CN103683947B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电源装置。该电源装置包括：变压器，该变压器被配置成包括第一和第二绕组；半桥电路，该半桥电路被配置成被连接到第一和第二节点以及第一绕组的两端；以及全桥电路，该全桥电路被配置成被连接到第三和第四节点以及第二绕组的两端。因为半桥电路的桥电容器和变压器的泄漏电感形成直流（DC）谐振回路，所以能够减少在开关的接通或者关断期间可能发生的切换损耗。

Description

电源装置
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.119要求对于2012年9月06日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0098787的优先权，其全部内容通过引用整体合并在此。
技术领域
实施例涉及一种电源装置。
背景技术
电源装置包括转换器，诸如交流(AC)至直流(DC)或者DC至AC转换器。
DC至DC转换器将DC输入转换成DC输出并且取决于输入输出比在负载模式或者电力模式下操作。
DC至DC转换器包括变压器并且还包括诸如整流器的全桥电路。
然而，在全桥电路的切换操作期间(特别地，在零电压切换操作期间)，可能产生噪声，并且噪声的量级和周期可能由于在全桥电路的元件之间的传输延迟上的偏差而变得不规则。为了防止这些问题，缓冲电容器可以被添加到全桥电路的驱动开关，然而，其引发附加的成本并且可能导致有效传输时间和效率的降低。
发明内容
实施例提供一种能够在开关的接通或者关断期间减少切换损耗的电源装置。
在一个实施例中，电源装置包括：变压器，该变压器被配置成包括第一和第二绕组；半桥电路，该半桥电路被配置成被连接到第一和第二节点以及第一绕组的两端；以及全桥电路，该全桥电路被配置成被连接到第五和第六节点以及第二绕组的两端。
半桥电路可以进一步被配置成包括第一和第二开关，该第一和第二开关被串联地连接在第一和第二节点之间；以及第一和第二电容器，该第一和第二电容器被串联地连接在第一和第二节点之间。
全桥电路可以进一步被配置成包括第三和第四开关，该第三和第四开关被串联地连接在第五和第六节点之间；以及第五和第六开关，该第五和第六开关被串联地连接在第五和第六节点之间。
第一绕组可以被连接在第一和第二开关之间和第一和第二电容器之间。
第二绕组可以被连接在第三和第四开关之间和第五和第六开关之间。
第一至第六开关可以是晶体管。
第一至第六开关中的每一个可以包括二极管。
第一和第二开关可以被交替地驱动。
可以以1/2的占空比驱动第一和第二开关。
用于第一和第二开关的切换频率可以与变压器的泄漏电感和第一和第二电容器的谐振频率相同。
第一和第二电容器可以具有相同的电容。
电源装置还可以包括控制器，该控制器被配置成驱动第一至第六开关。
当第一和第二开关被交替地驱动时可以关断第三至第六开关。
当第三至第六开关被交替地驱动时可以关断第一和第二开关。
第一至第六开关的二极管可以被相互反向连接。
电源装置还可以包括：第一输出电容器，该第一输出电容器被配置成被布置在第一和第二节点之间；和第二输出电容器，该第二输出电容器被配置成被布置在第三和第四节点之间。
根据实施例，因为半桥电路的桥电容器和变压器的泄漏电感形成直流(DC)谐振回路，所以能够减少在开关的接通或者关断期间可能发生的切换损耗。结果，能够提高电力转换效率，并且能够减少噪声。
附图说明
图1是根据实施例的电源装置的电路图。
图2是图示负载模式下的电源装置的操作的波形图。
图3是图示电力模式下的电源装置的操作的波形图。
具体实施方式
现在详细地参考实施例，在附图中图示其示例。然而，本公开可以以多种不同的形式实现并且不应被解释为限制于在此提出的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将会全面和完整的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本公开的范围。。
