DC-DC转换器中控制感应能量的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种DC-DC转换器，其包括一高侧开关，一与所述高侧开关连接的低侧开关，以及一输出电容。其还包括一电感，所述电感一端与所述高侧开关和所述低侧开关相连，另一端与所述输出电容相连。其还包括一分流装置，所述分流装置在负载减小转换期间将流过所述电感的电流循环回流至所述电感以控制输出电容两端的电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率转换器，尤其是涉及在功率转换器中控制感应能量的系统和方法。
技术介绍
这里进行
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描述的目的在于对所公开的内容作一般性的说明。专利技术人的某些工作，在某种程度而言此工作已在
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中做出描述，以及在说明书中关于某些在申请日前尚未成为现有技术的内容，无论是以明确或隐含的方式均不视为相对于本公开的现有技术。DC-DC转换器可被用于实现降压功率转换。例如，DC-DC转换器可能被用于利用高品质，低直流电压对高灵敏度集成电路进行供电的电子系统中。诸如中央处理单元(CPUs) 或图形处理单元(GPh)的应用可能需要IV直流左右的低电压。所述DC-DC转换器可能包括一具有高侧开关，低侧开关，电感，以及输出电容的降压转换器。开关频率和开关尺寸，电感，以及输出电容被最优化以作特定的应用。所述高侧开关开启后，电感中的存储能量流入输出电容(和负载)是由所述电感和输出电容的LC谐振周期，以及负载的特性来决定的。尖峰输出电压是电感内的连续电流流入输出电容和负载的直接结果。所述负载必须要能够耐受尖峰输出电压。电感值通常会被保持得相对较低，以限制存储能量，电感位置，以及绕组铜损。限制存储能量是抑制输出电压增加的一种方式，这样就不会对负载的可靠性造成负面影响。 然而，所述低电感值需要高转换开关频率以防止电感饱和以及限制纹波电流。高开关频率会增加转换器开关损耗以及降低整体效率。
技术实现思路
DC-DC转换器包括一高侧开关，一与所述高侧开关相连的低侧开关，以及一输出电容。DC-DC转换器还包括电感，其一端与所述高侧开关以及低侧开关相连，另一端与所述输出电容相连。DC-DC转换器还包括一分流装置，其通过将流过电感的电流循环流动以响应负载减少的变化，从而控制输出电容两端的电压。在其他特征中，所述分流装置包括一与所述电感相并联的第一开关。可选地，所述分流装置包括相互串联的第一和第二开关。所述第一和第二开关与所述电感并联。在稳态负荷需求期间第一和第二开关中至少有一个开关处于开启状态。在其他特征中，所述DC-DC转换器还包括一电压传感器以感应输出电容两端的电压。所述DC-DC转换器还包括一控制器，其与所述电压传感器以及分流装置进行通信，所述控制器在负载需求期间开启分流装置，且当所述电容两端电压大于预设电压时，控制器关闭分流装置作为对负载减少变化的响应。在本专利技术的其他特征中，在负载减少转换期间，所述控制器以开环方式在一预设时间内开启所述分流装置。作为对负载减少转换的响应，所述控制器以闭环方式在一基于所述DC-DC转换器的受监控操作参数的时间内开启所述分流装置。在负载减少转换期间， 所述控制器以开环方式在预设的占空比上开启所述分流装置一预设时间。作为对负载减少转换的响应，所述控制器以闭环方式在基于所述DC-DC转换器的受监控操作参数的占空比上和时间内开启和关闭所述分流装置。本公开的进一步适用范围将会在说明书、权利要求和附图中突显出来。说明书和特定实例的目的仅在于对本公开进行解释说明，并不会对本公开的保护范围构成限制。附图说明通过结合说明书和附图进行说明，本专利将变得更为易懂，其中 图1是降压转换器的电路原理图2是图1中所示降压转换器的输出电容电压和输出负载电流的特性曲线图； 图3是根据本专利技术的一种带有可控分流装置的降压转换器的一实施例的原理图； 图4是图3所示的降压转换器中在工作期间控制开关的控制模块的功能方框图； 图5是图3所示降压转换器和图4所示控制模块的输出电容电压和输出负载电流的特性曲线图6是图4所示控制模块的一个实施例的工作流程图； 图7是根据本专利技术的三相降压转换器的一个实施例的原理图。