CN102570893B - 同步整流器双向转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双向电压转换的系统和方法。在第一强制换向同步整流器上在第一电压下接收充电电流，并且通过第一强制换向同步整流器控制充电电流。通过充电电流对电感器进行充电，并且通过第二强制换向同步整流器控制来自电感器的放电电流。

Description

同步整流器双向转换器
技术领域
本公开的实施例通常涉及电压转换器。更特别地，本公开的实施例涉及双向电压转换器。
背景技术
DC到DC转换器是将直流(DC)源从一个电压电平转换到另一电压电平的电子电路。其为一类功率转换器。DC到DC转换器在主要由电池供电的便携式电子器件例如手机和膝上型计算机中是重要的。这样的电子器件经常含有若干子电路，每个子电路都具有不同于电池或外部电源供应的电压的自身电压电平需求(有时高于或低于供电电压)。交换式DC到DC转换器提供一种从部分降低的电池电压提高电压的方法，由此节省空间，而不是使用多个电池实现相同的目标。大多数DC到DC转换器也调节输出电压。逐步增压/升压(step-up/boost)转换器是具有大于其输入DC电压的输出DC电压的功率转换器。其为含有至少两个半导体开关(二极管和晶体管)和至少一个储能元件的一类开关式电源(SMPS)。电容器(有时与电感器结合)制成的滤波器通常被添加到逐步增压/升压转换器的输出以降低输出电压脉动。逐步减压/降压(step-down/buck)转换器是具有低于其DC输入电压的DC输出电压的功率转换器。逐步减压/降压转换器的设计类似于逐步增压升压转换器，并且如同逐步增压/升压转换器那样，逐步减压/降压转换器是使用两个半导体开关(晶体管和二极管)、电感器和电容器的开关式电源。
发明内容
本发明公开一种双向电压转换的方法。在第一强制换向同步整流器上在第一电压下接收充电电流，并且通过第一强制换向同步整流器控制充电电流。通过充电电流对电感器进行充电，并且通过第二强制换向同步整流器控制来自电感器的放电电流。这样，两个强制换向同步整流器可被使用以使得转换器能够在两个方向上有效地处理功率。
强制换向方法更有效。由于在使用强制换向开关时不需要串联二极管，因此效率由于FET损耗通常大大低于整流器损耗而显著改善。由于需要较少的吸热材料并且组件可更密集地封装，因此较低功耗减少了功率器件的重量。这样，由于需要较少的热管理硬件，因此可减少航天器重量。此外，通过使用在此描述的同步整流器双向转换器，电力可从AC电气总线流动到DC电气总线，或从DC电气总线流动到AC电气总线。
在一个实施例中，同步整流器双向转换器系统包含耦合到第一强制换向同步整流器的电感器。第一强制换向同步整流器可操作从而通过在断开与二极管关联的组件时将换向电流从二极管的阴极端强制换向到二极管的阳极端来消除二极管中的反向恢复时间。同步整流器双向转换器系统进一步包含耦合到电感器和第一强制换向同步整流器的第二强制换向同步整流器，并且该第二强制换向同步整流器可操作从而通过在断开与二极管关联的组件时将换向电流从二极管的阴极端强制换向到二极管的阳极端来消除二极管中的反向恢复时间。
在另一实施例中，一种双向电压转换的方法在第一强制换向同步整流器上在第一电压下接收充电电流，并使用第一强制换向同步整流器控制充电电流。该方法进一步用充电电流对电感器进行充电，并使用第二强制换向同步整流器控制来自电感器的放电电流。
在另一实施例中，一种使用同步整流器双向转换器系统的方法在第一电压下接收第一电流，并使用耦合到电感器的第一强制换向同步整流器控制第一电流进入电感器的流动。该方法进一步使用耦合到电感器和第一强制换向同步整流器的第二强制换向同步整流器控制来自电感器的第二电流的流动，并在电感器的输出处调节第二电压。
提供该发明内容从而以简化形式描述概念的选择，这些概念在下面具体实施方式中进一步描述。该发明内容不意图确认要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图被用于帮助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
本公开的实施例的更完整理解可通过在连同附图考虑时参考具体实施方式和权利要求获得，其中在所有附图中相似的参考数字相似的元件。提供附图以便于理解本公开而不限制本公开的宽度、范畴、规模或适用性。附图不必须按比例绘制。
