專利名稱：雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(smps)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向逆向變換器。
背景技術(shù)：
術(shù)語(yǔ)開(kāi)關(guān)式(switch mode)變換器通常用在描述一種取DC或AC作為輸入和提供相同或相反極性及較低或較高電壓的單路或多路DC輸出的電路的領(lǐng)域中。術(shù)語(yǔ)開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)是一種描述開(kāi)關(guān)式調(diào)壓器和變換器的公共名稱。當(dāng)在初級(jí)側(cè)上的一個(gè)開(kāi)關(guān)元件(例如，一個(gè)晶體管)被斷開(kāi)時(shí)，逆程(flyback)SMPS電路將能量從一個(gè)電感傳遞到輸出電容上，而當(dāng)開(kāi)關(guān)元件被接通時(shí)，前饋SMPS電路將供給能量到輸出電容上。雙向逆程的原理性功率序列結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直是知道的，如描述在US3986097和EP0013332中。
雙向或可逆變換器是一種能量被周期性地從次級(jí)側(cè)反饋到初級(jí)側(cè)的變換器。而通常的逆程開(kāi)關(guān)式電源只在一個(gè)方向中傳遞能量，也就是在從輸入電路到輸出電路的方向中傳遞能量。這樣一種雙向變換器是從，例如，US5768118已知的?？赡孀儞Q器使用一種次級(jí)開(kāi)關(guān)(與次級(jí)整流器并聯(lián))，使次級(jí)電流能夠穿過(guò)零點(diǎn)，并當(dāng)它下降時(shí)改變符號(hào)成為負(fù)值。當(dāng)次級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，負(fù)電流出現(xiàn)在初級(jí)線圈上，該電流降低初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓。在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓已經(jīng)降低到可接受的最小值以后，初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)被閉合，輸入電壓使初級(jí)電流重新開(kāi)始上升。
因此，在一種逆程開(kāi)關(guān)式功率變換器中，AC壁電壓被濾波和整流，產(chǎn)生未被調(diào)節(jié)的DC輸入電壓。然后該未被調(diào)節(jié)的DC輸入電壓被提供給連到電源變壓器初級(jí)線圈的輸入電路，輸出電路被連到電源變壓器的次級(jí)線圈，從而在輸出電路輸出上的電壓提高適當(dāng)?shù)腄C電壓或DC電流電平用于電子設(shè)備。開(kāi)關(guān)式電源變換器的緊湊尺寸和高的效率在電子設(shè)備，如膝上型計(jì)算機(jī)，中用以對(duì)電池充電等是非常有利的。各國(guó)不同的電源電壓可被適當(dāng)?shù)赜糜诓僮髟O(shè)備而不必適配或變換。
然而，雙向逆向變換器的性能強(qiáng)烈地依賴于有源開(kāi)關(guān)被控制的方法，好些年來(lái)這一直是一個(gè)問(wèn)題。在EP0336725和EP0551212中已經(jīng)提出了解決這個(gè)問(wèn)題的若干嘗試。
通常的逆向變換器受幾種弊端的影響，如-高的開(kāi)關(guān)損失；-需要被隔離的反饋；-在無(wú)載條件下調(diào)節(jié)變換器的問(wèn)題；和-在低輸出電壓情況下由于輸出整流器中的損失引起的差的效率。
這些問(wèn)題在本領(lǐng)域中是眾所周知的，已經(jīng)提出對(duì)這些問(wèn)題的各種解決方法(見(jiàn)以上討論過(guò)的參考文獻(xiàn))。然而，一種克服幾個(gè)，最好是所有以上的問(wèn)題，和/或以比較簡(jiǎn)單和最好比較有效的方法解決這些問(wèn)題的解決方案是所希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種解決以上討論過(guò)的先前技術(shù)問(wèn)題的雙向逆向變換器和一種用于控制它的方法。
借助于一種依據(jù)所附的權(quán)利要求的變換器和方法達(dá)到了這個(gè)目的。
