專利名稱：低成本高效率的功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)式功率變換器。
電子工業(yè)界力圖為其產(chǎn)品減少電源的尺寸和重量。限制電源功率密度(density)的一個主要因素是其熱性能。增加功率元件散熱器的尺寸可減少發(fā)熱問題，但是功率變換器的實際尺寸將限制可使用的散熱器空間。另一情況是，如果功率元件產(chǎn)生的熱量小，就可使用小的散熱器。減小熱量的產(chǎn)生是通過增加效率來實現(xiàn)的。
與開關(guān)式電源中的電子開關(guān)有關(guān)的功耗分為二種。第一種是當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時由開關(guān)電阻確定的導(dǎo)電損耗。第二種是由開關(guān)過渡期間(即當(dāng)導(dǎo)通或關(guān)斷時)電壓和電流重疊引起的開關(guān)損耗。導(dǎo)電損耗可通過選擇低電阻開關(guān)來降低。但是，大多數(shù)低阻電子開關(guān)，如低阻MOSFETs具有開關(guān)端子上的增大的寄生電容。當(dāng)開關(guān)過渡期間寄生電容向開關(guān)電阻放電時，大的寄生電容將引起大的開關(guān)損耗。常用的克服該缺點的技術(shù)是使用零電壓開關(guān)(ZVS)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)ZVS電路的概圖。兩個開關(guān)1、2被編程控制，以交替地導(dǎo)通(開關(guān)1和2不能同時導(dǎo)通，否則使電路電容6通過輸入電壓源20短路)。當(dāng)開關(guān)1導(dǎo)通時，電流從輸入電壓源20流經(jīng)變壓器30的繞組7及開關(guān)1，由此引起變壓器30的繞組8通過濾波電路26向負(fù)載24提供功率。
當(dāng)開關(guān)1閉合時，電壓Vin供給到繞組7上。由于變壓器30是感性的，當(dāng)開關(guān)1開斷時，通過繞組7的電流不能立即變化，因此開始流經(jīng)包括二極管3及電容6的環(huán)路。當(dāng)二極管3導(dǎo)通電流時，開關(guān)2閉合。在二極管3導(dǎo)通及開關(guān)2閉合的期間，電容6與繞組7相連接。
電容6對變壓器30提供基本上恒定的恢復(fù)電壓以防止變壓器30飽和。在開關(guān)2導(dǎo)通后，電容6上的電壓強制電流在方向A上流入繞組7。然后開關(guān)2關(guān)斷，存儲在繞組7中的能量強迫電流改變其路徑并使電容5放電(電容5是開關(guān)1上固有的寄生電容)。電容5中的能量被“抽”出電容5及返回電壓源20。在電容5放完電以后，電流流過二極管4，因此近似零電壓加在開關(guān)1上。然后開關(guān)1在ZVS條件下被導(dǎo)通。關(guān)于該電路的其它信息描述在美國專利5,126,931中，該專利是授予Jitaru的。
為了滿足圖1中電路的ZVS條件，必須提供a)在開關(guān)2開斷時刻及開關(guān)1閉合時刻之間的足夠延時，及b)在繞組7中存儲足夠能量以使電容5放電。也必須保證，開關(guān)1和2不同時導(dǎo)通。由于這些限制，工程師們發(fā)現(xiàn)，這種電路的實際設(shè)計是困難的。因而需要尋求一種對獲取高效率其設(shè)計限制少的更簡單電路。
通過使用一個輔助開關(guān)、一個電容、一個輔助繞組及一個電感，一種開關(guān)式功率變換器的新電路可以獲得高效率及零壓開關(guān)。該電路可用于升壓、反極性升壓、反極性、隔離正程或隔離回程變換器中?？刂齐娐吩谥鞴β书_關(guān)導(dǎo)通前使輔助開關(guān)導(dǎo)通，及電容提供電壓來激勵電感并迫使電流流入輔助繞組。該電流轉(zhuǎn)換到主繞組并使主功率開關(guān)上的電容放電，以使在主功率開關(guān)導(dǎo)通前達(dá)到近似零電壓。因此可獲得ZVS并可大大減少主功率開關(guān)上的開關(guān)損耗。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)ZVS變換器的概要電路圖；圖2A、2B及2C是分別應(yīng)用于a)升壓、b)反極性、及c)反極性升壓功率變換器中的本發(fā)明三個實施例的電路概圖；圖3是表示圖2A至2C的功率變換器的操作的波形圖；圖4A及4B是應(yīng)用于隔離回程及正程功率變換器中的本發(fā)明實施例的電路概圖；圖5是表示圖4A和4B中功率變換器的操作的波形圖；圖6表示根據(jù)圖4A實施例的電源的效率和DC(直流)輸入電壓之間的關(guān)系；圖7是用于控制用來產(chǎn)生圖6的數(shù)據(jù)的圖4A電路中開關(guān)401和402的控制電路的概要電路圖；圖8是表示圖7的概要電路圖中各個節(jié)點上電壓的時序圖；圖9A是根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)成的電源的詳細(xì)電路圖；圖9B至9D表示圖9A電路中電流流經(jīng)的路徑；圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的包括功率因數(shù)校正電路的電源的詳細(xì)電路圖。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)式變換器使用了電感、電容、開關(guān)及開關(guān)式磁元件的組合。根據(jù)基礎(chǔ)電路理論，該電容及電感構(gòu)成了從一個電容到另一電容、例如從圖2A中的電容106到電容105的無損耗能量交換途徑。但是，當(dāng)主功率開關(guān)導(dǎo)通時該開關(guān)式變換器應(yīng)至少具有一個串聯(lián)在主功率開關(guān)及輸入電壓源環(huán)路內(nèi)的磁元件。最基本類型的開關(guān)式變換器，即反極性、升壓及反極性升壓變換器均具有這種磁元件。
在以下討論的本發(fā)明實施例中，電容(106、206、306、406或506)上的電壓用來強迫電流流入電感(112、212、312、412或512)及輔助繞組(108、208、308、408或508)，并且該電流被轉(zhuǎn)換到主繞組(107、207、307、407或507)，以使主開關(guān)(101、201、301、401或501)上的電容放電，并由此在主開關(guān)導(dǎo)通前減小其上的電壓降。第一非隔離式實施例圖2A是一個升壓變換器100的概要電路圖。在使用期間，通過電壓源120將輸入電壓Vi施加在端子100a及100b上。主功率開關(guān)101周期性地導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)101導(dǎo)通時，電流流過繞組107及開關(guān)101。因為繞組107是感性的，通過繞組107的電流線性地上升，及將能量存儲在繞組107中。