图1是根据本公开实施例的示例性强制换向同步整流器的图示。
图2是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统的图示。
图3是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统的图示。
图4是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统的图示。
图5是根据本公开实施例示出双向电压转换过程的示例性流程图的图示。
图6是根据本公开实施例示出使用双向电压转换系统的过程的示例性流程图的图示。
具体实施方式
下面具体实施方式实质上是示例性的，并且不意图限制本公开或本申请或本公开实施例的用途。具体器件、技术和应用的描述仅提供作为示例。在此描述的示例的修改对本领域技术人员来说是显而易见的，并且在此定义的一般原理可应用于其它示例和应用而不背离本公开的思想和范畴。此外，没有通过在前面技术领域、背景技术、发明内容或后面具体实施方式中存在的任何明示或暗示的理论进行限制的意图。本公开符合权利要求构成的范畴，并且不限于在此描述并示出的示例。
本公开的实施例可通过功能块和/或逻辑块组件和各种处理步骤的形式进行描述。应认识到这样的块组件可通过经配置执行具体功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件实现。为了简洁起见，涉及电路设计的常规技术和组件与系统的其它功能方面(以及系统的个别操作组件)可能不在此详细描述。另外，本领域技术人员应认识到本公开的实施例可连同各种计算硬件和软件一起实行，而且在此描述的实施例仅是本公开的示例性实施例。
本公开的实施例在实际非限制应用即在卫星或航天器上的电压转换的背景下描述。然而，本公开的实施例不限于这样的卫星或航天器应用，并且在此描述的技术也可用于其它应用。例如但非限制地，这些实施例可应用于各种电压转换应用和电路、交通工具、汽车、飞行器、船舶、船只、建筑物、电气设备、电动机、电池操作和加强的交通工具和交通工具系统等。
本领域技术人员在阅读本描述之后将明白，以下是本公开的示例和实施例，并且不限于根据这些示例进行操作。可利用其它实施例，并且可做出结构改变而不背离本公开的示例性实施例的范畴。
本公开的实施例提供两个强制换向同步整流器，其可被使用以使得转换器能够在两个方向上有效地处理功率。例如，双向转换器可在日蚀期间用作放电调节器从而维持恒定的电气总线电压，然后当太阳能电池阵列在阳光中的时候相同的转换器可用来调节到电池的充电电流。在此描述的技术使得有可能实现非常有效的双向转换器，其可以例如但非限制地使用单个转换器在航天器的阳光模式下调节电池的充电电流，并在空间站的日蚀模式下调节来自电池的电气总线。可使用这样的单独转换器替代在现有系统中调节充电电流和电气总线的分离硬件。通过采用同步整流，本公开的实施例可以比前代航天器电气总线调节硬件更有效。
根据本公开的各种实施例，同步整流器双向转换器可用作构件块，该构件块可以例如但非限制地用于在两个方向上处理功率的DC-DC转换器、可在两个方向上处理功率的DC-AC转换器等。例如但非限制地，同步整流器双向转换器可作为由经控制以产生AC电压的+200V和-200V干线操作的双向同步降压转换器进行操作，如果两个转换器是180度异相操作的，那么其可由单独200V干线操作，等等。
在此公开的同步整流器双向转换器可允许电力从第一电气总线流动到第二电气总线，并从第二电气总线流动到第一电气总线。第一电气总线可包含高于第二电气总线的较高电压，或第二电气总线可包含高于第一电气总线的较高电压。第一电气总线可以例如但非限制地包含AC电气总线、DC电气总线等。第二电气总线可以例如但非限制地包含AC电气总线、DC电气总线等。
由高电压(例如大于60V)操作的双向转换器通常必须具有整流器，该整流器与FET中的每个串联，从而消除与FET的反向恢复关联的严重开关损耗。需要并联整流器从而允许电感器电流在全部FET断开期间流动。本公开的实施例包含双向同步转换器，该双向同步转换器包含降压/升压转换器，其中两个电源开关每个都是强制换向同步整流器。强制换向同步整流器允许电流在任一方向上流动，而不导致与FET的体二极管的恢复时间关联的高开关损耗，该FET被用于作为整流器操作的强制换向同步整流器。
