【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过匹配槽切换时的电压增益来无缝切换功率转换器的谐振槽
本专利技术涉及DC-DC谐振功率转换器，特别涉及具有多个谐振槽(resonanttank)的转换器。
技术介绍
功率转换器可用于运输、电信、医疗和可再生能源系统以及其他应用。对于某些应用，需要高可靠性和容错型电源转换器。功率转换器可用于对电动汽车(ElectricVehicle，EV)上的电池进行充电和放电，但是需要高效率来增加EV范围，例如每次充电的公里数。数据中心可能需要容错型功率转换器，以便在功率转换器内发生故障时继续为服务器供电。基于较早的硅半导体的较旧的功率转换器可以处理大电流，但是又大又笨重，并且效率比期望的低。诸如氮化镓(GaN)之类的新型第三代半导体(3Gen)可以更快速地切换，从而实现更紧凑、更高效率的系统。但是，这些较新的半导体器件(如3Gen)往往更容易受到大电流的损坏。特别是，当功率转换器开始工作(称为初始化或启动)时，会发生电流涌入功率转换器的输入端。此初始电流涌(称为涌浪电流(inrushcurrent))被定义为导通...
【技术保护点】
1.一种多谐振功率转换器，包括：/n输入，用于接收输入电压；/n变压器；/n整流器，其连接成从所述变压器接收感应的次级电流，所述整流器在输出端产生输出电压，传递输出功率给输出负载；/n第一谐振槽，用于驱动初级电流通过所述变压器；/n第一开关晶体管，其根据被施加的以控制所述第一开关晶体管的第一开关信号，从所述输入驱动所述第一谐振槽；/n第二谐振槽，用于驱动所述初级电流通过所述变压器；/n第二开关晶体管，用于根据被施加的以控制所述第二开关晶体管的第二开关信号，从所述输入驱动所述第二谐振槽；/n控制器，用于产生具有开关频率的所述第一开关信号，且当以第一模式运行时禁用所述第二开关信...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20200102 US 16/732,3781.一种多谐振功率转换器，包括：
输入，用于接收输入电压；
变压器；
整流器，其连接成从所述变压器接收感应的次级电流，所述整流器在输出端产生输出电压，传递输出功率给输出负载；
第一谐振槽，用于驱动初级电流通过所述变压器；
第一开关晶体管，其根据被施加的以控制所述第一开关晶体管的第一开关信号，从所述输入驱动所述第一谐振槽；
第二谐振槽，用于驱动所述初级电流通过所述变压器；
第二开关晶体管，用于根据被施加的以控制所述第二开关晶体管的第二开关信号，从所述输入驱动所述第二谐振槽；
控制器，用于产生具有开关频率的所述第一开关信号，且当以第一模式运行时禁用所述第二开关信号；所述控制器还用于产生具有所述开关频率的所述第二开关信号，且当以第二模式运行时禁用所述第一开关信号；
其中，所述控制器还用于调节所述开关频率，以调节所述多谐振功率转换器的电压增益。
2.根据权利要求1所述的多谐振功率转换器，还包括：
动态频率位移控制器，用于将所述开关频率从输入频率改变为输出频率，以响应于强制槽切换，所述强制槽切换使所述控制器从所述第一模式切换到所述第二模式；
功率平面选择器，当发生所述强制槽切换时，其根据所述输出功率选择选定的功率平面；
其中所述选定的功率平面包含动态轮廓；
其中所述动态轮廓指定多个频率对，每个频率对具有：
(1)输入频率，其是所述第一谐振槽的开关频率，所述第一谐振槽对于所述选定功率平面的所述输出功率具有第一增益；和
(2)输出频率，其是所述第二谐振槽的开关频率，所述第二谐振槽对于所述选定功率平面的所述输出功率具有第二增益；
其中，对于所述动态轮廓中的所有频率对，所述第一增益与所述第二增益匹配；
其中，所述动态频率位移控制器在所述强制槽切换之前使用施加到所述第一开关晶体管的开关频率作为所述输入频率，以驱动所述第一谐振槽，所述动态频率位移控制器使用所述输入频率来找到所述选定功率平面的动态轮廓上的所述输出频率；
其中，所述动态频率位移控制器在所述强制槽切换后将所述开关频率从所述输入频率改变为所述输出频率，以产生施加于所述第二开关晶体管的开关频率，以驱动所述第二谐振槽；
其中，当所述动态频率位移控制器从所述第一模式切换到所述第二模式时，所述输出电压不会改变，因为在发生强制槽切换时所述第一谐振槽在所述输入频率的电压增益与所述第二谐振槽在所述输出频率的电压增益相匹配；
由此，在所述强制槽切换时改变所述开关频率而不改变所述输出电压。
3.根据权利要求1所述的多谐振功率转换器，其中当以所述第一模式运行时，所述多谐振功率转换器的第一电压增益是所述开关频率和所述输出功率的第一函数，所述第一函数可在电压增益、输出功率、开关频率空间中以第一轮廓表示；