當(dāng)開關(guān)101開斷時，電流將流經(jīng)繞組107及二極管109到達(dá)負(fù)載124。以此方式，預(yù)先存儲在繞組107中的能量轉(zhuǎn)移給負(fù)載124。然后，開關(guān)101閉合，以使能量再存儲到繞組107中。
如從圖中看到的，在開關(guān)101兩端具有以電容105模仿的寄生電容。在開關(guān)101導(dǎo)通前，包括繞組108、電感112、開關(guān)102、二極管103及電容106的電路使寄生電容105放電，由此減小開關(guān)損耗。
在開關(guān)101上的電壓Vs可使用輸入電壓Vi及繞組107上的電壓Vw由下式來計算Vs＝Vi-Vw (式1)式1表示，對于給定的輸入電壓Vi，主功率開關(guān)101上的電壓Vs取決于繞組107上的電壓Vw。電壓Vw增加將使電壓Vs減小，由此可使開關(guān)101的開關(guān)過渡期間的電壓減少，因此可減少功耗。通過設(shè)計變換器100以使電壓Vw大于或等于電壓Vi，可在主功率開關(guān)101上獲得零電壓。
如上所述，使繞組107上的電壓Vw增加可通過使用輔助繞組108來實現(xiàn)，輔助繞組108與電感112、輔助開關(guān)102及電容106相串聯(lián)。繞組107及108磁耦合在一起并形成變壓器128。二極管103與輔助開關(guān)102相并聯(lián)，并用于將來自輔助繞組108的能量存儲到電容106中。二極管103可以是MOSFET開關(guān)102的固有二極管或是與開關(guān)102并聯(lián)的分立二極管。
通過控制電路136使輔助開關(guān)102正好在主功率開關(guān)101導(dǎo)通前導(dǎo)通。電感112提供了使能量從電容106通過繞組107、108轉(zhuǎn)移到放電電容105的一個無損耗途徑。并且，當(dāng)開關(guān)102導(dǎo)通時，電感112提供零電流開關(guān)特性。換言之，當(dāng)輔助開關(guān)102導(dǎo)通時，電感112保證起初無電流流過開關(guān)102。通過開關(guān)102及電感112的電流然后從零線性上升(應(yīng)注意，電感112的電感通常選擇成能保證通過電感112的電流將在開關(guān)102導(dǎo)通前到零)。因此，與開關(guān)102的導(dǎo)通有關(guān)的將是非常小的能耗。
因為與繞組107相比，繞組108通常具有較少的匝數(shù)，因此使與開關(guān)102的導(dǎo)通有關(guān)的功耗減到最小，并因此使開關(guān)102上的電壓比繞組108具有多匝數(shù)時的電壓更小。
圖3表示開關(guān)101及102的導(dǎo)通時間時序圖及相應(yīng)的電壓和電流波形。波形W-11表示開關(guān)102的導(dǎo)通時間(它也是對于下述圖2B和2C的實施例中的開關(guān)202及302的導(dǎo)通時間)；波形W-12表示開關(guān)101(及下述的開關(guān)201和301)的導(dǎo)通時間；波形W-13表示流經(jīng)輔助繞組108(及208和308)的電流；波形W-14表示開關(guān)101(及201和301)上的電壓；及波形W-15表示繞組108(及208和308)上的電壓。
當(dāng)開關(guān)102導(dǎo)通時，電容106上的電壓驅(qū)使電流在方向B上通過電感112及輔助繞組108。如果繞組107帶有電流(例如在方向C上)，則輔助繞組108的安匝數(shù)增加到等于繞組107的安匝數(shù)；這將使變壓器128的磁元件消磁并關(guān)斷二極管109。對于該狀態(tài)的周期在圖3中以t1表示。在周期t1中，主功率開關(guān)101上的電壓Vs及繞組107上的電壓Vw保持不變。根據(jù)式1建立的極性規(guī)則，繞組107上的電壓將是負(fù)的。
在周期t1結(jié)束時，變壓器128的磁元件已被流過輔助繞組108的電流消磁，及繞組107上的電壓開始反向。繞組107上電壓變化以由電容105和電感112確定的頻率諧振。繞組107上可獲得的最大電壓Vm由下式確定Vm=2VzNlNzLmLm+Lz]]>(式2)式中Vz是電容106上的電壓，Nl是繞組107的匝數(shù)，Nz是繞組108的匝數(shù)，Lz是電感112的電感及Lm是繞組108的磁化電感。假定電容106的值足夠大，以維持一個開關(guān)周期上基本恒定的電壓。通過選擇繞組107對繞組108的匝數(shù)比及電感Lz，在開關(guān)101導(dǎo)通前可獲得主功率開關(guān)101上的零電壓條件。
在t1結(jié)束時和主功率開關(guān)101導(dǎo)通時之間的周期被確定為圖3中所示的t2。在周期t2期間，主功率開關(guān)101上的電壓Vs諧振，并最好在接近諧振電壓波形的最小電壓點上使開關(guān)101導(dǎo)通。
可以這樣設(shè)計變換器100，即使得電壓Vw具有大于供電電壓Vi的最大值。在此情況下，開關(guān)101上的電壓將變成負(fù)值并被二極管104嵌位在大約-O.7V。在開關(guān)101上的電壓為-0.7V后，主功率開關(guān)101可以導(dǎo)通，并將產(chǎn)生基本零電壓的轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)指出，在開關(guān)101導(dǎo)通前不一定要迫使開關(guān)101上的電壓降到-0.7V。在開關(guān)轉(zhuǎn)換前開關(guān)101上電壓的任何顯著降低將會減少開關(guān)中的損耗。
開關(guān)損耗的減小是在周期t2期間實現(xiàn)的。在周期t3、t4及t5期間，流過電感112的電流下降并改變方向，以便將能量再存儲到電容106中。在周期t3期間，主功率開關(guān)101導(dǎo)通，及繞組107及108上的電壓由輸入電壓Vi確定。由于電容106的部分放電，繞組108上的電壓將大于電容106上的電壓，由此使流過電感112的電流逐漸下降到零。在周期t4期間，流過電感112的電流反向；此時，能量開始從繞組107轉(zhuǎn)移到繞組108，以對電容106再充電。在周期t4期間輔助開關(guān)102可被關(guān)斷，這時二極管103為反向流過電容106的電流提供通路。在周期t5開始時，主功率開關(guān)101被關(guān)斷，及繞組107和108上的電壓將反向。這將使電感112上的電壓反向并迫使流入電感112的電流快速地下降到零。二極管103現(xiàn)在被阻斷，流過電感112的電流停止，直到輔助開關(guān)102再導(dǎo)通為止。第二非隔離式實施例圖2B表示反極性變換器的概要電路圖。在圖2B中，當(dāng)主功率開關(guān)201導(dǎo)通時，電流從輸入電壓源220、開關(guān)201及電感繞組207流入負(fù)載224。在該時間周期中，感性能量存儲在繞組207中。當(dāng)開關(guān)201開斷時，電流將在包括繞組207、負(fù)載224及二極管209的環(huán)路中流通，將能量從繞組207釋放給負(fù)載224。然后，主功率開關(guān)201再次導(dǎo)通。為了減小當(dāng)開關(guān)201導(dǎo)通時引起的開關(guān)損耗，使用了包括繞組208、電感212、開關(guān)202及電容206的電路，以使得在開關(guān)201導(dǎo)通前寄生電容205放電。
