级联功率系统架构技术方案

一种级联功率系统架构，包括：在具有隔离转换器的级联配置中的非隔离转换器以及与隔离转换器的输出和非隔离转换器的开关元件耦合的控制器。非隔离转换器将输入电压降压成较低的调节电压。隔离转换器将调节电压转换成被输出到变压器和控制器的方波信号。因此，结果得到的包括隔离转换器、控制器和非隔离转换器的反馈回路完全与该系统的输出独立。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】级联功率系统架构
本专利技术涉及功率转换器领域。更具体地，本专利技术涉及用于功率转换器的级联功率系统架构。
技术介绍
最近，对于解决诸如计算机和手机的商用产品的功率需求的有效功率转换器存在高需求。因此，已发展了诸如反激、半桥和全桥转换器之类的多种不同隔离功率转换器拓扑来满足这种不断增长的需求。而且，为了解决功率因数校正(PFC)的问题而同时仍从输出隔离主电源，现有技术主要朝向各种“两级”功率转换器发展，其中第一级包括非隔离升压转换器，且第二级包括诸如反激、半桥和全桥转换器之类的隔离转换器。这主要是因为升压和半桥转换器与控制器IC具有公共接地，并且因此是闭合反馈回路的简单方式。然而，这种“两级”功率转换器具有这些缺点：增加的设计复杂度、减小的能量转换效率、增加的组件数量、增加的印刷电路板(PCB)尺寸，以及因此增加的成本。现有技术调节功率设备100的框图在图1中示出。设备100是两级升压半桥功率转换器。设备100一般包括输入滤波器102、整流器104、包括升压转换器116(第一级)和半桥转换器114(第二级)的两级转换器106、变压器108、输出滤波器110和反馈控制112。输入滤波器102耦合为接收AC输入信号Vin，并且滤除电磁和射频干扰/噪声。输入滤波器102向整流器104输出经滤波的AC信号。当接收信号时，整流器104产生未调节直流(DC)电压，且将该未调节DC电压输出到升压转换器116的耦合输入。典型地，升压转换器116从整流器104接收未调节DC电压，且产生升高的或增加的电压。这种增加的电压是比输入的未调节DC电压大的调节DC电压。应当注意，在本领域中众所周知，未调节电压是允许其随着电路的负载中的变化和/或电源电压中的变化而改变的电压。相应地，在本领域中还众所周知，调节电压是被控制为使得不管负载和/或电源变化，维持足够恒定输出电压的电压。半桥调节器114接收增加的调节电压，且产生“斩波的”DC信号，该“斩波的”DC信号理想地是跨越输入而输出到变压器108的方波信号。依赖于变压器108的匝数比，变压器108将DC方波转换成期望的输出电压。通常期望的输出电压是5、12或24V。从变压器108输出的AC电压信号被输入到输出滤波器110，该输出滤波器110滤除由于功率电路100导致的谐波噪声且将AC信号转换成DC。DC电压信号Vout被输出到电气设备(未示出)和控制器112。控制器112感测DC电压信号Vout中的功率变化，且控制升压调节器114内的调节开关元件的占空比，以供应补偿功率从而校正DC电压信号Vout中的功率变化。这种类型的功率系统的一个缺点在于，由于调节需要主电源和带电电气设备的隔离，控制器112包括隔离拓扑，该隔离拓扑通常包括诸如光电耦合器之类的装置。这导致增加的设计复杂度、降低的能量转换效率、增加的组件数量、增加的PCB尺寸以及因此增加的成本。
技术实现思路
级联功率系统包括在具有隔离转换器的级联配置中的非隔离降压转换器，和耦合到该隔离转换器的输出以及非隔离转换器的开关元件的控制器。非隔离转换器将输入电压降压成较低的调节电压。隔离转换器将调节电压转换成被输出到变压器和控制器的方波信号。因此，包括隔离转换器、控制器和非隔离转换器的反馈回路完全与系统的输出独立。因此，可以以反馈算法的形式推导反馈关系，该反馈算法可以有效地调节/调整非隔离转换器的输出且因此也调节/调整隔离转换器输出。而且，因为非隔离转换器降低电压并且隔离转换器在该低的降低的电压操作，系统能够是高效率的。根据第一方面，本申请涉及一种级联功率装置。该装置包括：具有开关元件的非隔离转换器，其中该非隔离转换器接收具有未调节电压的整流功率信号且产生调节电压；与非隔离转换器耦合的隔离转换器，用于接收调节电压且产生转换电压；与隔离转换器耦合的变压器，用于接收转换电压且产生输出电压；以及与隔离转换器的输出耦合的内部控制器，用于接收转换电压且基于反馈算法产生用于调节开关元件的控制信号，其中反馈算法独立于输出电压。非隔离转换器是降压转换器且调节电压低于未调节电压。备选地，非隔离转换器是升压转换器且调节电压高于未调节电压。转换电压低于调节电压。转换电压是方波电压。非隔离降压转换器是buck转换器。隔离转换器是半桥转换器。在一些实施例中，级联功率装置进一步包括用于接收AC输入信号且产生具有未调节的整流电压的整流功率信号的整流器。整流器是二极管桥。在一些实施例中，级联功率装置进一步包括用于从AC输入信号滤除电磁和射频干扰的输入滤波器。在一些实施例中，级联功率装置进一步包括用于从输出电压滤除电磁和射频干扰的输出滤波器。对于开关元件的调整通过调整非隔离转换器的占空比控制非隔离转换器的输出。根据本申请的另一方面，级联功率系统包括用于接收输出电压的电子装置、用于产生AC输入信号的电源以及耦合在电源和电子设备之间的功率转换器，该功率转换器包括：整流器，其用于接收AC输入信号且产生具有未调节整流电压的整流功率信号；具有开关元件的非隔离转换器，其中非隔离转换器接收未调节电压且产生调节电压；与非隔离转换器耦合的隔离转换器，用于接收调节电压且产生转换电压；与隔离转换器耦合的变压器，用于接收转换电压且产生输出电压；以及与隔离转换器的输出耦合的内部控制器，用于接收转换电压并且基于反馈算法产生用于调节开关元件的控制信号，其中反馈算法独立于输出电压。非隔离转换器是降压转换器且调节电压低于未调节电压。备选地，非隔离转换器是升压转换器且调节电压高于未调节电压。转换电压低于调节电压。转换电压是方波电压。非隔离降压转换器是buck转换器。隔离转换器是半桥转换器。整流器是二极管桥。