CN114208010A - 电力转换设备 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换设备包括第一电源导轨、第二电源导轨、电力切换支路和用于回收寄生电抗元件中存储的能量的电路布置。寄生电抗元件可以是与电力切换电路的电力开关串联连接的寄生电感器或者半导体电力开关两端的寄生电容。电路布置可以包括钳位器支路和/或包括辅助半导体开关的电路布置。钳位器支路用于回收寄生电感器中存储的能量。辅助半导体开关与电力切换电路的输出二极管并联连接，并且可由控制电路操作以回收存储在寄生电容器上的能量。

Description

电力转换设备
技术领域
本公开涉及电力转换设备，并且更特别地，涉及切换电源设备，其包括以切换频率进行切换来执行电力转换的电子电力切换装置。
背景技术
诸如电力转换电路的电子电路中的电力损失导致效率的损失以及热耗散问题。随着电路设计的进步，电子电路的效率已经提高，并且由于寄生元件(例如寄生电容)而导致的电力损失变得不利地突出。除了电力损失之外，存储在寄生元件中的电子电荷(尤其是电子电力的寄生元件，例如MOSFET)可导致电压和/电流尖峰，并且这将影响电子电路(例如DC/DC转换器)的可靠性和/或耐久性。
发明内容
公开了一种电力转换设备，包括电路布置以便于回收存储在电抗(reactive)寄生元件上的能量。
一种电力转换设备，包括：电力切换支路，其被配置为对输入电力进行操作以通过电力切换操作产生转换电力；电力输出部分，用于输出转换电力；以及钳位器电路。切换支路包括串联连接的电力电感器和半导体开关。半导体开关被配置为以切换频率在电力输出状态和非电力输出状态之间切换，以执行电力切换操作。钳位器电路被配置为在紧接着非电力输出状态之后的电力输出周期中将能量输出到电力输出部分，能量是在非电力输出周期期间在一个或多个寄生电抗元件上积累或存储的。
电力切换支路可以包括将电力电感器和半导体开关互连的寄生电感器。寄生电感器和半导体开关具有公共节点。钳位器电路可以被布置为钳位器支路，并且包括串联连接的钳位器电容器、第一二极管和并联组件。并联组件将钳位器电容器与第一二极管互连，且包括钳位器电感器与第二二极管的并联连接件。第一二极管的阳极连接到公共节点，并且第一二极管的阴极连接到并联组件。钳位器电容器具有连接到并联组件的第一端子和连接到电源导轨的第二端子。第二二极管以第二二极管的阳极连接到第一二极管的阴极、第二二极管的阴极连接到钳位器电容器的方式被连接。
设备可以包括第一电源导轨和第二电源导轨。电力电感器包括连接到第一电源导轨的第一端子和物理连接到半导体开关的第一端子的第二端子。电力切换支路的半导体开关为设备的主电力开关。电力输出部分包括输出二极管和输出电容器。输出电容器具有连接到第一电源导轨的第一端子和连接到设备的输出端子的第二端子。输出二极管的阳极连接到电力电感器的第二端子，输出二极管的阴极连接到输出电容器的端子，且输出二极管的二极管正向方向朝向电力输出端子。
钳位器电路可以包括半导体开关，其被配置作为与输出二极管并联连接的辅助电子开关；其中辅助电子开关能够在导通状态与断开状态之间切换，在导通状态期间，形成允许辅助电流在与二极管正向方向相反的反向方向上流动的辅助电流路径，在断开状态期间，辅助电流路径被阻断或阻止；并且其中，辅助电子被配置为当流经电力电感器的电流降至零时使反向电流流经电力电感器，以在半导体开关从导通状态切换到断开状态时中和由于半导体开关的寄生电容器而积累的能量。
第一电源导轨和第二电源导轨用于连接到具有电源电压的电源，以获得用于电力切换支路的操作的电源电力。电力切换支路包括至少一个半导体电力开关，其可由控制脉冲的序列操作以执行切换操作，由此处于不同于电源电压的输出电压的输出电力可用作电力转换设备的输出。控制脉冲的序列包括交替的导通脉冲和断开脉冲，其中导通脉冲具有导通持续时间，断开脉冲具有断开持续时间。电子电力开关在断开脉冲期间处于断开周期并且不传导电流，而在导通脉冲期间传导电流并且处于导通周期。钳位器支路包括钳位器电路，其被配置为在导通脉冲结束之后且在另一导通脉冲开始之前接收并存储电子电荷，其中钳位器支路包括钳位器电路，其被配置为在导通脉冲结束之后且在另一导通脉冲开始之前接收并存储电子电荷。所存储的电子电荷是在导通脉冲持续时间期间在电力切换电路的一个或多个寄生电抗元件上残留、存在或积累的电子电荷。钳位器电路在断开脉冲持续时间期间释放电子电荷并将电子电荷返回到电力切换支路或电力转换设备的输出。
公开了一种电力转换电路，其包括电子电力开关、具有电力输出端子的电力输出电路、第一电源导轨、第二电源导轨和用于在导通周期期间回收存储在电力开关上的寄生电荷的布置。电力开关(也就是主电源开关)包括开关第一端子、连接到第二电源导轨的开关第二端子和作为切换端子的开关第三端子。电力开关能够通过切换脉冲的序列在导通状态与断开状态之间切换，在导通状态期间，电流将从开关第一端子流到开关第二端子，在断开状态期间，开关第一端子与开关第二端子之间的电流流动被阻止或阻断。输出电路包括：电感器，其具有连接到第一电源导轨的电感器第一端子和连接到电力开关第一端子的电感器第二端子；可选择地，平滑电容器，其具有连接到第一电源导轨的电容器第一端子和连接到电力输出电路的输出端子的电容器第二端子；以及二极管，其具有二极管正向方向、连接到电感器第二端子的二极管第一端子和连接到输出端子的二极管第二端子。
输出电路包括辅助电子开关，辅助电子开关与输出二极管并联连接，并且能够在导通状态与断开状态之间切换，在导通状态期间，形成允许辅助电流在与二极管正向方向相反的反向方向上流动的辅助电流路径，在断开状态期间，辅助电流路径被阻断或阻止。
在电力转换操作期间和在主电力开关的断开周期期间，辅助电子开关将被导通以允许在通过电感器和输出二极管流向输出端子的正向电流已经下降到零之后，电流继续在电感器中流动，并且保持导通达导通持续时间，以促进反向电流流经辅助电子开关，其中，导通持续时间被设置为当主电力开关处于断开状态时，使存储在主电力开关上的寄生电荷放电。
由于因电抗寄生元件而存储的电荷被返回用于电力输出，所以可以减轻因存储在电抗寄生元件中的电荷而引起的电力损失和尖峰应力，从而提高设备可靠性和电力效率。
存储在寄生元件中的能量可以是相当大的。例如，存储在半导体电力开关的寄生电容器Cp中的能量等于1/2CpV2，其中Cp是寄生电容器Cp的电容值，且V是充电的寄生电容器Cp两端的电压，对于通常的电源应用，该电压在100V至400V之间。
附图说明
通过示例并参考附图来描述本公开，在附图中：
图1是根据本公开的示例电力转换设备的示意电路图，
图1A是根据本公开的示例钳位器电路的示意电路图，
图2A到图2H是在示例操作期间图1的电力转换设备上的各个组件或点处的时序图，
图3是根据本公开的示例电力转换设备的示意电路图，