本發(fā)明提供一種操作雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)的方法，包括以下步驟通過(guò)在變換器初級(jí)側(cè)上的變壓器的初級(jí)線圈在第一方向中斜升電流；打開(kāi)一個(gè)與所述初級(jí)線圈串聯(lián)的初級(jí)開(kāi)關(guān)，從而驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)在變換器次級(jí)側(cè)上所述變壓器的次級(jí)線圈，該次級(jí)線圈以感應(yīng)方式耦合到所述初級(jí)線圈；控制與所述次級(jí)線圈串聯(lián)的一個(gè)次級(jí)開(kāi)關(guān)，使所述次級(jí)線圈能夠在第一方向中通過(guò)電流，然后，使所述電流能夠在與所述第一方向相反的第二方向中通過(guò)所述次級(jí)線圈，從而使驅(qū)動(dòng)電流在與所述第一方向相反的第二方向中通過(guò)所述初級(jí)線圈；其中次級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以便在次級(jí)側(cè)上提供受控的輸出功率；和其中初級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以便補(bǔ)償輸入電壓的變化。
本發(fā)明提供一種新的用于雙向逆程的控制機(jī)制，它減輕了以上討論過(guò)的不足，尤其是，該控制機(jī)制能夠使相當(dāng)少數(shù)量的循環(huán)能量導(dǎo)致變換器部件良好的負(fù)載效率。甚至在無(wú)載情況下，可以在有限開(kāi)關(guān)頻率上使功率消耗很少。
初級(jí)開(kāi)關(guān)最好被進(jìn)一步控制，以便使循環(huán)功率為最小。
最好，初級(jí)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，最好是一個(gè)MOSFET，在其中所述開(kāi)關(guān)被控制以便通過(guò)保持漏極電壓的谷值(valley)在比較恒定值來(lái)補(bǔ)償輸入電壓的變化。
這種控制可以用非常簡(jiǎn)單的方式實(shí)行并被證明是驚人的有效。特別是，這種控制可以用非常簡(jiǎn)單和有成本效率的方法限制變換器中的循環(huán)功率。
另一種方案是，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)被控制，通過(guò)依據(jù)輸入電壓控制漏極電壓的谷值來(lái)補(bǔ)償輸入電壓的變化。
這種控制也可用簡(jiǎn)單方式實(shí)行并同樣被證明是非常有效的。特別是，這種控制可以提供一種在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)絕對(duì)最小的變換器循環(huán)功率，以及對(duì)變換器中的循環(huán)功率的總控制。
依據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)，包括一個(gè)具有以感應(yīng)方式耦合在一起的初級(jí)和次級(jí)線圈的變壓器，所述初級(jí)線圈被耦合到變換器的一個(gè)電壓輸入，所述次級(jí)線圈被耦合到變換器的一個(gè)電壓輸出；一個(gè)包括與初級(jí)線圈串聯(lián)排列的初級(jí)開(kāi)關(guān)的初級(jí)控制單元；一個(gè)包括與次級(jí)線圈串聯(lián)排列的次級(jí)開(kāi)關(guān)的次級(jí)控制單元；其特征在于初級(jí)控制單元被適配成補(bǔ)償輸入電壓變化，次級(jí)控制單元被適配成在次級(jí)側(cè)提供受控的輸出功率。
因此，本發(fā)明提供與以上討論過(guò)的相同的控制機(jī)制，具有相同的優(yōu)點(diǎn)。


通過(guò)參考由此往后要描述的實(shí)施方案將會(huì)清楚本發(fā)明這些和其他的方面。
在附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的一種通用的逆向變換器的簡(jiǎn)圖；圖2是在圖1的變換器中一種控制單元實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖；
圖3是分別示出在圖1的雙向逆向變換器操作期間初級(jí)和次級(jí)側(cè)的電壓和電流的波形和模式；圖4示出通常的雙向逆向變換器的初級(jí)側(cè)峰值電流；圖5示出在通常的雙向逆向變換器中的循環(huán)能量；和圖6示出一種用在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的簡(jiǎn)單的檢測(cè)電路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適用性的范圍將從以下給出的詳述變得明顯。然而，應(yīng)該理解，指明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳述和特例只是為用作說(shuō)明給出的，因此，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，各種變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是清楚的。
