CN111771326A - 包含并联转换器的ac到dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及针对一种装置的技术。所述装置包含：AC整流器，用于从交流(alternating current，AC)信号中生成一个或多个整流信号；包含正线和负线的母线；连接在所述正线和所述负线之间的并联转换器；耦合到所述并联转换器的大容量电容器。所述母线与所述AC整流器连接，以接收所述正线和所述负线之间的所述整流信号中的第一整流信号。所述装置包括控制器，用于在第一模式和第二模式下运行所述并联转换器，其中在所述第一模式下将来自所述AC整流器的所述整流信号中的第二整流信号的能量存储在所述大容量电容器中；在所述第二模式下将存储在所述大容量电容器中的所述能量释放到母线上，以至少在所述第二模式的初始阶段内增大所述母线上的电压。

Description

包含并联转换器的AC到DC转换器
优先权要求
本申请要求2018年2月15日递交的发明名称为“包含并联转换器的AC到DC转换器(AC to DC Converter with Parallel Converter)”的第62/631,217号美国临时申请案以及2018年6月13日递交的发明名称为“AC to DC Converter with Parallel Converter(包含并联转换器的AC到DC转换器)”的第16/007,731号美国申请案的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
下面总体上涉及交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器领域。
背景技术
AC到DC转换器是一种电力转换器。AC到DC转换器也可以称为AC到DC适配器。AC到DC转换器有多种用途，其中一种用途是对电子设备充电，电子设备可以是移动电话、笔记本型机、笔记本电脑等。例如，用户可以将AC到DC转换器插入到AC电源插座(例如，壁式插座)以对便携式电子设备中的电池充电。AC到DC转换器的另一种用途是为没有用于从AC电源中获得所需直流电的内部电路的电子设备提供电源。
发明内容
根据本发明一方面，提供了一种装置。所述装置包括：AC整流器，用于从交流(alternating current，AC)信号中生成一个或多个整流信号；包含正线和负线的母线。所述母线与所述AC整流器连接，以接收所述正线和所述负线之间的所述一个或多个整流信号中的第一整流信号。所述装置还包括连接在所述母线的所述正线和所述负线之间的并联转换器。所述并联转换器与所述AC整流器连接，以接收所述一个或多个整流信号中的第二整流信号。所述装置还包括耦合到所述并联转换器的大容量电容器。所述装置还包括控制器，用于在第一模式和第二模式下运行所述并联转换器，其中在所述第一模式下将来自所述一个或多个整流信号中的所述第二整流信号的能量存储在所述大容量电容器中；在所述第二模式下将存储在所述大容量电容器中的所述能量释放到所述母线上，以至少在所述第二模式的初始阶段内增大所述母线上的电压。
可选地，在上述方面中，所述控制器还用于：在所述第一模式下运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值。
可选地，在任一上述方面中，所述控制器还用于：在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止在所述第一模式下对所述大容量电容器充电。
可选地，在任一上述方面中，在所述第二模式的初始阶段内，将所述母线上的电压的幅值增大到所述大容量电容器上的电压的幅值。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器用于：在所述第一模式期间，在升压模式下运行，以使用来自所述AC整流器的所述一个或多个整流信号中的所述第一整流信号将能量存储在所述大容量电容器中。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器用于：在所述第二模式的初始阶段，在降压模式下运行，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器用于：在所述第二模式的初始阶段，在短路模式下运行，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
可选地，在任一上述方面中，所述控制器还用于：在所述第二模式的第一阶段内切换所述并联转换器中的晶体管，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压；在所述第二模式的第二阶段内将所述大容量电容器与所述母线短接，以在不切换所述晶体管的情况下将所述母线上的电压保持在最低指定母线电压处或以上。
可选地，在任一上述方面中，所述一个或多个整流信号中的所述第一整流信号和所述第二整流信号是相同的整流信号。
可选地，在任一上述方面中，所述装置还包括耦合在所述母线和所述装置的DC输出端之间的电压转换器，其中所述电压转换器用于转换来自所述母线的电压并将所述转换后的电压提供给所述DC输出端。
根据本发明另一方面，提供了一种运行交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器的方法。所述方法包括：所述AC到DC转换器中的AC整流器的输入端接收AC信号；所述AC整流器对所述AC信号进行整流，得到一个或多个整流信号；将所述一个或多个整流信号中的第一整流信号提供给包含正线和负线的母线。所述方法还包括：控制连接在所述母线的所述正线和所述负线之间的并联转换器，以：在第一模式内使用所述一个或多个整流信号中的第二整流信号将能量存储在耦合到所述并联转换器的大容量电容器中；将存储在所述大容量电容器中的所述能量释放到所述母线上，以至少在第二模式的初始阶段内增大所述母线上的电压。
可选地，在任一上述方面中，在所述第一模式下控制所述并联转换器还包括：运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值。
可选地，在任一上述方面中，在所述第一模式下控制所述并联转换器还包括：在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止将电荷从所述母线传送到所述大容量电容器上。
可选地，在任一上述方面中，在所述第二模式下控制所述并联转换器还包括：在所述第二模式的第一阶段，在降压模式下运行所述并联转换器，以使用在所述第一模式内存储在所述大容量电容器中的能量增大所述母线上的电压；在所述第二模式的第二阶段内将所述大容量电容器与所述母线短接，在没有在所述降压模式下运行所述并联转换器的情况下将所述母线上的电压保持在最低指定母线电压处或以上。
根据本发明又一方面，提供了一种交流(alternating current，AC)到直流(alternating current，DC)转换器，包括：包含正线和负线的母线；包含输入端和一个或多个输出端的AC整流器。所述一个或多个输出端中的第一输出端连接在所述母线的所述正线和所述负线之间。所述AC整流器用于：对所述输入端接收的AC电压进行整流，将第一整流电压提供给所述一个或多个输出端中的所述第一输出端，将第二整流电压提供给所述一个或多个输出端中的第二输出端。所述AC到DC转换器还包括与所述AC整流器的所述第二输出端连接的并联转换器。所述并联转换器包含与所述正线连接的第一端子、与所述负线连接的第二端子，以及第三端子。所述AC到DC转换器还包括耦合在所述并联转换器的所述第三端子和所述负线之间的大容量电容器。所述AC到DC转换器还包括控制器，用于(i)在第一模式下运行所述并联变换器，其中所述并联变换器在所述第一模式下使用来自所述AC整流器的所述第二整流电压将能量存储在所述大容量电容器中；(ii)在第二模式下运行所述并联转换器，其中存储在所述大容量电容器中的能量在所述第二模式下释放到所述母线上。在至少所述第二模式的初始阶段内，使用存储在所述大容量电容器中的能量增大所述母线上的电压。所述AC到DC转换器还包括串联耦合在所述母线和所述AC到DC转换器的DC输出端之间的DC到DC转换器。所述DC到DC转换器用于将所述母线上的电压转换为所述DC输出端处的DC输出电压。