图4是根据本公开的示例电力转换设备的示意电路图，
图5A到图5G是在示例操作期间图4的电力转换设备上的各个组件或点处的时序图，以及
图6是电力转换设备的示例实施例的示意电路图。
具体实施方式
如图1所绘，示例电力转换设备100包括第一电源导轨120、第二电源导轨140、电力切换支路、钳位器支路和电力输出部分。该设备包括输入侧和输出侧。输入侧用于连接到输入电源，并且包括处于第一输入电势Vi10的第一端子122和处于第二输入电势Vi11的第二端子142。输出侧连接到负载或用于连接到负载，并且包括处于第一输出电势Vo10的第一端子124和处于第二输出电势Vo11的第二端子144。
电力切换支路被配置为对在输入侧接收的输入电力进行操作，并且通过切换操作在输出侧输出切换的电力。电力切换支路包括串联组件，该串联组件包括电力切换装置M10和与电力切换装置M10串联连接的电感器Lm10。切换的电力是输入电力的转换形式，并且在此称为转换电力。电力切换支路跨第一电源导轨120和第二电源导轨140连接，以在设备的输入侧连接到现场电源时从现场电源接收输入电力。
电力输出部分耦接到电力切换支路并且包括被配置成输出转换的电力的电力输出电路部分。电力输出电路部分包括输出端子，该输出端子也是电力转换设备的电力输出端子122。
电力输出电路部分包括电容器Co10和二极管Do10。二极管Do10是输出二极管，或者更具体地，是电流输出二极管，其被设计为向连接到负载侧的负载输出电流。二极管Do10具有作为其阳极的输入端子以及作为其阴极的输出端子，该输入端子连接到电感器Lm10，该输出端子与作为输出电容器的电容器Co10连接。在适当或方便的情况下，电感器Lm10可以被认为是电力输出电路部分的一部分。
电感器Lm10是电力电感器，包括第一端子(“电力电感器第一端子”)和第二端子(“电力电感器第二端子”)。电力电感器第一端子连接到第一电源导轨120，并且电力电感器第二端子连接到二极管Do10的输入端子。
输出电容器Co10包括连接到第一电源导轨120的第一端子(“输出电容器第一端子”)和连接到二极管Do10的输出端子的第二端子(“输出电容器第二端子”)。
二极管Do10将电感器Lm10和电容器Co10互连。更具体地，二极管Do10包括连接到电力电感器Lm10的第二端子的第一端子(“输出二极管第一端子”)和连接到输出电容器Co10的第二端子的第二端子(“输出二极管第二端子”)。二极管Do10的第一端子是输入端子，而输出二极管Do10的第二端子是输出端子。输出二极管Do10将电力电感器Lm10的第二端子与输出电容器Co10的第二端子电连接。输出二极管Do10被设计成便于电流从电力电感器Lm10在作为输出方向的单个方向上流动。更具体地，输出二极管Do10被设计为允许电力输出电流从电力电感器Lm10流到外侧的第二端子144，但不允许沿相反方向流动。如图所示，输出二极管Do10的第一端子是二极管Do10的阳极，而第二端子是二极管Do10的阴极。
输出电容器Co10第一端子和输出二极管Do10第二端子电接合到公共节点。公共节点和电力转换设备的输出侧上的第二端子处于相同电势Vo11。
电力切换装置M10包括第一端子(“电力切换装置第一端子”)、第二端子(“电力切换装置第二端子”)和作为控制端子G10的第三端子。电力切换装置M10可在第一切换状态下操作，并且可替换地在第二切换状态下操作。当处于作为导通状态的第一切换状态时，在其第一端子和其第二端子之间形成电流流动路径。当处于作为断开状态的第二切换状态时，在其第一端子和其第二端子之间形成高阻抗电流阻断路径。电力切换装置M10的切换状态由施加在作为控制端子的第三端子处的控制信号确定。当电力切换装置M10处于正常操作偏压时，当导通信号施加至控制端子时，电力切换装置M10将处于导通状态。替代地，当电力切换装置M10处于正常操作偏压时，当断开信号施加至控制端子时，电力切换装置M10将处于断开状态。通过将包括以切换频率的交替的导通和断开控制脉冲的控制信号的序列施加到控制端子，电力切换装置M10将以切换频率交替地导通和断开。在示例实施例中，电力转换设备被配置为切换模式的电源的一部分，并且切换频率通常在10KHz到几MHz的范围内。在此例中，电力切换装置M10的第一端子与第二端子分别为较高电位端子与较低电位端子，使得电力切换装置M10在导通状态时，电力传递的电流可经由低阻抗电流路径从第一端子流至第二端子。电力切换装置是诸如半导体开关的电子电力切换装置(简称“切换装置”)。诸如GaNMOSFET的电力MOSFET是这种电力切换装置的典型示例。IGBT、BJT和晶闸管是适用于切换电源应用的半导体电子电力切换装置的其它示例。
电力切换装置M10与电力电感Lm10串联连接。更具体地，电力切换装置M10的第一端子与电力电感器Lm10的第二端子物理连接，以形成包括电力切换装置M10和电力电感器Lm10的串联组件。然而，由于寄生电感(例如，由于印刷电路板、多个印刷电路板或形成电力转换设备的一部分的其他电路基板上的电路迹线引起的寄生电感)串联组件的实际和有效的电子电路部件和部件连接可以由图1的示意性电路图表示，其中寄生电感Lk10被示出为互连电力电感器Lm10和电力切换装置M10。
参考图1，寄生电感Lk10被表示为具有第一端子(“寄生电感第一端子”)和第二端子(“寄生电感第二端子”)的双端子器件。寄生电感第一端子经由输出二极管Do10连接到输出侧的第二端子。更具体地，二极管Do10的阳极物理地且电连接到将电力电感器Lm10和寄生电感Lk10互连的结节点，并且寄生电感第二端子连接到电力切换装置M10第一端子。
在示例电力转换设备中，第一电源导轨120是在较高电压Vi10的较高电势处偏置的电源导轨，并且第二电源导轨140是在较低电压Vi11的较低电势导轨处偏置的电源导轨。在通常的电路示例中，第二电源导轨140连接到处于较低电压Vi11的电路接地，并且该较低电压是参考接地的电压。参考接地是电路电接地，其定义电力转换电路的参考电压或接地电压。在示例实施例中，第一电源导轨120处于正DC电源电压，第二电源导轨140处于参考接地或零电压，或者可以处于负电压。
为了操作，电力转换设备电连接到电能源。电能源通常是DC电源，也可以是AC电源。当电力转换设备被如此连接到电能源时，输入侧上的第一端子122被连接到能源的电流输出端子，并且输入侧上的第二端子142被连接到能源的电流返回端子。
