CN108886325A - 功率转换器 - Google Patents

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Abstract

功率转换器包括：变压器(Tr)，具有初级和次级；以及电容器(Cr)和电感器(Lr)，与变压器的初级串联连接。电容器、电感器和变压器的磁化电感器形成LLC谐振电路。功率转换器还包括第一电流传感器(CT1)和第二电流传感器(CT2)。第一电流传感器包括电感器，并且被配置为经由电感器来感测通过变压器的初级的电流。第二电流传感器包括初级并且被配置为经由初级来感测通过变压器的磁化电感器的电流。通过次级的电流由差值来确定，该差值是基于所感测的通过变压器的初级的电流与所感测的通过磁化电感器的电流来获得的。功率转换器具有以下优点：可以在没有负载限制的情况下以低成本提供准确的所感测电流，且还可以执行逐周期保护功能，这是因为可以恢复负载波形。此外，还提供了另一种功率转换器，其具有用于减少变压器的并联绕组(Wa，Wb)当中的功率循环的结构。

Description

功率转换器
技术领域
本公开的非限制性和示例性实施例总体上涉及电子功率转换技术领域，并且具体地涉及功率转换器。
背景技术
本节介绍可以促进更好地理解本公开的方面。因此，本节的说明将在该意义下进行阅读，而不应被理解为关于哪些内容是现有技术或哪些内容不是已有技术的承认。
如今，功率转换器广泛用于各种领域。功率转换器包括许多类型。例如，基于它们的输入和输出，它们可分为直流到直流(DC/DC)转换器、直流到交流(DC/AC)转换器、交流到直流(AC/DC)转换器、和交流到交流(AC/AC)转换器。
特别地，DC/DC转换器可以在许多应用场景中找到，例如，在通信系统的数据中心中。DC/DC转换器通常包括输入转换电路，例如电桥电路、输出整流电路和输出滤波电路。对于隔离的DC/DC转换器，它还包括在输入转换电路和输出整流电路之间连接的变压器，以在它们之间提供隔离。电感器-电感器-电容器(LLC)拓扑结构是一种串联谐振电路，且它被提出主要用于DC/DC转换器中，这是因为它可以在转换器中实现软开关。
由于空间限制和小型化要求，功率转换器的功率密度不断增加，且因此其电流输出显著增加。在这种情况下，难以利用传统的电流感测解决方案来执行电流感测。例如，一种可能的电流感测解决方案是使用采样电阻来感测电流。然而，该解决方案具有若干缺点，例如低准确度、大功率损耗等。同时，由于采样电阻的阻抗对温度敏感，因此它要求附加的温度补偿，这可能影响电流感测的准确度。另一种可能的解决方案是在转换器的初级或次级处使用电流互感器(CT)来感测电流。出于说明的目的，图1示出了在已有解决方案中具有LLC拓扑和电流感测结构的示例DC/DC转换器。
如图1所示，示例DC/DC转换器100包括：具有电桥电路形式的输入转换电路、具有初级和次级的变压器Tr、包括二极管D1、D2在内的输出整流电路、以及包括电容器Co在内的输出滤波电路，其中，变压器Tr连接在输入转换电路和输出整流电路之间。电桥电路由以全桥拓扑来连接的开关S1、S2、S3和S4形成。DC/DC转换器100还包括电容器Cr和电感器Lr，它们都与变压器Tr的初级串联连接，且因此与初级的磁化电感器Lm一起形成LLC电路。为了感测电流，电流互感器CT与变压器Tr的初级串联连接。CT借助其与初级串联接连的初级Lsm来感测通过变压器Tr的初级的电流，并基于通过变压器Tr的初级的电流在其次级Lss处生成信号。对所感测的电流进行积分以获得积分电流，该积分电流用于表征通过CT的次级的电流。然而，该解决方案要求附加的感测变压器，其引入更多空间、更多功率耗损、更多成本，且同时它还涉及诸如低准确度和负载限制之类的问题。此外，由于低准确度，不能恢复负载波形，并且在这种情况下，难以实现逐周期保护功能，然而逐周期保护功能在许多功率转换器应用中是期望的。
