[发明专利]多相谐振转换器

说明书

技术领域

本发明涉及功率转换器。更具体而言，本发明涉及一种被配置用于减少高频脉动的多相谐振功率转换器。

背景技术

功率供应是向输出负载或者负载组供应电能或者其它类型的能量的设备或者系统。术语功率供应能够指代主要功率分布系统和其它初级或者次级能量源。功率转换指代将一种形式的电功率转换成另一期望的形式和电压、例如将电业公司供应的115或者230伏特交流（AC）转换成用于电子设备的调节的更低直流（DC），这称为AC到DC功率转换。

被开关模式功率供应、开关模式功率供应或者SMPS是结合开关调节器的功率供应。尽管线性调节器使用在其有源区域中偏置的晶体管以指定输出电压，但是SMPS在高速率在全饱和与全截止之间有源地开关晶体管。然后所得矩形波形被传递经过通常为电感器和电容器（LC）电路的低通滤波器以实现近似的输出电压。

常规串联调节线性功率供应通过变化它们的电阻以应对输入电压改变或者负载电流需求改变来维持恒定电压。线性调节器趋于低效。然而开关模式功率供应使用高频开关、晶体管具有可变占空比以维持输出电压。开关引起的输出电压变化由LC滤波器过滤掉。

线性功率供应和SMPS二者可以用来逐步降低功率电压。然而不同于线性功率供应，SMPS也可以提供逐步升高功能和逆变输出功能。SMPS通过暂时存储输入能量、然后向在不同电压的输出释放能量来将输入电压电平转换成另一电平。存储可以是在诸如电感器和/或变压器的电磁部件或者诸如电容器的静电部件中。

一般而言，将SMPS各自根据输入和输出波形分类为整流器、电压转换器、频率转换器或者逆变器。整流器具有AC输入和DC输出。频率转换器具有AC输入和AC输出。逆变器具有DC输入和AC输出。也称为电流转换器或者DC到DC转换器的电压转换器具有DC输入和DC输出。

SMPS较线性功率供应而言的优点包括更小的尺寸、更佳的功率效率和更低的热生成。缺点包括如下事实，该事实为SMPS一般比线性功率供应更复杂、生成可能需要仔细抑制的高频电噪声并且在开关频率处具有特征脉动电压。

高频脉动在经过晶体管开关传递电流、然后用无源部件过滤电流时产生。脉动的频率分量依赖于半导体开关的开关频率和开关速度。高频脉动生成不想要的电磁干扰（EMI）并且必须在高程度上被去除以便转换器通过标准EMI要求。

常规功率转换器通过减少输入和输出脉动来通过EMI要求。以下方法实现减少：大滤波器、减少开关频率和/或减少开关速度。在几乎所有常规功率转换器中普遍实行这样的技术。然而使用这些技术中的每种技术伴随有具体缺点。使用大滤波器增加空间和成本。减少开关频率增加无源部件尺寸和成本。减少开关速度减少效率。

目前使用多种不同DC到DC功率转换器配置，这些配置中的多数配置是降压转换器、升压转换器和降压-升压转换器的变化。降压转换器的一些变化包括推挽转换器、正向转换器、半桥转换器和全桥转换器。谐振功率转换器包括用于对跨晶体管开关的电压和穿过晶体管开关的电流进行整形的LC电路，从而晶体管在电压或者电流为零时开关。

使用推挽转换器的配置除了推挽转换器配置中心分接初级变压器之外与半桥转换器配置相似。使用全桥转换器的配置除了全桥转换器包括耦合到变压器初级的每端（与如在半桥转换器中的一端相反）的两个晶体管开关之外与半桥转换器配置相似。

另一常规功率转换器使用两个交织的硬开关转换器级以减少脉动。在示例配置中，通过交织在临界传导模式中操作的两个升压转换器功率因子校正级来减少脉动。然而这些转换器的交织仅产生在转换器的输入处的脉动中的近似倍率为4的减少。在硬开关转换器、比如临界传导模式PFC（功率因子校正）转换器中，经由占空比而不是频率控制输出。对开关频率的改变对输出无影响。因此相对易于交织具有略微不同部件值的两个硬开关转换器。在另一方面，由于两个谐振转换器中的部件的容差，如果并非不可能也极难以匹配那些两个转换器的谐振频率从而使得在与每个谐振转换器的谐振频率相等的频率操作两个谐振转换器。