用于零电压转变功率转换器的自适应计时的方法及设备技术

本申请案涉及用于零电压转变功率转换器的自适应计时的方法及设备。所描述实例包含一种控制功率转换器的方法，所述方法包含执行多个循环。每一循环包含：在第一周期期间接通第一开关(图7，702)，所述第一开关耦合在电力供应器(712)与输出电感(706)之间；在第二周期期间接通第二开关(704)，所述第二开关耦合在输出电感与接地之间；在所述第二周期期间的第一时间处接通第三开关(720)，所述第三开关耦合在所述电力供应器(712)与辅助电感(716)之间；及在所述第二时间之后的第三时间处接通第四开关(722)，所述第四开关耦合所述辅助电感及接地。基于重叠时间与穿过连接到第二开关电流处置端子的开关的电流超过阈值电流的时间中的较晚者，所述第二周期在所述第一时间之后的第三时间周期处结束。

【技术实现步骤摘要】
用于零电压转变功率转换器的自适应计时的方法及设备相关申请案的交叉参考本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张专利技术人为拉贝拉(LaBella)等人的于2016年4月14日提出申请的标题为“用于零电压转变功率转换器的自适应计时方法(AdaptiveTimingMethodforZeroVoltageTransitionPowerConverters)”的共同拥有的第62/322,512号美国临时专利申请案的优先权的益处，所述申请案特此以其全文引用的方式并入本文中。另外，本申请案与专利技术人为拉贝拉等人的标题为“用于零电压转变功率转换器中的共振能量最小化的方法及设备(MethodsandApparatusforResonantEnergyMinimizationinZeroVoltageTransitionPowerConverters)”的第14/982,750号美国专利申请案(“‘750申请案”)有关，所述申请案也特此以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术一般来说涉及电子器件，且明确地说，涉及用于功率转换的电路。
技术介绍
称作切换式电力供应器的一类电力供应器始于数十年前且当前着重用于电子工业中。切换式电力供应器常见于许多类型的电子装备中，例如工业机械、汽车电子器件、计算机与服务器、移动消费型电子器件(移动电话、平板计算机等)、移动电子器件的电池充电器以及例如无线耳机及钥匙链闪光灯的低成本/轻量型物项。许多应用包含用于便携式电池供电装置的切换式电力供应器，在便携式电池供电装置中，初始电压逐步降低到经减小电压以用于给装置的部件(例如以相当低电压直流(DC)电平操作的集成电路)供电。切换式供应器是受欢迎的，这是因为这些电力供应器可是轻量型且低成本的。当与使用非切换式电力供应器(例如线性电力供应器)的先前方法相比时，切换式供应器在电力的电压及电流电平的转换中是高度高效的。切换式电力供应器中通过仅在需要时使用高速低损耗开关(例如MOSFET晶体管)来将能量从输入电源(举例来说，电池)转移到被供电的电子装备(负载)以维持负载所需的电压及电流电平而实现高效率。执行从在特定电压及电流范围内供应电能的DC输入(例如电池)到不同DC电压及电流范围的转换的切换式电力供应器称作“DC-DC”转换器。许多现代DC-DC转换器通过采用零电压转变(ZVT)而能够实现接近90％或90％以上的效率。ZVT技术由华(Hua)等人开发且描述于1994年发表的论文中(“新颖零电压转变PWM转换器(NovelZero-Voltage-TransitionPWMConverters)”，G.华(G.Hua)、C.-S.吕(C.-S.Leu)、Y.江(Y.Jiang)及F.C.李(F.C.Lee)，IEEE电力电子学报(IEEETrans.PowerElectron.)，第9卷，第2期，213-219页，1994年3月)，所述论文以其全文引用的方式并入本文中。在DC-DC转换器中使用ZVT功能会减小否则将因切换损失而发生的能量损失。ZVT还具有减小DC-DC转换器的主要电力开关上的电压应力的额外益处。开关上的电压应力的减小允许开关具有较低电压容差额定值，且因此，可能地，开关可是较小且成本较低的。先前DC-DC转换器所采用的ZVT电路引入额外开关以及切换元件上的对应额外能量损失及电压应力。然而，与采用ZVT功能性的切换转换器的总体性能改进相比，ZVT功能的能量损失及电压应力的影响不太显著。仍需要用以减小ZVT功能的能量损失及电压应力的进一步改进。这些改进将准许电子装备在增加电池寿命、降低操作成本及改进热管理方面得以改进。