一種依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的雙向逆向開(kāi)關(guān)式變換器被簡(jiǎn)要地示于圖1中。所述的圖示出一個(gè)帶有初級(jí)側(cè)2和次級(jí)側(cè)3的電源變壓器。初級(jí)側(cè)有一個(gè)包括電感器21的初級(jí)線圈，次級(jí)側(cè)有一個(gè)包括電感器31的次級(jí)線圈，而且，初級(jí)側(cè)包括一個(gè)輸入電路22，其中DC輸入電壓UIN被連接/被施加到電感器21的一端，電感器21的另一端被連到初級(jí)控制單元?？刂茊卧詈冒ㄒ粋€(gè)晶體管和用于控制晶體管的裝置，所述晶體管最希望是一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，如N型耗盡模式MOSFET(NMOS)。以下將較詳細(xì)地討論控制單元。
典型情況下UIN可以由通過(guò)整流器的AC壁電壓來(lái)提供。UIN的典型值從50到400伏的范圍內(nèi)。Ip是具有圖1中所示方向的來(lái)自電感器21的電流。
在次級(jí)側(cè)，輸出電路32被提供給電感器31的一端，提供DC輸出電壓，即UOUT。電感器的另一端被連到次級(jí)控制單元33。次級(jí)控制單元最好也包括一個(gè)晶體管和用于控制晶體管的裝置，所述晶體管最好是一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，如N型耗盡模式MOSFET(NMOS)。
因此，變換器使用兩個(gè)控制器一個(gè)控制器用于初級(jí)開(kāi)關(guān)，以及一個(gè)控制器用于次級(jí)開(kāi)關(guān)。每個(gè)控制器控制相關(guān)開(kāi)關(guān)的通-斷切換。
控制單元23，33的實(shí)施方案示于圖2中。每個(gè)控制單元最好包括帶有反平行的二極管232，332和控制電路233，333的開(kāi)關(guān)231，331，它們可以是分立的或者是集成的。控制部分呈現(xiàn)為從變換器級(jí)接收信息的輸入通道?？刂撇糠值尿?qū)動(dòng)器產(chǎn)生用于有源開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢越柚谌魏慰傻玫拈_(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)此開(kāi)關(guān)。最好使用MOSFET，因?yàn)檫@使內(nèi)體呈現(xiàn)為反平行的二極管。從而節(jié)省一個(gè)附加元件。在這種情況下，MOSFET或任何其他晶體管的漏極被連到電感器。而且，寄生電容(未示出)可被安排在晶體管的漏極和地之間。
分別利用初級(jí)和次級(jí)側(cè)的控制電壓Sp和Ss從控制部分中控制開(kāi)關(guān)。如果此開(kāi)關(guān)是一個(gè)晶體管，控制電壓被連接/被施加到晶體管的柵極。
圖3說(shuō)明雙向逆向變換器工作所依據(jù)的原理。為了使解釋保持簡(jiǎn)單，假定逆程是理想的。這意味著不包含寄生元件(泄漏和雜散電感以及寄生電容)，在解釋中，發(fā)生軟過(guò)渡(零電壓切換，2VS)的空載時(shí)間(dead time)也將忽略不計(jì)。
有兩種操作模式在初級(jí)側(cè)上的導(dǎo)電模式I和在次級(jí)側(cè)上的導(dǎo)電模式II。兩種模式可被分成兩種子模式。在每種模式的第一周期A期間，能量被傳遞到有關(guān)側(cè)，而在第二周期B期間，被傳遞到另一側(cè)的能量存入變壓器。
圖3示出雙向能量逆程開(kāi)關(guān)式電源的電流和電壓。接著，描述當(dāng)受以上討論的控制單元控制時(shí)的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，從時(shí)間ti到時(shí)間ts。在時(shí)間ti，初級(jí)開(kāi)關(guān)被接通。在時(shí)間從t1到t3期間，也就是在模式I中，由于出現(xiàn)在電感器21兩端的DC電壓UIN的作用，Ip上升。而且，在時(shí)間從t1到t3期間，沒(méi)有次級(jí)電流，Is。這可歸因于這樣的事實(shí)，即次級(jí)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。
雖然一開(kāi)始直到時(shí)間t2，Ip是負(fù)的，在時(shí)間從t1到t3期間，正的初級(jí)電流Ip將能量存入變壓器1的磁場(chǎng)中。
足夠的時(shí)間過(guò)去以后，在時(shí)間t3，Sp斷開(kāi)初級(jí)控制單元23中的開(kāi)關(guān)。在Sp已經(jīng)斷開(kāi)初級(jí)開(kāi)關(guān)以后，在圖3中未示出的短促延時(shí)后，Ss接通次級(jí)控制單元33中的次級(jí)開(kāi)關(guān)。一旦初級(jí)開(kāi)關(guān)已被斷開(kāi)時(shí)，正的次級(jí)電流Is被提供。在時(shí)間t3到t5期間，也就是模式II期間，Is下降，從而將存儲(chǔ)在變壓器1的磁場(chǎng)中的能量傳遞到輸出，完成能量從輸入電路傳遞到輸出電路。
