转换器制造技术

本案提供一种转换器，包含第一转换器及第二转换器，其中第一转换器用以自电压源传输能量至负载，第二转换器接收源自负载电压的控制信号，以调节负载电压。本案的DC/DC转换器可为Sigma转换器、Delta转换器或Sigma

【技术实现步骤摘要】
转换器


[0001]本案是关于一种在宽输入及输出电压范围内维持高效率的DC/DC转换器，尤指一种在宽输入及输出电压范围内维持高效率且采用Sigma及Delta拓扑的DC/DC转换器。

技术介绍

[0002]无论在高电压或低电压应用中，LLC谐振DC/DC转换器(以下称作“LLC转换器”)皆具有高效率。在输入电压、输出电压及负载电流的全范围内，均可通过初级侧开关的零电压切换(ZVS，zero
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voltage switching)和次级侧整流器的零电流切换(ZCS，zero
‑
current switching)实现高效率。当LLC转换器以其串联谐振频率工作时，可获得最高效率。由于开关损耗显著降低，故LLC转换器在高开关频率下工作时可获得更高的功率密度。一般而言，当工作于可变输入及输出电压下时，LLC转换器以可变的开关频率运行。若输入电压范围或输出电压范围扩大(例如在具维持时间需求的应用(例如数据中心的服务器及网络电脑)、高电压光伏(high
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voltage photovoltaic，PV)串列的应用及车载充电器等等)，则开关频率的范围亦将随之扩增，进而导致转换器的效率降低。
[0003]通过采用下列现有技术，可有效缩减在宽输入及输出电压范围的应用中的开关频率范围。
[0004]一种现有技术为通过结合可变频率反馈控制技术和开环延迟时间(例如相位偏移)控制技术来控制LLC转换器的输出电压。此现有技术将可变频率控制用于初级侧开关，并将延迟时间控制用于控制次级侧同步整流器。借此，当延迟时间控制增加了谐振腔中的能量时，LLC转换器将显现出升压特性，意即延迟时间控制增加了LLC转换器的电压增益。此现有技术已被公开于以下参考文献中：(1)U.S.Patent 9,490,704to Jang et al.,entitled“System and method for controlling secondary
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side switches in resonant power converters,”issued on November 8,2016；(2)the article,entitled“Series resonant converter with reduced frequency
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range control,”by Jang et al.,published in Proc.IEEE Applied Power Electron.Conf.(APEC),2015,pp.1453
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1460；以及(3)the article,entitled“A new LLC series resonant converter with a narrow switching frequency variation and reduced conduction losses,”by J.W Kim et al.,published in IEEE Trans.Power Electron.,vol.29,no.8,Aug.2014,pp.4278
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4287。
[0005]另一种现有技术为替LLC转换器增设辅助DC/DC转换器。于此现有技术中，LLC转换器与辅助DC/DC转换器可以Sigma或Delta拓扑相连接，并称作LLC DCX。LLC DCX在运行于理想工作点时具有高效率，其中理想工作点可例如为固定的开关频率(即其串联谐振频率)及固定占空比(例如接近50％)。借此，LLC DCX可传输输出功率的绝大部分，而辅助DC/DC转换器用以调节输出电压，且仅传输输出功率的一小部分。
[0006]采用Sigma拓扑(Σ型拓扑)的LLC DCX原先被设计用于服务器电源供应中的电压调节模块(VRMs，voltage regulator modules)。以下参考文献中例示出了多种采用Sigma
拓扑的LLC DCX：(a)the article,entitled“High
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efficiency quasi
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parallel voltage Regulator,”by J.Sun et al.,published in Proc.IEEE Applied Power Electronics Conf.(APEC),2008,pp.811
‑
817；(b)U.S.Patent 7,872,9866to M.Xu et al.,entitled“Quasi
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parallel voltage regulator,”issued on January 18,2011；(c)the article,entitled“High
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efficiency high
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power density 48/1V sigma converter voltage regulator module”(“Ahmed”),by M.Ahmed et al.,published in Proc.IEEE Applied Power Electronics Conf.(APEC),2017,pp.2207
‑
2212。