在切换电力操作期间，控制信号源操作以发送控制信号来控制电力切换装置M10的切换操作。控制信号源可以是基于微处理器的控制器或逻辑控制器，例如可编程逻辑阵列(PLA)型装置，其用切换脉冲信号编程。控制信号可以是电压脉冲，其被布置为切换脉冲的序列，例如矩形脉冲的序列。切换脉冲被施加在切换装置M10的控制端子处。在示例实施例中，电力切换装置在控制端子处的电压处于或高于导通电压时在导通状态中操作，并且在控制端子处的电压低于导通电压时在断开状态中操作。对于这种电力切换装置，导通信号为导通电压，而断开信号为远低于导通电压的断开电压，例如处于或接近零电压或参考电压。对于这样的实施例，切换脉冲的序列包括具有处于或高于导通电压的峰值电压或远低于导通电压的谷值电压的脉冲。在电源切换操作期间，当控制端子G10出现导通电压时，切换装置M10接通至导通状态，电力转换电路将处于导通周期，且电力传送电流将流经在开关元件M10的第一端子与第二端子之间所定义的电流传导通道。当断开电压施加至控制端子G10时，切换装置G10断开至断开状态，且电力转换电路处于断开周期。当处于断开状态时，在导通状态下作为电流传导通道的路径变成高阻抗电流阻断路径，其阻碍电力传送电流的流动。控制信号在具有导通状态稳态电压的导通状态脉冲和具有断开状态稳态电压的断开状态脉冲之间交替变化，以交替地导通和断开电子切换装置M10的传导路径，以便于切换的电力输出。因此，电力开关M10包括在切换装置M10的第一端子与第二端子之间定义的可切换的电流传导路径(或电流传导通道)。
当电子电力开关M10导通并且在导通状态中操作时，来自第一电源轨道120的电流将流过电感器Lm10和Lk10以及电子切换装置M10，并且然后通过第二电源轨道140返回到能量源。当处于导通状态时，电子电力开关M10在其第一端子和第二端子两端具有非常低的压降或接近零的压降，并且电力转换设备的电力输出端子144处的电压处于其最低电压。
当电力开关M10突然从导通状态切换到断开状态时，在导通状态期间在电力开关M10的第一端子和第二端子之间形成的电流路径突然变为高阻抗电流阻断通道，并且该电流路径被突然阻断。结果，紧接在断开状态之前在电感器Lm10和Lk10中流动的电力传送电流将突然下降到零或接近零。电感器Lm10和Lk10中的电流的这种突然下降意味着在电感器上积累电应力，并且积累的电应力将作为尖峰电流通过电力开关M10的寄生电容路径而被释放。由于诸如电力开关M10的半导体开关的主要寄生电容路径是与将其第一端子和第二端子互连的通道并联的寄生电容路径，所以流过主要寄生电容路径的尖峰电流将可能损坏该通道和半导体开关。因此，作为电力开关M10的切换状态的突然改变的结果，如果没有适当地化解或钳位，则紧接在改变为断开状态之前由电感器Lm10和Lk10中的能量引起的电应力将导致尖峰电压，该尖峰电压将损坏电力开关M10。即使电力开关M10未被损坏，尖峰电流流过电力开关M10的电阻部分也会导致不期望的电力损失。在图1的示例中，由于电力电感器Lm10而将引起尖峰电压的电应力由输出电容器Co10钳位。然而，由于寄生电感器Lk10而能够产生尖峰电压的电应力不被输出电容器Co10钳位。钳位器支路BLK10被设计为减轻在电力切换操作期间由于寄生电感器Lk10而发生的电应力。如果从导通状态到断开状态的过渡时间足够小或低于阈值过渡时间使得紧接在导通状态之前寄生电感器Lk10中的能量足以产生通过半导体开关的主要寄生电容路径的尖峰放电电流，则在本文中电力开关M10突然从导通状态切换到断开状态。
具体地，提供包括钳位器电路的钳位器支路以减轻尖峰电压对半导体电力开关M10造成损坏的风险。
如图1A中所描绘，钳位器支路的示例钳位器电路BLK10包括二极管D10、电容器C10、以及包括电感器L10和二极管D20的并联连接件的子组件。二极管D10、电容器C10和并联连接件的子组件串联电连接(短路连接)，其中电感器L10和二极管D20的并联子组件连接在二极管D10和电容器C10中间。二极管D10是钳位器电路的第一二极管，其阳极和第一端子A形成公共的电节点，其阴极连接到L10和D20的并联连接件。二极管D10具有定义二极管的预期电流方向的正向传导方向(或简称正向方向)以及不是预期电流流向的反向方向。二极管D10的正向传导方向是从第一端子A朝向第二端子B延伸的方向。反向方向是与正向传导方向相反的方向，即，从第二端子B朝向第一端子A的方向。
电容器C10是钳位器电路的钳位电容器，具有形成第二端子B的第一端子和连接到L10和D20的并联连接件的第二端子。
电感器L10与第一二极管D10和电容器C10串联连接，电感器L10连接在第一二极管D10和电容器C10之间。
二极管D20是钳位器电路的第二二极管，其与第一二极管D10和电容器C10串联连接，其阳极连接到第一二极管D10的阴极，其阴极连接到电容器C10。第二二极管D20的正向方向与第一二极管D10的正向方向相同，为从阳极到阴极的正向电流方向。
钳位器电路BLK10包括第一端子A和第二端子B，并且被电连接，使得其第一端子A与电力开关M10的第一端子物理连接且电连接，并且其第二端子B与电源导轨之一(在图1的示例中，该电源导轨是第一电源导轨Vi10)物理连接且电连接(简称连接)。当以AC等效模型表示时，该连接等效于钳位器电路BLK10与电力开关M10的可切换电流传导路径的并联连接，且更具体而言，等效于钳位器电路的第一端子A与电力开关M10的第一端子电连接且钳位器电路的第二端子B与参考接地电连接。
将参考图2A到图2H的时序图来描述图1的电力转换设备的示例切换电力操作。
在切换电力操作期间，包括交替的导通脉冲和断开脉冲的切换脉冲的序列形式的控制信号将被施加到电力开关M10的控制端子G10。切换脉冲包括交替的导通脉冲和断开脉冲。当在电力开关M10的控制端子G10施加导通脉冲时，在其第一端子M101和其第二端子M102之间形成具有极低电阻的电流传导通道。当在电力开关M10的控制端子G10处施加断开脉冲时，在第一端子和第二端子之间存在极高的阻抗，从而阻止第一端子和第二端子之间的电流流动。当在电力开关M10的控制端子G10处施加断开脉冲时，在第一端子和第二端子之间形成的并且在导通脉冲持续时间期间限定低阻抗电流路径的极低电阻电流通道被转换成高阻抗电流阻挡。
用作切换控制信号的切换脉冲通常是具有尖锐上升沿和尖锐下降沿的脉冲。这里的尖锐沿意味着基本上或远小于脉冲持续时间的边缘时间。作为方便的参考，尖锐边缘时间可以意味着边缘持续时间小于脉冲持续时间的1％、0.1％、0.01％、0.001％、0.0001％或甚至更小。脉冲的边缘持续时间在此意味着脉冲的初始状态和稳定状态之间的过渡时间。尖锐的上升沿和下降沿意味着脉冲具有突然的开始和突然的结束。这里的突然的开始意味着从断开电压到导通电压的突然过渡，而突然的结束意味着从导通电压到断开电压的突然过渡。
图2A中描绘了作为电力转换控制信号的示例切换脉冲的序列。切换脉冲包括交替设置的导通脉冲和断开脉冲。示例导通脉冲在初始时间t0处从断开电压立即上升到导通电压，在时间t1处突然下降到断开电压，并且在t0和t1之间停留导通电压电平。由尖锐上升沿和紧随尖锐上升沿之后的尖锐下降沿的时间界定的持续时间t1-t0在本文中被称为导通脉冲持续时间。由t0处的尖锐下降沿和紧随在t0处的尖锐下降沿之后的尖锐上升沿的时间界定的持续时间在本文中被称为断开脉冲持续时间。导通脉冲持续时间和断开脉冲持续时间之间的比率被称为控制信号的传号-空号比(mark-to-space ratio)。
