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用于切换模式电转换器的控制器、切换方法和操作系统

阅读:711发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于切换模式电转换器的控制器、切换方法和操作系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了一种用于切换模式电 力 转换器的 控制器 、用于切换电力转换器的方法和用于操作切换模式电力转换器的系统。该控制器被配置成驱动 开关 元件以将电源选择性地连接至 变压器 的初级侧绕组,以在变压器的次级侧绕组处生成经调节的 电压 、 电流 或功率。该控制器被配置成,对于每个切换周期,从多个峰值电流值中选择峰值电流值,其中计算多个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压,从而对应于电压谷,以及响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能 信号 以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值。,下面是用于切换模式电转换器的控制器、切换方法和操作系统专利的具体信息内容。

1.一种用于切换模式电转换器的控制器,所述控制器被配置成:
驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在所述变压器的次级侧绕组处生成经调节的电压电流或功率,其中,驱动所述开关元件以选择性地连接所述电源,所述控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:
从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值以驱动所述开关元件处的振荡电压,从而在所述多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;
响应于确定在所述开关元件处的所述振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的通道,直到所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及
在所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的所述通道。
2.根据权利要求1所述的控制器,其中,所述控制器被配置成:
基于所述振荡电压的振铃频率时段来计算所述多个峰值电流值。
3.根据权利要求2所述的控制器,其中,所述控制器被配置成:
从电压传感器接收当输出所述禁用信号时在所述开关元件处测量的电压的指示;以及基于当输出所述禁用信号时在所述开关元件处测量的电压的所述指示来确定所述振铃频率时段。
4.根据权利要求3所述的控制器,其中,所述开关元件包括漏极和源极,其中,在所述开关元件处测量的电压是在所述开关元件的所述漏极与所述开关元件的所述源极之间的电压,其中,所述电源包括正端子和负端子,其中,所述初级侧绕组包括第一节点和第二节点,并且其中:
所述正端子被耦接至所述初级侧绕组的所述第一节点,所述初级侧绕组的所述第二节点被耦接至所述漏极,以及所述源极被耦接至所述负端子;或者
所述正端子被耦接至所述漏极,所述源极被耦接至所述初级侧绕组的所述第一节点,以及所述初级侧绕组的所述第二节点被耦接至所述负端子。
5.根据权利要求2所述的控制器,其中,为了计算所述多个峰值电流值,所述控制器被配置成:
基于所述振铃频率时段来确定对应于所述振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量。
6.根据权利要求5所述的控制器,其中,为了确定所述峰值电流的增量,所述控制器被配置成:
从针对所述多个切换周期中的当前切换周期的峰值电流值中减去针对所述多个切换周期中的前一切换周期的峰值电流值,以确定峰值电流的差值;以及
将所述峰值电流的差值和所述振铃频率时段相乘来确定振铃因子。
7.根据权利要求6所述的控制器,其中,为了确定所述峰值电流的增量,所述控制器被配置成:
从针对所述多个切换周期中的所述当前切换周期的导通时间值加复位时间值中减去针对所述多个切换周期中的所述前一切换周期的导通时间值加复位时间值,以确定切换周期的差值;
将所述振铃因子除以所述切换周期的差值。
8.根据权利要求5所述的控制器,其中,为了计算所述多个峰值电流值,所述控制器被配置成,对于所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值:
将所述峰值电流的增量乘以针对所述多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数。
9.根据权利要求8所述的控制器,其中,为了计算所述多个峰值电流值,所述控制器被配置成,对于所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值:
将最小峰值电流值与所述峰值电流的增量和针对所述多个峰值电流值中的相应峰值电流值的所述整数的乘积相加。
10.根据权利要求1所述的控制器,其中,所述控制器被配置成:
从电流传感器接收当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的电流的指示;
基于在所述开关元件处测量的所述电流的指示,确定在所述开关元件处的所述电流不小于所选择的峰值电流值;
