二级增压变换器制造技术

本发明专利技术公开一个具有一个二级增压电路和一个较小的增压变换器的功率变换器。该功率变换器的主功率流，通过具有一个单独开关的二级增压电路。通过一个二极管和一个电容，箝制该开关的电压峰值。在该电容中存储的能量，通过较小的增压变换器传输至功率变换器的输出端。该二级增压变换器布局，实现了较低电压和Ｒｄｓｏｎ　　ＭＯＳＦＥＴ开关的应用，减少费用，开关传导损耗以及开关导通损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及DC-DC变换器，特别是，涉及用于较高功率应用的增压变换器电路布局，该高功率应用利用了第二较小增压变换器以减少传导损耗，并实现一个实质上较低额定电压MOSFET主增压开关的应用。
技术介绍
增压变换器是功率变换器，其中较小的输入DC电压增长至所需电平。附图1中示出了现有技术中典型的增压变换器10。增压变换器10具有用于使输入电压Vin耦合至变换器10的输入端2，4，和提供输出DC电压的输出端6，8。该增压变换器10包括一个输入电压Vin所耦合至的电感线圈18，该电感线圈与连接至输出电容12的增压二极管16串联连接，该负载(未示出)在端点6，8跨接输出电容12。一个晶体管开关14，连接至在电感线圈18和增压二极管16之间的结点15和接地回路线路20，从而提供输出电压的调节。该开关14典型的是一个具有一个控制输入端，一个漏极和一个源极端的MOSFET。一个控制电路42(未示出细节)，耦合在控制输入端，以提供控制开关14的开关转换的时序的控制信号。该控制电路42典型的具有一个脉冲宽度调制电路(PWM)。在操作中，当开关14导通时，电感线圈电流增加，在它的磁场中存储能量。当晶体管开关14断开时，能量通过二极管16传输至输出电容12和负载。上述通用增压变换器电路的缺点包括开关电压和电流应力的产生，导致了功率转换效率过低。在一个通用增压变换器中，由于电感线圈18上升至输出电压加上任一过冲，当控制电路42断开时，MOSFET 14所需的额定电压，是由通过MOSFET的电压所确定的。一个具有250 VDC输出电压的通用增压变换器需要具有至少400V的额定电压(漏极至源极)的MOSFET。因此，在高升压比，例如将30V直流电升压为250V直流电的应用中，使用传统的增压变换器，需要一个高电流和高额定电压的MOSFET。使用高电流和高额定电压的MOSFET的缺点，是增加了面积和费用。在MOSFET 14漏极和源极端之间的压降，是提供负载电流为常数的电阻(Rdson)的函数。因此，MOSFET的传导损耗，等于I2R损耗，在导通状态下，源极和漏极端之间的总电阻，Rdson，应该尽可能的小。因此，需要较高额定电阻的MOSFET的变换器的缺点是较高的传导损耗。附图2示出了一个现有技术中的增压变换器20。增压变换器20将一个缓冲电路24添加至附图1的增压变换器10中。设计该缓冲电路24，以便从电路的漏电感中吸收能量，并将该能量传输至输出端。该缓冲电路24包括在电感线圈18和二极管36以及接地回路20之间串联连接的一个电容22。缓冲电路24还包括连接在电容22和二极管36之间的另一个电感线圈28和另一个二极管26的一个串联组合。在操作中，当增压变换器20中的MOSFET 14在由导通向断开的转换中，在二极管16导通之前，电容22和二极管36箝制结点25到端点6的电压。因此，结点25上的电压，将比端点6上的输出电压略高。这使得二极管16导通，且箝制到Vout的结点25上的电压。当MOSFET14导通时，电容22存储的电荷(来自泄漏的能量)，将流过电感线圈28和二极管26。同时，电容22和电感线圈28形成一个翻转电容22的极性的谐振网络。更准确的说，在MOSFET 14导通之前，电容22在结点25的端为正极，但是在MOSFET 14导通之后，变为负极，并完成谐振作用。因此，在MOSFET 14断开时，相对于电容22的另一端，结点25为负极。因此，更有效的箝制了结点25的电压峰值。变换器20的一个缺点，是它不适用于高功率或高增压比的应用。更准确的说，在高功率的应用或高增压比的应用中，MOSFET 14的切换电流变得较高，且所添加的电容22必须能够处理高电流需求，因而很难为特定应用找到适用的电容。此外，在高增压比的应用中，由于MOSFET 14漏极端仍然被增压变换器的输出所箝制，因此，变换器20仍然需要一个高电流和高额定电压的MOSFET 14。虽然在附图1的变换器10上做出了改进，但变换器20仍具有相似的缺点，即对于高电流应用，在MOSFET 14的漏极具有一个不能接收的高电压峰值(＞Vout)，以致于需要具有较高Rdson和相应较高传导损耗的较高额定电压MOSFET。因此，存在对于高功率应用的增压变换器布局的需要，从而启动较低电压和较低额定Rdson MOSFET的应用，并通过减少传导损耗，提供增长的效率。
