專利名稱：前向變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率轉換領域。具體地，本發明涉及前向變換器和操作前向變換器的方法。
前向變換器常常提供與各整流器電路相關聯的多個輸出。這些整流器電路可以配備繞組，從而形成隔離變壓器的一部分。此外，這些整流器可被連接至所謂的耦合電感器的一個繞組，其與其它整流器電路進行磁耦合。每一個整流器電路可以提供不同的輸出電壓。利用一個耦合輸出電感器，所述多個輸出可經由交叉調節而被調節。每一個輸出可以連接至它自身的電感器。
此外，每一整流器電路可以配備有它自身的整流器二極管和續流二極管。所述多個整流器電路的其中一個輸出電壓可由借助于初級側開關產生的工作循環(duty cycle)直接調節。其它整流器電路的輸出電壓然后僅被交叉調節。為了改進對這些其它輸出電壓的調節，如已經在上面指出的那樣，可以耦合輸出電感器。
由于輸出電感器的耦合，整個前向變換器被完全接通或被完全關斷。在必須由前向變換器提供待機模式(也就是待機電壓)的情況下可能會出現問題，在該過程中，全部其它電壓必須是零(或者至少處于非常低的電壓)。
本發明的一個目的是提供一種改進的前向變換器。
依據如權利要求1闡述的本發明的一個示范性實施例，提供一種前向變換器，其包括具有第一輸出的第一整流器電路和具有第二輸出的第二整流器電路。在第一整流器電路中提供第一開關，并在第二整流器電路中提供第二開關。依據本發明的一個方面，通過對第一和第二開關進行開關，可以選擇性地關斷第一和第二輸出。
換句話說，在第一整流器電路輸出第一電壓而第二整流器電路適于輸出第二電壓的情況下，可以完全關斷兩個整流器電路當中的任何一個，同時其它整流器電路提供各自的電壓。
依據如權利要求2闡述的本發明的另一示范性實施例，提供第三整流器電路，通過一個耦合的電感器，其耦合至第一整流器電路。
有利地，這可以允許對第三整流器電路的輸出電壓的交叉控制或交叉調節，同時可以一方面選擇性地關斷第一和第三整流器電路，以及另一方面選擇性地關斷第二整流器電路。
依據如權利要求3闡述的本發明的另一示范性實施例，第一和第二整流器電路的各繞組與同一變壓器相關聯。
依據如權利要求4闡述的本發明的另一示范性實施例，該前向變換器適于連接至一個裝置。當第一開關閉合(也就是導通)并且第二開關打開(也就是不導通)時，第一整流器為該裝置提供工作電壓，并且其中，當第一開關打開并且第二開關閉合時，第二整流器為該裝置提供待機電壓。有利地，例如在該裝置的待機模式期間，這允許完全關斷為該裝置提供工作電壓的第一整流器電路。有利地，這確保該裝置的所需要的安全性。此外，通過這樣做，如常常使用的單獨的待機電源不是必須的，因為待機電源和工作電源都被合并在前向變換器中，如上面提到的那樣，這允許完全切斷各個電壓。有利地，這也允許減小需用于電源的空間。此外，這也可以允許減小與電源相關的成本。
依據如權利要求5闡述的本發明的另一示范性實施例，該前向變換器是PC電源的一部分，并且該裝置是PC。
依據如權利要求6闡述的本發明的另一示范性實施例，在通過一個公共輸出電感器耦合至第一整流器電路的整流器電路和第二整流器電路之間提供第三開關。代替第三開關，可以提供二極管，比如Schottky二極管或線性控制器。依據本發明的該示范性實施例的一個方面，在由第一整流器電路提供工作電壓的操作期間，該開關閉合，并且在由第二整流器電路提供待機電壓的操作期間，該開關打開。
依據如權利要求7闡述的本發明的另一示范性實施例，第一開關是雙向開關。例如，可以用這種雙向開關來代替/實施第一整流器的二極管或第一開關。此外，依據本發明的該示范性實施例的一個方面，通過耦合電感器被耦合至第一整流器的每一個整流器可以配備有一個二極管或一個同步整流器，比如MOSFET。
