專利名稱：功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路的制作方法
功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路相關(guān)申請的交叉引用本申請要求美國臨時申請第61/176,273號(其發(fā)明名稱為“ENERGYRECOVERY SNUBBER CIRCUIT FOR POWER CONVERTERS”，申請日為2009年5月7日)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容 并入于此好像以全文闡述。
背景技術(shù)：
通常，功率變換器是一種將輸入電壓源或電流源變換成指定輸出電壓或電流的功 率處理電路。功率變換器被用在多種應(yīng)用中，包括計算機、音頻/視頻裝置、移動電子設(shè)備、 電力系統(tǒng)等。功率變換器的一種類型，即熟知的DC/DC功率變換器，可操作成將具有DC分量的 輸入電壓波形變換成可與該輸入電壓波形具有不同電壓電平的輸出DC電壓波形。出于多 種原因，通?？善谕构β首儞Q器的輸入和輸出電氣隔離。為了實現(xiàn)電氣隔離，可采用隔離 變壓器，其可以按照需求將輸入DC電壓“斬波(chopped)”成AC電壓。進一步地，為了執(zhí) 行從隔離變壓器的AC輸出到DC輸出電壓的波形變換，可以使用整流電路。傳統(tǒng)地，整流電 路包括耦接到隔離變壓器次級側(cè)的一個或多個二極管。由于二極管僅在正向偏置時傳導(dǎo)電 流，因此可使用二極管將來自隔離變壓器的AC電壓變換成輸出DC電壓?？商鎿Q地，整流電 路可包括同步整流器，其采用選擇性地與被整流的AC信號同步導(dǎo)通和截止的晶體管開關(guān)， 以控制從隔離變壓器到整流器輸出的電流傳導(dǎo)。漸增的計算速度和集成電路(IC)的密度導(dǎo)致它們的工作電壓降低。工作電壓的 這種降低要求DC/DC變換器提供更高的輸出電流以實現(xiàn)相似的功率輸出。由于輸出電壓降 低以及輸出電流升高，因此輸出整流器造成的功率損耗成為影響功率變換器的效率的主要 因素。為了允許使用相對小的能量存儲元件和濾波組件(例如電容器、電感器、變壓器 等)，與功率變換器相關(guān)的切換設(shè)備可能在相對高的頻率(例如，幾百kHz)下切換。然而， 該高頻切換可能在輸出整流電路中引起較大的電壓尖峰和高頻振鈴(ringing)。電壓尖峰 和高頻振鈴?fù)ǔ？赡苡筛綦x變壓器的寄生電感或漏電感以及整流二極管或晶體管開關(guān)的 寄生電容引起。由于幾個原因，電壓尖峰和高頻振鈴是不希望有的。例如，高電壓尖峰可能需要使 用標(biāo)稱為高電壓的整流設(shè)備，可能造價高，體積更大。進一步，額定高電壓的設(shè)備的使用可 能降低功率變換器的效率，因為這些設(shè)備可能具有相對高的傳導(dǎo)損耗。另外，由高頻振鈴 和高電壓電勢傳送的能量可能在功率變換器的不同組件或其它外圍組件中引起電磁干擾 (EMI)問題。為解決上述問題，研發(fā)了不同的無源和有源緩沖器或箝位電路以補償上述不期望 的特性。這些電路通常具有可能包括成本增加和/或功率變換器的效率下降的一個或多個 缺點。為了解決上述背景中的問題，已經(jīng)發(fā)明了本文中描述的用于功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于具有輸入和輸出的開關(guān)功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路，所述功 率變換器包括具有初級繞組和次級繞組的第一變壓器、耦接到所述初級繞組的可控開關(guān)以 及耦接到所述次級繞組的整流電路。所述能量恢復(fù)緩沖電路包括耦接到所述整流電路的 電壓箝位元件；耦接到所述電壓箝位元件的電容性元件，其用于存儲由所述電壓箝位元件 捕獲的能量；第二變壓器，其具有耦接到所述電容性元件的初級繞組和耦接到所述功率變 換器的輸入的次級繞組；以及控制電路，可操作成選擇性地使得由所述電容性元件存儲的 能量通過所述第二變壓器傳送到所述功率變換器的輸入。所述功率變換器可以在其輸出側(cè)包括低通濾波器。所述低通濾波器可以包括輸出 電感器和輸出電容器。所述能量恢復(fù)緩沖電路可以包括耦接到所述能量恢復(fù)緩沖電路的次 級繞組的整流器。所述電壓箝位元件可以包括整流開關(guān)。所述整流開關(guān)可以包括M0SFET。所述電壓 箝位元件可以包括反相器。所述可控開關(guān)可以包括四個不同的開關(guān)，一次導(dǎo)通其中的兩個，當(dāng)其中一對截止 時，另一對導(dǎo)通，而當(dāng)其中一對導(dǎo)通時，另一對截止。