变换电路以及应用于变换电路的变换电力的切换方法技术

本发明专利技术揭露一种变换电路以及应用于变换电路的变换电力的切换方法，变换电路包含逆变器与控制器。逆变器接收输入电压，并在第一逆变组态或第二逆变组态中将输入电压转换为原边交流电压。逆变器包含第一开关单元以及第二开关单元。第一开关单元包含多个开关。第二开关单元包含多个开关。在变换电路处于第一逆变组态中，控制器根据对应于原边交流电压的输出电压控制第二开关单元与第一开关单元的开关协同进行周期性地导通与关断，在变换电路处于第二逆变组态中，控制器控制第一开关单元单独地操作，其中第一开关单元的开关周期性地导通与关断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种变换电路，且特别是有关于可切换拓扑的变换电路。
技术介绍
常见的电源系统包含前级变换器以及后级变换器。举例来说，前级变换器为交流转直流变换器，后级可为负载点（POL,point of load）。交流电经过前级变换器的交流转直流变换器对电能进行变换后，再经过后级变换器的多路负载点转换成比较低的电压给各类电子设备供电。为了满足系统性能最优的要求或者降低系统损耗，在某些特定情况中，例如：在小功率的情形下，系统将交流转直流变换器的输出调节到较低的位准，借以改善后级变换器的负载点的效率，但是交流转直流变换器的输出不调节过低，以进而保持系统整体的高效率。举例来说，系统在较重负载中操作，例如：半载与满载之间输出时，交流转直流变换器的输出为12伏特；而当系统在较轻负载中操作，例如：输出电流比较小时，交流转直流变换器的输出若是仍维持12伏特则会导致后级变换器的各个负载点的效率降低，使得系统整体的效率跟着降低。但若此时将交流转直流变换器的输出降低，例如：输出为6伏特，则后级变换器的各个负载点的效率提高。如此一来，通过在不同状态下改变交流转直流变换器的输出电压，虽然其自身效率也会发生变化（例如，降低交流转直流变换器的输出电压时，该变换器的效率也会降低），但相对于交流转直流变换器的输出维持的做法，系统的整体效率会较高。此外，在某些应用场合，诸如电动汽车的充电系统，本身就要求变换器在不同状况下产生不同的输出电压，这是因为，针对不同的电动汽车，电池的型号不同，充电电压也会不一样。如此一来，为了满足各种电动汽车的充电需求，现有充电设备的输出电压通常覆盖较广，如150V～450V，以便通过变换器的变输出方式来满足上述应用场合的需求。对于脉宽调变（PWM,pulse width modulation）变换器而言，降低变换器的增益的做法，举例来说，降低输出电压可透过减少电路开关的占空比以实现。对于谐振（resonant）变换器而言，增益的降低通常可透过工作频率的改变而得到。以串联谐振电路而言，例如：LLC串联谐振变换器（LLC-SRC,LLC series resonant converter），将其工作频率提高即可降低增益。然而，无论是哪种变换器拓扑（converter topologies），增益的降低通常对应了电路损耗的增加以及变换器效率的降低。因此，即便后级变换器因为前级变换器的输出电压降低而提高效率，系统的整体效率仍无法大幅改善。因此，如何能改善电源系统的整体效率，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域极需改进的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种变换电路以及应用于变换电路的变换电力的切换方法。为了解决上述的问题，本专利技术提出了一种变换电路，变换电路包含逆变器与控制器。逆变器用以接收输入电压，并在第一逆变组态或第二逆变组态中将输入电压转换为原边交流电压。逆变器包含第一开关单元以及第二开关单元。第一开关单元包含多个开关。第二开关单元包含多个开关。在变换电路处于第一逆变组态中，控制器根据对应于原边交流电压的一输出电压控制第二开关单元与第一开关单元的开关协同进行周期性地导通与关断，在变换电路处于第二逆变组态中，控制器控制第一开关单元单独地操作，其中第一开关单元的开关周期性地导通与关断。变换电路在该第一逆变组态下的电压增益不同于该第二逆变组态下的电压增益。在一实施例中，变换电路还包含变压器、整流器。变压器，具有一原边绕组和一副边绕组，用以将原边交流电压转换为一副边交流电压。整流器用以将副边交流电压整流为一直流电压以产生对应于直流电压的输出电压。