转换器的预偏置启动制造技术

本申请涉及转换器的预偏置启动。一种方法，该方法包括通过伏秒(VS)控制器(120)将用于控制DC到DC转换器(100)的电力变压器(102)初级侧处的第一开关(M1)的第一占空比(D1)与阈值进行比较。该方法进一步包括：如果第一占空比(D1)的值小于阈值，则由VS控制器(120)控制用于控制电力变压器(102)次级侧处的第二开关(M3)的第二占空比(D2)，并且将输出电压节点(V

Pre bias start of converter

【技术实现步骤摘要】
转换器的预偏置启动本申请是2014年10月11日提交的名为“转换器的预偏置启动”的中国专利申请201480082596.2的分案申请。相关申请的交叉引用无
技术介绍
在许多电压转换器中，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)通常代替二极管用作有源开关，以对电压转换器的输出电压进行整流。使用此功率MOSFET来对电压转换器进行整流通常被称为同步整流或有源整流。对于低电压转换器(以大约10V或更小的电压进行操作)，功率MOSFET在功率方面可以是有效的，由于功率MOSFET不包括作为二极管的固有特性的恒定电压降，从而导致显著的功率损耗。
技术实现思路
本文公开用于控制DC到DC转换器的输出电压电平的系统和方法。在一个实施例中，DC到DC转换器包括具有初级侧和次级侧的电力变压器，耦合到变压器的初级侧的第一开关，耦合到变压器的次级侧的第二开关，在电力变压器的次级侧的电感器，耦合到电感器的伏秒(VS)控制器，以及耦合到VS控制器的输出电压控制回路。电感器连接到输出电压节点和电感器节点。更具体地，VS控制器被配置为基于第一开关的初级侧占空比小于阈值来控制第二开关的次级侧占空比，以便使电感器节点和输出电压节点之间的电压降在一时间段内的积分等于零。输出电压控制回路被配置为产生与初级侧占空比相关联的第一信号，其中当VS控制器控制次级侧占空比时，输出电压节点处的电压电平保持在非零值处。在另一实施例中，DC到DC转换器包括具有初级侧和次级侧的电力变压器，耦合到电力变压器的次级侧处的输出电压节点的输出电压控制回路，以及耦合到输出电压控制回路的伏秒(VS)控制器。输出电压控制回路被配置为产成第一信号以控制电力变压器的初级侧处的第一开关，第一信号具有第一占空比。VS控制器被配置为产生第二信号以控制电力变压器的次级侧处的第二开关，第二信号具有第二占空比。进一步地，当第一占空比小于阈值时，第二占空比由VS控制器确定。当第一占空比大于阈值时，第二占空比以互补的方式基于第一占空比确定。在进一步的实施例中，一种方法包括通过伏秒(VS)控制器将用于控制DC到DC转换器的电力变压器的初级侧处的第一开关的第一占空比与阈值进行比较。该方法进一步包括：如果第一占空比的值小于阈值，则由VS控制器控制用于控制电力变压器的次级侧的第二开关的第二占空比，并且将输出电压节点处的电压电平保持在非零值处；以及如果第一占空比的值大于阈值，则通过输出电压回路基于第一占空比控制第二占空比，并且将输出电压节点处的电压电平从非零值单调地增加到预定值。附图说明为详细描述本专利技术的示例性实施例，现在将参考附图，其中：图1示出根据各种实施例的包括伏秒(VS)控制器的DC到DC转换器的框图；图2示出用于进一步示出根据各种实施例的DC到DC转换器的伏秒(VS)控制器的示例；图3示出根据各种实施例的DC到DC转换器的各种信号的波形的示例；以及图4示出用于解释对根据各种实施例的DC到DC转换器的第二占空比的选择性控制的流程图。符号和术语在整个以下描述和权利要求中使用某些术语来指代特定的系统部件。如本领域技术人员将理解的，公司可以通过不同的名称来指代部件。该文档并非旨在区分名称不同而非功能不同的部件。在以下讨论和权利要求中，术语“包括(including)”和“包含(comprising)”以开放的方式使用，并且因此应当被解释为意味着“包括但不限于…”。此外，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”旨在意味着间接或直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接，或者通过经由其他设备和连接件的间接连接进行。具体实施方式以下讨论针对本专利技术的各种实施例。虽然这些实施例中的一个或更多个可以是优选的，但是所公开的实施例不应被解释或以其他方式用于限制本公开(包括权利要求)的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论意味着该实施例仅为示例性的，而并非旨在暗示本公开(包括权利要求)的范围限于该实施例。为满足对电子设备(例如，电压转换器)的高速和小型化的不断增长的需求，微电子电路的电压电平已经相应地下降。在这方面，许多电压转换器使用同步整流(即，使用同步整流器)来控制输出电压电平。使用同步整流器不仅可以满足在低电压电平下进行操作的需求，而且以提高的效率在低电压电平下进行操作。更具体地，具有同步整流器的电压转换器意味着电压转换器使用有源控制开关诸如晶体管(通常为功率金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)或功率双极结型晶体管(BJT))来控制转换器的特性。在一个示例中，要控制的特性是转换器的输出电压电平。不幸的是，采用此晶体管作为同步整流器的电压转换器可经受反向电流流动，即从电压转换器的输出端流到电压转换器的输入端的反向电流。此反向电流流动可以被称为能量传输的反向流动。该反向电流可导致下游电压敏感的电子设备故障或关闭。通常在电压转换器的启动期间发生反向电流的现象。进一步地，电压转换器通常被实施为经由电气总线向其他设备提供电力。这些设备可以是不同类型的设备，诸如各种类型的集成电路。频繁发生的情况是连接到总线的设备可以预偏置电压转换器的输出电压。换言之，在电压转换器被接通的时刻，在电压转换器的输出电压节点处已经存在非零电压。因此，电压和电流可以沿相反方向从总线排出，直到输出电压已经达到输出电压对应于基准电压的电平，并且然后根据正常的启动行为而斜升。如上所述，电流的反向流动可对将由来自电气总线的电压转换器供电的设备和/或电路造成严重损坏。通常，已经提出闭环和开环控制电路，试图解决由于预偏置电压引起的在电压转换器启动时的反向电流的问题。然而，在此类尝试的解决方案中，已经观察到输出电压的过冲或下冲。即，在所提出的解决方案中没有完全消除反向电流。在电压转换器的整流器中可以包括额外的放电电路，以解决反向电流的问题。然而，使用额外的放电电路通常需要额外的部件(例如，提供ORing(求或运算)功能的FET)，这继而增加了制造电压转换器的成本。所公开的本专利技术的实施例消除了反向电流，特别是当电压转换器被预偏置时的反向电流。基于用于电压转换器的初级侧处的开关的第一占空比，转换器选择性地控制用于电压转换器的次级侧处的开关的第二占空比。通过选择性地控制第二占空比，在电压转换器被预偏置时，电压转换器可以有利地提供单调的(即，没有过冲和/或下冲)启动行为。在一个优选实施例中，电压转换器被实施为直流到直流(DC到DC)降压转换器。降压转换器是电压降压转换器。然而，所公开的实施例也可以用于DC到DC升压转换器、正向转换器、反激式转换器或任何其他合适的转换器。图1示出说明根据各种实施例的所公开的DC到DC转换器100的框图。DC到DC转换器100包括电力变压器102，各种开关M1、M2和M3，伏秒(VS)控制器120以及输出电压控制回路110。DC到DC转换器100还包括输入电压源118以及连接到电感器108和电容器109的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC到DC转换器，其包括：/n第一开关，其被配置为耦合到电力变压器的初级侧；/n第二开关，其被配置为耦合到所述电力变压器的次级侧；/n伏秒控制器即VS控制器，其被配置为耦合到连接在输出电压节点和电感器节点之间的电感器，所述电感器节点耦合到所述电力变压器的所述次级侧，其中所述VS控制器被配置为测量所述电感器两端的电压以获得所述电感器两端的伏秒的度量，并且被配置为基于所述第一开关的第一占空比小于阈值，控制所述第二开关的第二占空比，以使所述电感器节点和所述输出电压节点之间的电压降在一时间段内的积分等于零；以及/n输出电压控制回路，其被配置为耦合到所述VS控制器，并且被配置为产生与所述第一占空比相关联的第一信号；/n其中当所述VS控制器控制所述第二占空比时，所述输出电压节点处的电压电平保持在非零值处。/n