从电压传感器接收当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的电压的指示;以及基于当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的所述电压的指示,确定在所述开关元件处的所述振荡电压处出现所述电压谷。
11.一种用于切换电力转换器的方法,包括:
通过控制器来驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在所述变压器的次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率,其中,驱动所述开关元件以选择性地连接所述电源包括,对于多个切换周期中的每个切换周期:
从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值以驱动所述开关元件处的振荡电压,从而在所述多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;
响应于确定在所述开关元件处的所述振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的通道,直到所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及
在所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的所述通道。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括:
通过所述控制器,基于所述振荡电压的振铃频率时段来计算所述多个峰值电流值。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括:
通过所述控制器,从电压传感器接收当输出所述禁用信号时在所述开关元件处测量的电压的指示;以及
通过所述控制器,基于当输出所述禁用信号时在所述开关元件处测量的所述电压的指示来确定所述振铃频率时段。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述开关元件包括漏极和源极,其中,在所述开关元件处测量的所述电压是在所述开关元件的所述漏极与所述开关元件的所述源极之间的电压,其中,所述电源包括正端子和负端子,其中,所述初级侧绕组包括第一节点和第二节点,并且其中:
所述正端子被耦接至所述初级侧绕组的所述第一节点,所述初级侧绕组的所述第二节点被耦接至所述漏极,以及所述源极被耦接至所述负端子;或者
所述正端子被耦接至所述漏极,所述源极被耦接至所述初级侧绕组的所述第一节点,以及所述初级侧绕组的所述第二节点被耦接至所述负端子。
15.根据权利要求12所述的方法,其中,计算所述多个峰值电流值包括:
基于所述振铃频率时段确定对应于所述振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,确定所述峰值电流的增量包括:
从针对所述多个切换周期中的当前切换周期的峰值电流值中减去针对所述多个切换周期中的前一切换周期的峰值电流值,以确定峰值电流的差值;以及
将所述峰值电流的差值和所述振铃频率时段相乘来确定振铃因子。
17.根据权利要求15所述的方法,其中,计算所述多个峰值电流值包括,对于所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值:
将所述峰值电流的增量乘以针对所述多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,计算所述多个峰值电流值包括,对于所述多个峰值电流值中的每个峰值电流值:
将最小峰值电流值与所述峰值电流的增量和针对所述多个峰值电流值中的相应峰值电流值的所述整数的乘积相加。
19.根据权利要求11所述的方法,包括:
通过所述控制器,从电流传感器接收当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的电流的指示;
通过所述控制器,基于在所述开关元件处测量的所述电流的指示来确定在所述开关元件处的所述电流不小于所选择的峰值电流值;
通过所述控制器,从电压传感器接收当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的电压的指示;以及
通过所述控制器,基于当驱动所述开关元件时在所述开关元件处测量的所述电压的指示来确定在所述开关元件处的所述振荡电压处出现所述电压谷。
20.一种用于操作切换模式电力转换器的系统,包括:
电源;
变压器,其包括初级侧绕组和次级侧绕组;
开关元件;
控制器,其被配置成驱动所述开关元件以将所述电源选择性地连接至所述初级侧绕组,以在所述次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率,其中,为了驱动所述开关元件以选择性地连接所述电源,所述控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:
从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算所述多个峰值电流值的每个峰值电流值以驱动所述开关元件处的振荡电压,从而在所述多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;
响应于确定在所述开关元件处的所述振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的通道,直到所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及