另外，随着功率转换器的功率密度的增加，还提出另一种结构用于功率转换器，其采用用于变压器的并联绕组。对并联绕组的使用可以降低直流电阻(DCR)，以降低绕组损耗并从而实现更好的性能。大多数情况下，并联绕组使用相同的过孔并分布到不同的印刷电路板(PCB)层，但有时并联绕组分布在同一PCB层或不同的变压器支路(leg)周围。在这种情况下，很难确保完全相同的并联绕组并且可能发生绕组之间的失配。这种失配可能导致并联绕组之间的功率循环，这意味着额外的功率损耗。此外，功率循环可能导致对功率传动(power train)设备的更多的电压和电流应力。此外，失配还可能增加初级电流和次级均方根(RMS)值，且从而引起功率开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等等)的传导损耗，以及磁性组件的更多绕组损耗，这可能进而生成功率转换器的更多功率耗散。
在已有解决方案中，提出在功率转换器中使用附加电容器以减少磁通量不平衡。出于说明的目的，图2示出了在已有解决方案中具有并联绕组的示例DC/DC转换器。如图2所示，在大多数部分中，DC/DC转换器200类似于图1所示的DC/DC转换器。不同之处在于：输出滤波电路除了电容器Co之外还包括电感器Lo，电容器Co是用于硬开关的典型输出滤波电路，并且DC/DC转换器不使用LLC拓扑，但使用用于变压器Tr的并联绕组，同时电容器Ca与变压器Tr的初级串联连接。对电容器Ca的使用可以解决磁通量不平衡，这是因为它可以消除变压器的磁通量差的积累，但是它不能消除并联绕组的功率循环和与之相关联的问题。
发明内容
本公开的各种实施例主要旨在提供具有例如更准确和高效的电流感测能力和/或功率循环减少能力的功率转换器。当结合附图来阅读时，根据具体实施例的以下描述，本公开实施例的其它特征和优点也将被理解，其中，附图以示例的方式示出了本公开实施例的原理。
在本公开的第一方面中，提供了一种功率转换器。功率转换器包括具有初级和次级的变压器。功率转换器还包括与变压器的初级串联连接的电容器和电感器。电容器、电感器和变压器的初级的磁化电感器形成LLC谐振电路。功率转换器还包括第一电流传感器和第二电流传感器。第一电流传感器包括电感器，并且被配置为经由该电感器来感测通过变压器的初级的电流。第二电流传感器包括初级，并且被配置为经由初级来感测通过变压器的初级的磁化电感器的电流。表征通过次级的电流的信号是根据差值来确定的，该差值是基于所感测的通过变压器的初级的电流和所感测的通过磁化电感器的电流来获得的。
在本公开的一个实施例中，功率转换器还可以包括第一积分器和第二积分器。第一积分器被配置为对所感测的通过变压器的初级的电流进行积分，以获得第一积分电流信号。第二积分器被配置为对所感测的通过变压器初级的磁化电感器的电流进行积分，以获得第二积分电流信号。
在本公开的另一实施例中，功率转换器还可以包括差值确定元件。差值确定元件被配置为确定第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值，使得可以基于所确定的差值来获得表征通过次级的电流的信号。
在本公开的另一实施例中，第二积分器的输出端子可以连接到第一积分器的参考端子，使得第一积分器可以提供第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值。
在本公开的又一实施例中，功率转换器还可包括整流器，用于对第一积分电流信号和第二积分电流信号之间的差值整流。
在本公开的另一实施例中，初级可以至少包括并联连接的第一绕组和第二绕组。在该实施例中，第一绕组与第一电容器串联连接，且第二绕组与第二电容器串联连接。
在本公开的另一实施例中，第一电容器和第二电容器可以一起用作用于形成LLC谐振电路的电容器。
根据如上所述的第一方面和实施例，可以实现以下优点中的至少一部分。可以通过重复使用LLC电路中的电感来感测流过初级的电流，同时可以通过重复使用变压器的初级来感测通过磁化电感器的电流。基于所感测的两个电流获得的差值可用于确定通过次级的电流。由于通过重复使用功率转换器中已经包含的组件来执行电流感测，因此可以减少空间、成本和功率损耗。此外，由于重复使用功率转换器中已经包含的组件，即使对于大负载也没有磁通量饱和风险。此外，由于所获得的差值可以更准确地反映通过次级的电流，所以即使对于轻负载，也可以更理想地恢复通过次级的负载波形并且可以实现更高的准确度。此外，可以基于所确定的通过次级的电流来相应地执行逐周期功能。
在本公开的第二方面中，提供了另一种功率转换器。功率转换器包括具有初级和次级的变压器。初级包括至少两个并联绕组。功率转换器还包括至少两个电容器。并联绕组中的至少两个绕组分别与至少两个电容器的不同电容器串联连接。
