Lc 緩沖電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了LC緩沖電路，其用于開(kāi)關(guān)變換器，該開(kāi)關(guān)變換器包括串聯(lián)連接的電感器和開(kāi)關(guān)器件。LC緩沖電路包括第一緩沖二極管、緩沖電容器、第二緩沖二極管以及具有一次繞組和二次繞組的緩沖互感器。緩沖互感器的二次繞組連接至開(kāi)關(guān)變換器的輸出端。
【專(zhuān)利說(shuō)明】LC緩沖電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LC (電感電容）緩沖（snubber)電路，并且具體地涉及使LC緩沖電路 中的循環(huán)電流的最小化。

【背景技術(shù)】
[0002] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種電壓緩沖電路，用于保證開(kāi)關(guān)變換器（switching converter)中 的半導(dǎo)體的電壓應(yīng)力余量。RCD緩沖器被廣泛地用于成本敏感應(yīng)用，但是它會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的 功率損耗[1]-[2]。
[0003] LC緩沖器可以提供用于減小在效率敏感應(yīng)用中的功率損耗[3]_[9]的可選解決 方案。圖la至圖lc示出了傳統(tǒng)LC緩沖器的一些實(shí)現(xiàn)方式。圖la示出了在反激式變換器 中的LC緩沖器11。圖lb示出了在正激式變換器中的LC緩沖器12。圖lc示出了在電流 饋送變換器中的LC緩沖器13。
[0004] 如圖la所示的反激式變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其包括一個(gè)開(kāi)關(guān)Q、一個(gè)二極管D。和互感 器（transformer)! 1的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)而成為一種用于低功率應(yīng)用的流行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]。然而，作 為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的代價(jià)，反激式變換器可能在開(kāi)關(guān)Q和二極管D。上遭受大的電壓/電流應(yīng)力。 此外，開(kāi)關(guān)Q關(guān)斷時(shí)主互感器T的漏電感會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的電壓尖峰。因此，可能需要使用例 如如圖la所示的電壓緩沖器。
[0005] 在一些高電源電壓應(yīng)用中，例如，其中電源電壓可以達(dá)到1200V的三相輔助電源 (APS, three-phase auxiliary power supply),開(kāi)關(guān)變換器中的開(kāi)關(guān)器件的電壓應(yīng)力余量 可能非常有限。因此，緩沖器可能必須能夠?qū)㈩~外的電壓應(yīng)力限制到小范圍[2]。在這種情 況下，可以增大LC緩沖器中的緩沖電容，這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致了更高的循環(huán)電流。這些循環(huán)電 流可能引起在開(kāi)關(guān)中和在緩沖電路自身中的額外的傳導(dǎo)損耗。所開(kāi)發(fā)的LC緩沖器中的一 些LC緩沖器可以改善性能[7] -[9]，但是它們僅限于窄的電源電壓范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供用于減輕上述缺點(diǎn)的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。通過(guò)由在 獨(dú)立權(quán)利要求中所述的內(nèi)容來(lái)表征的配置和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中 公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0007] 本公開(kāi)提出了用于開(kāi)關(guān)變換器的增強(qiáng)型LC緩沖器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。增強(qiáng)型LC緩沖器與 傳統(tǒng)LC緩沖器相比可以減小循環(huán)電流。所提出的緩沖器具有與開(kāi)關(guān)變換器的輸出端的耦 接，通過(guò)該耦接可以將存儲(chǔ)在緩沖器中的能量轉(zhuǎn)移至輸出端，這使得循環(huán)電流最小化。這可 以帶來(lái)更高的效率?？梢酝ㄟ^(guò)使其一次繞組用作緩沖電感的互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)與輸出端的耦 接。
[0008] 所公開(kāi)的LC緩沖器可以為開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)提供有效的電壓鉗制?？梢詼p小開(kāi) 關(guān)（多個(gè)開(kāi)關(guān)）的峰值電壓應(yīng)力。這帶來(lái)了更低的開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力和更高的可靠性。有效的 電壓鉗制還可以為增大了的占空比提供空間，從而進(jìn)一步地減小傳導(dǎo)損耗。
[0009] 在開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)期間，隨著通過(guò)緩沖器轉(zhuǎn)移一部分電力，可以減小輸出電容 器的電流紋波。隨著紋波的減小，開(kāi)關(guān)變換器的輸出濾波器的尺寸也可以減小。
[0010] 所公開(kāi)的增強(qiáng)型LC緩沖器可以應(yīng)用于各種類(lèi)型的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且可以通 過(guò)增強(qiáng)型LC緩沖器的不同類(lèi)型的二次級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 下面將參照附圖借助于優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中：