可使用輸入電壓Vi、輸出電壓Vo及繞組207上的電壓Vw并通過下式來計算開關(guān)201上的電壓Vs；Vs＝Vi-Vw-Vo (式3)。
式3表示，對于給定的輸入電壓Vi及輸出電壓Vo，主功率開關(guān)201上的電壓取決于繞組207上的電壓Vw。在開關(guān)過渡期間增加繞組207上的電壓Vw將減小開關(guān)201上的電壓Vs，并也減少功耗。通過將電壓Vw設(shè)計得大于或等于電壓Vi，可以在主功率開關(guān)201上獲得零電壓。
如上所述，使繞組207上的電壓Vw增加是使用輔助繞組208來實現(xiàn)的，該輔助繞組208與電感212、輔助開關(guān)202及電容206串聯(lián)。繞組207和208磁耦合在一起并形成變壓器228。二極管203與輔助開關(guān)202并聯(lián)，并用于將來自輔助繞組208的能量再存儲到電容206中。二極管203可以是MOSFET開關(guān)202的固有二管或與開關(guān)202并聯(lián)的分立二極管。
輔助開關(guān)202正好在主功率開關(guān)201導(dǎo)通前導(dǎo)通。電感212提供使能量從電容206轉(zhuǎn)移到放電電容205的一個無損耗途徑。并且，當(dāng)開關(guān)202導(dǎo)通時，電感212提供零電流開關(guān)特性。圖3表示開關(guān)201及202的導(dǎo)通時間時序圖及相應(yīng)的電壓和電流波形。
當(dāng)開關(guān)202導(dǎo)通時，電容206上的電壓驅(qū)使電流流入電感212及輔助繞組208。如果繞組207帶有電流，則輔助繞組208的安匝數(shù)增加到等于繞組207的安匝數(shù)；這將使變壓器228的磁元件消磁并關(guān)斷二極管209。對于該狀態(tài)的周期在圖3中以t1表示。在周期t1中，主功率開關(guān)201上的電壓及繞組207上的電壓Vw保持不變。根據(jù)式3建立的極性規(guī)則，繞組207上的電壓將是負(fù)的。
在周期t1結(jié)束時，變壓器228的磁元件已被流過輔助繞組208的電流消磁，及繞組207上的電壓Vw被反向。該電壓變化以由主功率開關(guān)201上的電容205和電感212確定的頻率諧振。繞組207上可獲得的最大電壓Vm由下式確定Vm=2VzNlNzLmLm+Lz]]>(式4)式中Vz是電容206上的電壓，Nl是繞組207的匝數(shù)，Nz是繞組208的匝數(shù)，Lz是電感212的電感，及Lm是繞組208的磁化電感。假定電容206的電容值足夠大，以維持一個開關(guān)周期上基本恒定的電壓。通過選擇繞組207對繞組208的匝數(shù)比及電感Lz，在開關(guān)201導(dǎo)通前可獲得主功率開關(guān)201上的零電壓條件。
在t1結(jié)束時和主功率開關(guān)201導(dǎo)通時之間的周期被確定為圖3中所示的t2。在周期t2期間，主功率開關(guān)201上的電壓諧振，并最好在接近諧振電壓波形的最小電壓點上使開關(guān)201導(dǎo)通。
可以這樣設(shè)計變換器200，即使得電壓Vw具有大于供電電壓Vi的最大值。在此情況下，開關(guān)201上的電壓將變成負(fù)值并被二極管204嵌位在大約-0.7V?？煽刂浦鞴β书_關(guān)201在該狀態(tài)后導(dǎo)通。應(yīng)當(dāng)指出，在開關(guān)201被導(dǎo)通前不一定要迫使開關(guān)201上的電壓降到-0.7V。在開關(guān)轉(zhuǎn)換前開關(guān)201上電壓的任何顯著降低將會減少開關(guān)201中的損耗。
開關(guān)損耗的減小是在周期t2期間實現(xiàn)的。在周期t3、t4及t5期間，流過電感212的電流下降并反向，以便將能量再存儲到電容206中。在周期t3期間，主功率開關(guān)201導(dǎo)通，及繞組207及208上的電壓由輸入電壓Vi確定。由于電容206的部分放電，繞組208上的電壓將大于電容206上的電壓，由此使流過電感212的電流逐漸下降到零。
在周期t4期間，流過電感212的電流反向；在此時，能量開始從繞組207轉(zhuǎn)移到208，以對電容206再充電。在周期t4期間，輔助開關(guān)202可關(guān)斷，這時二極管203為反向流過電容206的電流提供通路。在周期t5開始時，主功率開關(guān)201關(guān)斷，及繞組207和208上的電壓反向。這將使電感212上的電壓反向并迫使流入電感212的電流快速下降到零。二極管203現(xiàn)在被阻斷，流過電感212的電流停止，直到輔助開關(guān)202再導(dǎo)通為止。第三非隔離式實施例圖2C表示反極性升壓變換器的概要電路圖。在圖2C中，當(dāng)主功率開關(guān)301導(dǎo)通時，電流從輸入電壓源320流經(jīng)主功率開關(guān)301及感性繞組307，由此使能量存儲在感性繞組307中。當(dāng)開關(guān)301斷開時，電流流經(jīng)繞組307、負(fù)載324及二極管309，將能量從繞組307傳送給負(fù)載324。因此，主功率開關(guān)301再次導(dǎo)通。為了減小當(dāng)開關(guān)301導(dǎo)通時引起的開關(guān)損耗，使用了包括繞組308、開關(guān)302、電感312及電容306的電路，以使在開關(guān)301導(dǎo)通前電容305放電?？墒褂幂斎腚妷篤i及繞組307上的電壓Vw及通過下式來計算開關(guān)301上的電壓Vs
Vs＝Vi-Vw (式5)式5表示，對于給定的輸入電壓Vi，主功率開關(guān)301上的電壓取決于繞組307上的電壓Vw。增加電壓Vw使電壓Vs減小，由此在開關(guān)過渡期間減小了開關(guān)301上的電壓并也減小了功耗。通過將變換器300設(shè)計成使電壓Vw大于或等于電壓Vi，可以對主功率開關(guān)301獲得零電壓轉(zhuǎn)換。
