[发明专利]开关式电力转换器及其操作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力转换领域。更具体地讲，本发明涉及一种开关式电力转换器以及操作这种转换器的方法。

背景技术

开关式电力转换器广泛地使用在电子工业中，用于将一个DC电平电压转换成用于提供到负载的另一个电压。通常，提供变压器，该变压器将初级侧上的电压源与其次级侧上的负载进行分离。使用一个或更多个电源开关在该变压器的初级侧两端对该输入DC电压进行周期性开/关操作。通过将电流开关输入到一个输出电感线圈，使得能量被存储在该输出电感线圈中，并且调整后的电压被提供给该次级侧上的负载。

次级侧上的两个二极管对次级绕组两端的进行开/关操作后的并且分离的电压进行整流，这两个二极管包括一个正激二极管、一个续流二极管，其中，该正激二极管与次级绕组串联，用于当次级绕组两端呈现正电压时将电流传导到负载；该续流二极管与次级绕组并联，用于当次级绕组两端没有电压或呈现负电压时将电流传导到负载。

为了改进这种电路的效率，已知采用开关来取代这两个整流二极管中的一个或全部，该开关例如是由控制装置进行调制的MOSFET器件。

US-A-2004/0136207公开了一种开关式电力转换器，其中，正激二极管由两个MOSFET器件取代，这两个MOSFET器件的源极连接在一起，它们的栅极也连接在一起，从而这两个器件能够被同时激活。

考虑到对较大能量效率的一般需求，期望提供一种以较大效率操作同时将与任何新的设计相关联的任何附加成本最小化的电力转换器。具体地讲，考虑到个人计算机(PC)的广泛应用，它们的电源的效率的任何小的改进能够具有显著效果。

发明内容

本发明提供了一种开关式电力转换器，所述转换器包括：

变压器，其具有初级绕组和至少一个次级绕组；

初级侧有源电源开关装置，其耦合到所述初级绕组，用于向所述初级绕组选择性地施加输入电压；

次级侧整流电路，其具有输出滤波器以及次级侧有源开关装置，其中，所述输出滤波器耦合到所述至少一个次级绕组，所述次级侧有源开关装置耦合在所述至少一个次级绕组与所述输出滤波器之间；以及

初级侧和次级侧控制装置，用于分别调整所述初级侧和所述次级侧开关的开关，并且被配置来在所述转换器的操作的低功率模式期间用于减小所述初级侧开关装置的占空比，其中，对照所述次级侧开关的占空比来确定所述初级侧开关的占空比的减小量。

即使在所谓的“待机”或当所述转换器上的负载减小时的操作的低功率模式期间，现有的电力转换器以较差的效率水平来操作。根据本发明，所述控制装置操作以减小待机模式下所述初级侧有源电源开关的占空比，将用于将能量从所述变压器的所述初级侧传递到所述次级侧所花费的时间最小化。这会基本上导致待机模式下操作效率的提高。

在实施例中，设置所述次级侧控制装置来接收表示所述初级侧开关接通的输入信号，并且产生取决于所述输入信号和所述次级侧开关的接通时间的输出信号，所述输出信号耦合到所述初级侧控制装置。

优选的是，所述转换器可操作以选择性地产生连续输出电流或不连续输出电流，其中，通过减小所述次级侧开关装置的占空比来获得所述不连续输出电流。如果所述系统用于PC电源，则通常在正常模式期间所述系统处于连续模式。在待机模式下，取决于需要的输出电源，所述系统或者处于连续模式或者处于不连续模式下。在待机模式下，当所述系统在不连续模式下操作时，所述占空比被进一步减小，从而进一步提高效率。

配置所述控制装置，从而可以在待机模式期间调整所述初级侧开关装置的占空比以使得所述初级侧开关装置的占空比基本等于所述次级侧开关装置的占空比。

在优选的实施例中，所述控制装置被设置为首先相对于正常模式下的所述转换器的操作占空比来减小待机模式下的所述转换器的操作占空比(同时保留其操作频率不变)。当在某点所述初级开关装置的接通时间段实现了用于实现所述初级主开关的零电压开关的最小时间时(通常是1到2微秒并且由所述初级控制器定义)，所述初级侧开关装置的频率被进一步减小。由于所述接通时间段保持恒定，这导致低占空比和低频率，从而给出进一步效率提高。这是因为：所述转换器的效率主要由所述变压器操作以将能量从所述初级侧传递到所述次级侧的时间所确定。

变压器的磁损失能够表达为：

P_loss＝C*f^a*ΔB^b