在本公开实施例中，功率转换器还可以包括与变压器的初级串联连接的电感器。该电感器、变压器的至少两个并联绕组的磁化电感器和与其串联连接的至少两个电容器可以形成LLC谐振电路。
在本公开的另一实施例中，功率转换器中包括的至少两个并联绕组中的每一个绕组串联连接到至少两个电容器中的不同的一个电容器。
根据如上所述的第二方面和实施例，可以实现以下优点中的至少一部分。对于具有至少两个并联绕组的初级，至少两个并联绕组可以分别与至少两个电容器中的不同电容器串联连接。因此，即使并联绕组之间存在失配，也将仅在串联连接的电容器之间交换能量，并且将不会生成不期望的功率循环。此外，它将不导致初级电流和次级RMS值增加，且由此可以提高转换器效率。同时，它还可以解决磁通量不平衡问题，因为它也可以消除变压器的磁通量差的积累。
附图说明
根据以下参考附图的详细描述，作为示例，本公开的各种实施例的上述和其它方面、特征和优点将变得更加全面清楚，在附图中，类似的附图标记或符号用于指定类似或等同的元素。附图被示出以便于更好地理解本公开实施例，并且不一定按比例绘制，其中：
图1示出了已有解决方案中具有LLC拓扑和电流感测结构的示例DC/DC转换器的示意图；
图2示出了已有解决方案中具有并联绕组的示例DC/DC转换器的示意图；
图3示出了根据本公开实施例的具有新电流感测结构的示例DC/DC转换器的示意图；
图4示意性地示出了根据本公开实施例的用于处理所感测电流信号的示意图；
图5示出了根据本公开实施例的用于两个电流互感器的积分电流和表征次级电流的信号的示例波形；
图6示出了根据本公开实施例的经整流的信号的图；
图7示意性地示出了根据本公开另一实施例的用于处理所感测电流信号的示意图；
图8示出了根据本公开实施例的具有并联绕组的示例DC/DC转换器的示意图；
图9示出了根据本公开另一实施例的具有并联绕组的示例DC/DC转换器的示意图；以及
图10示出了本文中提出的具有功率循环减少方案的解决方案与没有功率循环减少方案的解决方案之间的初级电流RMS值比较的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考说明性实施例来描述本公开的原理和精神。应理解的是：所有这些实施例仅被呈现为使得本领域技术人员更好地理解并进一步实现本公开，而不限制本公开的范围。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一个实施例。为了清楚起见，在本说明书中并未对实际实现的所有特征都进行了描述。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示了所描述的实施例可以包括特定特征、结构、或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定特征、结构、或特性。此外，这种短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例来描述具体特征、结构或特性时，应认为结合其他实施例(不管是否是显式描述的)来实现这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识内的。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文用于描述各种元素，但是这些元素不应该受这些术语的限制。这些术语仅用来将元素彼此区分。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元素可被称为第二元素，并且类似地，第二元素可被称为第一元素。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。