当在电力开关M10的控制端子处施加导通脉冲时，电力开关M10导通，并且当控制端子处的导通脉冲电压处于或高于电力开关M10的导通电压时，在导通脉冲的持续时间内，电力开关M10将保持在导通状态，并且在第一端子与第二端子之间形成具有极低阻抗的电流通道，以限定电流路径。作为电流通道的阻抗变化的结果，电流将开始在电感器Lm10和Lk10中斜升，并流入电力开关M10。流入并经过电力开关M10的电流是要在其第一端子进入电力开关M10并在其第二端子流出的导通电流或导通状态电流。导通状态电流流经电感器Lm10和Lk10，然后流经电力开关M10的电流通道。当电力开关M10处于导通状态时，协作以限定电流通道的第一端子和第二端子两端的电压降极低，即零或接近零，并且是可忽略的。示例导通脉冲具有等于t1-t0的导通脉冲持续时间，并且具有尖锐的下降沿。当导通脉冲从导通电压下降到断开电压时，导通脉冲在时间t1突然结束。导通脉冲突然结束，并且导通脉冲的突然结束与断开脉冲的突然开始重叠或重合，断开脉冲的突然开始也在t1处开始。在该示例中，当处于导通周期时，设备处于非电力输出模式，并且没有来自设备的电力输出可用。
当在电力开关M10的控制端子施加断开脉冲时，电力开关M10断开，并且当控制端子的电压处于低于电力开关M10的导通电压的断开电压时，在断开脉冲的持续时间内，电力开关M10保持断开状态。当处于该断开状态时，第一端子和第二端子之间的通道具有极高阻抗以阻碍电流的流动，并且通过来自第一电源导轨120的电流流经电感器Lm10、然后经由二极管D10到达电力输出端子144，输出电力是可用的。在该示例中，当处于断开周期时，该设备处于电力输出模式。
当电力开关M10在时间t1突然断开时，即，当下一个断开脉冲开始时或当上一个导通脉冲结束时，紧接在上一个导通脉冲结束之前在电感器Lm10中流动的电流不再能够流入电力开关M10的通道中，且将被转移以流过输出二极管Do10到达电力切换支路输出Vo11以用于电力输出。
作为在上一个导通脉冲结束时流入寄生电感器Lk10的剩余电流的电流将不经由二极管D10被引导到电力输出端子144，将流过固有地存在于电力开关M10上的寄生电容器，除非适时地提供电流分流或电流旁路路径。如果电流流经电力开关M10的主要的寄生电容器，则由于剩余电流从电力开关M10的第一端子流向第二端子而产生的高电压应力可导致电力开关M10的击穿。
寄生电容器是由于各个寄生电容的总和而产生的，各个寄生电容固有地分布在电力开关M10上，并且在电力开关M10的第一端子和第二端子之间蔓延。
参考图2B，作为在t1处断开脉冲开始的结果，在时间t1处，电力开关M10的第一端子处的电压开始从基础电压Vb上升(其中t1也是导通脉冲结束的时间)，并且将在时间t2处达到峰值电压Vp。电力开关M10的第一端子的电压在短的持续时间内保持在峰值电压Vp，然后下降到较低的反向电压Vr，并保持在反向电压Vr，直到接近断开脉冲的结束。反向电压Vr等于Vin+Vco10，其中Vin是电路的输入电压，并且等于Vi10-Vi11，并且VCo10是输出电容器Co10两端的电压。
断开脉冲的突然开始表示电力开关M10的电流路径的突然断开。当电力开关从稳定的导通状态突然断开时，出现在电力开关M10的第一端子的电压将上升。然而，由于电力转换电路的电感，该电压上升没有导通脉冲的结束那么突然。
流经电力开关M10的电流从t0处的无电流上升到t1处的峰值电流。上升速率由电感器Lm10和Lk10的电感确定。在断开周期的t1和t2之间的初始断开时段期间，流经电力开关M10的传导通道的电流从时间t1的峰值电流下降到时间t2的零电流，如图2C所绘。
因此，在紧接导通脉冲的突然结束之前的瞬间，导通状态电流流过电感器Lm10和Lk10以及电力开关M10的电流路径。当导通脉冲突然结束时，结束电流(即紧接在t1之前流过电感器Lk10的电流)需要找到电流分流路径以确保电流连续性，从而防止由于在第一端子和第二端子之间积累的电压应力而导致电力开关M10的击穿。
钳位器电路在本文中提供电流分流路径，用于存储寄生电感器Lk10中存储的能量。在此例中，钳位器电路BLk10在过渡时段期间为寄生电感器Lk10提供电流分流路径，而输出电容器Co10为电力电感器Lm10提供电流分流路径。
在时间t1，当电力开关M10突然断开时，紧接在t1时导通脉冲结束之前流入寄生电感器Lk10的结束电流将继续流动，但是被重新定向以流入钳位器电路BLK10。具体地，结束电流将经由端子A流入钳位器电路BLK10，然后正向流经第一二极管D10，进一步正向流经并联连接的第二二极管D20，并且最终到达电容器C10并对其充电。
在t2，电力开关M10的第一端子M101的电压上升到VP。当电力开关M10的第一端子M101处于Vp时，钳位器电路与第一二极管D10皆为正向偏置。正向电流将迅速上升并以二极管正向方向流经第一二极管D10以对电容器C10充电。正向电流的幅度随着电容器C10被充电以及电容器C10两端的电压增加而逐渐减小。在t3，电容器C10两端的电压已经上升到使得正向电流停止并且反向电流将流入第一二极管D10的电平。
到t3时，并且最后到t4时，在t1时寄生电感器Lk10中的结束电流将通过第一二极管D10完全放电，并且存储在电容器C10中。因此，在t2和t3之间的电荷转移持续时间期间，在紧接t1的导通脉冲结束之前流入寄生电感器Lk10的结束电流的电子电荷完全转移到电容器C10。
在t2，存储在电容器C10上的电荷将电力开关M10的第一端子处的电压钳位在Vp，如图2B所绘。钳位电压是由于输入参考电压Vi、流经Lk10的峰值电流、以及一电压所致，该电压是由于取决于C10电容值的电容器C10所致。在一些情况下，由于电容器C10所致的电压Vc等于Vp-Vi。
在电容器C10处积累的电荷需要被放电，因为在电容器C10处的电荷的连续积累最终会导致电力开关M10的应力诱导击穿。
在t4，第一二极管和第二二极管被电容器C10的电压反向偏置。然而，反向电流将在t3和t6之间流过第一二极管D10，如图2D所绘，其中t3和t6之间的持续时间是第一二极管D10的反向恢复时间trrD1。
反向电流的流动速率由并联连接件确定，即，在持续时间t3和t4期间由电感器L10和第二二极管D20确定，其中t4在t3和t6之间。t3和t4之间的持续时间基本上或远远短于t4和t6之间的持续时间，例如，t3和t4之间的持续时间可以是t4和t6之间的持续时间的10％至20％。
反向电流将在持续时间t3和t4期间流经第一二极管D10和第二二极管D20。
