直流/直流轉(zhuǎn)換器、輸出電路以及電能傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直流/直流轉(zhuǎn)換器、輸出電路以及電能傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1所示為現(xiàn)有的基于變壓器的直流/直流轉(zhuǎn)換器100的電路示意圖。直流/直流轉(zhuǎn)換器100包括開(kāi)關(guān)電路102、變壓器Tl和整流電路104。開(kāi)關(guān)電路102控制變壓器Tl的初級(jí)繞組Pl和電源供應(yīng)端VIN之間的連接，從而控制初級(jí)繞組Pl到次級(jí)繞組SI的能量傳輸。整流電路104對(duì)次級(jí)繞組SI上的電壓進(jìn)行整流從而在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)LX處產(chǎn)生整流信號(hào)。
[0003]次級(jí)繞組SI中的寄生電容Cpaka和電感L ^?構(gòu)成諧振電路。該諧振電路在次級(jí)繞組SI上會(huì)產(chǎn)生振鈴電壓(voltage ringing)。如果初級(jí)繞組Pl上的功率發(fā)生突變(例如，在開(kāi)關(guān)電路102將初級(jí)繞組Pl連接至電源供應(yīng)端VIN的時(shí)刻)，振鈴電壓的振幅會(huì)相當(dāng)高。高振鈴電壓會(huì)經(jīng)過(guò)整流電路104到達(dá)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)LX。因此，如圖2所示，直流/直流轉(zhuǎn)換器100在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期都會(huì)在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)LX處產(chǎn)生高振鈴電壓202，這會(huì)對(duì)整流電路104和/或相關(guān)電路產(chǎn)生不良影響。相關(guān)電路，例如可以是輸出電感L1、輸出電容Qm以及與輸出端VOUT相連的負(fù)載(圖1未示出)。
[0004]現(xiàn)有解決上述問(wèn)題的方法包括使用無(wú)源緩沖器，比如包含有電阻和電容元件的無(wú)源緩沖器來(lái)對(duì)高振鈴電壓分流或?yàn)V波，將其降至零。然而，無(wú)源緩沖器會(huì)消耗相當(dāng)高的電能，從而降低直流/直流轉(zhuǎn)換器100的功率轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種直流/直流轉(zhuǎn)換器、輸出電路及電能傳輸方法，能夠減小電能傳輸時(shí)的能耗，同時(shí)提高電能傳輸?shù)男阅堋?br>[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電路。該輸出電路包括:整流電路，用于在輸出節(jié)點(diǎn)輸出整流信號(hào)，所述整流信號(hào)包括有上升沿和下降沿；與所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合的能量存儲(chǔ)組件；與所述能量存儲(chǔ)組件耦合的可控通路，當(dāng)所述可控通路的電壓降大于電壓閾值時(shí)，所述可控通路導(dǎo)通，所述可控通路還響應(yīng)于導(dǎo)通信號(hào)而導(dǎo)通；以及與所述可控通路相連的控制電路，所述控制電路在所述整流信號(hào)的上升沿產(chǎn)生后生成所述導(dǎo)通信號(hào)，在所述導(dǎo)通信號(hào)生成時(shí)刻起的預(yù)設(shè)時(shí)間間隔之后并且在所述整流信號(hào)的下降沿產(chǎn)生之前終斷所述導(dǎo)通信號(hào)。
[0007]本發(fā)明還提供了一種電能傳輸方法。該電能傳輸方法包括:在輸出節(jié)點(diǎn)輸出包括上升沿和下降沿的整流信號(hào)，所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合于能量存儲(chǔ)組件；當(dāng)可控通路的電壓降大于電壓閾值時(shí)，導(dǎo)通所述可控通路，所述可控通路與所述能量存儲(chǔ)組件耦合；響應(yīng)于導(dǎo)通信號(hào)，導(dǎo)通所述可控通路；在所述整流信號(hào)的上升沿產(chǎn)生后生成所述導(dǎo)通信號(hào)；以及在所述導(dǎo)通信號(hào)生成時(shí)刻起的預(yù)設(shè)時(shí)間間隔之后并且在所述整流信號(hào)的下降沿產(chǎn)生之前，終斷所述導(dǎo)通信號(hào)。