依據如權利要求8闡述的本發明的另一示范性實施例，提供一種用于操作前向變換器的方法，其中通過操作在第一和第二整流器電路中提供的第一和第二開關選擇性地關斷第一和第二整流器電路的第一和第二輸出。
有利地，這可以允許操作一個前向變換器來提供多個輸出電壓，在這里例如提供兩個電壓，使得這些電壓可以被完全彼此分開地提供，也就是說可以提供一個電壓，同時完全關斷提供另一電壓的整流器電路。
權利要求9至11提供了依據本發明的方法的其它示范性實施例。
作為本發明的一個示范性實施例的要點，可以看出，在一個前向變換器的各整流器電路中提供開關，從而允許選擇性地關斷所選擇的整流器電路。通過這樣做，例如，在待機過程中可以完全關斷前向變換器的主要輸出，同時該前向變換器的一個整流器電路確保待機電源。
參考下文中描述的實施例，本發明的這些和其它方面將變得明顯。
參照下面的附圖，在下面描述本發明的各示范性實施例
圖1示出了依據本發明的第一示范性實施例的前向變換器的簡化電路圖。
圖2示出了依據本發明的第二示范性實施例的前向變換器的簡化電路圖。
貫穿圖1和圖2，相同的附圖標記用于表示相同或相應的元件。
圖1示出了依據本發明的第一示范性實施例的前向變換器的簡化電路圖。附圖標記2表示電源，比如電壓源，其一側直接連接至變壓器4的初級繞組，并且其另一側經由開關6連接至電感器4的另一側。初級繞組4與第一整流器電路8的繞組10和另一整流器電路46的繞組34一起形成一個變壓器，該變壓器的初級側和次級側繞組的繞組比率表示對應的變換比率。
第一整流器電路8包括繞組10，所述繞組10經由第一二極管12和通過附圖標記16表示的開關S1連接至電感器18。電感器18經由電解質電容器(Elko)進一步連接至設置于Elko 20和開關S1與電感器18間的一點之間的另一個二極管14。二極管14的陽極連接至繞組10。第一整流器電路18的輸出電壓可以跨過Elko 20取得。
如可以從圖1獲知的那樣，電感器18連接至其它整流器電路中的電感器18。在圖1中，電感器18連接至第二整流器電路26中的電感器18，并連接至第三整流器電路32中的電感器18。各電感器18的這種耦合被稱作輸出電感器耦合，并在附圖中通過附圖標記60表示。
如可以從圖1獲知的那樣，整流器電路26包括另一個二極管22和另一個Elko 24。此外，第三整流器電路32包括另一個二極管28和另一個Elko 30。
此外，提供了第四整流器電路46。除了耦合的輸出電感器之外，第四整流器電路46具有和第一整流器電路8相同的電路設置，并且也包括變壓器的次級繞組。具體來說，第四整流器電路46包括繞組34(其與繞組4一起形成一個變壓器)，該繞組經由二極管36和開關40連接至另一個電感器42。此外，電感器42經由Elko 44連接至二極管38的陽極，其陰極連接在通過附圖標記40表示的開關S2和電感器42之間。二極管38的陽極進一步連接至繞組34。
其輸出電壓可以跨過Elko 20、24和30取得的第一、第二和第三整流器8、26和32適于提供用于裝置的工作電壓。其輸出電壓可以跨過Elko 44的第四整流器46適于提供裝置的一個電源電壓，典型地用于待機操作。
如可以從圖1獲知的那樣，經由一個次級繞組(耦合的各電感器18或公共繞組18)提供全部主輸出(也就是橫越第一、第二和第三整流器8、26和32的Elko 20、24和30的電壓)。在第一和第四整流器電路8和46中，其繞組10和34與電感器4一起形成一個變壓器，每一個包括在整流器二極管12和36之后的開關。通過選擇性地對由附圖標記16和40表示的這些開關S1和S2進行開關，確保裝置的操作電源的第一、第二和第三整流器電路8、26和32可被切斷，同時通過保持第四整流器電路46的開關S2閉合，通過保持第四整流器電路46確保待機電源。由此，可以確保在操作期間提供電源的相同的前向變換器提供待機電源，在此情況下全部其它輸出完全被關斷。
