān)A’、D’)上的控制電壓的圖示。高電壓表示開關(guān)接通，而低電壓表示開關(guān)斷開。開關(guān)的切換由未示出的控制裝置來控制，該控制裝置實際用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的所有開關(guān)的切換。如所能夠明白的，這些開關(guān)被斷開的時間周期比這些開關(guān)被接通的時間周期長，在下面在這個說明書中將使其重要性變得顯而易見。
圖2b是施加到次級側(cè)上的第一對開關(guān)(即開關(guān)A和D)的控制電壓的圖示。如能夠看到的，施加到A和D上的控制電壓是施加到初級側(cè)上的鏈接開關(guān)對A’、D’上的控制電壓的逆，這因而在初級側(cè)上的第一對被接通知時將導(dǎo)致次級側(cè)上的第一對開關(guān)被斷開，并且在初級側(cè)上的對被斷開時相反。
圖2c和圖2d是施加給初級側(cè)(2c)和次級側(cè)(2d)上第二對開關(guān)的控制電壓的圖示。如所能夠明白的，結(jié)合圖2a和圖2b描述的“相反狀態(tài)”(通/斷)的原理也實際用于第二對開關(guān)。
現(xiàn)在，結(jié)合圖2b和圖2d能夠理解本發(fā)明的一個重要因素在次級側(cè)上的至少一對開關(guān)將總是處于接通狀態(tài)。這意味著在次級側(cè)上將沒有切換損耗，因為總是具有至少一對可以傳導(dǎo)電流的晶體管。
此外，次級側(cè)上的至少一對晶體管將總是傳導(dǎo)電流的事實使得空轉(zhuǎn)損耗被實際消除，這是因為接通的晶體管對將向空轉(zhuǎn)電流提供可替代的電流路徑，這與流經(jīng)變壓器的線圈相對照。
利用已知的反向裝置實現(xiàn)施加到初級側(cè)上的開關(guān)的控制電壓反向，這在此將不進(jìn)行更詳細(xì)說明。
利用本發(fā)明，在任何一側(cè)上鏈接的晶體管對因而將不同時被接通。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的次級側(cè)上的開關(guān)的“正常”狀態(tài)因而與初級側(cè)上的鏈接開關(guān)的相反，在該實例中，“正常”狀態(tài)被顯示為“接通”狀態(tài)。
因此，當(dāng)初級側(cè)上的一對開關(guān)被接通時，次級側(cè)上的相應(yīng)對被斷開，因而使得那對開關(guān)不傳導(dǎo)電流。
因此，利用本發(fā)明，獲得設(shè)計簡單、產(chǎn)生成本低并且實際上沒有切換損耗和低空轉(zhuǎn)損耗的DC/DC整流器。
最后，應(yīng)當(dāng)指出，可以在本發(fā)明范圍之內(nèi)，以大量方式構(gòu)造在橋接器的初級側(cè)上的開關(guān)。如能夠在圖2e中所看到的，對于變壓器的初級側(cè)上的大量類型的橋接器，仍然可以保持本發(fā)明的原理圖2e顯示變壓器上的電壓U，并且如可以看到的，所涉及的原理是當(dāng)變壓器上的電壓U為零或者接近零時，次級側(cè)上的開關(guān)的狀態(tài)為接通。
權(quán)利要求
1.一種用于DC/DC整流器(100)中的方法，所述整流器包括變壓器(110)和在變壓器的初級側(cè)上以及在變壓器的次級側(cè)上的橋接器，該初級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)(A’，D’)和第二對開關(guān)(B’，C’)，而次級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)(A，D)和第二對開關(guān)(B，C)，所述方法包括將初級側(cè)上第一對開關(guān)(A’，D’)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第一對開關(guān)(A，D)的通/斷切換，該方法的特征在于通過在初級側(cè)上的第一對被接通時斷開次級側(cè)上的第一對，執(zhí)行初級側(cè)上第一對開關(guān)(A’，D’)的通/斷切換至次級側(cè)上第一對開關(guān)(A，D)的通/斷切換的鏈接；并且在初級側(cè)上的第一對被斷開時相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，另外包括將初級側(cè)上第二對開關(guān)(B’，C’)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第二對開關(guān)(B，C)的通/斷切換，其特征在于，通過在初級側(cè)上的第二對(B’，C’)被接通時斷開次級側(cè)上的第二對(B，C)，執(zhí)行初級側(cè)上第二對開關(guān)的通/斷切換與次級側(cè)上第二對開關(guān)(B，C)的通/斷切換的鏈接；并且在初級側(cè)上的第二對(B’，C’)被斷開時相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，據(jù)此，通過對每對開關(guān)施加單獨的控制電壓脈沖串，執(zhí)行開關(guān)對的通/斷切換，其特征在于，施加到次級側(cè)上開關(guān)對的控制電壓脈沖串是施加到它所鏈接的初級側(cè)上開關(guān)對的控制電壓脈沖串的逆。
4.一種DC/DC整流器(100)，所述整流器包括變壓器(110)和在變壓器的初級側(cè)上以及在變壓器的次級側(cè)上的橋接器，初級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)(A’，D’)和第二對開關(guān)(B’，C’)，而次級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)(A，D)和第二對開關(guān)(B，C)，所述方法包括用于將初級側(cè)上第一對開關(guān)(A’，D’)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第一對開關(guān)(A，D)的通/斷切換的裝置，該設(shè)備的特征在于通過在初級側(cè)上的第一對被接通時斷開次級側(cè)上的第一對，由鏈接裝置執(zhí)行初級側(cè)上第一對開關(guān)(A’，D’)的通/斷切換與次級側(cè)上第一對開關(guān)(A，D)的通/斷切換的鏈接；并且在初級側(cè)上的第一對被斷開時相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，另外包括用于將初級側(cè)上第二對開關(guān)(B’，C’)的通/斷切換鏈接到次級側(cè)上第二對開關(guān)(B，C)的通/斷切換的裝置，其特征在于，通過在初級側(cè)上的第二對(B’，C’)被接通時斷開次級側(cè)上的第二對，由鏈接裝置執(zhí)行初級側(cè)上第二對開關(guān)(B’，C’)的通/斷切換與次級側(cè)上第一對開關(guān)(B，C)的通/斷切換的鏈接；并且在初級側(cè)上的第二對被斷開時相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中由用于給每對開關(guān)施加單獨的控制電壓脈沖串的裝置執(zhí)行開關(guān)對的通/斷切換，其特征在于，施加到次級側(cè)上開關(guān)對的控制電壓脈沖串是施加到它所鏈接的初級側(cè)上開關(guān)對的控制電壓脈沖串的逆。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于DC/DC整流器中的方法，具有變壓器和初級側(cè)橋接器以及次級側(cè)橋接器，該初級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)和第二對開關(guān)，而次級側(cè)橋接器包括第一對開關(guān)和第二對開關(guān)，其中初級側(cè)上第一對開關(guān)的切換鏈接到次級側(cè)上第一對開關(guān)的切換。該方法包括當(dāng)初級側(cè)上的第一對被接通時，通過斷開次級側(cè)上的第一對，將初級側(cè)上第一對開關(guān)的切換與次級側(cè)上第一對開關(guān)的切換相鏈接，并且當(dāng)初級側(cè)上的第一對被斷開時相反。
文檔編號H02M3/335GK1788407SQ03826616
公開日2006年6月14日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者D·德爾馬克 申請人:艾利森電話股份有限公司