谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法技术

公开了谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法。该控制方法包括：基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流决定第一和第二变换单元内上端开关管的共同导通时刻，以及第一和第二变换单元内下端开关管的共同导通时刻；检测流过第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果分别决定第一变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内下端开关管的关断时刻、以及第一变换单元内下端开关管的关断时刻。

【技术实现步骤摘要】
谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法
本专利技术涉及电子电路，尤其涉及谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法。
技术介绍
谐振开关电容变换器与传统的开关电容变换器相比，其充放电电容均工作在谐振状态，因此不存在电流尖峰问题，可以应用于输出电流较大的场合。如图1A和1B所示，传统的谐振型开关电容变换器通常采用占空比为50％的控制信号来控制，为了实现零电流开关，该控制信号的频率需要被设置为与谐振电路的谐振频率相等。然而，由于每个谐振电路的等效电路不同，且谐振元件的参数存在固有的制造差异，要实现所有开关管的零电流开关比较困难。目前常采用的解决方法是将电容器C11、C22的容值设置为远大于电容器C1、C2的容值，以减小不同谐振电路间谐振频率的差异，但这无疑会对谐振开关电容变换器的体积造成不利影响。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的实施例提供一种谐振开关电容变换器的控制方法，该谐振开关电容变换器包括第一变换单元、第二变换单元以及整流单元。其中第一变换单元和第二变换单元均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔。第二变换单元的第一端耦接至第一变换单元的第二端。整流单元包括第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管，第一整流开关管与第四整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第二端，第二整流开关管与第三整流开关管的第二端耦接至参考地，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一和第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第三端。该控制方法包括：基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流决定第一和第二变换单元内上端开关管的共同导通时刻，以及第一和第二变换单元内下端开关管的共同导通时刻；以及检测流过第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果分别决定第一变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内下端开关管的关断时刻、以及第一变换单元内下端开关管的关断时刻。本专利技术的实施例还提供一种谐振开关电容变换器的控制器，该控制器基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流以及流过第一至第四整流开关管的电流产生第一至第四控制信号，以分别控制第一变换单元内的上端开关管、第二变换单元内的上端开关管、第二变换单元内的下端开关管以及第一变换单元内的下端开关管。其中该控制器基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流决定第一和第二变换单元内上端开关管的共同导通时刻，以及第一和第二变换单元内下端开关管的共同导通时刻；该控制器还检测流过第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果分别决定第一变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内下端开关管的关断时刻、以及第一变换单元内下端开关管的关断时刻。根据本专利技术实施例的一种谐振开关电容变换器，包括如前所述的控制器。附图说明以下结合附图对本专利技术的实施例做具体说明。本领域技术人员可以理解，这些附图均是示例性的，而且并非完全按比例绘制。图1A和1B为现有谐振开关电容变换器的电路原理图与波形图；图2A为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器100的示意性框图；图2B为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器100中变换单元的电路原理图；图3为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器100A的电路原理图；图4A为根据本专利技术一实施例的谐振开关电容变换器的控制方法的流程图；图4B为根据本专利技术实施例的采用图4A所示控制方法的谐振开关电容变换器100A的工作波形图；图5A-5F为根据本专利技术一实施例的采用图4A所示控制方法的谐振开关电容变换器100A在不同时段的工作原理图；图6A为根据本专利技术另一实施例的谐振开关电容变换器的控制方法的流程图；图6B为根据本专利技术实施例的采用图6A所示控制方法的谐振开关电容变换器100A的工作波形图；图7为根据本专利技术实施例的控制器104A的示意性框图；图8为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器200的示意性框图；图9为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器300的示意性框图。具体实施方式下面将结合附图详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了便于对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本专利技术所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本专利技术，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。图2A为根据本专利技术实施例的谐振开关电容变换器100的示意性框图，该变换器100包括输入电容器Cin、第一变换单元101_1、第二变换单元101_2、整流单元103、输出电容器Co以及控制器104。输入电容器Cin耦接在输入电压Vin与参考地之间，输出电容器Co与负载R并联，耦接在输出电压Vo与参考地之间。变换单元101_1和101_2具有基本相同的内部结构。如图2B所示，每个变换单元均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔。具体地，如图2A所示，第一变换单元1011包括第一钳位电容器C11、第一上端开关管SH1、第一下端开关管SL2以及第一谐振腔，第二变换单元101_2包括第二钳位电容器C22、第二上端开关管SH2、第二下端开关管SL2以及第二谐振腔。第一变换单元101_1的第一端耦接至输入电压Vin，第二变换单元101_2的第一端耦接至第一变换单元101_1的第二端，第二变换单元101_2的第二端耦接至输出电压Vo。在图2A所示的实施例中，第一谐振腔包含串联连接的第一谐振电容器C1和第一谐振电感器L1，第二谐振腔包含串联连接的第二谐振电容器C2和第二谐振电感器L2。但本领域技术人员可以理解，谐振腔也可以采用其他的谐振架构，这样的变形并未超出本专利技术的保护范围。整流单元103包括整流开关管SFS1、SFS2、SLS1、SLS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振开关电容变换器的控制方法，该谐振开关电容变换器包括第一变换单元、第二变换单元以及整流单元，其中第一变换单元和第二变换单元均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔；第二变换单元的第一端耦接至第一变换单元的第二端；整流单元包括第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管，第一整流开关管与第四整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第二端，第二整流开关管与第三整流开关管的第二端耦接至参考地，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一和第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第三端；该控制方法包括：基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流决定第一和第二变换单元内上端开关管的共同导通时刻，以及第一和第二变换单元内下端开关管的共同导通时刻；以及检测流过第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果分别决定第一变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内下端开关管的关断时刻、以及第一变换单元内下端开关管的关断时刻。...