如上所述，使繞組307上的電壓Vw增加是使用輔助繞組308來實現(xiàn)的，該輔助繞組308與電感312、輔助開關(guān)302及電容306相串聯(lián)。繞組307和繞組308磁耦合在一起并形成變壓器328。二極管303與輔助開關(guān)302并聯(lián)并用于將來自輔助繞組308的能量再存儲到電容306中。二極管303可以是MOSFET開關(guān)302的固有二極管或與開關(guān)302并聯(lián)的分立二極管。
輔助開關(guān)302正好在主功率開關(guān)301導(dǎo)通前導(dǎo)通。電感312提供使能量從電容306轉(zhuǎn)移到放電電容305的一個無損耗途徑。并且，當(dāng)開關(guān)302導(dǎo)通時，電感312提供零電流開關(guān)特性。圖3表示這些開關(guān)時序圖及相應(yīng)的電壓和電流波形。
當(dāng)開關(guān)302導(dǎo)通時，電容306上的電壓驅(qū)使電流流入電感312及輔助繞組308。如果繞組308帶有電流，則輔助繞組308的安匝數(shù)增加到等于繞組307的安匝數(shù)；這將使變壓器328消磁并關(guān)斷二極管309。對于該狀態(tài)的周期在圖3中以t1表示。在周期t1中，主功率開關(guān)301上的電壓Vs及繞組307上的電壓Vw保持不變。根據(jù)式5建立的極性規(guī)則，繞組307上的電壓將是負(fù)的。
在周期t1結(jié)束時，變壓器328的磁元件已被流過輔助繞組308的電流消磁，及繞組307上的電壓反向。該電壓變化以由主功率開關(guān)301上的電容305和電感312確定的頻率諧振。繞組307上可獲得的最大電壓Vm由下式確定Vm=2VzNlNzLmLm+Lz]]>(式6)式中Vz是電容306上的電壓，Nl是繞組307的匝數(shù)，Nz是繞組308的匝數(shù)，Lz是電感312的電感，及Lm是繞組308的磁化電感。假定電容306的電容值足夠大，以維持一個開關(guān)周期上基本恒定的電壓。通過選擇繞組307對繞組308的匝數(shù)比及電感Lz，在開關(guān)301導(dǎo)通前可獲得主功率開關(guān)301上的零電壓條件。
在t1結(jié)束時和主功率開關(guān)301導(dǎo)通時之間的周期被確定為圖3中所示的t2。在周期t2期間，主功率開關(guān)301上的電壓諧振，并最好在接近諧振電壓波形的最小電壓點上使開關(guān)301導(dǎo)通。
可以這樣設(shè)計變換器300，即使得電壓Vw具有大于供電電壓Vi的最大值。在此情況下，開關(guān)301上的電壓將變成負(fù)值并被二極管304嵌位在大約-0.7V。主功率開關(guān)301可在該狀態(tài)后導(dǎo)通，及將帶來基本零電壓的轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)指出，在開關(guān)301導(dǎo)通前不一定要迫使開關(guān)301上的電壓降到-0.7V。在開關(guān)轉(zhuǎn)換前開關(guān)301上電壓的任何顯著降低將會減小該開關(guān)中的損耗。
開關(guān)損耗的減小是在周期t2期間實現(xiàn)的。在周期t3、t4及t5期間，流過電感312的電流下降并反向，以便將能量再存儲到電容306中。在周期t3期間，主功率開關(guān)301導(dǎo)通，及繞組307及308上的電壓由輸入電壓Vi確定。由于電容306的部分放電，繞組308上的電壓將大于電容306上的電壓，由此使流過電感312的電流逐漸下降到零。
在周期t4期間，流過電感312的電流反向；在此時，能量開始從繞組307轉(zhuǎn)移到308，以對電容306再充電。在周期t4期間，輔助開關(guān)302可被關(guān)斷，這時二極管303為反向流過電容306的電流提供通路。在周期t5開始時，主功率開關(guān)301關(guān)斷，及繞組307和308上的電壓反向。這將使電感312上的電壓反向并迫使流入電感312的電流快速地下降到零。二極管303現(xiàn)在被阻斷，及流過電感312的電流停止，直到輔助開關(guān)302再導(dǎo)通為止。非隔離式實施例的總結(jié)圖2A、2B及2C的電路使用一電容(106、206或306)上的電壓來迫使電流流過一電感(112、212或312)及輔助繞組(108、208或308)，及該電流由主繞組(107、207或307)轉(zhuǎn)換以使主開關(guān)(101、201或301)上的電容放電。這就減小了主開關(guān)的開關(guān)損耗，這正是本發(fā)明的目的。
當(dāng)在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間能量從電容(106、206或306)釋放時，該電容必須被再充電，以便為下個開關(guān)周期提供能量。當(dāng)在開關(guān)導(dǎo)通時再充電的能量是由輔助繞組提供的，并流經(jīng)電感(112、212或312)及二極管(103、203或303)。
這種使主開關(guān)上的電容放電并獲得零電壓開關(guān)的方法不同于現(xiàn)有的ZVS電路。在現(xiàn)有技術(shù)中，用于ZVS的能量存儲在電感中，并且當(dāng)輔助開關(guān)關(guān)斷時啟動ZVS。在本發(fā)明中，用于ZVS的能量存儲在電容中，并且當(dāng)輔助開關(guān)導(dǎo)通時啟動ZVS。最后，在本發(fā)明中，輔助開關(guān)的導(dǎo)通時間允許與主開關(guān)的導(dǎo)通時間重疊，這能使設(shè)計變得容易。第一隔離式實施例主功率開關(guān)上寄生電容的放電可在另外型式的開關(guān)式變換器中實現(xiàn)。圖4A及4B表示隔離的回程及正程變換器，其中寄生電容被放電。這些變換器提供了下述的附加優(yōu)點。
圖4A表示隔離式回程變換器400的概要電路圖。在圖4A中，當(dāng)主開關(guān)401導(dǎo)通時，電流從輸入電壓源420流經(jīng)繞組407及開關(guān)201，由此將電感能量存儲在回程變壓器428中。當(dāng)開關(guān)401開斷時，預(yù)先存儲在變壓器428中的能量經(jīng)繞組415及二極管409釋放給負(fù)載424。然后，開關(guān)401導(dǎo)通并再將能量存儲在變壓器428中。
在開關(guān)401上存在以電容405模仿的寄生電容。在開關(guān)401導(dǎo)通前，包括繞組408、電容406、電感412及開關(guān)402的電路使電容405放電，由此減小開關(guān)損耗。在開關(guān)401上的電壓Vs可使用輸入電壓Vi及繞組407上的電壓Vw由下式來計算Vs＝Vi-Vw(式7)式7表示，對于給定的輸入電壓Vi，主功率開關(guān)401上的電壓Vs取決于繞組407上的電壓Vw。電壓Vw的增加將使電壓Vs減小，由此可減小開關(guān)過渡期間的電壓，并且也減小了功耗。通過將變換器400設(shè)計得使電壓Vw大于或等于電壓Vi，可在主功率開關(guān)401上獲得零電壓。