选择第二二极管D20，使得其反向恢复时间trrD2大体上或远远短于第一二极管D10的反向恢复时间trrD1，但是具有比持续时间t4-t大的反向恢复时间t5-t3。持续时间t4-t3是寄生电感器Lk10中的残余结束电流完全放电到钳位器电路中所需的持续时间。
由于选择性地使用快得多的反向恢复二极管作为第二二极管D20，所以第二二极管D20将比第一二极管D10早得多地结束反向电流流动，使得当反向电流流动在第二二极管D20中结束时，反向电流流动在第一二极管D10中仍然继续并且持续比第二二极管D20的反向恢复时间更长或长得多(比如说2至5倍)的另一持续时间。
在时间t5，反向电流已经停止经过第二二极管D20，但是继续经过第一二极管D10，如图2D和图2E所绘。
随着第二二极管D20在t5时停止反向传导，电容器C10中的电荷将在电感器L10两端积累反向电压，并且电感器L10两端的该反向电压将保持第一二极管D10在反向方向导通，直到其反向恢复时间trrD1结束。
第一二极管D10的反向恢复时间trrD1在t6结束，并且反向电流将在t6停止通过第一二极管D10。因此，通过钳位器电路的二极管的反向电流在t6完全停止。
如图2B所示，在持续时间t5-t3之间在电感器Lk10两端的电压取决于Vp和Vr之间的电压差，其中Vr是由于输出电容器C10的电压、输入电压Vin(当Vi11处于参考接地时，其等于Vi10)和第一二极管D10两端的二极管电压降而在钳位器电路上产生的反向电压。
为了在包括导通脉冲和断开脉冲的每个切换周期之后达到平衡状态，期望在每个导通到断开切换期间在电容器C10处积累的电荷在下一个断开到导通周期开始之前被完全放电。当达到平衡状态时，在下一个切换周期开始时，在电容器C10上将没有剩余电荷。
为了达到平衡状态，电感器L10需要吸收在反向恢复时间期间产生的反向电压Vr。
Vp的值被选择为使得在时间t2和t3之间被泵入电容器C10的电荷等于在t3和t6之间的持续时间期间由反向电流放电的电荷。较高的反向电压Vp将导致较高的反向电流流经电感器L10。
第二二极管D20是快速反向恢复二极管，并且其反向切换损失将是可忽略的。
第一二极管D10是慢速反向恢复二极管。在反向恢复时间期间，第一二极管D10两端的反向电压Vr较小。因此，在反向恢复期间由于第一二极管D10引起的电力损失(Vr×Ir)也小。
由于在t2和t3之间的时段期间被泵入电容器C10的电子电荷在断开周期期间将通过二极管Do10被传送到输出侧，因此电力转换电路几乎是无损失的或接近理论无损失极限。
在不失一般性的情况下，电感器L10可以是分立组件、印刷电路板上的电感迹线和/或由于另一组件而引起的漏电感。在不失一般性的情况下，电力开关M10可以是分立的半导体开关，例如MOSFET或IGBT。
另一示例电力转换设备包括第一电源导轨220、第二电源导轨240、电力切换支路和钳位器支路，如图2中所描绘的。图2的电力转换设备与图1的电力转换装置基本上相同，除了钳位器电路BLK10的第二端子B电连接至第一电源导轨Vi10或参考接地。在不失一般性的情况下，本文中关于图1的电力转换设备的特征和描述通过引用并入本文，并且加以必要的修改，其中标号增加100。
通常，钳位器电路被设置为使得其第一端子A电连接到电路节点(在该电路节点，在切换操作期间可以预期正电压尖峰)，并且其第二端子B连接到电路的接地或参考电平。
寄生电容即便不是有害的，它也是有问题的。例如，存在于诸如电子电力开关M10的电子开关的可切换传导路径两端的寄生电容可在导通边缘处产生高电流尖峰并导致损坏。此外，存储在与主电力开关并联的寄生电容中的能量可能通过电阻组件或寄生电阻放电，并且这是电力损失的原因。已知由于寄生电容放电而导致的电力损失与切换频率有关。已知的是，切换频率越高，由于寄生电容的电力放电导致的电力耗散所引起的电力损失就越高。
电力损失不仅不利地影响电力转换电路的电力效率，而且产生散热问题，这可能难以解决，因为对器件小型化的要求已经变得越来越严格。
在不失一般性的情况下，图1和图2的示例电力转换设备包括传统降压-升压电力转换器的基本电力转换电路，并且具有降压-升压电力转换器的基本功能。
根据本公开的另一方面的示例电力转换设备包括第一电源导轨320、第二电源导轨340和包括电力切换电路的电力切换支路，如图4中所描绘的。图2的电力转换设备基本上与图1的电力转换设备相同。在不失一般性的情况下，本文中关于图1的电力转换设备的特征和描述通过引用并入本文并且加以必要的修改，其中标号增加200。
电力切换电路包括电力切换装置M110以及电力输出电路部分。电力输出电路部分包括输出端子Vo110，其也是电力转换设备的电力输出端子。
电力输出电路部分包括电感器Lm100、电容器Co100和互连电感器Lm100和电容器Co100的输出二极管Do100。
输出二极管Do100是电流输出二极管，其将电流输出到连接到电力转换设备的负载侧的负载。
电感器Lm100包括连接至第一电源导轨320的第一端子(“电力电感器第一端子”)和连接至二极管Do100的输入端子的第二端子(“电力电感器第二端子”)。电感器Lm100也被称为电力电感器，因为它在电力切换装置M110(或简称“电力开关”)的断开周期期间将电力输出电流传送到电力切换支路的输出。
电容器Co100包括连接到第一电源导轨320的第一端子(“输出电容器第一端子”)和连接到二极管Do10的输出端子的第二端子(“输出电容器第二端子”)。电容器Co100也被称为电力电容器或输出电容器，因为它在电力输出操作期间使电力输出电流平滑。
输出二极管Do100包括连接到电力电感器Lm100的第二端子的第一端子(“输出二极管第一端子”)和连接到输出电容器Co10的第二端子的第二端子(“输出二极管第二端子”)。示例二极管Do100的输出二极管第一端子是输出二极管Do100的输入端子(在该示例中其为二极管Do100的阳极)，并且输出二极管第二端子是输出二极管Do100的输出端子(在该示例中其为二极管Do100的阴极)。输出二极管Do100将电力电感器的电力输出端子电连接到输出电容器Co100的输出端子。输出二极管Do100具有在从第一端子到第二端子的方向上的正向方向或正向电流方向。
输出电容器Co100第一端子与输出二极管Do100第二端子与电力转换设备的电力输出端子Vo110电合并及/或连接。
电力切换装置M100包括作为电流流入端子的第一端子(“电力切换装置第一端子”)、作为电流流出端子的第二端子(“电力切换装置第二端子”)以及作为控制端子G100或更具体地切换控制端子的第三端子。在第一端子和第二端子之间限定电流流动通道，在电力切换操作期间切换电流将流过该电流流动通道。电流流动通道是可切换的传导通道，因为该通道可以通过施加在电力开关的切换端子处的控制信号来导通和断开。电力切换装置是电子电力切换装置(简称“切换装置”)，并且电力MOSFET是这种电力切换装置的典型示例。IGBT、BJT和晶闸管是通常用于切换电源应用的电子电力切换装置的其它示例。
