具有降低的开关损耗的低降压转换率的开关电源制造技术

技术编号:17783495 阅读:31 留言:0更新日期:2018-04-22 14:25
本文揭示一种具有低降压转换率且具有改善的功率转换效率的功率转换器。功率转换器包括用于接收输入电压的第一电感器以及用于将输出电压供应至负载的第二电感器。第一电感器与第二电感器彼此电磁耦接。功率转换器进一步包括耦接于第一电感器与第二电感器之间的第一开关。第一开关系根据具有对应于(i)第一电感器与第二电感器之间的串联电感以及(ii)第一开关的并联电容的谐振频率的频率的脉冲进行切换。功率转换器进一步包括耦接到第一开关与第二电感器的第二开关,以根据具有该频率的另一脉冲将参考电压供应至第二电感器。

【技术实现步骤摘要】
具有降低的开关损耗的低降压转换率的开关电源本申请案请求2016年10月13日提交的美国临时申请案第62/407,970号的优先权,其藉由引用整体并入本文。
本揭示的实施例一般系关于功率转换器,且更特定为利用实现低降压转换率的分接(耦接)电感器以及利用用于降低开关损耗的寄生电感与电容的开关功率转换器,而因此改善功率转换效率。
技术介绍
功率转换器系为从电源向负载供应电功率的电路部件。一些功率转换器将来自电源的直流(DC)电压转换成较低的DC电压,以向负载提供较低的DC电压。举例而言,功率转换器从电源接收高直流(DC)电压(例如,50V),并将高DC电压转换成较低的DC电压(例如,1V),以用于对消费电子产品(例如笔记本电脑、平板计算机、手机、或任何电子电路)供电。一些功率转换器实现变压器或分接电感器,以改善从DC输入电压到DC输出电压的降压转换率能力。更特定言之,透过开关功率转换器中的二个电感器之间的电磁耦接传输的能量允许DC输入电压与DC输出电压之间的大的电压差。然而,分接电感器的漏电感(此处亦称为寄生电感)可能导致开关装置的高电压尖峰或振荡。这种电压尖峰或振荡可能导致功率损耗,并降低功率转换效率。此外,这种电压尖峰或振荡可能会增加辐射电磁干扰(EMI)噪声。
技术实现思路
本案实施例一般系关于具有低降压比能力的开关功率转换器。在一或更多个实施例中,开关功率转换器实现电磁耦接电感器,用于改善(或降低)输入电压与输出电压之间的降压转换率,其中电磁耦接电感器的寄生电感系与电容谐振,而使得在开关装置的电压大约为零电压时,开关装置可以开启。根据这些与其他方面,本文揭示的实施例包括将输入电压转换成输出电压的功率转换器。在一或更多个实施例中,功率转换器包括:第一电感器,用于接收输入电压;第二电感器,电磁耦接到第一电感器,第二电感器用于将输出电压供应至负载;第一开关,耦接于第一电感器与第二电感器之间,第一开关系根据具有对应于(i)第一电感器与第二电感器之间的串联电感以及(ii)第一开关的并联电容的谐振频率的频率的脉冲进行切换;以及第二开关,耦接至第一开关与第二电感器,以根据具有该频率的另一脉冲将参考电压供应至第二电感器。本文揭示的一或更多个实施例系关于将输入电压转换成输出电压的方法。在一或更多个实施例中,该方法包括以下步骤:控制用于周期性地将输入电压耦接到输出电压的开关装置。该方法进一步包括以下步骤:插入电磁耦接电感器,用于改善输入电压与输出电压之间的降压转换率。该方法进一步包括以下步骤:配置电磁耦接电感器的寄生电感,以与电容谐振,而使得在开关装置的电压大约为零电压时,开关装置可以开启。附图说明结合随附图式检视以下具体实施例的描述,本案实施例的这些与其他方面与特征对于该领域具有通常知识者将变得显而易见,其中:图1系为根据一或更多个实施例的示例性开关功率转换器的方块图;图2A图示根据一或更多个实施例的用于操作开关电源的脉冲的示例性时序图;图2B系为图示根据一或更多个实施例的由寄生电感引起的电压尖峰的示例曲线图。图3图示根据一或更多个实施例的展示第1图的开关功率转换器的操作条件的示例性时序图。具体实施方式现在将参照图式详细描述本案实施例,图式系提供为实施例的说明性实例,以让该领域具有通常知识者能够实施该领域具有通常知识者显而易见的实施例及替代方案。