用于降低变压器和整流元件损耗的装置、系统和方法与流程

用于降低变压器和整流元件损耗的装置、系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求根据35 u.s.c.
§
119(e)于2020年9月21日申请的，名称为“非隔离式pwm全桥转换器”的美国临时专利申请63/081,207的权益和优先权，其全部内容以引用方式并入本文，用于所有教导和所有目的。
技术领域
3.本公开总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及具有互连变压器绕组的非隔离式脉宽调制(pwm)全桥直流-直流(dc-to-dc)功率转换器。


背景技术：

4.dc-dc功率转换器用于将直流电压大小进行转换并将功率输送到负载。这种转换器通常包括变压器，其作为电压转换器提供从初级输入到次级输出的电力传输。在大多数应用中，变压器还可以在初级输入和次级输出之间提供电流隔离，即初级输入和次级输出之间的物理和电气隔离。由于被隔离，每个被隔离的电路(例如，初级输入和次级输出)都有自己的回流路径或接地参考。在常规拓扑结构中，从初级输入到次级输出的高压转换范围通常需要变压器来实现高效率。然而，由于大量初级线圈匝数和次级绕组中的大交流电(ac)，变压器的使用会导致较大的绕组损耗，从而推高绕组成本和容纳变压器的印刷电路板的成本。
5.大型数据中心包含成排的服务器机架，它们消耗大量电力，成本高。数据中心功耗的增加正在推动从受约束的仅向服务器主板提供12伏电压的电力设施过渡到向服务器主板提供40-60伏电压的电力设施。之前，这个电压范围仅提供给高端服务器。
6.中低端服务器市场的大容量推动了服务器主板将输入的40-60伏转换为稳定的12伏的这一电源解决方案对低成本和高效率的需求。为了实现这一目标，已经做出了一些让步。一种让步是取消dc-dc功率转换器的初级输入电压和次级输出电压之间的隔离。
7.因此，需要一种用于在非隔离环境中降低变压器和整流元件的损耗的系统和方法。


技术实现要素：

8.至少一个示例实施例涉及一种装置。该装置包括第一电路路径以及第二电路路径，该第一电路路径包括变压器的初级绕组和变压器的第一次级绕组的串联组合，该第二电路路径包括变压器的第二次级绕组。变压器的初级绕组磁耦合到变压器的第一和第二次级绕组，变压器的初级绕组可拆卸地耦合到变压器的第一和第二次级绕组中的每一个。变压器的初级绕组可操作以基于从变压器的初级绕组接收的能量产生一部分输出电流，变压器的第二次级绕组可操作以基于从变压器的第二次级绕组接收的能量产生输出电流的剩余部分。
9.至少一个示例实施例涉及一种系统。该系统包括功率转换器，该功率转换器包括
dc功率转换器的电源电路开关元件的开关节点电压图。
24.图8a-8c示出了根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的电源电路开关元件的电压图。
25.图9a-9d示出了根据本公开的一个实施例的变压器绕组电流和具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的输出电流。
26.图10a-10d示出了根据本公开的一个实施例的电源电路开关元件的电流和具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的输出电流。
27.图11示出了根据本公开的一个实施例的使用具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器来转换电压的方法的流程图。
28.在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可以通过在附图标记后面加上区分相似部件的字母来区分。如果说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
具体实施方式
29.参考附图描述该主题，其中贯穿始终使用相同的附图标记来指代相同的元件。在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本主题创新的透彻理解。然而，很明显，可以在没有这些具体细节的情况下实践该主题。在其他情况下，众所周知的结构和设备以框图形式示出以便于描述本主题。
30.此外，“示例性”一词在本文中用于表示作为示例、实例或说明。本文描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优于其他方面或设计。相反，“示例性”一词的使用旨在以具体的方式呈现概念。本技术中使用的术语“或”旨在表示包含的“或”而不是排他的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚地获得，“x采用a或b”旨在表示任何自然包容性排列。也就是，如果x采用a；x采用b；或x采用a和b，则在上述任何一种情况下都满足“x采用a或b”。此外，除非另有说明或从上下文清楚指向单数形式，否则本技术和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”。此外，“耦合”一词本文用于表示直接或间接的电气或机械耦合。