[0012] 圖la至圖lc示出了傳統(tǒng)LC緩沖器的一些實(shí)現(xiàn)方式；
[0013] 圖2a至圖2c示出了傳統(tǒng)LC緩沖器的示例性電壓波形和示例性電流波形；
[0014] 圖3a至圖3e示出了傳統(tǒng)LC緩沖器的電流路徑；
[0015] 圖4a至圖4e例示了所公開(kāi)的增強(qiáng)型LC緩沖器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示例性實(shí)現(xiàn)方式；
[0016] 圖5示出了在反激式變換器中的增強(qiáng)型LC緩沖電路的示例性實(shí)現(xiàn)方式；
[0017] 圖6a至圖6d示出了圖5的增強(qiáng)型LC緩沖器的示例性電壓波形和示例性電流波 形；
[0018] 圖7a至7d示出了在圖5的增強(qiáng)型LC緩沖器中的電流路徑；
[0019] 圖8a至圖8d示出了傳統(tǒng)LC緩沖器的示例性的仿真電流波形和仿真電壓波形；以 及
[0020] 圖9a至圖9d示出了增強(qiáng)型LC緩沖器的示例性的仿真電流波形和仿真電壓波形。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 接下來(lái)對(duì)反激式變換器中安裝的如圖la所例示的傳統(tǒng)LC緩沖器的操作原理進(jìn)行 更詳細(xì)地討論。還對(duì)引起額外的傳導(dǎo)損耗的循環(huán)電流進(jìn)行了研究。圖2a至圖2c示出了圖 la中所示的緩沖器的示例性電壓波形和示例性電流波形。在圖2a中示出了互感器T的磁 化電流和漏電流Ilkg，以及通過(guò)開(kāi)關(guān)器件Q的電流I Q ;在圖2b中示出了在開(kāi)關(guān)器件Q上 的電壓VQ和在緩沖電容器Csn上的電壓V &n ;在圖2c中示出了通過(guò)緩沖二極管Dsnl的電流 IDsnl和通過(guò)緩沖二極管Dsn2的電流IDsn2。
[0022] 圖3a至圖3e示出了圖la的LC緩沖器的電流路徑。為了電路分析，使用圖3a至 圖3e中的包括理想互感器、磁化電感L m和漏電感Llkg的等效電路來(lái)替代主互感器。
[0023] 圖la中的緩沖器的操作可以分為五種模式。在圖2a至2c中的時(shí)刻h處，開(kāi)關(guān)Q 接通并且將電源電壓Vs施加至互感器一次側(cè)，因此緩沖器進(jìn)入模式0?；ジ衅鞯拇呕娏?開(kāi)始流過(guò)在圖3a所示的路徑31上的Q。同時(shí)，緩沖電容器Csn和緩沖電感器Lsn形成第 一諧振電路并且由諧振操作引起的正弦電流開(kāi)始流過(guò)圖3a所示的路徑32上的Q。可以如 下計(jì)算通過(guò)緩沖電感器Lsn的正弦電流：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于開(kāi)關(guān)變換器的LC緩沖電路，所述開(kāi)關(guān)變換器包括： 第一變換電感器，所述第一變換電感器連接在第一連接節(jié)點(diǎn)（41)與第二連接節(jié)點(diǎn) (42)之間，以及 第一變換開(kāi)關(guān)器件，所述第一變換開(kāi)關(guān)器件連接在所述第二連接節(jié)點(diǎn)（42)與第三連 接節(jié)點(diǎn)（43)之間， 其中，所述LC緩沖電路包括： 第一緩沖二極管，所述第一緩沖二極管連接在第四連接節(jié)點(diǎn)（44)與所述第一連接節(jié) 點(diǎn)（41)之間， 緩沖電容器，所述緩沖電容器連接在所述第二連接節(jié)點(diǎn)（42)與所述第四連接節(jié)點(diǎn) (44)之間， 第二緩沖二極管和具有一次繞組和二次繞組的緩沖互感器，其中，所述一次繞組與所 述第二緩沖二極管串聯(lián)地連接在所述第三連接節(jié)點(diǎn)（43)與所述第四連接節(jié)點(diǎn)（44)之間， 以及 整流裝置，所述整流裝置將所述緩沖互感器的二次繞組連接至所述開(kāi)關(guān)變換器的輸出 端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LC緩沖電路，其中，所述整流裝置由將所述緩沖互感器的二 次繞組連接至所述開(kāi)關(guān)變換器的輸出端的二極管來(lái)形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LC緩沖電路，其中，所述緩沖互感器具有減極性。
4. 一種開(kāi)關(guān)變換器，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LC緩沖電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)變換器，其中，所述開(kāi)關(guān)變換器是隔離開(kāi)關(guān)變換器，并且 所述第一變換電感器是所述開(kāi)關(guān)變換器的主互感器的一次繞組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)變換器，其中，所述隔離開(kāi)關(guān)變換器是反激式變換器。
7. -種用于開(kāi)關(guān)變換器的方法，所述開(kāi)關(guān)變換器包括： 第一變換電感器，所述第一變換電感器連接在第一連接節(jié)點(diǎn)（41)與第二連接節(jié)點(diǎn) (42)之間，以及 第一變換開(kāi)關(guān)器件，所述第一變換開(kāi)關(guān)器件連接在所述第二連接節(jié)點(diǎn)（42)與第三連 接節(jié)點(diǎn)（43)之間， 其中，所述方法包括： 使用LC緩沖器來(lái)限制所述第一變換開(kāi)關(guān)器件的最大電壓應(yīng)力， 通過(guò)與輸出端耦接的緩沖互感器，將存儲(chǔ)在所述LC緩沖器中的能量轉(zhuǎn)移至所述輸出 端，以最小化所述LC緩沖器中的循環(huán)電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述方法包括使用根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的 LC緩沖器。
【文檔編號(hào)】H02M1/34GK104242621SQ201410259389
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月11日
【發(fā)明者】樸起范, 弗朗西斯科·卡納萊斯, 薩米·彼得松 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司