[发明专利]具有软切换的图腾柱式输出的AC-DC转换器

说明书

技术领域

本发明一般涉及AC-DC转换器，并且具体涉及具有图腾柱式(totem-pole)输出的无桥AC-DC转换器。

背景技术

无桥AC-DC转换器是已知的。在转变模式(TM)中工作的常规无桥电路遭受高的切换损耗和很高的共模EMI。另外，它们不能很好利用它们的磁性部件和半导体器件。当在连续传导模式(CCM)中工作时，图腾柱式输出无桥电路具有降低的共模EMI，但是由于硅半导体的体二极管缓慢的反向恢复，这仅对于GaN器件实用。如果这些器件在具有称为“谷值切换(valleyswitching)”的转变模式(TM)中工作，反向恢复问题得以解决但是它们在高输入线处可能具有显著的切换损耗。CCM和TM图腾柱式无桥电路两者都面临电流和电压感测的挑战。

发明内容

在所述示例中，AC-DC转换器包括具有第一和第二半导体开关的图腾柱式输出电路，每个半导体开关具有耦合至切换节点的沟道并具有与该沟道相关联的寄生电容。电感器具有连接至切换节点的一端。第一旁路器件耦合至电感器的第二端并在输入电压的正周期的至少一部分期间可工作，以允许来自AC-DC转换器的输出端的反向电流生成第一半导体开关的软切换(soft-switching)。第二旁路器件耦合至电感器的第二端并在输入电压的负周期的至少一部分期间可工作，以允许来自AC-DC转换器的输出端的反向电流生成第二半导体开关的软切换。

另一方面包括一种运行AC-DC转换器的方法，所述AC-DC转换器具有包括第一和第二半导体开关的图腾柱式输出级，每个半导体开关具有与其沟道相关联的寄生电容。第一半导体开关可操作将能量存储在电感器中。第二半导体开关和旁路器件经运行允许来自转换器的输出端的反向电流流动从而对寄生电容放电并允许第一和第二半导体开关的软切换。

在另一方面，AC-DC转换器包括第一半导体开关，其具有耦合在输出轨和切换节点之间的沟道并具有与该沟道相关联的寄生电容。第二半导体开关具有耦合在基准电压轨和切换节点之间的沟道并具有与此沟道相关联的寄生电容。电感器耦合在切换节点和输入电压源的一端之间。第一旁路器件耦合在输出轨和输入电压源的第二端之间。第二旁路器件耦合在输入电压源的第二端和基准电压轨之间。第一和第二旁路器件分别在输入电压的正和负周期部分可工作，以允许反向电流流动以生成第一和第二半导体开关的软切换。

附图说明

图1是示例实施例的无桥图腾柱式AC-DC转换器的示意图。

图2A-2F是图1的AC-DC转换器的工作波形的曲线图。

图3A-3D是图2A-2F的某些波形的更多细节的曲线图。

图4A-4F是在AC周期的负部分期间工作波形的曲线图。

图5A-5D是图4A-4F的某些波形的更多细节的曲线图。

图6A-6G是AC-DC转换器的工作波形在更大标度上的曲线图。

图7是另一个示例实施例的无桥图腾柱式AC-DC转换器的示意图，其中使用电容器替代旁路开关。

具体实施方式

图1示出具有图腾柱式输出的升压AC-DC转换器100。图腾柱式输出包括在输出轨102和基准轨104之间串联的两个NMOS晶体管Q1和Q2。另选地，可以使用其他类型的晶体管，诸如PMOS、IGBT和双极型晶体管。晶体管Q1的漏极连接至输出电压轨102，而其源极连接至切换节点SW。晶体管Q2的漏极连接至切换节点SW，而其源极连接至基准电压轨104。晶体管Q1和Q2分别具有与漏极-源极沟道并联的寄生体二极管BD1和BD2。晶体管Q1和Q2中的每个具有在其相应漏极和源极之间的、与其相应漏极-源极沟道并联的关联寄生电容。晶体管Q1具有并联寄生电容CdS1，而晶体管Q2具有并联寄生电容CdS2。

切换节点SW连接至升压电感器Lboost的一端，升压电感器Lboost的另一端连接至电压源Vline的一端。Vline的另一端连接至一对旁路器件，即同步整流器SR1和SR2。也能够使用其他类型的切换器件。旁路器件SR1连接在线电压源的第二端和输出轨102之间。旁路器件SR2连接在线电压源的第二端和基准电压轨104之间。旁路器件SR1和SR2分别具有关联的寄生体二极管BD3和BD4。BD3并联至在输出电压轨102和Vline的第二端之间的SR1，并且其阻止电流从输出电压轨102流向Vline的第二端。BD4并联至在Vline的第二端和基准电压轨104之间的SR2，并且其阻止电流从Vline的第二端流向基准电压轨104。