31.如本文所用，术语“转换器”包括但不限于“调节器”、“dc调节器”、“电压调节器”、“dc电压调节器”、“dc-dc转换器”、“dc转换器”和“转换器”中的任何一种或任何组合，包括但不限于这些术语中任何一个的一般含义。
32.本文描述的本公开的一个实施例涉及一种电非隔离式直流-直流(dc-dc)功率转换器，其可用于从具有高直流电压的电源处获得电力并以低直流电压输送电力。在此功率转换器中，变压器用于根据其匝数比提供电压降压(或升压)。换句话说，初级侧的变压器电流的全部量等于次级侧的变压器电流。如果系统是脉宽调制的，初级侧和次级侧将平均转换电压。本质上，输入功率等于输出功率(减去转换损耗)。例如，在维持输出电压和输出电流不变时，如果输入电压加倍，输入电流将减少一半。电源电路开关元件与电容器和电感器结合使用以实现转换。在本公开的替代实施例中，电源电路开关元件与电容器和电感器结合使用以平均脉宽调制电压。通常提供控制电路来提供信号到电源电路开关元件。
33.大多数dc-dc功率转换器被设计成在面对输入电压和输出电流变化时提供对它们
的输出电压的调节。例如，功率转换器可能需要保持12伏输出(正负几个百分点)，因为其输入在36到75伏范围内变化，其输出电流范围从1到25安培。这种提供调节的能力通常是电源电路拓扑结构及其电源电路开关元件控制方式的结果。有时，调节功能由线性调节器提供(或由线性调节器增强)。
34.图1是表示常规隔离式dc-dc功率转换器100的示意性配置的框图。隔离式功率转换器通过将功率转换器的电路在电气上和物理上分成两部分来防止输入和输出之间的直流电流，从而将输入与输出隔离，这通常是通过使用变压器来实现。功率转换器100通常包括初级侧104，初级侧104包括一个或多个电源电路开关元件(未示出)。初级侧104可以从电压源vin接收输入电压。功率转换器100还包括次级侧108，次级侧108可以包括例如整流电路、滤波器电路和负载(未示出)。次级侧108输出一输出电压vout。次级侧108通过例如具有一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组的变压器112与初级侧隔离。功率转换器100还包括用于通过确定一个或多个电源电路开关元件何时接通和断开来控制功率转换器100的控制电路116。控制电路116通常感测输入端、输出端和/或功率转换器100内的电压和电流。使用常规隔离式dc-dc功率转换器100的这种拓扑结构，由于初级侧104和次级侧108中的每一个具有其自己的回流或接地参考的事实，在初级侧104中流动的电流仅在初级侧104中循环，在次级侧108中流动的电流仅在次级侧108中循环。
35.在常规拓扑中，变压器通常需要用于从输入到输出的高压转换范围以获得良好的效率。但是，由于初级匝数较多和次级绕组中的交流成分较高，因此使用变压器会导致较大的绕组损耗，从而增加绕组和印刷电路板的成本。
36.图2a是表示根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器200的示意性配置的电路图。功率转换器200包括电源电路204，该电源电路204包括电源电路开关元件。电源电路开关元件包括与两个串联电源电路开关元件并联的两个串联电源电路开关元件；x1、x2、x4、x5以全桥配置排列。电源电路开关元件x1、x2、x4、x5可以包括例如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或氮化镓(gan)fet。电源电路204还包括向电源电路开关元件x1、x2、x4、x5提供直流输入电压vin的输入电压源208。电源电路204被配置为产生单极方波电压。
37.功率转换器200还包括用于提供转换的直流电压作为输出电压vout的输出电压212、变压器tx、整流电路220、滤波器电路224和负载228。
38.输入电容器cin并联耦合在输入电压源208和电源电路开关元件x1、x2、x4、x5之间。输入电容器cin充当输入电压vin的滤波器并缓冲能量。变压器tx包括耦合到电源电路开关元件x1、x2、x4、x5的初级绕组np和耦合到整流电路220以及输出电感器236lout的次级绕组ns1和ns2。与初级绕组np和次级绕组ns1和ns2中的每一个相关联的绕组数量可以是任何合适的值并且根据实施例而变化。滤波器电路224包括电容器cout，负载228由与滤波器电路224并联安装的电阻器r表示。提供电容器cout以平滑输出到负载228的整流电压。滤波器电路224与整流电路220并联安装。
39.如图2a所示，整流电路220包括两个电源电路开关元件，其包括布置成提供同步整流的并联二极管x3、x6。或者，如果需要，整流电路220可以包括更多或更少的开关器件和/或被配置为没有同步整流。
40.此外，在该示例实施例中，电源电路开关元件xl的漏极节点(d)和电源电路开关元
件x4的漏极节点(d)连接到输入电压源vin。此外，电源电路开关元件x1的源极节点(s)耦合到电源电路开关元件x2的漏极节点(d)(开关节点sw1)。电源电路开关元件x4的源极节点(s)耦合到电源电路开关元件x5的漏极节点(d)(开关节点sw2)。电源电路开关元件x2的源极节点(s)耦合到开关节点sw2。电源电路开关元件x5的源极节点(s)耦合到开关节点sw4。电源电路开关元件x3的漏极(d)连接到开关节点sw2；电源电路开关元件x3的源极(s)接地。电源电路开关元件x6的漏极(d)连接到节点sw4；电源电路开关元件x6的源极(s)接地。
