用于把交流功率转换成直流功率的方法和设备技术

提供了一种用于以增加的效率把交流功率转换成直流功率的方法和设备。该方法的一个实施例基于负载调整交流至直流转换器的开关频率。该方法的另一实施例优化交流至直流转换器的输出升压电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于把交流(AC)功率转换成直流(DC)功率的方法和设备。
技术介绍
从电气出线口(electrical outlet)输出的电压可能不适合直接为某些装置(诸 如计算机、打印机、电话和各种其它电子和电气装置)供电。这是因为这样的事实一些电 子或电气装置需要直流功率来操作，而电气出线口提供交流功率。因此，为了使需要直流 功率的装置或负载从电气出线口接收功率，可以将称为交流至直流转换(或整流)的过程 用于转换交流电压以向直流负载提供功率。在一些情况下，这种交流至直流转换过程可由 交流至直流转换器执行，并且交流至直流转换器可以与装置的电源中的其它部件捆绑在一 起。在交流至直流转换过程期间，可能经受一定量的损耗，并且该损耗将会不利地影 响交流至直流转换器的效率。因此，提高交流至直流转换器的效率将会是有益的。例如，提 高电源中交流至直流转换器的效率将会降低电源内的功率耗散并减小电源的磁性部件的 尺寸。附图说明参照附图进一步描述用于把交流功率转换成直流功率的方法和设备，附图中图1是示出用于与本专利技术的实施例一起使用的示例性电源链(train)电路的示 图。图2是示出对于不同的升压开关频率、示例性电源的效率和示例性输出负载之间 的关系的曲线图。图3是示出当开关频率在一半负载处改变时的示例性电源的效率和示例性输出 负载之间的关系的曲线图。图4是示出对于不同的输出升压电压、示例性电源的效率和示例性输出负载之间 的关系的曲线图。图5是示例性冗余计算机/服务器功率系统的框图。 具体实施例方式本专利技术提供一种用于以增加的效率把交流功率转换成直流功率的方法和设备。在 用于各种电子和电气装置的电源中可使用本文所描述的本专利技术的实施例。使用本专利技术的电 源具有增加的效率、减小的功率耗散和/或减小的部件尺寸。所述用于把交流功率转换成直流功率的方法和设备可用于各种不同种类的电源 中。在一个示例性实施例中，电源包括两个功率转换级。该实施例的这个方面可以由图1 的电路图示出。图1示出示例性电源功率链电路100。如图1中所示，该电路包括交流电压源105 (VI)、EMI滤波器101、升压功率转换级110和直流至直流输出级115。这个例子中的 EMI滤波器101能够包括串联耦合到电压源105的一个输出端的电感器L2和L3 ；以及串 联耦合到电压源105的另一个输出端的电感器L4和L5。电容器C3并联耦合在电压源105 的输出端子两端，并且电容器C5并联耦合到电压源105，其中电容器C5的一个端子耦合在 电感器L2和L3之间，且电容器C5的另一个端子耦合在电感器L4和L5之间。另外，电容 器C4并联耦合到电压源105，其中电容器C4的一个端子耦合到电感器L3的与在其处耦合 电容器C5的端子相对的端子，并且电容器C4的另一个端子耦合到电感器L5的与在其处耦 合电容器C5的端子相对的端子。另外，电容器C6和C7耦合在耦合电容器C4的电感器L5 的端子和地之间。升压转换级110可包括二极管整流器、功率因数校正和PFC输出滤波器。二极管 整流器可包括二极管D2、D3、D4和D5。二极管D2和D4可串联耦合，且二极管D3和D5可 串联耦合并且然后与二极管D2和D4的串联连接并联耦合。电容器C4的端子连接在二极 管D2和D4与二极管D3和D5之间。功率因数校正可包括电感器Li、MOSFET Ql和二极管D1。电感器Ll可以与二极 管Dl串联耦合。MOSFET Ql的漏极可以在二极管Dl的阳极处耦合在电感器Ll和二极管 Dl之间，并且如图中所示MOSFET Ql的源极可耦合到二极管整流器的二极管D4和D5的阳 极。如在以下更详细描述的，在MOSFET Ql的栅极施加升压开关120的开关频率信号。