在一些实施例中，系统进一步包括用于从AC输入信号滤除电磁和射频干扰的输入滤波器。在一些实施例中，系统进一步包括用于从输出电压滤除电磁和射频干扰的输出滤波器。对于开关元件的调整通过调整非隔离转换器的占空比控制非隔离转换器的输出。本申请的另一方面针对调节级联功率装置的方法。该方法包括：在包括开关元件的非隔离转换器处接收未调节整流电压并且产生调节电压；在隔离转换器处接收调节电压且产生转换电压；在变压器接收转换电压并且产生输出电压；以及在内部控制器接收转换电压且基于反馈算法产生调整开关元件的控制信号，其中反馈算法独立于输出电压。非隔离转换器是降压转换器且调节电压低于未调节电压。备选地，非隔离转换器是升压转换器且调节电压高于未调节电压。转换电压低于调节电压。转换电压是方波电压。非隔离降压转换器是buck转换器。隔离转换器是半桥转换器。在一些实施例中，该方法进一步包括在整流器接收AC输入信号并且产生具有未调节整流电压的整流功率信号。整流器是二极管桥。在一些实施例中，该方法进一步包括使用输入滤波器从AC输入信号滤除出电磁和射频干扰。在一些实施例中，该方法进一步包括使用输出滤波器从输出电压滤除电磁和射频干扰。基于反馈算法调整开关元件包括改变开关元件的占空比。在一些实施例中，该方法进一步包括用非隔离转换器的功率因数校正功能来增加级联功率装置的功率因数。本申请的又一方面针对一种级联功率装置。该装置包括：整流器，用于接收AC输入信号并且产生具有未调节整流电压的整流功率信号；具有开关元件的非隔离转换器，其中非隔离转换器接收具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.09 US 12/942,3331.一种级联功率装置，包括：a.具有开关元件的非隔离转换器，其中所述非隔离转换器接收具有未调节整流电压的整流功率信号且产生调节电压；b.与所述非隔离转换器耦合的隔离转换器，用于接收所述调节电压且产生转换电压；c.与所述隔离转换器耦合的变压器，用于接收所述转换电压且产生输出电压；以及d.与所述非隔离转换器和位于所述隔离转换器的输出与所述变压器的输入之间的节点耦合的内部控制器，用于接收所述转换电压且基于反馈算法产生用于调节所述非隔离转换器的所述开关元件的控制信号，其中所述反馈算法独立于所述输出电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述非隔离转换器是降压转换器，并且所述调节电压低于所述未调节整流电压。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述非隔离转换器是升压转换器，并且所述调节电压高于所述未调节整流电压。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述转换电压低于所述调节电压。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述转换电压是方波电压。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述隔离转换器是半桥转换器。7.根据权利要求4所述的装置，进一步包括用于接收AC输入信号且产生具有未调节整流电压的所述整流功率信号的整流器。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述整流器是二极管桥。9.根据权利要求7所述的装置，进一步包括用于从所述AC输入信号滤除电磁和射频干扰的输入滤波器。10.根据权利要求4所述的装置，进一步包括用于从所述输出电压滤除电磁和射频干扰的输出滤波器。11.根据权利要求4所述的装置，其中对于所述开关元件的调整通过调整所述非隔离转换器的占空比来控制所述非隔离转换器的所述输出。12.一种级联功率系统，包括：a.用于接收输出电压的电子设备；b.用于产生AC输入信号的电源；以及c.耦合在所述电源和所述电子设备之间的功率转换器，并且所述功率转换器包括：i.整流器，用于接收所述AC输入信号且产生具有未调节整流电压的整流功率信号；ii.具有开关元件的非隔离转换器，其中所述非隔离转换器接收所述未调节整流电压且产生调节电压；iii.与所述非隔离转换器耦合的隔离转换器，用于接收所述调节电压且产生转换电压；iv.与所述隔离转换器耦合的变压器，用于接收所述转换电压且产生所述输出电压；以及v.与所述非隔离转换器和位于所述隔离转换器的输出与所述变压器的输入之间的节点耦合的内部控制器，用于接收所述转换电压且基于反馈算法产生用于调节所述非隔离转换器的所述开关元件的控制信号，其中所述反馈算法独立于所述输出电压。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述非隔离转换器是降压转换器，并且所述调节电压低于所述未调整流节电压。14.根据权利要求12所述的系统，其中所述非隔离转换器是升压转换器，并且所述调节电压高于所述未调节整流电压。15.根据权利要求13所述的系统，其中所述转换电压低于所述调节电压。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述转换电压是方波电压。17.根据权利要求15所述的系统，其中所述隔离转换器是半桥转换器。18.根据权利要求15所述的系统，其中所述整流器是二极管桥。19.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于从所述AC输入信号滤除电磁和射频干扰的输入滤波器。20.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于从所述输出电压滤除电磁和射频干扰的输出滤波器。21...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·塔莱弗斯，B·沙菲波尔，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：
国别省市：