41.图2a的功率转换器200包括一个或多个控制器250，用于为电源电路开关元件x1、x2、x3、x4、x5、x6产生控制信号(例如，脉宽调制(pwm)信号)。如图2a所示，控制信号a控制电源电路开关元件x1和x5；控制信号b控制电源电路开关元件x2和x4；控制信号a_inverse控制电源电路开关元件x6；控制信号b_inverse控制电源电路开关元件x3。根据本公开的替代实施例，出于控制原因(例如，补偿驱动电路中的延迟、启动期间的不同调制等)，控制信号a可以分为两个控制信号(a_x1和a_x5)，控制信号b可以分为两个控制信号(b_x2和b_x4)。图2a的控制器250可以包括一个或多个栅极驱动电路和/或其他合适的驱动电路以产生控制信号。
42.控制器250适于改变控制信号(例如，a、b、a_inverse、b_inverse)的占空比以调节输出电压vout。通常，频率保持恒定，但可以调制频率以减少电流纹波。如图2a所示，电源电路开关元件x1、x2、x4、x5被它们的固有电容和它们的固有体二极管分流或钳位。同样如图2a所示，电源电路开关元件x3、x6通过它们的固有输出电容和它们的固有体二极管被分流或钳位。
43.在非隔离实施例中，为功率转换器200的整个电路提供公共地(例如，gnd)。这样，次级绕组ns1、ns2被制成初级绕组np的一部分(例如，与其互连)。通过这种安排，可以获得几个好处。根据本公开的实施例，实现了电压的调节和电容分压器部分的移除。根据本公开的实施例，在充电阶段，初级绕组np与次级绕组ns1、ns2的两端串联连接，这取决于功率转换器200在哪一相导通。
44.根据本公开的功率转换器200的操作，当没有能量从输入vin传输到输出vout时，称为放电阶段，表明传输到输出的所有能量都来自输出电感器lout，两个电源电路开关元件x3、x6导通(例如，这些电源电路开关元件闭合)，而其他电源电路开关元件x1、x2、x4、x5不导通(例如，这些电源电路开关元件打开)。这将导致变压器tx两端的电压被钳位到零和流过每个次级绕组ns1、ns2的输出电流减半。充电和放电将产生幅度为vin*ns/(np 2*ns)的pwm脉冲序列，其中，在开关节点sw5中，ns＝ns1＝ns2，开关节点sw5设置在次级绕组ns1和ns2之间。该脉冲序列然后由输出电感器236lout和输出电容器224cout平均。输出根据以下公式调制：vout＝vin*d*ns/(np 2*ns)，其中d是pwm实现的占空比，定义为控制信号a和b的导通时间ton除以周期后的总和。
45.根据本公开的一个实施例，在充电阶段，当能量从输入vin转移到输出vout和输出电感器lout时，初级电流ip传输到输出，而不是仅在功率转换器的初级侧循环，这是常规隔离式功率转换器的情况。is＝iout*(1-ns/(np 2*ns))和ip＝iout*ns/(np 2*ns)。
46.如果担心a支路和b支路之间的电压/时间不匹配，则可以添加与初级绕组np串联的隔直电容器。图2c是表示根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器210的示意性配置的替代电路图。根据本公开的一个实施例，提供电容器
cblock 1、cblock 2，其将阻止在a控制信号和b控制信号不相等匹配时可能出现的直流电流。因此，如果控制信号a与控制信号b不相等，则在位置a提供电容器cblock 1或在位置b提供电容器cblock2，以阻止直流电流。
47.图2b是表示在根据本公开的一个实施例的替代电路设计中示出的图2a的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的示意性配置的电路图。如图2b所示，该拓扑采用1:1 1变压器，适用于40-60伏vin、12伏vout功率转换器。电源电路开关元件x1、x2、x4、x5作为电源电路开关元件，电源电路开关元件x3、x6为同步整流开关。当电源电路开关元件x1、x5、x3导通时，将在初级绕组np和次级绕组ns1、ns2中的每一个上具有输出电压vout的三分之一的电压。同样，当电源电路开关元件x4、x2、x6导通时，将在初级绕组np和次级绕组ns1、ns2中的每一个上具有输出电压vout的三分之一的电压。可以理解，电源电路开关元件x1、x5(由控制信号a控制)或电源电路开关元件x4、x2(由控制信号b控制)在周期t的持续时间ton内进行180度相移，ton限制为周期t的50％。电源电路开关元件x3、x6导通持续时间tsynch，对应于周期t减去ton并减去所需的死区时间，避免x2的开启和关闭与x3的开启和关闭以及相应的x5的开启和关闭与x6的开启和关闭之间的交叉导通。
48.关于电源电路开关元件xl、x5、x3导通，由于当电源电路开关元件x1和x5导通时，通过初级绕组np和次级绕组ns2的电流将直接流向输出vout，具有两倍幅度的电流将通过次级绕组ns1产生，以在变压器tx中产生电流平衡。这表明通过次级绕组ns1、ns2的电流的很大一部分将是直流。在放电阶段，最大2/3的iout，最小1/3的iout和1/2iout。另一个好处是所有的电源电路开关元件x1、x5、x3或x4、x2、x6都通过每个电源电路开关元件x1、x5、x3或x4、x2、x6的固有二极管钳位到输入电压vin。除非需要降低噪声，否则不需要缓冲或钳位同步整流电源电路开关元件上的电压。