本文使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，而并非意在限制示例实施例。除非上下文明确地给出相反的指示，否则如本文中使用的单数形式“一”，“一个”和“所述”意在还包括复数形式。还应理解：术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”、“含有”和/或“并入”在本文中使用时表示存在所陈述的特征、元素和/或组件等，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、组件和/或其组合。还将理解：除非明确有相反说明，否则当在本文中使用时，术语“连接”，“与.....连接”，“连接到”等仅意味着在两个元素之间存在电连接并且它们可以直接或间接连接。
在下面的描述和权利要求中，除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。例如，本文中使用的术语“功率转换器”可以指将电能从一种形式转换为另一种形式(例如，在AC和DC之间转换，或者仅改变电压或频率，或者这些项的某个组合)的电气设备。功率转换器可以是简单的变压器以改变电功率的电压，但是它也可以包括更复杂的系统。本文中使用的术语“初级电流”意指通过变压器的初级的电流，且本文中使用的“次级电流”意指通过变压器的次级的电流。“输出电流”意指向负载输出的电流，且因此也称为“负载电流”。此后，术语“初级电流”和“通过变压器的初级的电流”可以互换使用；术语“次级电流”和“通过次级的电流”可以互换使用；以及术语“输出电流”和“负载电流”可以互换使用。
在下文中，首先将参考图3来描述根据本公开实施例的具有新电流感测结构的示例DC/DC转换器。然而，应当理解：图3是出于说明目的而给出的，并且本公开不限于此。DC/DC转换器仅是如本文所述的功率转换器的示例。本文中提出的想法和原理也可以应用于具有变压器和LCC电路的任何其他功率转换器。
如图3所示，DC/DC转换器300包括具有电桥电路形式的输入转换电路。电桥电路由以全桥拓扑来连接的开关S1、S2、S3和S4形成。电桥电路从源VIN接收输入DC电压并将输入电压转换为方波。应当理解，电桥电路是转换电路的示例，并且本公开不限于此。还可以使用另一种形式的输入转换电路来执行输入转换。电桥电路不限于全桥拓扑。例如，它可以使用半桥拓扑。开关可以是其他类型，如MOSFET、IGBT等。
DC/DC转换器300还包括具有初级和次级的变压器Tr。变压器Tr的初级连接到电桥电路，且其次级连接到整流电路。变压器可以基于通过其初级的电流在其次级处生成电流，并在电桥电路和整流电路之间提供隔离。
输出整流电路包含二极管D1、D2，它们对次级处的电流进行整流并提供整流电压信号。DC/DC转换器300还包括输出滤波电路，其包括电容器Co，电容器Co提供经滤波的电压信号。负载可以与电容器Co并联连接。应该注意：输出整流电路和输出滤波电路是为了说明的目的而示出的，并且本公开不限于此。可以使用另一种形式的输出整流电路或输出滤波电路。例如，输出整流电路可以包括其他类型的整流器件，例如MOSFET、IGBT等，而不是二极管。输出滤波电路可以包括附加元件，例如附加电感器。
此外，DC/DC转换器还包括具有电流互感器CT1形式的第一电流传感器和具有另一电流互感器CT2形式的第二电流传感器。作为示例，电流互感器CT1可以包含作为其初级的电感器Lr以及作为其次级的绕组Lss1。电流互感器CT1被配置为经由电感器Lr来感测通过变压器Tr的初级的电流。电流互感器CT2可以包括作为其初级的变压器Tr的初级以及包括作为其次级的绕组Lss2。电流互感器CT2被配置为经由初级来感测通过变压器Tr的磁化电感器Lm的电流。基于所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流和所感测的通过磁化电感器Lm的电流获得的差值将被用于确定表征通过次级的电流的信号。
变压器Tr的初级本身可以是绕组，这在实践中是不理想的。不理想的绕组可以等效于并联连接的磁化电感器和理想绕组。也就是说，变压器Tr的初级可以被视为磁化电感器Lm和理想绕组的组合。因此，为了便于描述，图3中的变压器Tr的初级被示出为包括磁化电感器Lm和理想绕组，其是初级的等效电路。然而，应该理解的是：变压器的初级或绕组可以是物理上的单个组件。考虑到该等效电路，通过电感器Lr的电流(即，初级电流或通过初级的电流)是通过理想绕组的电流和通过磁化电感器Lm的电流之和。因此，所感测的通过初级的电流与所感测的来自磁化电感器Lm的电流之间的差值是通过理想绕组的电流。同时，次级电流(即通过次级的电流)仅取决于通过理想绕组的电流。因此，基于所感测的通过变压器Tr的初级的电流和所感测的通过磁化电感器Lm的电流而获得的差值可被用于获得次级电流的理想表征。由于重复使用功率转换器中已经包含的组件(例如，电感器Lr和变压器的初级)，即使对于大负载也没有磁通量饱和的风险。此外，由于所获得的差值可以更准确地反映通过次级的电流，所以即使对于轻负载，也可以恢复通过次级的负载波形并且可以实现更高的准确度。此外，可以基于所确定的通过次级的电流来执行逐周期功能。