可选地，在上述方面中，所述控制器还用于：在所述第一模式下运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值；在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止在所述第一模式下将能量存储在所述大容量电容器中。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器包括：包含第二端子和与所述AC整流器的所述第二输出端连接的第一端子的电感器；连接在所述电感器的所述第二端子和所述母线的所述负线之间的第一开关；连接在所述电感器的所述第二端子和所述大容量电容器的第一端子之间的第二开关。所述大容量电容器的第二端子与所述母线的所述负线连接。所述控制器用于：在所述第一模式下控制所述第一开关，以将所述能量存储在所述大容量电容器中，以及在所述第二模式内控制所述第二开关，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器还包括耦合在所述大容量电容器的所述第一端子和所述母线的所述正线之间的第三开关。所述控制器用于控制所述第三开关，以在所述第二模式内将所述大容量电容器与所述母线短接。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器还包括耦合在所述第三开关和所述母线之间的电感器。
可选地，在任一上述方面中，所述并联转换器还包括耦合在所述第三开关和所述母线之间的热敏电阻器。
提供本发明内容以用简化形式介绍下文在具体实施例中进一步描述的概念选择。本发明内容不旨在确定所要求保护的主要特征或基本特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
本发明各方面通过举例的方式示出但不受附图的限制，附图中相同的参考标记表示元件。
图1示出了AC到DC转换器。
图2A和图2B示出了图1中的AC到DC转换器上的电压。
图2C示出了图1中的AC到DC转换器上的电压和电流。
图3A为包含并联转换器的AC到DC转换器的一个实施例的图。
图3B为包含并联转换器的AC到DC转换器的一个实施例的图。
图4为AC到DC转换器的一个实施例的图。
图5A为在运行图4中的AC到DC转换器期间的电压的一个实施例的时序图。
图5B为在运行图4中的AC到DC转换器期间的电压的另一个实施例的时序图。
图5C示出了在升压阶段的一个实施例期间的一种可选切换。
图6A示出了AC到DC转换器的一个实施例，该AC到DC转换器中的并联转换器202包含与母线的正线连接的两个端子。
图6B为AC到DC转换器的一个实施例的图，该AC到DC转换器是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。
图7为AC到DC转换器的一个实施例的图，该AC到DC转换器是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。
图8为AC到DC转换器的一个实施例的图，该AC到DC转换器是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。
图9示出了在运行AC到DC转换器的各种实施例期间的电压的一个实施例。
图10A为AC到DC转换器的一个实施例的框图。
图10B为AC到DC转换器的一个实施例的示意图，该AC到DC转换器是图10A中的AC到DC转换器的一个实施例。
图11为DC到DC转换器的一个示例，该DC到DC转换器可以用于本文公开的任一个AC到DC转换器中的DC到DC转换器。
图12为AC到DC转换器中的控制器的一个实施例的图，示出了控制器输出的示例性控制信号。
图13为运行AC到DC转换器的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现将参考附图对本发明进行描述。本发明一般涉及一种包含并联转换器的AC到DC转换器和一种运行AC到DC转换器的方法。AC到DC转换器包含一个大容量电容器，这有助于将母线电压保持在指定的电压电平之上。并联变流器可以用于对大容量电容器充电和放电，这使得大容量电容器的电容能够大大减小。减小电容使得大容量电容器的尺寸大大减小。例如，为了将母线电压保持在指定的电压电平之上，AC到DC转换器没有使用大型电解电容器，而是包含一个更小的陶瓷电容器。这大大减小了AC到DC转换器的尺寸。
应当理解的是，本发明当前实施例可以通过许多不同形式来实施，并且权利要求书范围不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本发明透彻和完整，并且会向本领域技术人员充分地传达本发明。实际上，本发明旨在涵盖这些实施例的替代方案、修改和等效物，这些替代方案、修改和等效物包括在所附权利要求书所界定的本发明范围和精神中。此外，在本发明当前实施例的以下详细描述中，阐述了许多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明当前实施例。
图1示出了AC到DC转换器。一般而言，AC到DC转换器100包括由二极管104a、104b、104c、104d组成的二极管电桥，桥臂电容器106，DC到DC转换器108和负载电容器110。示出了两个接地134、136，分别位于DC到DC转换器108的两侧。需要说明的是，DC到DC转换器108可以实现其输入端和输出端之间的电隔离，并且接地134不一定与接地136电气连接。需要说明的是，负载电容器110不一定是AC到DC转换器100的一部分，但可以表示与AC到DC转换器100连接的负载。AC到DC转换器100与AC电源102连接。众所周知，AC电源102提供包含AC电压和AC电流的AC信号。AC电源102在本文还称为AC电压源。
二极管电桥连接在电线128和接地134之间。二极管电桥用作对来自AC电源102的AC信号进行整流的整流级。二极管电桥可以对AC电压和AC电流都进行整流。桥臂电容器106也连接在电线128和接地134之间。桥臂电容器106上的电压称为VBRIDGE_CAP。电线128与接地134之间的电压可以称为母线电压。
图2A示出了图1中的二极管电桥产生的整流电压。如图所示，整流电压120是在不包含AC到DC转换器100中的任何其它电路元件的情况下产生的。例如，整流电压120可以在不包含桥臂桥臂电容器106的情况下由图1中的二极管电桥产生。图2A包含一个电压轴和一个时间轴。需要说明的是，对于DC到DC转换器108，图2A中的整流电压120的幅值有时太低。例如，DC到DC转换器可能需要约80伏特到90伏特才能有效运行。在一些情况下，DC到DC转换器108可能存在指定的最低输入DC电压。因此，DC到DC转换器108的输入端处的电压需要保持在指定的最低DC电压以上。
再次参考图1，通过使用电容合适的桥臂电容器106，DC到DC转换器108的输入端处的电压可以保持在指定的最低DC电压以上。需要说明的是，满足桥臂电容器106上的目标电压所需的桥臂电容可以取决于与AC到DC转换器连接的负载。在图1中，负载由负载电容器110表示。桥臂电容器106能够避免VBRIDGE_CAP下降到指定的最低DC电压以下。图2A中的虚线122示出了在任意负载条件和第一桥臂电容下的电压VBRIDGE_CAP。虚线122表示电压VBRIDGE_CAP达到Vpeak的峰值，然后下降到V1。
