切换模式功率转换制造技术

本公开内容的实施方式涉及切换模式功率转换。根据一个实施例，一种操作切换模式功率转换器的方法包括：在连续驱动周期中驱动切换元件，其中切换元件被驱动以对于接通时段接通而随后被驱动以对于关断时段关断；在驱动周期期间对反馈信号采样两次或者更多次，其中反馈信号包括代表切换模式功率转换器的操作参数的信号和噪声。该方法还包括对经采样的反馈信号进行滤波以从经采样的反馈信号提取代表操作参数的信号，以及根据经滤波的反馈信号控制切换元件。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请要求于2014年2月26日提交的第61/994, 821号美国临时申请的权益，该 申请特此通过全文引用结合于此。
本公开内容涉及一种切换模式功率转换器、配置为操作切换模式功率转换器的方 法和存储计算机可执行指令的计算机可读存储设备，这些计算机可执行指令响应于执行来 使处理部件执行操作。
技术介绍
每当在切换模式功率转换器中接通或者关断开关、比如晶体管时，与正在切换的 电流和电压成比例地耗散能量。称为切换损耗的与开关操作关联的功率损耗代表显著功率 耗散来源并且因此代表在常规开关模式功率转换器内的显著低效率来源。除了增加切换损 耗之外，在开关转变时间的针对电压和/或电流的大改变率（即dv/dt和/或di/dt)增加 对开关的应力和开关产生的电磁干扰（EMI)的数量。已经开发一些切换方案，这些切换方 案利用在开关模式功率转换器内的谐振以在向开关施加的电压在称为谷值的局部最小值 时的时间接通开关。其它切换方案使用恒定切换频率或者某些突发的频率。
技术实现思路
一种被配置为操作切换模式功率转换器的方法，其中功率转换器可操作用于在功 率转换器中的切换元件的可变切换频率将输入电压转换成输出电压，该方法包括：一种操 作切换模式功率转换器的方法，其中功率转换器可操作以在功率转换器中的切换元件的切 换频率将输入电压转换成输出信号；该方法包括：在连续驱动周期中驱动切换元件，其中 切换元件被驱动以对于接通时段接通而随后被驱动以对于关断时段关断；在驱动周期期间 对反馈信号采样两次或者更多次；反馈信号包括代表切换模式功率转换器的操作参数的信 号和噪声；对经采样的反馈信号进行滤波以从经采样的反馈信号提取代表操作参数的信 号；以及根据经滤波的反馈信号控制切换元件。 -种可操作用于将输入电压转换成输出电压的切换模式功率转换器包括：控制单 元，被配置为在连续驱动周期中驱动切换元件，其中切换元件被驱动以对于接通时段接通 而随后被驱动以对于关断时段关断；其中控制单元还被配置为：在驱动周期期间对反馈信 号采样两次或者更多次；反馈信号包括代表切换模式功率转换器的操作参数的信号和噪 声；对经采样的反馈信号进行滤波以从经采样的反馈信号提取代表操作参数的信号；以及 根据经滤波的反馈信号控制切换元件。 -种计算机可读存储设备存储计算机可执行指令，计算机可执行指令响应于执行 来使得处理部件：在连续驱动周期中驱动切换模式功率转换器的切换元件，其中切换元件 被驱动以对于接通时段接通而随后被驱动以对于关断时段关断；在驱动周期期间对反馈信 号采样两次或者更多次；反馈信号包括代表切换模式功率转换器的操作参数的信号和噪 声；对经采样的反馈信号进行滤波以从经采样的反馈信号提取代表操作参数的信号；以及 根据经滤波的反馈信号控制切换元件。 其它转换器、方法、软件、特征和优点在考察以下各图和详细描述时将是或者将变 成是本领域技术人员所清楚的。旨在于将所有这样的附加转换器、方法、程序、特征和优点 包括在本说明书内、在本专利技术的范围内并且受所附权利要求保护。【附图说明】 可以参照以下附图和描述更好地理解系统。在各图中，相似参考标号贯穿不同视 图指代对应部分。 图1是图示第一示例性切换模式功率转换器的电路图 图2是图示操作切换模式功率转换器的示例性方法的流程图； 图3是图示第二示例性切换模式功率转换器的电路图； 图4是图示图3中所示示例性切换模式功率转换器的开关控制单元的输入和输出 信号的示图； 图5是图示图3中所示示例性切换模式功率转换器中的变压器的输入和输出信号 的不图； 图6是图示DCM(a)和CCM(b)中的功率半导体开关的输入（初级）电流、输出（次 级）电流和对应栅极信号的波形的定时图的示图； 图7是图示图3中所示功率转换器中的反馈信号的采样过程的示图； 图8是使用线性预测器的采样和滤波模块的电路图；图9是使用陷波滤波器的采样和滤波模块的电路图；以及 图10是使用逆复用、延迟和复用来每切换周期选择一个或者多个适当采样的采 样和滤波模块的电路图。