一旦存儲(chǔ)在變壓器1的磁場(chǎng)中的能量已被傳遞時(shí)，某些能量被回送到變壓器1。回送的能量被用于在晶體管110接通以前將電容器114放電。如圖3中所示，從時(shí)間t4到時(shí)間t5，Is是負(fù)的。從而使能量存儲(chǔ)到變壓器1的磁場(chǎng)中。
在時(shí)間t5，次級(jí)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。因此，沒(méi)有次級(jí)電流，Is從時(shí)間t5直到下個(gè)周期的t3為正好等于零。然后，初級(jí)開(kāi)關(guān)被再次接通，從而開(kāi)始另一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。初級(jí)電流Ip，在時(shí)間t5，具有負(fù)的初始值。
在每個(gè)子模式A期間，電流或者可以通過(guò)一個(gè)整流二極管，在MOSFET的情況下，可利用內(nèi)體-流通，或者通過(guò)開(kāi)關(guān)流通，如果一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)被使用和激活的話。在零電壓條件下或在較少的開(kāi)關(guān)損失的情況下在整個(gè)周期A期間開(kāi)關(guān)可被接通。
如以上所討論的那樣，在次級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以前，次級(jí)流Is被允許下降到負(fù)電流。當(dāng)次級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，負(fù)電流出現(xiàn)在初級(jí)線圈上，這個(gè)電流降低了在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓。在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓已降低到可接受的最小電平以后，初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)被閉合，初級(jí)電流再次開(kāi)始上升。
依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)對(duì)有源開(kāi)關(guān)的適當(dāng)控制解決與以上所討論的先前技術(shù)解決方案有關(guān)的問(wèn)題。
兩個(gè)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)之間的空載時(shí)間和變壓器電流的正確方向一道導(dǎo)致零電壓切換或降低開(kāi)關(guān)損失。因此，開(kāi)關(guān)損失被消除或至少被減少。這就使利用較高的開(kāi)關(guān)頻率和允許較有效率和/或較小型/較廉價(jià)的設(shè)計(jì)成為可能。
雙向逆向變換器從初級(jí)到次級(jí)側(cè)，而且也在相反方向，也就是從次級(jí)到初級(jí)側(cè)提供功率流。這樣，在次級(jí)側(cè)的控制可以影響返回到初級(jí)側(cè)的過(guò)多的功率。這就使調(diào)節(jié)次級(jí)側(cè)上的輸出電壓或輸出電流成為可能。因而，可以避免隔離的反饋路徑，初級(jí)側(cè)控制的主要任務(wù)是供應(yīng)足夠的能量到次級(jí)側(cè)。
在穩(wěn)態(tài)的條件下，某些最少數(shù)量的能量被反射返回到初級(jí)側(cè)。在無(wú)載的條件下次級(jí)側(cè)控制器將反射從初級(jí)側(cè)傳送的全部能量，減去在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)變壓器消耗的能量。從和到次級(jí)側(cè)的能量傳遞需要一定的時(shí)間。因此，變換器最好被調(diào)整在一個(gè)有限的頻率上。
也可以在開(kāi)關(guān)電壓的更遲的谷值之一中閉合初級(jí)開(kāi)關(guān)，用這種方法，可以進(jìn)一步改進(jìn)在較低負(fù)載上的效率。
再次參看圖1和2，對(duì)次級(jí)側(cè)上控制單元的輸入信號(hào)最好是輸出電壓和/或輸出電流，因?yàn)檫@些是容易得到的值。將這些值與相應(yīng)的參考值作比較。所得到的誤差信號(hào)被用于設(shè)置被反射的輸出功率數(shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)控制負(fù)峰值電流或控制次級(jí)開(kāi)關(guān)的前向?qū)щ姇r(shí)間確定輸出功率的數(shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)通常的技術(shù)，如一種帶PI特性的誤差放大器，等從誤差信號(hào)導(dǎo)出控制值。在次級(jí)側(cè)的輸出電流基本上是DC電流，是在輸出平滑電阻以后被測(cè)量的，次級(jí)電流Is可以用電流傳感器，如一個(gè)與次級(jí)線圈31串聯(lián)的電阻器監(jiān)測(cè)，或者當(dāng)次級(jí)開(kāi)關(guān)331被首先接通時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)從時(shí)間t3所經(jīng)過(guò)的時(shí)間進(jìn)行估計(jì)。同樣，輸出電壓可以，例如，用一個(gè)伏特計(jì)或同類儀表來(lái)檢測(cè)。
