[发明专利]高压应用的开关模式功率转换器

说明书

技术领域

本公开大体上涉及用于功率因数控制的DC-DC转换器，并且更具体地涉及用于高输入电压应用的降压-升压转换器（buck-boost converter）拓扑。

背景技术

许多新的电子产品需要具有近似整功率因数（unity power factor）的调节的输入功率用于高效和正确操作。使用开关模式DC-DC转换器来提供功率因数控制（PFC）作为输入功率调节的一部分，这是常见的。开关模式转换器通过用开关对输入电压斩波、将来自斩波电压的能量存储在磁性元件中并且然后采用控制的方式使存储的能量释放到输出而将一个直流（DC）电压转换成另一个。调整开关的占空比（即，改变每个开关周期的开关导通期间的百分比）允许调节输出功率。当DC-DC转换器从本地干线供电接收其输入功率时，具有良好的功率因数控制（PFC）来维持高的（接近于整）功率因数并且具有无失真的输入电流波形，这对于转换器是重要的。已经开发多种转换器拓扑和控制方法来实现PFC。例如，有源功率因数校正是其中反馈和前馈技术在开关模式转换器中使用来确保输入电流波形紧密地跟随输入电压波形的情况。因为升压转换器易于实现，典型地使用升压转换器拓扑来提供PFC。降压升压拓扑因为它们为PFC提供固有益处而越来越受欢迎。大部分转换器和有源功率转换器校正设备被设计成与90V-305V之间的源电压一起使用，以与在印度、日本、北美、英国和欧洲可用的典型的50Hz和60Hz干线电压兼容。然而，许多工业应用使用大约347V-480V的更高的电压范围，如从广泛使用的480V AC系统可获得的。这些更高的电压应用因为在更高电压应用中使用的开关装置和其他部件制造成本更高并且更难以获得（由于更低的需求）而很少被电源设计者所考虑。从而需要有新的高压开关模式转换器拓扑，其具有良好的PFC并且使用成本较低和可容易获得的更低电压的部件。

参照图1，可以看到有如本领域内已知的级联降压-升压转换器100的示意图。该级联降压-升压转换器100包括常规的降压转换器拓扑110，其后跟常规的升压转换器拓扑120。在该级联降压升压拓扑100中，降压转换器110和升压转换器120两者共享单个能量存储装置，其典型地是电感器L107。该降压转换器110包括降压开关M101，其典型地用耦合于续流二极管D103的半导体开关装置（例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）等）实现，其中能量存储电感器L107耦合于降压开关M101和续流二极管D103之间的公共节点108。在操作中，降压转换器110在降压开关M101处接收输入电压。闭合降压开关M101以允许输入电压VIN推动电流通过电感器L107并且将能量存储在电感器的磁性元件中。一旦足够的电流在流动，断开降压开关M101并且续流二极管D103提供电流通路，因此存储在电感器L107中的能量可以转移到升压段120。升压转换器120耦合于能量存储电感器L107的输出侧。升压转换器120包括升压开关M102，其典型地使用耦合于回扫二极管D104的半导体开关装置（例如MOSFET等）实现，其中能量存储装置L107耦合于升压开关M102和该回扫二极管D104之间的公共节点109。升压转换器通过闭合升压开关M102（其使电感器L107的输出短路至接地）而操作，从而形成通过电感器L107的电流。然后断开升压开关M102以允许电感器电流流过回扫二极管D104，其中它对输出电容器C106充电并且将能量转移到负载130。在本公开的背景中，闭合或“接通”的开关或开关装置是将允许电流流过其中的开关或开关装置并且断开或“关断”的开关或开关装置是阻断电流流动的开关或开关装置。当级联降压升压转换器100与高压输入功率（例如347V-480V）一起使用时，全输入电压施加到降压开关M101和续流二极管D103，从而引起高的电压应力，其导致需要成本高的高压部件。

因此，提供解决上文识别的问题中的至少一些的开关模式功率转换器拓扑，这将是可取的。

发明内容

如本文描述的，示范性实施例克服上文的或本领域内已知的其他劣势中的一个或多个。