所述電壓箝位元件可以包括第一整流 開關(guān)和第二整流開關(guān)，一次導(dǎo)通其中一個，當(dāng)所述可控開關(guān)中的一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第一 整流開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述可控開關(guān)中的另一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第二整流開關(guān)導(dǎo)通。所述第一 整流開關(guān)和第二整流開關(guān)每個可以包括M0SFET。也公開了一種具有輸入和輸出的開關(guān)功率變換器。所述功率變換器包括具有初 級繞組和次級繞組的第一變壓器；耦接到所述初級繞組的可控開關(guān)；耦接到所述次級繞組 的整流電路；以及用于所述開關(guān)功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路。所述能量恢復(fù)緩沖電路 包括耦接到所述整流電路的電壓箝位元件；耦接到所述電壓箝位元件的電容性元件，其 用于存儲由所述電壓箝位元件捕獲的能量；第二變壓器，其具有耦接到所述電容性元件的 初級繞組和耦接到所述功率變換器的輸入的次級繞組；以及控制電路，可操作成選擇性地 使得由所述電容性元件存儲的能量通過所述第二變壓器傳送到所述功率變換器的輸入。所述功率變換器在其輸出側(cè)可以包括低通濾波器。所述低通濾波器可以包括輸出 電感器和輸出電容器。所述能量恢復(fù)緩沖電路可以包括耦接到所述能量恢復(fù)緩沖電路的次 級繞組的整流器。所述電壓箝位元件可以包括整流開關(guān)。所述整流開關(guān)可以包括M0SFET。所述電壓 箝位元件可以包括反相器。所述可控開關(guān)可以包括四個不同的開關(guān)，一次導(dǎo)通其中的兩個，當(dāng)其中一對截止 時，另一對導(dǎo)通，而當(dāng)其中一對導(dǎo)通時，另一對截止。所述電壓箝位元件可以包括第一整流 開關(guān)和第二整流開關(guān)，一次導(dǎo)通其中一個，當(dāng)所述可控開關(guān)中的一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第一 整流開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述可控開關(guān)中的另一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第二整流開關(guān)導(dǎo)通。所述第一 整流開關(guān)和第二整流開關(guān)每個包括MOSFET。


圖1圖示了包括示例性能量恢復(fù)緩沖電路的DC/DC功率變換器的方塊圖。圖2圖示了包括示例性能量恢復(fù)緩沖電路的DC/DC功率變換器的示意圖。圖3圖示了與圖2所示的DC/DC功率變換器的操作相關(guān)的不同波形。圖4圖示了示例性能量恢復(fù)緩沖電路。圖5圖示了在DC/DC功率變換器中使用的整流電路的電壓波形。圖6圖示了另一示例性能量恢復(fù)緩沖電路。
具體實施例方式盡管本發(fā)明允許不同修改和可替代的形式，但是其特定實施例已經(jīng)在附圖中通過 舉例被展示，并在本文中得到詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這并不試圖將本發(fā)明局限在公開 的特定形式上，反而更進一步地，本發(fā)明涵蓋所有落入由權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍和精 神之內(nèi)的變型、等效和替代形式。圖1圖示了包括示例性能量恢復(fù)緩沖器30的DC/DC功率變換器10的方塊圖。功 率變換器10可操作成將在DC輸入節(jié)點12的DC電壓變換成在DC輸出節(jié)點28的輸出DC 電壓。功率變換器10可包括隔離變壓器18，其具有耦接到DC輸入節(jié)點12的一個或多個 初級側(cè)繞組20和耦接到DC輸出節(jié)點28的一個或多個次級側(cè)繞組22。為了將AC電壓提 供到隔離變壓器18的初級繞組20，包括一個或多個開關(guān)的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)14可以耦接在初級繞 組20和DC輸入節(jié)點12之間。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)14能夠被開關(guān)控制模塊16控制，所述開關(guān)控制模 塊16可操作成導(dǎo)通和截止開關(guān)網(wǎng)絡(luò)14的開關(guān)以提供AC電壓到隔離變壓器18的初級繞組 20。