如上所述，使繞組407上電壓Vw增加可通過使用輔助繞組408來實現(xiàn)，該輔助繞組408與電感412、輔助開關(guān)402及電容406相串聯(lián)。繞組407及408磁耦合在一起并作為變壓器428的一部分。二極管413與輔助開關(guān)402串聯(lián)，并防止反向電流從輔助繞組408流過開關(guān)402的固有二極管。能量通過二極管403再存儲到電容406中，該二極管403與變壓器428的初級繞組407相連接。
輔助開關(guān)402正好在主功率開關(guān)401導(dǎo)通前導(dǎo)通。電感412提供了一個使能量從電容406轉(zhuǎn)移到放電電容405的無損耗途徑，二極管414提供了在開關(guān)402關(guān)斷后使電感412放電的路徑。
圖5表示開關(guān)導(dǎo)通時間的時序圖及相應(yīng)的電壓和電流波形圖。波形W-21表示開關(guān)402(及圖4B實施例中的開關(guān)502)的導(dǎo)通時間；波形W-22表示開關(guān)401(及501)的導(dǎo)通時間；波形W-23表示流過繞組408(及508)的電流；波形W-24表示流過二極管403(及503)的電流；及波形W-25表示開關(guān)401(及501)上的電壓。
當(dāng)開關(guān)402導(dǎo)通時，電容406上的電壓驅(qū)使電流流過電感412及輔助繞組408。如果繞組415帶有電流，則輔助繞組408的安匝數(shù)增加到等于繞組415的安匝數(shù)；這將使變壓器428消磁并關(guān)斷二極管409。對于該狀態(tài)的周期在圖5中以t1表示。在周期t1中，主功率開關(guān)401上的電壓及繞組407上的電壓保持不變。根據(jù)式7建立的極性規(guī)則，繞組407上的電壓將是負(fù)的。
在周期t1結(jié)束時，變壓器428已被流過輔助繞組408的電流消磁，及繞組407上的電壓開始反向。該電壓變化以由主功率開關(guān)401上的電容405和電感412確定的頻率諧振。繞組407上可獲得的最大電壓Vm由下式確定Vm=2VzNlNzLmLm+Lz]]>(式8)式中Vz是電容406上的電壓，Nl是繞組407的匝數(shù)，Nz是繞組408的匝數(shù)，Lz是電感412的電感及Lm是輔助繞組408的磁化電感。假定電容406的電容值足夠大，以維持一個開關(guān)周期上基本恒定的電壓。通過選擇繞組407對繞組408的匝數(shù)比及電感Lz，在開關(guān)401導(dǎo)通前可獲得主功率開關(guān)401上的零電壓條件。
在t1結(jié)束時和主功率開關(guān)401導(dǎo)通時之間的周期被確定為圖5中所示的周期t2。在周期t2期間，主功率開關(guān)401上的電壓諧振，并最好在接近諧振電壓波形的最小點上使開關(guān)401導(dǎo)通。
可這樣設(shè)計變換器400，即使得電壓Vw具有大于供電電壓Vi的最大值。在此情況下，開關(guān)401上的電壓將變成負(fù)值，并被二極管404嵌位在大約-0.7V。在此狀態(tài)后主功率開關(guān)可以導(dǎo)通，并將帶來基本零電壓的轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)指出，在開關(guān)401被導(dǎo)通前不一定要迫使開關(guān)401上的電壓降到0.7V。在開關(guān)轉(zhuǎn)換前開關(guān)401上電壓的任何顯著降低將會減小開關(guān)中的損耗。開關(guān)損耗的減小是在周期t2期間實現(xiàn)的。
在周期t3期間，流過電感412的電流減小，而其余的能量被轉(zhuǎn)移到變壓器428。在主開關(guān)401關(guān)斷前的任何時刻都可關(guān)斷開關(guān)402。在開關(guān)402關(guān)斷后，二極管414為來自電感412的電流提供通路。為了迫使二極管414導(dǎo)通，電感412上的電壓必須大大增加，這將引起電流快速下降到零。
在周期t4期間，沒有電流流過二極管403、413、414、電感412或輔助繞組408，該電路將作為傳統(tǒng)的回程式變換器工作。
在周期t5開始時，主功率開關(guān)401關(guān)斷，及經(jīng)過繞組407的電壓反向。在主功率開關(guān)401導(dǎo)通期間存儲在繞組407中的磁化電感中的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載424(經(jīng)過次級繞組415及二極管409)并也轉(zhuǎn)移到電容406(經(jīng)過二極管403)。通過二極管403流到電容406的電流再存儲在上一開關(guān)周期中已用于零電壓開關(guān)的能量。
此外，電容406吸收從繞組407泄漏的能量并消除現(xiàn)有技術(shù)的回程式功率變換器中典型的高壓尖脈沖。因為繞組407的漏電感阻止電流瞬時轉(zhuǎn)移到次級繞組415而產(chǎn)生該尖脈沖，所以充電電容406提供了電流路徑，直到在次級繞組415中建立電流為止。存儲在電容406中的能量為下一開關(guān)周期的零電壓轉(zhuǎn)換提供了所需的能量。
因為在電感412中的剩余能量是通過繞組407和408放電的，該能量轉(zhuǎn)移給變壓器428，并且當(dāng)主功率開關(guān)401關(guān)斷時該能量可以隨后轉(zhuǎn)移給輸出。這提供了附加的效率及使該新電路區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的回程變換器。第二隔離式實施例圖4B表示隔離式正程變換器的概要電路圖。在圖4B中，當(dāng)主功率開關(guān)501導(dǎo)通時，電流從輸入電壓源520流經(jīng)繞組507和開關(guān)501。這引起能量通過次級繞組515經(jīng)由濾波電路(包括二極管509和514、電感516及電容510)供給負(fù)載524。
然后，開關(guān)501關(guān)斷。在開關(guān)501上存在寄生電容(模仿成電容505)。在開關(guān)501導(dǎo)通前，使用包括繞組508、電容506、電感512及開關(guān)502的電路來使電容505放電，由此減小開關(guān)損耗。在開關(guān)501上的電壓Vs可使用輸入電壓Vi及繞組507上的電壓Vw由下式來計算Vs＝Vi-Vw(式9)式9表示，對于給定的輸入電壓Vi，主功率開關(guān)501上的電壓Vs依賴于繞組507上的電壓Vw。電壓Vw的增加將使電壓Vs減小，由此減小開關(guān)過渡時期的電壓并且也減小了功耗。通過將變換器500設(shè)計得使電壓Vw大于或等于電壓Vi，可在開關(guān)期間在主功率開關(guān)501上獲得零電壓。
