操作半谐振电压转换器的方法技术

公开了一种操作半谐振电压转换器的方法。一种半谐振电压转换器具有同步整流(SR)开关，当SR开关接通时，通过该SR开关导通半周期正弦电流。一种控制半谐振电压转换器的操作的方法的实施例包括：经由线性控制器来切换半谐振电压转换器的SR开关和其它开关，以向负载提供输出功率，半谐振电压转换器具有随着负载电流的增加而增加的DC增益；以及响应于负载电流超过第一阈值而缩小用于控制SR开关的切换的线性控制器的输出，以至少部分地抵消半谐振电压转换器的DC增益的增加。还描述了其它控制适配方法。

【技术实现步骤摘要】
操作半谐振电压转换器的方法
本申请涉及多相半谐振和谐振转换器，并且具体地涉及用于这样的转换器的控制适配的技术。
技术介绍
谐振和半谐振DC(直流)-DC转换器——包括隔离型拓扑和非隔离型拓扑——被用于包括电信、消费类电子产品、计算机电源等的各种应用中。这样的转换器的使用越来越受欢迎，这是因为它们的零电压切换(ZVS)和/或零电流切换(ZCS)特性以及它们利用电子电路中固有的寄生电性能的能力。在许多拓扑中，具有变压器/抽头电感器的半谐振转换器是用于提供高电压转换比而不需要隔离的有吸引力的拓扑。与其它解决方案相比，这样的转换器提供了包括更低成本和更高效率的优点。一类半谐振转换器包括将来自输入源的功率传输到向负载提供输出功率的抽头电感器的高边开关和低边开关。抽头电感器还连接至第二低边开关，其在本文中被称为同步整流(SR)开关。为了满足半谐振转换器的负载的功率需求(例如，为负载提供接近恒定的输出电压)，许多半谐振DC-DC转换器采用可变切换频率，其中，切换周期可以随周期变化。在每个切换周期的一部分期间，SR开关将被启用，使得电流流过该SR开关。对于上述半谐振转换器，在切换周期的该部分期间的电流将被整形成像正弦周期的一个半周期。该半周期正弦曲线的时间间隔由半谐振转换器的无源电路内的无功元件确定，例如半谐振DC-DC转换器内的电感/电容(LC)谐振回路和其它无源部件的自然频率确定该时间间隔。因此，每个阶段都具有它自己的自然频率。在相关开关两端的电压或电流处于或接近零时导通和关断谐振或半谐振DC-DC转换器的功率开关是非常可取的。这样的软切换具有将开关损耗最小化的优点。另外，软开关避免了由于与硬切换相关联的高频谐波而引起的电磁干扰(EMI)。这些优点的一个重要结果是，软切换谐振和半谐振转换器可以以比其相应的硬切换对等体更高的效率运行。然而，传递函数可以在不同的条件(例如变化的负载、输入电压、输出电压等)下变化，这可能导致非线性行为。因此，需要改进的控制适配技术，其减轻使用同步整流(SR)开关的谐振或半谐振DC-DC转换器中的非线性行为。
技术实现思路
根据一种操作具有同步整流(SR)开关的半谐振电压转换器的方法的实施例，当SR开关接通时，通过该SR开关导通半周期正弦状电流，该方法包括：经由线性控制器来切换半谐振电压转换器的SR开关和其它开关，以向负载提供输出功率，半谐振电压转换器具有随着负载电流的增加而增加的DC增益；以及响应于负载电流超过第一阈值而缩小用于控制SR开关的切换的线性控制器的输出，以至少部分地抵消半谐振电压转换器的DC增益的增加。根据一种操作具有同步整流(SR)开关的半谐振电压转换器的方法的实施例，当SR开关接通时，通过该SR开关导通半周期正弦状电流，该方法包括：经由PID(比例积分微分)控制器的输出来控制SR开关的切换，以向负载提供输出功率；将前馈调整值应用于PID控制器的输出，前馈调整值被设计成：如果PID控制器的积分项开始偏离标称值，则稳定积分项；以及响应于负载电流超过第一阈值或另一阈值而放大前馈调整值，以迫使PID控制器的积分项更快地稳定。根据一种操作具有同步整流(SR)开关的半谐振电压转换器的方法的实施例，当SR开关导通时，通过该SR开关导通半周期正弦状电流，该方法包括：经由线性控制器来切换半谐振电压转换器的SR开关和其它开关，以向负载提供输出功率，线性控制器包括用于提供输出电压下降补偿的自适应电压定位(AVP，adaptivevoltagepositioning)滤波器；以及响应于负载电流超过第一阈值或另一阈值而减小AVP滤波器的带宽，以减小输出电压中的振荡。本领域技术人员在阅读以下详细描述并且查看附图后将认识到附加特征和优点。附图说明附图的元件不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记表示相应的相似部分。可以组合各种所示实施例的特征，除非它们彼此排斥。实施例在附图中示出，并在下面的描述中详细说明。图1示出了包括控制电路的多相电压转换器的实施例的框图，其中，每个相包括功率级、无源电路和同步整流(SR)开关。图2示出了通过图1中的SR开关的半周期正弦状电流的功能图。图3示出了包括在图1的多相电压转换器中的控制电路的框图的实施例。图4示出了用于根据输出电流缩放控制器输出的分段线性函数的功能图。图5示出了用于根据输出电流缩放控制电路的前馈项的分段线性函数的功能图。图6至图8示出了与包括在控制电路中或与控制电路相关联的带阻滤波器相关联的各种幅度和相位响应波形。具体实施方式本文描述的实施例提供了用于减轻使用同步整流(SR)开关的谐振和半谐振电压转换器中的非线性控制行为的控制适配技术，当SR开关导通时，通过该SR开关导通半周期正弦电流。SR开关包括在具有变压器/抽头电感器(在下文中简称为抽头电感器)的功率转换器拓扑中，并且用于将变压器/抽头电感器耦接至地。这样的拓扑允许高电压转换比，而不需要隔离。由于其支持高电压转换比的能力，该拓扑特别适用于需要提供相对低电压和相对高电流的输出电源的应用。下面描述的技术确保消除或至少减少非线性行为。这些技术包括PID(比例积分微分)、前馈和AVP(自适应电压定位)滤波器的基于负载的重新缩放，以及使用带阻(陷波)滤波器在对相位裕量具有非常低影响的高频下滚降(rolloff)增益。将在以下详细描述和相关附图中提供多相电压转换器电路和多相电压转换器内的方法的各种实施例。所描述的实施例出于说明的目的而提供了特定的示例，并不意味着限制。来自示例实施例的特征和方面可以被组合或重新布置，除非上下文不允许这样做。图1示出了多相电压转换器100的实施例，其被配置成输入来自电源VIN的功率并且输出用于驱动负载102的功率。电压转换器100将电流IOUT提供给负载102和电容器C0，电容器C0用于对输出电压VOUT进行滤波。图1的电压转换器100包括多个相104。作为多个相的代表的相1以框图的形式示出，应理解的是其它相将被类似地配置。如图所示，相1包括将功率级108耦接至电压转换器输出VOUT的无源电路106。功率级108输入用于控制其中的开关HS1、LS1的开关控制信号HS1CTRL和LS1CTRL。功率级108内的开关HS1、LS1通常需要驱动器110a、110b。无源电路106耦接至同步整流(SR)开关SR1，其用于可切换地将无源电路106耦接至地。SR开关SR1通常也需要驱动器110c。控制电路112控制电压转换器100的每个相104的功率级108的开关HS1、LS1以及SR开关SR1。控制电路112基于负载需求来确定电压转换器100的切换频率，并且驱动电压转换器100的每个相104的开关控制信号(例如，HS1CTRL、LS1CTRL、SR1CTRL)。向功率级108的开关HS1施加控制。功率级108的开关LS1和SR开关SR1基于零交叉检测或固定关断时间进行操作。这意味着改变应用于开关HS1的导通时间不会影响SR定时。由控制电路112生成的控制信号通常是脉冲宽度调制(PWM)波形，每个波形用由控制电路112基于负载102的需求而确定的频率和占空比来驱动。切换频率是可变的，并且随着负载需求的变化而变化。控制电路112可以使用模拟硬件部件(例如晶体管、放大器、二极管和电阻器)来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作具有同步整流SR开关的半谐振电压转换器的方法，当所述SR开关接通时，通过所述SR开关导通半周期正弦状电流，所述方法包括：经由线性控制器来切换所述半谐振电压转换器的SR开关和其它开关，以向负载提供输出功率，所述半谐振电压转换器具有随着负载电流的增加而增加的DC增益；以及响应于所述负载电流超过第一阈值而缩小用于控制所述SR开关的切换的线性控制器的输出，以至少部分地抵消所述半谐振电压转换器的DC增益的增加。

【技术特征摘要】