在双向同步转换器处理来自电气总线的电力以对电池充电时，双向同步转换器作为降压调节器操作，并且低侧开关作为整流器操作，同时高侧开关作为降压转换器电源开关操作。相似地，在电池向电气总线供电时，双向同步转换器作为升压转换器操作，其中高侧开关作为整流器操作，同时高侧开关作为电源开关操作。
图1是根据本公开实施例的示例性强制换向同步整流器100的图示。强制换向同步整流器100包含开关组件，例如电耦合到强制换向电路140的场效应晶体管(FET)Q1。FETQ1包含源极端112、栅极端114、漏极端116和本征体二极管118。例如但非限制地，图1中示出的FETQ1包含n型FET，并且体二极管的阳极连接到源极端112，以及本征体二极管118的阴极连接到漏极端116。在FETQ1是p型FET的实施例中，本征体二极管118的方向可反向，以使本征体二极管118的阴极连接到p型FET的源极端，并且体二极管的阳极连接到p型FET的漏极端。
尽管本公开利用n型FET作为示例，但应认识到FETQ1可代表任何开关组件，例如n型FET、p型FET或开关，其包含可具有相关反向恢复时间的本征体二极管。在一个实施例中，开关组件可以是用于电源拓扑的整流器开关。
通常，在使用大于与接通FET关联的阈值电压的电压供应栅极端114时，n型FET允许电流在源极端112和漏极端116之间流动。在供应到栅极端114的电压降低到低于阈值电压或完全去除时，FET被断开，并且在源极端112和漏极端116之间流动的电流停止流动。如果在FET断开时电流从源极端112流动到漏极端116，那么由于电流在体二极管的正偏方向上流动，因此FET的本征体二极管118需要一段时间恢复。这被称为反向恢复时间。然而，如果在FET断开时电流从漏极端116流动到源极端112，那么由于电流已经在本征体二极管118的反偏方向上流动，因此不需要反向恢复时间。使用上述概念，可通过在与FET关联的断开事件期间将电流从二极管的阴极端强制换向到二极管的阳极端来消除二极管的反向恢复时间。
FETQ1的栅极端114被电耦合到控制FETQ1的转换/开关的驱动电压信号110。在驱动电压信号110向栅极端114提供阈值电压时，FETQ1接通。在FETQ1的栅极端114没有电压时，FETQ1断开。电流经配置以通过输入端102流入FETQ1的源极端112，同时流出FETQ1的电流向输出端104流动。
如上所述，FETQ1被电耦合到强制换向电路140。强制换向电路140包含脉冲电流源120(选择性控制的强制换向电流源)和换向二极管D1。脉冲电流源120可被配置以生成换向电流，该换向电流被配置为大于通过输入端102进入的电流。在一个实施例中，换向电流是在非常短时间段内由强制换向同步整流器100供应的脉冲电流。脉冲电流源120在端子106处被电耦合到换向二极管D1的阳极端(未示出)。
换向二极管D1包含在端子106处被电耦合到脉冲电流源120的阳极端。换向二极管D1也包含在节点N3处被电耦合到FETQ1的漏极端116和输出端104的阴极端(未示出)。这样，换向二极管D1与FETQ1并联。应认识到换向二极管D1应以换向二极管D1的阴极端连接到本征体二极管118的阴极端的方式布置。
强制换向同步整流器100可在四个阶段中操作。在第一阶段中，FETQ1断开，并且脉冲电流源120断开，以使脉冲电流源不供应换向电流。在该阶段中，输入电流在输入端102处进入强制换向同步整流器100，流过换向二极管D1，并在输出端104处输出强制换向同步整流器100。
在第二阶段中，FETQ1接通，并且脉冲电流源120保持断开。在该阶段中，输入电流在输入端102处进入，并从源极端112流过FETQ1到达漏极端116，并通过输出端104离开。由于FETQ1两端的电压降小于换向二极管D1的正向电压，因此电流不再流过换向二极管D1。
在第三阶段中，在FETQ1接通时，脉冲电流源120接通。在该阶段中，输入电流在输入端102处进入强制换向同步整流器100，并流过脉冲电流源120和换向二极管D1。另外，脉冲电流源120供应流过D1和FETQ1的换向电流。在节点N3处，输入电流流到输出端，同时换向电流从漏极端116经过FETQ1到达源极端112。