PFC输出滤波器可包括彼此并联耦合的电容器Cl和C2。相应地，在这种布置中在 电容器C2两端获取PFC输出滤波器的输出。在图1的示例性电源中进一步示出初级开关 晶体管、隔离变压器、输出整流器和修改输出LC滤波器。初级开关晶体管可包括MOSFET Q2，其可与MOSFET Q4串联耦合；和MOSFET Q3， 其可与MOSFET Q5串联耦合。具体地讲，MOSFET Q2的源极能够耦合到MOSFET Q4的漏极， 并且M0SFETQ3的源极能够耦合到MOSFET Q5的漏极。MOSFET Q2和Q4的串联连接可以由 此与MOSFET Q3和MOSFET Q5的串联连接并联耦合。隔离变压器可包括变压器Tl并耦合到初级开关晶体管。分别地，变压器Tl的一 侧的一个端子可耦合到MOSFET Q3和MOSFET Q5之间的连接，并且变压器Tl的另一端子可 耦合到MOSFET Q2和MOSFET Q4之间的连接。在变压器Tl的另一侧的端子(例如，变压器 Tl的输出端子)可耦合到输出整流器。输出整流器可包括二极管D6和D7，所述二极管D6和D7的阳极可耦合到变压器 Tl的两个输出端子。二极管D7的阴极可耦合到二极管D6的阴极，并且然后耦合到修改输 出LC滤波器。修改输出LC滤波器可包括电感器L6、电阻器Rl和R2、电容器C10、C8和C9以及 MOSFET Q6。在这个示例性布置中，二极管D6的阴极可耦合到电感器L6，且电感器L6的另 一端子可耦合到电阻器Rl的一个端子和电容器C8和C9的每一个的一个端子。电阻器Rl 的另一端子可耦合到电容器ClO的一个端子和MOSFET Q6的栅极，并且电容器ClO的另一 端子可耦合到隔离变压器Tl的中心抽头。电容器C9可串联耦合到电阻器R2并且与电容 器C8并联耦合。因此，在电容器C9和电阻器R2的串联连接的两端获取输出。在这个示例性电源链电路中，升压转换级110在汲取正弦输入电流波形的同时使 输出电压(升压输出)保持为基本上恒定。升压输出电压可以高于峰值交流输入电压。各种数学公式可用于计算可能的升压输出电压。例如，如果峰值交流输入电压是 264伏特，则可通过把峰值交流输入电压乘以因数1. 414来计算升压输出电压，这将产生 373. 3的升压输出电压。通常，升压输出电压可落在385伏特到400伏特的范围内。在示例性电源功率链电路100的升压功率转换级中，升压开关120工作于开关频 率。在这个示例性实施例中，升压开关120是M0SFETQ1。通常，升压开关被设计为工作于固 定的开关频率。例如，在一些应用中，升压开关120被设计为工作于225kHz或大约225kHz。图2示出对于不同的升压开关频率、示例性电源功率链电路100的效率和各种输 出负载之间的关系。如图2中所示，当负载减小时，示例性电源功率链电路的效率减小。这 种效率的减小可由开关损耗引起。在本专利技术的示例性实施例中，根据输出负载修改和/或调整开关频率。换句话说， 当负载高于某一百分比时，开关频率可设置为较高频率。随着负载的减小，开关频率可被减 小。开关频率的减小将会减小开关损耗，并因此增加电源的效率。在本专利技术的一个示例性 实施例中，当负载高于50%时，开关频率可设置为225kHz。当负载降至低于50%时，开关频 率可减小至120kHz。在本专利技术的其它示例性实施例中，开关频率可以在负载的不同百分比 处改变。例如，开关频率可以在满负载的35%至65%处改变。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增加交流至直流转换器的效率的方法，包括下述步骤：根据该交流至直流转换器的负载调整该交流至直流转换器的开关频率。

【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：ZJ格尔博奇，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]