具有宽输入电压范围的电力变换方法和装置制造方法及图纸

电力变换系统（１００）包括：输入端子，被布置为连接到电压源（Ｖｉｎ）；变压器（Ｔ１），该变压器具有连接到输入端子的第一绕组和连接到电力变换系统（１００）的输出端子的第二绕组，第一绕组或第二绕组具有至少三个抽头，所述至少三个抽头被布置为将第一绕组或第二绕组分割为至少两个子绕组；至少一个抽头开关（Ｑｉ），连接到至少两个子绕组；控制电路（１０８），连接到至少一个抽头开关（Ｑｉ）；以及至少一个开关（Ｓｉ），连接到至少一个抽头开关（Ｑｉ）；其中控制电路（１０８）被布置为控制至少一个抽头开关（Ｑｉ）以控制变压器（Ｔ１）的匝数比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及开关模式电源和电力变换(power conversion)系统，并且更具体 地涉及具有宽输入电压范围的电力变换方法和装置。本专利技术可以在独立的变换器中使用或 者可以作为较大系统的一部分。例如，本专利技术的一种应用是提供可以在失去输入电力期间 增加离线电源(off-line powersupply)中的输出电压保持时间(holdup time)的装置。
技术介绍
例如在已知的开关模式电源(SMPS)和变换器中使用的诸如MOSFET之类的电源器 件作为高频(通常数百kHz)接通/关断(0N/0FF)开关来工作。在接通状态中，开关可以 在其端子两端的电压接近零时传导较大电流，从而产生了低的电能损耗。在关断状态中，可 将较大电压施加给开关，但是电流接近零，从而也产生非常小的电能损耗。利用传统技术可 以减小接通/关断转变期间的电能损耗，也称为开关损耗。结果，SMPS和电力变换器由于 其高效率和优异的热性能而被广泛用在通讯、工业和其它应用中。为了使输出电压得到调整(regulated)，通常通过反馈电路来控制电源开关的接 通时间与开关周期的比率，也称为占空比或占空系数。使输出电压保持恒定所需的占空系 数范围通常与输入电压范围在同一量级上。例如，理想正激变换器的输出电压V。与输入电 压Vin和占空系数D成正比，与电力变压器(power transformer)的匝数比TR(初级匝数除 以次级匝数)成反比 为了确保在整个输入电压范围Vinmax/Vinmin内调整输出电压，基于上面的等式的占 空系数范围Dmax/Dmin必须等于电压范围 由于在实践中最小脉宽受到限制，因此，输入电压范围也受到限制。例如，如果开 关频率为250kHz并且Dmax = 50%，则最大接通时间为2 μ S。如果最小接通时间为0. 5μ s， 则Dmin=(最小接通时间)/(开关周期)=0.5/4或12.5%。因此，电压输入范围被限制为 Vin -/Vin min = Dmax/Dmin 彡(50/12. 5) = 4。当需要更宽的输入电压范围时，必须使用不同的技术。一种传统技术是降低与较 大磁元件相关联的开关频率。这导致了较大的滤波器并且因此导致了较大的变换器大小。 图1示出了另一种已知的技术。图1所示的框图包括在输入和输出侧上并联连接的N个电 力变换器。每个电力变换器覆盖较窄的输入电压范围，并且其余电力变换器在该特定范围 中关断。例如考虑根据图1那样连接的三个电力变换器的并联结构，其中Vin min = 9V，Vin _ =72V。令第一电力变换器在9V到18V输入电压范围内是活动的，第二电力变换器在18V 到36V输入电压范围内是活动的，并且第三电力变换器在36V到72V输入电压范围内是活动的。在此特定示例中，三个电力变换器的并联组合覆盖了等于72V/9V = 8的输入电压范 围Vin-/Vinmin，而每个电力变换器仅在等于18V/9V = 36V/18V = 72V/36V = 2的范围内工作。由于每个电力变换器可以在较窄的输入范围中得到优化，因此，该已知并联结构 的优点是高效率。这种已知的并联结构的缺点是电力变换器的数目增加，其中，每个电力变 换器是针对满功率(full power)设计的，从而导致电力变换系统的大小和成本增加。上面证明了在本领域中存在对适合用于具有宽输入电压范围的电力变换的更有 效的方法和装置的尚未满足的需求。
技术实现思路
鉴于上面的问题，本专利技术的优选实施例提供了一种电力变换系统，该电力变换系 统包括输入端子，被布置为连接到电压源；变压器，该变压器具有连接到输入端子的第一 绕组和连接到电力变换系统的输出端子的第二绕组，第一绕组或第二绕组具有至少三个抽 头，至少三个抽头被布置为将第一绕组或第二绕组分割为至少两个子绕组；至少一个抽头 开关，连接到至少两个子绕组；控制电路，连接到至少一个抽头开关；以及至少一个开关， 连接到至少一个抽头开关。控制电路被布置为控制至少一个抽头开关以控制变压器的匝数 比。至少一个开关优选地包括一个开关，该一个开关连接到至少一个抽头开关中的每 个。至少一个抽头开关优选地包括多个抽头开关，并且至少一个开关优选地包括多个开关， 这多个开关各自连接到多个抽头开关中的相应的一个或多个抽头开关。至少一个抽头开关 优选地连接在变压器与至少一个开关之间。至少一个开关优选地连接在变压器与至少一个 抽头开关之间。至少一个抽头开关优选地连接到次级绕组，并且至少一个开关中的一个开 关优选地连接到初级绕组。控制电路优选地被布置为接收基于输入电压的输入信号并且接收与脉冲调制器 的输出信号同步的同步信号。根据本专利技术优选实施例的电力变换系统优选地还包括信号次级绕组，该信号次级 绕组提供基于输入电压的输入信号。