高压应用的开关模式功率转换器制造技术

本公开涉及高压应用的开关模式功率转换器。公开了在高压功率因数控制应用中使用的双降压升压开关转换器拓扑。该新的拓扑包括与升压转换器级联的双降压转换器。该双降压转换器配置成等分输入电压使得降压转换器部件上的电压应力明显地减少。通过使用多个磁耦合的能量存储电感器和一对分摊二极管实现电压分摊。分摊二极管提供电流通路用于平衡施加到降压转换器部件的电压。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本公开涉及高压应用的开关模式功率转换器。公开了在高压功率因数控制应用中使用的双降压升压开关转换器拓扑。该新的拓扑包括与升压转换器级联的双降压转换器。该双降压转换器配置成等分输入电压使得降压转换器部件上的电压应力明显地减少。通过使用多个磁耦合的能量存储电感器和一对分摊二极管实现电压分摊。分摊二极管提供电流通路用于平衡施加到降压转换器部件的电压。【专利说明】高压应用的开关模式功率转换器
本公开大体上涉及用于功率因数控制的DC-DC转换器，并且更具体地涉及用于高输入电压应用的降压-升压转换器(buck-boost converter)拓扑。
技术介绍
许多新的电子产品需要具有近似整功率因数(unity power factor)的调节的输入功率用于高效和正确操作。使用开关模式DC-DC转换器来提供功率因数控制(PFC)作为输入功率调节的一部分，这是常见的。开关模式转换器通过用开关对输入电压斩波、将来自斩波电压的能量存储在磁性元件中并且然后采用控制的方式使存储的能量释放到输出而将一个直流(DC)电压转换成另一个。调整开关的占空比(即，改变每个开关周期的开关导通期间的百分比)允许调节输出功率。当DC-DC转换器从本地干线供电接收其输入功率时，具有良好的功率因数控制(PFC)来维持高的(接近于整)功率因数并且具有无失真的输入电流波形，这对于转换器是重要的。已经开发多种转换器拓扑和控制方法来实现PFC。例如，有源功率因数校正是其中反馈和前馈技术在开关模式转换器中使用来确保输入电流波形紧密地跟随输入电压波形的情况。因为升压转换器易于实现，典型地使用升压转换器拓扑来提供PFC。降压升压拓扑因为它们为PFC提供固有益处而越来越受欢迎。大部分转换器和有源功率转换器校正设备被设计成与90V-305V之间的源电压一起使用，以与在印度、日本、北美、英国和欧洲可用的典型的50Hz和60Hz干线电压兼容。然而，许多工业应用使用大约347V-480V的更高的电压范围，如从广泛使用的480V AC系统可获得的。这些更高的电压应用因为在更高电压应用中使用的开关装置和其他部件制造成本更高并且更难以获得(由于更低的需求)而很少被电源设计者所考虑。从而需要有新的高压开关模式转换器拓扑，其具有良好的PFC并且使用成本较低和可容易获得的更低电压的部件。参照图1，可以看到有如本领域内已知的级联降压-升压转换器100的示意图。该级联降压-升压转换器100包括常规的降压转换器拓扑110，其后跟常规的升压转换器拓扑120。在该级联降压升压拓扑100中，降压转换器110和升压转换器120两者共享单个能量存储装置，其典型地是电感器L107。该降压转换器110包括降压开关M101，其典型地用耦合于续流二极管D103的半导体开关装置(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等)实现，其中能量存储电感器L107耦合于降压开关MlOl和续流二极管D103之间的公共节点108。在操作中，降压转换器110在降压开关MlOl处接收输入电压。闭合降压开关MlOl以允许输入电压VIN推动电流通过电感器L107并且将能量存储在电感器的磁性元件中。一旦足够的电流在流动，断开降压开关MlOl并且续流二极管D103提供电流通路，因此存储在电感器L107中的能量可以转移到升压段120。升压转换器120耦合于能量存储电感器L107的输出侧。升压转换器120包括升压开关M102，其典型地使用耦合于回扫二极管D104的半导体开关装置(例如MOSFET等)实现，其中能量存储装置L107耦合于升压开关M102和该回扫二极管D104之间的公共节点109。