电力切换装置M100的第一端子物理地且电连接到电力电感器Lm100的第二端子。可以存在或可以不存在类似于图1和图2的示例电路的寄生电感Lk10的寄生电感，但是为了简洁或简单起见，此刻将被忽略。
图4的示例电力转换设备包括传统降压-升压电力转换器的基本电力转换电路，并且具有降压-升压电力转换器的基本功能。
电力切换装置M100具有寄生电容。寄生电容可以存在并且可以分布在切换装置M100的不同位置。与切换装置M100的可切换传导通道并联分布的寄生电容是本公开的当前方面的主题。
参考图4，寄生电容由寄生电容器Cp100示意性地表示，该寄生电容器具有连接到电力切换装置M100的第一端子和连接到第二电源导轨Vi110的第二端子。
辅助开关Mo100与输出二极管Do100并联连接。
辅助开关Mo100也是电子电力切换装置，并且包括作为电流流入端子的第一端子(“辅助切换装置第一端子”)、作为电流流出端子的第二端子(“辅助切换装置第二端子”)以及作为控制端子G200的第三端子(或者更具体地，切换控制端子)。在第一端子和第二端子之间限定电流流动通道，在电力切换操作期间切换电流将流过该电流流动通道。当电力开关Mo100导通时，电流流动通道具有极低的阻抗，并且电流可以从第一端子流向第二端子，但不能沿相反方向流动。
辅助切换装置第一端子连接到输出二极管Do100的阴极，辅助切换装置第二端子连接到输出二极管Do100的阳极，并且控制端子G200连接到控制装置的输出。输出二极管Do100和辅助开关Mo100的电流通道并联电连接，但是电流流动通道的电流流动方向与输出二极管Do100的正向方向相反。输出二极管Do100可以是分立二极管或电子开关的内部二极管，例如MOSFET的固有并联二极管。
图5A中描绘了作为类似于图2A的电力转换控制信号的示例的控制脉冲的示例序列。切换脉冲包括交替设置的导通脉冲和断开脉冲。示例导通脉冲在初始时间t0处从断开电压立即上升到导通电压，在时间t1处立即下降到断开电压，并且在导通脉冲持续时间t0和t1之间停留在导通电压电平。
当电力开关M100在t0和t1之间的导通脉冲持续时间期间处于导通状态时，电流在通过电力电感器Lm100和电力开关M100之后从第一电源导轨流向第二电源导轨。当处于导通状态时，电力开关M100在其第一端子和其第二端子两端具有零或接近零的电压降。由于第一端子具有相对于第二电源导轨的电压的零或接近零的电压，所以在导通状态期间没有电流流经输出二极管Do100，并且没有从电力转换设备输出的电力或存在最小的电力。由于电流流经电力开关M100，所以电力开关M100的寄生电容在导通状态结束之前被充电。由于电力电感器Lm100的电感，电流在t0和t1之间逐渐地或几乎线性地上升。
当电力开关M100在t1断开并进入断开周期时，在导通周期期间存储在电感器Lm100中的能量将继续作为输出电流，该输出电流将从电感器Lm100经由二极管Do100流动到输出端子Vo110。输出电流逐渐地或几乎线性地下降，直到在t3达到零电流，如图5D和图5F所绘。
通过使辅助开关Mo100在t3导通，紧接在t3断开二极管Do100之前在电感器Lm100中流动的下降电流将继续流动，尽管通过辅助开关Mo100并且在与二极管Do100的二极管正向方向相反的方向上流动。当辅助开关Mo100处于导通周期时，下降电流将在t3和t4之间继续流经辅助开关Mo100，如图5G所绘。
来自寄生电容器Cp100的反向电流流动将导致电子电荷的放电，该电荷是在上一个导通周期期间在寄生电容器Cp100中积累的寄生电荷。例如，通过在电感器Lm100上施加负电压，可以促进反向电流流动，并且该负电压将导致负电流流经电感器Lm100。来自电力开关M100的反向电流流动的短的脉冲将足以使寄生电容器Cp100中存储的电子电荷放电，并且可通过在电感器Lm100上施加短的负电压脉冲以在电感器Lm100中产生短的反向电流脉冲来产生反向电流流动。例如，如图5D所绘，在电感器Lm100输出的电流在t3下降到零之后，通过导通或保持导通辅助开关Mo100短的持续时间，可以在电感器Lm100上产生短的负电压脉冲。
如图5E中所绘，通过在t3和t4之间的寄生放电持续时间期间导通辅助开关Mo100，辅助开关Mo100在t3和t4期间处于导通状态。由于辅助开关Mo100导通，在t3(即，当电感器电流降至零时的时间)和t4(即，当辅助开关Mo100断开时的时间)之间，在电感器Lm100上将出现短的负电压脉冲。辅助开关Mo100上的短的负电压脉冲将导致短的电流流经辅助开关Mo100，如图5G中所绘。
应当理解，t4在t3之后，并且在示例实施例中，t4在当前断开周期的结束和接近结束，或者接近下一个导通周期的开始。
当辅助开关Mo100在t4断开时，在辅助开关Mo100的导通周期期间(即，在t3和t4之间)连接电感器Lm100和输出端子Vo100的电流路径不再可用。为了保持电感器Lm100中的电流流动连续性，使得在t4时或之前立即在电感器Lm100中流动的结束电流不会突然停止，将形成由串联的电感器Lm100和寄生电容器Cp100限定的新电流路径。由于新电流路径的可用性，结束电流将继续在电感器Lm100中在远离电容器Cp100的方向上流动，从而将存储在电容器Cp100上的寄生电荷放电，这是因为电感器Lm100中在远离电容器Cp100的方向上的电流流动是在与在导通周期期间对电容器Cp100充电的电流方向相反的方向上。
在新电流路径中反方向流动的持续时间足以使存储在电容器Cp100上的寄生电荷放电的情况下，在电力开关M100的断开周期期间，所存储的寄生电荷将返回并存储在电感器Lm100中，并且减轻或至少减轻了在电力开关M100的下一个导通周期处的尖峰电压或尖峰电流的风险。新电流路径是寄生电荷放电路径，因为其功能是用于使存储在电容器Cp100上的寄生电荷放电。如图5C和图5E所绘，新电流路径中的反向流动是在t4和t5之间的放电持续时间期间。
由于t3和t4之间的持续时间可以非常小，所以辅助开关Mo100的导通时间可以非常小。由于寄生电容器Cp100以及因此寄生电荷通常非常小，rms(均方根)放电电流将非常小，所以可以使用非常小的电子开关来节省成本。
此外，在不失一般性的情况下，辅助开关Mo100的准确导通时间不是关键的，并且可以是工程师的实际设计选择。例如，导通时间可以接近电感器Lm100的零电流点t3，可以在t3之前或之后，并且辅助开关Mo100在已经生成足够负电流的时间点断开。通常，负电流远小于正常电力操作期间电感器Lm100的峰值电流。
