功率转换器和用于功率转换器的方法技术

公开了一种功率转换器和用于功率转换器的方法。谐振或半谐振DC/DC转换器利用一个或更多个同步整流(SR)开关来对提供给转换器的负载的输出电流进行整流。理想情况下，SR开关在零电流流过它们时被关断。为了实现这样的零电流切换，通过每个SR开关的电流被监测并且与关断阈值进行比较。根据电流波形的斜率以及用于关断SR开关的过渡延迟来确定针对特定SR开关的关断阈值。该过渡延迟通常包括通过用于SR开关的驱动电路的延迟以及通过SR开关本身的延迟时间。一旦检测到SR开关的电流已经降到或低于关断阈值，则向SR开关提供信号，从而将其关断。

【技术实现步骤摘要】
功率转换器和用于功率转换器的方法
本申请涉及利用同步整流(SR)开关来整流输出电流的谐振和半谐振功率转换器，并且特别涉及用于自适应地确定何时关断SR开关以实现零电流切换的技术。
技术介绍
谐振和半谐振直流(DC)至DC功率转换器在内部产生交流电流(AC)，在向功率转换器的负载提供功率之前，必须对AC进行整流。可以通过依赖于一个或更多个二极管的无源技术来提供整流。这样的无源技术由于二极管两端的电压降和相应的功率损耗而相对低效。有源整流技术利用诸如场效应晶体管(FET)的功率开关，并且由于与二极管相比功率开关的阻抗减小，因此比无源技术更高效。然而，必须有源地控制功率开关，使得它们仅在适当的时间才导通电流。当使用功率开关(此后称为同步整流(SR)开关)进行整流时，每个SR开关应该在流过其的电流为零或尽可能接近零时被禁用。这称为零电流切换(ZCS)，并且导致通过一个或更多个SR开关和高效功率转换器的最小功率损耗。尽管在DC/DC功率转换器的恒定负载条件下实现接近最优的ZCS是相当简单的，但是随着负载以及通过一个或更多个SR开关的相关电流的变化，会出现复杂情况。许多现有的解决方案依赖于感测SR开关两端的电压并且使用该电压来确定何时关断SR开关。这样的解决方案可能需要额外的感测电路(例如，引脚、模数转换器)以及额外的复杂性以应对负载变化。为了应对负载变化，一些解决方案使用针对DC/DC转换器的每个周期而被调整的电压阈值。例如，对于DC/DC转换器的当前周期，如果特定的电压阈值导致SR开关在负电流已经开始流过其之后被禁用，则电压阈值被调整(增大)，使得SR开关在下一周期提早禁用。相反，对于DC/DC转换器的当前周期，如果特定的电压阈值导致SR开关在正电流仍流过其的同时被禁用，则电压阈值被调整(减小)，使得SR开关在下一周期推迟禁用。虽然这样的调整最终导致SR开关的接近理想的ZCS，但是这样的调整需要几个周期才能在负载瞬变之后达到稳态(理想)的开关定时。在调整期间，SR切换定时不理想，因此功率效率降低。因此，需要用于确定在DC/DC功率转换器内何时应该关断SR开关的改进的技术。这些技术优选地不需要除功率转换器内已经可用的电路之外的任何附加电路。此外，这些技术应该在变化的负载要求的情况下实现SR开关的ZCS，并且ZCS应该在变化的负载期间保持，而不是仅在负载瞬变后的一些延迟之后重新实现。
技术实现思路
根据功率转换器的一个实施例，功率转换器包括用于整流输出电流的同步整流(SR)开关和能够操作成控制SR开关的导通的控制器。控制器通过感测功率转换器的电流并且确定该电流的斜率来实现该控制。控制器还能够操作成基于电流斜率和SR开关的过渡延迟来确定关断阈值。控制器还能够操作成检测所感测的电流是否已经减小到处于或低于关断阈值的水平，并且响应于这样的检测而关断SR开关。根据功率转换器内的方法的一个实施例，感测功率转换器的电流并且确定电流的斜率。基于电流的斜率和通过功率转换器的同步整流(SR)开关的过渡延迟来确定关断阈值。监测所感测的电流以检测其是否已经减小到处于或低于关断阈值的水平。响应于检测到电流已经减小到这样的水平而关断SR开关。其中实现该方法的功率转换器可以是谐振或半谐振DC/DC电压转换器，在这种情况下，流过SR开关的电流呈现整流的正弦形状。在阅读以下详细描述并查看附图后，本领域技术人员将认识到另外的特征和优点。附图说明附图中的元素不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记表示相对应的相似部分。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，并且在下面的描述中详细描述。图1示出了使用同步整流(SR)开关来整流输出电流的谐振功率转换器的电路图，并且其中次级侧控制器自适应地控制SR开关的定时；图2示出了分别对应于流过谐振功率转换器和半谐振功率转换器内的一个或更多个SR开关的电流的波形；图3示出了对应于流过谐振功率转换器内的SR开关的电流、与SR开关串联配置的感测电阻器两端的电压以及该电压的导数的波形；图4A示出了其中控制器使用感测电阻器感测通过SR开关的电流的电路图；图4B示出了其中控制器使用集成在SR开关内的电流感测电路的电路；图5示出了智能SR开关电路的电路图，其中用于关断SR开关的定时控制被集成在智能SR开关电路内，而不是由功率转换器的主控制器执行；图6示出了除了控制器位于功率转换器的初级侧以及使用初级侧的电流来确定何时关断次级侧的SR开关以外，与图1的谐振功率转换器类似的谐振功率转换器的电路图；图7示出了用于关断SR开关的功率转换器内的方法。具体实施方式本文描述的实施例提供了用于控制用于对提供给DC/DC功率转换器的负载的电流进行整流的一个或更多个同步整流(SR)开关的定时的技术。在这些实施例中的若干个实施例中，DC/DC功率转换器的控制器被配置成感测流过SR开关的电流并且确定该电流的斜率。控制器还确定过渡延迟，该过渡延迟考虑了从控制器向SR开关发信号通知关断的时刻直到SR开关实际停止导通电流的时刻的时间段。控制器基于电流的斜率和过渡延迟来确定对应于通过SR开关的电流的关断阈值。如果控制器检测到SR开关的电流降到该关断阈值或以下，则控制器关断SR开关。注意，本文中的几个实施例的技术不需要测量SR开关两端的电压。虽然这些技术利用通过SR开关的电流，但是在DC/DC转换器的控制器处通常已经可以获得这样的电流信息。更具体地，SR电流通常被输入至控制器以控制输出功率，例如设置功率转换器的频率以确保向功率转换器的负载提供适当的功率。注意，用于设置这样的频率并且控制功率转换器的输出功率的技术在本领域中是公知的，并且在本文中将不再描述，以避免混淆本专利技术的独特方面。由于在DC/DC功率转换器的控制器处已经可以获得SR开关电流，因此不一定需要额外的引脚或相关电路来实现本专利技术。这比现有的解决方案具有优势，现有的解决方案使用SR开关两端的电压，因此可能需要额外的电路(例如，控制器引脚)来感测该电压。此外，本文描述的技术利用SR开关在DC/DC功率转换器的当前周期中的电流和电流斜率来确定SR开关针对当前周期的关断时间。因此，即使在变化的负载下，例如在负载瞬变之后，也可以针对DC/DC功率转换器的每个周期立即实现SR开关的零电流切换(ZCS)。换句话说，在负载瞬变之后实现ZCS没有如在现有的自适应技术中固有的时间滞后，现有的自适应技术使用当前周期的电压误差来调节(改善)DC/DC功率转换器的一个或更多个未来周期的关断定时。使用电流感测电阻器的谐振DC/DCLLC功率转换器现在将使用图1所示的功率转换器来描述本专利技术的实施例。该功率转换器是以LLC配置布置的谐振DC/DC电压转换器，其中，在变压器的次级绕组上产生正弦形状的电流。应当注意，本专利技术不限于谐振DC/DC电压转换器或LLC配置，而是可以在具有用于整流的SR开关并且可以通过其确定电流及其斜率的其它功率转换器中被实现。图1示出了具有变压器120和隔离电路130、135的谐振DC/DC功率转换器100，隔离电路130、135在功率转换器100的初级侧与次级侧之间提供电隔离。初级侧包括功率级110，其如图所示包括以全桥取向配置的四个功率开关Q1、Q2、Q3、Q4。在典型的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换器，包括：用于整流输出电流的同步整流SR开关；以及控制器，所述控制器能够操作成：感测所述功率转换器的电流；确定所述电流的斜率；基于所确定的所述电流的斜率和所述SR开关的过渡延迟来确定关断阈值；确定所感测的电流是否已经减小到处于或低于所述关断阈值的水平；以及如果所感测的电流已经减小到处于或低于所述关断阈值的水平，则关断所述SR开关。

