[发明专利]功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率变换器、一种具有不同功率模式并且包括所述功率变换器的设备以及一种控制所述功率变换器的方法。

背景技术

通常来说，谐振LLC功率变换器包括两个MOSFET的串联设置，在该串联设置的两端提供DC输入电压。所述LLC功率变换器还包括变压器的初级绕组和电容器的串联设置，该串联设置被设置成与其中一个所述MOSFET并联。所述变压器具有次级绕组，所述次级绕组通过整流器给负载提供DC电压。控制器以可变的重复频率来控制第一和第二可控开关，以便稳定负载两端的输出电压。

例如在2002年公布的编号为EN 3122 785 12770的“PhilipsElectronics Service Manual of Chassis FM24AA”中从第EN93页开始公开了这种LLC功率变换器。

这种LLC功率变换器所能提供给负载的峰值功率电平由所述变压器所形成的电感的电感值以及所述电容器的电容决定。提高所述功率变换器的峰值功率的一种可能性是增大所述电容或电感。然而，增大所述电容的缺点在于，所述功率变换器中的损耗也增大，并且该功率变换器中的组件的尺寸必须被确定成能够应对这些更高的损耗。增大所述电感的缺点在于，所述变压器变得更大并且成本更高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在无需尺寸过大的组件的情况下提供大峰值功率的功率变换器。

本发明的第一方面提供一种如权利要求1所述的功率变换器。本发明的第二方面提供一种如权利要求10所述的设备，该设备包括操作在不同功率模式下的电路以及所述功率变换器。本发明的第三方面提供一种如权利要求11所述的控制功率变换器的方法。在从属权利要求中限定了有利实施例。

根据本发明的第一方面的功率变换器包括第一可控开关的第一主电流路径和第二可控开关的第二主电流路径的串联设置。在该串联设置的两端提供DC输入电压。把电感与电容的串联设置与所述第二主电流路径并联。把提供该功率变换器的输出电压的输出节点耦合到所述电感。该电感可以是由单一电感器表示的线圈，或者是从变压器的初级侧看去的该变压器的电感。从变压器的初级侧看去的该变压器的电感可以由磁化电感器与泄漏电感器的串联设置表示。如果使用了变压器，则所述输出节点被耦合到该变压器的次级绕组。所述线圈或变压器的电感与所述电容器的电容形成谐振电路。

控制器以可变的重复频率控制所述第一和第二可控开关，以便稳定所述功率变换器的输出电压。该控制器根据该功率变换器的所需峰值输出功率来控制所述电容或所述电感。可以利用输出端处的电流传感器来感测所述输出功率，但是可替换地，也可以使用表示所述输出功率的其他信号，正如下面将关于相关从属权利要求所阐述的那样。优选地，所述功率变换器是LLC变换器。

电容器的电容值和/或电感器的电感值被选择成适合将被提供的实际峰值功率。因此，根据将被提供的输出功率来自动改变所述功率变换器的尺寸，以便满足所需峰值电流。由于只能在短时间段内提供所述峰值电流，因此所述组件关于其热属性的尺寸由将被提供的平均功率决定。与此相对，在现有技术LLC功率变换器中，所述电容和所述电感具有固定值，该固定值被选择成使得可以提供最高峰值功率。因此，虽然在长时间段内所提供的功率远低于所述峰值功率，但是由于所述电容器的高电容值所导致的开关损耗持续存在。因此，所述功率变换器的效率并不是最优的，并且所述组件的尺寸必须过大以便能够应对所述开关损耗。

必须注意到，US 6,621,718公开了一种功率变换器，该功率变换器具有操作在固定频率下的振荡器以及耦合到该振荡器的谐振电路。该功率变换器通过控制该谐振电路的谐振而不是通过改变所述操作频率来稳定其输出电压，因此其操作方式与本发明完全不同。

在如权利要求2所述的一个实施例中，电容是第一与第二电容器的并联设置或者是第一与第二电容器的串联设置。控制器通过控制开关来改变所述电容，该开关把第二电容器与第一电容器并联连接，或者如果第二电容器被设置成与第一电容器串联的话则把该第二电容器短路。但是可替换地，也可以使用具有可变电容的组件。可以按照类似的方式改变所述电感。

在如权利要求4所述的一个实施例中，被设置成与所述电容器串联的所述电感器包括或者就是变压器的初级绕组。所述负载被耦合到该变压器的次级绕组。

在如权利要求5所述的一个实施例中，控制器接收到指示所述负载的功率模式的命令。如果所述功率模式表明所述负载的功率消耗高于预定水平，则增大所述电容或电感。在这种应用中，所述负载的功率模式是已知的。