[发明专利]用于过渡模式电源转换器的有源吸收器

说明书

技术领域

本发明一般涉及电源转换器，并更具体地，涉及过渡模式(transitionmode)电源转换器，在一些情况下，所述过渡模式电源转换器也称为临界导通模式或边界模式转换器。

背景技术

在图1中示意性描绘了可以以过渡模式操作的现有的电源转换器100的一个实施例。在这点上，过渡模式可以定义为不连续操作模式和连续操作模式之间的边界模式。图1的电源转换器100包括变压器(T1)110、两个MOSFET(M1，M2)120和122、四个二极管(D2，D4，D5，D6)130-136、三个电容器(C3，C4，C5)140-144和电阻器(R5)152。电源转换器100被示为连接到直流电压源160。变压器110包括初级和次级绕组(T1-1，T1-2)110A和110B。MOSFET(M1，M2)120和122在此可以称为主MOSFET(M1)120和辅助MOSFET(M2)122。在图1中，未图示主MOSFET和辅助MOSFET(M1，M2)120和122的寄生电容和固有的体二极管(body diode)特性。二极管(D4，D5，D6)132-136和电容器(C5)144一起构成用于辅助MOSFET(M2)122的驱动电路，以用于控制辅助MOSFET(M2)122在导通和截止状态之间(优选在基本上零电压切换(ZVS)条件下)切换。整流二极管(D2)130和滤波电容器(C3)140一起构成次级侧整流部件。

如图1所描绘的，现有的过渡模式电源转换器100技术具有与辅助MOSFET(M2)122的栅极输入电容串联布置的外部电容器(C5)144和开关二极管(D4)132。该串联组合(C5、D4、M2栅极输入电容)与吸收电容器(C4)142并联以将吸收电容器(C4)142上的高电压分压为一定电平的电压，以便安全地将辅助MOSFET(M2)122的栅极驱动为导通状态。当使用其它两个开关二极管(D5和D6)134和136将吸收电容器(C4)142上的电压下降到零时，MOSFET(M2)122可以被关断。

在图1的现有的过渡模式电源转换器中使用的分压电路受到辅助MOSFET(M2)122的栅极输入电容的公差(tolerance)的影响，该公差通常没有清楚定义并且可能随着漏极-源极电压变化以及按批次(lot by lot)以及供应商的不同而变化。此外，吸收电容器(C4)142上的电压也可能随着输出负载以及输入线电压显著变化。因此，辅助MOSFET(M2)122的栅极电压电平可能具有显著的变化，特别是如果输出负载范围大。诸如这些的考虑可能使得不太期望图1的现有的电源转换器100用于较高的功率应用。

发明内容

因此，本发明提供一种过渡模式电源转换器，其非常适用于包括高功率应用的多种应用。该过渡模式电源转换器包括有源吸收器电路。该有源吸收器也可以称为开关模式吸收器。有源吸收器用在过渡模式电源转换器上以吸收来自变压器的漏电感以及任何杂散电感中的能量。有源吸收器然后将把吸收的能量变换到转换器的次级侧，并且还使用该能量的一部分来帮助主开关实现ZVS，并且消除导通开关损耗。这增加了转换器效率并使得能够进行更高开关频率的操作。这还减少了与开关导通和开关截止有关的开关噪声，因此减少了电源转换器的EMI特征。本发明人已经意识到如何控制用于控制有源吸收器的导通/截止的辅助开关(包括用于辅助开关的正确定时和正确栅极电压电平)是重要的问题。本发明通过利用变压器上的辅助绕组控制辅助开关的操作，以简单和低成本方式处理这些问题。

在一个方面，一种电源转换器，其包括具有连接到电压源的初级绕组的变压器、主开关、辅助开关、吸收电容器和变压器上的辅助绕组。主开关和/或辅助开关例如可以是晶体管，诸如例如MOSFET、BJT、IGBT和/或ESBT。主开关包括连接到变压器的初级绕组的第一端和连接到公共节点的第二端。辅助开关包括连接到电压源和初级绕组的第一端。吸收电容器连接在辅助开关的第二端和主开关的第一端之间。变压器的辅助绕组连接到辅助开关的第三端，并且经由该第三端控制辅助开关的操作。电源转换器还可以包括连接到辅助开关的第三端的箝位电路。箝位电路例如可以包括在辅助绕组和辅助开关的第二端之间与辅助绕组串联连接的二极管(例如，齐纳二极管)、以及与辅助绕组和二极管的串联组合并联连接的、跨越辅助开关的第二和第三端的电阻器。

在其它实施例中，可以更改电源转换器内的一个或多个组件的位置。例如，可以交换吸收电容器和辅助开关的位置。在这点上，与控制辅助开关的开关操作相关联的各种组件(例如，辅助绕组、齐纳二极管、电阻器)随着辅助开关而移动。