本实用新型专利技术提供了一种电源转换电路。所述电源转换电路包括：电压输入；电压感测电路，所述电压感测电路耦接到所述电压输入并被配置为感测所述电压输入的电压电势；晶体管，所述晶体管包括耦接到所述电压输入的第一导通端；以及控制电路，所述控制电路耦接在所述电压感测电路和所述晶体管的控制端之间，并且所述控制电路被配置为以基于所述电压感测电路所感测的电压电势确定的频率来开关所述晶体管。
【技术实现步骤摘要】
电源转换电路
本公开一般涉及电力分配领域，更具体地，涉及电源转换电路。
技术介绍
当今世界的电力分配通常由传输交流电源信号的电力线组成。计算机、LED灯及其他电子设备通常使用电源转换电路将来自电力线的电流转换为可由设备使用的电压信号。所提供的电源转换电路不仅占用设备空间，还在转换过程中消耗功率。因此电子设备制造商寻求更高效、更高密度的电源。增加电源转换电路的密度是低压到中压DC-DC电源既定的趋势。然而，AC-DC市场基本上不受该趋势的影响，这主要有三个原因。首先，对于150kHz以下的开关频率，电磁干扰(EMI)标准的要求并不严格。开关频率通常受到限制，从而使得EMI发射的基频低于150kHz。第二，无源器件，特别是变压器磁芯材料，没有跟上半导体器件的进展步伐。第三，高压开关(例如大于650V)直到最近品质因数(FoM)都不高。众所周知，上述第一个障碍与开关模式电源的EMI发射有关，使用零电压开关(ZVS)便很容易克服。随着高压开关(包括令人欣喜的新型宽带隙半导体器件)技术的进步，开关模式电源的新拓扑结构正在发挥作用。一种这样的拓扑结构是有源钳位反激(ACF)电源转换器。ACF转换器自20世纪90年代中期以来就出现在文献中。然而，ACF转换器尚未广泛使用，主要常见于低容量设计中。ACF拓扑结构是固定开关频率拓扑结构，其利用存储在电路寄生元件中的能量来实现ZVS，而不是将能量耗散到缓冲器电路中。ACF运行所得的波形显示减少的尖峰，相对于常规开关模式电源改善了EMI。然而，ACF转换器利用两个MOSFET，并且需要另外的半桥驱动器。ACF转换器的附加部件提高了成本，从而导致在成本敏感和大容量的市场(诸如，笔记本电脑电源适配器和发光二极管(LED)照明)中使用量较低。传统反激转换器的近期实现方式已经接近该拓扑结构的效率和功率密度的极限。准谐振反激拓扑结构是传统反激拓扑结构的一种变化形式，准谐振反激拓扑结构获得准ZVS并且表现出了提高功率密度的潜质。然而，准谐振反激拓扑结构具有随负载电流变化的频率，并且解决不了耗散泄漏能量的问题。在另一个方面，在实现ZVS的同时具有固定频率操作的ACF拓扑结构对于进一步的开发是非常有吸引力的。ACF拓扑结构解决了效率难题，同时降低了EMI的发射。
技术实现思路
有源钳位反激电源转换器的功率密度和效率需要提高。因此，在一个实施方案中，本公开是一种电源转换电路，包括：电压输入；电压感测电路，所述电压感测电路耦接到所述电压输入并被配置为感测所述电压输入的电压电势；晶体管，所述晶体管包括耦接到所述电压输入的第一导通端；以及控制电路，所述控制电路耦接在所述电压感测电路和所述晶体管的控制端之间，并且所述控制电路被配置为以基于所述电压感测电路所感测的电压电势的大小确定的频率来开关所述晶体。优选地，所述电源转换电路的操作频率是由所述控制电路开关所述晶体管的频率限定的。优选地，所述电源转换电路是有源钳位反激转换电路。优选地，所述控制电路被配置为以与所述电源转换电路的负载电流成反比的频率来开关所述晶体管。优选地，所述电源转换电路还包括耦接到所述电压输入的电源。优选地，所述电源转换电路还包括耦接在所述电压输入和所述晶体管之间的整流器。优选地，所述晶体管的第二导通端耦接到接地电压节点。优选地，所述电源转换电路还包括在所述电压输入和所述接地电压节点之间与所述晶体管串联耦接的变压器的第一绕组。优选地，所述电源转换电路还包括耦接到所述变压器的第二绕组的电气负载。优选地，所述电源转换电路还包括在所述电压输入和所述接地电压节点之间与所述变压器的第一绕组并联耦接的电容器。附图说明图1示出了电源转换电路的示例性电路图；图2a至图2d示出了电源转换电路的各个电路节点处的电流波形和电压波形；图3a至图3b示出了电源转换电路相对于输入电压、负载电流和开关频率的转换效率；图4a至图4c示出了电源转换电路的变压器中的磁芯损耗；图5示出了通过在高压线路条件下增加电源转换电路的开关频率来提高转换效率的方法；图6a至图6b示出了随着变化的负载电流改变开关频率来提高效率。具体实施方式下文参照附图描述了一个或多个实施方案，其中类似的数字表示相同或相似的元件。虽然按照实现某些目标的最佳模式描述了附图，但描述旨在涵盖可包括在本公开的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。