图2B示出了图1中的电路在任意负载条件(参考中图2A的示例)和第二桥臂电容下的电压。在这种情况下，第二桥臂电容小于第一桥臂电容(参考图2A中的示例)。更具体地，图2B示出了在不包含AC到DC转换器100的任何其它电路元件的情况下由图1中的二极管电桥本身产生的整流电压120。图2B中的线条124表示在任意负载条件和小于第一桥臂电容的第二桥臂电容下的电压VBRIDGE_CAP。例如，每种情况下的任意负载可以是45瓦特(W)。第一桥臂电容可以为220微法拉(μF)，而第二桥臂电容可以为68μF。需要说明的是，由于桥臂电容变低，VBRIDGE_CAP下降到V2，小于V1(其中，V1的幅值与图2A中的幅值相同)。如上所述，如果VBRIDGE_CAP下降得太低，这可能会影响AC到DC转换器的运行。例如，DC到DC转换器108可能无法正常或有效运行。因此，AC到DC转换器100可能需要包含相对较大的桥臂电容器106。需要说明的是，对于一些AC到DC转换器，位于整流器的输出端侧的桥臂电容器的尺寸可能会占AC到DC转换器的30％到60％。
因此，由于存在低频AC线路电压(例如，50Hz或60Hz)，图1中的AC到DC转换器100可能需要非常大的桥臂电容器106。例如，在45W负载下，可能需要68μF电容器才能将桥臂电容器106上的整流电压保持在100V附近或以上。
而且，AC电源102的特性会根据地理区域的不同而有所变化。例如，在一些地理区域中，AC电源通常为110伏特(RMS)，而在其它地理区域中，AC电压源通常为220伏特(RMS)。AC到DC适配器可以设计为在这种宽范围电压下运行。这意味着峰值整流电压(VPEAK)可以高达380V。因此，桥臂电容器106必须具有至少380V的额定电压(需要说明的是，这通常意味着使用400V的额定电压)。对于一个400V、68μF电容器或两个400V、33μF的电容器，可行的经济选择是使用铝电容器或电解电容器。然而，这种额定电压和电容下的铝电容器或电解电容器与图1所示的AC到DC适配器中的其它组件相比非常大。
图2C示出了图1中的电路100的电压相对于时间以及电流相对于时间。参考图2C，以说明需要具备图1设计的大型桥臂电容器。如图所示，由二极管电桥产生的整流电压120假设二极管电桥的输出端侧不存在电容器(例如，桥臂电容器106)，而线条132表示假设存在任意尺寸的桥臂电容器106下的电压VBRIDGE_CAP。这个电压可以称为整流DC电压。需要说明的是，整流DC电压达到Vpeak，然后下降到Vmin(参见电压轴)。线条130表示桥臂电容器106的电流。电流轴上标有峰值电流(Ipeak)。
对于低压AC输入(例如，100V RMS，60Hz)，桥臂电容器106上的峰值整流电压(VPEAK)约为1.414×100V＝141.4V。为了论述，假设桥臂电容器106上的最低所需电压(VMIN)为100V。还假设负载为45W恒定功率，并且DC到DC转换器108具有90％的效率(η)。整流DC电压(或桥臂电容器106的电压)在两倍的线路频率(例如，120Hz或8.333ms周期)下带有纹波。当线路电压(例如，在电线128上)高于100V时且在峰值电压之后的短时间段内，AC电源102提供能量。因此，AC电源102的供电时间大约略少于每个8.333ms周期的四分之一(约2ms)，所以桥臂电容器106必须在每半个线路周期内持续约6.333ms的时间将能量提供给负载。假设当电容器开始将能量释放到负载上时，电容器的电压接近峰值电压141.4V，则桥臂电容器的最小电容可以根据等式1至等式3来估算。
1/2×Cbridge×(Vpeak^2-Vmin^2)＝(Power/η)×t_dischrg (等式1)
Cbridge＝2×(Power/η)×t_dischrg/(Vpeak^2-Vmin^2) (等式2)
Cbridge＝2×(45/90％)×6.333m/(141^2-100^2)＝64μF (等式3)
上述内容表明了图1中的桥臂电容器106可以使用单个68μF电容器，也可以使用两个33μF电容器。
图3A为包含并联转换器的AC到DC转换器的一个实施例的图。AC到DC转换器200包括带有正线220a和负线220b的母线。母线的负线220b与第一接地222连接。在运行期间，正线220a相对于负线220b处于正电压。并联转换器202包含与正线220a连接的第一端子(T1)以及与负线220b连接的第二端子(T2)。在本文中，这种情况称为并联连接(相对于母线)。并联转换器202包含与大容量电容器208连接的第三端子(T3)。并联转换器202可以包含其它端子。例如，并联转换器202可以包含与正线220a连接的多个端子连接以及与负线220b连接的多个端子。
并联转换器202不位于母线和负载(表示为CLOAD 216)之间的主电源通路上。例如，并联转换器202没有连接在正线220a和输出线225之间。换句话说，并联转换器202与输入到输出主电源通路不串联。因此，并联转换器202产生很少能量损失或没有能量损失。所以并联转换器202的位置设置实现了高效率。相反，DC到DC转换器212位于主电源通路上。DC到DC转换器212包含与正线220a连接的输入端VDCIN+以及与负线220b连接的输入端VDCIN-。DC到DC转换器212包含与输出线225连接的第一输出端VDCOUT+以及与第二接地224连接的第二输出端VDCOUT-。负载电容器216连接在DC到DC转换器212的第一输出端VDCOUT+和第二输出端VDCOUT-之间。此外，需要说明的是，负载电容器216不一定是AC到DC转换器200的一部分，但可以表示与AC到DC转换器200连接的DC输出端的负载。这同样适用于本文公开的其它AC到DC转换器。
AC到DC转换器200包含AC整流器201，AC整流器201包含用于与AC电源102连接的输入端(Vin+，Vin-)。AC电源102可以是常用于家庭、办公室等的电源插座。AC电源102提供包含AC电压和AC电流的AC信号。AC整流器201对输入AC信号进行整流并在其一个或多个输出端处提供整流信号。AC整流器201包含正输出端(Vout+)和负输出端(Vout-)，这两者在母线的正线220a和负线220b之间提供整流信号(例如，整流电压、整流电流)。
AC到DC转换器200包含与并联转换器202耦合的大容量电容器208。在本示例中，大容量电容器208包含与母线的负线220b(或第一接地222)连接的第一端子。大容量电容器208包含与并联转换器202连接的第二端子。在本示例中，与并联转换器202连接的第二端子与并联转换器202的端子T3连接。在一个实施例中，并联转换器202包含内部组件，用于在运行期间的某些时间内通过端子T1将大容量电容器208与母线的正线220a连接。需要说明的是，可以存在一个或多个电路组件(例如，电感器、晶体管等)与大容量电容器208串联。因此，大容量电容器208的第二端子不一定与正线200a直接连接。将大容量电容器208与正线200a连接(将大容量电容器208的第一端子与负线220b连接)可以实现使用存储在大容量电容器208中的能量对母线充电。
需要说明的是，为了说明，本文将大容量电容器208描述为与并联转换器202的端子连接。大容量电容器208可以视为并联转换器202的一部分。因此，在整个文档中，每当将大容量电容器208描述为与并联转换器202连接(或耦合)时，该词组将理解为包含大容量电容器208是并联转换器202的一部分。另外，本文中的术语“连接”可以指直接连接或间接连接。
控制器214用于提供控制信号226以控制并联转换器202的运行。例如，控制信号226可以用于并联转换器202中的晶体管的栅极电压。在一个实施例中，控制器214在线路220a和220b之间输入母线电压(可以称为VBUS)。在一个实施例中，控制器214根据VBUS生成控制信号226。控制器214可以根据其它信号和/或参数生成控制信号226。
在一个实施例中，控制器214在第一模式和第二模式下运行并联转换器202，来自AC整流器201的整流信号在第一模式下对大容量电容器208充电，大容量电容器208在第二模式下向母线放电。在一个实施例中，AC整流器201的Vout+和Vout-之间提供的整流信号在第一模式下对大容量电容器208充电。
在第一模式下，并联转换器202可以使用整流信号将能量存储在大容量电容器208中。在第一模式下，可以将大容量电容器208上的电压的幅值增大到大于线路220a和220b之间的电压(例如，VBUS)的幅值。在第二模式下，可以将存储在大容量电容器208中的能量释放到母线上。至少在第二模式的初始阶段内，可以使用存储在大容量电容器208中的能量来增大线路220a和220b之间的电压(例如，VBUS)。