在第四阶段中，FETQ1断开，同时换向电流从漏极端116流过FETQ1到达源极端112。在该阶段中，换向电流停止流动，并且输入电流流过换向二极管D1并在输出端104输出。为消除与FETQ1的体二极管关联的反向恢复时间，FETQ1应该在电流从漏极端116流过FETQ1到达源极端112(与本征体二极管118的方向相反)时断开。通过遵照由四个阶段叙述的事件顺序，FETQ1在换向电流从漏极端116流过FETQ1到达源极端112时断开。因此，消除与FETQ1关联的反向恢复时间。
上述强制换向同步整流器100可用作各种应用的构件块。特别地，利用包含本征体二极管的开关组件的开关应用可通过利用上述强制换向同步整流器100更有效地执行任务。另外，开关调节器如降压转换器、升压转换器和降压-升压转换器也可利用上述强制换向装置。
常规开关调节器在主FET的断开时间期间可使用整流器提供电感器电流的电流通路。通过现代的改善，由于FET开关的反向恢复时间变得很小并由此具有非常小的能量消耗，因此用FET取代整流器变得可行。然而，在高电压应用中，反向恢复时间相对较大，导致显著的功率消耗和对FET的开关频率的限制。为消除本征体二极管的反向恢复时间，在高电压开关调节器应用例如升压转换器、常规整流器或同步开关FET中用作整流器的FET可用图1中描述的强制换向同步整流器100取代。在包括开关的整流应用中，整流贯穿上述四个阶段循环。该循环可称为整流器开关循环。四个阶段在整流器开关循环的断开边缘发生。在高电压整流器应用中，施加到开关例如FET的电压可以大于60V。
图2是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统200的图示。同步整流器双向转换器系统200包含电感器202、第一强制换向同步整流器204、第二强制换向同步整流器206、驱动逻辑208、升压侧电容器210、电池212和太阳能电池阵列214。图2示出作为电池充/放电调节器操作的同步整流器双向转换器系统200的功率级的部分示意图。
电感器202经电气总线226耦合到第一强制换向同步整流器204和第二强制换向同步整流器206，并经链路218耦合到电池212。第一强制换向同步整流器204经链路222耦合到驱动逻辑208，并且第二强制换向同步整流器206经链路224耦合到驱动逻辑208。升压侧电容器210经电气总线220耦合到太阳能电池阵列214和第一强制换向同步整流器204。电池212、第二强制换向同步整流器206、升压侧电容器210和太阳能电池阵列214中的每一个都分别连接到公共地线216。
在航天器应用中，电气总线220的电压高于电池212的电压。因此，在太阳能电池阵列214产生不足以满足航天器需要的电力时，同步整流器双向转换器系统200从电池212汲取电力以便为电气总线220提供必需的电流。在太阳能电池阵列214具有可用的过多电力时，同步整流器双向转换器系统200变为降压调节器以对电池212进行充电。因此，由于电流必须流出电池212从而向电气总线220供电并且流入电池212从而对电池212进行充电，同步整流器双向转换器系统200是双向功率处理器。此外，由于开关整流器是在合适时间接通的FET，因此同步整流器双向转换器系统200被同步整流。
由于FET的电压降通常大大低于整流器的电压降，因此同步整流器双向转换器系统200可实现大大高于常规降压或升压调节器的效率。即，在使80V电池升压到100V电气总线时，现有升压调节器具有大约96.5％的效率。同步整流器双向转换器系统200可具有大约98％的效率。该效率改善是与同步整流器双向转换器系统200关联的减少的整流器损耗和减少的开关损耗的结果。
图3是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统300的图示。同步整流器双向转换器系统300包含电感器302(图2中的202)、第一强制换向同步整流器304(图2中的204)、第二强制换向同步整流器306(图2中的206)、驱动逻辑308(图2中的208)、反作用轮310和航天器负载314。图3示出作为30V电气总线318调节器操作的同步整流器双向转换器系统300的功率级的部分示意图。
电感器302经电气总线326耦合到第一强制换向同步整流器304和第二强制换向同步整流器306，并经30V电气总线318耦合到反作用轮310和航天器负载314。第一强制换向同步整流器304经链路322耦合到驱动逻辑308，并且第二强制换向同步整流器306经链路324耦合到驱动逻辑308。反作用轮310、航天器负载314和第二强制换向同步整流器306中的每一个都分别连接到公共地线316。
