本申请涉及一种用于由多个转换器级形成的功率转换器的控制器及其操作方法。在一个实施例中，该控制器包括功率系统控制器，该功率系统控制器被配置为基于功率转换器的操作确定多个转换器级之间的不等电流分配。该控制器也包括转换器级控制器，该转换器级控制器被配置为响应于电流分配来控制由多个转换器级中的每个转换器级产生的输出电流。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及电子器件，并且具体涉及用于由多个转换器级形成的功率转换器的控制器及其操作方法。
技术介绍
现代电子系统一般由提供特定的负载输入电压(诸如经调节的直流(“dc”)输入电压)的电压源供电。负载输入电压一般由专用功率转换器提供。在此种专用功率转换器的设计中重要的考量是从诸如交流(“ac”)干线的输入功率源产生特定的负载输入电压的功率转换效率。功率转换效率被理解为功率转换器的输出功率与输入功率的比率。常规的功率转换器一般可以由非线性效率函数表征，所述非线性效率函数将其功率转换效率与一个或多个操作参数(诸如输入电压和输出电流)关联。还已知诸如操作温度的其它操作参数对效率产生影响，一般是影响程度较小。效率函数可以从对特定功率转换器设计的实验室测量中确定。功率转换器通常被设计为具有多个并联功率处理级(被称为多级功率转换器的“转换器级”)，这些并联功率处理级中的每个功率处理级产生总输出电流的等分比例部分。由多个转换器级产生的输出电流的若干等分比例部分在电路节点处被累加，以产生来自功率转换器的总输出电流。在常规实践中，转换器级被共同调节以控制功率转换器的输出特性(诸如输出电压)，并且转换器级中的每个转换器级产生其相等的总输出电流份额。结果是，功率转换器的效率基本上等于各转换器级的效率，其所有效率对于它们的总输出电流的等分比例部分都是基本上相等的。在本领域中所需要的是利用由多个转换器级形成的功率转换器设计来产生改进的功率转换效率的技术。鉴于当前市场趋势，利用多个转换器级来改进总体功率转换效率而不显著增加功率转换器成本的技术将解决工业需求。
技术实现思路
通过本专利技术的有利实施例，一般解决或规避这些和其它问题，并且一般实现技术优点，所述实施例包括用于由多个转换器级形成的功率转换器的控制器及其操作方法。在一个实施例中，该控制器包括功率系统控制器，该功率系统
控制器被配置为基于功率转换器的操作确定多个转换器级之间的不等电流分配。该控制器也包括转换器级控制器，该转换器级控制器被配置为响应于电流分配来控制由多个转换器级中的每个转换器级产生的输出电流。前述内容已经相当宽泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便以下本专利技术的详细描述可以被更好的理解。形成本专利技术权利要求主题的本专利技术的额外特征和优点将在下文中描述。本领域技术人员应该清楚的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实施本专利技术相同目地的其它结构或处理的基础。本领域技术人员也应该意识到，此类等效构造不背离如所附权利要求中阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术，现在结合附图参考以下描述，其中图1示出包括功率转换电路的功率转换器的实施例的示意图；图2示出说明功率转换器的功率转换器效率的图形表示；图3和图4示出功率转换器的实施例的框图；图5示出操作功率转换器的方法的实施例的流程图；图6至图10示出转换器级控制器可采用的控制过程的一部分的实施例的框图；图11示出说明功率转换器的功率转换器效率的图形表示；以及图12示出操作功率转换器的方法的实施例的流程图。在不同附图中对应的数字和符号一般指的是对应的部件，除非另有指明。绘制附图以清晰地示出优选实施例的相关方面并且附图不必按比例绘制。具体实施方式当前优选的实施例的制备和使用在以下详细讨论。然而，应该清楚的是，实施例提供可以在多种具体背景下实施的许多可应用的专利技术概念。所讨论的具体实施例仅说明制备和使用本专利技术的具体方式，并不限制本专利技术的范围。实施例将在具体背景下描述，即用于由多个转换器级构造的功率转换器(也被称为“多级功率转换器”)并且控制多个转换器级的输出电流以改进总体功率转换效率的控制器及其操作方法。尽管本专利技术的原理将在由多个并联转换器级形成的功率转换器的环境中描述，但是可受益于多个功率转换器级的个体(individual)控制(例如，但是不等控制)的任何应用或相关半导体技术(诸
如由多个功率转换器级形成的功率放大器或马达控制器)也在本专利技术的宽泛范围内。首先参考图1，其示出包括功率转换电路的功率转换器的实施例的示意图。尽管图1中示出的功率转换器包括单个转换器级，但是该功率转换电路可以重复以形成多级功率转换器。功率转换器包括传动系110、控制器120以及包含控制电路元件的驱动器130，并将功率提供给诸如微处理器的功率系统。尽管在示出的实施例中传动系110采用降压转换器拓扑，但本领域技术人员应该理解，诸如正向转换器拓扑的其它转换器拓扑也在本专利技术的宽泛范围内。传动系110在其输入端处接收来自电功率源(由电池表示)的输入电压Vin，并在其输出端处提供经调节的输出电压Vout以对例如微处理器供电。与降压转换器拓扑的原则一致，输出电压Vout通常小于输入电压Vin，以使功率转换器的开关操作能够调节输出电压Vout。