[0008]本發(fā)明又提供了一直流/直流轉(zhuǎn)換器。該直流/直流轉(zhuǎn)換器包括:變壓器，其具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)；與所述變壓器耦合的整流電路，用于根據(jù)所述變壓器的狀態(tài)在輸出節(jié)點(diǎn)輸出整流信號(hào)；與所述輸出節(jié)點(diǎn)耦合的能量存儲(chǔ)組件；與所述能量存儲(chǔ)組件耦合的可控通路，當(dāng)所述可控通路的電壓降大于電壓閾值時(shí)，所述可控通路導(dǎo)通，所述可控通路還響應(yīng)于導(dǎo)通信號(hào)而導(dǎo)通；以及與所述變壓器相連的控制電路，所述控制電路在所述變壓器進(jìn)入所述第一狀態(tài)之后生成所述導(dǎo)通信號(hào)，在所述導(dǎo)通信號(hào)生成時(shí)刻起的預(yù)設(shè)時(shí)間間隔之后并且在所述變壓器進(jìn)入所述第二狀態(tài)之前終斷所述導(dǎo)通信號(hào)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)采用本發(fā)明的直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電路、電能傳輸方法及直流/直流轉(zhuǎn)換器，可以提高直流/直流轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，以及消除直流/直流轉(zhuǎn)換器輸出電路所產(chǎn)生的振鈴電壓的缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]以下通過(guò)對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0011]圖1所示為現(xiàn)有的基于變壓器的直流/直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；
[0012]圖2所示為圖1中直流/直流轉(zhuǎn)換器在輸出端的高振鈴電壓的示意圖；
[0013]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器的方框示意圖；
[0014]圖4A、圖4B以及圖4C所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中直流/直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)有源緩沖器的電路示意圖；
[0015]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生或接收的信號(hào)的波形示意圖；
[0016]圖6A所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)控制電路的方框示意圖；
[0017]圖6B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)控制電路的電路示意圖；
[0018]圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制電路產(chǎn)生或接收的信號(hào)的波形示意圖；
[0019]圖8A、圖8B、圖8C和圖8D所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器的電路不意圖；
[0020]圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電能傳輸方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本發(fā)明通過(guò)這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說(shuō)明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。
[0022]另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì)于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0023]本發(fā)明提供了一種直流/直流轉(zhuǎn)換器，可以避免在其輸出端產(chǎn)生高振鈴電壓。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，直流/直流轉(zhuǎn)換器通過(guò)使用有源緩沖器從高振鈴電壓所釋放的能量中吸收和存儲(chǔ)該能量，繼而降低振鈴電壓的振幅，從而保護(hù)直流/直流轉(zhuǎn)換器避免出現(xiàn)【背景技術(shù)】部分描述的現(xiàn)有的直流/直流轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的缺陷。有源緩沖器還可以釋放所存儲(chǔ)的能量讓直流/直流轉(zhuǎn)換器回收，從而減小能量損耗。與現(xiàn)有的使用無(wú)源緩沖器的直流/直流轉(zhuǎn)換器相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采用有源緩沖器的直流/直流轉(zhuǎn)換器消耗的功率更小，這樣提高了直流/直流轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。