同步整流器双向转换器系统300起到降压调节器的作用，从而使在100V操作的100V电气总线320变换为30V电气总线318。在一些情况下，来自反作用轮310的能量可被倾卸回30V电气总线318，以使得从反作用轮倾卸的功率超过航天器负载314的30V电气总线318。在此情况下，同步整流器双向转换器系统300作为升压分路调节器操作，从而使过多电力返回到100V电气总线320，其中基本总是存在充足的航天器负载来吸收该电力。
图4是根据本公开实施例的示例性同步整流器双向转换器系统400的图示。同步整流器双向转换器系统400包含耦合到电池V1和电阻器R3的电感器L1、第一强制换向同步整流器404(类似于图3中的304)和第二强制换向同步整流器406(类似于图3中的306)。
图4示出经配置作为电池充/放电调节器操作的同步整流器双向转换器系统400(系统400)的SPICE模型。如图4所示，第一强制换向同步整流器404包含高侧强制换向电路410(U7)和耦合到变压器TX1的高侧驱动器408(U3)。变压器TX1包含初级线圈P1和次级线圈S1以及电阻器R1。类似地，第二强制换向同步整流器406包含低侧强制换向电路414(U6)和耦合到变压器TX2的低侧驱动器412(U5)。变压器TX2包含初级线圈P1和次级线圈S1以及电阻器R2。
高侧FET(或开关)Q1和低侧FET(或开关)Q2是任一分别连接VL(电感器的右侧)到输出或接地的同步开关。高侧强制换向电路410(U7)和低侧强制换向电路414(U6)分别防止高侧FETQ1和低侧FETQ2中的体二极管导通。高侧强制换向电路410和低侧强制换向电路414处理脉宽调制(PWM)信号(DR1)，从而分别为低侧FETQ2和高侧FETQ1创建驱动信号。低侧FETQ2由与PWM信号(DR1)基本同相的信号驱动。高侧驱动器408(U3)用基本上是DR1反相版的信号驱动高侧FETQ1。
除驱动低侧FETQ2之外，低侧驱动器412(U5)延迟栅极驱动信号的到达，从而高侧FETQ1在低侧FETQ2开启之前有时间关闭。类似地，低侧强制换向电路414延迟高侧FETQ1的开启，从而低侧FETQ2在高侧FETQ1开启之前有充足的时间关闭。
来自PWM控制电路(未示出)的PWM信号使用电压和电流反馈来通过调整DR1的脉冲宽度而调节电气总线电压。随着DR1占空比提高，输出电气总线电压提高。随着DR1占空比降低，电气总线电压降低。
在系统400用作升压转换器以便向100V电气总线供应电流时，低侧FETQ2具有从低侧FETQ2的漏极到源极的电流，并因此该电流被显示为进入低侧FETQ2的正电流。由于电流从低侧FETQ2的漏极流动到源极，因此低侧FETQ2的体二极管在低侧FETQ2关闭时将不可能具有在该体二极管中流动的电流。因此，尽管低侧强制换向电路414被附连并操作，但其不为升压转换器操作模式执行有用功能。
高侧FETQ1电流从FETQ1的源极流动到漏极。因此在关闭时，至关重要的是高侧强制换向电路410在器件关闭之前使FET中的电流反向，从而防止体二极管导通。在高侧强制换向电路410启动时，电流在FET中反向，继之以高侧FETQ1的关闭。然后，电感器L1的电流继续在高侧强制换向电路410中流动，直到低侧FETQ2开启。
在系统400充当降压转换器从而对电池进行充电时，高侧FETQ1具有从漏极流动到源极的电流，并因此该电流被显示为进入高侧FETQ1的正电流。由于电流从漏极流动到源极，因此高侧FETQ1的体二极管在高边FETQ1关闭时将不可能具有在该体二极管中流动的电流。因此，尽管高侧强制换向电路410被附连并操作，但其不为降压转换器操作模式执行有用功能。
低侧FETQ1电流从源极流动到漏极(例如可通过负电流表示)。因此在关闭时，至关重要的是强制换向电路在器件关闭之前使低侧FETQ1中的电流反向，从而防止体二极管导通。在换向电路410启动时，电流在低侧FETQ1中反向，继之以高侧FETQ1的关闭。然后，电感器L1中的电流继续在换向电路410中流动，直到低侧FETQ2开启。
总之，需要两个强制换向电路来有效地操作同步整流双向转换器：(1)与高侧FETQ1并联的高侧强制换向电路410是必需的，从而在系统400作为升压转换器操作以调节电气总线时避免与高侧FETQ1的反向恢复特性关联的损耗，以及(2)与低侧FETQ2并联的低侧强制换向电路414是必需的，从而在同步整流器双向转换器系统400作为升压转换器操作以调节电气总线时避免与高侧FETQ1的反向恢复特性关联的损耗。