升压转换器通过闭合升压开关M102 (其使电感器L107的输出短路至接地)而操作，从而形成通过电感器L107的电流。然后断开升压开关M102以允许电感器电流流过回扫二极管D104，其中它对输出电容器C106充电并且将能量转移到负载130。在本公开的背景中，闭合或“接通”的开关或开关装置是将允许电流流过其中的开关或开关装置并且断开或“关断”的开关或开关装置是阻断电流流动的开关或开关装置。当级联降压升压转换器100与高压输入功率(例如347V-480V) —起使用时，全输入电压施加到降压开关MlOl和续流二极管D103，从而引起高的电压应力，其导致需要成本高的高压部件。因此，提供解决上文识别的问题中的至少一些的开关模式功率转换器拓扑，这将是可取的。
技术实现思路
如本文描述的，示范性实施例克服上文的或本领域内已知的其他劣势中的一个或多个。本公开的一个方面涉及双降压升压转换器，其包括第一和第二输入电容器，该第一和第二输入电容器跨输入电压串联I禹合并且在这两个串联I禹合的输入电容器之间的公共电容器节点处形成中间轨。包括第一降压开关和第一续流二极管的第一降压转换器耦合于正向通路中，其中该第一降压开关耦合于正输入电压，并且该续流二极管耦合于该中间轨。包括第二降压开关和第二续流二极管的第二降压转换器耦合于返回通路中，其中该第二降压开关稱合于负输入电压，并且该第二续流二极管稱合于该中间轨。第一电感器I禹合于第一降压转换器的公共节点并且第二电感器耦合于第二降压转换器的公共节点。该第二电感器还耦合于负输出电压。一对分摊二极管跨这两个电感器串联耦合，以及分摊二极管之间的公共节点连接至中间轨。包括升压开关和回扫二极管的升压转换器跨这两个电感器耦合，其中回扫二极管耦合于正输出端子。本公开的另一个方面涉及开关转换器，其配置成在正和负输入端子处接收输入电压并且在正和负输出端子处提供输出电压。转换器包括与该正输出端子串联耦合的第一降压开关和第二降压开关。第一续流二极管和第二续流二极管串联耦合在第一电路支路中，该第一电路支路使第二降压开关稱合于负输入端子。第一电感器的第一端稱合于第二降压开关并且第二电感器的第一端稱合于负输入端子。分摊电容器配置成使第一和第二降压开关之间的第一公共节点耦合于第一和第二续流二极管之间的公共节点。第一和第二分摊二极管串联耦合在跨第一电感器的第二端和第二电感器的第二端的第二电路支路中，其中第一分摊二极管和第二分摊二极管之间的第三公共节点耦合于第二公共节点。包括耦合于回扫二极管的升压开关的升压转换器在降压段后级联。升压开关与第二电路支路并联耦合并且回扫二极管耦合于正输出端子。本公开的另一个方面涉及开关转换器，其配置成在正输入端子和接地端子处接收输入电压，并且在正输出端子和该接地端子处提供输出电压。转换器包括串联耦合于正输入端子的第一降压开关和第二降压开关。第一续流二极管和第二续流二极管串联耦合在第一电路支路中，该第一电路支路使第二降压开关耦合于接地端子。第一电感器和第二电感器串联耦合并且耦合于第二降压开关。分摊电容器、第一分摊二极管和第三电感器串联耦合形成第二电路支路，其使第一和第二降压开关之间的公共节点耦合于接地端子，并且第一分摊二极管和分摊电容器之间的公共节点耦合于第一和第二续流二极管之间的公共节点。第二分摊二极管耦合于第一和第二电感器之间的公共节点，并且耦合于第一和第二续流二极管之间的公共节点。升压开关耦合于第二电感器以及接地端子。回扫二极管耦合于升压开关和正输出端子。为了便于分摊，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双降压升压转换器，其配置成在正和负输入端子处接收输入电压并且在正和负输出端子处提供输出电压，所述转换器包括：第一降压转换器；第二降压转换器；所述第一降压转换器和所述第二降压转换器之间的公共节点，所述公共节点包括所述正和负输入端子之间的中间轨；以及升压转换器，其在所述公共节点上与所述第一降压转换器和所述第二降压转换器级联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成花，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：