例如，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)14可包括半橋網(wǎng)絡(luò)、全橋網(wǎng)絡(luò)等。整流電路24可耦接到隔離變壓器18的一個或多個次級繞組22以提供整流的電 壓波形。整流電路24可包括一個或多個二極管、一個或多個同步整流器(例如晶體管開 關(guān))等。隨后，整流電壓波形可被低通(LP)濾波器26平滑，因此DC電壓出現(xiàn)于DC輸出節(jié) 點28，其接著可耦接到負(fù)載。LP濾波器26可包括一個或多個電容器、電感器或者其它無源 或有源組件。為減少由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)14的高頻切換造成的高電壓尖峰和高頻率振鈴，以及其對隔 離變壓器18和整流電路24的漏電感的影響，可提供能量恢復(fù)緩沖器30。在功能上，能量 恢復(fù)緩沖器30可包括能量捕獲模塊32，其可操作成捕獲在整流電路24上引起不理想情況 (例如振鈴和電壓尖峰)的能量。在這個方面，整流電路24可被設(shè)計成其組件不需要承受 極端電壓的條件，這樣可以減少功率變換器10的成本同時提高其效率。除了捕獲能量，能量恢復(fù)緩沖器30可操作成將所捕獲的能量返回到DC輸入節(jié)點 12，這能夠從根本上提高功率變換器10的效率。為了將所捕獲的能量返回到DC輸入節(jié)點 12以及保持功率變換器10的初級側(cè)和次級側(cè)之間的電氣隔離，能量恢復(fù)緩沖器30可包括 隔離變壓器34，其具有一個或多個初級繞組38和一個或多個次級繞組34。在操作中，由能 量捕獲模塊32捕獲的能量可通過隔離變壓器34傳送，在隔離變壓器34中可經(jīng)過整流器39 整流，并返回到DC輸入節(jié)點12。在這個方面，被隔離變壓器18的漏電感和整流電路24的 寄生電容消耗的能量通常可以由功率變換器10恢復(fù)或重復(fù)利用，從而提高功率變化器10 的效率，同時減少整流電路24上的高電壓尖峰和高頻率振鈴。
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附圖2圖示了包括示例性能量恢復(fù)緩沖電路的全橋DC/DC功率變換器50的示意 圖。功率變換器50包括隔離變壓器66，其經(jīng)由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)54耦接到輸入節(jié)點52(Vin)。開 關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)56、58、60和62，這些開關(guān)可以是任意合適類型的開關(guān)，包括MOSFET，IGBT 或類似物。開關(guān)56、58、60和62可被開關(guān)控制器(附圖2中未示出)控制來將AC電壓提 供到隔離變壓器66的初級繞組68。在操作中，開關(guān)56和62可導(dǎo)通一段時間，從而正Vin 電壓電勢被施加到隔離變壓器66的初級繞組68兩端。在這段時間期間，開關(guān)58和60斷 開(即不導(dǎo)通)。接著，開關(guān)控制器可以將開關(guān)56和62控制為不導(dǎo)通，而開關(guān)58和60導(dǎo) 通。如能夠被理解的，這產(chǎn)生將負(fù)Vin電壓電勢施加到隔離變壓器66的初級繞組68兩端 的效果。在這個方面，開關(guān)控制器可選擇性地控制開關(guān)56、58、60和62，以便向初級繞組68 施加在正Vin和負(fù)Vin電壓電勢間擺動的AC電壓。功率變換器50還包括同步整流器90、98，其連接到隔離變壓器66的次級繞組70、 72的外部抽頭。在該示例中，同步整流器90、98分別包括M0SFET92、100。進一步地，主體 二極管94、102和電容器96、104被圖示以分別說明MOSFET 92、100的特性(即等效電路)， 而非電路中的獨立組件。在操作中，MOSFET 92、100的柵極由整流控制器(未示出)控制成使得MOSFET 92,100在特定不同的時間導(dǎo)通，從而可以將來自隔離變壓器66的初級繞組68的能量傳送 到負(fù)載86。更具體地，當(dāng)開關(guān)56和62導(dǎo)通時，MOSFET 92應(yīng)當(dāng)被導(dǎo)通。類似地，當(dāng)開關(guān)58 和60導(dǎo)通時，MOSFET 100應(yīng)當(dāng)被導(dǎo)通。在這個方面，來自隔離變壓器66的次級繞組70、72 的能量可被整流。在本示例中，MOSFET 92、100由于導(dǎo)通時呈現(xiàn)相對低的電阻，因此被用于 整流，以取代整流二極管，這具有最小化與整流電路相關(guān)的損耗的效果。