DC/DC转换器300还可以包括第一积分器INT1 310和第二积分器INT2 320，如图3所示。第一积分器INT1 310被配置为对所感测的通过变压器Tr的初级的电流进行积分，以获得第一积分电流信号I_Lr。第二积分器INIT2 320被配置为对所感测的通过变压器Tr的磁化电感器Lm的电流进行积分，以获得第二积分电流信号I_Lm。在本公开实施例中，第一积分电流信号I_Lr和第二积分电流信号I_Lm可以分别由以下等式(1)和(2)表示：
其中，ILr表示第一积分电流信号I_Lr；Lr表示电感器Lr的电感；N1表示CT1的匝数比；iLL表示通过初级的电流；ILm表示第二积分电流信号I_Lm；Lm表示初级的磁化电感器Lm的电感；N2表示CT2的匝数比；iLm表示通过磁化电感器Lm的电流。
应当理解：尽管在图3中，DC/DC转换器300被示为包括两个积分器INT1和INT2，但是DC/DC转换器300可以不将它们作为它们的组件并入，这是因为使用次级电流的另一个分开的电路或设备可以包括两个积分器，以对所感测的来自两个电流互感器CT1、CT2的电流进行积分。
图4示意性地示出了根据本公开实施例的用于处理所感测电流信号的示意图。如图4所示，除了第一和第二积分器INT1 410、INT2 420之外，DC/DC转换器还可以包括差值确定单元430。可以向差值确定单元430提供第一和第二积分电流I_Lr、I_Lm以确定I_Lr和I_Lm之间的差，基于该差值可以获得表征通过次级的电流的信号。差值确定单元430可以是例如差分放大器，或可用于确定第一和第二积分电流I_Lr和I_Lm之间的差值的一些其他元件。差值I_sen可以表示为：
Isen＝I_Lr-I_Lm (3)
其中，Isen表示表征次级电流的信号。
出于说明的目的，图5示出了根据本公开实施例的由两个电流互感器所感测的电流和表征次级电流的信号的示例波形。如图5所示，由具有黑色方块的线表示的波形表示第一积分电流I_Lr；由具有黑色圆圈的线表示的波形表示第二积分电流I_Lm；以及由具有黑色三角形的线表示的波形表示差值I_sen。从这些图示的波形可以清楚地看出，电流I_sen是第一和第二积分电流I_Lr和I_Lm之间的差值。应当理解，DC/DC转换器可以不包含差值确定元件430，这是因为使用次级电流的另一个分开的电路或设备可以包括该元件以确定差值I_sen。
该差值I_sen可被用作表征直接通过次级的电流的信号。备选地，差值I_sen可以经受进一步处理。如图4所示，DC/DC转换器还可包括整流器440。整流器440可用于对第一积分电流信号I_Lr与第二积分电流信号I_Lm之间的差值I_sen进行整流。整流器440可以是任何合适的整流器件，例如，如MOSFET、IGBT等的晶体管。
出于说明目的，图6示出了根据本公开实施例的来自整流器440的经整流的信号的示意图。如图6所示，所示波形表示差值I_sen。具有正幅度的上部I_S1可以表征在半开关周期中通过变压器的次级绕组的电流，而具有负幅度的下部I_S2可以表征在另一半开关周期中通过变压器的次级绕组的电流。在整流之后，可以获得两个部分中的任何一个部分，例如I_S1，其可以由另一个电路或设备使用，以例如基于其来执行控制操作。应当理解，DC/DC转换器可以不包含整流器，因为将使用次级电流的另一电路或设备可以包括该整流器以对差值I_sen进行整流。
