[发明专利]具有降压功率变换器特性的全波升隆压功率变换器

说明书

本发明涉及开关式功率变换器。特别是，本发明涉及其中有利地集成了基本降压或升压变换器形式的特征和特性的开关式功率变换器。更具体地说，本发明涉及基本降压变换器形式与以前集成的升降压变换器形式的有利集成。

在开关式电源中通常使用三种基本的电路系列，即降压、升压和升降压(通常称作“回扫”)。升降压(回扫)变换器很可能是有利地集成基本降压和升压变换器形式的最早例子。虽然有些管理当局把升降压变换器看作是一种基本形式，但是另一种主要意见认为升降压变换器是一种集成形式。

无论升降压变换器形式的成因怎样，管理当局关于升降压变换器形式，M＝D/(1-D)，和升压变换器形式，M＝1/(1-D)两者的连续式输出控制传递函数的布局特性有一致意见。这种一致意见认为，在所有连续式脉冲宽度调制控制的固定频率的开关式升压和升降压变换器形式中，都存在非最小相特性，即右半s平面零点。这种叫做RHP零点的一阶特性归因于(1-D)项所相应而生的感应电流/负载电流的不连续性。这种RHP零点在降压系列的电路中从不出现。作为一种“非常讨厌的右半平面零点”的痛骂方式，以及一种“不可能补偿”的绝望情绪，这种RHP零点已被歪曲地戏称为“在每个获得升压的变换器的传递函数中无需额外费用就包括了右半平面零点”。已认定不存在与全波降压(正向)变换器形式等效的升降压(回扫)变换器形式。各种各样减轻这种RHP零点的努力包括不连续方式操作、前沿调制、功率和控制元件值控制，以及平均电流方式控制技术。现代变换器控制回路补偿技术广泛地提出有效地抑制这种RHP零点效应的要求。

于1967年作出假设，并在1972年得到分析证明，这种RHP零点效应二十余年来一直是连续认真研究的课题。这种努力的理由在升降压变换器形式的种种有利特性的集合中得到了体现，在这些有利特性集合中，有简单性、容易实现多输出、复合电压传递函数、宽输入线范围、降低的半导体应力、负载保护，以及和正向(降压)变换器相同的功率密度和效率。

尽管没有经受住这种RHP零点效应，但是专门以单端和全波两种布置工作，以及经广大泛围公共领域的努力，升降压变换器形式(回扫)已经在功率转换应用中得到了广泛的使用。

上述讨论连同适当确定的应用准则使其相当清楚，即如果这种RHP零点效应被消除，那么已经十分普遍的升降压变换器形式将会得到更广泛的应用。

本发明是一种连续式、全波、升降压(回扫)、脉冲宽度调制控制、固定频率、开关式的功率变换器，其中单个通量交换中介(储能感应器)这样置于(耦合在)交变(变换)电源与负载开关装置之间，以便同时提供标准升降压变换器电压传递函数，M＝D/(1-D)，以及在交变D时段期间为连续电源，在同时(1-D)时段期间为不连续电源，和在交变D和同时(1-D)两个时段期间为连续负载的特有的全波降压感应电流特性。

由于RHP零点从不在降压系列的电路中出现，所以这种变换器布局不呈现在讨论现有技术时所述的特有的获得升压的RHP零点，然而保持所有其它的内在全波升降压特性。响应常规控制装置，回路带宽仅由理论上脉冲调制率最大值所限制。

整个功率磁函数，即感应和变换(隔离)两部分，可以用单个磁元件得到，全波正向变换器的回扫等效可以用单个变换器芯得到。

参考附图，将会进一步理解本发明及其优选实施例的详细情况，其中：

图1说明本发明的标准形式。

图2A说明图3A、图4A、图5A、图7A、图8A和图9A的磁结构特征(identity)。

图2B是沿图2A直线A-A所取的图2A的断面图。

图3连同电压、电流和传递函数特征，示意说明现有技术获得降压的变换器形式。

图3A连同电压和电流特征，说明图3的磁结构。

图4连同电压、电流和传递函数特征，示意说明本发明的非隔离式单磁变换器实施例。

图4A连同电压和电流特征，说明图4的磁结构。

图5连同电压、电流和传递函数特征，示意说明本发明的隔离式单磁多输出变换器实施例。

图5A连同电压和电流特征，说明图5的磁结构。

图6是多条曲线，连同时间、电压和电流求和表达式，说明图2、图2A、图3、图3A、图4、图4A、图5、图5A、图7、图7A、图8、图8A、图9和图9A的时间、电压和电流特征。

图7连同电压、电流和传递函数特征，示意说明本发明的隔离式三磁变换器实施例。

图7A连同电压和电流特征，说明图7的磁结构。

图8连同电压、电流和传递函数特征，示意说明本发明的隔离式两磁变换器实施例。