為提供穩(wěn)定的DC電壓到功率變換器50的輸出節(jié)點84 (Vout)，可提供包括輸出電 感器82和輸出電容器88的低通濾波器?？蛇x擇電感器82和電容器88的值以使當(dāng)功率變 換器50耦接到負(fù)載86時電壓Vout近似為DC電壓。如之前記載，由于整流器(即MOSFET 92、100)從導(dǎo)通狀態(tài)到非導(dǎo)通狀態(tài)的快速切 換，可產(chǎn)生高頻振鈴和電壓尖峰。這些不理想的特性主要歸因于隔離變壓器66的漏電感 (由漏電感器74和76示意性地示出)以及整流器90、98的漏極端與源極端之間的寄生電 容(由電容器96和104分別示意性地示出)間的諧振。為減少或消除當(dāng)MOSFET 92,100截止時產(chǎn)生的高電壓尖峰和振鈴，提供箝位二極 管78、80，它們的各自陽極端耦接到隔離變壓器66的次級繞組72、74的外部端子，它們的負(fù) 極端耦接到箝位電容器110的第一平板的。箝位二極管78、80可以是任意合適類型的二極管。例如，箝位二極管78、80可以 是肖特基二極管，以提供相對小的正向偏壓降。箝位電容器110可以相對大(例如，30nF， 60nF，220nF，或更大)，從而出現(xiàn)在次級繞組72、74的外部端子(或等同地，在MOSFET 92、 100的漏極端)的任意電壓尖峰或振鈴被箝位電容器110所吸收。如能夠被理解地，箝位電 容110兩端出現(xiàn)的電壓基本上是DC電壓，其幅值近似為輸入電壓Vin乘以隔離變壓器66 的匝數(shù)比。除了用于箝位過多電壓尖峰和振鈴的箝位電容器110和箝位二極管78、80以夕卜， 由箝位電容器110吸收的能量也可被反向循環(huán)到功率變壓器50的輸入節(jié)點52。為了實現(xiàn) 此功能，箝位電容器110可以與隔離變壓器114的初級繞組118和M0SFET112并聯(lián)地耦接到地電勢106。變壓器114可以包括兩個次級繞組116、120，每個次級繞組分別具有耦接到 功率變換器50的初級繞組的接地節(jié)點106的一端、以及通過整流二極管124、122耦接到輸 入節(jié)點52的另一端。在操作中，MOSFET 112可由耦接到其柵極端的控制電路(未在圖2中示出；參見 附圖4所示的控制電路150和圖6所示的控制電路160)選擇性地導(dǎo)通和截止。當(dāng)MOSFET 112由控制電路導(dǎo)通時，電流將經(jīng)過變壓器114的初級繞組118從箝位電容110流出，在初 級繞組118兩端感應(yīng)出電壓。該電壓將接著在次級繞組116中感應(yīng)電壓，可能導(dǎo)致電流通 過整流二極管124流到輸入節(jié)點52，在輸入節(jié)點52處能量可能被輸入電容器64存儲。另 外，當(dāng)MOSFET 112接著導(dǎo)通或截止時，存儲在初級繞組118的能量將引起次級繞組120兩 端的負(fù)電壓，從而導(dǎo)致電流通過整流二極管122流到輸入節(jié)點52。在這個方面，由箝位電容 器110捕獲的能量被傳回到輸入電源，從而從根本上減少功率變換器50的能量損失。附圖3圖示了與圖2所示的DC/DC功率變換器50的操作相關(guān)的各種波形。具體 地，波形115圖示了 MOSFET 92,100的漏極端與源極端之間的電壓。如可以看出，MOSFET 92、100兩端的電壓當(dāng)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到不導(dǎo)通狀態(tài)時會迅速上升，并當(dāng)它們切換回導(dǎo)通狀 態(tài)時，再次下降。波形117圖示箝位電容器110兩端的電壓。波形119圖示MOSFET 112的 柵極端和源極端之間的電壓(Vgs)，其可以由控制電路控制(參見圖4和圖6所示的控制電 路150和160)。如之前所述，MOSFET 112用于控制箝位電容器110的放電。波形121圖示 當(dāng)來自箝位電容器110中的能量被恢復(fù)時隔離變壓器114的初級繞組118兩端的電壓。波 形123圖示通過二極管124流回到輸入節(jié)點52的電流，而波形125圖示通過二極管125流 回到輸入節(jié)點52的電流。如波形115和117所示，當(dāng)開關(guān)92關(guān)斷時(如波形115所示當(dāng)開關(guān)92兩端的電 壓上升時)，箝位電容器110兩端的電壓稍微增加。進一步地，應(yīng)當(dāng)注意，開關(guān)92和100兩 端的任意電壓尖峰或者振鈴由于箝位電容器110所捕獲的能量而相對較小。如波形119所示，在MOSFET 92或100再次開始導(dǎo)通之后(即當(dāng)波形115中的電 壓降回到0時)，控制電路向MOSFET開關(guān)112的柵極施加正電壓一段預(yù)定時間。