具有电容式能量传递的功率转换器的控制制造技术

一种用于功率转换的装置，其包括：变压元件、调节元件以及控制器；其中，变压元件的周期等于系数和调节电路的周期之积，其中，系数选自由正整数和所述整数的倒数组成的组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电容式能量传递的功率转换器的控制相关申请本申请要求于2011年12月19日提交的美国临时申请案61/577，271的 优先权日:的权益，其内容通过引用的方式并入本文。
本公开涉及利用电容器传递能量的功率转换器的控制。
技术介绍
功率转换器一般可包括开关和一个或多个电容器。这类转换器可用于，例如，向便携式电子装置和消费类电子产品供电。开关模式功率转换器是一种特定类型的功率转换器，其通过利用开关网络将能量存储元件(即，电感器和电容器)切换到不同的电力配置来调节输出电压或电流。开关式电容转换器是一种主要利用电容传递能量的开关式功率转换器。在这类转换器中，电容器和开关的数量随着变压比的增加而增加。典型的功率转换器执行变压和输出调节。在许多功率转换器中，比如降压转换器，这两种功能均在一个阶段发生。然而，还可将这两种功能分成两个专门阶段。这类两级功率转换器结构的特点在于独立的变压阶段和独立的调节阶段。变压阶段将一个电压转换成另一电压，而调节阶段则保证功率转换器的输出电压和/或输出电流保持所需的特征。例如，参照图1，在一个已知的功率转换器10中，开关式电容元件12A在其输入端与电压源14电性连接。调节电路16A的输入端与开关式电容元件12A的输出端电性连接。然后，负载18A与调节电路16A的输出端电性连接。2009年5月8日提交的美国专利申请N0.2009/0278520中描述了这种转换器，其内容以引用的方式并入本文。此外，2012年5月4日提交的PCT申请PCT/2012/36455描述了一种模块化多级功率转换器结构，其内容以引用的方式并入本文。开关式电容元件12A和调节电路16A可以多种不同的方式进行混合和匹配。这为这类功率转换器的组装提供了转换性集成电源解决方案(TIPSTM)。如此，图1所示的配置仅表示向一个或多个开关式电容元件12A配置一个或多个调节电路16A的众多方法中的一种方法。图2图示了功率转换器10A，其从电压源14接收输入电压VIN并产生比输入电压VIN要低的输出电压V0。功率转换器IOA是图1所示功率转换器结构的具体实施例。开关式电容元件12A的特点在于2:1双相串并行开关式电容网络，该开关式电容网络包括电源开关S1-S8和泵电容器C1-C2。相反，调节电路16A的特点在于降压转换器，该降压转换器包括低侧开关SL、高侧开关SH、滤波电感器LI以及驱动级51。在开关式电容元件12A工作时，电源开关S1、S3、S6、S8和电源开关S2、S4、S5、S7总是处于互补状态。因此，在第一网络状态中，电源开关S1、S3、S6、S8打开，而电源开关S2、S4、S5、S7关闭。在第二网络状态中，电源开关S1、S3、S6、S8关闭，而电源开关S2、S4、S5、S7则打开。开关式电容元件12A循环通过第一网络状态和第二网络状态，产生中间电压VX，该中间电压VX是输入电压VIN的一半。参照图2，开关式电容元件12A在第一相电压VA较高且第二相电压VB较低时处于第一网络状态。相反，开关式电容兀件12A在第一相电压VA较低且第二相电压VB较高时处于第二网络状态。两个相电压VA、VB不重叠且具有大约50%的占空比。在调节电路16A工作时，低侧开关SL和高侧开关SH将中间电压VX斩波为开关电压VLX。LC滤波器接收开关电压VLX，生成与平均开关电压VLX相等的输出电压V0。为了保证所需的输出电压V0，调节控制电压VR对低侧开关SL和高侧开关SH的占空比进行控制。此外，驱动级51提供能量以打开和关闭低侧和高侧开关SL、SH。在先公开分别探讨了对开关式电容元件12A和调节电路16A的控制。这存在许多缺点，其中一个缺点在于中间电压VX纹波会馈通至输出电压V0。一种解决该问题的可能方案是建立反馈控制回路，该反馈控制回路速度够快，能使中间电压VX纹波对输出电压VO的影响减弱。为了实现该目标，调节电路16A的频率必须明显高于开关式电容元件12A的频率。另一种解决该问题的可能方案是向调节电路16A增加前馈控制回路。然而，就像快速反馈解决方案的情况一样，前馈解决方案仅在调节电路16A的频率明显高于开关式电容元件12A的频率时方才有效。因此，这两种解决方案都对开关式电容元件12A和调节电路16A造成了严重的频率制约。此外，开关式电容元件12A的第一网络状态和第二网络状态之间通常存在死区时间间隔DT。在该死区时间间隔DT期间，开关式电容元件12A中的所有开关均打开。这保证开关式电容元件12A的第一网络状态和第二网络状态之间的完全转换，反之亦然。如果调节电路16A在死区时间间隔DT期间尝试消耗电流，在开关式电容元件12A和调节电路16A之间的节点处会发生电压“毛刺”。通过使用毛刺电容器CX可以减少电压“毛刺”。遗憾的是，每次开关式电容元件12A在第一网络状态和第二网络状态之间转换时，存储在毛刺电容器CX上的部分能量便会丢掉，反之亦然。能量损失由毛刺电容器CX短路到不同电压的电容器(比如，泵电容器Cl、C2)引起的。因此，在死区时间间隔DT期间使用毛刺电容器CX提供能量是一种有效的解决方案，但这需要一个额外的电容器，会降低功率转换器IOA的效率。