控制器还用以控制第一开关单元以及第二开关单元的开关的工作频率或占空比以调整输出电压与输入电压之间的增益值。在另一实施例中，变换电路还包含谐振电路以及激磁电感。谐振电路的第一端连接至该第一开关单元，其第二端连接至该变压器的该原边绕组。激磁电感与变压器的原边绕组并联连接。在另一实施例中，谐振电路包含谐振电感以及谐振电容。谐振电感的第一端电性连接至第一开关单元。谐振电容的第一端串联连接至谐振电感的第二端。在另一实施例中，谐振电路中的谐振电感为变压器自身的漏感。在另一实施例中，激磁电感为变压器自身的激磁电感。在另一实施例中，变换电路为一LLC变换器或一移相全桥变换器。在另一实施例中，整流器包含第三开关单元、第四开关单元、电容单元以及至少一切换开关。第三开关单元包含多个开关。第四开关单元与第三开关单元并联连接，包含多个开关。电容单元，与该第三开关单元并联连接，包括串联连接的一第一电容和一第二电容。切换开关电性耦接至第一电容与第二电容的公共连接点以及第四开关单元。在另一实施例中，变换电路还包含滤波器。滤波器与整流器电性连接，用以稳定直流电压以输出输出电压。在另一实施例中，第二开关单元包含一第一开关以及一第二开关。在第二逆变组态中，控制器还用以控制第一开关保持导通或关断，且相应地控制第二开关保持关断或导通。在另一实施例中，第一开关单元包含一第三开关以及一第四开关，其中在第二逆变组态中，控制器还用以控制第三开关以及第四开关以半桥变换器拓扑或单一正激变换器拓扑转换输入电压。在另一实施例中，第一开关单元包含一第三开关以及一第四开关。控制器包含采样器以及运算放大器。采样器，用以采样该输出电压以产生一采样电压。运算放大器用以比较运算采样电压与一第一参考电压值或比较运算采样电压与一第二参考电压值，以控制第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关中至少一者。在另一实施例中，第一开关单元包含一第三开关以及一第四开关，第二开关单元包含一第一开关以及一第二开关。在第一逆变组态中，控制器还用以控制第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关以全桥变换器拓扑或交错式正激变换器拓扑协同转换输入电压。本专利技术的另一方面是关于一种应用于变换电路的变换电力的切换方法。变换电路包含一第一开关单元与一第二开关单元，第一开关单元与第二开关单元包含多个开关。切换方法包含：第一开关单元与第二开关单元对应于一第一逆变组态或一第二逆变组态进行操作，使得变换电路将一输入电压转换为一输出电压，其中在变换电路处于该第一逆变组态时，第二开关单元与第一开关单元的开关协同进行周期性地导通与关断，在变换电路处于第二逆变组态时，第一开关单元单独地操作，其中第一开关单元的开关周期性地导通与关断；调整该输出电压与该输入电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变换电路，其特征在于，包含：一逆变器，用以接收一输入电压，并在一第一逆变组态或一第二逆变组态中将该输入电压转换为一原边交流电压，该逆变器包含：一第一开关单元，包含多个开关；以及一第二开关单元，包含多个开关；一控制器，在该变换电路处于该第一逆变组态中，该控制器根据对应于该原边交流电压的一输出电压控制该第二开关单元与该第一开关单元的开关协同进行周期性地导通与关断，在该变换电路处于该第二逆变组态中，该控制器控制该第一开关单元单独地操作，其中该第一开关单元的开关周期性地导通与关断，其中，该变换电路在该第一逆变组态下的电压增益不同于该第二逆变组态下的电压增益。

【技术特征摘要】
1.一种变换电路，其特征在于，包含：
一逆变器，用以接收一输入电压，并在一第一逆变组态或一第二逆变组态
中将该输入电压转换为一原边交流电压，该逆变器包含：一第一开关单元，包
含多个开关；以及一第二开关单元，包含多个开关；
一控制器，在该变换电路处于该第一逆变组态中，该控制器根据对应于该
原边交流电压的一输出电压控制该第二开关单元与该第一开关单元的开关协
同进行周期性地导通与关断，在该变换电路处于该第二逆变组态中，该控制器
控制该第一开关单元单独地操作，其中该第一开关单元的开关周期性地导通与
关断，
其中，该变换电路在该第一逆变组态下的电压增益不同于该第二逆变组态
下的电压增益。
2.根据权利要求1所述的变换电路，其特征在于，还包含：