這具有在 變壓器114的初級繞組118上感應(yīng)正電壓(波形121所示)的效果，其接著感應(yīng)通過二極 管124的電流(波形123所示)，該二極管124將捕獲的能量返回到輸入節(jié)點52。接著，當(dāng) 開關(guān)112被控制電路關(guān)斷時，在變壓器的初級繞組118中感應(yīng)相對小的負(fù)電壓(波形121)， 其接著感應(yīng)通過二極管122的相對小的電流(幾mA)(波形125)。如之前所記載，通過二極 管122和124的電流被返回到功率變換器50的輸入節(jié)點52，因此減少功率損耗并且提高功 率變換器50的效率。附圖4圖示了也如圖2所示的功率變換器50，并進一步圖示了可用于控制開關(guān) 112的導(dǎo)通和關(guān)斷的控制電路150。注意，為了簡便，附圖2所示的功率變換器50的所有組 件并未都在附圖4中示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，附圖4中沒有示出的組件在功率變換器50中應(yīng) 當(dāng)實際存在。通常，在MOSFET 92或100兩端的電壓降低到接近零之后(例如，在MOSFET 92、 100由非導(dǎo)通狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)之后；參見附圖3中波形115)，控制電路150可操作成 導(dǎo)通開關(guān)112 —段短的預(yù)定時間。為了實現(xiàn)這種功能，控制電路150可包括二極管126和 128，其陽極端分別耦合到MOSFET 92和100的漏極端，二極管126和128的陰極端通過分壓器(即電阻器134和136)連接到MOSFET 138的柵極端。當(dāng)MOSFET 92和100中任一個 兩端的電壓為高時，可選擇電阻器134和136的電阻值，從事存在足以導(dǎo)通MOSFET 138的 電壓電勢。在這個方面，當(dāng)MOSFET 92、100不導(dǎo)通時，MOSFET 138導(dǎo)通或“打開”?？刂齐娐?50還包括充電電容器142，其具有耦接到MOSFET 138的漏極端和通過 電阻器140連接到電壓源130 (Vcc)的一個平板。進一步地，充電電容器142的另一平板耦 接到MOSFET 112的柵極端，并且還通過電阻器146和二極管144連接到地，電阻器146和 二極管144被配置成彼此并聯(lián)。在操作中，充電電容器142用于控制MOSFET 112的導(dǎo)通時間。最初，當(dāng)MOSFET 138 導(dǎo)通時充電電容142兩端的電壓為零(例如，當(dāng)MOSFET 92、100的任意一個未導(dǎo)通時，其漏 源極電壓為高)。當(dāng)MOSFET 92、100切換到不導(dǎo)通狀態(tài)時，MOSFET 138的柵極端處的電壓 降到零，并且MOSFET 138變成不導(dǎo)通。這導(dǎo)致電流從電壓源130 (Vcc)通過電阻器140、充 電電容器142和電阻器146流入接地節(jié)點106?？梢赃x擇電阻器146和140，使得當(dāng)充電電 容器142正在充電時，MOSFET 112的柵極端處的電壓足以導(dǎo)通M0SFET112。如能夠理解的， 充電電容器142以由RC時間常數(shù)確定的速度充電，并且MOSFET 112的柵極端處的電壓將 最終降到使MOSFET 112截止的電平。在這個方面，MOSFET 112將導(dǎo)通一段預(yù)定時間，該段 預(yù)定時間由M0SFET92、100從導(dǎo)通狀態(tài)到不導(dǎo)通狀態(tài)的切換來觸發(fā)(參見如圖3所示的波 形 115 和 119)。然后，上述過程將在每個切換周期重復(fù)，使得MOSFET 112在每個周期導(dǎo)通一段短時 間，以允許存儲在箝位電容器110中的能量經(jīng)由隔離變壓器114傳送回功率變換器50的輸入。 為確保充電電容器142每個周期完全地放電，二極管144耦接到電容器142和地106之間。圖5示范了本發(fā)明的能量恢復(fù)緩沖器到箝位電壓的能力以減少電壓尖峰和振鈴 影響。上圖示出了出現(xiàn)在采用無源、電阻-電容(R-C)緩沖電路的同步整流器兩端的電壓 波形152。下圖示出了當(dāng)采用本發(fā)明的能量恢復(fù)緩沖電路時出現(xiàn)在同步整流器兩端的電壓 波形154。如可在圖5中看出，采用本發(fā)明的能量恢復(fù)緩沖電路，從根本上減少了電壓尖峰 和振鈴。圖6圖示了也在圖2和圖4示出的功率變換器50，并進一步圖示了控制電路160， 該控制電路160可用于控制開關(guān)112的導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖4所示，注意，為了簡單，附圖2 所示的功率變換器50的所有組件并未都在附圖6中示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，附圖6中沒有示 出的組件可能仍舊在功率變換器50實際存在。