[0024]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流/直流轉(zhuǎn)換器300的方框示意圖。直流/直流轉(zhuǎn)換器300包括開(kāi)關(guān)電路302、變壓器306、整流電路304、有源緩沖器320以及控制電路310。開(kāi)關(guān)電路302、變壓器306以及整流電路304可以有各種不同的結(jié)構(gòu)。圖8A、圖8B及圖8C舉例示出了開(kāi)關(guān)電路302、變壓器306以及整流電路304的具體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，變壓器306包含初級(jí)繞組316和次級(jí)繞組326。初級(jí)繞組316通過(guò)開(kāi)關(guān)電路302與電源供應(yīng)端VIN相連，次級(jí)繞組326與整流電路304相連。整流電路304通過(guò)輸出節(jié)點(diǎn)LX (也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)LX)和輸出電感LI與直流/直流轉(zhuǎn)換器300的輸出端口 VOUT相連。有源緩沖器320連接在輸出節(jié)點(diǎn)LX和參考端之間，例如，該參考端為直流/直流轉(zhuǎn)換器300的接地端GND，有源緩沖器320包括串聯(lián)連接的可控通路322和能量存儲(chǔ)組件324。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電路302由脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM信號(hào))控制從而有選擇地將輸入電能從直流/直流轉(zhuǎn)換器300的電源供應(yīng)端VIN傳輸至初級(jí)繞組316。當(dāng)開(kāi)關(guān)電路302將輸入電能從電源供應(yīng)端VIN傳輸至變壓器306時(shí)，變壓器306處于第一狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電路302停止將輸入電能傳輸給變壓器306時(shí)，變壓器306處于第二狀態(tài)。PWM信號(hào)可以由一個(gè)控制器(圖3未示出)根據(jù)直流/直流轉(zhuǎn)換器300的輸出電壓和/或輸出電流來(lái)生成，這樣可以將輸出電壓和/或輸出電流控制在目標(biāo)值。直流/直流轉(zhuǎn)換器中如何生成PWM信號(hào)以及如何通過(guò)PWM信號(hào)來(lái)控制基于變壓器的直流/直流轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)電路(例如:全橋或半橋電路)的方法對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的，在此不再贅述。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)變壓器306處于第一狀態(tài)時(shí)，初級(jí)繞組316通過(guò)開(kāi)關(guān)電路302從電源供應(yīng)端VIN接收輸入電能，從而在變壓器306的磁芯處產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，繼而在變壓器306的次級(jí)繞組326生成感應(yīng)電壓。當(dāng)變壓器306處于第二狀態(tài)時(shí)，初級(jí)繞組316停止接收輸入電能，感應(yīng)電壓變成相對(duì)較低的值，比如大約等于零伏。感應(yīng)電壓可以通過(guò)整流電路304傳輸至輸出節(jié)點(diǎn)LX成為整流信號(hào)\τ，比如，圖5所示的矩形波電壓Vu。在一個(gè)實(shí)施例中，整流電路304根據(jù)變壓器306的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)在輸出節(jié)點(diǎn)LX處輸出整流信號(hào)Vu。在一個(gè)實(shí)施例中，整流信號(hào)Vu，可以是包含上升沿與下降沿的矩形波電壓信號(hào)。當(dāng)初級(jí)繞組316開(kāi)始接收輸入電能時(shí)，整流信號(hào)上升沿出現(xiàn)。當(dāng)初級(jí)繞組316停止接收輸入電能時(shí)，整流信號(hào)1的下降沿出現(xiàn)。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)繞組326包括寄生電容Cpaea以及電感L ■(圖3中未示出)，寄生電容Cpaea和電感L ^^組成的寄生諧振電路可以在次級(jí)繞組326產(chǎn)生振鈴電壓。次級(jí)繞組326的感應(yīng)電壓與次級(jí)繞組326產(chǎn)生的振鈴電壓一起被傳輸至輸出節(jié)點(diǎn)LX。如圖3所示，能量存儲(chǔ)組件324可以用于吸收并存儲(chǔ)振鈴電壓產(chǎn)生的能量從而減小振鈴電壓的振幅，并且也可以將存儲(chǔ)的能量釋放或回收至直流/直流轉(zhuǎn)換器300來(lái)降低能量損耗?？刂齐娐?10可以生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv來(lái)導(dǎo)通或斷開(kāi)可控通路322。有利地，現(xiàn)有直流/直流轉(zhuǎn)換器100中所產(chǎn)生的高振鈴電壓在本發(fā)明的直流/直流轉(zhuǎn)換器300中可以被消除，并且與現(xiàn)有的直流/直流轉(zhuǎn)換器100相比，本發(fā)明