一般来说，在这里提出了一种ＤＣ／ＤＣ变换器及其关联的装置和处理。所述ＤＣ／ＤＣ变换器可以是包括耦合在第一和第二电源轨之间的多个开关装置的开关式变换器。变压器耦合到所述开关装置，使得所述开关装置通过所述变压器交换电能。整流器耦合到所述变压器，以将来自所述变压器的波形整流为基本上ＤＣ输出。所述ＤＣ／ＤＣ变换器还包括用于释放整流二极管上的电压应力的箝位二极管。电阻器可与所述箝位二极管串联耦合，以减少所述ＤＣ／ＤＣ变换器的复位时间，并且从而在负载瞬变期间防止所述电源的灾难性故障。另外，所述ＤＣ／ＤＣ变换器可以配置有监视所述变换器的栅极驱动信号的断电检测装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率变换器中的箝位二极管复位和开关式电源中的断电检测 相关申请的交叉引用本专利申请与美国暂时专利申请第60/837,963号(2006年8月16曰提 交并且名称为"Fast Reset of a Phase-Shifted Full-Bridge DC/DC Converter Clamp")和第60/837,978号(2006年8月16日提交并且名称为"Fast AC Outage Detection")相关，并且要求所述美国暂时专利申请的优先权，通过引用在这 里合并所述美国暂时专利申请中的每个的全部内容。
技术介绍
基本形式的移相全桥DC/DC变换器可以包括包含用于控制向变压器的 初级线圈施加输入电压的 一组开关的初级侧、和包含用以产生具有恒定极性 的电压的一组输出二极管整流器的次级侧。变换器可以处于有源状态，在该 有源状态期间，在变压器的初级线圈两端施加差分电压；或者变压器可以处 于无源状态，在该无源状态期间，向变压器的初级线圏的两端施加相同的电 压。因而，在有源状态期间电能在变换器中流动。当半导体从接通切换转变到关断时，开关损耗发生，反之亦然。为了在 移相全桥DC/DC变换器中实现高效率，在宽范围的操作条件上维持低开关损 耗。这典型地通过以下来实现，向变换器的初级侧添加"谐振电感器，，并且在 每个半桥中的两个开关之间添加"停滞时间(dead time)"延迟，以便在激活 反向的(opposing )开关以前为该半桥的输出电压进行换向(commutate)留 出时间。然而，感应源阻抗在反向电流的衰变部分期间引起电压过沖和瞬时 振荡(ringing),所述反向电流的衰变部分在变换器中的状态转变以后在输出 整流二极管中发生。该电压过沖和瞬时振荡可以在变换器的次级侧处的二极 管上生成过度的动态损耗、不可接受的EMI、和增加的电压应力。由于增加 的电压应力而可发生整流二极管的故障。对于该问题的典型解决方案涉及利 用已知为箝位二极管的两个二极管来将变压器与谐振电感器之间的连接点箝 位到供电l九(supply rail )。
技术实现思路
一般已知，在到非常小负载的负载瞬变期间，箝位二极管解决方案可能 无法正确地保护全桥变换器，这是被较差地理解的问题，并且典型地通过向变换器添加大预载(preload)来解决。在下文描述的本专利技术示出了在小负载 处的箝位二极管解决方案的差性能中涉及的实际机制，并且提出了将在变换 器的几乎所有操作条件上工作的相对低成本和有效的解决方案。在(通过关断右侧半桥来发起的)有源到无源状态转变期间，负载电流 流过右侧半桥的电容，并且在接通反向的右侧半桥开关以前，对右侧半桥电 压进行换向。在(通过关断左侧半桥来发起的)无源到有源状态转变期间， 对于通过半桥电容来对左侧半桥进行换向来说，负载电流的方向错误。因此， 与左侧半桥成一直线地添加谐振电感器，用于对电压进行换向，以获得零电 压开关。在关断左侧半桥开关之后，当在接通反向的左侧半桥开关以前、所 述谐振电感器和半桥电容允许左侧半桥电压换向到反向的轨的时候，变压器 的初级侧中的负载电流被转向(diverted)到箝位二极管。在接通反向的左侧 半桥开关之后，谐振电感器两端的电压等于所述半桥开关漏源电压与箝位二 极管正向电压之间的差。典型地，这是IV的数量级上的非常小的电压差。 该小电感器电压将谐振电感器电流驱动为零，在这之后，箝位二极管关断， 并且左侧半桥承载(carries)满载电流。当移相全桥DC/DC变换器正在稳态条件下操作时，每个有源状态的持续 时间被设计为长于复位该谐振电感器电流所需的时间。在这些条件下，在每 个有源相位的开始处流过箝位二极管的电流脉冲具有足够的时间来在下一无 源相位之前复位为零。