在一个实施例中，当AC输入电压(绝对值)高于100V时，可以对大容量电容器208充电，使得电压高于低压AC峰值电压。例如，可以对大容量电容器208充电，达到380V。需要说明的是，这是与高压AC峰值电压相同/相似的电压电平，因此，大容量电容器208没有额定电压损失。在一个实施例中，充电周期大约在AC线路电压下降到100V时结束。因此，AC电源102将能量提供给负载的时长约为周期的一半，即4.16m。在一个实施例中，在AC线路电压下降到(或接近)100V后，可以停止充电过程，同时开始释放大容量电容器208中的能量。可以使用所释放的能量对母线和负载充电。
可以通过与针对桥臂电容器106论述的方式类似的方式估算大容量电容器208的最小所需大容量电容。下面的等式4和等式5类似于上面的等式1和等式2，只是使用Cbulk代替Cbridge。等式6描述了类似于上面等式3的计算方式。需要说明的是，等式6中的值与等式3中的值(用于估算桥臂电容106的最小所需电容)之间的一个差异在于，电容器上的峰值电压在等式6中要高得多(380V相对于141V)。第二个差异是，放电时间在等式6中更短。
1/2×Cbulk×(Vpeak^2-Vmin^2)＝(Power/η)×t_dischrg (等式4)
Cbulk＝2×(Power/η)×t_dischrg/(Vpeak^2-Vmin^2) (等式5)
Cbulk＝2×(45/90％)×4.16m/(380^2-100^2)＝3μF (等式6)
等式6表明大容量电容器208可以选择使用单个3μF电容器或两个1.5μF电容器。需要说明的是，这比图1中桥臂电容器106使用的单个68μF电容器或两个33μF电容器要小得多。由于大容量电容器208的电容值较小，因此可以使用一个或多个陶瓷电容器。陶瓷电容器的体积通常比电解电容器小得多，例如，图1中的桥臂电容器106可能需要这种电解电容器。例如，可以使用两个2.2μF的TDK C5750X6S2W225K250KA陶瓷电容器。在本示例中，尺寸为5.7mm×5mm×2.5mm。相比之下，33μF电解电容器的尺寸可能为12.5mm×12.5mm×26.5mm。对于本示例，电容器的体积减小约98％。即使考虑到并联转换器202中的组件(例如，晶体管和电感器)，也可以将图1中的桥臂电容器106的体积减小50％以上。
图3B为包含并联转换器的AC到DC转换器的一个实施例的图。图3B中的AC到DC转换器240进一步描述了AC整流器201的一个实施例的详细内容。AC整流器201包含由二极管204a至204b组成的二极管电桥。二极管电桥包含的输入端包含第一端子218a(即Vin+)和第二端子218b(即Vin-)。第一端子218a位于二极管204a的正极和二极管204b的负极的结点处。第二端子218b位于二极管204c的正极和二极管204d的负极的结点处。AC电源102连接在第一端子218a和第二端子218b之间。
二极管电桥包含位于母线的正线220a和负线220b之间的输出端。二极管204a和204c的负极与正线220a连接。二极管204b和204d的正极与母线的负线220b(也称为接地)连接。滤波电容器C0 206连接在二极管电桥的输出端之上。滤波电容器C0 206的电容可能比图1中的桥臂电容器106的电容小得多。例如，滤波电容器C0 206可能只有0.1微法拉。
图4为包含并联转换器的AC到DC转换器的一个实施例的图。图4中的AC到DC转换器300是图3A中的AC到DC转换器200的一个实施例。图4中的AC到DC转换器300还是图3B中的AC到DC转换器240的一个实施例。图4进一步示出了并联转换器202的一个实施例的详细内容。并联转换器202包括电感器L1 302、开关Q1 304和开关Q2 306。在一个实施例中，开关Q1304包括一个晶体管。在一个实施例中，开关Q2 306包括一个晶体管。开关Q1 304、Q2 306可以分别实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、绝缘栅极双极型晶体管(insulated-gate bipolartransistor，IGBT)，或者双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)或双极晶体管，但不限于此。在图4中，将开关Q1 304、Q2 306示为NMOS设备，其中所示的二极管是固有的体二极管，而不是单独的元件。
在本实施例中，电感器L1 302包含与母线的正线220a连接的一个端子。需要说明的是，这也是AC整流器201的输出端的正极端子。电感器L1 302的第二端子与开关Q1 304的一个端子连接。开关Q1 304的另一个端子与第一接地222(或负线220b)连接。并联转换器202包含开关Q2 306，开关Q2 306包含的一个端子与大容量电容器208的一个端子连接(大容量电容器208的另一个端子与第一接地222连接)。开关Q2 306的第二端子与电感器L1302和开关Q1 304的共结点连接。
在这种配置中，电感器L1 302的与正线连接的端子是端子T1的一个示例，开关Q1304的与第一接地222连接的端子是端子T2的一个示例，开关Q2 306的与大容量电容器208连接的端子是端子T3的一个示例。
需要说明的是，为了简化图，图4中未示出控制器214。控制器214可以用于为开关Q1 304和开关Q2 306的栅极提供控制信号(例如，控制信号226)。
图5A为图4中的AC到DC转换器300运行期间的电压的一个实施例的时序图。AC输入电压550是指AC电源102提供的AC电压。AC输入电压可以处于低压(例如，110V RMS)、高压(例如，220V RMS)或一些其它幅值。需要说明的是，t0到t4之间的时间等于AC电压周期时间的一半。还示出了母线电压VBUS 556和大容量电容器的电压VBULK 558。母线电压VBUS 556是指例如图4中的线路220a和220b之间的电压。大容量电容器的电压VBULK 558是指例如图4中的大容量电容器208上的电压。需要说明的是，在本实施例中，不允许母线电压VBUS低于VMIN。电压VMIN是母线上允许的最小电压，以使AC到DC转换器300正常运行。例如，VMIN可以是为了DC到DC转换器212能够正常运行而指定的最低电压。
Q1栅极电压552和Q2栅极电压554可以由控制器214提供。如图5A所示，Q1栅极电压在t1到t2之间进行切换。然而，Q1栅极电压最早可以在t0处开始切换。Q1栅极电压进行切换的周期称为升压阶段。当Q1栅极电压进行切换时，将能量存储在大容量电容器208中。换句话说，在升压阶段内对大容量电容器208充电。在一个实施例中，从AC电源102提供能量。需要说明的是，大容量电容器208上的电压在升压阶段显著升高。还需要说明的是，VBULK可能比VBUS大得多。例如，在t2处的峰值上，VBULK可能是380V，而VBUS可能接近VMIN。需要说明的是，VMIN可能是80V或90V等。
在一个实施例中，控制器214根据母线电压VBUS 556判断何时开始升压阶段。图5A示出了在t1处开始的升压阶段，大致与母线电压VBUS中的局部峰值重合。需要说明的是，如果母线电压VBUS较高，则可以允许使用较少的电流对大容量电容器208充电。因此，在t1处开始升压阶段可以实现有效运行(例如，抽取更少电流)。然而，控制器214可以在t1之前或之后开始升压阶段。
在一个实施例中，控制器214在升压阶段内选择运行开关Q1 304的占空比。占空比是指开关Q1 304闭合时的时间百分比。这个占空比可以在整个升压阶段内保持固定，或者在升压阶段内发生改变。例如，控制器214可以在升压阶段的开始处使用较低的占空比，以减少涌浪电流(in-rush current)。在一个实施例中，控制器214稍后在升压模式下增加占空比。
