功率转换方法和功率转换器技术

提出了功率转换方法和功率转换器。公开了一种功率转换器和用于操作功率转换器的方法。在实施例中，用于操作功率转换器的该方法包括：在多个驱动循环中的至少一个驱动循环之前维持第一电子开关关断并且电感器被去磁化持续暂停时段，预磁化与第一电子开关串联连接的电感器，以及使用通过预磁化存储在电感器中的能量来对第一电子开关的寄生电容进行放电。该方法还包括在对寄生电容进行放电之后，接通第一电子开关持续接通时段。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及功率转换器和功率转换方法，尤其涉及在轻负载条件下操作功率转换器。
技术介绍
开关模式功率转换器(开关模式电源，SMPS)被广泛地用于汽车、工业或消费电子应用中的功率转换。开关模式功率转换器包括至少一个电子开关和至少一个电感器。由功率转换器接收到的输入功率并且因此由功率转换器提供的输出功率能够由至少一个电子开关的开关模式操作来控制。电感器用作缓冲器，该缓冲器当电子开关处于开状态时磁性地存储从功率转换器的输入接收到的能量并且当电子开关处于关状态时将所存储的能量转发到输出。电感器的尺寸构成功率转换器的总体尺寸的重大部分。因此，为了减小总体尺寸，可能期望的是减小电感器的尺寸。因为电感器磁性地存储能量的能力随着尺寸减小而降低，所以减小电感器尺寸使得有必要提高开关频率。至少一个电子开关的开关模式操作与损耗相关联，该损耗通常被称为开关损耗。这些开关损耗随着开关频率增大而增大。基本上，期望具有低开关损耗以获得功率转换器的高效率。具体地，期望甚至在其中功率转换器的输出功率显著低于额定功率的低负载情况下具有高效率。
技术实现思路
一个示例涉及一种方法。该方法包括：在功率转换器的多个驱动循环中的至少一个驱动循环中，预磁化与第一电子开关串联连接的电感器，使用通过预磁化存储在电感器中的能量来对第一电子开关的寄生电容进行放电，并且在对寄生电容进行放电之后，接通第一电子开关导通时段。另外，该方法包括在功率转换器的多个驱动循环中的至少一个驱动循环之前，维持第一电子开关在一暂停时段中被关断并且电感器被去磁化。另一示例涉及一种功率转换器。该功率转换器包括与第一电子开关串联连接的电感器、以及控制电路。该控制电路被配置为在多个驱动循环中的至少一个驱动循环中，用以预磁化电感器，使用通过预磁化存储在电感器中的能量来对第一电子开关的寄生电容进行放电，并且在对寄生电容进行放电之后，接通第一电子开关导通时段。另外，该控制电路被配置为在多个驱动循环中的至少一个驱动循环之前维持第一电子开关被关断并且电感器被去磁化持续暂停时段。附图说明下面参考附图解释示例。附图用于说明某些原理，使得仅仅示出了用于理解这些原理必要的方面。附图不是按比例绘制的。在附图中相同的附图标记指代相似的特征。图1示出了根据一个示例的具有升压拓扑的功率转换器；图2A-2B示出了如何能够实现功率转换器中的电子开关的示例；图3示出了功率转换器中的控制电路的一个示例；图4A-4D示出了图示功率转换器的一个操作模式(轻负载模式)的信号波形，其中在该操作模式中在循环时段之前存在暂停时段；图5-6示出了图示基于图4A-4D中示出的操作模式的不同操作模式的信号波形；图7A-7C示出了图示基于图4A-4D中示出的操作模式的另一操作模式的信号波形；图8示出了图示通过波谷开关来调节暂停时段的持续时间的信号波形；图9图示了在采用波谷开关的情况下在功率转换器的输出功率上的暂停时段的持续时间；图10图示了根据一个示例的功率的输出功率上的开关频率；图11图示了根据另一示例的功率的输出功率上的开关频率；图12示出了基于输入电压的功率转换器的输入电流的时序图；图13示出了功率转换器中的控制电路的另一示例；图14A-14B示出了图示具有PFC(功率因子校正)能力的功率转换器中的输入电压的变化和输入功率的对应的变化的时序图；图15A-15B示出了常规功率转换器和根据图4A-12中示出的方法之一操作的功率转换器两者中的正弦输入电压的相位角上的开关频率；图16示出了根据另一示例的具有升压拓扑的功率转换器；图17A-17C示出了图示图16中示出的功率转换器的一种操作方式的时序图；以及图18示出了根据一个示例的具有降压拓扑的功率转换器。具体实施方式在下面的详细描述中，对附图进行引用。该附图形成本说明书的一部分并且通过图示的方式示出了在其中可以实践本专利技术的具体示例。要理解，本文描述的各个示例的特征可以彼此进行组合，除非另行特别指出。图1示出了根据一个示例的功率转换器(开关模式电源，SMPS)。功率转换器(其还可以被称为电压转换器)包括被配置为接收输入电压VIN和输入电流IIN的输入，和被配置为提供输出电压VOUT和输出电流IOUT的输出。(在图1中以虚线图示的)负载Z能够被连接到输出以接收输出电压VOUT和输出电流IOUT。根据一个示例，功率转换器被配置为调节输出电压VOUT和输出电流IOUT中的一个使得输出电压VOUT和输出电流IOUT中的一个的信号电平基本上等于预定义参考电平。图1中示出的功率转换器包括升压拓扑。然而，利用升压拓扑实现功率转换器仅仅是示例。本文下面解释的操作模式也能够被使用在具有诸如降压拓扑的另一拓扑或者降压升压拓扑的功率转换器中。下面更详细地解释这一点。参考图1，图1中示出的功率转换器包括诸如扼流圈的电感器(电感存储元件)2以及与电感器2串联连接的第一电子开关31。具有电感器2和第一电子开关31的串联电路被连接到输入。具体地，串联电路被连接在输入的第一输入节点11与第二输入节点12之间。输出电压VOUT可跨电容器4而变化，电容器4在下文中将被称为输出电容器4。输出电容器4被连接到输出。具体地，输出电容器4被连接在输出的第一输出节点13与第二输出节点14之间。整流器32、52被连接在电感器2与输出电容器4之间。具体地，在该示例中，整流器32、52被连接在电感器2和第一电子开关31的公共的电路节点15与第一输出节点13之间。