49.图2d是根据本公开的一个实施例的控制具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器中的电源电路开关元件的第一模式的示例图。在第一模式中，电源电路开关元件x4、x2和x6断开，电源电路开关元件x1、x5和x3导通。电路路径a1包括来自初级绕组np的电流ip，电路路径a2包括来自第一次级绕组ns1的电流is1。如图2b所示，ip等于输出电流的三分之一(1/3)，is1等于输出电流的三分之二(2/3)。
50.图2e是示出根据本公开的一个实施例的控制具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器中的电源电路开关元件的放电模式的示例图。在放电模式下，电源电路开关元件x1、x2、x4、x5断开，电源电路开关元件x3、x6也导通。电路路径c1包括来自第一次级绕组ns1的电流is1，电路路径c2包括来自第二次级绕组ns2的电流is2。is1和is2都等于输出电流的二分之一(1/2)。
51.图2f是示出根据本公开的一个实施例的控制具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器中的电源电路开关元件的第二模式的示例图。在第二模式中，电源电路开关元件x4、x2和x6接通，电源电路开关元件x1、x5和x3断开。电路路径b1包括来自初级绕组np的电流ip，电路路径b2包括来自第二次级绕组ns2的电流is2。ip等于输出电流的三分之一(1/3)，is2等于输出电流的三分之二(2/3)。
52.图3是示出根据本公开的一个实施例的常规隔离式dc-dc功率转换器与具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器之间的总电阻损耗的比较的图300。图300的横轴表示以伏特(v)为单位的输入电压，图300的纵轴表示以瓦特(w)为单位的功率损耗。波形
304代表常规隔离式dc-dc功率转换器的功率损耗，波形308代表具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的功率损耗。
53.对于较小的输入电压，与具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器相比，波形304具有比波形308更大的斜率，这等同于常规隔离式dc-dc功率转换器的更大功率损耗。对于较大的输入电压，波形304和308具有基本相同的斜率。根据图300，常规隔离式dc-dc功率转换器在40伏的输入电压下消耗大约21瓦的功率并且在42伏的输入电压下消耗20瓦的功率。对于从40伏到42伏的波形304，这些值生成大约二分之一(1/2)的斜率。相反，具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器在40伏输入电压下消耗约16.5瓦功率，在42伏输入电压下消耗16瓦功率。对于从40伏到42伏的波形308，这些值生成大约四分之一(1/4)的斜率。
54.进一步根据图300，常规隔离式dc-dc功率转换器在58伏的输入电压下消耗大约16瓦的功率，并且在60伏的输入电压下消耗15瓦的功率。对于从58伏到50伏的波形304，这些值生成大约八分之三(3/8)的斜率。相反，具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器在58伏的输入电压下消耗大约14.5瓦的功率，在60伏的输入电压下消耗了14.25瓦的功率。对于从58伏到60伏的波形308，这些值生成大约八分之一(1/8)的斜率。
55.图4是示出根据本公开的一个实施例的常规隔离式dc-dc功率转换器和非隔离式dc-dc功率转换器之间每个部件的损耗的比较图400。图400的横轴表示以伏特(v)为单位的输入电压，图400的纵轴表示以瓦特(w)为单位的功率损耗。波形404代表常规隔离式dc-dc功率转换器的次级电源电路开关元件的功率损耗，波形408代表根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的次级电源开关元件的功率损耗。波形412代表常规隔离式dc-dc功率转换器的变压器的功率损耗。波形416代表根据本公开的一个实施例的常规隔离式dc-dc功率转换器和具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的初级电源开关元件的功率损耗。
56.波形420是示出根据本公开的一个实施例的具有互连绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的变压器的功率损耗，波形424代表常规隔离式dc-dc功率转换器的次级绕组的功率损耗。波形428表示常规隔离式dc-dc功率转换器的初级绕组的功耗，波形432代表根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的次级绕组的功率损耗。波形436代表根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的初级绕组的功率损耗。通常，波形对于较小的输入电压具有较大的斜率，这等同于较小输入电压下的较大功率损耗和较大输入电压下的较小功率损耗。