技术实现思路
在本专利技术的总体方面，提供了一种用于功率转换的装置，其包括:变压元件、调节元件以及控制器；其中，所述变压元件的周期等于系数和所述调节电路的周期之积，其中，所述系数选自由正整数和所述整数的倒数组成的组。本专利技术这方面的实施例可包括一个或多个下列特征。调节元件配置为使连续电流从其中通过。作为替代方案，所述调节元件配置为使不连续电流从其中通过。对所述调节元件进行控制，以避免在所述变压元件的死区时间期间使电流从其中通过。所述控制器配置为对所述调节元件和所述变压元件中出现的多个相位进行控制。所述控制器配置为对所述调节元件和所述变压元件中出现的多个相位进行控制，以避免在与各个所述多个相位关联的死区时间期间使电流从其中通过。所述装置进一步包括:数据处理单元和存储单元，所述数据处理单元和所述存储单元中的至少一个配置为消耗由所述功率转换电路提供的功率。在其他实施例中，所述装置进一步包括:数据处理单元、显示器以及无线发射机和接收器，所述数据处理单元、所述显示器以及所述无线发射机和接收器中的至少一个配置为消耗由所述功率转换电路提供的功率。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于功率转换的装置，其包括:第一元件，其配置为接受具有第一电压的输入信号并输出具有第二电压的中间信号；第二元件，其配置为接收来自所述第一元件的中间信号并输出具有第三电压的输出信号。所述第一元件选自由变压元件和调节元件组成的组，所述第二元件在所述第一元件是变压元件时为调节元件，否则为变压元件；以及控制器，其配置为对所述变压元件的周期和所述调节元件的周期进行控制，所述控制器配置为使所述变压元件的周期与系数和所述调节元件的周期之积同步，所述系数选自由正整数和所述整数的倒数组成的组。本专利技术的这方面的实施例可包括一个或多个下列特征。所述系数是正整数，或作为替代方案，是所述正整数的倒数。所述控制器配置为接收来自所述第一元件的中间信号和来自所述第二元件的输出信号。所述控制器配置为接收所述输入信号。所述控制器配置为基于所述输出信号生成第一控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率转换的装置，其包括：变压元件、调节元件以及控制器；其中，所述变压元件的周期等于系数和所述调节电路的周期之积，其中，所述系数选自由正整数和所述整数的倒数组成的组。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.19 US 61/577,2711.一种用于功率转换的装置，其包括:变压元件、调节元件以及控制器；其中，所述变压元件的周期等于系数和所述调节电路的周期之积，其中，所述系数选自由正整数和所述整数的倒数组成的组。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节元件配置为使连续电流从其中通过。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节元件配置为使不连续电流从其中通过。4.根据权利要求3所述的装置，其中，对所述调节元件进行控制，以避免在所述变压元件的死区时间期间使电流从其中通过。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器配置为对所述调节元件和所述变压元件中出现的多个相位进行控制。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器配置为对所述调节元件和所述变压元件中出现的多个相位进行控制，以避免在与各个所述多个相位关联的死区时间期间使电流从其中通过。7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括:数据处理单元和存储单元，所述数据处理单元和所述存储单元中的至少一个配置为消耗由所述功率转换电路提供的功率。8.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括:数据处理单元、显示器以及无线发射机和接收器，所述数据处理单元、所述显示器以及所述无线发射机和接收器中的至少一个配置为消耗由所述功率转换电路提供的功率。9.一种用于功率 转换的装置，所述装置包括:第一元件，其配置为接受具有第一电压的输入信号并输出具有第二电压的中间信号；第二元件，其配置为接收来自所述第一元件的中间信号并输出具有第三电压的输出信号，其中，所述第一元件选自由变压元件和调节元件组成的组，所述第二元件在所述第一元件是变压元件时为调节元件，否则为变压元件；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·朱利亚诺，
申请(专利权)人：北极砂技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US