尽管使用升压/降压调节器图示说明了该原理，但其可应用于其它转换器，例如但不限于降压-升压(逆变反激(invertingflyback))转换器、非逆变-反激、Cuk转换器或耦合的电感器降压转换器。在此描述的基本原理是两个(或更多个)强制换向电路可用来将几乎任何开关调节器转换为同步整流双向转换器。
图5是根据本公开实施例示出双向电压转换过程500(过程500)的示范流程图的图解。连同过程500一起执行的各种任务可通过软件、硬件、固件或其任何结合机械地执行。应认识到过程500可包括任何数量的额外或可替换的任务，图5中示出的任务不需要以图解顺序执行，并且过程500可被合并到具有未在此详细描述的额外功能性的更广泛程序或过程中。
为图解目的，过程500的以下描述可能涉及在上面连同图1-4提到的元件。在实际实施例中，过程500的一些部分可通过系统100-400的不同元件执行，例如：源极端112、栅极端114、漏极端116、本征体二极管118、电感器320/L1、第一强制换向同步整流器304/404、第二强制换向同步整流器306/406等。过程500可具有类似于图1-4中示出的实施例的功能、材料和结构。因此在这里可以不多余地描述共同的特征、功能和元件。
过程500可通过在第一强制换向同步整流器304/404上在第一电压下接收充电电流而开始(任务502)。
过程500可通过用第一强制换向同步整流器304/404控制充电电流而继续(任务504)。
过程500可通过用充电电流对电感器320/L1进行充电而继续(任务506)。
过程500可通过使用第二强制换向同步整流器306/406控制来自电感器320/L1的放电电流而继续(任务508)。
图6是根据本公开实施例示出使用双向电压转换系统的过程600的示例性流程图的图示。连同过程600一起执行的各种任务可通过软件、硬件、固件或其任何结合机械地执行。应认识到过程600可包括任何数量的额外或可替换的任务，图6中示出的任务不需要以图解顺序执行，并且过程600可被合并到具有未在此详细描述的额外功能性的更广泛程序或过程中。
为图解目的，过程600的以下描述可能涉及在上面连同图1-4提到的元件。在实际实施例中，过程600的一些部分可通过系统100-400的不同元件执行，例如：源极端112、栅极端114、漏极端116、本征体二极管118、电感器320/L1、第一强制换向同步整流器304/404、第二强制换向同步整流器306/406等。过程600可具有类似于图1-4中示出的实施例的功能、材料和结构。因此在这里可以不多余地描述共同的特征、功能和元件。
过程600可通过在第一电压下接收第一电流开始(任务602)。
过程600可通过用耦合到电感器320/L1的第一强制换向同步整流器304/404控制进入电感器320/L1的第一电流的流动而继续(任务604)。
过程600可通过用耦合到电感器320/L1和第一强制换向同步整流器304/404的第二强制换向同步整流器306/406控制来自电感器320/L1的第二电流的流动而继续(任务606)。
过程600可通过在电感器320/L1的输出处调节第二电压而继续(任务608)。
这样，本公开的实施例提供两个强制换向同步整流器，其可被使用以使得转换器能够在两个方向上有效地处理功率。强制换向方法更有效。由于在使用强制换向开关时不需要串联二极管，因此效率由于FET损耗通常大大低于整流器损耗而显著改善。由于需要较少吸热材料并且组件可更密集地封装，因此较低功耗减少功率器件的重量。这样，由于需要较少热管理硬件，因此可减少航天器重量。
通过使用在此描述的同步整流器双向转换器，电力可从AC电气总线流动到DC电气总线，或从DC电气总线流动到AC电气总线。
以上描述提到“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所用，除非另外明确陈述，“连接”的意思是一个元件/节点/特征直接联结到另一元件/节点/特征(或与其直接通信)，并且不必是机械性联结。同样，除非另外明确陈述，“耦合”的意思是一个元件/节点/特征直接或间接联结到另一元件/节点/特征(或与其直接或间接通信)，并且不必是机械性联结。因此，尽管图1-4示出了元件的示例性排列，但另外的插入元件、器件、特征或组件可在本公开的实施例中存在。