图7示意性地示出了根据本公开另一实施例的用于处理所感测电流信号的示意图。在图7中，积分器INT1 710和INT2 720和整流器740类似于图4中所示的那些。不同之处在于：积分器INT2 720的输出端子连接到积分器INT1 710的参考端子，并且它不包含差值确定元件。积分器710和720基于它们各自的参考信号来操作。特别地，积分器710包括用于接收输入信号的信号输入端子、提供参考信号的参考端子以及通过对输入信号和参考信号之间的差值进行积分来提供积分信号的输出端子。积分器720具有类似的结构和功能。因此，如果积分器INT2 720的输出I_Lm被设置为INT1 710的参考信号，则来自积分器INT1710的积分电流I_Lr′将是第一积分电流信号I_Lr和第二积分电流信号I_Lm之间的差值I_sen。因此，借助这种连接，不要求附加的差值确定元件。应当理解：DC/DC转换器可以不包含积分器INT1 710、INT2 720和整流器740，这是因为使用次级电流的另一个分开的电路或设备可以包括这些组件。
应该理解：尽管在图3、4和7中，其描述了首先获得至少一个积分电流并且进而确定它们的差值的实施例，但是本公开不限于此。实际上，还可以首先确定所感测的来自变压器Tr的初级的电流与所感测的来自初级的磁化电感器的电流之间的差值，然后对差值进行积分以获得表征通过次级的电流的信号。
还应该理解：尽管上述变压器具有单个绕组结构，但是本公开不限于此。变压器可以具有其他结构，如并联绕组结构。在这种情况下，可以检测通过并联绕组的相应磁化电感器的相应电流，并且可以基于差值来确定电流I_sen，该差值是根据所感测的来自变压器Tr的初级的电流和通过相应的磁化电感器的相应电流的总和来获得的。备选地，由于通常在并联绕组之间存在预定的关系，因此可以仅感测通过相应磁化电感器的相应电流中的一个，并且可以基于所感测电流和预定关系来确定其他电流。
另外，还提供了用于具有并联绕组的另一种功率转换器的解决方案，这将在下文中参考图8至10进行描述。
图8还示出了根据本公开实施例的具有并联绕组的示例DC/DC转换器的示意图。如图8所示，DC/DC转换器800包括具有电桥电路形式的输入转换电路。该电桥电路由以全桥拓扑连接的开关S1、S2、S3和S4(如二极管、MOSFET、IGBT等)形成。电桥电路从源VIN接收输入DC电压并将输入电压转换为方波。应当理解：电桥电路是转换电路的示例，并且本公开不限于此。例如，还可以使用另一种形式的输入转换电路来执行输入转换。电桥电路不限于全桥拓扑。例如，电桥电路可以使用半桥拓扑。开关可以具有其他类型，如MOSFET、IGBT等。
DC/DC转换器800还包括具有初级和次级的变压器Tr。变压器Tr的初级连接到电桥电路，且其次级连接到整流电路。特别是，变压器Tr采用至少两个并联绕组。作为示例，在图8中，该初级具有带有并联连接的两个绕组Wa、Wb的初级。该次级具有两个次级绕组，每个次级绕组具有两个并联连接的绕组。应当理解：初级或次级绕组的数量是说明性的。可以使用更多的初级或次级绕组。
输出整流电路包含二极管D1、D2，它们对次级处的电流进行整流并提供经整流的电压信号。DC/DC转换器800还包括输出滤波电路，该输出滤波电路包括电容器Co和电感器Lo，输出滤波电路可以提供经滤波的电压信号。负载可以与电容器Co并联连接。应该注意：输出整流电路和输出滤波电路是为了说明的目的而示出的，并且本公开不限于此。可以使用另一种形式的输出整流电路或输出滤波电路。例如，输出整流电路可以包括其他类型的整流器件，如MOSFET、IGBT等来代替二极管。输出滤波电路可以包括更多或更少的元件。
为了减少并联绕组之间的功率循环，特别是对于初级，DC/DC转换器800还可以包括至少两个电容器，例如Ca和Cb。特别地，并联绕组中的至少两个绕组分别与至少两个电容器中的不同电容器串联连接。优选地，DC/DC转换器800中包括的所有并联绕组分别串联连接到至少两个电容器中的不同电容器。例如，电容器Ca连接到两个并联绕组中的绕组Wa，且电容器Cb连接到两个并联绕组中的绕组Wb。
如背景技术部分所介绍，当两个并联绕组之间存在失配时，可能会导致电压差；如果没有电容器，则由于电压差而将生成功率循环。由于电容器Ca和Cb，电压差将使电容器Ca被充电并且电容器Cb被放电或者使电容器Ca被放电并且电容器Cb被充电，这取决于电压差的符号。因此，能量将在两个电容器之间交换，并且将不会生成不期望的功率循环。由于绕组Wa和Wb之间没有功率循环，因此将不会导致初级电流和次级RMS值增加。同时，它还可以解决参考图2中的DC/DC 200所提到的磁通量不平衡问题，这是因为它也可以消除变压器的磁通量差的积累。