技术实现思路
通过本专利技术中改进的增压变换器布局，可以从实质上减少或消除现有技术中增压变换器的前述和相关的缺点。本专利技术通过提供一个具有一个二级增压电路和一个第二较小增压变换器的功率变换器，克服了已知增压变换器的多个缺点。通过具有单独主开关的二级增压电路，处理主功率流。通过第一二极管和第一电容，箝制主开关的电压峰值Vds。一个第二增压变换器，将该第一电容的能量传输至输出端Vout，并保持跨接第一电容的电压为常数。该第二增压变换器仅仅需要在第一开关处理电压峰值的能量；因此，第二增压变换器比该主二级增压电路更小。本专利技术的功率变换器使对于高功率应用能使用较低电压和较低Rdson额定MOSFET，从而通过减少传导损耗，提供增长的效率。概括说明，本专利技术提供一个具有提供输入电压的第一和第二输入端提供输出DC电压的两个输出端的功率变换器，该变换器包括一个二级增压电路，该二级增压电路包括一个第一级电路和一个第二级电路，该第一级电路包括一个第一开关、一个第一二极管，以及一个第一电容，该第一开关作为第一控制信号的函数交替开关以控制流过一个磁性耦合电感线圈的第一绕组的电流，所述第一绕组具有连接至第一输入端的一端，该第一开关耦合在第一绕组的另一端和该第一二极管的接合点与该第二输入端之间，该第二级电路包括一个磁性耦合电感线圈的第二绕组以及一个跨接所述输出端的第二电容，该第二绕组连接至所述第一绕组的另一端，且与第二二极管串联连接在所述第一绕组和第一输出端之间；以及一个第二增压变换器，该变换器耦合在所述第一电容和所述第二电容之间，包括一个第二开关、一个电感线圈和一个第三二极管；所述第二开关连接至所述电感线圈和第三二极管的接合点与第二输入端之间，且作为第二控制信号的函数交替开关。概括说明，本专利技术还在一个可选实施例中提供一个具有提供输入电压的第一和第二输入端和提供输出DC电压的两个输出端的功率变换器，该变换器包括一个二级增压电路，该二级增压电路包括一个第一级电路，第一级电路包括一个第一开关、一个第一二极管和一个第一电容，该第一开关作为第一控制信号的函数交替开关以控制流过一个磁性耦合电感线圈的第一绕组的电流，所述第一绕组具有连接至第一输入端的一端，且一个变流器的初级绕组串联连接在所述第一绕组与所述第一开关和所述第一二极管的接合点之间，所述第一开关耦合在所述变流器初级绕组和所述第一二极管的接合点与第二输入端之间，和一个第二级电路，包括一个所述磁性耦合电感线圈的第二绕组，该第二绕组连接至所述第一绕组的另一端，且与第二二极管串联连接在所述第一绕组和第一输出端之间，以及一个跨接所述输出端的第二电容；一个第二增压变换器，该变换器耦合在所述第一电容和所述第二电容之间，包括一个第二开关、一个电感线圈和一个第三二极管；所述第二开关连接至所述电感线圈和第三二极管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个具有提供输入电压的第一和第二输入端，和提供输出ＤＣ电压的两个输出端的功率变换器，该变换器包括：一个二级增压电路包括：第一级电路，包括一个第一开关、一个第一二极管和一个第一电容，该第一开关作为第一控制信号的函数交替开关，以控制流过一个磁性耦合电感线圈的第一绕组的电流，所述第一绕组具有连接至第一输入端的一端，该第一开关耦合在第一绕组的另一端和该第一二极管的接合点与该第二输入端之间，和第二级电路，包括一个所述磁性耦合电感线圈的第二绕组，和一个跨接所述输出端的第二电容，该第二绕组连接至所述第一绕组的另一端，且与第二二极管串联连接在所述第一绕组和第一输出端之间；以及一个第二增压变换器，该第二增压变换器耦合在所述第一电容和所述第二电容之间，包括一个第二开关、一个电感线圈和一个第三二极管；所述第二开关连接至所述电感线圈和第三二极管的接合点与第二输入端之间，且作为第二控制信号的函数交替开关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑钟仁，
申请(专利权)人：雅达电子国际有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]