依據本發明的一個方面，開關S1和S2可以適于在由開關6的切換確定的工作循環的每一周期進行開關，或者開關S1和S2可以適于作為靜態開關。
依據本發明的該示范性實施例的另一個方面，開關S1(附圖標記16)是HF開關。在這種情況中，開關S1將在由開關6的切換確定的工作循環的每一開關周期進行開關。這可以允許獨立于第四整流器46地控制或調節第一、第二和第三整流器8、26和32的輸出(也就是輸出電壓)。因此，控制未耦合的輸出(也就是經由工作循環開關S2控制第四整流器46)并非在所有情況下都是必須的，同時仍然控制或調節全部輸出。
當然，通過利用開關S2，第四整流器46的輸出電壓也可被控制，并且工作循環可以調節主輸出，也就是第一、第二和第三整流器8、26和32的輸出電壓。
依據本發明的該示范性實施例的另一個方面，所述HF開關可以用于與復位方案(比如有源箝位)相組合，其可以導致對主開關(這里是開關S1)的零電壓開關(ZVS)。
依據本發明的該示范性實施例的另一個方面，整流器二極管(也就是整流器電路8、26、32中的二極管14、22和28以及整流器電路46中的二極管38)也可以被比如MOSFET的同步整流器元件替代。
此外，依據本發明的另一示范性實施例(其可以允許非常精確的控制)，二極管12和開關16可被一個雙向開關替代。該示范性實施例也可以與上面所述的實施例相結合，在這種情況下，通過比如MOSFET的同步整流元件來部分地或全部替代二極管14、22、28和/或38。
圖2示出了依據本發明的第二示范性實施例的前向變換器的簡化電路表示。如可從圖2獲知的那樣，在圖2中描述的本發明的第二示范性實施例的電路設置類似于在圖1中描述的本發明的第一示范性實施例的電路設置，除了其中在第三整流器電路32和第四整流器電路46之間提供另一個開關S3之外，該開關通過附圖標記50表示。在圖2中，在正常操作期間接通開關S1，也就是當該前向變換器提供工作電壓至比如個人計算機(PC)的裝置時接通。
通過對工作循環的控制實現對第一、第二和第三整流器電路8、26和32的輸出電壓的控制或調節，也就是通過對開關6的開關控制來實現。在這種情況下，因為未耦合的待機輸出(也就是第四整流器電路46的輸出)可能無法被充分好地調節或控制，提供通過附圖標記50表示的開關S3，從而將第一組的其中一個輸出耦合至各第二組的其中一個輸出(原則上也可能幾個第一至幾個第二、甚至一個第一至幾個第二)，并耦合至第四整流器電路46。在正常操作期間，也就是在其中第一、第二和第三整流器電路提供輸出電壓的操作期間，開關S2是關斷的。在待機操作期間，也就是當第一、第二和第三整流器電路8、26和32應當被完全切斷并且第四整流器電路46提供待機電壓時，開關S1和S3是打開的，同時依據本發明的該方面為靜態開關的開關S2是閉合的。
依據本發明的上面的示范性實施例的各變型，爆發模式(burstmode)、頻率減小等也是可能的，以便獲得更好的部件負載效率。
依據本發明的上面的示范性實施例的一個方面，連接至公共繞組18的各整流器電路中的續流二極管可被同步整流器替代。此外，各整流器電路中的其它續流二極管也可被同步整流器替代。這可以允許更自由地控制或調節不同的輸出電壓。此外，這可以允許增大電路的效率。
依據本發明的上面的示范性實施例的另一個方面，可以建立各組，并通過一個開關對各組進行群集，從而允許選擇性地接通和關斷各個組。如上所述，也可以為單個輸出提供開關，以使各單個輸出可被關斷。因此也可能為第一組的每一個整流器電路建立它自己的開關(組合二極管加上開關或雙向開關)。
