命令单相谐振变换器的反馈方法、相关的单相谐振变换器以及多相谐振变换器技术

本公开的实施例涉及命令单相谐振变换器的反馈方法、相关的单相谐振变换器以及多相谐振变换器。一种谐振变换器包括：初级切换电路，具有初级绕组和被配置为驱动初级绕组的初级切换级；次级谐振电路，具有磁耦合到初级绕组的次级绕组、并联连接到次级绕组的谐振电容器、以及分别耦合在变换器的输出端子和谐振电容器的相应的端子之间的第一和第二电感器；整流级，与谐振电容器并联连接并且具有耦合以形成半桥的第一和第二开关；以及反馈命令电路。反馈命令电路被配置为接收代表谐振变换器的输出端子处的输出电压和输出电流的反馈信号，接收谐振电容器的端子处的电压，以及独立于彼此接通/关断整流级的和初级切换级的开关。

Feedback Method of Command Single-Phase Resonant Converter, Relevant Single-Phase Resonant Converter and Multiphase Resonant Converter

An embodiment of the present disclosure relates to a feedback method for commanding a single-phase resonant converter, a related single-phase resonant converter and a multiphase resonant converter. A resonant converter includes: a primary switching circuit having a primary winding and a primary switching stage configured to drive the primary winding; a secondary resonant circuit having a secondary winding magnetically coupled to the primary winding, a resonant capacitor connected in parallel to the secondary winding, and a first and second electricity coupled between the output terminal of the converter and the corresponding terminal of the resonant capacitor, respectively. Sensors; rectifiers, first and second switches connected in parallel with resonant capacitors and coupled to form half-bridges; and feedback command circuits. The feedback command circuit is configured to receive a feedback signal representing the output voltage and current at the output terminal of the resonant converter, a voltage at the terminal of the resonant capacitor, and a switch independent of the turn-on/turn-off rectifier stage and the primary switching stage.

【技术实现步骤摘要】
命令单相谐振变换器的反馈方法、相关的单相谐振变换器以及多相谐振变换器本申请是申请日为2015年2月2日，申请号为201510053436.1，专利技术名称为“命令单相谐振变换器的反馈方法、相关的单相谐振变换器以及多相谐振变换器”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本公开涉及谐振变换器并且更具体地涉及命令单相谐振变换器的反馈方法、相关的单相谐振变换器以及多相谐振变换器。
技术介绍
