[实用新型]电力转换器

说明书

本申请实施例提供的电力转换器，电力转换器包括：控制器、变压器、第一开关、第一电容器以及副边二极管；第一开关的一端与变压器的主边线圈的一端以及控制器的输入端连接，第一开关的另一端接地，变压器的主边线圈的另一端与电源电压连接；第一电容器与第一开关并联；副边二极管的一端与变压器的副边线圈连接，另一端与负载连接。第一开关周期性的导通和关断，通过选择合适的第一电容，可以使得在第一开关关断期间，变压器的漏感与第一电容谐振时间不超过一个谐振周期，这样可以达到降低漏感上的能量损失的目的。该合适的第一电容，同时使得漏感与第一电容谐振导致的第一开关的一端的电压波动的谷值可以小于第一阈值电压。

技术领域

本申请涉及电气元件领域，具体而言，涉及一种电力转换器。

背景技术

在医疗设备、通讯网络、电动汽车和机器人中，存在大量的信号隔离器和隔离式电力转换器，以保护用户与设备的安全。隔离式电力转换器中通常含有至少一个变压器。

对于一个耦合系数为k的变压器，储存在该变压器漏感上的能量与整个变压器的能量之比为(1-k²):1。当前的一些应用中，使用的变压器具有较低的耦合系数，如无线功率传输中的耦合线圈和集成隔离电源中的微型变压器。这些变压器的耦合系数往往低于0.8，如不加以特殊处理，漏感上损失的能量将大于36％，严重降低隔离式电力转换器的效率。

隔离式电力转换器有多种类型，例如正激式转换器、反激式转换器、推挽式转换器，下面以反激式转换器为例，对现有技术中存在的问题进行说明。

请参见图1a，图1a示出了现有技术中的电力转换器，开关管 Q1与变压器X1的主边线圈L11连接，变压器X1的副边线圈L22 与二极管DS1连接。VDD1是输入电压，VO1是输出电压，VG1是 Q1的栅极电压，VD1是Q1漏极电压，iL11是流过L11的电流，iDs1 是流过二极管的电流。X1的等效电路图可以用图1b虚线框内来表示， Lm1是变压器X1的主边线圈的磁化电感，Lk1是变压器X1的漏感，等效主边线圈Lp1与等效副边线圈Ls1构成一个理想变压器。Cd1是开关管Q1的漏极寄生电容。

反激式转换器的工作原理如图2所示。反激式转换器工作周期分为四个阶段，第一阶段t1至t2，开关管Q1导通，二极管Ds1关断， Q1的漏极电压VD1等于0，变压器X1的主边线圈L11电流增大。第二阶段t2至t3，Q1关断，VD1电压上升导致Ds1导通，其后漏感Lk1与Cd1谐振许多个周期直至储存在漏感Lk1上的能量完全耗散。第三阶段t3至t4，Q1关断，Ds1导通，漏感上没有电流，Ds1 的电流下降直至Ds1电流为0。第四阶段t4至t5，Q1关断，Ds1关断，主边线圈L11与Cd1谐振直至Q1重新导通。

由于第二阶段t2至t3时，储存在漏感Lk1上的能量将会完全耗散，造成了能量的大量浪费。

图3示出了现有现有技术中的一种带有缓冲器的反激式转换器。缓冲器由电容Cp1、电阻Rp1、二极管Dp1组成。该现有技术可以缓解图2中t2至t3阶段漏感与寄生电容的高频谐振。当VD1大于VDD1 时，二极管Dp1导通，电容Cp1吸收能量并通过Rp1耗散掉。该现有技术的一个优点是可以减小VD1的电压尖峰，从而可以使用承压能力更低的开关管。该现有技术的另一个优点是可以减少漏感与寄生电容高频谐振带来的对附近电路的电磁干扰(EMI)。但是该现有技术带有的缓冲器会消耗更多的能量，无法解决漏感能量耗散的问题。

图4为现有技术中的一种带有有源钳位电路(Active-Clamp Circuit)的反激式转换器。有源钳位电路由开关管Qpc1与电容Cpc1 组成。该现有技术可以减小VD1的电压尖峰，同时回收漏感上的能量，提高反激转换器的效率。但是使用该现有技术的一个前提是变压器的漏感远小于其主边线圈磁化电感，换言之变压器需要有相当高的耦合系数，因此该现有技术并不适用于变压器耦合系数较低的情形。此外，该现有技术需要增加一个主动驱动的开关管、一个电容，控制电路更复杂，增加了电路的成本。