【技术特征摘要】
2016.11.30 US 15/364,9941.一种功率转换器，包括：用于整流输出电流的同步整流SR开关；以及控制器，所述控制器能够操作成：感测所述功率转换器的电流；确定所述电流的斜率；基于所确定的所述电流的斜率和所述SR开关的过渡延迟来确定关断阈值；确定所感测的电流是否已经减小到处于或低于所述关断阈值的水平；以及如果所感测的电流已经减小到处于或低于所述关断阈值的水平，则关断所述SR开关。2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器还能够操作成通过下述来确定所述电流的斜率：确定第一时刻处的第一电流值；确定晚于所述第一时刻的第二时刻处的第二电流值；以及基于所述第一电流值、所述第二电流值以及所述第一时刻与所述第二时刻之间的差来计算所述电流的斜率。3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器还能够操作成通过使用查找表来确定所述关断阈值。4.根据权利要求3所述的功率转换器，其中，使用所述查找表包括：输入与所感测的电流的尖峰对应的峰值、或输入与所感测的电流的平均对应的平均值、或输入两者，以及进一步基于所述峰值和所述平均值中的至少一个来提供所述关断阈值。5.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括：用于所述SR开关的开关驱动器；以及存储器，所述存储器能够由所述控制器访问并且存储所述过渡延迟，其中，所述过渡延迟包括通过所述开关驱动器的延迟和用于关断所述SR开关的过渡时间。6.根据权利要求5所述的功率转换器，其中，在所述SR开关和所述开关驱动器的表征期间确定所述过渡延迟。7.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括：模数转换器ADC，其用于将所感测的电流的模拟表示转换成提供给所述控制器的数字值，其中，所述控制器还能够操作成基于所提供的数字值来确定所述电流的斜率。8.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括：模拟微分器，所述模拟微分器能够操作成生成与所述电流的斜率对应的模拟斜率信号，其中，所述控制器还能够操作成基于所述模拟斜率信号来确定所述电流的斜率。9.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器和所述SR开关被集成在与所述功率转换器的主控制器分离的智能SR开关封装内。10.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所感测的电流是通过所述SR开关的电流。11.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括以下中的至少一个：与所述SR开关串联连接的感测电阻器，以及其中，所述控制器还能够操作成基于所述感测电阻器两端的电压来感测所述电流；所述SR开关的输入端子和输出端子，以及其中，所述控制器还能够操作成基于在所述输入端子和所述输出端子两端测量的电压来感测所述电流；以及作为所述SR开关的一部分或耦接至所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：达里尔·奇尔哈特，阿米尔·巴巴扎德，
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