技术实现思路
在所描述实例中，一种控制功率转换器的方法包含执行多个循环。每一循环包含：在第一周期期间接通第一开关，所述第一开关具有耦合到电力供应器的第一端子的第一电流处置端子及耦合到第一电感器的一端子的第二电流处置端子，所述第一电感器具有耦合到输出负载的第一端子的另一端子。每一循环还包含：在第二周期期间接通第二开关；所述第二周期发生于所述第一周期之后，使得所述第一开关及所述第二开关不同时接通；所述第二开关具有耦合到所述第一开关的所述第二电流处置端子的第一电流处置端子；且所述第二开关具有耦合到所述电力供应器的第二端子及所述输出负载的第二端子的第二电流处置端子。每一循环还包含：在所述第二周期期间的第一时间处接通第三开关；在所述第二周期之后但在后一循环的所述第一周期开始之前的第二时间处关断所述第三开关；所述第三开关具有耦合到所述电力供应器的所述第一端子的第一电流处置端子；且所述第三开关具有耦合到第二电感器的第一端子的第二电流处置端子；且所述第二电感器的第二端子耦合到所述第一开关的所述第二电流处置端子。每一循环还包含：在所述第二时间之后的第三时间处接通第四开关；在所述后一循环的所述第一周期期间关断所述第四开关；所述第四开关具有耦合到所述第二电感器的所述第一端子的第一电流处置端子；且所述第四开关具有连接到所述电力供应器的所述第二端子的第二电流处置端子。基于重叠时间与穿过连接到所述第二开关电流处置端子的开关的电流超过阈值电流的时间中的较晚者，所述第二周期在所述第一时间之后的第三时间周期处结束。附图说明图1是图解说明ZVTDC-DC降压功率转换器的电路图。图2是用以操作ZVT功能性的开关转变事件的序列的时序图。图3是针对本申请案的实例性布置的用以操作ZVT功能性的开关转变事件的序列的时序图。图4是一组波形图，其中具有图3的时序图。图5是ZVT共振电路的理想等效电路图的电路图。图6是替代布置中的ZVT共振电路的理想等效电路图的电路图。图7是包含控制元件的ZVT降压转换器电路的电路图。图8是展示在不同调整电平下对开关节点电压的影响的一系列曲线。图9是展示输入电压对ZVT过程的影响的曲线图。图10是环路检测单元的电路图。图11是展示图7的电路的零电压转变(ZVT)功能性的两个环路的操作的流程图。图12是包含控制器的电路图，所述控制器提供并入有本申请案的布置的降压电路拓扑中的ZVT功率转换器。具体实施方式不同图中的对应编号及符号通常是指对应部分，除非另有指示。所述各图未必按比例绘制。术语“经耦合”可包含利用介入元件做出的连接，且在“经耦合”的任何元件之间可存在额外元件及各种连接。为更好地图解说明先前ZVT方法的缺点，图1的电路100图解说明布置成降压转换器电路拓扑的ZVTDC-DC转换器。降压DC-DC转换器提供处于比输入电压低的电压的输出电压。可受益于ZVT切换的使用的其它类型的DC-DC转换器包含但不限于：升压转换器，其将到负载的电压增大到大于输入电压的电压；及降压-升压DC-DC转换器，其在降压与升压功能之间动态地转变以适于各种输入电压电平(具有可能大于或小于输出电压的输入电压)以将输出电压提供到负载。图1以简化电路图图解说明ZVTDC-DC降压转换器电路100的切换元件、关键无源组件及关键寄生元件。为使阐释简单化，图1省略了次要组件、次要寄生元件、用于监视输出电压的电路及用于控制实例性ZVTDC-DC降压功率转换器中利用的开关计时的控制电路。在图1中，电路100包含连同输出电感器106(Lo)及电容器108(Co)一起执行降压转换器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，其包括：第一开关控制输出；第二开关控制输出；第三开关控制输出；第四开关控制输出；开关节点电压输入；及计时电路，其用以在所述第二开关控制输出上的信号从第二闭合信号改变为第一断开信号之前在所述第三开关控制输出上引起第一闭合信号；用以致使所述第三开关控制输出在第二开关控制输出从所述第二闭合信号改变为所述第一断开信号之后的第一选定时间之后提供第二断开信号；且用以致使所述第一开关控制输出在第三开关控制信号从所述第一闭合信号改变为第三断开信号之后的第二选定时间提供第三闭合信号，所述计时电路基于重叠时间与穿过连接到所述第二开关控制输出的开关的电流超过阈值电流的时间中的较晚者确定从所述第三开关控制输出上的所述第一闭合信号的开始到所述第二开关控制输出上的所述第一断开信号的开始的计时。

