包括开关式控制的交替供电变换器制造技术

脉冲或开关式控制应用于交替供电的变换器。脉冲控制启动时，为改变两功率变换器的功率输出，覆盖作用于功率变换器的振荡器信号。当除去覆盖时，两振荡信号从其周期中被覆盖的位置继续变化。在覆盖过程中，通过中断振荡器电容的充电和放电而使振荡器中断。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及对dc/dc变换器的控制，无论它们是绝缘的还是非绝缘的。一些负载，如微处理器和存储器，产生的电流经受快速瞬变。当出现瞬变时，向这些负载提供动力的dc/dc变换器必须使其输出电压基本上保持不变以使负载正常工作。例如，目前可用的微处理器其产生的电流在少于1μs内变化25amp，则在此期间内它的供电电压一定不能偏离标称值5％以上。变换器可以包括线性反馈来控制开关转换元件的占空比，由此保持理想输出。dc/dc变换器中滤波元件的尺寸决定其对负载电流瞬变做出响应的速度。这些依次由变换器的开关转换频率以及在变换器的输入和输出波形中允许的波动量来决定。开关转换频率越高波动量越大，滤波元件越小，变换器能越快对负载瞬变做出响应。但是，开关转换频率越高则变换器的效率越低。对于许多现在具有最多要求的负载，满足瞬变要求的开关转换频率给出太低的效率。克服该问题的一种途径就是“交替导通”dc/dc变换器。利用众所周知的技术，几个dc/dc变换器提供所需的总电力。例如，两个或多个降压变换器(包括“主”和“空程”半导体开关，电感，以及电容)平行放置，计划使其中每一个承担相等量的总负载电流。所有的变换器以相同频率进行开关转换，但是在转换周期中，每个变换器的开关瞬间与其他变换器各自的开关瞬间相比发生均匀地移相。例如，两个变换器的相位可以相差180度，三个变换器的相位可以相差120度，等等。因此，每个变换器产生的波动波形与其他变换器的波动波形相位不同，当它们叠加时，在相当大的程度上互相抵消。随着波动抵消，设计者们可以为每个变换器指定更大的各个波动级，以及更小的滤波元件。然后这些更小的滤波元件允许变换器集合比单个变换器能更快地对负载瞬变做出响应，以及更大功率的变换器在相同频率进行开关转换。因此交替导通技术实现更快的响应而不必升高转换频率，以及不必遭受可能发生的效率降低。对dc/dc变换器实现快速响应的另一种众所周知的方法称为“开关式”控制。利用这种方法，控制电路监测输出电压。如果其降到低于在输出标称值以下例如3％处设置的阈值，则控制电路立即提高变换器的占空比到达其最大值。这使变换器的输出电流可与其上升得一样快。另一方面，如果输出电压升到高于输出标称值以上例如3％处设置的阈值，则控制电路立即降低变换器的占空比到达其最小值。这使变换器的输出电流可与其下降得一样快。当输出电压在两阈值极限形成的范围内，线性反馈回路控制占空比，从而在不出现负载瞬变时将输出电压固定在其标称值。作为该方法的一种变化，一些控制电路使用更简单的“脉冲”控制，其中仅有一个阈值(所述在标称值以下3％处)用于覆盖线性反馈控制回路。当变换器仅需要对负载电流瞬变的一个极性做出快速响应时，可以选择该方法。交替导通技术和开关式(或脉冲)控制有时进行结合以进一步提高变换器的响应速度。驱动多个交替导通变换器的控制电路必须维持各变换器中动力的合理平衡。一种方法是感测每个变换器内的电流，并提供能改变每个变换器的占空比从而使其电流与其他变换器电流一致的电路。电流平衡电路系统的带宽与控制变换器输出电压的线性反馈回路的带宽相比特别低(比率为10或更大)。利用这种电流平衡技术，当使用开关式(或脉冲)控制时，就会出现一个问题。当开关式控制部件启动时，各变换器的标准周期操作受到不同程度的干扰。例如，假定输出电压降到其较低阈值以下，所有变换器的占空比设置为100％(即，每个变换器的主开关接通，空程开关断开)。在“脉冲时间间隔”内，直到输出电压回升到较低阈值以上(可能有滞后现象)的过程中，一些变换器可以使其主开关一直导通，使它们的操作不受影响。其他变换器可以使其空程开关在全部脉冲时间间隔内导通，使它们的操作因“损失”一部分空程间隔而受到明显地影响。当然，变换器可以使其空程开关只在一部分脉冲时间间隔内导通，从而使其操作因损失少量的空程间隔而只受到部分影响。