其中，所述多谐振功率转换器在所述第二模式下运行时的第二电压增益是所述开关频率和所述输出功率的第二函数，所述第二函数可在电压增益、输出功率、开关频率空间中以第二轮廓表示；
其中，所述第二函数与所述第一函数不同，所述第二轮廓和所述第一轮廓相交于最佳相截取轮廓；
切换检测器，当所述开关频率和所述输出功率与所述最佳相截轮廓的值匹配时，其使所述控制器从所述第二模式切换到所述第一模式而不改变所述开关频率；
其中，所述最佳相截轮廓是所述第二轮廓与所述第一轮廓的相交点，其中所述最佳相截轮廓中的所述开关频率和所述输出功率的值使得所述第二电压增益匹配所述第一电压增益；
其中，当所述控制器从所述第二模式切换到所述第一模式时，所述输出电压不会改变，因为发生槽切换时在所述开关频率和输出功率下，所述第二谐振槽的电压增益与所述第一谐振槽的电压增益匹配。
4.根据权利要求1所述的多谐振功率转换器，其中所述第二谐振槽包括第二电感器，其与第二电容器串联；
其中，所述第一谐振槽包括第一电感器，其与第一电容器串联并且与所述变压器串联；
其中，在所述第二模式期间，所述第二开关晶体管根据所述第二开关信号，从所述输入驱动所述第二谐振槽，所述第二谐振槽驱动所述第一谐振槽；
其中，所述第一谐振槽和所述第二谐振槽在所述第二模式期间级联在一起。
5.一种抑制涌浪电流的DC-DC功率转换器，包括：
功率输入，其有DC输入电压；
变压器，其有初级绕组和次级绕组；
整流器，其耦接到所述次级绕组以产生有DC输出电压的输出，用于将输出功率传递到输出负载；
其中电压增益是所述DC输出电压除以所述DC输入电压；
效率谐振槽，其具有在第一回路中与所述初级绕组串联的第一电容器和第一电感器；
辅助谐振槽，其具有在第二回路中与所述初级绕组串联的第二电感器和第二电容器；
第一上拉晶体管，其根据第一开关信号将所述功率输入连接到所述第一回路；
第一下拉晶体管，其根据互补的第一开关信号而将地连接到所述第一回路；
第二上拉晶体管，其根据第二开关信号将所述功率输入连接到所述第二回路；
第二下拉晶体管，其根据互补的第二开关信号将地连接到所述第二回路；
控制器，用于在启动过程中以开关频率交替地对所述第二开关信号和所述互补的第二开关信号进行脉冲以激活所述第二回路，并且不对所述第一开关信号和所述互补的第一开关信号进行脉冲以抑制涌浪电流；
其中，所述控制器在启动过程完成时稳态运行期间，以开关频率交替地对所述第一开关信号和所述互补的第一开关信号进行脉冲以激活所述第一回路，并且不对所述第二开关信号和所述互补的第二开关信号进行脉冲以不对所述第二电感器进行激活；
其中，在所述稳态运行期间使用的开关频率和输出功率下，所述效率谐振槽的效率高于所述辅助谐振槽的效率；
切换检测器，当所述开关频率和所述输出功率的当前值导致所述辅助谐振槽产生的电压增益与所述开关频率和所述输出功率的相同的当前值导致所述效率谐振槽产生的电压增益相匹配时，所述切换检测器发出槽切换信号；
其中，所述控制器在所述启动过程中降低所述开关频率，直到发出所述槽切换信号为止；
其中，当发出所述槽切换信号时，所述控制器停止以当前开关频率向所述第二开关信号和所述互补的第二信号进行脉冲，而以所述当前开关频率向所述第一开关信号和所述互补的第一信号进行脉冲；
由此，在启动时，通过所述效率谐振槽与所述辅助谐振槽串联，并且当所述辅助谐振槽的所述电压增益与所述效率谐振槽的所述电压增益相匹配时发出所述槽切换信号，禁用所述辅助谐振槽，涌浪电流被抑制。
6.根据权利要求5所述的抑制涌浪电流的DC-DC功率转换器，其中，在槽切换前的启动所述辅助谐振槽的当前开关频率与所述槽切换后的启动所述效率谐振槽的当前开关频率相同；
由此，无缝的槽切换不会改变开关频率、输出功率或电压增益。
7.根据权利要求6所述的抑制浪涌电流的DC-DC功率转换器，其中所述第一回路包括：
第一电感器，其连接至所述第一上拉晶体管和所述第一下拉晶体管的输出；
所述初级绕组连接在所述第一电感器和所述第一电容器之间；
第一电容，其接地。
8.根据权利要求7所述的抑制涌浪电流的DC-DC功率转换器，其中所述辅助谐振槽的所述第二电感器和所述第二电容器，与所述第一电容器、所述第一电感器和所述初级绕组串联构成所述第二回路；
其中，所述辅助谐振槽与所述效率谐振槽级联。
9.根据权利要求8所述的抑制涌浪电流的DC...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑智文，王硕望，沈德诺，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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