57.图5是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的性能的图500。图500的横轴表示以瓦特(w)为单位的输出功率；图500的左侧纵轴表示以百分比(％)表示的效率，图500的右侧纵轴表示以瓦特(w)为单位的功率损耗。波形504代表具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的功率损耗，其是输入功率减去输出功率，波形508代表具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的输出功率与输入功率的百分比比率。
58.如图500所示，具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器在输出功率为0瓦(w)时消耗大约2.5瓦(w)的功率，在840瓦(w)的输出功率下消耗大约20瓦(w)的功率，如波形504所示。具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器在120瓦(w)的输出功率下
具有96％的效率，在输出功率为840瓦(w)时具有大约97.7％的效率，如波形508所示。
59.图6a-6d是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的电源电路开关元件的控制信号的图600-630。对于图600-630中的每一个，图600-630的横轴表示以微秒(μs)为单位的时间，图600-630的纵轴表示以伏特(v)为单位的电压。图600中所示的波形604代表初级电源电路开关元件x1、x5的控制信号a，图610中所示的波形614代表初级电源电路开关元件x2、x4的控制信号b。图620中所示的波形624代表次级电源电路开关元件x3的控制信号a_inverse，图630中所示的波形634代表次级电源电路开关元件x6的控制信号b_inverse。如图所示，周期是t，ton是持续时间。电源电路开关元件x3、x6导通持续时间tsynch，对应于周期t减去ton和所需的死区时间，以避免x2的开启和关闭与x3的开启和关闭以及相应的x5的开启和关闭与x6的开启和关闭之间的交叉导通。
60.图7a-7c是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的电源电路开关元件的开关节点电压的图700-720。对于图700-720中的每一个，图700-720的横轴表示以微秒(μs)为单位的时间，图700-720的纵轴表示以伏特(v)为单位的电压。图700中所示的波形704表示开关节点sw1是浮动节点，因为它没有接地，图710中所示的波形714表示开关节点sw2。图720中所示的波形724代表设置在开关节点sw2和开关节点sw4之间的开关节点sw5。在时间t1，sw5处的电压小于sw1电压的一半。
61.图8a-8c是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的电源电路开关元件电压的图800-820。对于图800-820中的每一个，图800-820的横轴表示以微秒(μs)为单位的时间，图800-820的纵轴表示以伏特(v)为单位的电压。图800中所示的波形804代表初级电源电路开关元件x1的电压，曲线810中所示的波形814代表初级电源电路开关元件x2的电压。图820中所示的波形824代表次级电源电路开关元件x3的电压。
62.图9a-9d是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的变压器绕组电流和输出电流的图900-930。对于图900-930中的每一个，图900-930的横轴表示以微秒(μs)为单位的时间，图900-930的纵轴表示以安培(a)为单位的电流。图900中所示的波形904代表初级绕组np的电流，图910中所示的波形914代表次级绕组ns1的电流。图920中所示的波形924代表次级绕组ns2的电流。图930中所示的波形934代表输出至负载的输出电流。
63.图10a-10d是示出根据本公开的一个实施例的具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器的电源电路开关元件电流和输出电流的图。对于图1000-1030中的每一个，图1000-1030的横轴表示以微秒(μs)为单位的时间，图1100-1120的纵轴表示以安培(a)为单位的电流。图1000中所示的波形1004代表初级电源电路开关元件x1的电流，图1010中所示的波形1014表示初级电源电路开关元件x2的电流。图1020中所示的波形1024代表次级电源电路开关元件x3的电流。图1030中所示的波形1034代表输出至负载的输出电流。
64.图11示出了根据本公开的一个实施例的使用具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器来转换电压的方法的流程图。