在所述开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止所述开关元件产生将所述电源电连接至所述初级侧绕组的所述通道。

说明书全文

用于切换模式电转换器的控制器、切换方法和操作系统

技术领域

[0001] 本公开内容涉及用于谷模式切换的电路,并且更具体地,涉及用于对于反激式控制器的具有固定频率的谷模式切换的电路。

背景技术

[0002] 切换模式电源可以使用软切换技术。例如,反激式控制器仅在开关两端的电压为零时才使切换转换发生。在另一示例中,反激式控制器仅在通过开关的电流为零时才使切换转换发生。以这种方式,切换模式电源可以减少切换损耗。发明内容
[0003] 一般地,本公开内容涉及被配置用于具有固定频率的谷模式切换的电路。例如,用于切换模式电源的控制器可以从会导致固定频率的峰值电流值的集合中选择峰值电流值。在一些示例中,控制器基于开关元件处的振荡电压的振铃频率时段来计算峰值电流值的集合。以这种方式,控制器可以选择峰值电流值以生成经调节的电压、电流或功率,同时有助于保持固定的频率。
[0004] 在一个示例中,一种用于切换模式电力转换器的控制器被配置成驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在变压器的次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率。为了驱动开关元件以选择性地连接电源,控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值,计算多个峰值电流值的每个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0005] 在另一示例中,一种用于切换电力转换器的方法包括:由控制器驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在变压器的次级侧绕组生成经调节的电压、电流或功率。驱动开关元件以选择性地连接电源包括,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值,计算多个峰值电流值的每个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0006] 在另一示例中,一种用于操作切换模式电力转换器的系统包括:电源;变压器,其包括初级侧绕组和次级侧绕组;开关元件;以及控制器。控制器被配置成驱动开关元件以将电源选择性地连接至初级侧绕组,以在次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率。为了驱动开关元件以选择性地连接电源,控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值,计算多个峰值电流值的每个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0007] 在附图和下面的描述中阐述了这些和其他示例的细节。根据描述和附图以及根据权利要求书,其他特征、目的和优点将变得明显。

附图说明

[0008] 图1是说明根据本公开内容的一种或更多种技术的、被配置用于具有固定频率的谷模式切换的系统的框图
[0009] 图2是说明根据本公开内容的一种或更多种技术的、被配置用于具有固定频率的谷模式切换的电路的电路图;
[0010] 图3是根据本公开内容的一种或更多种技术的谷模式切换的曲线图;
[0011] 图4是根据本公开内容的一种或更多种技术的具有固定频率的谷模式切换的曲线图;
[0012] 图5是根据本公开内容的一种或更多种技术的、用于控制切换模式电源的方法的流程图

具体实施方式

[0013] 一些切换模式电源可以使用谷模式切换,以降低切换损耗并且提高电磁干扰(EMI)性能。在这样的切换模式电源中,与谷模式切换的同步可以导致切换频率随着切换时段改变至少一个振铃周期而变化。切换频率随着切换时段改变至少一个振铃周期而变化可能导致高达+/-20%的频率变化,这对于某些应用是不可接受的。
[0014] 示例切换模式电源包括反激式离线电源,包括:(1)具有同步整流器(SR)金属化物半导体场效应晶体管(MOSFET)代替输出整流二极管的反激式配置中的功率级;(2)控制初级侧开关的初级侧控制器;(3)控制次级侧开关的次级侧控制器。
[0015] 因此,为了使切换频率变化最小化,本文描述的系统可以包括控制器,其被配置成从会导致固定频率的峰值电流值的集合中选择峰值电流值。也就是说,控制器可以基于从离散可用电平中选择正确的峰值电流值来操作示例切换模式电源,以使得谷模式切换能够以固定的切换频率操作。本文描述的用于具有固定频率的谷模式切换的技术可以允许在固定切换频率下的准谐振操作并且可以减少滤波器约束。
[0016] 图1是说明根据本公开内容的一种或更多种技术的、被配置用于具有固定频率的谷模式切换的系统的框图。图1示出了系统100,其包括电源102、初级侧绕组104A和次级侧绕组104B(统称为变压器104)、开关元件106、次级电路108和谷切换控制器110。系统100可以包括除了所示的那些部件之外的另外的部件。例如,系统100可以包括电流传感器、电压传感器和/或另外的部件。
[0017] 电源102可以被配置成向系统100的一个或更多个其它部件提供电力。例如,电源102可以被配置成向初级侧绕组104A提供输入电力。在一些示例中,电源102可以是电力转换器或电力逆变器的输出。例如,电源102可以包括直流(DC)到DC电力转换器、AC到DC电力转换器、DC到AC电力逆变器等的输出。在一些示例中,电源102可以表示至供电网的连接。在一些示例中,由电源102提供的输入电力信号可以是DC输入电力信号。例如,电源102可以被配置成提供在~5VDC至~40VDC范围内的DC输入电力信号。在一些示例中,电源102可以是可以被配置成存储电能电池。电池的示例可以包括但不限于镍镉、铅酸、镍-金属氢化物、镍-锌、氧化、锂离子、锂聚合物、任何其他类型的可充电电池或这样的电池的任何组合。