如上所述，使繞組507上的電壓Vm增加可使用輔助繞組508來實現(xiàn)，該輔助繞組508與電感512、輔助開關(guān)502及電容506相串聯(lián)。繞組507及508和次級繞組515磁耦合在一起并形成變壓器528。二極管513與輔助開關(guān)502串聯(lián)，并防止反向電流從輔助繞組508流過開關(guān)502的固有二極管。能量通過二極管503再存儲到電容506中，該二極管503與變壓器528的初級繞組507相連接。
輔助開關(guān)502正好在主功率開關(guān)501導(dǎo)通前導(dǎo)通。電感512提供了一個使能量從電容506轉(zhuǎn)移到放電電容505的無損耗途徑，二極管514提供了在開關(guān)502關(guān)斷后使電感512放電的途徑。并且，類似于電感112、212、312及412，電感512允許開關(guān)502的零電流轉(zhuǎn)換，由此減小與開關(guān)502導(dǎo)通有關(guān)的能量損耗。還可通過使繞組508的匝數(shù)少于繞組507的匝數(shù)來進一步減小能量損耗(通常，繞組108、208、308及408的匝數(shù)小于繞組107、207、307及407的匝數(shù)，以分別減小與開關(guān)102、202、302、402相關(guān)的能耗)。
圖5表示開關(guān)501及502的導(dǎo)通時間的時序圖及相應(yīng)的電壓和電流波形。當(dāng)開關(guān)502導(dǎo)通時，電容506上的電壓驅(qū)使斜波(ramping)電流流入電感512及輔助繞組508。該電流開始磁化變壓器528，該變壓器528已在主功率開關(guān)501關(guān)斷后消磁。輔助繞組508的安匝數(shù)增加并等于繞組515的安匝數(shù)。流過繞組508的斜波電流將逐漸代替流過二極管514的電流，最后迫使二極管514關(guān)斷及二極管509導(dǎo)通。對于該狀態(tài)的周期在圖5中以t1表示。在周期t1期間，繞組507上的電壓保持在接近于零。
在周期t1后，在繞組507上開始上升正電壓。該電壓變化以由主功率開關(guān)501上的電容505及電感512確定的頻率諧振。繞組507上的最大電壓Vm由下式確定Vm=2VzNlNzLmLm+Lz]]>(式10)式中Vz是電容506上的電壓，Nl是繞組507的匝數(shù)，Nz是繞組508的匝數(shù)，Lz是電感512的電感，及Lm是輔助繞組508的磁化電感。假定電容506的電容量足夠大，以維持一個開關(guān)周期上基本恒定的電壓。通過選擇繞組507對繞組508的匝數(shù)比及電感Lz，在開關(guān)501導(dǎo)通前可獲得主功率開關(guān)501上的零電壓條件。
在t1結(jié)束時和主功率開關(guān)501導(dǎo)通時之間的周期被確定為圖3中所示的t2。在周期t2期間，主功率開關(guān)501上的電壓諧振，并最好在接近諧振電壓波形的最小點上使開關(guān)501導(dǎo)通。
可以這樣設(shè)計變換器500，即使得電壓Vw具有大于供電電壓Vi的最大值。在此情況下，開關(guān)501上的電壓變成負(fù)值，并被二極管504嵌位在大約-0.7V。在此狀態(tài)后，主功率開關(guān)501可以導(dǎo)通，并帶來零電壓轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)指出，在開關(guān)501導(dǎo)通前不必迫使開關(guān)501上的電壓降到-0.7V。在該開關(guān)轉(zhuǎn)換前開關(guān)501上電壓的任何顯著降低將會減小開關(guān)中的損耗。開關(guān)損耗的減小是在周期t2期間實現(xiàn)的。
在周期t3期間，流過電感512的電流減小，而其余的能量被轉(zhuǎn)移到變壓器528。在主開關(guān)501關(guān)斷前的任何時刻都可關(guān)斷開關(guān)502。在開關(guān)502關(guān)斷后，二極管514為來自電感512的電流提供通路。為了迫使二極管514導(dǎo)通，電感512上的電壓必須大大增加，這將引起電感512上的電流快速下降到零。
在周期t4期間，沒有電流流過二極管503、513、514、電感512或輔助繞組508，該電路將作為傳統(tǒng)的正程式變換器工作。
在周期t5開始時，主功率開關(guān)501關(guān)斷，及經(jīng)過繞組507的電壓反向。在主功率開關(guān)501導(dǎo)通期間存儲在繞組507的磁化電感中的能量不能轉(zhuǎn)移到輸出，但能轉(zhuǎn)移到電容506。通過二極管503的電流流到電容506中，并再存儲在上一開關(guān)周期中已用于零電壓開關(guān)的能量。
這種磁化能量從繞組507的轉(zhuǎn)移消除了現(xiàn)有技術(shù)的正程式功率變換器中典型的高壓尖脈沖。該尖脈沖是因為在開關(guān)501導(dǎo)通期間存儲在繞組507中的磁化能量快速地對開關(guān)501上的電容505充電到一高值引起的。抽入到電容506的磁化能量為下次開關(guān)周期的零電壓轉(zhuǎn)換提供了所需能量。
圖4A及4B的電路的一個重要特征是，電容406及506以不同于圖2A至2C的方式充電。具體講，當(dāng)主功率開關(guān)401、501關(guān)斷時，電容406及506被充電，及電容406、506分別從初級繞組407、507吸收泄漏的能量。于是，泄漏的能量將被再循環(huán)，以允許主功率開關(guān)401、501的ZVS。
相反地，在圖2A至2C的實施例中，當(dāng)主功率開關(guān)101、201、301導(dǎo)通時電容106、206、306被充電，及能量經(jīng)輔助繞組108、208、308被抽入電容106、206、306。例1使用圖4的回程式電路構(gòu)成了一個實際的電路。對于各種元件的值選擇如下電感412-25微亨(μH)N1-24匝N2-8匝Nz-12匝電容406-0.01微法(μF)電容410-3個220μF的電容輔助開關(guān)402-部件號IRF820，由國際整流器公司制造。
主功率開關(guān)401-部件號IRF840，由國際整流器公司制造。
二極管403、413、414-部件號BYV26E，由菲利浦公司制造。
二極管409-部件號MBR20200，由摩托羅拉公司制造。
開關(guān)402的關(guān)斷時間-200ns開關(guān)頻率-120KHz輸出電壓-18V輸出電流-2.23A輸出功率-40WN2是輸出繞組415的匝數(shù)。圖6表示變換器的效率與輸入電壓Vi的關(guān)系。對于40W的負(fù)載，該電路能達(dá)到接近90％的效率。