在本公开中使用的术语仅用于描述特定实施例的用途，并且不用于限制本公开。如在本公开中使用的，除非上下文清楚地另有示意，否则单数形式“一个”(“a”、“an”)和“这个”(“the”)旨在包括复数形式。将会进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”(“comprises”和/或“comprising”)时，指示所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除存在或者添加一个或者多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
图1是根据实施例的电源装置100的电路图。
参考图1，电源装置包括DC至DC转换器110和控制器120。
DC至DC转换器110包括被布置在变压器T的左侧的第一电路单元和被布置在变压器T的右侧的第二电路单元。
第一电路单元包括被形成在第一节点n1和第二节点n2之间的第一电容器C1。第一开关Q1和第二开关Q2被串联地连接在第一节点n1和第二节点n2之间。
第三电容C3和第四电容C4被串联地连接在第一节点n1和第二节点n2之间。
第一绕组连接在第一开关Q1和第二开关Q2之间的第三节点n3与在第三电容C3和第四电容C4之间的第四节点n4。第一绕组被包括在变压器T中。
第一开关Q1和第二开关Q2与第三电容器C3和第四电容器C4在第一节点n1和第四节点n4之间形成半桥。
第一开关Q1和第二开关Q2可以是晶体管。第一二极管D1被形成在第一开关Q1的源极和漏极之间，并且第二二极管D2被形成在第二开关Q2的源极和漏极之间。
即，第一二极管D1被反向形成在第一节点n1和第三节点n3之间，并且第二二极管D2被反向形成在第三节点n3和第二节点n2之间。
第二电路单元包括被形成在第五节点n5和第六节点n6之间的第二电容器C2。
第三开关Q3至第六开关Q6被形成在第五节点n5和第六节点n6之间。第三开关Q3至第六开关Q6形成全桥。
更加具体地，第三开关Q3被连接在第五节点n5和第七节点n7之间，第四开关Q4被连接在第七节点n7和第六节点n6之间，第五开关Q5被连接在第五节点n5和第八节点n8之间，并且第六开关Q6被连接在第八节点n8和第六节点n6之间。
形成变压器T的第二绕组被形成在第七节点n7和第八节点n8之间并且连接第七节点n7和第八节点n8。
第三开关Q3至第六开关Q6可以是晶体管。第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6被形成以分别连接第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5以及第六开关Q6的源极和漏极。
更加具体地，第三二极管D3被反向形成在第五节点n5和第七节点n7之间，并且第四二极管D4被反向形成在第七节点n7和第六节点n6之间，第五二极管D5被反向形成在第五节点n5和第八节点n8之间，并且第六二极管D6被反向形成在第八节点n8和第六节点n6之间。
变压器T的第一和第二绕组可以被形成为具有n:m的匝数比。
由于通过变压器T产生的泄漏电感和作为第一电路单元的桥电容器的第三电容器C3和第四电容器C4的谐振频率，第一开关Q1和第二开关Q2可以被接通或者关断，由此感应出电路谐振。以这样的方式，能够减少通过接通或者关断第一开关Q1和第二开关Q2而可能产生的任何电流损耗。
第三电容器C3和第四电容器C4可以具有相同的电容。
电源装置100可以包括控制器120，该控制器120输出用于控制DC至DC转换器110的第一开关Q1至第六开关Q6的控制信号。
控制器120可以根据电源装置100的操作模式通过控制第一或者第二电路单元的输出而在负载模式或者电力模式下操作。
在下文中将会参考图2和图3描述电源装置100的操作。
图2是图示在负载模式下DC至DC转换器110的操作的波形图。
变压器T可以具有n:m的匝数比，并且第二绕组可以具有比第一绕组少的匝数。
参考图2，响应于在第一电路单元的第一节点n1和第二节点n2之间施加的输入DC电压，由于变压器T的匝数比(即，n:m)，第二电路单元输出比输入DC电压低的电压，并且结果，DC至DC转换器110在负载模式下操作。
