本发明专利技术涉及一种根据AC电源输入(Vi)产生DC电压和电流的电源，其中该电源包括至少一个适于连接到AC电源输入的整流器(D1)，其中，该整流器适于连接到至少一个高压电容器(Ci1)，其中该电源还包括至少一个低压电容器(Ci2)，该低压电容器适于通过至少一个第一开关(S1)连接，该高压电容器适于连接到至少一个DC‑DC变换器，其特征在于，该DC‑DC变换器包括至少一个变压器(T1)，该变压器包括至少一个初级线圈(N1)和至少一个第一和第二次级线圈(N3，N2)，该第一次级线圈适于通过至少一个半导体(D5)连接，该第二次级线圈适于通过半导体(D3)和第二开关(S2)与所述低压电容器连接，该低压电容器形成为电容器组。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于基于AC功率输入生成DC电压和电流的电源，该电源包括适于连接到AC功率输入的至少一个整流器，该整流器适于与至少一个高压电容器连接，该电源还包括至少一个低压电容器，该低压电容器适于通过至少一个第一开关进行连接，该高压电容器适于与至少一个DC-DC变换器连接。
技术介绍
US7760524公开了一种用于减小电源中的大电容器所需的体积的方法和装置。示出了被包含在具有耦合到单相AC输入电压的整流器的电源中的驱动电路。该驱动电路包括产生驱动信号的驱动信号发生器，以耦合到可变阻抗元件。电压传感器耦合到驱动信号发生器，以感测横跨高压电容器的电压。响应于电压传感器，驱动电路控制该可变阻抗元件。如果所感测的电压低于第一阈值，则允许低压电容器接收来自输入的电流。如果所感测的电压高于第二阈值，则阻止低压电容器从输入接收电流。具有通用输入电压(其可以是直流(DC)或交流(AC)输入)的DC-DC电源是公知的，该技术例如是US5126652和US2009/0129130中描述的。通常，具有通用电压输入的DC-DC电源的所有实现方式都需要大电容器，以便在输入AC电压跨过0伏期间维持用于变换器的能量。这些大电容器需要大容量以保持足够的能量储存和高额定电压(大于340V)，以便能够承受240V交流电的峰值电压。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有通用输入电压的DC-DC功率变换的成本效益的实现。本专利技术涉及作为表面贴装技术(SMT)实现的低至中功率DC-DC变换器。由于避免大体积的穿孔元件并且同时仍然实现类似的性能，本专利技术与现有技术相比具有优点。通过如权利要求1的前序部分所公开的电源来实现本专利技术的目的，其改进在于，所述DC-DC变换器包括至少一个变压器，该变压器包括至少一个初级线圈以及至少一个第一和第二次级线圈，其中第一次级线圈适于通过至少一个半导体进行连接，第二次级线圈适于通过半导体和第二开关连接到低压电容器，其中低压电容器形成为电容器组(capacitor bank)。由此，可以实现以低电压对电容器组进行充电，从而降低了串联连接的半导体上的高电压降。因此，多个具有低压要求的较小电容器可以并联或串联地进行耦合，以便获得正确的电容容量。电容器组可以形成为SMT电容器的网格(grid)。在本专利技术的优选实施例中，所述DC-DC变换器基于反激拓扑，其中，当第一开关闭合时，电流流过初级线圈，并且当第一开关断开时，电流流过第一和第二次级线圈。由此，可以实现：与DC输出功率无关地对电容器组进行充电。在本专利技术的进一步优选实施例中，所述DC-DC变换器基于正激拓扑，其中，当第一开关闭合时，电流流过初级线圈和第一次级线圈，并且当第一开关断开时，电流流过第二次级线圈，该第二次级线圈适于执行该变压器的消磁。由此，可以实现：由对变压器进行消磁而获得的功率可以被用于对电容器组进行充电。在本专利技术的进一步优选实施例中，第一开关被配置为在所述DC-DC变换器由低压电容器进行供电的期间被断开。由此，可以实现：如果由于DC输出处的高功率需求而使得高压电容器的电压变低时，电容器组在电容器组充电期间使电压保持在较高水平。在本专利技术的进一步优选实施例中，第一和第二开关适于由控制器同时进行控制，以便获得功率因数校正。由此，可以实现：通过增加变压器的磁场来对电容器组进行充电。在本专利技术的进一步优选实施例中，，电源还包括第三开关(S3)，该第三开关适于由控制器以下面这种方式进行控制：第三开关保持断开，直到输入供应电压处于DC-DC变换器的操作的极限为止，并且在其它情况下，该第三开关闭合，以便向DC-DC变换器供电。由此，可以由控制器来控制低压电容器组的放电。电容器组可以被充电，并且放电仅用于由控制器限定的需求。本专利技术解决了有关AC输入DC-DC变换器的短时间能量存储的问题。传