[0018] 开关元件106可以被配置成选择性地建立将电源102和初级侧绕组104A电连接的通道。开关元件106可以包括但不限于控整流器(SCR)、场效应晶体管(FET)和双极结型晶体管(BJT)。FET的示例可以包括但不限于结型场效应晶体管(JFET)、MOSFET、双栅极MOSFET、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、任何其他类型的FET,或其任何组合。MOSFET的示例可以包括但不限于P型金属氧化物半导体(PMOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、双扩散金属氧化物半导体(DMOS)或任何其他类型的MOSFET,或其任何组合。BJT的示例可以包括但不限于PNP、NPN、异质结或任何其他类型的BJT,或其任何组合。应该理解,开关元件106可以是高侧开关或低侧开关。开关元件106可以是电压控制的和/或电流控制的。电流控制开关元件的示例可以包括但不限于氮化镓(GaN)MOSFET、BJT或其他电流控制元件。
[0019] 谷切换控制器110可以被配置成驱动开关元件106,以向初级侧绕组104A提供输入电力,用于在次级侧绕组104B生成调节的电压、电流或功率。例如,谷切换控制器110可以增加用于驱动开关元件106的占空比,以增加次级侧绕组104B处的电压、电流或功率。谷切换控制器110可以减小占空比,以减小次级侧绕组104B处的电压、电流或功率。
[0020] 谷切换控制器110可以被配置用于谷切换。例如,谷切换控制器110可以被配置成输出使能信号以使开关元件106在开关元件106处的振荡电压处发生的电压谷处进行切换。如本文所使用的,电压谷可以指的是小于刚好出现在谷电压之前的电压和刚好出现在谷电压之后的电压的、在振荡电压处的电压。
[0021] 谷切换控制器110可以包括模拟电路。在其他示例中,谷切换控制器110可以包括包含处理器核、存储器、输入和输出的单个集成电路上的微控制器。例如,谷切换控制器110可以包括一个或更多个处理器,一个或更多个处理器包括一个或更多个微处理器数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立逻辑电路,以及这样的部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以单独地或与其他逻辑电路相结合来指代前述逻辑电路中的任何逻辑电路,或者任何其他等效电路。在一些示例中,谷切换控制器110可以是一个或更多个模拟部件以及一个或更多个数字部件的组合。
[0022] 次级电路108可被配置成从次级侧绕组104B提供电力并防止电力被供应至次级侧绕组104B。次级电路108可以包括一个或更多个二极管、一个或更多个同步整流器、(滤波器)电容器和/或其他电子部件。
[0023] 根据本文描述的一种或更多种技术,谷切换控制器110可以驱动开关元件106以将电源102选择性地连接至变压器104的初级侧绕组104A,以在变压器104的次级侧绕组104B处生成经调节的电压、电流或功率。为了驱动开关元件106以选择性地连接电源102,谷切换控制器110被配置成,对于多个切换周期的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值。计算多个峰值电流值的每个峰值电流值以驱动开关元件106处的振荡电压,从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷。
[0024] 响应于确定电压谷出现在开关元件106处的振荡电压处,谷切换控制器110被配置成输出使能信号,以使开关元件106产生将电源102电连接至初级侧绕组104A的通道,直到开关元件106处的电流不小于所选择的峰值电流值,以及在开关元件106处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件106产生将电源102电连接至初级侧绕组104A的通道。以这种方式,系统100可以帮助使谷模式切换中的切换频率变化最小化。
[0025] 图2是说明根据本公开内容的一种或更多种技术的被配置用于具有固定频率的谷模式切换的电路200的电路图。如图所示,电路200包括电源202、初级侧绕组204A和次级侧绕组204B(统称为变压器204)、开关元件206、次级电路208和谷切换控制器210(本文也称为初级控制器或简称“Prim控制器”),其可以分别是图1的电源102、初级侧绕组104A和次级侧绕组104B、开关元件106、次级电路108和谷切换控制器110的示例。电路200还可以包括电压传感器220和电流传感器222。电路200可以包括除了所示的那些部件之外的另外的部件。
[0026] 电压传感器220可以被配置成生成在开关元件206处测量的电压的指示。例如,电压传感器220可以被配置成当谷切换控制器210向开关元件206输出禁用信号时,生成在开关元件206处测量的电压的指示。如图所示,电压传感器220可以被配置成测量开关元件206的漏极与开关元件206的源极之间的电压,以在谷切换控制器210向开关元件206的控制节点输出禁用信号时生成在开关元件206处测量的电压的指示。电压传感器220可以包括电容型电压传感器、电阻型电压传感器或其他类型的电压传感器。
