功率转换器制造技术

技术编号:19563517 阅读:19 留言:0更新日期:2018-11-25 01:01
功率转换器包括:变压器(Tr),具有初级和次级;以及电容器(Cr)和电感器(Lr),与变压器的初级串联连接。电容器、电感器和变压器的磁化电感器形成LLC谐振电路。功率转换器还包括第一电流传感器(CT1)和第二电流传感器(CT2)。第一电流传感器包括电感器,并且被配置为经由电感器来感测通过变压器的初级的电流。第二电流传感器包括初级并且被配置为经由初级来感测通过变压器的磁化电感器的电流。通过次级的电流由差值来确定,该差值是基于所感测的通过变压器的初级的电流与所感测的通过磁化电感器的电流来获得的。功率转换器具有以下优点:可以在没有负载限制的情况下以低成本提供准确的所感测电流,且还可以执行逐周期保护功能,这是因为可以恢复负载波形。此外,还提供了另一种功率转换器,其具有用于减少变压器的并联绕组(Wa,Wb)当中的功率循环的结构。

Power converter

Power converters include: transformer (Tr), primary and secondary; and capacitor (Cr) and inductor (Lr), and primary connection with the transformer. The magnetized inductors of capacitors, inductors and transformers form a LLC resonant circuit. The power converter also includes a first current sensor (CT1) and a second current sensor (CT2). The first current sensor includes the inductor and is configured to detect the primary current through the transformer through the inductor. The second current sensor includes the primary and is configured to detect the current of the magnetized inductor passing through the transformer through the primary. The difference is determined by the difference by the secondary current, which is based on the primary current of the transformer measured by the sensor and the current sensing through the magnetized inductor. The power converter has the following advantages: it can provide the accurate sensing current at low cost without the load limit, and can also perform the cycle by cycle protection function because the load waveform can be recovered. In addition, another power converter is provided, which has the power cycle structure in the Wa (Wb) for reducing the transformer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率转换器
本公开的非限制性和示例性实施例总体上涉及电子功率转换
,并且具体地涉及功率转换器。
技术介绍
本节介绍可以促进更好地理解本公开的方面。因此,本节的说明将在该意义下进行阅读,而不应被理解为关于哪些内容是现有技术或哪些内容不是已有技术的承认。如今,功率转换器广泛用于各种领域。功率转换器包括许多类型。例如,基于它们的输入和输出,它们可分为直流到直流(DC/DC)转换器、直流到交流(DC/AC)转换器、交流到直流(AC/DC)转换器、和交流到交流(AC/AC)转换器。特别地,DC/DC转换器可以在许多应用场景中找到,例如,在通信系统的数据中心中。DC/DC转换器通常包括输入转换电路,例如电桥电路、输出整流电路和输出滤波电路。对于隔离的DC/DC转换器,它还包括在输入转换电路和输出整流电路之间连接的变压器,以在它们之间提供隔离。电感器-电感器-电容器(LLC)拓扑结构是一种串联谐振电路,且它被提出主要用于DC/DC转换器中,这是因为它可以在转换器中实现软开关。由于空间限制和小型化要求,功率转换器的功率密度不断增加,且因此其电流输出显著增加。