【技术特征摘要】
1.一种DC到DC转换器，其包括：
第一开关，其被配置为耦合到电力变压器的初级侧；
第二开关，其被配置为耦合到所述电力变压器的次级侧；
伏秒控制器即VS控制器，其被配置为耦合到连接在输出电压节点和电感器节点之间的电感器，所述电感器节点耦合到所述电力变压器的所述次级侧，其中所述VS控制器被配置为测量所述电感器两端的电压以获得所述电感器两端的伏秒的度量，并且被配置为基于所述第一开关的第一占空比小于阈值，控制所述第二开关的第二占空比，以使所述电感器节点和所述输出电压节点之间的电压降在一时间段内的积分等于零；以及
输出电压控制回路，其被配置为耦合到所述VS控制器，并且被配置为产生与所述第一占空比相关联的第一信号；
其中当所述VS控制器控制所述第二占空比时，所述输出电压节点处的电压电平保持在非零值处。


2.根据权利要求1所述的DC到DC转换器，其中所述时间段是所述第一信号的周期。


3.根据权利要求1所述的DC到DC转换器，其中所述VS控制器产生与所述第二占空比相关联的第二信号，以根据所述第二占空比控制所述第二开关交替地接通和断开。


4.根据权利要求3所述的DC到DC转换器，其中所述VS控制器包括减法器、积分器以及比较器，所述减法器被配置为产生等于所述输出电压节点处的电压电平与所述电感器节点处的电压电平之间的差的求减值，所述积分器耦合到所述减法器且被配置为在所述时间段内对所述求减值进行积分以产生积分值，并且所述比较器被配置为比较所述积分值和所述输出电压节点处的电压，以产生所述第二信号。


5.根据权利要求1所述的DC到DC转换器，其中当所述第一占空比大于所述阈值时，所述VS控制器释放对所述第二占空比的所述控制。


6.根据权利要求5所述的DC到DC转换器，其中当释放对所述第二占空比的所述控制时，所述第二占空比以互补的方式随着所述第一占空比改变，以使所述输出电压节点处的所述电压从所述非零值单调地斜升到预定值。


7.根据权利要求1所述的DC到DC转换器，其中所述阈值是所述电感器节点和所述输出电压节点之间的电压电平的比率。


8.一种用于DC到DC转换器的控制器，其包括：
输出电压控制回路，其被配置为耦合到输出电压节点以及电感器节点，所述电感器节点耦合在电力变压器的次级侧处，并且所述输出电压控制回路被...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐华，K·高，S·林，朱丹阳，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US