优选地，至少一个抽头开关包括至少两个抽头开关，并 且当经过至少两个绕组的电流为零或接近零时，控制电路被布置为首先关断至少两个抽头 开关中的一个抽头开关，并且随后，稍后接通至少两个抽头开关中的另一抽头开关以控制 变压器的匝数比。至少一个开关优选地是M0SFET。至少一个抽头开关优选地是M0SFET。至少一个 抽头开关优选地是共源共栅的两个MOSFET的串联组合。根据本专利技术优选实施例的电力变换系统优选地还包括连接到次级绕组的中心抽 头的二极管。根据本专利技术优选实施例的电力变换系统优选地还包括连接在输入端子与变压器 之间的开关。输入端子优选地连接到初级绕组的中心抽头。输出端子优选地连接到次级绕 组的中心抽头。控制电路优选地包括被布置为确定输入电压在哪个电压小范围中的至少一 个窗口比较器。控制电路优选地包括抽头绕组零电流检测器。至少一个开关优选地包括按 全桥式布置进行布置的四个开关。至少一个开关优选地包括按半桥式布置进行布置的两个开关。根据本专利技术优选实施例的电力变换系统优选地还包括连接到至少一个开关的脉 冲调制器。根据本专利技术优选实施例的电力变换系统优选地提供DC电源或AC电源。参考附图从下面对优选实施例的详细描述中将更清楚本专利技术的其它特征、元件、 步骤、特性、方面和优点。附图说明图1示出了包括N个并联连接的变换器的现有技术的变换器系统的框图，每个变 换器在较窄输入电压范围内工作。图2示出了根据本专利技术第一优选实施例的变换器系统，包括具有单个受脉宽调制 (PWM)控制的主开关以及在电力变压器初级侧上由输入电压和与PWM输出同步的脉冲信号 控制的多个抽头开关的正激式或反激式变换器。图2A示出了根据本专利技术第二优选实施例的变换器系统，包括具有单个受PWM控制 的主M0SFET、具有中心抽头的电力变压器以及由输入电压和与PWM输出同步的脉冲信号控 制的两个抽头开关的正激式或反激式变换器。图3示出了根据本专利技术第三优选实施例的变换器系统，包括具有多个受PWM控制 的主开关以及在电力变压器的初级侧上由输入电压和与PWM输出同步的脉冲信号控制的 多个抽头开关的正激式或反激式变换器。图3A示出了根据本专利技术第四优选实施例的变换器系统，包括具有两个受PWM控制 的主M0SFET、具有中心抽头的电力变压器以及由输入电压和与PWM输出同步的脉冲信号控 制的两个抽头开关的正激式或反激式变换器。图3B示出了根据本专利技术第五优选实施例的变换器系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换系统，包括：输入端子，被布置为连接到电压源；变压器，该变压器具有连接到所述输入端子的第一绕组和连接到所述电力变换系统的输出端子的第二绕组，所述第一绕组或所述第二绕组具有至少三个抽头，所述至少三个抽头被布置为将所述第一绕组或所述第二绕组分割为至少两个子绕组；至少一个抽头开关，连接到所述至少两个子绕组；控制电路，连接到所述至少一个抽头开关；以及至少一个开关，连接到所述至少一个抽头开关；其中所述控制电路被布置为控制所述至少一个抽头开关以控制所述变压器的匝数比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-2-22 61/030,635;US 2009-2-20 12/390,355一种电力变换系统，包括输入端子，被布置为连接到电压源；变压器，该变压器具有连接到所述输入端子的第一绕组和连接到所述电力变换系统的输出端子的第二绕组，所述第一绕组或所述第二绕组具有至少三个抽头，所述至少三个抽头被布置为将所述第一绕组或所述第二绕组分割为至少两个子绕组；至少一个抽头开关，连接到所述至少两个子绕组；控制电路，连接到所述至少一个抽头开关；以及至少一个开关，连接到所述至少一个抽头开关；其中所述控制电路被布置为控制所述至少一个抽头开关以控制所述变压器的匝数比。2.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述至少一个开关连接到所述至少一 个抽头开关中的每个抽头开关。3.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述至少一个抽头开关包括多个抽头 开关，并且所述至少一个开关包括多个开关，所述多个开关各自连接到所述多个抽头开关 中的相应的一个或多个抽头开关。4.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述至少一个抽头开关连接在所述变 压器与所述至少一个开关之间。5.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述至少一个开关连接在所述变压器 与所述至少一个抽头开关之间。6.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述至少一个抽头开关连接到所述第 二绕组，并且所述至少一个开关中的一个开关连接到所述第一绕组。7.根据权利要求1所述的电力变换系统，其中，所述控制电路被布置为接收基于输入 电压的输入信号并且接收与脉冲调制器的输出信号同步的同步信号。8.根据权利要求7所述的电力变换系统，还包括信号次级绕组，该信号次级绕组提供 基于输入电压的所述输入信...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大埃辛诺夫斯基，约翰韦恩斯，艾萨克奥兹卡纳克，米兰德拉古杰维克，
申请(专利权)人：村田电源，
类型：发明
国别省市：US[美国]