除非另外明确陈述，该文档中所用的术语和短语及其变化应被解读为是可扩充的，与限制相反。如前面的示例：术语“包括”应理解为“包括而不限于”等；术语“示例”被用来提供所讨论的项目的示范实例，不是其穷举或限制性列表；以及形容词例如“常规的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”和相似意思的术语不应解释为将描述的项目限制到给定时间段或限制到在给定时间可用的项目，而应理解为包含常规的、传统的、正常的或标准的技术，该技术可在当前或在未来任何时间可用或已知。
同样，用连词“和”连接的一组项目不应理解为分组中存在这些项目中的每一个，而应理解为“和/或”，除非另外明确陈述。类似地，用连词“或”连接的一组项目不应理解为在该组中需要相互排斥性，而同样应理解为“和/或”，除非另外明确陈述。此外，尽管本公开的项目、元件或组件可能以单数形式描述或要求保护，但预期复数形式在其范畴内，除非明确陈述限于单数形式。在一些示例中，加宽单词和短语例如“一个或更多个”、“至少”、“但不限于”或其它相似短语的存在不应理解为意思是在可缺少此类加宽短语的示例中意欲或要求更窄的情况。

Claims (20)

1.一种同步整流器双向转换器系统，其包含：
电感器，其被配置用于双向转换；
第一强制换向同步整流器，其被直接耦合到所述电感器且包括第一体二极管，并能够操作从而通过在断开与所述第一体二极管关联的组件时将换向电流从所述第一体二极管的阴极端强制换向到所述第一体二极管的阳极端以便没有电流流入所述第一体二极管，由此消除所述第一体二极管中的反向恢复时间，使得不存在反向恢复时间；以及
第二强制换向同步整流器，其被直接耦合到所述电感器和所述第一强制换向同步整流器且包括第二体二极管，并能够操作从而通过在断开与所述第二体二极管关联的组件时将换向电流从所述第二体二极管的阴极端强制换向到所述第二体二极管的阳极端以便没有电流流入所述第二体二极管，由此消除所述第二体二极管中的反向恢复时间，使得不存在反向恢复时间；
所述第一强制换向同步整流器和所述第二强制换向同步整流器各自都包含场效应晶体管开关，即FET开关，所述FET开关和强制换向电路并联耦合，所述强制换向电路由换向二极管和受控脉冲电流源组成，所述换向二极管在其阳极串联耦合到所述受控脉冲电流源的输出端，并且所述受控脉冲电流源生成所述换向电流以消除所述反向恢复时间，所述换向电流大于流入所述受控脉冲电流源的输入端的输入电流。
2.根据权利要求1所述的同步整流器双向转换器系统，其进一步包含驱动逻辑，所述驱动逻辑被耦合到所述第一强制换向同步整流器和所述第二强制换向同步整流器，并能够操作从而驱动所述第一强制换向同步整流器和所述第二强制换向同步整流器。
3.根据权利要求1所述的同步整流器双向转换器系统，其中所述第一强制换向同步整流器被进一步耦合到第一电气总线，所述第二强制换向同步整流器被进一步耦合到地线，并且所述电感器被进一步耦合到第二电气总线。
4.根据权利要求3所述的同步整流器双向转换器系统，其中所述第一电气总线具有高于所述第二电气总线的电压。
5.根据权利要求3所述的同步整流器双向转换器系统，其中所述第一电气总线被耦合到太阳能电池阵列。
6.根据权利要求3所述的同步整流器双向转换器系统，其中所述第二电气总线被耦合到电池或反作用轮中至少一个。
7.根据权利要求1所述的同步整流器双向转换器系统，其中所述场效应晶体管开关包含栅极端、漏极端、源极端和含有阴极端和阳极端的本征体二极管；
所述换向二极管被并联电耦合到所述FET开关，以使所述换向二极管的阴极电耦合到所述本征体二极管的所述阴极端；以及
所述受控脉冲电流源被电耦合到所述换向二极管，并能够操作从而在所述FET开关接通时使所述换向电流从所述换向二极管传到所述FET开关，以使所述换向电流从所述本征体二极管的所述阴极端传到所述本征体二极管的所述阳极端。
8.一种双向电压转换的方法，所述方法包含：
在直接耦合到电感器的第一强制换向同步整流器上在第一电压下接收充电电流，所述电感器被配置用于双向转换；
用所述第一强制换向同步整流器控制所述充电电流，使得当断开时没有电流流入所述第一强制换向同步整流器的第一体二极管并且所述第一体二极管中不存在反向恢复时间；
用所述充电电流对所述电感器进行充电；以及