本例的所有情况下，“影响”是将变换器内的电流级提高到在没有脉冲控制时的电流级之上。由于每个变换器上的影响不等，因此结果就是不同变换器内的电流级不再相等。如果输出电压太高，开关式控制器迫使占空比为0％(即，所有的空程开关接通，主开关断开)，则可能产生上面类似的结果。在这种情况下，主开关在至少一部分脉冲时间间隔内接通的那些变换器，使其电流级低于其他那些主开关在脉冲时间间隔内断开的变换器。如果在某时只有一个这样的中断发生，那么电流平衡电路系统最终会将各变换器内的电流级恢复达到平衡。但是，如果几个中断出现得比平衡电路的频带宽度还快，那么可能是一些变换器内的电流升得太高。相反，其他变换器可能使其电流降得太低，从而出现不连续的操作(空程开关是二极管时)，或者开关电流成为负值(使用同步二极管时)。通过中断振荡器电路，脉冲时间间隔均匀地影响所有变换器，并且不会损失正常运行周期。因此每个变换器中的电流在脉冲时间间隔内精确升高(或降低)相同量(假定所有量相等)。因此可以避免由于重复中断而导致电流失衡的加剧。因此，根据本专利技术，第一功率变换器对第一振荡器信号做出响应，以便向输出提供第一功率。第二功率变换器对第二振荡器信号做出响应，以便向输出提供第二功率，其中第二振荡器信号与第一振荡器信号异相。覆盖电路系统覆盖第一和第二振荡器信号来改变两功率变换器的输出功率，从而校正输出。除去覆盖，第一和第二振荡器信号从其周期中被覆盖的位置继续变化。在一个实施方案中，功率变换器是电压变换器，每个功率变换器的功率输出随输出电感内的电流改变而改变。当覆盖第一和第二振荡器信号时，至少中断一个驱动第一和第二振荡器信号的振荡器。该振荡器中，电容周期性的充电和放电在覆盖过程中发生中断，因此在此期间电容两端的电压基本上保持不变。单个振荡器可以驱动两个振荡器信号。附图说明图1是并联的两个降压变换器的示意图。图2示出图1中交替导通变换器的定时波形。图3示出图1中交替导通变换器的控制电路。图4示出因脉冲时间间隔产生瞬时电流失衡的定时波形。图5示出振荡器中断以保持电流平衡的定时波形。图6是一种中断振荡器电路的装置示意图。图7是一种中断多振荡器电路的装置示意图，各振荡器的相位相差180度。图8是使用正和负的占空比信号从振荡器波形中获得两个相位相差180度的数字信号的电路示意图。图9是图8中振荡器电路的装置示意图。专利技术详述本专利技术优选实施例描述如下。本专利技术记叙为本专利技术涉及两个并联交替导通的非绝缘“降压”(或“向下”)变换器。本领域的技术人员知道如何将这里介绍的原理应用于其他功率变换器，包括其他dc/dc变换器布局，降压或升压，非绝缘或绝缘。此外，这里示出的降压变换器使用同步整流器作为它们的空程开关，也可以用二极管代替。图1示出两个并联的降压变换器。图2提供了这两个变换器的定时脉冲波形，其中在它们启动瞬间相位相差180度。主开关101和102的导通时间间隔用标为MS1和MS2的波形示出。对于该实施例，当主开关没有接通时，空程开关103和104接通。因此，空程开关的导通时间间隔分别与MS1和MS2互补。当然，承受轻负荷时，可以在周期结束前断开空程开关以阻止负电流，这与使用二极管作为空程开关时发生的情况一样。MS1和MS2波形可利用通常的方式，由振荡器电路产生的锯齿波与模拟反馈信号作比较而产生。图2示出这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换的方法，包括：将第一振荡器信号作用于第一功率变换器以便向输出提供第一功率；将第二振荡器信号作用于第二功率变换器以便向输出提供第二功率，第二振荡器信号与第一振荡器信号异相；覆盖第一和第二振荡器信号来改变两功率变换器的功 率输出，从而校正输出；以及除去对第一和第二振荡器信号的覆盖，并使第一和第二振荡器信号从其周期中被覆盖的位置继续变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚伯拉姆P丹西，利夫E劳希特，
申请(专利权)人：辛奎奥公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]