[发明专利]无损耗缓冲电路

说明书

组合的电压调节器和缓冲电路总体上具有与所述缓冲电路的储能元件并联的电压调节器装置，所述电压调节器装置能够可操作地与漏电感电流路径串联连接；所述漏电感是在具有输入电压源、可控半导体开关、续流半导体开关、反馈控制器、无功储能部件和负载的开关模式电源中利用的磁性部件的一部分；所述电压调节器总体上向可控半导体的栅极驱动器和/或所述反馈控制器提供恒定或可变电压；所述缓冲电路总体上将漏电感能量循环利用到多单元堆叠式转换器中的相邻单元的输入电容器。

技术领域

本发明总体涉及开关模式电源领域，并且更具体地涉及电压缓冲器和辅助电源领域。

背景技术

开关模式电源(SMPS)是现代电子装置中的电源管理部件。除其他外，它们为多个负载提供高功效和电流隔离的电源。为了实现高功率处理效率和/或电流隔离，常规地需要一个或多个磁耦合元、半导体开关和相关联的栅极驱动器电路。

磁耦合元件经常遭受非平凡的漏电感现象，这必然需要负担得起的电压缓冲电路，以便控制半导体开关峰值漏极到源极电压。由于SMPS的价格敏感性，缓冲电路通常仅限于成本效益好的无源且有功率损耗的阻容二极管(RCD)配置。

在对功率损耗和热生成敏感的系统中，有损耗的部件中呈热量形式的耗散是不合适的。系统内的能量的循环利用为降低系统形状因数和提高功率效率提供了机会。

对开关功率晶体管的最大漏极源极电压进行钳位允许提高装置可靠性并使用具有改进的品质因数(FOM)的功率晶体管。改进的FOM使SMPS能够以更高的开关频率进行操作，同时保持高功率处理效率。此外，它允许减小SMPS无功部件的大小并降低其成本。

由于操作栅极驱动器所需的常规辅助电源的复杂性、低功率处理效率和/或高成本，因此它们不太适合于现代多开关高压浮动和/或高侧应用。在系统和电路层面仍有改进的余地。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，提供了一种缓冲电路，所述缓冲电路可包括单象限开关、储能装置和与SMPS的漏电感电流路径串联连接的电压调节器。

所述单象限开关以肖特基二极管、Si二极管、SiC二极管或类似装置的形式提供；所述储能装置以分立电容器、寄生电容器或类似装置的形式提供；所述电压调节器以并联电压调节器、串联电压调节器、微型SMPS、低压差电压调节器、开关电容器转换器或类似装置的形式提供。

所述单象限开关与所述储能元件串联连接，而所述电压调节器与所述储能元件并联连接。所述电压调节器输出电压轨连接到以浮动半导体开关栅极驱动器、控制电路或类似装置的形式提供的负载。以这种方式，所述实施方案提供了供所述SMPS漏电感电流往返通过所述串联的单象限开关和储能元件的替代性路径。所述实施方案还提供了一种方法，所述方法用于通过所述电压调节器的已调输出电压轨循环利用而不是耗散所存储的泄漏能量。因此，在开关瞬态期间最小化所述半导体开关漏极到源极峰值电压，并且降低了所述电压调节器和栅极驱动器的功率损耗。

根据一个方面，提供了一种电压调节器电路，其用于进一步降低所述栅极驱动器和缓冲器损耗，具有相对于所述SMPS输出功率的可变输出电压。所述电压调节器电路在低输出功率水平期间动态地减小其输出电压值。因此，降低了所述栅极驱动器损耗，从而提高了SMPS低到中输出功率水平操作状态期间的SMPS功率处理效率。

在一个实施方案中，齐纳二极管用于耗散存储的能量并保护所述SMPS的功率开关。对所述功率开关上的电压进行钳位，从而提高装置的可靠性，并且还允许使用更高的开关频率和更小的无功部件。

在另一个实施方案中，将存储在一个单元的漏电感中的能量传递到相邻单元的输入电容器，从而导致效率提高以及热量耗散降低。