应注意,下面的图式及实施例并不意味着将本案实施例的范围限制于单一实施例,而是藉由交换所描述或所图标组件中的一些或全部而可以实现其他实施例。此外,在可以使用已知部件部分或完全实现本案实施例的某些组件的情况下,将仅描述针对本案实施例的理解所必需的这些已知部件的那些部分,并且将省略这些已知部件的其他部分的详细描述,以避免模糊本案实施例。在本案说明书中,显示单个部件的实施例不应视为限制性;反之,除非另有明确说明,本揭示意欲涵盖包括复数个相同部件的其他实施例,反之亦然。此外,除非明确阐述,申请人并非意欲将说明书或申请专利范围中的任何术语归类为不常见或特殊的含义。此外,本案实施例藉由图示之方式涵盖本文参照的已知部件的当前及将来已知的等同方式。概要根据某些一般方面,描述具有低降压比能力的开关功率转换器。更特定言之,开关功率转换器实现电磁耦接电感器,用于改善(或降低)输入电压与输出电压之间的降压转换率,其中电磁耦接电感器的寄生电感系与电容谐振,而使得在开关装置的电压大约为零电压时,开关装置可以开启。在一或更多个实施例中,开关功率转换器包括彼此电磁耦接的第一电感器与第二电感器、耦接于第一电感器与第二电感器之间的第一开关、及耦接至第一开关与第二电感器的第二开关。根据由反馈电路控制的脉冲来切换第一开关,以将输出电压调节到期望的等级。第二开关可以与第一开关互补地切换。因此,所揭示的开关功率转换器透过二个电感器之间的电磁耦接实现输入电压与输出电压之间的大的电压差。在一个方面中,串联电感至少包括第一电感器的寄生电感。因此,可以选择寄生电感,以与电容(例如,寄生电容、电容器的有意电容、或其组合)谐振。寄生电感与电容的谐振造成开关装置的电压具有正弦波形,而有助于降低电压尖峰。电容的正弦波形允许在开关装置具有低电压(例如,0-1.0V)时开启开关装置,而藉此避免功率损耗。因此,所揭示的开关功率转换器透过二个电感器之间的电磁耦接实现输入电压与输出电压之间的大的电压差,而具有改善的功率转换效率。示例性开关功率转换器第1图系为根据一或更多个实施例的示例性开关功率转换器100的方块图。举例而言,开关功率转换器100透过导线或轨迹线耦接到电源110与负载120。电源110可以是电池、功率插座、功率转接器、或供应电压至开关功率转换器100的任何电路。负载120可以是膝上型计算机、平板计算机、手机、或接收来自开关功率转换器100的输出电压的任何电子电路。开关功率转换器100接收DC输入电压,将DC输入电压转换成DC输出电压,以及将输出电压供应至负载120。在一个方面中,开关功率转换器100在输入电压与输出电压之间利用小的降压比(例如,小于1/50至1/5)进行电压转换,而具有改善的功率转换效率。此处的降压比系指称DC输出电压与DC输入电压之间的比率(亦即,Vout/Vin)。在一或更多个实施例中,开关功率转换器100包括第一电感器L1、第二电感器L2、串联电感Lp、并联电容Cp、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、驱动器130、及输出电容器Cout。这些部件可以实现为集成电路、印刷电路板上的分离部件、或其任何组合。这些部件一起操作以将来自电源110的DC输入电压转换成DC输出电压,并将DC输出电压供应至负载120。在一些实施例中,开关功率转换器100包括不同于第1图所示的不同、较少、或附加部件,或者具有不同布置。举例而言,驱动器130、输出电容器Cout、或两者可以实现为与开关功率转换器100的其他部件分离的外部部件。在一个方面中,开关功率转换器100的部件系配置为零电压开关分接电感器降压转换器。在一个实施方案中,第一电感器L1可以在节点n1处耦接到电源110,并在节点n2处耦接到串联电感Lp。串联电感Lp系在节点n3处耦接到第一晶体管Q1与并联电容Cp。第一晶体管Q1与并联电容Cp在节点n4处耦接到第二电感器L2与本文档来自技高网...
具有降低的开关损耗的低降压转换率的开关电源