更加具体地，控制器120交替地接通或者关断第一开关Q1和第二开关Q2。
即，在第一时段d1期间控制器120接通第一开关Q1并且关断第二开关Q2，并且在第二时段d2期间接通第二开关Q2并且关断第一开关Q1。
第一时段d1和第二时段d2可以具有相同的1/2占空比。
用于第一开关Q1和第二开关Q2的切换频率可以与第一电容器C1和第二电容器C2的谐振频率相同。
控制器120关断形成第二电路单元的桥电路的第三开关Q3至第六开关Q6。
在负载模式期间，当第一开关Q1被接通并且第二开关Q2被关断时，在第一节点n1和第二节点n2之间施加的输入DC电压经由第一开关Q1被施加到第三节点n3。因此，以输入DC电压对第四电容器C4充电，并且因此，在第三节点n3处的电压和电流变成如在图2中所图示的。结果，通过变压器可以感应出感应电流，如在图2中所图示。
由于通过变压器T的匝数比产生的感应电流，在第七节点n7和第八节点n8之间施加电压，并且经由第三二极管D3将感应电流传输到第五节点n5。
因此，在第四开关Q4处的电流具有0的值，但是在第四开关Q4处的电压与第七节点n7处的电压相同。
在第二时段d2期间，响应于被关断的第一开关Q1和被接通的第二开关Q2，第三节点n3被接地，并且以输入DC电压对第三电容器C3充电。结果，在第三节点n3处的电压具有0的值，并且在第一时段d1期间在第四节点n4处的电压具有与在第三节点n3处的电压相同的电平。
因此，流过第一绕组的谐振电流具有正弦波，并且在第一绕组处的谐振电压每半个周期交替地变成正或负。
因为第二电路单元的第三开关Q3至第六开关Q6被关断并且电流反向流动，所以第四二极管D4和第五二极管D5被接通使得第二电路单元的输出电压被均匀地保持。
因此，第二电路单元能够用作贯穿第一时段d1和第二时段d2均具有均匀的输出电压的整流器。
如上所述，在第一时段d1和第二时段d2期间通过第二电容器C2和第三电容器C3能够产生电流。因此，DC至DC转换器110能够被用作交织器(interleaver)，并且因此，DC至DC转换器110的电流效率能够被提高。
而且，因为提供了在无需用于LC谐振的附加电感器的情况下响应于泄漏电感而谐振的电容器，所以DC至DC转换器110的效率能够被提高。
图3是图示在电力模式下的DC至DC转换器110的操作的波形图。
参考图3，响应于在第二电路单元的第五节点n5和第六节点n6之间施加的输入DC电压，第一电路单元输出比输入DC电压高的电压，使得DC至DC转换器110在电力模式下操作。
更加具体地，控制器120关断第一开关Q1和第二开关Q2。
控制器120交替地接通第二电路单元的全桥电路的第三开关Q3至第六开关Q6。
即，控制器120在第一时段d1期间接通第三开关Q3和第六开关Q6，并且在第二时段d2期间接通第四开关Q4和第五开关Q5。
第一时段d1和第二时段d2可以具有相同的1/2的占空比。
用于第三开关Q3至第六开关Q6的切换频率可以与第一电容器C1和第二电容器C2的谐振频率相同。
在电力模式期间，响应于第三开关Q3和第六开关Q6被接通，输入DC电压被分布在第三开关Q3和第六开关Q6与第二绕组之间。由于被分布到第二绕组的电压和流过第二绕组的电流，感应的电流流入第一绕组。
由于感应的电流，正电压被施加到第三节点n3，并且第一二极管D1被接通，使得输出DC电压被施加在第一节点n1和第二节点n2之间。
在第二时段d2期间，响应于第四开关Q4和第五开关Q5被接通，相反的电流和相反的电压被施加到第二绕组。结果，流过变压器T的第一绕组的谐振电流具有正弦波，并且在第一绕组处的谐振电压每半个周期交替地变成正或者负。
在第一时段d1期间谐振电流的能量被存储在第三电容器C3中，并且然后在第二时段d2期间被存储在第四电容器C4中。因此，能够防止在第一时段d1和第二时段d2期间通过切换操作引起的波纹。
如上所述，在第一时段d1和第二时段d2期间均能够通过第三电容器C3和第四电容器C4产生电流。因此，DC至DC转换器110能够被用作交织器，并且因此，能够提高DC至DC转换器110的电流效率。
而且，因为提供了在无需用于LC谐振的附加电感器的情况下响应于泄漏电感而谐振的电容器，所以能够提高DC至DC转换器110的效率。
