[发明专利]谐振功率转换器

说明书

一种谐振功率转换器包括由电容构件(C_r1，C_r2)和电感构件(L_r)形成的谐振回路(14)、连接到谐振回路(14)和电压源(12)上的呈桥构造(16)的至少两个开关(Q₁，Q₂)、并联连接到各个开关上的多个缓冲电容器(C_S1，C_S2)，以及控制器，控制器适于控制至少两个开关的接通和断开时机，以便激励谐振回路(14)，其特征在于，提供电压传感器(22)来感测跨过至少一个开关(Q₂)的电压降(U_s)，并且控制器构造成在感测到的电压降(U_s)的绝对值到达最小值时，使所述至少一个开关(Q₂)切换到接通状态。

技术领域

本发明涉及谐振功率转换器，包括：由电容构件和电感构件形成的谐振回路、连接到谐振回路(resonance tank)和电压源上的呈桥构造的至少两个开关、并联连接到各个开关上的多个缓冲电容器，以及控制器，控制器适于控制至少两个开关的接通和断开时机，以便激励谐振回路。

背景技术

功率转换器用来将电能从一个电路传递到另一个电路。例如，能量从电网转变到负载，同时转换电压和电流特性。越来越多地利用切换功率转换器来代替线性调整器和变压器，因为它们提供了高的效率、小尺寸和减轻的重量。

上面提到的类型的谐振转换器已经由在网址http://powerelectronics.com上在2010年12月公开的Sokolow的“100-kW DC-DC Converter Employs Resonant- Filter(采用谐振滤波器的100-kW DC-DC 转换器)”描述。这样的转换器对于高功率应用，即对于大约10kW至100kW的幅度的功率特别有吸引力。

已知的谐振转换器典型地在固定源电压下且在稳定的负载状况下运行，使得可行的是构造转换器，使得达到或至少逼近零电压切换运行模式(ZVS)。这意味着在跨过这个开关的电压降穿越零或至少到达最小值时，各个开关应当切换到接通状态(谷(valley)切换)，使得开关损耗减到最小值。

发明内容

本发明的目标是提供一种谐振转换器，其在不同的运行状况下以低的开关损耗运行。

根据本发明，这个目标通过上面提到的类型的谐振功率转换器实现，其中，提供电压传感器来感测跨过至少一个开关的电压降，并且控制器构造成在感测到的电压降的绝对值到达最小值时，使所述至少一个开关切换到接通状态。

因而，当源电压的变化或负载状况的变化使实现零电压切换或谷切换所处的时机改变时，根据本发明的转换器将自动地适应改变的状况。

本发明的更具体的可选特征在从属权利要求中提到。除了别的之外，这些特征容许在宽范围的功率和输出电流内有高效的功率转换，有主动的功率因素修正和减小电磁干扰(EMI)。

在一个实施例中，通过改变开关的切换频率来实现输出电流控制。具体而言，当转换器以满功率运行时，切换频率略微高于谐振回路的谐振频率，而当切换频率进一步增大时，转换的功率和输出电流将下降。

当功率需求进一步降低时，切换频率的持续增加可能导致增加的开关损耗，并且对应地导致转换器效率降低。在这些情况下，可行的是通过下者来进一步降低输出电流：通过省略开关的一些接通时段，同时使谐振回路保持谐振；或通过以爆发模式操作开关，其中，开关的接通和断开时段的周期性型式被截成由所有开关都断开的阶段中断的一系列爆发部分。

在控制输出电流之后，还可行的是控制输入电流，并且通过采用嵌套反馈环路，还可行的是控制输出电流和输入电流两者。输入电流的控制容许保持大致正弦输入电流曲线，并且从而实现功率因素修正。

附图说明

现在将结合附图来描述本发明的实施例，其中：