除了反相器162替換了 MOSFET 138和連接到電壓源130 (Vcc)的電阻器140，控 制電路160與附圖4中所示的控制電路150類似。在運行中，當(dāng)整流MOSFET 92、100在不 導(dǎo)通狀態(tài)時，由于反相器162的輸入為高，充電電容器142兩端具有零電壓電勢，同時耦接 到電容器142的輸出為低。然后，當(dāng)MOSFET 92、100切換到導(dǎo)通狀態(tài)時，由于反相器輸入端 處的電壓降到零，反相器162的輸出變?yōu)楦?，從而向電容?42充電并導(dǎo)通開關(guān)112。與圖 4所示的控制電路150相似，開關(guān)112保持導(dǎo)通一段由電容器142和電阻器146的RC時間 常數(shù)確定的時間。另外，二極管144被提供以保證充電電容器142在每個開關(guān)周期充分地 放電。如能夠被理解的，通過對充電電容器和相關(guān)電阻器選擇合適的值，可以控制圖2、4 和6所示的MOSFET 112的導(dǎo)通期間。通常，理想的是保持MOSFET 112導(dǎo)通一段時間，以允許在切換周期的期間由箝位電容器110捕獲的能量被恢復(fù)。在這個方面，箝位電容器110 兩端的電壓電位將隨時間保持相對穩(wěn)定。應(yīng)當(dāng)理解，本文中描述的實施例僅是示例性的，并且許多特征可以適用于多種應(yīng) 用中。例如，可采用多種類型的變壓器、開關(guān)或者其它組件。進一步地，本文中描述的特征 能夠用于其它類型的功率變換器，例如AC-DC功率變換器。另外，除了全橋DC-DC變換器， 本文中描述的特征可用于包括推挽變換器、半橋變換器以及前向變換器等的其它配置。盡管本發(fā)明在附圖和之前的記載中被具體地圖示和描述，但是這些說明和描述應(yīng) 當(dāng)被認(rèn)為是示例性的，且不局限于某個特征。例如，之前記載的特定實施例可以同其它記載 的實施例結(jié)合和/或以其它形式布置(例如，處理元件能夠以其它次序執(zhí)行)。相應(yīng)地，應(yīng) 當(dāng)理解，僅優(yōu)選實施例及其變型被展示和描述，所有屬于本發(fā)明的精神的變型或修改都應(yīng) 當(dāng)予以保護。
權(quán)利要求
一種用于具有輸入和輸出的開關(guān)功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路，所述功率變換器包括具有初級繞組和次級繞組的第一變壓器、耦接到所述初級繞組的可控開關(guān)以及耦接到所述次級繞組的整流電路，所述能量恢復(fù)緩沖電路包括耦接到所述整流電路的電壓箝位元件；耦接到所述電壓箝位元件的電容性元件，其用于存儲由所述電壓箝位元件捕獲的能量；第二變壓器，其具有耦接到所述電容性元件的初級繞組和耦接到所述功率變換器的輸入的次級繞組；以及控制電路，可操作成選擇性地使得由所述電容性元件存儲的能量通過所述第二變壓器傳送到所述功率變換器的輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述功率變換器在其輸出側(cè)包括低通濾波器。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中所述低通濾波器包括輸出電感器和輸出電容器。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述能量恢復(fù)緩沖電路包括耦接到所述能量恢復(fù)緩 沖電路的次級繞組的整流器。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括整流開關(guān)。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述整流開關(guān)包括MOSFET。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述可控開關(guān)包括四個不同的開關(guān)，一次導(dǎo)通其中 的兩個，當(dāng)其中一對截止時，另一對導(dǎo)通，而當(dāng)其中一對導(dǎo)通時，另一對截止。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括第一整流開關(guān)和第二整流開 關(guān)，一次導(dǎo)通其中一個，當(dāng)所述可控開關(guān)中的一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第一整流開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所 述可控開關(guān)中的另一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第二整流開關(guān)導(dǎo)通。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其中所述第一整流開關(guān)和第二整流開關(guān)每個包括 MOSFET。