2016.11.29 US 15/363,8801.一种操作具有同步整流SR开关的半谐振电压转换器的方法，当所述SR开关接通时，通过所述SR开关导通半周期正弦状电流，所述方法包括：经由线性控制器来切换所述半谐振电压转换器的SR开关和其它开关，以向负载提供输出功率，所述半谐振电压转换器具有随着负载电流的增加而增加的DC增益；以及响应于所述负载电流超过第一阈值而缩小用于控制所述SR开关的切换的线性控制器的输出，以至少部分地抵消所述半谐振电压转换器的DC增益的增加。2.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值而缩小所述线性控制器的输出包括：当所述负载电流增加到超过所述第一阈值而趋向大于所述第一阈值的第二阈值时，以第一速率线性地缩小所述线性控制器的输出。3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值而缩小所述线性控制器的输出还包括：当所述负载电流增加到超过所述第二阈值而趋向大于所述第二阈值的第三阈值时，以小于所述第一速率的第二速率线性地缩小所述线性控制器的输出。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述线性控制器包括比例积分微分PID控制器，所述方法还包括：将前馈调整值应用于所述线性控制器的输出，所述前馈调整值被设计成：如果所述PID控制器的积分项开始偏离标称值，则更快地稳定所述积分项；以及响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而放大所述前馈调整值，以迫使所述PID控制器的积分项更快地稳定。5.根据权利要求4所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而放大所述前馈调整值包括：当所述负载电流增加到超过所述第一阈值或另一阈值而趋向更大的第二阈值时，以第一速率线性地放大所述前馈调整值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而放大所述前馈调整值还包括：当所述负载电流增加到超过所述第二阈值而趋向大于所述第二阈值的第三阈值时，以小于所述第一速率的第二速率线性地放大所述前馈调整值。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述线性控制器包括比例积分微分PID控制器，所述方法还包括：响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而重新缩放所述PID控制器的积分项，以迫使所述PID控制器的积分项更快地稳定到标称值。8.根据权利要求7所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而重新缩放所述PID控制器的积分项包括：响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而调整所述PID控制器的积分项的增益，以迫使所述PID控制器的积分项更快地稳定到所述标称值。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述线性控制器包括用于提供输出电压下降补偿的自适应电压定位AVP滤波器，所述方法还包括：响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而减小所述AVP滤波器的带宽，以减小所述输出电压中的振荡。10.根据权利要求9所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而减小所述AVP滤波器的带宽包括：响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而将所述AVP滤波器的极点移动到更低值。11.根据权利要求10所述的方法，其中，响应于所述负载电流超过所述第一阈值或另一阈值而将所述AVP滤波器的极点移动到更低值包括：基于所述负载电流从...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米尔·巴巴扎德，文卡特·斯里尼瓦斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技美洲公司，
类型：发明
国别省市：美国,US