在这种情况下,难以利用传统的电流感测解决方案来执行电流感测。例如,一种可能的电流感测解决方案是使用采样电阻来感测电流。然而,该解决方案具有若干缺点,例如低准确度、大功率损耗等。同时,由于采样电阻的阻抗对温度敏感,因此它要求附加的温度补偿,这可能影响电流感测的准确度。另一种可能的解决方案是在转换器的初级或次级处使用电流互感器(CT)来感测电流。出于说明的目的,图1示出了在已有解决方案中具有LLC拓扑和电流感测结构的示例DC/DC转换器。如图1所示,示例DC/DC转换器100包括:具有电桥电路形式的输入转换电路、具有初级和次级的变压器Tr、包括二极管D1、D2在内的输出整流电路、以及包括电容器Co在内的输出滤波电路,其中,变压器Tr连接在输入转换电路和输出整流电路之间。电桥电路由以全桥拓扑来连接的开关S1、S2、S3和S4形成。DC/DC转换器100还包括电容器Cr和电感器Lr,它们都与变压器Tr的初级串联连接,且因此与初级的磁化电感器Lm一起形成LLC电路。为了感测电流,电流互感器CT与变压器Tr的初级串联连接。CT借助其与初级串联接连的初级Lsm来感测通过变压器Tr的初级的电流,并基于通过变压器Tr的初级的电流在其次级Lss处生成信号。对所感测的电流进行积分以获得积分电流,该积分电流用于表征通过CT的次级的电流。然而,该解决方案要求附加的感测变压器,其引入更多空间、更多功率耗损、更多成本,且同时它还涉及诸如低准确度和负载限制之类的问题。此外,由于低准确度,不能恢复负载波形,并且在这种情况下,难以实现逐周期保护功能,然而逐周期保护功能在许多功率转换器应用中是期望的。另外,随着功率转换器的功率密度的增加,还提出另一种结构用于功率转换器,其采用用于变压器的并联绕组。对并联绕组的使用可以降低直流电阻(DCR),以降低绕组损耗并从而实现更好的性能。大多数情况下,并联绕组使用相同的过孔并分布到不同的印刷电路板(PCB)层,但有时并联绕组分布在同一PCB层或不同的变压器支路(leg)周围。在这种情况下,很难确保完全相同的并联绕组并且可能发生绕组之间的失配。这种失配可能导致并联绕组之间的功率循环,这意味着额外的功率损耗。此外,功率循环可能导致对功率传动(powertrain)设备的更多的电压和电流应力。此外,失配还可能增加初级电流和次级均方根(RMS)值,且从而引起功率开关(例如,金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等等)的传导损耗,以及磁性组件的更多绕组损耗,这可能进而生成功率转换器的更多功率耗散。在已有解决方案中,提出在功率转换器中使用附加电容器以减少磁通量不平衡。出于说明的目的,图2示出了在已有解决方案中具有并联绕组的示例DC/DC转换器。如图2所示,在大多数部分中,DC/DC转换器200类似于图1所示的DC/DC转换器。不同之处在于:输出滤波电路除了电容器Co之外还包括电感器Lo,电容器Co是用于硬开关的典型输出滤波电路,并且DC/DC转换器不使用LLC拓扑,但使用用于变压器Tr的并联绕组,同时电容器Ca与变压器Tr的初级串联连接。对电容器Ca的使用可以解决磁通量不平衡,这是因为它可以消除变压器的磁通量差的积累,但是它不能消除并联绕组的功率循环和与之相关联的问题。
技术实现思路
本公开的各种实施例主要旨在提供具有例如更准确和高效的电流感测能力和/或功率循环减少能力的功率转换器。当结合附图来阅读时,根据具体实施例的以下描述,本公开实施例的其它特征和优点也将被理解,其中,附图以示例的方式示出了本公开实施例的原理。在本公开的第一方面中,提供了一种功率转换器。功率转换器包括具有初级和次级的变压器。功率转换器还包括与变压器的初级串联连接的电容器和电感器。电容器、电感器和变压器的初级的磁化电感器形成LLC谐振电路。功率转换器还包括第一电流传感器和第二电流传感器。第一电流传感器包括电感器,并且被配置为经由该电感器来感测通过变压器的初级的电流。第二电流传感器包括初级,并且被配置为经由初级来感测通过变压器的初级的磁化电感器的电流。表征通过次级的电流的信号是根据差值来确定的,该差值是基于所感测的通过变压器的初级的电流和所感测的通过磁化电感器的电流来获得的。在本公开的一个实施例中,功率转换器还可以包括第一积分器和第二积分器。第一积分器被配置为对所感测的通过变压器的初级的电流进行积分,以获得第一积分电流信号。第二积分器被配置为对所感测的通过变压器初级的磁化电感器的电流进行积分,以获得第二积分电流信号。在本公开的另一实施例中,功率转换器还可以包括差值确定元件。差值确定元件被配置为确定第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值,使得可以基于所确定的差值来获得表征通过次级的电流的信号。在本公开的另一实施例中,第二积分器的输出端子可以连接到第一积分器的参考端子,使得第一积分器可以提供第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值。