使用直接耦合到所述电感器的第二强制换向同步整流器控制来自所述电感器的放电电流，使得当断开时没有电流流入所述第二强制换向同步整流器的第二体二极管并且所述第二体二极管中不存在反向恢复时间，所述第一强制换向同步整流器和所述第二强制换向同步整流器各自都包含场效应晶体管开关，即FET开关，所述FET开关和强制换向电路并联耦合，所述强制换向电路由换向二极管和受控脉冲电流源组成，所述换向二极管在其阳极串联耦合到所述受控脉冲电流源的输出端，并且所述受控脉冲电流源生成换向电流以消除所述反向恢复时间，所述换向电流大于流入所述受控脉冲电流源的输入端的输入电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电电流从第一电气总线接收。
10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含使用所述充电电流和所述放电电流电压调节第二电气总线。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含电压调节所述第二电气总线到第二电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二电压低于所述第一电压。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述FET开关包含栅极端、漏极端、源极端和含有阴极端和阳极端的本征体二极管；
所述换向二极管被并联电耦合到所述FET开关，以使所述换向二极管的阴极被电耦合到所述本征体二极管的所述阴极端；以及
所述受控脉冲电流源被电耦合到所述换向二极管，并能够操作从而在所述FET开关接通时使所述换向电流从所述换向二极管传到所述FET开关，以使所述换向电流从所述本征体二极管的所述阴极端转传所述本征体二极管的所述阳极端。
14.一种使用同步整流器双向转换器系统的方法，所述方法包含：
在第一电压下接收第一电流；
用直接耦合到电感器的第一强制换向同步整流器控制所述第一电流进入所述电感器的流动，使得当断开时没有电流流入所述第一强制换向同步整流器的第一体二极管并且所述第一体二极管中不存在反向恢复时间，所述电感器被配置用于双向转换；
用直接耦合到所述电感器和所述第一强制换向同步整流器的第二强制换向同步整流器控制来自所述电感器的第二电流的流动，使得当断开时没有电流流入所述第二强制换向同步整流器的第二体二极管并且所述第二体二极管中不存在反向恢复时间；以及
在所述电感器的输出处调节第二电压，
所述第一强制换向同步整流器和所述第二强制换向同步整流器各自都包含场效应晶体管开关，即FET开关，所述FET开关和强制换向电路并联耦合，所述强制换向电路由换向二极管和受控脉冲电流源组成，所述换向二极管在其阳极串联耦合到所述受控脉冲电流源的输出端，并且所述受控脉冲电流源生成换向电流以消除所述反向恢复时间，所述换向电流大于流入所述受控脉冲电流源的输入端的输入电流。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含通过所述第二强制换向同步整流器将所述电感器的所述输出耦合到电气总线。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二电压是AC电压。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二电压是DC电压。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一电压是AC电压。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一电压是DC电压。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述FET开关包含栅极端、漏极端、源极端和含有阴极端和阳极端的本征体二极管；
所述换向二极管被并联电耦合到所述FET开关，以使所述换向二极管的阴极被电耦合到所述本征体二极管的所述阴极端；以及
所述受控脉冲电流源被电耦合到所述换向二极管，并能够操作从而在所述FET开关接通时使所述换向电流从所述换向二极管传到所述FET开关，以使所述换向电流从所述本征体二极管的所述阴极端传到所述本征体二极管的所述阳极端。
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