统上，基于大电容器组(图1中的Ci)的大能量存储被用于在AC输入电压(由于过零)低于DC-DC变换器所要求的输入电压时避免DC-DC变换的扰动。该电容器组承受高额定电压(典型地高于340V)和高容量的需求，从而导致电容器体积大、重量高、占用空间并且在SMT元件中无法使用。本专利技术公开了一种使用低压(典型地小于50V额定值)电容器组(图2和3，Ci2)的技术，其在AC输入电压高于DC-DC电压的最小输入电压期间被充电到高于DC-DC变换器的最小输入电压的适当电压水平。所述电容器组(Ci2)将在输入AC电压(Vi)过零期间向DC-DC变换器提供能量。本专利技术使得能够在没有大体积电容器的情况下设计出具有成本效益的电源。应当注意，尽管附图中涉及到隔离的反激和正激变换器拓扑，但是本专利技术并不限于后者，而是可以与输入供应电压是AC电压的任何DC-DC变换器一起使用。附图说明图1a公开了非隔离DC-DC降压变换器的现有技术基本原理。图1b公开了隔离的反激(flyback)DC-DC变换器的现有技术基本原理。图2公开了反激型DC-DC变换器。图3公开了正激(forward)型DC-DC变换器。图4a公开了AC输入电压。图4b公开了整流的AC输入电压。图4c公开了整流的电压的分解视图。图4d公开了平均输出电流。图5公开了反激拓扑。具体实施方式图1a公开了具有通用输入电压的非隔离DC-DC降压变换器的现有技术基本原理，该非隔离DC-DC降压变换器能够处理AC电源和DC电源。充电电容器(Ci)需要足够大，以保证DC-DC变换器在输入AC电压(Vi)跨过零电压期间的正常运行。图1b公开了隔离的反激DC-DC变换器的现有技术基本原理。图2公开了反激型DC-DC变换器，其中Ci2是低压电容器，其在输入电压(Vi)足够高的期间通过开关(S2)和二极管(D3)进行充电，以确保DC-DC变换器的正常运行。在输入AC电压(Vi)过零期间，电容器组(Ci2)将通过二极管(D2)向DC-DC变换器提供能量。控制器(Conl)控制开关(S1)和开关(S2)，开关(S1)执行DC-DC变换的快速切换，开关(S2)控制电容器组的充电。图3公开了正激型DC-DC变换器，其中消磁绕组(N2)用于通过开关(S2)及二极管(D3)对电容器组(Ci2)进行充电。在电容器组(Ci2)向DC-DC变换器供电期间，二极管(D4)确保变压器(T1)的消磁。图4a公开了AC输入电压(Vi)。图4b公开了在没有高压充电电容器(Ci1)的情况下出现的被整流的AC输入电压(V1，点线)，以及低压电容器组上的电压(V2，虚线)。图4c公开了整流的电压(V1，点线)、低压电容器组上的电压(V2，虚线)和DC-DC变换器的输入电压(V3，实线)的分解图。图4d公开了整流桥(D1)的平均输出电流(ID1，点线)以及从低压电容器组供给能量的通过二极管(D2)的平均电流(ID2，虚线)。图5公开了反激拓扑，其中从低压电容器功率组释放能量的二极管(D2)已经与开关(S3)串联，开关(S3)由控制器(Con1)进行控制。可以利用开关(S3)来优化储存在低压电容器组(Ci2)中的能量的使用。本专利技术将使得能够以成本有效的方式实现具有通用输入电压的低功率到中等功率的DC-DC变换器，该通用输入电压覆盖从16VAC到240VAC(峰值340V)的AC输入电压或16V本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于基于AC功率输入(Vi)生成DC电压和电流的电源，所述电源包括适于连接到AC功率输入的至少一个整流器(D1)，所述整流器适于连接到至少一个高压电容器(Ci1)，所述电源还包括至少一个低压电容器(Ci2)，所述低压电容器适于通过至少一个第一开关(S1)进行连接，所述高压电容器适于连接到至少一个DC‑DC变换器，所述DC‑DC变换器包括至少一个变压器(T1)，所述变压器包括至少一个初级线圈(N1)以及至少一个第一和第二次级线圈(N3，N2)，其特征在于，所述第一次级线圈适于通过至少一个半导体(D5)进行连接，所述第二次级线圈适于通过半导体(D3)和第二开关(S2)连接到所述低压电容器，所述低压电容器形成为电容器组。
【技术特征摘要】
2015.04.10 DK PA2015702111.一种用于基于AC功率输入(Vi)生成DC电压和电流的电源，所述电源包括适于连接到AC功率输入的至少一个整流器(D1)，所述整流器适于连接到至少一个高压电容器(Ci1)，所述电源还包括至少一个低压电容器(Ci2)，所述低压电容器适于通过至少一个第一开关(S1)进行连接，所述高压电容器适于连接到至少一个DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括至少一个变压器(T1)，所述变压器包括至少一个初级线圈(N1)以及至少一个第一和第二次级线圈(N3，N2)，其特征在于，所述第一次级线圈适于通过至少一个半导体(D5)进行连接，所述第二次级线圈适于通过半导体(D3)和第二开关(S2)连接到所述低压电容器，所述低压电容器形成为电容器组。2.如权利要求1所述的电源，其中所述DC-DC变换器基于反激拓扑，其中当所述第一开关(S1...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·G·尼尔森，
申请(专利权)人：PR电子股份公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK
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