如图5A所示，Q2栅极电压在t2’到t3之间进行切换。然而，Q2栅极电压可以继续切换，直到t4到来。t2’到t3之间的时间为降压阶段。换句话说，当Q2进行切换时，进入降压阶段。当Q2栅极电压进行切换时，将在升压阶段存储在大容量电容器208中的能量从大容量电容器208传送到例如母线上。换句话说，在降压阶段内对大容量电容器208放电。需要说明的是，在t2’处，母线上的电压VBUS急剧升高。因此，母线电压VBUS 556可以在降压阶段的初始阶段内被快速充电。
在一个实施例中，控制器214根据母线电压VBUS 556确定何时开始降压阶段。在一个实施例中，控制器214在降压阶段内选择运行开关Q2 308的占空比。这里的占空比是指Q2308闭合时的时间百分比。这种占空比可以在整个降压阶段内保持固定，或者在降压阶段内进行调整。例如，控制器214可以在降压阶段的开始处使用较低的占空比，以减少涌浪电流。在一个实施例中，控制器214稍后在降压模式下增加占空比。在一个实施例中，控制器214稍后在降压模式下降低占空比。例如，在母线电压VBUS达到某个目标(例如，大容量电容器208额定的最高电压)后，控制器214可以降低占空比，以保持母线电压VBUS。
在本实施例中，t3到t4之间的时间称为短路阶段。在本实施例中，开关Q2 306在短路阶段内是闭合的。然而，开关Q1在短路阶段期间是断开的。需要说明的是，短路阶段可以延长到t5。然而，短路阶段不能与升压阶段重叠。需要说明的是，由于开关Q1、Q2在短路阶段内都不进行切换，所以开关Q1、Q2中的晶体管切换不消耗能量。在短路阶段内，VBULK 558和VBUS 556下降。需要说明的是，大容量电容器208可以在短路阶段内(以及在降压阶段的一部分阶段内)将能量提供给负载。
图5B为图4中的AC到DC转换器300运行期间的电压的另一个实施例的时序图。AC输入电压560是指AC电源102提供的AC电压。母线电压VBUS 566是指例如图4中的线路220a和220b之间的电压。大容量电容器的电压VBULK 568是指例如图4中的大容量电容器208上的电压。在本示例中，将降压阶段描述为从t2’延长到母线电压VBUS 566达到VMIN时(在t3处)。在t3到t4之间可能会出现一个短路阶段(其中开关Q2 306闭合，开关Q1 304断开)。需要说明的是，如何将电压施加到开关Q1 304和开关Q2 306还有其它不同方案。Q1栅极电压562和Q2栅极电压564可以由控制器214提供。
在升压模式和降压模式内，开关Q1 304、Q2 306的栅极可以通过许多方式来控制。在图5A和图5B中的示例中，开关Q2 306在升压模式内可以是断开的。然而，开关Q2 306可能存在一个体二极管在升压模式的至少一部分阶段内是正向偏置的。图5示出了同步运行模式的一个实施例，在这种模式下，除去必然存在的死区时间，开关Q1 304和开关Q2 306相互之间互不导通和关断，以提高效率。Q1栅极电压572和Q2栅极电压574可以由控制器214提供。在图5C的实施例中，当开关Q1 304在升压阶段内是闭合时，开关Q2 306就断开。然而，开关Q2 306在开关Q1在升压阶段内断开时的大部分时间内是闭合的。开关Q1 304或Q2 306在升压阶段内都不闭合时存在几个短暂周期。例如，参考箭头576a和576b指向开关Q1和Q2都不闭合的短暂周期。
需要说明的是，在图5A和图5B中，母线电压VBUS在升压阶段内和降压阶段的早期存在一些噪声。可以容忍少量的噪声。为了减小这种噪声，电容器C0 206的电容可以增大。
需要说明的是，在图3A和图3B的实施例中，端子T1可以有两种功能。一种是在处于升压阶段时将能量从AC整流器201传送到大容量电容器208上。换句话说，通过将大容量电容器208与AC整流器201连接，可以在升压阶段内对大容量电容器208充电。另一种功能是将所存储的能量从大容量电容器208传送到母线上。图6A示出了并联转换器202包含与正线220连接的两个端子T1A和T1B的一个实施例。可以使用端子T1A在处于升压阶段时将能量从AC整流器201传送到大容量电容器208上。可以使用端子T1B将所存储的能量从大容量电容器208传送到母线上。
图6B为AC到DC转换器的一个实施例的图。图6B中的AC到DC转换器650是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。图6B进一步示出了并联转换器202的一个实施例的详细内容。并联转换器202包含连接在母线的正线220a和大容量电容器208之间的开关Q3 502。在一个实施例中，开关Q3 502包括一个晶体管。开关Q3 502可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)，或者双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)或双极晶体管，但不限于此。在图6B中，将开关Q3 502示为NMOS器件，其中所示的二极管是固有的体二极管，而不是单独的元件。在短路阶段内，可以使用开关Q3 502将大容量电容器208的一个端子短接到母线的正线220a(需要说明的是，大容量电容器的另一个端与母线的负线220b连接)。需要说明的是，开关Q3 502在大容量电容器208与母线的正线220a之间提供一条通路，这条通路是穿过开关Q2 306和电感器L1 302的可选通路。
为了简化图，图6B中未示出控制器214。控制器214可以将控制信号(例如，控制信号226)提供给开关Q1 304、开关Q2 306和开关Q3 502的栅极。在一个实施例中，控制器214在升压模式下运行并联转换器202，在升压模式下，控制开关Q1 304，以将能量存储在大容量电容器208中。这种能量可以由AC电源102提供。
在当前实施例中，控制器214在短路模式下运行并联转换器202，在短路模式下，开关Q3 302将大容量电容器208与母线的正线220a连接(例如，短接)，以将在升压阶段内存储的能量传送到母线上。需要说明的是，在一个实施例中，开关Q2 306在短路模式下是断开的。需要说明的是，开关Q2 306可以由一个二极管代替，该二极管的正极连接在电感器L1302和开关Q1 304的共结点处，该二极管的负极连接在开关Q3 502和大容量电容器208的共结点处。
图7为AC到DC转换器的一个实施例的图。图7中的AC到DC转换器700是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。图7进一步示出了并联转换器202的一个实施例的详细内容。并联转换器202类似于图6B中的并联转换器202，但在开关Q3 502和母线之间包含电感器702。在短路阶段内，开关Q3 502和电感器L2 702提供一条通路，以将大容量电容器208与母线连接(例如，短接)。当开关Q3 502导通时，电感L2 702有助于减少导通涌浪电流。电感器L2 702可以是一个非常小的电感器，如100纳亨利。与AC到DC转换器650一样，开关Q2 306可以一个二极管，该二极管的正极连接在电感器L1 302和开关Q1 304的共结点处，该二极管的负极连接在开关Q3 502和大容量电容器208的共结点处。
为了简化图，图7中未示出控制器214。控制器214可以将控制信号(例如，控制信号226)提供给开关Q1 304、开关Q2 306和开关Q3 502的栅极。AC到DC转换器700的运行可以类似于AC到DC转换器650。在一个实施例中，控制器214在升压模式下运行并联转换器202，在升压模式下，控制开关Q1 304，以将能量存储在大容量电容器208中。这种能量可以由AC电源102提供。在当前实施例中，控制器214在短路模式下运行并联转换器202，在短路模式下，开关Q3 302和电感器702将大容量电容器208短接到母线，以将在升压阶段内存储的能量传送到母线上。
