[发明专利]具有谐振转换器的开关电源

说明书

本发明涉及一种开关电源（SN）或开关电源设备。该开关电源（SN）包括整流单元（GL），用于电网连接并且用于对三相交变电压进行整流。该开关电源（SN）还包括：第一转换级（W1），整流单元（GL）的输出电压形成该第一转换级的输入电压而该第一转换级的输出电压形成中间电路电压（Uz）；和第二转换级（W2），该第二转换级被实施为谐振转换器，中间电路电压（Uz）形成该谐振转换器的输入电压。在该开关电源（SN）的输出电流小于规定值或者最大等于规定值时，第一转换级（W1）对中间电路电压（Uz）进行调节，使得中间电路电压（Uz）基本上对应于第二转换级（W2）的可预先给定的输出电压（Ua）乘以在第二转换级（W2）以谐振频率来运行时与负载无关的变压比。在强制降低第二转换级（W2）的输出电压（Ua）时，通过第一转换级（W1）能调整出在平均值方面足够小的中间电路电压（Uz），使得第二转换级（W2）还能基本上以该谐振频率在变压比与负载无关的情况下运行。用于调节第一转换级的信号能从第二转换级的电压和/或电流信息中得出。借此，按照本发明的开关电源（SN）显示出紧凑的并且成本低的结构形式而且可以效率非常好地被用于大的输入电压范围。

技术领域

本发明一般性地涉及电气工程的领域、尤其是电力电子学和用于供电的电力电子电路的领域。特别地，本发明涉及一种开关电源或开关电源设备，该开关电源或开关电源设备包括用于电网连接并且用于对三相电网电压或交变电压进行整流的整流单元以及第一转换级，其中第一转换级在输入侧与整流单元连接。整流单元的输出电压形成第一转换级的输入电压而第一转换级的输出电压形成中间电路电压。该开关电源还包括第二转换级，该第二转换级被实施为谐振转换器，中间电路电压形成该谐振转换器的输入电压。

背景技术

也被称作开关设备的开关电源长久以来就是公知的，而且如今被用在很多领域，以便将负载或耗电器连接到电网或电源上并且给相应的负载或相应的耗电器供应大多恒定且常常可预先给定的电压。为此，开关电源将大多不稳定的输入电压——通常来自电源的直流或交变电压——转换成恒定的输出电压，其中输出电压和/或输出电流的稳定性通过对流到开关电源和所连接的耗电器中的能量流的控制来实现。视应用而定或视相应的耗电器的需求而定，输出电压可以大于输入电压或者可以小于输入电压。

开关电源以各种不同的实现形式公知。例如，为了连接到交变电网或交变电压源上，可以在开关电源中执行对输入电压或交变电压的整流。为了将经整流的输入电压转换成恒定的输出电压，通常使用电压转换器。

最初，所谓的硬开关拓扑、诸如反激式转换器或正激式转换器已被用作开关电源中的电压转换器。这些硬开关拓扑的使用具有如下缺点：在开关过程中有一部分相当大的损耗。这些损耗例如导致效率低而且可能造成大量的废热，该废热彼此由开关电源散发到周围环境。由此，需要开关电源的确定的体积以及冷却措施，以便避免过热。此外，由于在使用例如反激式转换器或正激式转换器时有开关损耗，阻碍了开关频率可以任意地被提高。这导致在开关电源的尺寸减小方面的限制，因为例如绕组材料的结构形式不能任意地被减小。因而，其中使用反激式转换器或正激式转换器的开关电源由于开关损耗和绕组材料的大的结构形式而在尺寸方面不能任意地被减小。

因而，自一段时间以来，在开关电源中越来越多地使用所谓的“软开关（Soft-Switching）”拓扑、诸如谐振转换器，用于将输入电压转换成恒定的输出电压。谐振转换器是直流电压转换器的一种特殊的电路技术形式，该谐振转换器以振荡回路来工作，用于进行能量传输。相对于硬开关拓扑，这种“软开关”拓扑、诸如谐振转换器关于电磁兼容性和开关损耗方面具有优点。在“软开关”拓扑中，例如通过振荡回路非常频繁地迫使能量进行振荡，以便使半导体和绕组材料的电容损耗少地进行转载。在系统中，该振荡常常导致更高的电流并且借此导致附加的导通损耗。然而，开关损耗的降低比导通损耗的升高大得多，由此“软开关”拓扑相对于硬开关拓扑提供了显著的效率优点。此外，在当前的半导体研发中，在降低导通损耗方面比在降低开关损耗方面取得了更大的进展。