最好提供一個(gè)附加的信號(hào)，指明是否二極管正在導(dǎo)通。該信號(hào)允許在零電壓條件下接通有源開(kāi)關(guān)。該信號(hào)可以從跨接有源開(kāi)關(guān)和反平行二極管的平行組合的電壓，或用通過(guò)這個(gè)組合的電流導(dǎo)出。這樣，該信號(hào)可以用通常的方法導(dǎo)出。然而，如果開(kāi)關(guān)必須在被降低的開(kāi)關(guān)損失的情況下接通，也就是非實(shí)零電壓條件下接通，則監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)兩端的電壓就足夠了，當(dāng)?shù)竭_(dá)可接受的電平時(shí)，接通開(kāi)關(guān)。
初級(jí)控制部分最好也提供一個(gè)信號(hào)，指明是否相應(yīng)的反平行二極管正在導(dǎo)通，或者指明在開(kāi)關(guān)電壓中存在一個(gè)谷值。利用通常的方法可以導(dǎo)出這樣的信號(hào)。該信號(hào)允許在零電壓條件下或被降低的開(kāi)關(guān)損失的情況下接通初級(jí)開(kāi)關(guān)。另外，初級(jí)控制最好應(yīng)該提供一個(gè)信號(hào)，保證能量傳遞對(duì)于所有的負(fù)載情況是足夠高的。如在本領(lǐng)域中已知的那樣，幾個(gè)控制變量也是可能的，例如，固定的峰值電流，固定的開(kāi)關(guān)頻率，固定的導(dǎo)通時(shí)間，等。然而，正如將在以下參考圖4和5中要討論的那樣，這種方法在必須涉及大量的輸入電壓變化的應(yīng)用中并沒(méi)有用。
目前，幾乎所有使用AC-DC變換的應(yīng)用必須為普遍的電源輸入設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致對(duì)于逆向變換器的輸入電壓范圍或多或少在50-400V之間。因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間的解決方案必須被適配成對(duì)于最低的輸入值也保證足夠高的能量傳遞，則對(duì)于較高的輸入值得到極其高的電流。圖5示出這種情況。電流被歸一化到初級(jí)側(cè)上負(fù)峰值電流的最小絕對(duì)值。為了對(duì)于初級(jí)側(cè)的MOSFET獲得EVS，負(fù)電流是必要的。在圖4中，粗線指明正峰值和細(xì)線指明負(fù)峰值，而點(diǎn)線指明最小輸入電壓，實(shí)線指明額定輸入電壓和虛線指明最大輸入電壓。正如在圖4中清楚地看到的那樣，在最壞情況下，歸一化的負(fù)峰值電流接近高出30倍，這導(dǎo)致高的電流額定值，γms損失和導(dǎo)致大量的循環(huán)能量。
取決于不同輸入電壓的負(fù)載狀況，相應(yīng)的被歸一化到最大輸出功率的循環(huán)能量的數(shù)量被示于圖5中。在圖5中，點(diǎn)線指明最小輸入電壓的循環(huán)能量，實(shí)線指明額定輸入電壓的循環(huán)能量，虛線指明最大輸入電壓的循環(huán)能量。在低輸入電壓時(shí)，循環(huán)能量的數(shù)量對(duì)于所有的負(fù)載狀況都是比較小的，然而循環(huán)能量的數(shù)量最高上升到最大輸出功率的五倍(在本例中)。這清楚地展現(xiàn)出這樣一種控制系統(tǒng)的缺陷。在寬輸入范圍的情況下，這種方法是不可接受的。
依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制控制單元，使得在初級(jí)側(cè)處理輸入電壓變化，而在次級(jí)側(cè)處理負(fù)載調(diào)節(jié)/變化？來(lái)消除所述的缺陷，如果初級(jí)側(cè)控制單元包括一個(gè)MOSFET，為此目的，該MOSFET可用這樣一種方法控制，使得漏極電壓的谷值保持在恒定值，另一種方案時(shí)，漏極電壓的谷值可依據(jù)輸入電壓進(jìn)行控制。為此目的，可以通過(guò)一個(gè)伏特計(jì)或變壓器1的一個(gè)輔助線圈監(jiān)測(cè)輸入電壓VIN?？梢岳靡环N通常的采樣保持技術(shù)或一種包括如圖6中所示的輔助線圈(aux)的簡(jiǎn)單的檢測(cè)電路檢測(cè)漏極電壓的谷值。在這種情況下，漏極上的谷值是一個(gè)峰值。當(dāng)Ss是高時(shí)，通過(guò)閉合晶體管T防止檢測(cè)錯(cuò)誤的值。二極管D和電容器C組成一個(gè)簡(jiǎn)單的峰值整流器。可以添加一個(gè)電阻Rdis以改進(jìn)變換器的動(dòng)態(tài)特性。
