[发明专利]具有无损电流感测能力的电力转换器及其实施方案

说明书

本申请提供一种具有无损电流感测能力的电力转换器。所述电力转换器包括：变压器；初级开关，其用于传导或阻挡在所述变压器的初级绕组中流动的电流；控制器，其被配置成产生通过第一控制节点的第一控制信号以控制所述初级开关；以及电流感测电路，其被配置成用于感测在所述初级绕组中流动的电流。所述电流感测电路包括电流感测开关，所述电流感测开关被配置成常开且其栅极长度小于所述初级开关的栅极长度。实现了相对简单的电流感测电路，且提高了总体电力效率。

技术领域

本发明总体来说为一种氮化镓(GaN)基电力转换器，且更确切地说，涉及一种具有无损电流感测能力的GaN基电力转换器。

背景技术

GaN基电力装置由于低电力损耗和快速开关过渡而广泛用于高频电能转换系统。与硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比，GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有好得多的优值和更有前景的性能以用于大功率、高频应用。

现如今，快速充电器通常基于反激式转换器，其中控制具有初级绕组和次级绕组的变压器将电力从交流电(AC)或直流电(DC)源传送到负载。确切地说，GaN基开关可与初级绕组串联耦合且由控制器控制。当开关接通时，电流传导通过初级绕组，且能量存储在变压器的磁芯中。当开关断开时，在次级绕组中产生电流，且因此通过次级绕组将存储在磁芯中的能量释放到负载。

发明内容

本申请的一个目标是提供具有无损电流感测能力且适用于高频应用的电力转换器。

根据本申请的一个方面，提供具有无损电流感测能力的电力转换器。所述电力转换器包括：变压器，其具有初级绕组和次级绕组；初级绕组具有第一初级绕组端子和第二初级绕组端子，次级绕组具有第一次级绕组端子和第二次级绕组端子；初级开关Q1，其用于传导或阻挡在变压器的初级绕组中流动的电流；次级开关Q2，其用于传导或阻挡在变压器的次级绕组中流动的电流；控制器，其具有第一控制节点和第二控制节点，并且被配置成产生通过第一控制节点的第一控制信号以控制初级开关Q1，且产生通过第二控制节点的第二控制信号以控制次级开关Q2，使得初级开关Q1和次级开关Q2交替地接通和断开，以及电流感测电路，其被配置成用于感测在变压器的初级绕组中流动的电流。所述电流感测电路包括电流感测开关Qs，所述电流感测开关具有连接到控制器的第一控制节点的控制端子、连接到第二初级绕组端子的第一传导端子和连接到控制器的第一电流感测节点的第二传导端子；以及第一电流感测电阻器，其具有连接到控制器的第一电流感测节点的第一端子和连接到初级地的第二端子。所述电流感测开关Qs被配置成常开。所述控制器被进一步配置成通过所述第一电流感测节点接收指示流动通过初级绕组的传导电流的第一电流感测信号V_CS1；计算第一电流感测信号V_CS1与第一参考电压V_ref1之间的第一电压差；以及基于所计算的第一电压差调整初级开关Q1的接通时间和断开时间。所述电流感测开关Qs的栅极长度l_{g_Qs}小于初级开关Q1的栅极长度l_{g_Q1}。

由于电流感测开关Qs的栅极长度小于初级开关Q1的栅极长度，因此只有可被忽略不计的电流量用于电流感测。这不会引起电流损耗，且因此将极大地提高总体电力效率。此外，由于电流感测开关Qs被配置成常开，因此可实现相对简单的电流感测电路，因为不需要具有复杂电路来控制电力转换期间的电流传导。

附图说明

当结合附图阅读时，根据以下具体实施方式可容易地理解本公开的各方面。应注意，各种特征可能并不按比例绘制。也就是说，为了论述的清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增大或减小。在下文中参考附图更详细地描述本公开的实施例，在附图中：

图1描绘根据本申请的实施例的具有无损电流感测能力的电力转换器的简化电路图；

图2描绘根据本申请的另一实施例的具有无损电流感测能力的电力转换器的简化电路图；

图3描绘根据本申请的另一实施例的电力转换器的简化电路图；