然而，在负载瞬变期间，每个有源状态的持续时间可 以显著降低，这没有留下足够的时间来在下一无源相位之前完全复位该谐振 电感器中的谐振能量。结果，箝位二极管电流在每个随后的周期上增加。随 着谐振电感器电流增加，左侧半桥漏源电压与箝位二极管正向电压之间的差 降低，这进一步增加了谐振电感器电流所需要的复位时间。增加电感器电流 和随后增加需要的复位时间的处理导致箝位二极管的发热，因而降低了其正 向电压并使得该问题更糟。典型地，最后的结果是箝位二极管并且因而DC/DC 变换器的破坏。在空载突发(no-load burst)模式中操作变换器可以产生类似 的结果。一些设计包括用于防止变换器进入突发模式的输出处的巨大预载。然而，预载的添加经常添加成本，消耗附加空间，降^^效率，并且增加DC/DC变换 器的热负荷。不管怎样，预载仍然没有防止DC/DC变换器在突发模式中操作。 预载也没有防止通过箝位二极管的电流在负载瞬变期间变得相对高。其他设计可采用相对大的箝位二极管来处置由于瞬变期间的高电流而发 生的过电流，和/或采用相对快的箝位二极管来增加箝位二极管中的压降，并 且从而减少复位时间。然而， 一般，较大和/或较快的箝位二极管增加了 DC/DC 变换器的成本。备选设计使得DC/DC变换器以较低频率进行操作，以提供电 流复位的足够时间，这一般也增加了 DC/DC变换器的大小和成本。在一个实施例中， 一种DC/DC变换器(例如，移相全桥变换器)包括 第一和第二电源轨、耦合在所述第一与第二电源轨之间的多个开关装置、以 及耦合到所述开关装置的变压器。所述开关装置(例如，MOSFET)通过所 述变压器交换能量。所述变换器还包括对通过所述变压器的电能进行整流的 耦合到所述变压器的整流器。所述变换器还包括用于防止所述变换器中的开 关损耗的谐振电感器。为了减少与所述谐振电感器相关联的瞬时振荡，所述 变换器可包括耦合在所述第 一 与第二电源轨之间、耦合到所述谐振电感器、 并且耦合到所述变压器的一个或多个箝位二极管。至少一个负载元件耦合在 所述一个或多个箝位二极管与所述电源轨之间，用于减少所述DC/DC变换器 的复位时间所述DC/DC变换器可包括用于提供四状态脉宽调制的控制器。所述开关 装置可以是金属氧化物半导体场效应晶体管。所述至少一个负载可包括(例 如，在大约100毫欧与100欧姆之间的)电阻器。第一负载元件和第一箝位 二极管可串联耦合在所述第 一 电源轨与变压器之间。第二负载元件和第二箝位二极管可串联耦合在所述变压器与第二电源轨之间。所述第一和第二负载 元件可具有相同或不同值，并且可包括二极管或二极管-电阻器组合。在另一实施例中， 一种用于操作DC/DC变换器的方法包括接收电能， 在第一持续时间中以第一极性通过变压器对所述电能进行第一传导，并且在 第二持续时间中以第二极性通过变压器对所述电能进行第二传导。利用至少 两个箝位二极管，所述方法进一步包括在所述第一和第二传导期间，对通 过变压器的电能的电压进行箝位。利用至少第一负载元件，所述方法还包括 在所述第一传导之后和所述第二传导之前，复位所述至少两个箝位二极管中 的第一箝位二极管中的电流。所述方法还包括响应于所述第一和第二传导，来将所述电能整流为基本上DC输出。第二负载元件可用于在所述第二传导之后复位所述至少两个箝位二极管中的第二箝位二极管中的电流。所述负载元件可以是具有大约100毫欧与100欧姆之间的值的电阻器。可以响应于负本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＤＣ／ＤＣ变换器，包括： 第一和第二电源轨； 多个开关装置，耦合在所述第一与第二电源轨之间； 变压器，耦合到所述开关装置，其中所述开关装置通过所述变压器交换能量； 整流器，耦合到所述变压器； 一个或多个箝位 二极管，耦合在所述第一与第二电源轨之间； 谐振电感器，耦合到所述一个或多个箝位二极管和所述变压器；以及 至少一个负载元件，耦合在所述一个或多个箝位二极管中的至少一个与所述第一电源轨之间，用于减少所述ＤＣ／ＤＣ变换器的复位时间。
【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：阿伦琼格赖斯，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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