一旦谷值(也就是在以上所討論的電路中峰值)已知，一種簡(jiǎn)單的PI誤差放大器可相應(yīng)地用于控制該設(shè)備。
為了進(jìn)一步使系統(tǒng)最佳化，谷值的設(shè)定點(diǎn)(也就是所希望的值)可以成為Vi的一個(gè)函數(shù)。例如，Vset可以與Vi成比例。
一種如上所述的變換器在初級(jí)側(cè)處理輸入電壓的變化，而在次級(jí)側(cè)處理負(fù)載的調(diào)節(jié)。結(jié)果，變換器中的循環(huán)能量數(shù)量被最小化到由圖5中的點(diǎn)線所指明的對(duì)于所有輸入電壓的電平。這導(dǎo)致一種非常有效率的和有成本效能的變換器，由于消除被隔離的反饋，得到較高的效率，較低的電磁干擾(EMI)，較小的尺寸，等。
依據(jù)本發(fā)明的變換器既可用于AC-DC又可用于DC-DC功率的變換。它特別適用于低功率范圍，也就是最高幾百瓦范圍內(nèi)的所有應(yīng)用。
初級(jí)和次級(jí)控制單元可以相互獨(dú)立地工作，或者一個(gè)控制器可以依賴于另一個(gè)控制器所產(chǎn)生的信號(hào)。如果兩個(gè)控制器相互獨(dú)立地工作，每個(gè)控制器必須監(jiān)測(cè)電源的狀態(tài)，以便確定適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)時(shí)間，如果兩個(gè)控制器相互作用，一個(gè)控制器作為主控制器，另一個(gè)控制器作為從控制器。
而且，其他的變型和替代方案也是可能的，例如，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚的，其他的電路部件可被添加，或用作以上討論過(guò)的特定電路實(shí)施方案的替換件，如其他類型的開(kāi)關(guān)裝置，其他類型的控制單元，等。而且，本發(fā)明可用在大量的不同應(yīng)用中。這樣一些修改和其他緊密相關(guān)的修改必須被考慮在由所附的權(quán)利要求所規(guī)定的本
權(quán)利要求
1.一種操作雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)的方法，包括以下步驟通過(guò)在變換器初級(jí)側(cè)上的變壓器的初級(jí)線圈在第一方向中斜升電流；打開(kāi)與所述初級(jí)線圈串聯(lián)的初級(jí)開(kāi)關(guān)，從而驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)在變換器次級(jí)側(cè)上的所述變壓器的次級(jí)線圈，所述次級(jí)線圈被感應(yīng)耦合到所述初級(jí)線圈；控制與所述次級(jí)線圈串聯(lián)的次級(jí)開(kāi)關(guān)，以允許所述次級(jí)線圈在第一方向中傳送電流，并且接下來(lái)，以允許所述電流在與所述第一方向相反的第二方向中通過(guò)所述次級(jí)線圈，從而驅(qū)動(dòng)電流在與所述第一方向相反的第二方向中通過(guò)所述初級(jí)線圈；其中所述次級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以便在次級(jí)側(cè)上提供受控的輸出功率；和所述初級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以補(bǔ)償輸入電壓變化。
2.一種依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述初級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以使循環(huán)功率為最小。
3.一種依據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述初級(jí)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，最好是MOSFET，其中所述開(kāi)關(guān)被控制，以便通過(guò)使漏極電壓的谷值保持在一個(gè)相對(duì)恒定的值上來(lái)補(bǔ)償輸入電壓變化。
4.一種依據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述初級(jí)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，最好是MOSFET，其中所述開(kāi)關(guān)被控制，以便通過(guò)按照輸入電壓控制漏極電壓的谷值來(lái)補(bǔ)償輸入電壓變化。
5.一種依據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是被前饋方式控制的。
6.一種依據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中初級(jí)開(kāi)關(guān)和次級(jí)開(kāi)關(guān)被進(jìn)一步控制，以便在去激活一個(gè)開(kāi)關(guān)和激活另一個(gè)開(kāi)關(guān)之間提供一個(gè)空載時(shí)間。