有利地，上面所述的示范性實施例可以允許將待機電源集成在主電源中，這樣做可以顯著減小裝置的電源所需的成本。在PC電源的情況下，這可以是特別有利的。
權利要求
1.一種前向變換器，包括具有第一輸出的第一整流器電路；具有第二輸出的第二整流器電路，其中在第一整流器電路中提供第一開關；以及其中在第二整流器電路中提供第二開關；其中，通過對第一和第二開關進行開關，可以選擇性地關斷第一和第二輸出。
2.權利要求1的前向變換器，其中提供第三整流器電路；其中通過一個耦合的電感器將第三整流器電路連接至第一整流器電路。
3.權利要求1的前向變換器，其中第一和第二整流器電路各具有一個繞組；其中第一和第二整流器電路的繞組與相同的變壓器相關聯。
4.權利要求1的前向變換器，其中該前向變換器適于連接至一個裝置；其中，當第一開關閉合并且第二開關打開時，第一整流器提供用于該裝置的工作電壓；以及其中，當第一開關打開并且第二開關閉合時，第二整流器提供用于該裝置的待機電壓。
5.權利要求4的前向變換器，其中該前向變換器是PC電源的一部分，并且該裝置是PC。
6.權利要求1的前向變換器，其中該前向變換器適于連接至一個裝置；其中，當第一開關閉合并且第二開關打開時，第一整流器提供用于該裝置的工作電壓；其中，當第一開關打開并且第二開關閉合時，第二整流器提供用于該裝置的待機電壓；其中提供第四整流器電路；其中在第四整流器電路和第二整流器電路之間的連接中提供第三開關；其中在第一整流器電路提供工作電壓的操作期間第三開關閉合，以及其中在第二整流器電路提供待機電壓的操作期間第三開關打開。
7.權利要求1的前向變換器，其中第一開關是雙向開關。
8.一種操作前向變換器的方法，該前向變換器具有第一整流器電路和第二整流器電路，該第一整流器電路具有第一輸出，該第二整流器電路具有第二輸出，其中在第一整流器電路中提供第一開關；以及其中在第二整流器電路中提供第二開關，該方法包括以下步驟通過對第一和第二開關進行開關來選擇性地關斷第一和第二輸出。
9.權利要求8的方法，其中提供第三整流器電路，該方法進一步包括以下步驟通過一個耦合的電感器來操作第三整流器電路和第一整流器電路。
10.權利要求8的方法，其中，當第一開關閉合并且第二開關打開時，第一整流器提供用于一個裝置的工作電壓；以及其中，當第一開關打開并且第二開關閉合時，第二整流器提供用于該裝置的待機電壓。
11.權利要求8的方法，其中該前向變換器適于連接至一個裝置，其中，當第一開關閉合并且第二開關打開時，第一整流器提供用于該裝置的工作電壓；其中，當第一開關打開并且第二開關閉合時，第二整流器提供用于該裝置的待機電壓；其中提供第四整流器電路，其中在第四整流器電路和第二整流器電路之間的連接中提供第三開關，該方法進一步包括以下步驟操作第三開關，以使得在第一整流器電路提供工作電壓的操作期間第三開關閉合，并且在第二整流器電路提供待機電壓的操作期間第三開關打開。
全文摘要
通常，在待機過程中電源不能夠關斷主電源的一部分輸出。由此，在工作電源之外還使用待機電源。依據本發明，提供一種前向變換器，其包括在其整流器電路中的開關。由此，各整流器電路可被選擇性地接通和關斷。有利地，這樣做可以允許在待機的同時關斷這種前向變換器的主輸出。
文檔編號H02J9/00GK1879287SQ200480032762
公開日2006年12月13日 申請日期2004年10月28日 優先權日2003年11月4日
發明者T·迪爾鮑姆, G·紹爾萊恩德, C·J·A·謝特爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司