辅助开关Mo100由控制器操作，该控制器将驱动信号发送到辅助开关Mo100的切换端子G100。驱动信号可以包括切换脉冲的序列，切换脉冲的序列包括交替的导通脉冲和断开脉冲。图5E中描绘了示例导通脉冲，其包括在导通周期中在t3和t4之间延伸的矩形脉冲，并且在不失一般性的情况下，导通脉冲在两个断开脉冲之间。辅助开关Mo100的切换定时可以由控制主电力开关M100的相同控制器控制，但是在不失一般性的情况下可以由另一个控制器控制。电力转换电路可以包括电流检测器，使得当流经二极管Do100的正向下降二极管电流下降到零或接近零时，控制器使得辅助开关Mo100导通。控制器可被预设为在辅助开关Mo100的导通周期期间流过辅助开关Mo100的反向电流足以使寄生电容器Cp100上存储的寄生电荷完全放电时断开辅助开关Mo100。
图5是图4的电力转换电路的另一实施例。除了电感器Lm100被一对磁耦合的电感器Lp200和Ls200代替之外，图5的电力转换电路基本上与图4的电力转换电路相同。磁耦合且电隔离的电感器Lp200和Ls200协作以形成变压器，其中电感器Lp200是变压器的初级侧上的初级电感器，并且电感器Ls200是变压器的次级侧上的次级电感器。在本文中对图4的电力转换电路的描述以及与其相关的描述通过引用并入于此，并且加以必要的修正，其中相应的标号增加100。
当主电力开关M200导通使得主电力开关M200处于导通周期时，电流开始斜升并流入初级电感器Lp200的初级绕组，并且能量存储在初级电感器Lp200中。当主电力开关M200断开时，在导通周期期间初级电感器Lp200的电流路径不再可用，并且紧接在主电力开关M200断开之前在初级电感器Lp200中的结束电流将需要找到放电路径。与初级电感器Lp200磁耦合的次级电感器Ls200提供这样的放电路径。结果，结束电流将流经次级电感器Ls200和输出二极管Do200，并泵入输出电容器Co200以激励输出侧。尽管图5的电力转换电路包括变压器，但是寄生电荷恢复的类似机制适用于本实施例。
具体地，在次级电感器Ls200中的电流已经下降到零之后，辅助开关Mo200将被导通短的持续时间，使得少量负电流在该短的持续时间将流入次级电感器Ls200中。当辅助开关Mo200在小的负电流的流动之后被断开时，辅助开关Mo200处于导通周期时次级电感器Ls200可用的电流路径不再可用。初级电感器Lp200提供用于小的负电流的继续的新的或替代的电流路径，并且该电流路径将是初级电感器Lp200上的负电流路径的形式，使得放电电流将流出主开关M200并流入初级电感器Lp200。放电电流将在由初级电感器Lp200和寄生电容器Cp100串联形成的新的或替代的电流路径中并且在与充电电流相反的方向上流动，以放电主开关M200上的寄生电荷。
在新的电流路径中反方向流动的持续时间足以使存储在电容器Cp200上的寄生电荷放电的情况下，在电力开关M200的断开周期期间，所存储的寄生电荷将返回并存储在电感器Lp200中，并且减轻或至少减轻了在电力开关M200的下一个导通周期处的尖峰电压或尖峰电流的风险。新的电流路径是寄生电荷放电路径，因为其功能是用于使存储在电容器Cp100上的寄生电荷放电。
在主开关M200上的寄生电荷已经被完全或基本上放电之后，主开关M200可以在下一个导通周期利用由寄生电荷引起的电压尖峰而导通。此外，由于寄生电荷在主开关M200的断开周期期间返回到电力输出电路部分，并且不作为废热耗散，所以提高了电力转换电路的效率，并且减少了由于寄生电容器Cp200导致的热耗散。同样，二极管Do200可以是分立二极管或电子开关的内部二极管，例如MOSFET的固有并联二极管。
尽管已经参考示例基本DC/DC转换器进行了本公开，但是本领域普通技术人员将理解，本公开在不失一般性的情况下经必要的修改可应用于切换电路，例如，其它DC/DC转换电路。在本说明书中，术语“连接”意味着物理和电连接，除非上下文另有要求。
虽然示例电力转换器是升压转换器，但是本公开在不失一般性的情况下在必要的修改下可应用于降压转换器或者降压和升压转换器。

Claims (22)

1.一种电力转换设备，包括：电力切换支路，其被配置为对输入电力进行操作以通过电力切换操作产生转换电力；电力输出部分，用于输出所述转换电力；以及钳位器电路；其中，所述切换支路包括串联连接的电力电感器和半导体开关；其中，所述半导体开关被配置为以切换频率在电力输出状态和非电力输出状态之间切换，以执行所述电力切换操作；并且其中所述钳位器电路被配置为在紧接着所述非电力输出状态之后的电力输出周期中将能量输出到所述电力输出部分，所述能量是在非电力输出周期期间在一个或多个寄生电抗元件上积累或存储的。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电力切换支路包括将所述电力电感器和所述半导体开关互连的寄生电感器，其中所述寄生电感器和所述半导体开关具有公共节点，其中所述钳位器电路被布置为钳位器支路，并且包括串联连接的钳位器电容器、第一二极管和并联组件；其中所述并联组件将所述钳位器电容器与所述第一二极管互连，且包括钳位器电感器与第二二极管的并联连接件；其中，所述第一二极管的阳极连接到所述公共节点，并且所述第一二极管的阴极连接到所述并联组件；其中所述钳位器电容器具有连接到所述并联组件的第一端子和连接到电源导轨的第二端子；其中所述第二二极管以所述第二二极管的阳极连接到所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阴极连接到所述钳位器电容器的方式被连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一二极管被配置为允许在所述寄生电感器中积累的能量流动，以在紧接在所述非电力输出状态之后的所述电力输出周期的初始时段期间流经所述并联组件并且作为钳位能量存储在所述钳位器电容器上，且其中所述第一二极管被配置为允许在紧接在所述初始时段之后的所述电力输出周期的后续时段期间所述钳位能量反向流动到所述电力输出部分。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述第一二极管具有第一反向恢复时间，并且被配置为使得所述钳位能量的反向流动包括在所述第一二极管处于其反向恢复时间内的第一时段中发生的第一部分以及在紧接所述第一时段之后的第二时段中发生的第二部分，并且所述第二部分由所述钳位器电感器中积累的反向电压促进。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二二极管具有比所述第一反向恢复时间短的第二反向恢复时间，使得所述第二二极管在所述第一时段结束之后被恢复，并且用于防止能量反向流动通过所述第二二极管。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其中所述钳位器电感器和所述第二二极管协作以控制所存储的能量从所述钳位器电路到所述输出部分的反向流动。