7.一種依據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中對(duì)次級(jí)開(kāi)關(guān)的控制基于代表輸出電壓和/或輸出電流的輸入信號(hào)。
8.一種依據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中對(duì)初級(jí)開(kāi)關(guān)的控制基于代表輸入電壓的輸入信號(hào)。
9.一種雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)，包括一個(gè)具有感應(yīng)耦合在一起的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器，所述初級(jí)線圈被耦合到變換器的電壓輸入端，而所述次級(jí)線圈被耦合到變換器的電壓輸出端；一個(gè)初級(jí)控制單元，包括被安排成與初級(jí)線圈串聯(lián)的初級(jí)開(kāi)關(guān)；一個(gè)次級(jí)控制單元，包括被安排成與次級(jí)線圈串聯(lián)的次級(jí)開(kāi)關(guān)；其特征在于，所述初級(jí)控制單元被適配成補(bǔ)償輸入電壓變化，以及所述次級(jí)控制單元被適配成在次級(jí)側(cè)上提供受控的輸出功率。
10.一種依據(jù)權(quán)利要求9的電源，其中所述初級(jí)控制單元包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，最好是MOSFET，具有一個(gè)導(dǎo)電溝道和一個(gè)控制端。
11.一種依據(jù)權(quán)利要求10的電源，其中所述初級(jí)控制單元被適配成控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，以便通過(guò)使漏極電壓的谷值保持在一個(gè)相對(duì)恒定值上來(lái)補(bǔ)償輸入電壓變化。
12.一種依據(jù)權(quán)利要求10的電源，其中所述初級(jí)控制單元被適配成控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，以便通過(guò)按照輸入電壓控制漏極電壓的谷值來(lái)補(bǔ)償輸入電壓變化。
13.一種依據(jù)權(quán)利要求9-12之中任一項(xiàng)權(quán)利要求的電源，其中所述電源是一個(gè)開(kāi)關(guān)式功率變換器。
14.一種依據(jù)權(quán)利要求9-13之中任一項(xiàng)權(quán)利要求的電源，其中給所述次級(jí)控制單元提供代表輸出電壓和/或輸出電流的輸入信號(hào)。
15.一種依據(jù)權(quán)利要求14的電源，其中所述次級(jí)控制單元進(jìn)一步包括一個(gè)二極管，以及其中所述次級(jí)控制單元被進(jìn)一步提供指明所述二極管是否正在導(dǎo)通的輸入信號(hào)。
16.一種依據(jù)權(quán)利要求9-15之中任一項(xiàng)權(quán)利要求的電源，其中給所述初級(jí)控制單元提供代表輸入電壓的輸入信號(hào)。
17.一種依據(jù)權(quán)利要求9-16之中任一項(xiàng)權(quán)利要求的電源，其中所述初級(jí)控制單元進(jìn)一步包括一個(gè)二極管，以及其中所述初級(jí)控制單元被提供指明所述二極管是否在導(dǎo)通的輸入信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙向逆程開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)，諸如雙向逆向變換器，并且本發(fā)明還涉及一種用于操作所述電源的方法。SMPS包括一個(gè)具有感應(yīng)耦合在一起的初級(jí)和次級(jí)線圈的變壓器，所述初級(jí)線圈被耦合到變換器的電壓輸入端，并且所述次級(jí)線圈被耦合到變換器的電壓輸出端；一個(gè)初級(jí)控制單元，包括一個(gè)安排成與初級(jí)線圈串聯(lián)的初級(jí)開(kāi)關(guān)；和一個(gè)次級(jí)控制單元，包括一個(gè)安排成與次級(jí)線圈串聯(lián)的次級(jí)開(kāi)關(guān)。初級(jí)控制單元被適配成補(bǔ)償輸入電壓變化，而次級(jí)控制單元被適配成在次級(jí)側(cè)上提供受控的輸出功率。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1520633SQ02812914
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者P·J·M·施密德特, H·J·J·多門(mén)西諾, J 多門(mén)西諾, P J M 施密德特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司