[0027] 如图所示,开关元件206可以被布置为低侧开关。在图2的示例中,电源202的正端子耦接至初级侧绕组204A的第一节点。在该示例中,初级侧绕组204A的第二节点耦接至开关元件206的漏极。在该示例中,开关元件206的源极耦接至电源202的负端子。
[0028] 可替选地,开关元件206可以被布置为高侧开关。例如,电源202的正端子耦接至开关元件206的漏极。在该示例中,开关元件206的源极耦接至初级侧绕组204A的第一节点。在该示例中,初级侧绕组204A的第二节点耦接至电源202的负端子。
[0029] 谷切换控制器210可以被配置成从电压传感器220接收当向开关元件206输出禁用信号时在开关元件206处测量的电压的指示。谷切换控制器210可以被配置成基于当向开关元件206输出禁用信号时在开关元件206处测量的电压的指示来确定振铃频率时段。例如,谷切换控制器210可以将开关元件206处的振荡电压的相邻谷之间的时间差确定为振铃频率时段。在一些示例中,谷切换控制器210可以被配置成基于在驱动开关元件时在开关元件处测量的电压的指示来确定出现在开关元件206处的振荡电压处的电压谷。
[0030] 电流传感器222可以被配置成当谷切换控制器210驱动开关元件206时生成在开关元件206处测量的电流的指示。例如,电流传感器222可以被配置成当谷切换控制器210向开关元件206输出使能信号时,生成在开关元件206处测量的电流的指示。电流传感器222可以包括霍尔效应传感器、变压器传感器、电阻器、或其他类型的电流传感器。
[0031] 谷切换控制器210可以被配置成从电流传感器222接收当驱动开关元件206时在开关元件206处测量的电流的指示。在本示例中,谷切换控制器210可以被配置成基于在开关元件处测量的电流的指示来确定在开关元件206处的电流不小于所选择的峰值电流值。
[0032] 次级电路208可以包括开关元件230和同步整流(SR)控制器232(在本文也称为次级控制器或简称为“Sec控制器”)。SR控制器232可以选择性地切换该开关元件230以允许电流从次级侧绕组204B流至次级电路208的输出端并且防止电流从次级电路218的输出端流至次级侧绕组204B。SR控制器232可以包括模拟电路。在一些示例中,SR控制器232可以是包含处理器核、存储器、输入和输出的单个集成电路上的微控制器。例如,SR控制器232可以包括一个或更多个处理器,一个或更多个处理器包括一个或更多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立逻辑电路,以及这样的部件的任何组合。在一些示例中,SR控制器232可以是一个或更多个模拟部件以及一个或更多个数字部件的组合。
[0033] 图3是根据本公开内容的一种或更多种技术的谷模式切换的曲线图。图3的横坐标轴(例如,平)表示时间,而图3的纵坐标轴(例如,垂直)表示开关元件106处的振荡电压302和定时器信号304。
[0034] 通常,谷模式切换可以以下面的方式操作。在第一步中,开始脉冲宽度调制(PWM)切换周期。在第一步中,启动时段定时器。在第二步中,时段定时器到期并且进行谷同步。在第三步中,在定时器到期之后,下一PWM切换周期与第一谷同步。
[0035] 如图所示,对于第一时段314,在定时器信号304在时间310处到期之前,振荡电压302到达电压谷320、322、324、326和328。在这个示例中,谷切换控制器110在时间312处与电压谷330同步(例如,第六电压谷),其将第一时段314延长持续时间317。
[0036] 相反,对于第二时段318,在定时器信号304在时间316处到期之前,振荡电压302到达电压谷340、342、344和346。然而,在该示例中,谷切换控制器110在时间316处与电压谷348(例如,第五电压谷)同步,这不会显著延长第二时段318。因此,切换时段不是由定时器信号304准确限定,而是由定时器信号304和同步窗口的组合限定,该同步窗口可以与振铃频率一样宽(例如,持续时间317)。对于一些系统,由定时器信号304和同步窗口的组合限定的切换时段可以占到频率变化的+/-20%。一些应用,如电容式触摸屏传感器,依赖于频谱中相当大的区域,以避免有用信号与电源共模噪声的干扰。因此,可变电源切换频率不允许这样的系统的正确操作。
[0037] 图4是根据本公开内容的一种或更多种技术的具有固定频率的谷模式切换的曲线图。图4的横坐标轴(例如,水平)表示时间,而图4的纵坐标轴(例如,垂直)表示开关元件106处的第一振荡电压402、开关元件106处的第二振荡电压403、峰值电流值(“Ipk”)406以及开关元件106处的电流408。
[0038] 由于PWM宽度受到连续改变的峰值电流参数Ipk控制,因此频率将连续地改变相应的量。因此,谷切换控制器110可以被配置成作用于Ipk以控制频率和时段。例如,为了避免显著的时段变化,谷切换控制器110可以被配置成从以电平之间的距离被调整到一个振铃周期的切换时间变化的方式而被间隔开的离散电平中选择Ipk。
[0039] 谷切换控制器110可以被配置成计算每个峰值电流值,以驱动开关元件106处的振荡电压,从而在相应的切换周期结束时对应于电压谷。在一些示例中,谷切换控制器110可以被配置成基于振荡电压的振铃频率时段来计算峰值电流值。例如,为了在所描述的固定频率谷模式切换中操作,谷切换控制器110可以被配置成从使用以下公式计算的电平中选择峰值电流值。
[0040] Ipk[k]=Ipk_min+dIpk*k  (等式1)
[0041] 其中Ipk[k]是允许值的阵列,Ipk_min是最小Ipk值(例如,系统参数),dIpk是对应于一个振铃周期的Ipk的增量,并且k是整数。