圖7概要地表示用于驅(qū)動用來產(chǎn)生圖6中數(shù)據(jù)的電路中的開關(guān)的控制電路。主控制電路是Unitrode公司出售的器件UC 3842。圖8表示該電路各節(jié)點上的電壓波形。在圖8中，波形W-30是在UC 3842(電路650)的一個端子6上產(chǎn)生的電壓；波形W-31是引線652及654上的電壓，它驅(qū)動開關(guān)402；及波形W-32是引線656上的電壓，它驅(qū)動開關(guān)401。例2圖9A是根據(jù)本發(fā)明的一個電源的詳細(xì)電路圖。在圖9A中，主功率開關(guān)是晶體三極管701，它連接在變壓器728的主繞組707上。開關(guān)708的寄生電容及本體二極管未明顯表示出。繞組708是輔助繞組，它執(zhí)行類似以上討論的繞組108至508的功能。相似地，結(jié)構(gòu)部件702至728類似于標(biāo)號部件102至128，202至228，等等。但是電容706實際為兩個電容706a、706b。
輸入電壓以Vi表示。圖9A中的另外組成如下750輸出濾波電路
752用于控制主開關(guān)701的控制電路(包括標(biāo)號為754的Unitrode 3842控制電路)756輸出電壓反饋電路758過電壓及過功率保護電路760接收AC(交流)電壓的輸入端子762a、762bEMI濾波器764保險絲766限流熱敏電阻768輔助開關(guān)702的控制電路圖9B表示在開關(guān)702閉合后但在開關(guān)701閉合前通過電路700的電流(路徑A)。
路徑B(圖9C)是在開關(guān)701閉合后通過電路700的電流通路。
路徑C(圖9D)是在開關(guān)701開斷后的電流通路。該電流用于對電容706a、706b再充電。例3圖10表示包括功率因數(shù)校正電路及本發(fā)明允許零電壓轉(zhuǎn)換的電路的電路圖。在圖10中，主功率開關(guān)的標(biāo)號為801。并且，在圖10中未表示出開關(guān)801上的寄生電容及本體二極管。繞組807a、807b實際用于兩個功能，其中一個功能是用作用于接收功率的初級繞組，該功率將要傳送到變壓器828的次級繞組。繞組807a、807b的第二個功能將討論如下。
圖10中的結(jié)構(gòu)是根據(jù)如圖1至5的同一標(biāo)號規(guī)則加以標(biāo)號的。應(yīng)該指出，使用了兩個二極管813a、813b來代替一個二極管。
圖10中的電路包括類似于美國專利5,600,546、5,652,700以及美國專利申請08/721,497中所述的功率因數(shù)校正電路，專利5,600,546授權(quán)于HO等人，專利5,652,700授權(quán)于Tsai等人，專利申請08/721,497的申請人是Poon等人，在此所包含的每個專利作為參考。繞組807a、807b也執(zhí)行上述08/721,497申請中繞組W1及W2的功能。二極管831相應(yīng)于08/721,497中的二極管D5。電容852相應(yīng)于08/721,497中的電容C1。電感833相應(yīng)于08/721,497中的電感L1。整流橋835相應(yīng)于08/721,497中的二極管橋D1至D4。圖10中另外的組成包括
850輸出濾波電路852控制主開關(guān)801的控制電路(包括標(biāo)號為854的Unitrode 3842控制電路)856輸出電壓反饋電路858過電壓保護電路860接收AC電壓的輸入端子862a，862bEMI濾波器864保險絲866限流熱敏電阻868輔助開關(guān)802的控制電路870主開關(guān)801的關(guān)斷緩沖電路872電容806的旁路電阻874對控制電路852供電的電源繞組如上所述，開關(guān)801是主功率開關(guān)。包括開關(guān)802、電感812及電容806的電路與繞組808相連接，以保證在開關(guān)801導(dǎo)通前開關(guān)801上的寄生電容被放電。
圖10的電路在端子860上接收AC電壓波形。包括二極管CR10至CR13的二極管橋?qū)υ摬ㄐ芜M行整流。包括電感833、二極管831、繞組807a及807b、電容832及開關(guān)801的電路能以如下四個方式中的一個方式工作1.當(dāng)導(dǎo)線880上的電壓足夠高，及開關(guān)801閉合時，電流流過電感833、二極管831、繞組807b及開關(guān)801(同時，電流從電容832流經(jīng)繞組807a和807b及開關(guān)801)。這引起能量存儲在變壓器828中。
2.當(dāng)導(dǎo)線880上的電壓足夠高，及開關(guān)801斷開時，電流通過電感833、二極管831、繞組807a流入電容832。同時，預(yù)先存儲在變壓器828中的能量被轉(zhuǎn)移到次級繞組。
3.當(dāng)導(dǎo)線880上的電壓不足夠高，及開關(guān)801閉合時，電流從電容832流過繞組807a及807b和開關(guān)801。以此方式，當(dāng)不能從變換器輸入電流獲得足夠能量時，預(yù)先存儲在電容832中的能量被轉(zhuǎn)移到變壓器828。
4.當(dāng)導(dǎo)線880上的電壓不足夠高，及開關(guān)801斷開時，電流不流過繞組807a、807b、電容832、電感833或二極管831。
關(guān)于這些電路元件的更詳細(xì)情況描述在08/721,497的申請中，其中包括流過其中的各個電流路徑。重要的是，電感833、二極管831、繞組807a及807b和電容832減小輸入電流波形的諧波成分并提供功率因數(shù)的校正。
雖然本發(fā)明是針對具體的實施例描述的，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對其形式和細(xì)節(jié)可作出各種變化。例如，可對變換器連接不同的濾波電路來產(chǎn)生DC輸出電壓。可以使用不同種類的開關(guān)(如FETs，雙極性晶體管、或SCRs)。電感112、212、312、412、512、712和812可與變壓器128、228、328、428、528、728和828作成一體(這可通過分別使用繞組108、208、308、408、508、708、808及繞組107、207、307、407、 507、707、807之間的漏電感作為電感112、212、312、412、512、712、812來實現(xiàn))。本發(fā)明可用于另外的電路布局，例如全橋或半橋式變換器(這通常涉及使用兩組輔助繞組、電感、電容及開關(guān)，以允許正、負(fù)開關(guān)周期的ZVS)。根據(jù)本發(fā)明的正程及回程變換器可以具有一個或多個輸出繞組。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員還可以理解，串聯(lián)的各元件的連接次序可以改變，而不會改變電路的工作。僅作為一個例子，可以將電容106連接在電感112及開關(guān)102之間(見圖2A)，該電路與將電容106連接在開關(guān)102和繞組108之間的情況相同地工作。