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的设备，其中所述钳位器电容器具有适于存储在非电力输出周期期间在所述寄生电感器上积累的能量的电容。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的设备，其中，所述钳位器电路包括二极管和电抗组件，而不包括电阻组件。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的设备，其中，所述第一二极管和所述第二二极管被布置为使得它们的正向导通方向相同并且在朝向所述钳位器电容器的方向上。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述半导体开关包括第一端子和第二端子，并且能够在导通状态或断开状态下操作；其中，当处于所述导通状态时，在所述第一端子和所述第二端子之间形成低阻抗电流传导路径，并且当处于所述断开状态时，在所述第一端子和所述第二端子之间形成高阻抗电流阻断路径；并且其中所述钳位器电路包括与所述半导体开关的第一端子和第二端子电连接的第一端子和第二端子。
11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述设备包括第一电源导轨和第二电源导轨，其中所述电力电感器包括连接到所述第一电源导轨的第一端子和物理连接到所述半导体开关的第一端子的第二端子，其中所述电力切换支路的所述半导体开关为所述设备的主电力开关，其中所述电力输出部分包括输出二极管和输出电容器，其中所述输出电容器具有连接到所述第一电源导轨的第一端子和连接到所述设备的输出端子的第二端子，且其中所述输出二极管的阳极连接到所述电力电感器的第二端子，所述输出二极管的阴极连接到所述输出电容器的所述端子，且所述输出二极管的二极管正向方向朝向所述电力输出端子。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述钳位器电路包括半导体开关，其被配置作为与所述输出二极管并联连接的辅助电子开关；其中所述辅助电子开关能够在导通状态与断开状态之间切换，在所述导通状态期间，形成允许辅助电流在与所述二极管正向方向相反的反向方向上流动的辅助电流路径，在所述断开状态期间，所述辅助电流路径被阻断或阻止；并且其中，所述辅助电子被配置为当流经所述电力电感器的电流降至零时使反向电流流经所述电力电感器，以在所述半导体开关从导通状态切换到断开状态时中和由于所述半导体开关的寄生电容器而积累的能量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，在电力转换操作期间和在所述主电力开关的断开周期期间，所述辅助电子开关将导通以允许在通过所述电力电感器和所述输出二极管流向所述输出端子的正向电流已经下降到零之后电流继续在所述电感器中流动，并且保持导通达导通持续时间，以促进反向电流流经所述辅助电子开关，其中，所述导通持续时间被设置为当所述主电力开关处于断开状态时，使存储在所述主电力开关上的寄生电荷放电。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电力转换设备，其中，所述辅助电子开关在所述输出二极管中的正向电流降至零的时间导通或接近该时间时导通。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的电力转换设备，其中所述辅助电子开关的导通持续时间比所述主电力开关的导通持续时间或断开持续时间短得多。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的电力转换设备，其中所述辅助电子开关具有比所述主电力开关的额定电流低得多的额定电流。
17.根据权利要求11到16中任一项所述的电力转换设备，其中所述输出二极管是所述辅助电子开关的固有二极管。
18.根据权利要求11到17中任一项所述的电力转换设备，其中，所述电力转换设备包括控制器，所述控制器执行存储的指令以控制所述主电力开关和所述辅助电子开关。
19.根据权利要求11到18中任一项所述的电力转换设备，其中，所述电力转换设备包括电容器，所述电容器具有连接到所述第一电源导轨的电容器第一端子和连接到所述电力输出电路的输出端子的电容器第二端子。
20.一种用于与电子电力切换装置一起使用的钳位电路，包括第一二极管、第一电容器以及包括并联连接的第一电感器和第二二极管的并联连接件，其中，所述第一二极管、所述并联连接件以及所述第一电容器串联连接，并且所述并联连接件在所述第一电容器和所述第一二极管之间；其中，所述钳位电路用于跨接在电力切换装置的第一端子和第二端子之间，其中，所述第一二极管的阳极用于连接在所述电力切换装置的较高电位端子上，并且所述第二二极管的阳极连接到所述第一二极管的阴极，并且其中，所述第二二极管是具有比所述第一二极管短得多的反向恢复的快速反向恢复二极管。
21.一种电力转换电路，包括电子电力开关、具有电力输出端子的电力输出电路、第一电源导轨和第二电源导轨，其中所述电力开关包括开关第一端子、连接到所述第二电源导轨的开关第二端子和作为切换端子的开关第三端子，其中所述电力开关能够通过切换脉冲的序列在导通状态与断开状态之间切换，在所述导通状态期间，电流将从所述开关第一端子流到所述开关第二端子，在所述断开状态期间，所述开关第一端子与所述开关第二端子之间的电流流动被阻止或阻断；其中，所述输出电路包括：电感器，其具有连接到所述第一电源导轨的电感器第一端子和连接到所述电力开关第一端子的电感器第二端子；电容器，其具有连接到所述第一电源导轨的电容器第一端子和连接到所述电力输出电路的输出端子的电容器第二端子；以及二极管，其具有二极管正向方向、连接到所述电感器第二端子的二极管第一端子和连接到所述输出端子的二极管第二端子；其中，所述输出电路包括辅助电子开关，所述辅助电子开关与所述输出二极管并联连接，并且能够在导通状态与断开状态之间切换，在所述导通状态期间，形成允许辅助电流在与所述二极管正向方向相反的反向方向上流动的辅助电流路径，在所述断开状态期间，所述辅助电流路径被阻断或阻止；并且其中，在电力转换操作期间和在所述主电力开关的断开周期期间，所述辅助电子开关将被导通以允许在通过所述电感器和所述输出二极管流向输出端子的正向电流已经下降到零之后，电流继续在所述电感器中流动，并且保持导通达导通持续时间，以促进反向电流流经所述辅助电子开关，其中，所述导通持续时间被设置为当所述主电力开关处于断开状态时，使存储在所述主电力开关上的寄生电荷放电。
22.根据权利要求21所述的电力转换电路，其中放电电流在所述辅助电子开关被断开之后立即从所述主电力开关流到所述电感器。
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