整流器32、52包括第二电子开关32和与第二电子开关32并联连接的诸如二极管的整流器元件52。该整流器在下文中将被称为同步整流器(SR)。根据一个示例，诸如二极管的整流器元件52能够与第一电子开关31并联连接。在第一电子开关31和第二电子开关32的上下文中，“并联连接”意指与相应的开关31、32的负载路径并联连接。第一电子开关31能够通过在控制节点处接收第一驱动信号S31来控制，并且第二电子开关32能够通过在控制节点处接收第二驱动信号S32来控制。第一电子开关31和第二电子开关32中的每个能够是常规电子开关，例如为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅型双极性晶体管)、BJT(双极性结晶体管)、JFET(结场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)、等等。图2A示出了被实现为MOSFET的第一电子开关31和第二电子开关32的一个示例。在图3中，附图标记3表示第一电子开关31和第二电子开关32中的一个。参考图2A，MOSFET包括栅极节点G、漏极节点D和源极节点S。MOSFET的负载路径是在漏极节点D与源极节点S之间的内部电流路径，MOSFET的控制节点是栅极节点。图2A中示出的MOSFET被绘制为n型增强MOSFET。然而，这仅仅是示例；也能够使用另一类型的MOSFET，例如n型消耗型MOSFET或p型增强或消耗型MOSFET。MOSFET包括内部二极管，其通常被称为体二极管。该体二极管能够被用作与相应的开关3并联连接的整流器元件(参见图1中的附图标记51、52)，使得当电子开关3被实现为MOSFET时不需要额外的整流器元件。即，MOSFET形成相应的电子开关3和与相应的电子开关并联连接的整流器元件5(即，与第一电子开关31并联连接的整流器元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在功率转换器的多个驱动循环中的至少一个驱动循环中，预磁化与第一电子开关串联连接的电感器，使用通过所述预磁化存储在所述电感器中的能量来对所述第一电子开关的寄生电容进行放电，并且在对所述寄生电容进行放电之后，接通所述第一电子开关持续接通时段；以及在所述功率转换器的所述多个驱动循环中的至少一个驱动循环之前，在暂停时段中维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化。

【技术特征摘要】
2015.10.16 US 14/885,9451.一种方法，包括：在功率转换器的多个驱动循环中的至少一个驱动循环中，预磁化与第一电子开关串联连接的电感器，使用通过所述预磁化存储在所述电感器中的能量来对所述第一电子开关的寄生电容进行放电，并且在对所述寄生电容进行放电之后，接通所述第一电子开关持续接通时段；以及在所述功率转换器的所述多个驱动循环中的至少一个驱动循环之前，在暂停时段中维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化。2.根据权利要求1所述的方法，其中预磁化所述电感器包括将所述电感器通过第二电子开关耦合到所述功率转换器的输出。3.根据权利要求1所述的方法，其中维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化包括：在所述多个驱动循环中的每个驱动循环之前维持所述第一电子开关关断并且所述电感器被去磁化。4.根据权利要求1所述的方法，其中维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化包括：在具有几个相继的驱动循环的突发脉冲之前维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：在所述功率转换器的输入处接收输入电压并且在所述功率转换器的输出处提供输出电压；监测所述输入电压；以及在所述输入电压的输入电压值高于预定义阈值的情况下以第一操作模式操作所述功率转换器。6.根据权利要求5所述的方法，其中以所述第一操作模式操作所述功率转换器包括在所述多个驱动循环中的每个驱动循环中：预磁化所述电感器；使用通过预磁化存储在所述电感器中的能量来对所述第一电子开关的所述寄生电容进行放电；以及在对所述寄生电容进行放电之后，接通所述第一电子开关持续接通时段。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定义阈值为所述输出电压的输出电压值的0.5倍。8.根据权利要求5所述的方法，还包括：在所述输入电压值低于所述预定义阈值的情况下以第二操作模式操作所述功率转换器。9.根据权利要求8所述的方法，其中以所述第二操作模式操作所述功率转换器包括，在紧跟着所述暂停时段的驱动循环中：在所述暂停时段的结束处接通所述第一电子开关持续接通时段。10.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第二操作模式中，维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化包括：在所述多个驱动循环中的每个驱动循环之前维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化。11.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第二操作模式中，维持所述第一电子开关关断以及所述电感器被去磁化包括：在具有几个相继的驱动循环的突发脉冲之...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德伯伊，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT