[发明专利]电源变换器

说明书

发明领域

本发明涉及电源变换器，包含这种电源变换器的移动装置和包含这种移动装置的无线传输系统。

背景技术

下变换器或反向转换器是常规技术中众所周知的。下变换器包括控制开关，其将电感周期性地连接在输入电压与负载之间。当控制开关打开时，同步整流器(通常也称作同步开关)或二极管导通，电流经过电感流向负载。当控制开关闭合并且二极管或同步开关打开时，因为输入电压具有比输出电压高的电平，所以电感中的电流增加，能量存储在电感中。当控制开关打开并且二极管或同步开关闭合时，电感与负载并联连接，电感中的电流下降，由于能量被传输至负载，所以存储在电感中的能量下降。

下变换器的缺点是，如果输出电压接近输入电压，则电感中能量的增加只能是很临界的，如果输出电压接近于零，则电感中能量的减小也只能是很临界的。在这两种情况下，下变换器不能向负载提供足够的能量，这使下变换器的动态性能变坏。如果输出电压或者接近输入电压或者接近于零，下变换器则不能快速跟随负载所需要的能量阶跃。类似地，如果输出电压或者接近输入电压或者接近于零，下变换器则不能快速跟随所要求的输出电压的变化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电源变换器，其包括具有改进的动态性能的下变换器。

本发明的第一方面是提供一种如权利要求1中所述的电源变换器。本发明的第二方面是提供一种移动装置，其包括如权利要求18中所述的这种电源变换器。本发明的第三方面是提供一种无线传输系统，其包括如权利要求19中所述的这种移动装置。在附属权利要求中确定了优选实施例。

根据本发明第一方面的电源变换器包括下变换器和电压电平增加电路。电压电平增加电路接收出现在第一和第二电源变换器输入端之间的电源变换器输入电压，并将电平高于输入电压或极性与输入电压相反的自适应输入电压供给下变换器的输入电压。

下变换器包括控制开关，其具有配置在第一电源变换器输入端与电感之间的主电流通路。电感的另一自由端连接至应被提供输出电压的负载。电源变换器进一步包括：控制器，其控制下变换器的控制开关；和电压电平增加电路，其将或者输入电压或者自适应输入电压耦连至电感或不与电感相连的控制开关的主电流通路的端点。下变换器进一步包括同步开关，其具有配置在第二电源变换器输入端与电感之间的主电流通路。同步开关可以是可控半导体开关或二极管。如果同步开关是可控的，则控制器应以众所周知的方法操作同步开关。

如果输入电压被提供给电感，则电源变换器的操作与常规技术的下变换器相同。如果较高的自适应输入电压供给电感或端点，则当输出电压电平接近输入电压时下变换器的动态性能得到改善，因为电感两端的电压差已经增加了。增加了的电压差使得电感中的能量快速变化，因此能更快地响应负载。如果自适应输入电压具有与输入电压相反的极性，当输出电压电平接近于零时下变换器的动态性能也会得到改善。再说一次，电感两端之间的电压差被变得较大，使电感中的能量能较快地变化，从而能较快地响应负载能量消耗的变化。

依赖于电压电平增加电路的结构，电感两端之间的电压至少能暂地增加，对快速的负载变化或想要的输出电压中的快速瞬变的响应得以改善。

在根据本发明一个实施例中，电压电平增加电路包括众所周知的电压乘法器部件。这种电压乘法器至少具有一个包括电容和开关的叫路段。对开关进行操作使电容在充电方式期间充电至预定的电平，并且充电的电容被切换而与所得的输入电压串联，电压暂时高于输入电压。也能利用已充电的电容暂时提供极性与输入电压相反的电压。电压乘法器的输出电压的电平依赖于它所包含的电路段的数目。众所周知的电压乘法器在它的输出端具有保持输出电压的电容，这个电容在本发明中不出现。

在根据本发明一个实施例中，电压电平增加电路包括单个电容的两个开关，它们必须附加至已知的下变换器。下变换器的两个开关也用在乘法器的操作中。这一实施例的优点是能够以最少量的附加元件向电感提供或者双倍的输入电压或者反相的输入电压。由于损失，电压乘法器所提供的电压电平将稍低于双倍的或反相的电平。还有，电容两端之间的电压在其放电周期中可能稍下降一些。

在根据本发明一个实施例中，电源变换器具有第一阶段，其中电压乘法器的电容基本上充电至输入电压的电平。在第二阶段，电源变换器将电压乘法器的电容切换为与输入电压串联，结果是向电感提供基本上双倍的输入电压。因此，即使电源变换器的输出电压接近输入电压，但在电感两端之间有足够的电压差。