[发明专利]混合式DC/DC转换器和方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本发明要求2011年11月30日由付殿波(Dianbo Fu)等人递交的发明名称为“混合式DC/DC转换器和方法(Hybrid DC/DC Converters and Methods)”的第13/307946号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。

技术领域

本发明涉及隔离式dc/dc转换器和方法，且更确切地说，涉及使用级联连接起来的第一级和第二级的隔离式dc/dc转换器和方法，其中该第二级的输出可以通过调节该第一级的辅助电源来进行调整。

背景技术

为了提供所有类型的电信负载，电信网络电力系统通常包括以下转换：AC-DC级转换(AC-DC stage converting)，即，将电力从AC公用线路转换到48V的DC配电总线；以及DC-DC级转换(DC-DC stage converting)，即，将48V的DC配电总线转换到多个电压电平。这两级可以包含隔离式DC/DC转换器。隔离式DC/DC转换器可以使用不同的功率拓扑来实施，例如逆向转换器、正向转换器、半桥式转换器、全桥式转换器等等。如所属领域已知，当DC/DC转换器的功率超过100瓦特时，一般使用桥式转换器。

如图1中所示，全桥式转换器100为常规全桥式转换器，具有全波整流器，该全波整流器耦接到中间抽头次级绕组。全桥式转换器100包括位于变压器Tx初级侧(primary side)的四个开关Q1、Q2、Q3和Q4。这四个开关Q1、Q2、Q3和Q4形成具有两个支脚的桥。串联连接的Q1和Q3具有一个结点，称作A。串联连接的Q2和Q4具有一个结点，称作B。变压器Tx的初级绕组连接到A和B。dc电源Vin连接到两个支脚，以向全桥式转换器100提供功率。根据硬开关(hard switching)全桥式转换器的操作原理，在第一半周期中，将开关Q1和Q4同时接通并持续可调节的时间。在一段停滞时间之后，在第二半周期中，将开关Q2和Q3同时接通并持续相等的时间。因此，在交替的半周期中，Vin和-Vin被施加到变压器Tx的初级侧。

在固定的工作周期(duty cycle)控制方案中，开关Q1和Q4的接通时间等于开关Q2和Q3的接通时间。当四个开关全部断开时，S1和S2两者均接通。负载电流流经S1和S2。这一时间间隔称作续流时间段(freewheeling period)。桥式转换器100的输出电压与开关的接通时间成比例。控制器(未图示)可以检测输出电压Vo，并经由负反馈控制回路(未图示)调节接通时间。变压器Tx的次级侧(secondary side)带中间抽头。此类中间抽头次级侧与两个开关S1和S2可以形成全波整流器，这一全波整流器可以将变压器Tx的具有双极性(Vin和-Vin)的初级电压转换为具有单极性的次级电压。随后，具有单极性的次级电压被送到包括电感器Lo和输出电容器Co的输出滤波器。输出滤波器均分全波整流器的输出处的方形电压脉冲，并产生DC电压Vo，然后该电压被供应到电阻器RL所表示的负载。

相移全桥式转换器能够通过零电压开关控制技术来降低开关损耗。如图1的虚线框120中所示，两个初级开关(例如，Q1和Q4)的接通时间具有一段时间的移位，这两个开关并没有同时接通。更确切地说，如虚线框110中所描绘，波形106和波形110示出：在接通Q4之前，Q1已接通了一段时间。Q1的接通时间与Q4的接通时间之间存在重叠。Q1断开之后，Q4在一段时间内保持接通。同样地，波形108和波形112示出：Q2与Q3的接通时间之间存在相移。

相移全桥可以通过利用变压器漏电感与MOSFET(例如Q1)输出电容之间的L-C共振，来实现零电压开关。例如，Q3在其漏极到其源极具有寄生电容器(未图示)。在Q1和Q4两者均接通期间，Q3的寄生电容器两端的电压经充电以达到大约等于Vin的电压。根据相移控制技术的基本原理，Q1在Q4断开之前断开。Q1断开后，初级侧电流无法瞬间充电。因此，初级侧电流将流经Q1和Q3的寄生电容器。初级侧电流流经两个寄生电容器可以使Q1与Q3之间结处的电压经放电而变为零，从而能在Q3接通时实现零电压开关，且无实质功率损耗。类似地，相移操作可以实现其他开关，即Q1、Q2和Q4，的无损耗接通。

发明内容

本发明的优选实施例提供了一种用于降低桥式转换器的电流和电压应力的系统、设备和方法，这些优选实施例一般能解决或避开这些和其他问题，并且一般能获得技术优势。