[0042] 例如,谷切换控制器110可以被配置成将峰值电流的增量(dIpk)和针对峰值电流值(Ipk[k])中的相应峰值电流值的整数(k)相乘。谷切换控制器110可以被配置成将最小峰值电流值(Ipk_min)与将峰值电流的增量和针对相应峰值电流值的整数的乘积(dIpk*k)相加以生成Ipk[k]。
[0043] 在Ipk值与切换周期变化之间的相关性依赖于多种因素,并且振铃时间也可以随不同系统而变化。因此,谷切换控制器110可以被配置成实时计算Ipk的步长(例如,当谷切换控制器110驱动开关元件106时)。谷切换控制器110可以基于振铃频率时段(Tring)来确定对应于振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量(dIpk)。例如,谷切换控制器110可以被配置成如下根据切换历史计算Ipk的步长。
[0044]
[0045] 其中dIpk是对应于一个振铃周期的Ipk的增量,即要计算的系数,Ipk[n]是第n个切换周期的峰值电流值,Ipk[n-1]是第n-1个切换周期的峰值电流值,Tcycle[n]是第n个切换周期的导通加复位时间,Tcycle[n-1]是第n-1个切换周期的导通加复位时间值,并且Tring是由谷切换控制器110测量的振铃频率时段。通过以所描述的方式从计算的阵列中选择Ipk值,谷切换控制器110可以同时实现恒定的切换频率和谷模式切换。
[0046] 例如,谷切换控制器110可以被配置成从针对当前切换周期的峰值电流值(Ipk[n])减去针对前一切换周期的峰值电流值(Ipk[n-1]),以确定峰值电流的差值(Ipk[n]-Ipk[n-1])。在该示例中,谷切换控制器110可以被配置成将峰值电流的差值和振铃频率时段(Tring)相乘以确定振铃因子。
[0047] 谷切换控制器110可以被配置成从针对当前切换周期的导通时间值加复位时间值(Tcycle[n])减去针对前一切换周期的导通时间值加复位时间值(Tcycle[n-1]),以确定切换周期的差值(Tcycle[n]-Tcycle[n-1])。在该示例中,谷切换控制器110可以被配置成将振铃因子(Ipk[n]-Ipk[n-1])除以切换周期(Tcycle[n]-Tcycle[n-1])的差值,以确定对应于振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量(dIpk)。
[0048] 如果切换周期之间的差值较小,则分母可以非常小,并且可能导致显著误差。因此,为了避免非常小的分母,谷切换控制器110可以被配置成仅对具有实质变化的周期(例如,具有一个或更多个步长的电流差)使用切换周期的差值。例如,谷切换控制器110可以被配置成阻止将峰值电流的差值除以切换周期的差值以确定等式1中所示的振铃因子。例如,谷切换控制器110可以被配置成如下根据切换历史计算Ipk的步长。
[0049] dIpk=(Ipk[n]-Ipk[n-1])Tring  (等式3)
[0050] 因此,在一些示例中,谷切换控制器110可以被配置成使用Ipk和切换周期参数Tcycle来实现控制法则以实现固定频率切换操作并且同时在反激式控制器中实现谷之间的切换。在一些示例中,谷切换控制器110可以被配置成执行dIpk系数的计算(例如,测量dIpk系数)、当前峰值改变(Ipk)与增量Tcycle改变(Tcycle)之间的比率,以在电压谷之间跳跃。
[0051] 在图4的示例中,谷切换控制器110选择Ipk 462。在该示例中,开关元件106处的第一振荡电压402到达电压谷420、422、424和426(例如,4个振铃周期)。在该示例中,谷切换控制器110计算Ipk 462以控制频率和时段。例如,谷切换控制器110根据等式1至3中的一个或更多个计算Ipk 462。这样,电压谷428在Ipk 462的时段结束时出现。
[0052] 如图所示,谷切换控制器110可以可替选地选择Ipk 463。在该示例中,开关元件106处的第二振荡电压403省略电压谷420并且到达电压谷422、424和426(例如,3个振铃周期)。在该示例中,谷切换控制器110计算Ipk 463以控制频率和时段。例如,谷切换控制器110根据等式1至3中的一个或更多个计算Ipk 463。这样,电压谷428在Ipk 463的时段结束时出现。
[0053] 图5是根据本公开内容的一种或更多种技术的用于控制切换模式电源的方法的流程图。仅出于示例性目的,在图1至图4的上下文中描述了图5。谷切换控制器110可以执行图5中所示的针对每个切换周期的步骤。在操作中,谷切换控制器110确定振铃频率时段(502)。例如,谷切换控制器110将振铃频率时段确定为开关元件104的漏极与开关元件104的源极之间的振荡电压的相邻电压谷之间的差值,同时将禁用信号输出至开关元件104的控制节点。
[0054] 谷切换控制器110基于振铃频率时段确定峰值电流的增量(504)。例如,谷切换控制器110使用等式2和/或等式3确定峰值电流的增量。谷切换控制器110基于峰值电流的增量来计算峰值电流值(506)。例如,谷切换控制器110使用等式1确定峰值电流的增量。谷切换控制器110从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值(508)。例如,谷切换控制器110从多个峰值电流值中选择一个峰值电流值,以将次级电路108处的输出电压设置为对应于经调节的电压、电流或功率。
[0055] 谷切换控制器110确定在振荡电压处发生的电压谷(510)。例如,谷切换控制器210可以从电压传感器220接收当向开关元件206输出禁用信号时在开关元件206处测量的电压的指示。在该示例中,当在开关元件206处测量的电压的指示对应于相对于振荡电压的相邻值的最小电压时,谷切换控制器110可以确定在振荡电压处发生的电压谷。