图8为AC到DC转换器的一个实施例的图。图8中的AC到DC转换器800是图6A中的AC到DC转换器600的一个实施例。图8进一步示出了并联转换器202的一个实施例的详细内容。并联转换器202类似于图6B中的并联转换器，但在开关Q3 502和母线之间添加了热敏电阻器802。在短路阶段内，开关Q3 502和热敏电阻器802提供一条通路，以将大容量电容器208短接到母线的正线220a的。热敏电阻器802的电阻在传导大电流时显着增加。因此，当开关Q3 502导通时，热敏电阻器802有助于减少导通涌浪电流。与AC到DC转换器650一样，开关Q2306可以一个二极管，该二极管的正极连接在电感器L1 302和开关Q1 304的共结点处，该二极管的负极连接在开关Q3 502和大容量电容器208的共结点处。
为了简化图，图8中未示出控制器214。控制器214可以将控制信号(例如，控制信号226)提供给开关Q1 304、开关Q2 306和开关Q3 502的栅极。在一个实施例中，控制器214在升压模式下运行并联转换器202，在升压模式下，控制开关Q1 304，以将能量存储在大容量电容器208中。这种能量可以由AC电源102提供。在当前实施例中，控制器214在短路模式下运行并联转换器202，在短路模式下，开关Q3 302和热敏电阻器802将大容量电容器208短接到母线，以将在升压阶段内存储的能量传送到母线上。
减少开关Q3 502中的涌浪电流的另一可选方案是，通过限流和/或软启动来控制开关Q3 502的电流。例如，控制器214可以用于通过施加到开关Q3 502的栅极上的信号的升降速率来控制开关Q3 502导通的速率。
图9示出了AC到DC转换器的各种实施例运行期间的电压的一个实施例。电压可以在AC到DC转换器650、700和/或800的运行期间产生，但不限于此。AC电压输入950如图9所示。母线电压VBUS 956是指例如图6B、图7或图8中的线路220a和220b之间的电压。大容量电容器的电压VBULK 958是指例如图6B、图7或图8中的大容量电容器208上的电压。t1到t3之间的时间等于AC输入电压的半个周期。图9示出了控制器214施加到开关Q1304的栅极的电压952。需要说明的是，开关Q1 304在t1到t2之间进行切换。这是一个升压阶段，类似于已经参照图5A中所述的升压阶段。升压阶段最早可以在t0处开始。与AC到DC转换器650一样，开关Q2 306可以是一个二极管(该二极管的正极与电感器L1 302和开关Q1 304的共结点连接，该二极管的负极与开关Q3 502和大容量电容器208的共结点连接)。
图9示出了控制器214施加到开关Q3 502的栅极的电压954。开关Q3 502在t2’到t3之间是导通的，这个时间段称为短路阶段。短路阶段可以延长到t4。然而，需要说明的是，短路阶段不能与升压阶段重叠。在短路阶段内，将大容量电容器208短接到母线。因此，可以使用在升压阶段期间存储在大容量电容器208中的能量来增大短路阶段内的母线上的电压。在短路阶段内还可以将在升压阶段内存储在大容量电容器208中的一些能量提供给负载。
在图3A、图3B、图4、图6A、图6B、图7和图8的实施例中，使用母线的正线220a提供来自AC整流器201的一条通路，以对大容量电容器208充电。在一个实施例中，在不通过母线的所述正线220a的情况下对大容量电容器208充电。图10A示出了AC整流器201包含与母线的正线220a连接的第一正输出端(Vout1+)和与并联转换器202的其中一个端子(T1C)连接的第二正输出端(Vout2+)的一个实施例，以便将整流信号提供给并联转换器202。
图10B为AC到DC转换器的一个实施例的图。图10B中的AC到DC转换器1050是图10A中的AC到DC转换器1000的一个实施例。AC到DC转换器1050是通过AC整流器201和并联转换器202的端子T1C之间的可选连接提供来自AC整流器201的能量以对大容量电容器208充电的一个实施例。
AC整流器201相对于例如图6B中的AC整流器201添加了二极管1002a和1002b。二极管1002a的正极与二极管204a的正极连接。二极管1002a的负极与电感器L1 302的一个端子连接。二极管1002b的正极与二极管204d的正极连接。二极管1002b的负极与电感器L1 302的一个端子连接。AC整流器201还包含连接在二极管1002a、1002b的负极和第一接地222之间的电容器C1 1006。在一个实施例中，由二极管204a至204d组成的二极管电桥提供一条电流通路，以将能量提供给DC到DC转换器212。在一个实施例中，二极管1002a、1002b提供一条电流通路，以对大容量电容器208充电。
电感L1 302包含的一个端子与开关Q1 304的一个端子和开关Q2 306的一个端子连接，这类似于AC到DC转换器650。然而，电感器L1 302的另一个端子与二极管1002a、1002b的负极连接，而不是与母线的正线220a连接。因此，AC整流器201能够通过与电感器L1 302的连接将整流电压提供给并联转换器202。因此，在升压模式内，并联转换器202使用端子T1C处的整流信号将能量存储在大容量电容器208中。还需要说明的是，开关Q3 502包含与母线的正线220a连接的一个端子。因此，可以使用开关Q3 502在短路阶段内将大容量电容器208与母线连接。与AC到DC转换器650一样，开关Q2 306可以一个二极管，该二极管的正极连接在电感器L1 302和开关Q1 304的共结点处，该二极管的负极连接在开关Q3 502和大容量电容器208的共结点处。
在一个实施例中，AC到DC转换器1050的电压的时序可以如图9所示。因此，控制器214可以在升压阶段(例如，t1到t2)内导通和关断开关Q1 304。控制器214可以在短路阶段(例如，t2’到t3)内导通开关Q3 502。需要说明的是，开关Q2 306可以由一个二极管代替。
AC到DC转换器1050可以存在许多可能变体。例如，可以在AC到DC转换器1050中的类似位置上添加一个电感器，例如，AC到DC转换器650中的电感器L2 702。再例如，可以在AC到DC转换器1050中的类似位置上添加一个热敏电阻器，例如，AC到DC转换器700中的热敏电阻器802。
图3A、图3B、图4、图6A、图6B、图7、图8、图10A和图10B所示的并联转换器202存在许多可能变体。升压阶段内的提升可以是任何倍数，包括但不限于2倍、3倍、4倍。在一个实施例中，使用开关电容器(例如，电荷泵)实现并联转换器202。因此，在一些实施例中，并联转换器202不包括电感器L1 302。
图11为DC到DC转换器的一个示例，该DC到DC转换器可以用于本文公开的任一个AC到DC转换器中的DC到DC转换器212。需要说明的是，图11中的DC到DC转换器212仅仅是本文公开的任一个AC到DC转换器中的DC到DC转换器212的电路的一个示例。DC到DC转换器212包含一个变压器1002，具有初级绕组1004和次级绕组1006。初级绕组1004包含与母线的正线220a连接的上部抽头以及与开关Q4 1008的一个端子连接的下部抽头。在一个实施例中，开关Q4 1008包括一个晶体管。开关Q4的另一个端子与第一接地222连接。需要说明的是，这可以与AC到DC转换器的主要部分中的接地相同。
次级绕组1006的上部抽头与二极管1010的正极连接。二极管1010的负极与负载电容器216连接。次级绕组1006的下部抽头与第二接地224连接(以及与负载电容器216的一个端子连接)。需要说明的是，变压器实现AC到DC转换器的主要部分和负载电容器216之间的电隔离。此外，第二接地224(与次级绕组1006连接)通常与AC到DC转换器的主要部分中的第一接地222(通过开关Q4与初级绕组1004连接)不同。
图10中的DC到DC转换器212存在许多可能的可选示例。一种选择是使用有源电源开关代替二极管1010，可以提高效率。在一个实施例中，DC到DC转换器212是反激转换器。在一个实施例中，DC到DC转换器212是准谐振(quasi-resonant，QR)反激转换器。在一个实施例中，DC到DC转换器212是有源箝位反激(active-clamp flyback，ACF)转换器。
