一种电功率转换系统具有用于改进的效率的可适配变压器匝数比。变压器在其初级侧上具有多个抽头。开关电路被配置为在至少两个模式中将能量源连接至抽头，使得变压器在第一模式中以第一初级-次级匝数比进行操作并在第二模式中以第二初级-次级匝数比进行操作。第一匝数比大于第二匝数比。控制电路被配置为在能量源的电压电平高于第一阈值时在第一模式中操作开关电路并在该电压电平低于第二阈值时在第二模式中操作开关电路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及供电电源。
技术介绍
供电电源是以下设备或系统，其能够通常通过将电能从一种形式转换为另一种形式以使该能量与负载的需求兼容来将电能提供给负载。例如，供电电源可能将120或MO 伏的交流电(“AC”)能量转换为适于被电子设备(如计算机系统)使用的低电压、经过调节的直流电(“DC”)能量。有时，将电源与由这些电源向其供给能量的设备集成。在其他应用中， 电源是分立的组件并可以处于负载内部或外部。开关供电电源(还以不同方式称作开关式电源、开关模式电源以及其他类似的术语)是利用有源开关电路以及电感性元件从而以最小能量损耗完成能量转换任务的那些电源。在从AC干线取得它们的输入的开关电源中，常用配置是采用整流电路和大容量电容器来根据可用AC输入创建DC电源。然后，将该DC电源提供给产生期望的DC输出电平的一个或多个开关DC-DC转换系统。供电电源的重要类别是提供电隔离的那些电源。在隔离电源中，在电源的输出与电源的输入之间不存在DC电路。例如，在从AC干线产生经过调节的低电压DC输出的隔离电源中，在低电压DC输出与AC干线之间将不存在DC电路。通常，变压器被用于提供这种电隔离。在隔离DC-DC转换系统中，以交替的极性将DC电源电压施加至变压器的初级绕组， 结果是功率被传送至变压器的次级绕组。在次级绕组处对电压施加整流。附图说明图1是示意了根据现有技术的利用H桥电路和变压器的DC-DC转换系统的示意图。图2是示意了在第一占空比下图1的H桥电路和变压器的操作的波形。图3是示意了在比第一占空比大的第二占空比下图2的H桥电路和变压器的操作的波形。图4是示意了根据本专利技术的优选实施例的电功率转换系统的示意图。图5是示意了图4的电功率转换系统的优选行为的状态图。图6是示意了根据本专利技术的优选实施例的系统可以有用地适配的许多时变输入电压的一个示例的曲线图。具体实施例方式图1示意了现有技术DC-DC转换系统100。将DC能量源102应用于H桥电路104， H桥电路104以交替的极性将源102连接至变压器108的初级侧106。初级侧106中得到的时变电流导致在变压器108的次级侧110上出现电势。整流电路112将该电势转换为DC。将整流后的DC施加至能量存储元件114，典型地，能量存储元件114是大容量电容器。然后，能量存储元件114上的电压可以直接被负载使用，或者可以由其他能量转换系统进一步修改，如箭头116处指示的。为了控制能量存储元件114处的DC电压电平，可以采用感测电路118。感测电路118将反馈信号120提供给控制电路122，控制电路122可以调整H 桥电路104中的开关元件的占空比以实现能量存储元件114处期望的DC电压电平。H桥电路104由4个场效应晶体管(“FET”)开关元件1M-130组成。控制电路122 连接至开关元件124-130的栅极，并通常接通开关元件的交替对角线对，以便以交替的极性在初级侧106上施加DC能量源102。例如，当接通FET 126/130且关断FET 124/128时， 发生第一极性施加，而当接通FET 1M/U8且关断FET U6/130时，发生第二极性施加。适度地，控制电路122可以通过响应于反馈信号120持续地或以离散的增量改变开关元件124-130的占空比，来维持能量存储元件114处相对恒定的平均DC电压电平。用于控制占空比的若干种方法之一是利用图2和3所示的脉冲宽度调制技术。图2所示的波形200示意了 25%左右的占空比。在该模式中，在间隔202和206期间关断所有开关元件 124-130，使得在这些时刻没有能量施加至初级侧106。在间隔204期间，接通这些开关元件中的两个，以产生能量对初级侧106的第一极性施加。在间隔208期间，接通另外两个开关元件，以产生第二极性施加。当导通时间和非导通时间相等时，结果是25%的占空比。图3 中的波形300示意了 50%左右的占空比。在该模式中，基本上不存在以下时间，在该时间期间，开关元件的对角线对之一不是导通的。代替地，在间隔302期间以第一极性将能量施加至初级侧106，并在间隔304期间以第二极性将能量施加至初级侧106。通常，能量存储元件114处的DC电压电平将与占空比成比例地变化，在50%占空比下达到其最大值并在较低的占空比处下降。但是，本专利技术的专利技术人已经发现诸如系统100之类的现有技术系统的问题。按照设计(by design)，它们通常在远远低于50%的占空比下进行操作，而由于在更高的占空比下死区时间减少，因此在与50%更接近的占空比下可以实现更高的效率。现有技术系统主要在较低占空比下进行操作的原因在于诸如系统100之类的能量转换系统必须被设计为容忍由能量源102供给的输入电压的范围。尽管源102上的电压的期望操作点可能是 400VDC，但是例如，系统100必须能够容忍明显更低的输入电压(比如说300VDC)，该明显更低的输入电压可能在欠压(brown out)状况期间暂时发生，并且，系统100必须仍能够维持能量存储元件114处的期望DC电压电平。现有技术系统100必须仅仅通过改变开关元件 124-130的占空比来做到这一点，如刚刚描述的那样。由于该原因，设计者通过确定当在最大(50%)占空比下操作H桥电路104时以及当由源102供给的电压处于其最小值时可以在能量存储元件114处产生多大电压，来固定现有技术系统的变压器108中的匝数比。因此， 现有技术系统100仅在源102处的电压处于最小值的暂时且罕见的情形期间操作在50%附近的占空比下。在常见得多的情形期间，当源102处的电压处于其正常(更高)操作点时，系统100必须在远远更低且更低效的占空比下进行操作，以维持能量存储元件114处的正确 DC电平。图4所示的本专利技术的能量转换系统400建设性地解决了该问题，并且甚至在当源 102处的电压处于其正常操作点时的常见情形期间允许在更高的占空比下进行操作。其通过动态改变变压器402中的匝数比来做到这一点。变压器402的初级侧404设置有如图所示的多个抽头。开关电路406包括与初级侧404形成H桥的4个开关元件408-414。开关元件408和414的第一端子分别在抽头420和422处连接至初级侧404。开关元件408和 414的第二端子连接在节点4 处。添加了另外两个开关元件416和418。开关元件416 和418的第一端子分别在抽头似4和似6处连接至初级侧404。开关元件416和418的第二端子也连接在节点4 处。本专利技术的控制电路430被配置为在至少两个模式中进行操作。在第一模式中，开关元件416和418根本不导通，而由开关元件408-414形成的H桥电路可以以传统方式进行操作，使得对408/412和410/414交替导通。具体地，对410/414导通，而对408/412不导通，并且然后，对408/412导通，而对410/414不导通。在第二模式中，开关元件408和414 根本不导通，并且对410/418和412/416交替导通。具体地，对410/418导通，而对412/416 不导通，并且然后，对412/416导通，而对410/418不导通。注意，两组开关元件410/414和410/418均包含开关元件410。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：DP莫尔，MA贝马特，RP多明戈，
申请(专利权)人：DP莫尔，MA贝马特，RP多明戈，
类型：发明
国别省市：
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