[0056] 谷切换控制器110输出使能信号以使开关元件106将电源102连接至初级侧绕组104A,直到电流不小于所选择的峰值电流值(512)。例如,谷切换控制器210从电流传感器
222接收当驱动开关元件206时在开关元件206处测量的电流的指示。在该示例中,谷切换控制器110输出使能信号,同时在开关元件206处测量的电流的指示对应于小于所选择的峰值电流值的电流值。
[0057] 在电流不小于所选择的峰值电流值之后,谷切换控制器110输出禁用信号以阻止开关元件将电源连接至初级绕组(514)。例如,一旦在开关元件206处测量的电流的指示对应于不小于所选择的峰值电流值的电流值,谷切换控制器210输出禁用信号。
[0058] 虽然已经参考说明性实施方式描述了装置,但是该描述并不意在以限制意义进行解释。在参考该描述时,说明性实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式对于本领域普通技术人员而言将是明显的。因此,所附权利要求意在涵盖任何这样的修改或实施方式。
[0059] 本公开内容的技术可以在包括计算机可读存储介质的装置或制品中实现。如本文所使用的术语“处理电路”可以指任何前述结构或适用于处理程序代码和/或数据或以其他方式实现本文所描述的技术的任何其他结构。系统100的元件可以以各种类型的固态电路元件中的任何一种来实现,固态电路元件例如CPU、CPU核、GPU、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、混合信号集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、可编程逻辑器件(PLD)、复合PLD(CPLD)、片上系统(SoC)、上述任何元件的任何子部分、上述任何元件的互连或分布式组合、或者任何其他集成或分立的逻辑电路、或者能够根据任何本文所公开的示例配置的任何其他类型的部件或一个或更多个部件。处理电路还可以包括布置在混合信号IC中的模拟部件。
[0060] 系统100可以包括存储器。存储器的一个或更多个存储装置可以包括任何易失性或非易失性介质,诸如RAM、ROM、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存等。存储器的一个或更多个存储装置可以存储计算机可读指令,该计算机可读指令在由处理电路执行时使处理电路实现本文中归因于处理电路的技术。
[0061] 元件系统100可以利用各种形式的软件进行编程。例如,处理电路可以至少部分地被实现为或者包括一个或更多个可执行应用、应用模、库、类、方法、对象、例程、子例程、固件和/或嵌入代码。处理电路可以被配置成接收电压信号,确定开关频率以及传送控制信号
[0062] 本公开内容的技术可以在各种各样的计算装置中实现。任何部件、模块或单元被描述成强调功能方面,但不一定需要由不同硬件单元实现。本文描述的技术可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。被描述为模块、单元或部件的任何特征可以一起实现在集成逻辑装置中,或者单独实现为离散但可互操作的逻辑装置。在一些情况下,各种特征可以实现为集成电路装置,诸如集成电路芯片或芯片集。
[0063] 下面的示例可以说明本公开内容的一个或更多个方面。
[0064] 示例1.一种用于切换模式电力转换器的控制器,所述控制器被配置成:驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在变压器的次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率,其中,驱动开关元件以选择性地连接电源,控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算多个峰值电流值中的每个峰值电流值以驱动所述开关元件处的振荡电压,从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0065] 示例2.根据示例1的控制器,其中,控制器被配置成:基于振荡电压的振铃频率时段来计算多个峰值电流值。
[0066] 示例3.根据示例1至2的任何组合的控制器,其中,控制器被配置成:从电压传感器接收当输出禁用信号时在开关元件处测量的电压的指示;以及基于当输出禁用信号时在开关元件处测量的电压的指示来确定振铃频率时段。
[0067] 示例4.根据示例1至3的任何组合的控制器,其中,开关元件包括漏极和源极,其中,在开关元件处测量的电压在开关元件的漏极与开关元件的源极之间,其中,电源包括正端子和负端子,其中,初级侧绕组包括第一节点和第二节点,并且其中:正端子耦接至初级侧绕组的第一节点,初级侧绕组的第二节点耦接至漏极,以及源极耦接至负端子;或者正端子耦接至漏极,源极耦接至初级侧绕组的第一节点,以及初级侧绕组的第二节点耦接至负端子。
[0068] 示例5.根据示例1至4的任何组合的控制器,其中,为了计算多个峰值,控制器被配置成:基于振铃频率时段确定对应于振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量。
[0069] 示例6.根据示例1至5的任何组合的控制器,其中,为了确定峰值的增量,控制器被配置成:从针对多个切换周期中的当前切换周期的峰值电流值中减去针对多个切换周期中的前一切换周期的峰值电流值,以确定峰值电流的差值;以及将峰值电流的差值和振铃频率时段相乘来确定振铃因子。
[0070] 示例7.根据示例1至6的任何组合的控制器,其中,为了确定峰值的增量,控制器被配置成:从针对多个切换周期中的当前切换周期的导通时间值加复位时间值中减去针对多个切换周期中的前一切换周期的导通时间值加复位时间值,以确定切换周期的差值;将振铃因子除以切换周期的差值。