图12为控制器的一个实施例的图。图12中的控制器214示出了控制器214输出的示例性控制信号。控制器214输入母线电压VBUS，输出电压VQ1、VQ2、VQ3和VQ4。这些电压中的一个或多个可以用作图3A、图3B、图4、图6A、图6B、图7、图8、图10A或图10B中的电路上的控制信号226。在一个实施例中，VQ1提供给开关Q1 304的栅极。在一个实施例中，VQ2提供给开关Q2306的栅极。在一个实施例中，VQ3提供给开关Q3 502的栅极。在一个实施例中，VQ4提供给开关Q4 1008的栅极。
在一个实施例中，控制器214实现为包含多个引脚的集成电路芯片。一个引脚可以用于监测输入电压。这个管脚可以用于监测VBUS。几个引脚可以用于提供栅极电压VQ1、VQ2、VQ3和/或VQ4。在内部，芯片可以包含专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)，ASIC用于生成栅极电压VQ1、VQ2、VQ3和/或VQ4，以响应VBUS。控制器214可以使用除VBUS之外的其它输入来确定栅极电压VQ1、VQ2、VQ3和/或VQ4的适当波形。控制器214可以包括比较器，该比较器可以用于将VBUS与参考电压进行比较。控制器214可以包括状态机等，该状态机控制电压VQ1、VQ2、VQ3和/或VQ4的时序，以响应VBUS的幅值等条件。控制器214可以根据除VBUS的幅值以外的条件和/或参数来生成电压VQ1、VQ2、VQ3和/或VQ4。控制器214可以生成Q1栅极电压、Q2栅极电压、Q3栅极电压，如参照图5A、图5B和图9所示和所述。
图13为运行AC到DC转换器的过程1300的一个实施例的流程图。过程1300可以用于运行图3A、图3B、图4、图6A、图6B、图7、图8、图10A和/或图10B中的任一个AC到DC转换器，但不限于那些实施例。
在1302处，AC整流器201的输入端(例如，Vin+、Vin-)接收AC信号。在一个实施例中，AC整流器201输入来自AC电源102的AC电压。
在1304处，对AC信号进行整流，得到一个或多个整流信号。整流可以由AC整流器201的一个实施例执行。在一个实施例中，AC整流器201在输出端Vout1+和Vout-之间产生整流信号。在一个实施例中，AC整流器201在输出端Vout2+和Vout-之间产生整流信号。在一个实施例中，AC整流器201在输出端Vout1+和Vout-之间产生第一整流信号，在输出端Vout2+和Vout-之间产生第二整流信号。
在1306处，将第一整流信号提供给母线。在一个实施例中，将Vout1+处的整流信号提供给母线的正线220a，而将Vout-处的整流信号提供给母线的负线220b。
在1308处，在第一模式内控制并联转换器202，以将能量存储在大容量电容器中。在一个实施例中，在第一模式内控制并联转换器202，以使用第二整流信号将能量存储在与并联转换器202耦合的大容量电容器208中。需要说明的是，第二整流信号可以与第一整流信号相同。例如，在AC到DC转换器200、240、300、600、650、700和800中，第一整流信号和第二整流信号是相同的信号。然而，在图10B中的AC到DC转换器1050中，第一整流信号是在二极管204a、204c的负极与接地(或跨电容器C0 206)之间取得的。在图10B中的AC到DC转换器1050中，第二整流信号是在二极管1002a、1002b的负极与接地(或跨电容器C1 1006)之间取得的。
在第一模式的一个实施例中，运行并联转换器202，以将大容量电容器208上的电压的幅值增大到大于母线上的电压的幅值。这可以包括控制器214为了响应VBUS的幅值而开始进入升压模式。在一个实施例中，第一模式包括升压模式。在一个实施例中，第一模式包括提升模式。
第一模式的一个实施例包括在母线上的电压下降到最低指定电压时或之前停止将电荷从母线传送到大容量电容器208上。例如，参考图5A，控制器214可以输入VBUS并将VBUS的幅值与指定的最低电压进行比较。控制器214可以用于最迟在VBUS的幅值下降到VMIN时停止升压模式。
在1310处，在第二模式下控制并联转换器202，以释放大容量电容器中的能量。至少在第二模式的初始阶段内，可以使用存储在大容量电容器208中的能量来增大母线上的电压。第二模式的一个实施例包括将母线上的电压的幅值增大到大容量电容器208上的电压的幅值。例如，结合图5A中的时序，控制器214检测母线电压VBUS并确定VBUS的幅值在t2处下降到VMIN。这表示升压阶段结束。然后，控制器214可以等待预定时间，直到t2’开始降压阶段。在这种情况下，第二模式包括控制器214将电压信号提供给开关Q2 306，使得开关Q2306在t2’到t3之间导通和关断。结合图8中的时序，控制器214可以在t2之后等待预定时间，直到t2’开始短路阶段。在这种情况下，第二模式可以包括控制器214将电压提供给开关Q3502，使得导通开关Q3 502。需要说明的是，在第二模式内，存储在大容量电容器208中的能量还可以将能量提供给负载电容器216。
在一个实施例中，第二模式包括降压模式。在一个实施例中，第二模式包括下降模式。在一个实施例中，第二模式包括先降压模式后短路模式。
该过程还可以包括运行耦合在母线和DC输出端之间的电压转换器(例如，DC到DC转换器212)，以便提供DC输出电压。DC输出端可以包括DC到DC转换器212的与输出线225连接的第一输出端VDCOUT+以及与第二接地224连接的第二输出端VDCOUT-。需要说明的是，运行电压转换器可以包括控制器214将信号提供给DC到DC转换器212中的开关Q4 1008(参见图11)
因此，上述实施例呈现了包含并联转换器的AC到DC转换器的拓扑和运行/控制策略。并联变流器能够支持大容量电容器的尺寸，这有助于保证母线上的整流电压大大减少。因此，可以减小AC到DC转换器的尺寸。
对于本文档来说，需要说明的是，附图中示出的各种特征的尺寸不一定按照比例绘制。
对本文档来说，说明书中提到的“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“另一个实施例”可以用来描述不同的实施例或相同的实施例。
对于本文档来说，连接可以是直接连接或间接连接(例如，通过一个或多个其他部分)。在一些情况下，当一个元件被称为与另一个元件连接或耦合时，该元件可以与另一个元件直接连接或通过中间元件与另一个元件间接连接。当一个元件被称为与另一个元件直接连接时，那么该元件与另一个元件之间就没有中间元件。如果两个设备直接或间接连接使得它们之间能够传输电子信号，则这两个设备处于“通信中”。
对于本文档来说，“根据”一词可以理解为“至少部分根据”。
对于本文档来说，在没有其他上下文的情况下，使用数词“第一”对象、“第二”对象和“第三”对象等可能并不意味着对象的排序，而是可以用于区分，以标识不同的对象。
对于本文档来说，对象“集”一词可以指一个或多个对象的“集”。
本发明的描述是为了解释和说明的目的而提供的，但并不是意欲以所公开的方式穷尽本发明或对本发明进行限制。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以清楚理解许多修改和变化。选择和描述本发明的各方面是为了最好地解释本发明的原则和实际应用，并且使本领域普通技术人员能够通过适合所设想的特定用途的各种修改来理解本发明。
对于本文档来说，与所公开的技术相关联的每个过程可以由一个或多个计算设备连续地执行。过程中的每个步骤可以由与其它步骤中使用的计算设备相同或不同的计算设备执行，并且每个步骤不一定由单个计算设备执行。
虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求书中界定的主题并不一定限于上述特定特征或动作。相反，这些具体特征和行为公开为实施权利要求书的示例性形式。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：
AC整流器，用于从交流(alternating current，交流)信号中生成一个或多个整流信号；
包含正线和负线的母线，其中所述母线与所述AC整流器连接，以接收所述正线和所述负线之间的所述一个或多个整流信号中的第一整流信号；
连接在所述母线的所述正线和所述负线之间的并联转换器，其中所述并联转换器与所述AC整流器连接，以接收所述一个或多个整流信号中的第二整流信号；