[0007]参考文献(c)中公开了采用Sigma拓扑的转换器(以下称作“Sigma转换器”，即Σ转换器或积分转换器)，其包含非稳压的LLC DCX和稳压的非隔离式辅助DC/DC转换器。图1示出了参考文献(c)中的Sigma转换器(即Sigma转换器100)的结构示意图。如图1所示，在Sigma转换器100中，LLC DCX 101及辅助DC/DC转换器102的输入电压V
IN,DCX
及V
IN,AUX
分别由电容C
DCX
及C
AUX
上的电压提供，且V
IN,DCX
和V
IN,AUX
的和等于电源电压V
IN
，其中电容C
DCX
及C
AUX
相互串联连接。而LLC DCX 101和辅助DC/DC转换器102的输出信号相互并联于电容C
O
上。LLC DCX 101传输输出功率的绝大部分，其初级侧开关及次级侧同步整流器分别以ZVS及ZCS运行，故具有极高效率。即便辅助DC/DC转换器102仅传输输出功率的一小部分，辅助DC/DC转换器102被用作降压转换器，其中降压转换器采用脉冲宽度调变(PWM，pulse
‑
width modulation)以调节输出电压V
O
。因此，Sigma转换器100具有极高效率。图2示出了采用图1的Sigma转换器100的电路200。
[0008]采用Delta拓扑(Δ型拓扑)的转换器(以下称作“Delta转换器”，即Δ转换器或三角转换器)原先为用于电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转换器，自一电压源接收一电源电压，并提供一输出电压于一负载上，且包含：一第一DC/DC转换器，具有一输入端、一第一输出端及一第二输出端；以及一第二DC/DC转换器，具有一输入端及一输出端，且接收源自该输出电压的一控制信号，其中该第一DC/DC转换器及该第二DC/DC转换器的两个该输入端串联连接于该电压源的两端之间，以使该第一DC/DC转换器的该输入端上的电压小于该电源电压，该第一DC/DC转换器的该第一输出端提供该输出电压，该第一DC/DC转换器的该第二输出端与该第二DC/DC转换器的该输出端并联连接，该第二DC/DC转换器依据该控制信号调节该输出电压。2.如权利要求1所述的转换器，其中该第二DC/DC转换器包含一升压转换器。3.如权利要求2所述的转换器，其中该升压转换器为非隔离的。4.如权利要求2所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器以一变压器实现隔离。5.如权利要求1所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器包含一LLC谐振转换器。6.如权利要求1所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器还包含形成一全桥结构的多个开关。7.一种转换器，自一电压源接收一电源电压，并提供一输出电压于一负载上，且包含：一第一DC/DC转换器，具有一输入端及一输出端，其中该输入端接收该电压源上的该电源电压；以及一第二DC/DC转换器，具有一输入端及一输出端，且接收源自该输出电压的一控制信号，其中该第一DC/DC转换器及该第二DC/DC转换器的两个该输出端相互串联连接，以提供该输出电压于该负载上，使该第一DC/DC转换器的该输出端上的电压小于该输出电压，该第二DC/DC转换器依据该控制信号调节该输出电压。8.如权利要求7所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器及该第二DC/DC转换器的两个该输入端并联连接，且每一该输入端皆接收该电源电压。9.如权利要求8所述的转换器，其中该第二DC/DC转换器包含一返驰转换器。10.如权利要求7所述的转换器，其中该第二DC/DC转换器的该输入端与该第一DC/DC转换器的该输出端并联连接。11.如权利要求10所述的转换器，其中该第二DC/DC转换器包含一降压
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升压转换器。12.如权利要求7所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器还包含一第二输出端，该第二DC/DC转换器的该输入端与该第一DC/DC转换器的该第二输出端并联连接。13.如权利要求12所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器包含一隔离变压器。14.如权利要求12所述的转换器，其中该第二DC/DC转换器包含一降压转换器。15.如权利要求14所述的转换器，其中该降压转换器为非隔离的。16.如权利要求7所述的转换器，还包含一第二电压源，其中该第二DC/DC转换器的该输入端连接于该第二电压源上。17.如权利要求16所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器包含一隔离式DC/DC转换器。18.如权利要求7所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器包含一LLC谐振转换器。19.如权利要求7所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器还包含形成一全桥结构的多个开关。
20.如权利要求7所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器还包含一隔离变压器。21.一种转换器，自一电压源接收一电源电压，并提供一输出电压于一负载上，且包含：一第一DC/DC转换器，具有一输入端及一输出端，其中该输出端连接于该负载上；以及一第二DC/DC转换器，具有一输入端及一输出端，且接收源自该输出电压的一控制信号，其中该第一DC/DC转换器的该输入端与该第二DC/DC转换器的该输出端串联连接于该电压源的两端之间，以使该第一DC/DC转换器的该输入端上的电压大于该电源电压，该第二DC/DC转换器依据该控制信号调节该输出电压，该电压源及该第一DC/DC转换器具有共同的一参考地电压。22.如权利要求21所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器包含一LLC谐振转换器。23.如权利要求21所述的转换器，其中该第一DC/DC转换器的该输入端还包含形成一全桥结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯洛，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：