在服务器和数据中心领域的配电不断扩张。对于这些电子设备的不断改进，期望最大化为它们供电的电压变换器的效率，以便降低用于提供相同的使用功率所提供的功率，以便限制环境中的热耗散，它们被安装在环境中并且因此功率由有关的冷却器具吸收。存在由市电电压供电以生成针对处理器的VCPU供电电压的各种电压分配系统。目前，市电电压被变换为通过主供电总线分配的第一电压，然后被变换为分布在中间总线上的第二更低电压(通常12V)并且最终变换为处理器的供电电压VCPU。为了优化处理器上游的系统的效率，主供电总线处在48V的电压。因此应当选择，要么通过12V的中间总线使用48V的主供电总线以便缩短瞬变响应，要么直接从48V的总线以便增加变换效率，来调节处理器的电压。用于在两级系统(48V-12V-VCPU)中实现第二变换的解决方案是使用多相切换调节器，其允许具有对负载瞬变的最优响应、从负载汲取电流(汲取模式)的可能性以及保持该级本身的良好效率。在多相降压变换器中，由于不同的控制技术，有可能满足对于负载瞬变以及对于参考电压的变化的响应规格。然而，这些变换器以低占空比工作，并且提供双重电压变换，从供电总线电压48V变换下降到最终电压VCPU，生成中间电压12V。使用电压谐振变换器来生成适于对处理器供电的电平的已调节电压是已知的。L.Huber等人的文章“1.8MHz48VResonantVRM:Analysis,DesignandPerformanceEvaluation”,IEEETrans.OnPowerElectronics,Vol.21,No.1,January2006，公开了图1中示出的类型的电压谐振变换器。它具有初级半桥切换级，用于促使AC电流通过初级绕组，初级绕组由与次级绕组磁耦合的N个环组成，次级绕组与用于形成谐振电路的电容并联电连接。第一次级电感器LF1和第二次级电感器LF2协作以便向负载LOAD提供所请求的电流IO。次级电感器LF1和LF2上的电压在它们之间是异相的，并且它们的相互异相通过由图2中的命令电路所命令的开关Q1和Q2进行调节，以便调节负载处的电压VO。命令电路实现固定频率控制技术，其中通过使在次级侧处的开关的接通/关断(on/off)信号SR相对于在初级侧处的半桥的开关的接通/关断信号异相来获得在次级电感器LF1和LF2之间的期望的异相。该异相通过误差放大器EA的电压并且因此通过输出电压VO和参考电压之间的差值来确定。该解决方案的优点是并联连接模块的可能性，因为它工作在固定频率并且因此模块可以轻易地操作为在其间交错。然而，它呈现众多缺点，其中：1)由于固定的工作频率而对负载变化的响应的延迟；2)在次级电感器处的依赖于由误差放大器EA操作的补偿的电压动态特性；3)仅在特定占空比的系统效率最优；4)由于复杂的控制规律带来的补偿的困难；5)它不允许以汲取模式工作。由于高切换频率(通常是1.8MHz等量物)的使用，第一个缺点被最小化，但是该选择意味着在初级侧(HB)处和在次级侧(SR)处切换损耗(通常是MOSFET的切换损耗)的增加。第二个缺点是非常危险的，因为它可能会危及变换器的可靠性。事实上，次级电感器的充电阶段的持续时间由误差放大器EA确定，在过于激进的补偿，甚至是不稳定的补偿的情况下，在初级侧上的漏电感可以是过度的，并且可能将在次级电感器处的电压增加到可能使次级开关(通常地，MOSFET)在相应的安全操作区以外工作的值。此外，第三个缺点是由于固定的工作频率。次级侧的每个半波在次级电感器处的持续时间本质上由变换器的谐振频率确定，谐振频率是固定的量并且为了简单起见假设该半波是矩形的。因此，为了调节具有特定占空比的电压，变换器必须通过对漏电感预充电而增加次级侧处的半波的峰值。由命令回路施加的这个行为使得流过MOSFET的电流的rms值大于对于以任何占空比递送输出电流所要求的最小值。最优化将仅发生在输出电压处，使得次级侧的半波的峰值与按照变压器的因子N缩放的输入电压(加上由于谐振的最终差值)相当。该输出电压是约VOUT＝Tres/Tsw*VIN，其中VIN是输入电压，Tres是次级侧的每个半波的持续时间，等于谐振周期，Tsw是次级侧处每个开关的切换频率的倒数。
技术实现思路
将期望实现直接从48V的总线下降到微处理器的(或者通用低电压负载的)供电电压的电压变换，确保反馈回路在所有运行条件下的稳定性，并且当参考电压和输入电压变化时保持调制增益恒定。使用该技术，将获得高效率的变换并且同时将获得与降压变换器、最终也与多相降压变换器的响应可比的对负载瞬变或者对参考变化的快速响应。本公开的一个实施例是谐振变换器，包括：初级切换电路，至少具有初级绕组和被配置为驱动所述初级绕组的初级全桥切换级，次级谐振电路，具有与初级绕组磁耦合的次级绕组、与次级绕组并联电连接的谐振电容器(CR)、分别连接在变换器的输出端子和谐振电容器(CR)的相应端子之间的第一次级电感器(L1)和第二次级电感器(L2)，次级整流级，与谐振电容器(CR)并联电连接，具有连接以形成具有连接到地的中间抽头的半桥的第一和第二两个开关，以及反馈命令电路，被配置为：将代表在谐振变换器的输出端子处可获得的输出电压(VOUT)和通过所述输出端子递送的输出电流(KIOUT)的反馈信号(VOUT、KIOUT)接收进输入，将在所述谐振电容器(CR)的端子处可获得的参考地的电压(PH1、PH2)接收进输入，接通/关断所述初级切换级的和次级整流级的开关，将在所述谐振电容器(CR)的端子处可获得的参考地的电压接收进输入。