類似地，二極管413可連接在包括繞組408、電感412及開關(guān)402(圖4A)的串聯(lián)環(huán)路中的其它地方。類似地，二極管513可連接在包括繞組508、電感512及開關(guān)502(圖4B)的串聯(lián)環(huán)路中的其它地方。并且，各種電容及電感可以是寄生電容及電感。因此，所有這些變化包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種電路，包括第一開關(guān)，它具有與其相連接的寄生電容；第一繞組，它與所述第一開關(guān)相串聯(lián)；第二繞組，它與所述第一繞組磁耦合；與所述第二繞組相連接的裝置，用于對所述第二繞組提供電流，以使通過所述第二繞組的電流促使電流流過所述第一繞組，以便在所述第一開關(guān)閉合前消除所述寄生電容的電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中與所述第二繞組相連接的所述裝置包括一個電容，及與所述電容及所述第二繞組相串聯(lián)的第二開關(guān)；其中當(dāng)所述第二開關(guān)閉合時，存儲在所述電容中的能量引起電流流過所述第二繞組，這又引起電流流過所述第一繞組，接著又引起在所述第一開關(guān)導(dǎo)通前使電荷移出所述寄生電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，還包括與所述第二開關(guān)、所述第二繞組及所述電容相串聯(lián)的電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路是升壓式變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路是反極性變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路是反極性升壓變換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路是正程式變換器，及所述第一和第二繞組是變壓器的一部分，所述變壓器包括第三繞組，用于向負(fù)載提供功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電路是回程式變換器，所述第一及第二繞組是回程變壓器的一部分，所述回程變壓器包括第三繞組，用于向負(fù)載提供功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述第一繞組的第一引線與第一輸入端子連接，所述第一繞組的第二引線與所述第一開關(guān)的第一引線相連接，所述第一開關(guān)的第二引線與第二輸入端子相連接，輸入電壓施加在所述第一及第二輸入端子上，及所述電容、第二開關(guān)及電感與所述第二繞組相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中第一個二極管連接在所述第一繞組的所述第二引線及所述電容的一個端子之間，以使得當(dāng)所述第一開關(guān)斷開時，來自所述第一繞組的電流能對所述電容充電；第二個二極管與所述第二開關(guān)串聯(lián)，以使得電流僅能在一個方向上流過所述第二開關(guān)；及第三個二極管連接在所述第二輸入端子及所述電感之間，以使得當(dāng)所述第二開關(guān)關(guān)斷時，來自所述第二輸入端子的電流能經(jīng)過所述第三個二極管、所述電感流入所述第二繞組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一及第二繞組是變壓器的一部分，所述變壓器具有一第三繞組；及其中與所述第二繞組連接的所述裝置包括第一電容；及與所述第一電容及所述第二繞組串聯(lián)的第二開關(guān)，其中當(dāng)所述第二開關(guān)閉合時，存儲在所述電容中的能量引起電流流過所述第二繞組，這又引起電流流過所述第一繞組，并接著在所述第一開關(guān)導(dǎo)通前使電荷移出所述寄生電容，所述電路還包括第一及第二功率輸入端子，用于接收功率；第一電感；第一個二極管，它與所述第一電感、所述第一繞組及所述功率開關(guān)相串聯(lián)，所述功率開關(guān)是在所述第一和第二功率輸入端子之間；第二電容，它與所述第三繞組相串聯(lián)，所述第三繞組與所述第一繞組相連接，由此所述第一個二極管、第二電容、第一繞組及第三繞組協(xié)同工作，以減小所述電路的輸入電流中的諧波。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述變壓器包括第四繞組，用于提供輸出電壓波形；及濾波電路，它與所述第四繞組相連接，用于響應(yīng)所述輸出電壓波形而提供DC輸出電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，還包括一個二極管橋，用于接收AC波形，對所述AC波形整流，及將所述整流的AC波形提供給所述第一和第二功率輸出端子。
14.一種使開關(guān)上的寄生電容放電的方法，所述開關(guān)與第一繞組相串聯(lián)，所述第一繞組與第二繞組磁耦合，所述方法包括以下步驟使電流流過所述第二繞組；流過所述第二繞組的所述電流引起電流流過所述第一繞組，所述第一繞組中的所述電流使電荷移出所述寄生電容并減小所述寄生電容上的電壓；及在所述寄生電容上的電壓下降后閉合所述開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述使電流流過所述第二繞組的步驟包括將一電容連接到所述第二繞組，所述電容具有存儲在其上的電荷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中一個二極管連接在所述開關(guān)上，流過所述第二繞組的電流引起所述二極管在所述開關(guān)閉合前導(dǎo)通。
全文摘要
一種開關(guān)式功率變換器通過使用輔助開關(guān)、電容、輔助繞組及電感經(jīng)過零電壓開關(guān)(ZVS)來實現(xiàn)高效率。該技術(shù)可應(yīng)用于升壓、反極性升壓、反極性、隔離正程或隔離回程式變換器。所述輔助開關(guān)在主功率開關(guān)導(dǎo)通前導(dǎo)通,及該電容提供電壓并激勵電感及迫使電流流過輔助繞組。該電流被主繞組變換,并在主開關(guān)導(dǎo)通前使主功率開關(guān)上的電容放電到零電壓。因此獲得ZVS并大大地減小主功率開關(guān)的開關(guān)損耗。
文檔編號H02M1/34GK1200594SQ9810517
公開日1998年12月2日 申請日期1998年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月5日
發(fā)明者潘毅杰 申請人:計算機產(chǎn)品公司