图1示出了电源转换电路100的电路图。电源转换电路100是有源钳位反激(ACF)电源转换器。电源转换电路100包括耦接在接地节点114和电路节点116之间的电压源110。电压源110在电路节点116处向电源转换电路100提供直流电源信号，并且代表着连接到包括电源转换电路100的设备的外部电源。在一些实施方案中，电压源110是交流(AC)电压源，例如家庭或办公室的电力线。一种整流器，例如全波桥式整流器，被提供于耦接在电压源110和电路节点116之间。当电压源110的瞬时电压下降至低于峰值电压时，滤波电容器使电路节点116的电压电势接近电压源110的峰值电压电势。电源转换电路100包括具有磁芯125、初级绕组126和次级绕组128的反激变压器124。电感120耦接在电压源110与反激变压器124的初级绕组126之间。电感120为集总电感器，其表示初级绕组126的漏电感以及反激变压器124外部的其他电感。在分析中使用磁化电感器130来表示流过初级绕组126的磁化电流。反激变压器124凭借磁芯125中的磁场将电能从初级绕组126转移到次级绕组128。反激变压器124可作为耦接的电感器来分析，而不是传统意义上的变压器。反激变压器124不用于提供变压器作用。使磁芯125磁化并将初级绕组126和次级绕组128磁性耦接的电流被称为磁化电流。在传统的反激转换器中，磁化电流在能量存储模式期间流过初级绕组126，并在谐振能量传输模式期间流过次级绕组128，以给输出电容器156充电。初级绕组126耦接在电路节点122和电路节点132之间。MOSFET134包括耦接到电路节点132的漏极端子、栅极端子135和耦接到电阻器136的源极端子。电阻器136耦接在MOSFET134的源极端子和接地节点114之间。MOSFET140包括耦接到电路节点132的源极端子、栅极端子141和耦接到电容器142的漏极端子。电容器142耦接在MOSFET140的漏极端子和电路节点116之间。MOSFET140和电容器142合起来作为有源钳位。反激变压器124的次级绕组128耦接在电路节点150和MOSFET152的漏极端子之间。MOSFET152还包括栅极端子153和耦接到接地节点154的源极端子。输出电容器156和电阻器158并联耦接在接地节点154和电路节点150之间。为简化分析，使电阻器158表示电源转换电路100的负载。选择图1中的电阻器158来表示使用电源转换电路100的电子设备部件的预期近似负载。图1所示的电源转换电路100的各个部件是安装或形成在电子设备的PCB或衬底上的分立部件。在其他实施方案中，电源转换电路100的一个或多个部件被集成到单个半导体管芯或封装件中。控制器集成电路(IC)160具有耦接到MOSFET140的栅极端子141、MOSFET134的栅极端子135和MOSFE本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电源转换电路，其特征在于包括：电压输入；电压感测电路，所述电压感测电路耦接到所述电压输入并被配置为感测所述电压输入的电压电势；晶体管，所述晶体管包括耦接到所述电压输入的第一导通端；以及控制电路，所述控制电路耦接在所述电压感测电路和所述晶体管的控制端之间，并且所述控制电路被配置为以基于所述电压感测电路所感测的电压电势的大小确定的频率来开关所述晶体管。
【技术特征摘要】
2016.01.15 US 62/279,355;2016.05.16 US 15/156,0331.一种电源转换电路，其特征在于包括：电压输入；电压感测电路，所述电压感测电路耦接到所述电压输入并被配置为感测所述电压输入的电压电势；晶体管，所述晶体管包括耦接到所述电压输入的第一导通端；以及控制电路，所述控制电路耦接在所述电压感测电路和所述晶体管的控制端之间，并且所述控制电路被配置为以基于所述电压感测电路所感测的电压电势的大小确定的频率来开关所述晶体管。2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于所述电源转换电路的操作频率是由所述控制电路开关所述晶体管的频率限定的。3.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于所述电源转换电路是有源钳位反激转换...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·哈利，D·乔普拉，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US
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