65.虽然使用具有互连变压器绕组的非隔离式dc-dc功率转换器来转换电压的方法1100的步骤的一般顺序如图11所示，但方法1100可以包括更多或更少的步骤，或者可以与图11所示的步骤不同地安排步骤的顺序。此外，可以将两个或多个步骤合并为一个步骤。通
常，方法1100以开始操作1104开始并以结束操作1120结束。该方法可以在由数据处理系统执行并编码或存储在计算机可读介质上的一组计算机可执行指令上执行。这里，将参考上述系统和部件、模块、软件、数据结构、用户界面等来解释方法1100。
66.方法1100可以在开始操作1104处开始并且进行到步骤1108，在步骤1108处，从输入电压源接收能量。在步骤1108从输入电压源接收到能量之后，方法1100进行到步骤1112，在步骤1112处，变压器的初级绕组可操作以基于从变压器的初级绕组接收的能量和从变压器的第一次级绕组接收的能量来产生一部分输出电流。在变压器的初级绕组可操作以在步骤1112产生一部分输出电流之后，方法1100进行到步骤1116，在步骤1116处，变压器的第二次级绕组可操作以基于从变压器的第二次级绕组接收的能量产生输出电流的剩余部分。在变压器的第二绕组可操作以产生输出电流的剩余部分之后，方法1100进行到结束操作1120，在步骤1120处，方法1100结束。
67.本文讨论的任何步骤、功能和操作都可以连续和自动地执行。
68.已经关于功率转换器描述了本公开的示例性设备、系统和方法。然而，为了避免不必要地混淆本公开，前面的描述省略了许多已知的结构和装置。这种省略不应被解释为对要求保护的公开范围的限制。阐述具体细节以提供对本公开的理解。然而，应当理解，可以以超出本文阐述的具体细节的多种方式来实践本公开。
69.此外，虽然本文所示的示例性实施例示出了系统的各种部件并置，但是系统的某些部件可以位于远程、分布式网络(例如lan和/或internet)的远处部分，或位于专用系统内。因此，应当理解的是，系统的部件可以组合成一个或多个设备，例如服务器、通信设备，或并置在分布式网络的特定节点上，例如模拟和/或数字电信网络、分组交换网络或电路交换网络。从前面的描述中可以理解，并且出于计算效率的原因，系统的部件可以布置在部件的分布式网络内的任何位置而不影响系统的操作。
70.此外，应当理解的是，连接元件的各种链路可以是有线或无线链路，或它们的任何组合，或能够向连接的元件提供数据和/或从连接的元件传输数据的任何其他已知或后来开发的元件。这些有线或无线链路也可以是安全链路，并且能够传送加密信息。例如，用作链路的传输介质可以是任何合适的电信号载体，包括同轴电缆、铜线和光纤，并且可以采用声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信期间产生的那些。
71.虽然已经关于特定事件顺序讨论和说明了流程图，但是应当理解，可以发生对该顺序的改变、添加和省略，而不会实质性地影响所公开的实施例、配置和方面的操作。
72.可以使用本公开的多种变化和修改。提供本公开的某些特征而不提供其他特征将是可能的。
73.在又一个实施例中，本公开的系统和方法可以结合专用计算机、可编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件来实施，asic或其他集成电路、数字信号处理器、硬接线电子或逻辑电路，例如分立元件电路，可编程逻辑器件或门阵列，例如pld、pla、fpga、pal、专用计算机、任何可比较的装置等。一般而言，能够实施本文说明的方法的任何设备或装置可以用于实施本公开的各个方面。可用于本公开的示例性硬件包括计算机、手持设备、电话(例如，蜂窝、互联网启用、数字、模拟、混合等)和本领域已知的其他硬件。这些设备中的一些包括处理器(例如，单个或多个微处理器)、存储器、非易失性存储器、输入设备和输出设备。此外，还可以构造包括但不限于分布式处理或部件/对象分布式处理、并行处理或虚拟
机处理的替代软件实现以实现本文描述的方法。
74.在又一个实施例中，所公开的方法可以容易地结合使用对象或面向对象的软件开发环境的软件来实现，这些环境提供可在各种计算机或工作站平台上使用的便携式源代码。或者，所公开的系统可以使用标准逻辑电路或vlsi设计在硬件中部分或全部实现。是使用软件还是硬件来实现根据本公开的系统取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能以及所使用的特定软件或硬件系统或微处理器或微型计算机系统。
75.在又一个实施例中，所公开的方法可以部分地以可以存储在存储介质上的软件来实现，在控制器和存储器、专用计算机、微处理器等的协作下在编程的通用计算机上执行。在这些情况下，本公开的系统和方法可以实现为嵌入在个人计算机上的程序，例如小程序、或cgi脚本，作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源，作为嵌入在专用测量系统、系统部件等中的例程。该系统还可以通过将系统和/或方法物理地结合到软件和/或硬件系统中来实现。
76.虽然本公开参考特定标准和协议描述了在实施例中实现的部件和功能，但是本公开不限于这样的标准和协议。本文未提及的其他类似标准和协议存在并且被认为包括在本公开中。此外，本文提及的标准和协议以及本文未提及的其他类似标准和协议被具有基本相同功能的更快或更有效的等效物周期性地取代。具有相同功能的此类替换标准和协议被认为是包括在本公开中的等效物。