[0071] 示例8.根据示例1至7的任何组合的控制器,其中,为了计算多个峰值电流值,控制器被配置成,对于多个峰值电流值中的每个峰值电流值:将峰值电流的增量和针对多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数相乘。
[0072] 示例9.根据示例1至8的任何组合的控制器,其中,为了计算多个峰值电流值,控制器被配置成,对于多个峰值电流值中的每个峰值电流值:将最小峰值电流值与峰值电流的增量和针对多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数的乘积相加。
[0073] 示例10.根据示例1至9的任何组合的控制器,其中,控制器配置成:从电流传感器接收当驱动开关元件时在开关元件处测量的电流的指示;基于在开关元件处测量的电流的指示,确定在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;从电压传感器接收当驱动开关元件时在开关元件处测量的电压的指示;以及基于当驱动开关元件时在开关元件处测量的电压的指示来确定在开关元件处的振荡电压处出现的电压谷。
[0074] 示例11.一种用于切换电力转换器的方法,包括:通过控制器驱动开关元件以将电源选择性地连接至变压器的初级侧绕组,以在变压器的次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率,其中,驱动开关元件以选择性地连接电源包括,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算多个峰值电流值中的每个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压,从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0075] 示例12.根据示例11的方法,还包括:通过控制器基于振荡电压的振铃频率时段来计算多个峰值电流值。
[0076] 示例13.根据示例11至12的任何组合的方法,还包括:通过控制器从电压传感器接收当输出禁用信号时在开关元件处测量的电压的指示;以及通过控制器基于当输出禁用信号时在开关元件处测量的电压的指示来确定振铃频率时段。
[0077] 示例14.根据示例11至13的任何组合的方法,其中,开关元件包括漏极和源极,其中,在开关元件处测量的电压在开关元件的漏极与开关元件的源极之间,其中,电源包括正端子和负端子,其中,初级侧绕组包括第一节点和第二节点,并且其中:正端子耦接至初级侧绕组的第一节点,初级侧绕组的第二节点耦接至漏极,以及源极耦接至负端子;或者正端子耦接至漏极,源极耦接至初级侧绕组的第一节点,以及初级侧绕组的第二节点耦接至负端子。
[0078] 示例15.根据示例11至14的任何组合的方法,其中,计算多个峰值包括:基于振铃频率时段确定对应于振荡电压的一个振铃周期的峰值电流的增量。
[0079] 示例16.根据示例11至15的任何组合的方法,其中,确定峰值电流的增量包括:从针对多个切换周期中的当前切换周期的峰值电流值中减去针对多个切换周期中的前一切换周期的峰值电流值,以确定峰值电流的差值;以及将峰值电流的差值和振铃频率时段相乘来确定振铃因子。
[0080] 示例17.根据示例11至16的任何组合的方法,其中,计算多个峰值电流值包括,对于多个峰值电流值中的每个峰值电流值:将峰值电流的增量和针对多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数相乘。
[0081] 示例18.根据示例11至17的任何组合的方法,其中,计算多个峰值电流值包括,对于多个峰值电流值中的每个峰值电流值:将最小峰值电流值与峰值电流的增量和针对多个峰值电流值中的相应峰值电流值的整数的乘积相加。
[0082] 示例19.根据示例11至18的任何组合的方法,还包括:通过控制器从电流传感器接收当驱动开关元件时在开关元件处测量的电流的指示;通过控制器基于在开关元件处测量的电流的指示来确定在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;通过控制器从电压传感器接收当驱动开关元件时在开关元件处测量的电压的指示;以及通过控制器基于当驱动开关元件时在开关元件处测量的电压的指示来确定在开关元件处的振荡电压处出现的电压谷。
[0083] 示例20.一种用于操作切换模式电力转换器的系统,包括:电源;变压器,其包括初级侧绕组和次级侧绕组;开关元件;控制器,其被配置成驱动开关元件以将电源选择性地连接至初级侧绕组,以在次级侧绕组处生成经调节的电压、电流或功率,其中,为了驱动开关元件以选择性地连接电源,控制器被配置成,对于多个切换周期中的每个切换周期:从多个峰值电流值中选择峰值电流值,计算多个峰值电流值中的每个峰值电流值以驱动开关元件处的振荡电压,从而在多个切换周期中的相应切换周期结束时对应于电压谷;响应于确定在开关元件处的振荡电压处出现电压谷,输出使能信号以使开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道,直到开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值;以及在开关元件处的电流不小于所选择的峰值电流值之后,输出禁用信号以阻止开关元件产生将电源电连接至初级侧绕组的通道。
[0084] 在本公开内容中已经描述了各个方面。这些方面和其它方面在所附权利要求的范围内。
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