诸如功率半导体开关(例如，主功率半导体开关Qmn)的有源元件被启用以在主要间隔(一般与主功率半导体开关Qmn的主要占空比“D”共同存在)内导通，并将输入电压Vin耦合到输出滤波电感器Lout。在主要间隔期间，随着电流从传动系110的输入端流向输出端，流经输出滤波电感器Lout的电感器电流ILout增大。电感器电流ILout的一部分由输出电容器Cout进行滤波。在互补间隔期间(一般与主功率半导体开关Qmn的互补占空比“1-D”共同存在)，主功率半导体开关Qmn转变至非导通状态，并且诸如另一个功率半导体开关(例如，辅助功率半导体开关Qaux)的另一个有源元件被启用以导通。辅助功率半导体开关Qaux提供路径以维持流经输出滤波电感器Lout的电感器电流ILout的连续性。在互补间隔期间，经过输出滤波电感器Lout的电感器电流ILout降低。一般来说，可以调整主功率半导体开关Qmn和辅助功率半导体开关Qaux的占空比以维持功率转换器的输出电压Vout的调节。然而，本领域技术人员应该理解，主功率半导体开关Qmn和辅助功率半导体开关Qaux的导通周期可以由小的时间间隔分开以避免两者间的交叉导通，并且有益地减少与功率转换器相关联的开关损耗。可以相对于由可在控制器120内部的振荡器产生的周期性时钟信号tclock的相位角控制占空比。图1中示出的符号VDRAIN和VGND分别标识功率半导体开关Qmn的漏极端子和功率转换器的接地端子。控制器120接收来自与微处理器相关联的内部/外部源的期望特性(诸如期望的1.2伏特功率系统偏压Vsystem)，并且接收功率转换器的输出电压Vout。控制器120也耦合至功率转换器的输入电压Vin和电功率源的回路导线(同样由电池
表示)以提供其接地连接。去耦电容器Cdec耦合至从输入电压Vin至控制器120的路径。去耦电容器Cdec被配置为吸收与电功率源相关联的高频噪音信号以保护控制器120。可替代地，控制器120可以接收分配级电流Istage以控制多级功率转换器的转换器级的输出电流。根据前述特性，控制器120提供信号(例如，脉冲宽度调制信号SPWM)以控制传动系110的主功率半导体开关Qmn和辅助功率半导体开关Qaux的占空比和频率，从而调节输出电压Vout或其分配级电流Istage。控制器120也可以根据前述特性提供信号的补码(例如，互补脉冲宽度调本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于由多个转换器级形成的功率转换器的控制器，包括：功率系统控制器，其被配置为基于所述功率转换器的操作确定所述多个转换器级之间的期望的不等电流分配；以及转换器级控制器，其被配置为响应于所述期望的不等电流分配来控制由所述多个转换器级中的每个转换器级产生的输出电流。
【技术特征摘要】
2015.04.20 US 14/690,9211.一种用于由多个转换器级形成的功率转换器的控制器，包括：功率系统控制器，其被配置为基于所述功率转换器的操作确定所述多个转换器级之间的期望的不等电流分配；以及转换器级控制器，其被配置为响应于所述期望的不等电流分配来控制由所述多个转换器级中的每个转换器级产生的输出电流。2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率系统控制器被配置为确定所述期望的不等电流分配以控制所述功率转换器的输出特性。3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述输出特性是输出电压。4.根据权利要求2所述的控制器，其中控制所述多个转换器级中的一个转换器级以控制所述输出特性，并且用所述期望的不等电流分配来控制所述多个转换器级中的剩余转换器级以改进所述功率转换器的所述操作。5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述期望的不等电流分配被配置为通过采用用于所述功率转换器的所述操作的搜索过程来获得。6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述多个转换器级包括具有与另一个转换器级不同的最大额定电流的至少一个转换器级。7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器的所述操作包括与所述功率转换器的输入电流成比例的函数。8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器的所述操作取决于所述功率转换器的输入电压以及所述多个转换器级中的每个转换器级的所述输出电流。9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器的所述操作取决于所述功率转换器的输出电压以及所述多个转换器级中的每个转换器级的所述输出电流。10.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功...
【专利技术属性】
技术研发人员：严文广，L·P·谭，
申请(专利权)人：阿尔特拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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