耦合到所述并联转换器的大容量电容器；
控制器，用于在第一模式和第二模式下运行所述并联转换器，其中在所述第一模式下将来自所述一个或多个整流信号中的所述第二整流信号的能量存储在所述大容量电容器中；在所述第二模式下将存储在所述大容量电容器中的所述能量释放到所述母线上，以至少在所述第二模式的初始阶段内增大所述母线上的电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：在所述第一模式下运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止在所述第一模式下对所述大容量电容器充电。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述第二模式的初始阶段内，将所述母线上的电压的幅值增大到所述大容量电容器上的电压的幅值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述并联转换器用于：在所述第一模式期间，在升压模式下运行，以使用来自所述AC整流器的所述一个或多个整流信号中的所述第一整流信号将能量存储在所述大容量电容器中。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述并联转换器用于：在所述第二模式的初始阶段，在降压模式下运行，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述并联转换器用于：在所述第二模式的初始阶段，在短路模式下运行，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：
在所述第二模式的第一阶段内切换所述并联转换器中的晶体管，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压；
在所述第二模式的第二阶段内将所述大容量电容器与所述母线短接，以在不切换所述晶体管的情况下将所述母线上的电压保持在最低指定母线电压处或以上。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个整流信号中的所述第一整流信号和所述第二整流信号是相同的整流信号。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括耦合在所述母线和所述装置的DC输出端之间的电压转换器，其中所述电压转换器用于转换来自所述母线的电压并将所述转换后的电压提供给所述DC输出端。
11.一种运行交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器的方法，其特征在于，所述方法包括：
所述AC到DC转换器中的AC整流器的输入端接收AC信号；
所述AC整流器对所述AC信号进行整流，得到一个或多个整流信号；
将所述一个或多个整流信号中的第一整流信号提供给包含正线和负线的母线；
控制连接在所述母线的所述正线和所述负线之间的并联转换器，以执行以下操作：
在第一模式内使用所述一个或多个整流信号中的第二整流信号将能量存储在耦合到所述并联转换器的大容量电容器中；
将存储在所述大容量电容器中的所述能量释放到所述母线上，以至少在第二模式的初始阶段内增大所述母线上的电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述第一模式下控制所述并联转换器还包括：运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第一模式下控制所述并联转换器还包括：在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止将电荷从所述母线传送到所述大容量电容器上。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述第二模式下控制所述并联转换器还包括：
在所述第二模式的第一阶段，在降压模式下运行所述并联转换器，以使用在所述第一模式内存储在所述大容量电容器中的能量增大所述母线上的电压；
在所述第二模式的第二阶段内将所述大容量电容器与所述母线短接，在没有在所述降压模式下运行所述并联转换器的情况下将所述母线上的电压保持在最低指定母线电压处或以上。
15.一种交流(alternating current，AC)到直流(alternating current，DC)转换器，其特征在于，包括：
包含正线和负线的母线；
包含输入端和一个或多个输出端的AC整流器，其中所述一个或多个输出端中的第一输出端连接在所述母线的所述正线和所述负线之间，所述AC整流器用于：对所述输入端接收的AC电压进行整流，将第一整流电压提供给所述一个或多个输出端中的所述第一输出端，将第二整流电压提供给所述一个或多个输出端中的第二输出端；
与所述AC整流器的所述第二输出端连接的并联转换器，其中所述并联转换器包含与所述正线连接的第一端子、与所述负线连接的第二端子，以及第三端子；
耦合在所述并联转换器的所述第三端子和所述负线之间的大容量电容器；
控制器，用于：
(i)在第一模式下运行所述并联转换器，其中所述并联转换器在所述第一模式下使用来自所述AC整流器的所述第二整流电压将能量存储在所述大容量电容器中；
(ii)在第二模式下运行所述并联转换器，其中存储在所述大容量电容器中的所述能量在所述第二模式下释放到所述母线上，至少在所述第二模式的初始阶段内使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压；
串联耦合在所述母线和所述AC到DC转换器的DC输出端之间的DC到DC转换器，其中所述DC到DC转换器用于将所述母线上的电压转换为所述DC输出端处的DC输出电压。
16.根据权利要求15所述的交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器，其特征在于，所述控制器还用于：
在所述第一模式下运行所述并联转换器，以将所述大容量电容器上的电压的幅值增大到大于所述母线上的电压的幅值；
在所述母线上的电压下降到最低指定电压时或之前，停止在所述第一模式下将能量存储在所述大容量电容器中。
17.根据权利要求15所述的交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器，其特征在于，所述并联转换器包括：
包含第二端子和与所述AC整流器的所述第二输出端连接的第一端子的电感器；
连接在所述电感器的所述第二端子和所述母线的所述负线之间的第一开关；
连接在所述电感器的所述第二端子和所述大容量电容器的第一端子之间的第二开关，其中所述大容量电容器的第二端子与所述母线的所述负线连接，所述控制器用于：在所述第一模式下控制所述第一开关，以将所述能量存储在所述大容量电容器中，以及在所述第二模式内控制所述第二开关，以使用存储在所述大容量电容器中的所述能量增大所述母线上的电压。
18.根据权利要求17所述的交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器，其特征在于，所述并联转换器还包括：
耦合在所述大容量电容器的所述第一端子和所述母线的所述正线之间的第三开关，其中所述控制器用于控制所述第三开关，以在所述第二模式内将所述大容量电容器与所述母线短接。
19.根据权利要求18所述的交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器，其特征在于，所述并联转换器还包括：
耦合在所述第三开关和所述母线之间的电感器。
20.根据权利要求18所述的交流(alternating current，AC)到直流(direct current，DC)转换器，其特征在于，所述并联转换器还包括：
耦合在所述第三开关和所述母线之间的热敏电阻器。
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