10.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括反相器。
11.一種具有輸入和輸出的開關(guān)功率變換器，所述功率變換器包括 具有初級繞組和次級繞組的第一變壓器；耦接到所述初級繞組的可控開關(guān)； 耦接到所述次級繞組的整流電路；以及用于所述開關(guān)功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路，所述能量恢復(fù)緩沖電路包括 耦接到所述整流電路的電壓箝位元件；耦接到所述電壓箝位元件的電容性元件，其用于存儲由所述電壓箝位元件捕獲的能量；第二變壓器，其具有耦接到所述電容性元件的初級繞組和耦接到所述功率變換器的輸 入的次級繞組；以及控制電路，可操作成選擇性地使得由所述電容性元件存儲的能量通過所述第二變壓器 傳送到所述功率變換器的輸入。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述功率變換器在其輸出側(cè)包括低通濾波器。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，其中所述低通濾波器包括輸出電感器和輸出電容器。
14.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述能量恢復(fù)緩沖電路包括耦接到所述能量恢復(fù)緩沖電路的次級繞組的整流器。
15.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括整流開關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述的電路，其中所述整流開關(guān)包括MOSFET。
17.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述可控開關(guān)包括四個不同的開關(guān)，一次導(dǎo)通其 中的兩個，當(dāng)其中一對截止時，另一對導(dǎo)通，而當(dāng)其中一對導(dǎo)通時，另一對截止。
18.如權(quán)利要求17所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括第一整流開關(guān)和第二整流 開關(guān)，一次導(dǎo)通其中一個，當(dāng)所述可控開關(guān)中的一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第一整流開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng) 所述可控開關(guān)中的另一對開關(guān)導(dǎo)通時所述第二整流開關(guān)導(dǎo)通。
19.如權(quán)利要求18所述的電路，所述第一整流開關(guān)和第二整流開關(guān)每個包括MOSFET。
20.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述電壓箝位元件包括反相器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)功率變換器的能量恢復(fù)緩沖電路。所述功率變換器可包括耦接到隔離變壓器的初級繞組的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、以及耦接到隔離變壓器的次級繞組的整流電路。所述能量恢復(fù)緩沖電路可包括箝位電路，可操作成箝位整流電路處的電壓尖峰和/或振鈴。箝位電壓可由例如電容器的能量捕獲模塊捕獲。進一步地，能量恢復(fù)緩沖電路可包括控制電路，可操作成將由能量捕獲模塊捕獲的能量返回到功率變換器的輸入。為保持隔離變壓器的初級側(cè)和次級側(cè)之間的電氣隔離，第二隔離變壓器可被提供以將所捕獲的能量返回到功率變換器的輸入。
文檔編號H02M3/24GK101944851SQ201010229288
公開日2011年1月12日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者保羅·加里蒂, 楊棗洪 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司