在本公开的又一实施例中,功率转换器还可包括整流器,用于对第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值整流。在本公开的另一实施例中,初级可以至少包括并联连接的第一绕组和第二绕组。在该实施例中,第一绕组与第一电容器串联连接,且第二绕组与第二电容器串联连接。在本公开的另一实施例中,第一电容器和第二电容器可以一起用作用于形成LLC谐振电路的电容器。根据如上所述的第一方面和实施例,可以实现以下优点中的至少一部分。可以通过重复使用LLC电路中的电感来感测流过初级的电流,同时可以通过重复使用变压器的初级来感测通过磁化电感器的电流。基于所感测的两个电流获得的差值可用于确定通过次级的电流。由于通过重复使用功率转换器中已经包含的组件来执行电流感测,因此可以减少空间、成本和功率损耗。此外,由于重复使用功率转换器中已经包含的组件,即使对于大负载也没有磁通量饱和风险。此外,由于所获得的差值可以更准确地反映通过次级的电流,所以即使对于轻负载,也可以更理想地恢复通过次级的负载波形并且可以实现更高的准确度。此外,可以基于所确定的通过次级的电流来相应地执行逐本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种功率转换器(300),包括:具有初级和次级的变压器(Tr);与变压器(Tr)的初级串联连接的电容器(Cr)和电感器(Lr),其中,电容器(Cr)、电感器(Lr)和变压器(Tr)的初级的磁化电感器(Lm)形成电感器‑电感器‑电容器LLC谐振电路;第一电流传感器(CT1),包括所述电感器(Lr),并且被配置为经由所述电感器(Lr)来感测通过变压器(Tr)的初级的电流;以及第二电流传感器(CT2),包括所述初级,并且被配置为经由所述初级来感测通过变压器(Tr)的磁化电感器(Lm)的电流,其中,表征通过次级的电流的信号是根据差值来确定的,所述差值是基于所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流和所感测的通过磁化电感器(Lm)的电流来获得的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率转换器(300),包括:具有初级和次级的变压器(Tr);与变压器(Tr)的初级串联连接的电容器(Cr)和电感器(Lr),其中,电容器(Cr)、电感器(Lr)和变压器(Tr)的初级的磁化电感器(Lm)形成电感器-电感器-电容器LLC谐振电路;第一电流传感器(CT1),包括所述电感器(Lr),并且被配置为经由所述电感器(Lr)来感测通过变压器(Tr)的初级的电流;以及第二电流传感器(CT2),包括所述初级,并且被配置为经由所述初级来感测通过变压器(Tr)的磁化电感器(Lm)的电流,其中,表征通过次级的电流的信号是根据差值来确定的,所述差值是基于所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流和所感测的通过磁化电感器(Lm)的电流来获得的。2.根据权利要求1所述的功率转换器(300),还包括:第一积分器(310、410、510),被配置为对所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流进行积分,以获得第一积分电流信号(I_Lr);以及第二积分器(320、420、520),被配置为对所感测的通过变压器(Tr)的磁化电感器(Lm)的电流进行积分,以获得第二积分电流信号(I_Lm)。3.根据权利要求2所述的功率转换器(300),还包括:差值确定元件(430),被配置为确定第一积分电流信号(I_Lr)和第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值,使得能够基于所确定的差值来获得表征通过变压器(Tr)的次级的电流的信号。4.根据权利要求2所述的功率转换器(300),其中,所述第二积分器(520)的输出端子连接到所述第一积分器(510)的参考端子,使得所述第一积分器(510)提供所述第一积分电流信号(I_Lr)和所述第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值。5.根据权利要求3或4所述的功率转换器(300),还包括:整流器(440、740),用于对第一积分电流信号(I_Lr)和第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值进行整流。6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率转换器(300),其中,初级至少包括并联连接的第一绕组和第二绕组;以及第一绕组与第一电容器(Ca、Cr1)串联连接,以及第二绕组与第二电容器(Cb、C...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈庚
申请(专利权)人:瑞典爱立信有限公司
类型:发明
国别省市:瑞典,SE

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