77.在各种实施例、配置和方面中，本公开包括基本上如本文所描绘和描述的部件、方法、过程、系统和/或装置，包括其各种实施例、子组合和子集。在理解了本公开之后，本领域技术人员将理解如何制造和使用在此公开的系统和方法。在各种实施例、配置和方面中，本公开包括在不存在本文中或在其各种实施例、配置或方面中未描绘和/或描述的项目的情况下提供设备和过程，包括在以前的设备或过程中可能已使用的此类项目的缺失，例如用于提高性能、实现简易性和/或降低实施成本。
78.出于说明和描述的目的已经呈现了本公开的前述讨论。前述内容并非旨在将本公开内容限制为本文公开的一种或多种形式。例如，在前述详细描述中，为了简化本公开，本公开的各种特征在一个或多个实施例、配置或方面中组合在一起。本公开的实施例、配置或方面的特征可以在不同于以上讨论的那些的替代实施例、配置或方面中组合。该公开方法不应被解释为反映所要求保护的公开需要比每个权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于少于单个前述公开的实施例、配置或方面的所有特征。因此，以下权利要求特此并入本详细说明中，每个权利要求独立作为本公开的单独优选实施例。
79.此外，虽然本公开的描述包括对一个或多个实施例、配置或方面以及某些变化和修改的描述，在理解本公开之后，其他变化、组合和修改在本公开的范围内，例如，在本领域技术人员的技能和知识范围内。旨在获得权利，在允许的范围内包括替代实施例、配置或方面，包括替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论此类替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且无意公开致力于任何可专利的主题。
80.实施例包括一种装置。该装置包括第一电路路径以及第二电路路径，该第一电路路径包括变压器的初级绕组和变压器的第一次级绕组的串联组合，该第二电路路径包括变
压器的第二次级绕组。变压器的初级绕组磁耦合到变压器的第一和第二次级绕组，变压器的初级绕组可拆卸地耦合到变压器的第一和第二次级绕组中的每一个。变压器的初级绕组可操作以基于从变压器的初级绕组接收的能量产生一部分输出电流，变压器的第二次级绕组可操作以基于从变压器的第二次级绕组接收的能量产生输出电流的剩余部分。
81.上述装置的方面包括多个开关元件，其可操作以将能量从电压源传送到变压器的初级绕组。
82.上述装置的方面包括提供变压器的第一次级绕组和变压器的第二次级绕组的串联连接的变压器。
83.上述装置的方面包括变压器的第一和第二次级绕组可操作以基于传送到变压器的初级绕组的能量产生输出电压。
84.上述装置的方面包括输出电压是直流(dc)电压。
85.上述装置的方面包括初级绕组是悬空初级绕组。
86.上述装置的方面包括连接在变压器的第一和第二次级绕组之间的电感器。
87.上述装置的方面包括输出电流iout是基于变压器的第一或第二次级绕组的电流以及变压器的初级绕组的电流，定义为is＝iout*(1-ns/(np 2*ns))和ip＝iout*ns/(np 2*ns)，其中，ns是变压器的第一次级绕组或变压器的第二次级绕组，np是变压器的初级绕组，is是ns的电流，ip是np的电流。
88.上述装置的方面包括输出电压vout定义为vout＝vin*d*ns/(np 2*ns)，其中vin是输入电压，d是占空比，ns是变压器的第一次级绕组或变压器的第二次级绕组，np是变压器的初级绕组。
89.上述装置的方面包括连接到变压器的第一和第二次级绕组的多个开关。
90.上述装置的方面包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组中的每一个具有相同的匝数。
91.实施例包括一种系统。该系统包括功率转换器，该功率转换器包括第一电路路径、第二电路路径以及第一开关元件和第二开关元件，该第一电路路径包括变压器的初级绕组和变压器的第一次级绕组的串联组合，该第二电路路径包括变压器的第二次级绕组，第一开关元件和第二开关元件连接在变压器的相对侧并经由公共地连接。变压器的初级绕组磁耦合到变压器的第一和第二次级绕组，变压器的初级绕组可拆卸地耦合到变压器的第一和第二次级绕组中的每一个。
92.变压器的初级绕组可操作以基于从变压器的初级绕组接收的能量产生输出电流的一部分，变压器的第二次级绕组可操作以基于从变压器的第二次级绕组接收的能量产生输出电流的剩余部分。该系统还包括控制电路，其被配置为控制第一开关元件和第二开关元件的开关以调节功率转换器的输出电压。
93.上述系统的方面包括提供变压器的第一次级绕组和变压器的第二次级绕组的串联连接的变压器。
94.上述系统的方面包括变压器的第一和第二次级绕组可操作以基于传送到变压器的初级绕组的能量产生输出电压。
95.上述系统的方面包括输出电压是直流(dc)电压。
96.上述系统的方面包括初级绕组是悬空初级绕组。
97.上述系统的方面包括连接在变压器的第一和第二次级绕组之间的电感器。
98.上述系统的方面包括输出电流iout是基于变压器的第一或第二次级绕组的电流以及变压器的初级绕组的电流，定义为is＝iout*(1-ns/(np 2*ns))和ip＝iout*ns/(np 2*ns)，其中，ns是变压器的第一次级绕组或变压器的第二次级绕组，np是变压器的初级绕组，is是ns的电流，ip是np的电流。