【技术特征摘要】
1.一种谐振开关电容变换器的控制方法，该谐振开关电容变换器包括第一变换单元、第二变换单元以及整流单元，其中第一变换单元和第二变换单元均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔；第二变换单元的第一端耦接至第一变换单元的第二端；整流单元包括第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管，第一整流开关管与第四整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第二端，第二整流开关管与第三整流开关管的第二端耦接至参考地，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一和第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第三端；该控制方法包括：基于流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流决定第一和第二变换单元内上端开关管的共同导通时刻，以及第一和第二变换单元内下端开关管的共同导通时刻；以及检测流过第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果分别决定第一变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内上端开关管的关断时刻、第二变换单元内下端开关管的关断时刻、以及第一变换单元内下端开关管的关断时刻。2.如权利要求1所述的控制方法，其中第一至第四整流开关管均为可控开关管，第一整流开关管的导通与关断与第一变换单元内上端开关管同步，第二整流开关管的导通与关断与第二变换单元内上端开关管同步，第三整流开关管的导通与关断与第二变换单元内下端开关管同步，第四整流开关管的导通与关断与第一变换单元内下端开关管同步。3.如权利要求1所述的控制方法，还包括：当检测到流过第一和第二变换单元内谐振腔的的电流分别自相应开关节点流出且彼此相等时，将第一和第二变换单元内的上端开关管导通；当检测到流过第二整流开关管的电流过零时，将第二变换单元内的上端开关管关断；当检测到流过第一整流开关管的电流过零时，将第一变换单元内的上端开关管关断；当检测到流过第一和第二变换单元内谐振腔的的电流分别流入相应开关节点且彼此相等时，将第一和第二变换单元内的下端开关管导通；当检测到流过第四整流开关管的电流过零时，将第一变换单元内的下端开关管关断；以及当检测到流过第三整流开关管的电流过零时，将第二变换单元内的下端开关管关断。4.如权利要求1所述的控制方法，还包括：当检测到流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流均完成过零并转变为自相应开关节点流出时，将第一和第二变换单元内的上端开关管导通；当检测到流过第二整流开关管的电流过零时，将第二变换单元内的上端开关管关断；当检测到流过第一整流开关管的电流过零时，将第一变换单元内的上端开关管关断；当检测到流过第一和第二变换单元内谐振腔的电流均完成过零并转变为流入相应开关节点时，将第一和第二变换单元内的下端开关管导通；当检测到流过第四整流开关管的电流过零时，将第一变换单元内的下端开关管关断；以及当检测到流过第三整流开关管的电流过零时，将第二变换单元内的下端开关管关断。5.一种谐振开关电容变换器的控制器，该谐振开关电容变换器包括第一变换单元、第二变换单元以及整流单元，其中第一变换单元和第二变换单元均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔；第二变换单元的第一端耦接至第一变换单元的第二端；整流单元包括第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管，第一整流开关管与第四整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第二端，第二整流开关管与第三整流开关管的第二端耦接至参考地，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一和第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第二变换单元的第三端；该控制器基于流过第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑皓谦，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51