【技术保护点】
一种将一输入电压转换成一输出电压的功率转换器,该功率转换器包含:一第一电感器,包含该第一电感器的一端,以接收该输入电压;一第二电感器,电磁耦接到该第一电感器,该第二电感器包含耦接到一负载的该第二电感器的一端,该第二电感器的该一端将该输出电压供应至该负载;一第一开关,耦接于该第一电感器的另一端与该第二电感器的另一端之间,该第一开关根据具有对应于(i)该第一电感器的该另一端与该第二电感器的该另一端之间的一串联电感以及(ii)该第一开关的一端与该第一开关的另一端的一并联电容的一谐振频率的一频率的一脉冲进行切换;以及一第二开关,包含该第二开关的一端,该第二开关的该一端耦接到该第一开关的该另一端与该第二电感器的该另一端,该第二开关根据具有该频率的另一脉冲将一参考电压供应至该第二电感器的该另一端。

【技术特征摘要】
2016.10.13 US 62/407,9701.一种将一输入电压转换成一输出电压的功率转换器,该功率转换器包含:一第一电感器,包含该第一电感器的一端,以接收该输入电压;一第二电感器,电磁耦接到该第一电感器,该第二电感器包含耦接到一负载的该第二电感器的一端,该第二电感器的该一端将该输出电压供应至该负载;一第一开关,耦接于该第一电感器的另一端与该第二电感器的另一端之间,该第一开关根据具有对应于(i)该第一电感器的该另一端与该第二电感器的该另一端之间的一串联电感以及(ii)该第一开关的一端与该第一开关的另一端的一并联电容的一谐振频率的一频率的一脉冲进行切换;以及一第二开关,包含该第二开关的一端,该第二开关的该一端耦接到该第一开关的该另一端与该第二电感器的该另一端,该第二开关根据具有该频率的另一脉冲将一参考电压供应至该第二电感器的该另一端。2.如权利要求1所述之功率转换器,进一步包含:一驱动器,经配置以将该脉冲施加到该第一开关,并将该另一脉冲施加到该第二开关,该第一开关根据该脉冲在一第一时间周期期间开启,并在一第二时间周期期间关断,而第二开关根据该另一脉冲在该第一时间周期期间关断,并在该第二时间周期期间开启。3.如权利要求2所述之功率转换器,其中该驱动器经配置以在该第一时间周期期间开启该第一开关并关断该第二开关,而该第一开关的该一端处的一电压基本上等于该第一开关的该另一端处的一电压。4.如权利要求3所述之功率转换器,其中该第一时间周期基本上等于一谐振周期的一半,该谐振周期系为该谐振频率的一倒数。5.如权利要求1所述之功率转换器,其中该串联电感系为该第一电感器的一寄生电感。6.如权利要求1所述之功率转换器,其中该串联电感系为该第一电感器的一寄生电感与串联耦接于该第一电感器与该第一开关之间的一分离电感器的一电感的一组合。7.如权利要求1所述之功率转换器,其中该并联电容系为该第一开关的一寄生电容。8.如权利要求1所述之功率转换器,其中该并联电容系为该第一开关的一寄生电容与在该第一开关的该一端与该第一开关的该另一端之间并联于该第一开关的一分离电容器的一电容的一组合。9.如权利要求1所述之功率转换器,其中该输入电压系为一第一直流电压,而该输出电压系为低于该第一直流电压的一第二直流电压。10.如权利要求1所述之功率转换器,其中该第一电感器与该第二电感器的一匝数比系对应于该输入电压与该输出电压之间的一比率。11.如权利要求1所述之功率转换器,其中该第一开关与该...

【专利技术属性】
技术研发人员:安科蒂特雷古·西斯邦印健
申请(专利权)人:英特矽尔美国有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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