具体实施例方式以下描述实质上只是说明性的，其目的并不在于限制本专利技术、本专利技术的应用或使用。为了清楚起见，相同的参考编号将在附图中被用于确定相似的元件。就如这里使用的一样，表述A、B和C中的至少一个应该被理解为逻辑(A或B或C)，利用无排他性逻辑“或”。 应该知道的是，一种方法中的步骤执行顺序可能不同，但这并不能改变本专利技术的原理。就如此处使用的一样，术语模块可能是指特定用途集成电路(ASIC)，或特定用途集成电路(ASIC)的一部分，或包括特定用途集成电路(ASIC)；—电子电路；一组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；—执行代码的处理器(共用的，专用的，或组);提供所述功能的其他合适组件；或上述一部分或所有部件的结合，例如在片上系统上。所述术语模块可能包括存储器(共用的，专用的，或组)，所述存储器存储由处理器执行的代码。术语代码，就如上面使用的一样，可能包括软件，固件，和/或微代码，并且可能是指程序，例程，函数，类，和/或对象。术语共用的，就如上面使用的一样，意思是来自于多个模块的一些或全部代码利用一单个(共用的)处理器进行处理。此外，来自于多个模块的一些或全部代码存储于一单个(共用的)存储器中。术语组，就如上面使用的一样，意思是来自于单个模块的一些或全部代码利用一组处理器进行处理。此外，来自于单个模块的一些或全部代码存储于一组存储器中。这里所述的一些装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。计算机程序包括存储于非暂时性有形计算机可读媒介中的处理器执行指令。计算机程序还可能包括存储数据。非暂时性有形计算机可读媒介的非限制性实例是非易失存储器，磁存储器，以及光学存储器。现在参考图1和图2，降压转换器100包括高侧开关m和同步整流器N2 (或低侧开关)。降压转换器100进一步包括电感Ll和输出电容Cl。开关m和N2分别由互补的栅极驱动信号DH和DL进行驱动。其输出负载由I。ut表示。当负载i。ut突然从高直流负载下降到低直流负载时，在高侧开关m被关闭并保持关闭状态之后，电感Ll中的电流对电容Cl和输出负载放电。电压Vca趋向于高于目标监管水平。当所述负载I。ut变到OA时，电感Ll中的所有能量就会转移到电容Cl中。这会使得电容Cl两端的电压Vca实际上飙升(或电压飙升Vs。 )到监管目标以上。一般而言，输出电感Ll的尺寸可以足够小，这样当在电流最大(Ilmax)时的最大存储能量被完全释放到电容Cl中时，会导致所述电压Vca有一允许的增幅Δ V。电感Ll的最小值由最大允许开关频率、饱和特性以及对纹波电流的要求所限定。电容Cl可通过设置尺寸以限制由所述电感Ll放电所产生的飙升电压。在CPU应用中，设定电容Cl的最小值要考虑到飙升电压的要求，这是需要的，并会伴有高侧开关m 和低侧开关N2的开关损耗。对最大允许开关频率和电感Ll的最小允许值的设置要考虑到转换器效率的要求。开关Ni，N2通常不能有效地缓和所述飙升电压。在一些传统电路中，可能会利用主体制动。在这些电路中，在电感Ll放电以增加电感Ll两端电压(Vel+开关N2 二极体电压)期间，电压Vca被感应，且开关N2被关闭。这种方法使得电感Ll的放电速率提高了约两倍(这里N2的二极体正向电压接近V。ut)以减小飙升电压的大小。根据本公开的系统和方法利用有源元件来控制所述电感Ll对电容Cl的电流放电，这就限制了所述飙升电压的大小。这种方法降低了与电容Cl、电感Li、转换器闭环有效带宽以及最小开关频率有关的要求。当在不牺牲飙升电压瞬态响应的情况下对转换器效率进行最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·F·孔，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：