虽然已经参照其多个说明性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以设计出落入本公开的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。更加具体地，在本公开、附图的范围内，在主题组合布置的组件部分和/或布置方面，各种变化和修改都是可能的。除了组件部分和/或布置方面的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种电源装置，包括：
变压器，所述变压器被配置成包括第一绕组和第二绕组；
半桥电路，所述半桥电路被配置成被连接到第一节点和第二节点以及所述第一绕组的两端；以及
全桥电路，所述全桥电路被配置成被连接到第五节点和第六节点以及所述第二绕组的两端，
其中，所述半桥电路进一步被配置成包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关被串联地连接在所述第一节点和所述第二节点之间；以及第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器被串联地连接在所述第一节点和所述第二节点之间，
其中，所述第一绕组被连接在所述第一开关和所述第二开关之间以及所述第一电容器和所述第二电容器之间，
其中，所述全桥电路进一步被配置成包括第三开关和第四开关，所述第三开关和所述第四开关被串联地连接在所述第五节点和所述第六节点之间；以及第五开关和第六开关，所述第五开关和所述第六开关被串联地连接在所述第五节点和所述第六节点之间，
其中，所述第二绕组被连接在所述第三开关和所述第四开关之间以及所述第五开关和所述第六开关之间，
其中，所述第一开关至所述第六开关中的每一个包括二极管，以及所述第一开关至所述第六开关的所述二极管被相互反向连接。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述第一开关至所述第六开关是晶体管，
其中，当第一开关和所述第二开关被交替地驱动时，关断所述第三开关至所述第六开关，
其中，当接通所述第一开关并且关断所述第二开关时以输入DC电压对所述第二电容器充电。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述第一开关和所述第二开关被交替地驱动。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其中，以1/2的占空比驱动所述第一开关和所述第二开关。
5.根据权利要求3所述的电源装置，其中，用于所述第一开关和所述第二开关的切换频率与所述变压器的泄漏电感和所述第一电容器和所述第二电容器的谐振频率相同。
6.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述第一电容器和所述第二电容器具有相同的电容，
其中，当第三开关至所述第六开关被交替地驱动时，关断所述第一开关和所述第二开关，
其中，当接通所述第三和第六开关并且关断所述第四和第五开关时以谐振电流对所述第一电容器充电。
7.根据权利要求1所述的电源装置，进一步包括：
控制器，所述控制器被配置成驱动所述第一开关至所述第六开关。
8.根据权利要求7所述的电源装置，其中，当所述第一开关和所述第二开关被交替地驱动时关断所述第三开关至所述第六开关，
其中，当关断所述第一开关并且接通所述第二开关时以输入DC电压对所述第一电容器充电。
9.根据权利要求7所述的电源装置，其中，当所述第三开关至所述第六开关被交替地驱动时关断所述第一开关和所述第二开关，
其中，当关断所述第三和第六开关并且接通所述第四和第五开关时以谐振电流对所述第二电容器充电。
10.根据权利要求1所述的电源装置，进一步包括：
第一输出电容器，所述第一输出电容器被配置成被布置在所述第一节点和所述第二节点之间；以及
第二输出电容器，所述第二输出电容器被配置成被布置在所述第五节点和所述第六节点之间。
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