【技术特征摘要】
2016.04.14 US 62/322,512;2016.11.14 US 15/350,6971.一种集成电路，其包括：第一开关控制输出；第二开关控制输出；第三开关控制输出；第四开关控制输出；开关节点电压输入；及计时电路，其用以在所述第二开关控制输出上的信号从第二闭合信号改变为第一断开信号之前在所述第三开关控制输出上引起第一闭合信号；用以致使所述第三开关控制输出在第二开关控制输出从所述第二闭合信号改变为所述第一断开信号之后的第一选定时间之后提供第二断开信号；且用以致使所述第一开关控制输出在第三开关控制信号从所述第一闭合信号改变为第三断开信号之后的第二选定时间提供第三闭合信号，所述计时电路基于重叠时间与穿过连接到所述第二开关控制输出的开关的电流超过阈值电流的时间中的较晚者确定从所述第三开关控制输出上的所述第一闭合信号的开始到所述第二开关控制输出上的所述第一断开信号的开始的计时。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中基于对连接到所述第一开关控制输出的第一开关的一个电流处置端子处的供应器电压电平与所述第一开关的第二电流处置端子处在所述第三闭合信号之前的所测量电压的比较而调整所述重叠时间。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中基于对连接到所述第一开关控制输出的第一开关的一个电流处置端子处的供应器电压电平与所述开关的第二电流处置端子处在所述第三闭合信号之前的所测量电压的比较而调整所述阈值电流。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述计时电路在所述第二断开信号之后的第三选定时间在所述第四开关控制输出上引起第四闭合信号。5.根据权利要求4所述的集成电路，其中所述第一、第二及第三选定时间是基于共振电路的共振循环时间，所述共振电路包含辅助电感、连接到所述第一开关控制输出的第一开关的固有电容及连接到所述第二开关控制输出的第二开关的固有电容。6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述集成电路控制降压转换器。7.根据权利要求1所述的集成电路，其中受所述第一、第二、第三及第四开关控制输出中的一者控制的至少一个开关与所述集成电路形成于同一衬底中。8.根据权利要求1所述的集成电路，其中耦合到所述第一开关控制输出、所述第二开关控制输出、所述第三开关控制输出及所述第四开关控制输出中的至少一者的开关是场效应晶体管。9.一种集成电路，其包括：第一开关控制输出；第二开关控制输出；第三开关控制输出；第四开关控制输出；开关节点电压输入；及计时电路，其用以在所述第二开关控制输出上的信号从第二闭合信号改变为第一断开信号之前在所述第三开关控制输出上引起第一闭合信号；用以致使所述第三开关控制输出在第二开关控制输出从所述第二闭合信号改变为所述第一断开信号之后的第一选定时间之后提供第二断开信号；且用以致使所述第一开关控制输出在第三开关控制信号从所述第一闭合信号改变为第三断开信号之后的第二选定时间提供第三闭合信号，所述计时电路基于穿过连接到所述第二开关控制输出的开关的电流超过阈值电流而确定从所述第三开关控制输出上的所述第一闭合信号的开始到所述第二开关控制输出上的所述第一断开信号的开始的计时，其中所述阈值电流是依据电压供应器的电压电平而调整。10.根据权利要求9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·拉韦利亚，M·G·阿马罗，J·A·莫罗尼，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US