当该谐振电容器被命令使得循环地执行以下操作序列时，它呈现高变换效率和与降压变换器的对负载瞬变的响应时间相当的对负载瞬变的响应时间：1)STOP1，接通初级切换级的低侧开关以及所述次级整流级的两个开关，并且关断初级切换级的高侧开关；2)ENERGY1+START1，切换初级切换级的开关以便使用正半波激励初级电路，同时保持次级整流级的开关接通并且监测流过次级整流级的所述第一开关的电流；3)RELEASE1，当检测到流经所述第一开关的电流的过零条件时，关断次级整流级的第一开关并且监测第一开关处的电压；执行以下两个操作之一：4a)DISCHARGE1，在次级整流级的第一开关处的电压无效之前，关断低侧开关并接通所述初级切换级的高侧开关。或者4b)RECTIFICATION1，在次级整流级的第一开关处的电已经被无效之后，切换初级切换级的开关使得用正半波激励初级电路，从而保持次级整流级的开关接通；执行从1到4a或4b的步骤，在它们之间交换初级切换级的高侧和低侧开关的角色，在它们之间交换次级整流级的第一开关和第二开关的角色以便使用正半波激励初级电路。进一步有可能通过在它们之间并联连接本公开的多个单相谐振变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种命令谐振变换器的反馈方法，包括：将初级切换级短路，并且关断次级整流级的第一开关和第二开关，所述谐振变换器包括：初级切换电路，具有初级绕组和被配置为驱动所述初级绕组的所述初级切换级，次级谐振电路，具有磁耦合到所述初级绕组的次级绕组，以及分别耦合在所述谐振变换器的输出端子与所述次级绕组的相应端子之间的第一次级电感器和第二次级电感器；以及利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第一开关的电流；响应于检测到流过所述第一开关的电流的过零条件，关断所述第一开关、并且监测在所述第一开关处的电压；执行以下两个操作之一：在所述第一开关处的电压无效之前，将所述初级切换级短路，或者在所述第一开关处的电压已经被无效之后，利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通；接通所述第一开关和所述第二开关；利用负半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第二开关的电流；响应于检测到流过所述第二开关的电流的过零条件，关断所述第二开关、并且监测所述第二开关处的电压；以及执行以下两个操作之一：在所述第二开关处的电压无效之前，将所述初级切换级短路，或者在所述第二开关处的电压已经被无效之后，利用负半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通。...

【技术特征摘要】
2014.02.03 IT MI2014A0001501.一种命令谐振变换器的反馈方法，包括：将初级切换级短路，并且关断次级整流级的第一开关和第二开关，所述谐振变换器包括：初级切换电路，具有初级绕组和被配置为驱动所述初级绕组的所述初级切换级，次级谐振电路，具有磁耦合到所述初级绕组的次级绕组，以及分别耦合在所述谐振变换器的输出端子与所述次级绕组的相应端子之间的第一次级电感器和第二次级电感器；以及利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第一开关的电流；响应于检测到流过所述第一开关的电流的过零条件，关断所述第一开关、并且监测在所述第一开关处的电压；执行以下两个操作之一：在所述第一开关处的电压无效之前，将所述初级切换级短路，或者在所述第一开关处的电压已经被无效之后，利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通；接通所述第一开关和所述第二开关；利用负半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第二开关的电流；响应于检测到流过所述第二开关的电流的过零条件，关断所述第二开关、并且监测所述第二开关处的电压；以及执行以下两个操作之一：在所述第二开关处的电压无效之前，将所述初级切换级短路，或者在所述第二开关处的电压已经被无效之后，利用负半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通。2.根据权利要求1所述的方法，其中一种反馈命令电路：接收代表在所述谐振变换器的输出端子处可获得的输出电压和通过所述输出端子递送的输出电流的反馈信号；接收在所述次级绕组的端子处可获得的电压；以及命令所述初级切换级的开关以及所述次级整流级的所述第一开关和所述第二开关。3.