图9示出了根据本公开另一实施例的具有并联绕组的示例DC/DC转换器的示意图。在图9中，输入转换、变压器和输出整流电路类似于图8中所示的那些。不同之处在于：在DC/DC转换器900中使用LCC拓扑并且输出滤波电路仅包含电容器Co。DC/DC转换器900还包含电感器Lr以及用于降低功率循环的电容器Cr1和Cr2，电容器Cr1和Cr2一起用作用于形成LLC拓扑的电容器。换句话说，电感器Lr、磁化电感器Lma和Lmb以及与其串联连接的电容器Cr1和Cr2形成LLC电路。
图10示出了参考图8或9描述的具有功率循环减少方案的解决方案与没有功率循环减少方案的已有解决方案之间的初级电流RMS值比较的示意图。具有小菱形块的线指示具有功率循环减少方案的初级电流RMS值，其是从如图9所示的DC/DC转换器获得，而具有小方块的另一条线指示没有功率循环减少方案的初级电流RMS值，其从传统的DC/DC获得。从图10中清楚地看出：根据如本公开中提出的解决方案，随着失配的增加，初级电流RMS值可以保持为低；而在已有解决方案中，它随着失配的增加而显著增加。因此，它可以实现良好的功率循环消除效果，并提供更好的效率性能。
可以理解：尽管已经主要参考本公开的示例实施例描述了本公开，但是本公开不限于此。例如，在本公开中，本文中描述的构思和原理，尤其是参考图8至10描述的那些构思和原理不限于DC/DC转换器。本公开可用于任何功率转换器，特别是具有用于初级的至少两个并联绕组的功率转换器，其中，次级可以使用或不使用并联绕组。本公开还可以用于具有使用任何其他结构来代替电桥电路的输入转换电路的任何功率转换器。此外，还可以针对每个并联绕组来串联连接多于一个的电容器。在存在三个或更多个并联绕组的情况下，可以仅将部分(至少两个)并联绕组与电容器串联连接。然而，可以理解的是，优选的是，每个并联绕组串联连接到电容器，这是因为在这种情况下，可以实现更好的功率循环减少效果。
而且，还应该理解：参考图3至7描述的构思和原理可以与参考图8至10描述的那些加以组合以获得组合优势。例如，在参考图3描述的实施例中，当变压器的初级包括至少两个并联绕组时，在并联绕组之间也可能存在失配的可能性。在这种情况下，转换器300还可以包括至少两个附加电容器。至少两个并联绕组可以分别串联连接到至少两个附加电容器中的不同电容器。优选地，可以省略电容器Cr，并且至少两个附加电容器可以用作用于形成LLC拓扑的电容器。
尽管本说明书包含许多具体实现细节，然而这些具体实现细节不应被解释为对可以要求保护的任何实现的范围的限制，而是解释为对可以特定于具体实现的具体实施例的特征的描述。在本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的特定特征也可以以组合的形式实现在单个实施例中。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开地或以任何合适的子组合实现。此外，虽然特征可以在上面描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
对于本领域技术人员将显而易见的是：随着技术的进步，本发明的构思可以以各种方式实现。给出上述实施例是为了描述而不是限制本公开，并且应当理解：在不脱离本领域技术人员容易理解的本公开的精神和范围的情况下，可以采用修改和变化。这些修改和变化被认为在本公开和所附权利要求的范围内。本公开的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (13)

1.一种功率转换器(300)，包括：
具有初级和次级的变压器(Tr)；
与变压器(Tr)的初级串联连接的电容器(Cr)和电感器(Lr)，其中，电容器(Cr)、电感器(Lr)和变压器(Tr)的初级的磁化电感器(Lm)形成电感器-电感器-电容器LLC谐振电路；
第一电流传感器(CT1)，包括所述电感器(Lr)，并且被配置为经由所述电感器(Lr)来感测通过变压器(Tr)的初级的电流；以及
第二电流传感器(CT2)，包括所述初级，并且被配置为经由所述初级来感测通过变压器(Tr)的磁化电感器(Lm)的电流，
其中，表征通过次级的电流的信号是根据差值来确定的，所述差值是基于所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流和所感测的通过磁化电感器(Lm)的电流来获得的。
2.根据权利要求1所述的功率转换器(300)，还包括：
第一积分器(310、410、510)，被配置为对所感测的通过变压器(Tr)的初级的电流进行积分，以获得第一积分电流信号(I_Lr)；以及
第二积分器(320、420、520)，被配置为对所感测的通过变压器(Tr)的磁化电感器(Lm)的电流进行积分，以获得第二积分电流信号(I_Lm)。
3.根据权利要求2所述的功率转换器(300)，还包括：
差值确定元件(430)，被配置为确定第一积分电流信号(I_Lr)和第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值，使得能够基于所确定的差值来获得表征通过变压器(Tr)的次级的电流的信号。
4.根据权利要求2所述的功率转换器(300)，其中，所述第二积分器(520)的输出端子连接到所述第一积分器(510)的参考端子，使得所述第一积分器(510)提供所述第一积分电流信号(I_Lr)和所述第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值。
5.根据权利要求3或4所述的功率转换器(300)，还包括：
整流器(440、740)，用于对第一积分电流信号(I_Lr)和第二积分电流信号(I_Lm)之间的差值进行整流。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率转换器(300)，其中，
初级至少包括并联连接的第一绕组和第二绕组；以及
第一绕组与第一电容器(Ca、Cr1)串联连接，以及第二绕组与第二电容器(Cb、Cr2)串联连接。
7.根据权利要求6所述的功率转换器(300)，其中，所述第一电容器(Cr1)和所述第二电容器(Cr2)一起用作用于形成LLC谐振电路的所述电容器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率转换器(300)，其中，
所述功率转换器(300)是直流到直流(DC/DC)转换器；以及
所述功率转换器(300)还包括：电桥电路(S1、S2、S3、S4)，其连接到串联连接的所述电容器(Cr)、所述电感器(Lr)和变压器(Tr)的初级；输出整流电路(D1、D2)，其连接到变压器(Tr)的次级；以及输出滤波电路(Co)。
9.一种功率转换器(800、900)，包括：
变压器(Tr)，具有初级和次级，其中，初级包括至少两个并联绕组；以及
至少两个电容器(Ca、Cb、Cr1、Cr2)；
其中，所述并联绕组中的至少两个绕组分别与至少两个电容器(Ca、Cb、Cr1、Cr2)中的不同电容器串联连接。
10.根据权利要求9所述的功率转换器(800、900)，还包括：
电感器(Lr)，与所述变压器的初级串联连接，
其中，所述电感器(Lr)、变压器(Tr)的所述至少两个并联绕组的磁化电感器(Lma、Lmb)和串联连接到所述至少两个并联绕组的所述至少两个电容器(Cr1、Cr2)形成电感器-电感器-电容器LLC谐振电路。
11.根据权利要求9或10所述的功率转换器(800、900)，其中，
所述功率转换器(800、900)是直流到直流(DC/DC)转换器；以及
所述功率转换器(800、900)还包括：输入转换电路(S1、S2、S3、S4)，其通过所述至少两个电容器(Ca、Cb、Cr1、Cr2)连接到所述变压器的初级；输出整流电路(D1、D2)，其连接到变压器(Tr)的次级；以及输出滤波电路(Co)。
12.根据权利要求11所述的功率转换器(800、900)，其中，所述输入转换电路包括电桥电路(S1、S2、S3、S4)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的功率转换器(800、900)，其中，所述功率转换器中包括的所述至少两个并联绕组中的每一个绕组串联连接到所述至少两个电容器中的不同的一个电容器(Ca、Cb、Cr1、CR2)。
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