一变压器，具有一原边绕组和一副边绕组，用以将该原边交流电压转换为
一副边交流电压；以及
一整流器，用以将该副边交流电压整流为一直流电压以产生对应于该直流
电压的该输出电压，
该控制器还用以控制该第一开关单元以及该第二开关单元的开关的工作
频率或占空比以调整该输出电压与该输入电压之间的增益值。
3.根据权利要求2所述的变换电路，其特征在于，还包含：
一谐振电路，该谐振电路的第一端连接至该第一开关单元，其第二端连接
至该变压器的该原边绕组；以及
一激磁电感，与该变压器的该原边绕组并联连接。
4.根据权利要求3所述的变换电路，其特征在于，该谐振电路包含：
一谐振电感，该谐振电感的第一端电性连接至该第一开关单元；以及
一谐振电容，该谐振电容的第一端串联连接至该谐振电感的第二端。
5.根据权利要求4所述的变换电路，其特征在于，该谐振电路中的谐振
电感为变压器自身的漏感。
6.根据权利要求3所述的变换电路，其特征在于，该激磁电感为变压器
自身的激磁电感。
7.根据权利要求3所述的变换电路，其特征在于，该变换电路为一LLC
变换器或一移相全桥变换器。
8.根据权利要求2所述的变换电路，其特征在于，该整流器包含：
一第三开关单元，包含多个开关；
一第四开关单元，与该第三开关单元并联连接，包含多个开关；
一电容单元，与该第三开关单元并联连接，包括串联连接的一第一电容和
一第二电容；以及
至少一切换开关，电性耦接至该第一电容与该第二电容的公共连接点以及
该第四开关单元。
9.根据权利要求2所述的变换电路，其特征在于，该变换电路还包含：
一滤波器，与该整流器电性连接，用以稳定该直流电压以输出该输出电压。
10.根据权利要求1所述的变换电路，其特征在于，该第二开关单元包含
一第一开关以及一第二开关；
其中在该第二逆变组态中，该控制器还用以控制该第一开关保持导通或关
断，且相应地控制该第二开关保持关断或导通。
11.根据权利要求10所述的变换电路，其特征在于，该第一开关单元包
含一第三开关以及一第四开关；
其中在该第二逆变组态中，该控制器还用以控制该第三开关以及该第四开
关以半桥变换器拓扑或单一正激变换器拓扑转换该输入电压。
12.根据权利要求10所述的变换电路，其特征在于，该第一开关单元包
含一第三开关以及一第四开关，其中该控制器包含：
一采样器，用以采样该输出电压以产生一采样电压；以及
一运算放大器，用以比较运算该采样电压与一第一参考电压值或比较运算
该采样电压与一第二参考电压值，以控制该第一开关、该第二开关、该第三开
关以及该第四开关中至少一者。
13.根据权利要求1所述的变换电路，其特征在于，该第一开关单元包含
一第三开关以及一第四开关，该第二开关单元包含一第一开关以及一第二开
关；
其中在该第一逆变组态中，该控制器还用以控制该第一开关、该第二开关、
该第三开关以及该第四开关以全桥变换器拓扑或交错式正激变换器拓扑协同
转换该输入电压。
14.一种应用于变换电路的变换电力的切换方法，其特征在于，该变换电
路包含一第一开关单元与一第二开关单元，该第一开关单元与该第二开关单元
包含多个开关，该切换方法包含：
该第一开关单元与该第二开关单元对应于一第一逆变组态或一第二逆变
组态进行操作，使得该变换电路将一输入电压转换为一输出电压，其中在该变
换电路处于该第一逆变组态时，该第二开关单元与该第一开关单元的开关协同
进行周期性地导通与关断，在该变换电路处于该第二逆变组态时，该第一开关
单元单独地操作，其中该第一开关单元的开关周期性地导通与关断；
调整该输出电压与该输入电压之间的增益，使得该输出电压对应的电压值
接近或等于一第一给定电压值；以及
在该第一逆变组态与该第二逆变组态之间进行切换，使得该第一开关单元
与该第二开关单元对应于切换后的逆变组态进行操作，以进而使得该输出电压
对应的电压值接近或等于一第二给定电压值，该第一给定电压值是设定与该第
二给定电压值接近或相等。
15.根据权利要求14所述的应用于变换电路的变换电力的切换方法，其
特征在于，还包含：
在切换逆变组态之前以及调整该输出电压与该输入电压之间的增益之前，
判断该输出电压对应的电压值是否等于该第一给定电压值。
16.根据权利要求14所述的应用于变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶益青，言超，孙丽萍，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31