99.上述系统的方面包括输出电压vout定义为vout＝vin*d*ns/(np 2*ns)，其中vin是输入电压，d是占空比，ns是变压器的第一次级绕组或变压器的第二次级绕组，np是变压器的初级绕组。
100.实施例包括一种方法。该方法包括提供包括变压器的初级绕组和变压器的第一次级绕组的串联组合的第一电路路径以及提供包括变压器的第二次级绕组的第二电路路径。变压器的初级绕组磁耦合到变压器的第一和第二次级绕组，变压器的初级绕组可拆卸地耦合到变压器的第一和第二次级绕组中的每一个。变压器的初级绕组可操作以基于从变压器的初级绕组接收的能量产生一部分输出电流，变压器的第二次级绕组可操作以基于从变压器的第二次级绕组接收的能量产生输出电流的剩余部分。
101.短语“至少一个”、“一个或多个”、“或”和“和/或”是开放式表达，在操作中既是连接的又是分离的。例如，表述“a、b和c中的至少一个”、“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”、“a、b或c中的一个或多个”、“a、b和/或c”和“a、b或c”均指单独a、单独b、单独c、a和b一起、a和c一起、b和c一起、或a、b和c一起。
102.术语“一”或“一个”实体是指该实体中的一个或多个。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。还应注意，术语“包含”、“包括”和“具有”可以互换使用。
103.如本文所用，术语“自动”及其变体是指任何过程或操作，其通常是连续或半连续的，在执行该过程或操作时无需重要的人工输入即可完成。但是，如果在流程或操作执行之前接收到输入，则流程或操作可以是自动的，即使流程或操作的执行使用重要的或不重要的人工输入。如果人工输入影响了流程或操作的执行方式，则该输入被认为是重要的。同意执行过程或操作的人工输入不被视为“重要的”。
104.本公开的方面可以采用以下形式，完全是硬件的实施例，完全是软件(包括固件、常驻软件、微代码等)的实施例或结合软件和硬件方面的实施例，这些方面在本文中可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。
105.计算机可读存储介质可以是例如但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
106.计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，其中包含计算机可读程序代码，例如，在基带中或作为载波的一部分。这种传播的信号可以采用多种形式中的任何一种，包
括但不限于电磁、光或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以为不是计算机可读存储介质并且可以通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的任何计算机可读介质。包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何合适的介质传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、rf等，或前述的任何合适的组合。
107.如本文所用，术语“确定”、“核算”、“计算”及其变体可互换使用并且包括任何类型的方法学、过程、数学运算或技术。
108.本公开在各个方面、实施例和/或配置中，包括基本上如本文所描绘和描述的部件、方法、过程、系统和/或装置，包括各个方面、实施例、配置实施例、子组合和/或它们的子集。在理解了本公开之后，本领域技术人员将理解如何制作和使用所公开的方面、实施例和/或配置。本公开在各个方面、实施例和/或配置中包括在没有本文中或在其各个方面、实施例和/或配置中未描绘和/或描述的项目的情况下提供装置和过程，包括在以前的设备或过程中可能已使用的此类项目的缺失，例如，用于提高性能、实现简便性和/或降低实施成本。
109.已经出于说明和描述的目的呈现了前述讨论。前述内容并非旨在将本公开内容限制为在此公开的一种或多种形式。例如，在前述详细描述中，为了简化本公开的目的，本公开的各种特征在一个或多个方面、实施例和/或配置中组合在一起。本公开的方面、实施例和/或配置的特征可以在不同于以上讨论的那些方面、实施例和/或配置的替代方面、实施例和/或配置中组合。该公开方法不应被解释为反映权利要求需要比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于少于单个前述公开的方面、实施例和/或配置的所有特征。因此，以下权利要求特此并入本详细说明中，每个权利要求独立作为本公开的单独优选实施例。
110.此外，尽管描述已经包括对一个或多个方面、实施例和/或配置以及某些变化和修改的描述，在理解本公开之后，其他变化、组合和修改在本公开的范围内，例如，在本领域技术人员的技能和知识范围内。旨在获得包括在允许范围内的替代方面、实施例和/或配置的权利，包括替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论此类替代、可互换和/或等效结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且无意公开致力于任何可专利主题。