【具体实施方式】 参照图1，一种示例性切换模式功率转换器可以包括功率转换单元100、例如具 有DC-DC反激转换器，该功率转换单元具有切换元件101，磁元件、比如变压器102,和其它 部件（未示出）、比如整流器、电容器等。功率转换单元100具有被供应DC电压、体电压 VBlM的输入和向负载1〇3供应输出电压VQUT的输出。切换兀件101可以是被配置为根据 相应控制信号将变压器连接到电压VBUU?的半导体开关、比如金属氧化物半导体场效应晶体 管（MOSFET)、绝缘栅双极晶体管（IGBT)等。切换模式功率转换器还可以包括电流感测模 块104,该电流感测模块提供电流感测信号、例如代表流过变压器102的初级绕组的电流的 (初级）电流感测电压Vcs。开关控制单元105被配置为生成向切换元件103供应的控制信 号Vm用于根据控制信号Vj^妾通（导通）和关断（非导通）切换元件101。如果切换元件 101是MOSFET或者IGBT，则可以向其栅极施加控制信号VeD。 开关控制单元105被配置为控制功率转换单元100的切换操作。在以下示例中， 开关控制单元105被配置为控制功率转换单元100以在多个操作模式中的至少一个操作模 式、比如准谐振模式（即自振荡模式）中操作。控制单元10还可以被配置为比较电流感测 电压Vcs与参考电压。设置控制信号以在电流感测信号Vcs等于或者超过参考电压时关 断流入变压器102中的初级电流。在准谐振模式中，可以在跨切换元件101的电压处在也称 为电压谷值或者谷值的（局部）最小值时接通切换元件101。为了实现这一点，切换模式功 率转换器可以包括用于在切换元件101的关断时间期间直接或者间接监视跨切换元件101 的电压降VD以便允许检测在电压在最小值（谷值）时的时刻的电压感测模块106。从切换 模式功率转换器输出（即从功率转换单元100的输出）到开关控制单元105的反馈路径可 以向开关控制单元105提供附加输入信号、反馈信号FB。反馈路径可以包括基本信号处理 (例如PI或者PID调节）和电隔离（例如通过光电耦合器等）。 在谷值处的切换使切换损耗和电磁辐射（EMI)最小化。普遍地，在一行中的多个 谷值中的固定谷值、例如第一、第二或者任何其它谷值用作为用于控制切换元件101接通 的触发。切换模式功率转换器的切换频率在准谐振模式中对应于负载103,因此可以宽泛地 变化。其它操作模式可以例如是连续电流模式、不连续电流模式和突发模式。 参照图2, 一种用于操作切换模式功率转换器的示例性方法可以包括可以以硬件、 软件或者其任何组合实施的以下过程。在连续驱动周期中驱动切换元件，其中切换元件被 驱动以对于接通时段接通而随后被驱动以对于关断时段关断（200)。可以检测接通时段的 上升沿和下降沿，并且可以对于在上升沿之前的第一时间段（见图7中的时间段TR)和在 下降沿之后的第二时间段（见图7中的时间段TF)阻止采样（201)。在驱动周期的接通时 段或者关断时段（或者接通时段和关断时段二者）期间对反馈信号采样两次或者更多次 (202)，其中反馈信号包括代表切换模式功率转换器的操作参数的信号和噪声。然后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置为操作切换模式功率转换器的方法，其中所述功率转换器可操作用于在所述功率转换器中的切换元件的切换频率将输入电压转换成输出电压；所述方法包括：在连续驱动周期中驱动所述切换元件，其中所述切换元件被驱动以对于接通时段接通而随后被驱动以对于关断时段关断；在所述驱动周期期间对反馈信号采样两次或者更多次；所述反馈信号包括代表所述切换模式功率转换器的操作参数的信号和噪声；对经采样的反馈信号进行滤波以从所述经采样的反馈信号提取代表所述操作参数的所述信号；以及根据经滤波的反馈信号控制所述切换元件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·克吕格尔，M·法伦坎普，T·辛茨，
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