根据权利要求2所述的方法，包括：生成对应于所述反馈信号的增益调整信号；生成作为增益参考信号和所述增益调整信号之和的总和信号；以一定频率输出主时钟信号，所述频率是根据所述总和信号、所述初级切换电路的未经调节的供电电压和所述谐振变换器的谐振周期值而确定的；以及根据与所述主时钟信号的活动边缘的相应初级延迟时间和次级延迟时间，生成控制所述初级切换级和所述次级整流级的开关的接通/关断信号。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述初级切换级是全桥初级切换级，并且将所述初级切换级短路包括：接通所述全桥初级切换级的低侧开关、并且关断所述全桥初级切换级的高侧开关。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述谐振变换器包括次级整流级，所述次级整流级与谐振电容器并联电连接，并且所述第一开关和所述第二开关分别耦合以形成具有耦合到地的中间抽头的半桥。6.根据权利要求1所述的方法，其中：所述初级切换级是全桥初级切换级，其包括第一高侧开关和第二高侧开关、以及第一低侧开关和第二低侧开关；利用所述正半波激励所述初级切换电路包括：接通所述第一高侧开关和所述第二低侧开关；以及利用所述负半波激励所述初级切换电路包括：接通所述第二高侧开关和所述第一低侧开关。7.一种命令多相谐振变换器的方法，包括：生成增益调整信号，所述增益调整信号对应于代表在所述多相谐振变换器的输出端子处可获得的输出电压和通过所述输出端子递送的输出电流的反馈信号，所述多相谐振变换器包括N个单相谐振变换器，N个是多个，每个单相谐振变换器包括：初级切换电路，具有初级绕组以及被配置为驱动所述初级绕组的初级切换级，次级绕组，磁耦合到所述初级绕组，次级整流级，与所述谐振电容器并联电连接，并且具有第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关分别耦合以形成半桥；反馈命令电路，被配置为接收所述反馈信号，接收在所述次级绕组的端子处可获得的电压，控制所述初级切换级和所述次级整流级，以及将在所述次级绕组的端子处的电压接收进输入；生成作为增益参考信号和所述增益调整信号之和的总和信号；以一定频率输出主时钟信号，所述频率是根据所述总和信号和所述初级切换电路的未经调节的供电电压值来确定的；对所述主时钟信号进行N分频，生成其间异相的N个次级时钟信号，并且每个次级时钟信号具有所述主时钟信号的频率的N分之一的频率；生成与由所述N个单相谐振变换器递送的一组输出电流对应的N个初级延迟时间和N个次级延迟时间；根据与相应的次级时钟信号的活动边缘的相应初级延迟时间和次级延迟时间，生成用于每个所述初级切换级和对应的所述次级整流级的接通/关断信号。8.根据权利要求7所述的方法，包括：生成用于接通/关断每个初级切换级的信号，从而保持每个初级切换级的接通时间恒定；通过根据由相应的单相谐振变换器所递送的电流与由所述N个单相谐振变换器中的单元所递送的平均电流之差，来调整所述相应的初级延迟时间和次级延迟时间，生成用于接通/关断每个次级整流级的开关的信号。9.一种单相谐振变换器，包括：初级切换电路，具有初级绕组和被配置为驱动所述初级绕组的初级切换级；次级谐振电路，具有磁耦合到所述初级绕组的次级绕组；次级整流级，与所述谐振电容器并联电连接，并且具有第一开关和第二开关；反馈命令电路，被配置为：接收代表在所述谐振变换器的输出端子处的输出电压和通过所述输出端子递送的输出电流的反馈信号，接收在所述次级绕组的端子处的电压，命令所述初级切换级和所述次级整流级的开关的接通/关断，独立于彼此地接通/关断所述次级整流级的所述第一开关和所述第二开关以及所述初级切换级的开关，以用于实现一种方法，所述方法包括：将所述初级切换级短路，并且关断次级整流级的第一开关和第二开关；利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第一开关的电流；响应于检测到流过所述第一开关的电流的过零条件，关断所述第一开关、并且监测在所述第一开关处的电压；执行以下两个操作之一：在所述第一开关处的电压无效之前，将所述初级切换级短路，或者在所述第一开关处的电压已经被无效之后，利用正半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通；接通所述第一开关和所述第二开关；利用负半波激励所述初级切换电路，同时保持所述次级整流级的开关接通、并且监测流过所述第二开关的电流；响应于检测到流过所述第二开关的电流的过零条件，关断所述第二开关、并且监测所述第二开关处的电压；以及执行以下两个操作之一：在所述第二开关处的电压无效之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·E·赞贝蒂，S·萨吉尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT