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TWI842741B - 用於切換模式電力轉換器的切換方法、控制器及操作系統 - Google Patents

用於切換模式電力轉換器的切換方法、控制器及操作系統 Download PDF

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TWI842741B
TWI842741B TW108132883A TW108132883A TWI842741B TW I842741 B TWI842741 B TW I842741B TW 108132883 A TW108132883 A TW 108132883A TW 108132883 A TW108132883 A TW 108132883A TW I842741 B TWI842741 B TW I842741B
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雷納托 貝塞加托
安德烈 馬林尼
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奧地利商奧地利英飛凌科技股份有限公司
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Abstract

揭露了一種用於切換模式電力轉換器的控制器、用於切換電力轉換器的方法和用於操作切換模式電力轉換器的系統。該控制器被配置成驅動開關元件以將電源選擇性地連接至變壓器的初級側繞組，以在變壓器的次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率。該控制器被配置成，對於每個切換週期，從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，其中計算複數峰值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓，從而對應於電壓谷，以及回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值。

Description

用於切換模式電力轉換器的切換方法、控制器及操作系統
本揭露內容涉及用於谷模式切換的電路，並且更具體地，涉及用於對於反馳式控制器的具有固定頻率的谷模式切換的電路。
切換模式電源可以使用軟切換技術。例如，反馳式控制器僅在開關兩端的電壓為零時才使切換轉換發生。在另一示例中，反馳式控制器僅在藉由開關的電流為零時才使切換轉換發生。以這種方式，切換模式電源可以減少切換損耗。
一般地，本揭露內容涉及被配置用於具有固定頻率的谷模式切換的電路。例如，用於切換模式電源的控制器可以從會導致固定頻率的峰值電流值的集合中選擇峰值電流值。在一些示例中，控制器基於開關元件處的振盪電壓的振鈴頻率時段來計算峰值電流值的集合。以這種方式，控制器可以選擇峰值電流值以產生經調節的電壓、電流或功率，同時有助於保持固定的頻率。
在一個示例中，一種用於切換模式電力轉換器的控制器被配置成驅動開關元件以將電源選擇性地連接至變壓器的初級側繞組，以在變壓器的次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率。為了驅動開關元件以選擇性地連接電源，控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期： 從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值，計算複數峰值電流值的每個峰值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
在另一示例中，一種用於切換電力轉換器的方法包括：由控制器驅動開關元件以將電源選擇性地連接至變壓器的初級側繞組，以在變壓器的次級側繞組產生經調節的電壓、電流或功率。驅動開關元件以選擇性地連接電源包括，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值，計算複數峰值電流值的每個峰值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
在另一示例中，一種用於操作切換模式電力轉換器的系統包括：電源；變壓器，其包括初級側繞組和次級側繞組；開關元件；以及控制器。控制器被配置成驅動開關元件以將電源選擇性地連接至初級側繞組，以在次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率。為了驅動開關元件以選擇性地連接電源，控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值，計算複數峰值電流值的每個峰 值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
在附圖和下面的描述中闡述了這些和其他示例的細節。根據描述和附圖以及根據申請專利範圍，其他特徵、目的和優點將變得明顯。
100:系統
102、202:電源
104、204:變壓器
104A、204A:初級側繞組
104B、204B:次級側繞組
106、206:開關元件
108、208:次級電路
110、210:谷切換控制器
200:電路
220:電壓感測器
222:電流感測器
230:開關元件
232:同步整流(SR)控制器
302:振盪電壓
304:計時器信號
314:第一時段
310、312、316、317:時間
320、322、324、326、328、330、340、342、344、346、348、422、424、426、428:電壓谷
402:第一振盪電壓
403:第二振盪電壓
406、462、463:峰值電流值(Ipk)
408:電流
圖1是說明根據本揭露內容的一種或更多種技術的、被配置用於具有固定頻率的谷模式切換的系統的框圖；圖2是說明根據本揭露內容的一種或更多種技術的、被配置用於具有固定頻率的谷模式切換的電路的電路圖；圖3是根據本揭露內容的一種或更多種技術的谷模式切換的曲線圖；圖4是根據本揭露內容的一種或更多種技術的具有固定頻率的谷模式切換的曲線圖；圖5是根據本揭露內容的一種或更多種技術的、用於控制切換模式電源的方法的流程圖。
一些切換模式電源可以使用谷模式切換，以降低切換損耗並且提高電磁干擾(EMI)性能。在這樣的切換模式電源中，與谷模式切換的同 步可以導致切換頻率隨著切換時段改變至少一個振鈴週期而變化。切換頻率隨著切換時段改變至少一個振鈴週期而變化可能導致高達+/-20%的頻率變化，這對於某些應用是不可接受的。
示例切換模式電源包括反馳式離線電源，包括：(1)具有同步整流器(SR)金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)代替輸出整流二極體的反馳式配置中的功率級；(2)控制初級側開關的初級側控制器；(3)控制次級側開關的次級側控制器。
因此，為了使切換頻率變化最小化，本文描述的系統可以包括控制器，其被配置成從會導致固定頻率的峰值電流值的集合中選擇峰值電流值。也就是說，控制器可以基於從離散可用電平中選擇正確的峰值電流值來操作示例切換模式電源，以使得谷模式切換能夠以固定的切換頻率操作。本文描述的用於具有固定頻率的谷模式切換的技術可以允許在固定切換頻率下的準諧振操作並且可以減少濾波器約束。
圖1是說明根據本揭露內容的一種或更多種技術的、被配置用於具有固定頻率的谷模式切換的系統的框圖。圖1示出了系統100，其包括電源102、初級側繞組104A和次級側繞組104B(統稱為變壓器104)、開關元件106、次級電路108和谷切換控制器110。系統100可以包括除了所示的那些部件之外的另外的部件。例如，系統100可以包括電流感測器、電壓感測器和/或另外的部件。
電源102可以被配置成向系統100的一個或更多個其它部件提供電力。例如，電源102可以被配置成向初級側繞組104A提供輸入電力。在一些示例中，電源102可以是電力轉換器或電力逆變器的輸出。例如，電源102可以包括直流(DC)到DC電力轉換器、AC到DC電力轉換器、DC到AC電力逆變器等的輸出。在一些示例中，電源102可以表示至供電 網的連接。在一些示例中，由電源102提供的輸入電力信號可以是DC輸入電力信號。例如，電源102可以被配置成提供在~5VDC至~40VDC範圍內的DC輸入電力信號。在一些示例中，電源102可以是可以被配置成儲存電能的電池。電池的示例可以包括但不限於鎳鎘、鉛酸、鎳-金屬氫化物、鎳-鋅、氧化銀、鋰離子、鋰聚合物、任何其他類型的可充電電池或這樣的電池的任何組合。
開關元件106可以被配置成選擇性地建立將電源102和初級側繞組104A電連接的通道。開關元件106可以包括但不限於矽控整流器(SCR)、場效應電晶體(FET)和雙極結型電晶體(BJT)。FET的示例可以包括但不限於結型場效應電晶體(JFET)、MOSFET、雙柵極MOSFET、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、任何其他類型的FET，或其任何組合。MOSFET的示例可以包括但不限於P型金屬氧化物半導體(PMOS)、N型金屬氧化物半導體(NMOS)、雙擴散金屬氧化物半導體(DMOS)或任何其他類型的MOSFET，或其任何組合。BJT的示例可以包括但不限於PNP、NPN、異質結或任何其他類型的BJT，或其任何組合。應該理解，開關元件106可以是高側開關或低側開關。開關元件106可以是電壓控制的和/或電流控制的。電流控制開關元件的示例可以包括但不限於氮化鎵(GaN)MOSFET、BJT或其他電流控制元件。
谷切換控制器110可以被配置成驅動開關元件106，以向初級側繞組104A提供輸入電力，用於在次級側繞組104B產生調節的電壓、電流或功率。例如，谷切換控制器110可以增加用於驅動開關元件106的占空比，以增加次級側繞組104B處的電壓、電流或功率。谷切換控制器110可以減小占空比，以減小次級側繞組104B處的電壓、電流或功率。
谷切換控制器110可以被配置用於谷切換。例如，谷切換控制器 110可以被配置成輸出賦能信號以使開關元件106在開關元件106處的振盪電壓處發生的電壓谷處進行切換。如本文所使用的，電壓谷可以指的是小於剛好出現在谷電壓之前的電壓和剛好出現在谷電壓之後的電壓的、在振盪電壓處的電壓。
谷切換控制器110可以包括類比電路。在其他示例中，谷切換控制器110可以包括包含處理器核、記憶體、輸入和輸出的單個積體電路上的微控制器。例如，谷切換控制器110可以包括一個或更多個處理器，一個或更多個處理器包括一個或更多個微處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立邏輯電路，以及這樣的部件的任何組合。術語“處理器”或“處理電路”通常可以單獨地或與其他邏輯電路相結合來指代前述邏輯電路中的任何邏輯電路，或者任何其他等效電路。在一些示例中，谷切換控制器110可以是一個或更多個模擬部件以及一個或更多個數位部件的組合。
次級電路108可被配置成從次級側繞組104B提供電力並防止電力被供應至次級側繞組104B。次級電路108可以包括一個或更多個二極體、一個或更多個同步整流器、(濾波器)電容器和/或其他電子部件。
根據本文描述的一種或更多種技術，谷切換控制器110可以驅動開關元件106以將電源102選擇性地連接至變壓器104的初級側繞組104A，以在變壓器104的次級側繞組104B處產生經調節的電壓、電流或功率。為了驅動開關元件106以選擇性地連接電源102，谷切換控制器110被配置成，對於複數切換週期的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值。計算複數峰值電流值的每個峰值電流值以驅動開關元件106處的振盪電壓，從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於 電壓谷。
回應於確定電壓谷出現在開關元件106處的振盪電壓處，谷切換控制器110被配置成輸出賦能信號，以使開關元件106產生將電源102電連接至初級側繞組104A的通道，直到開關元件106處的電流不小於所選擇的峰值電流值，以及在開關元件106處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件106產生將電源102電連接至初級側繞組104A的通道。以這種方式，系統100可以說明使谷模式切換中的切換頻率變化最小化。
圖2是說明根據本揭露內容的一種或更多種技術的被配置用於具有固定頻率的谷模式切換的電路200的電路圖。如圖所示，電路200包括電源202、初級側繞組204A和次級側繞組204B(統稱為變壓器204)、開關元件206、次級電路208和谷切換控制器210(本文也稱為初級控制器或簡稱“Prim控制器”)，其可以分別是圖1的電源102、初級側繞組104A和次級側繞組104B、開關元件106、次級電路108和谷切換控制器110的示例。電路200還可以包括電壓感測器220和電流感測器222。電路200可以包括除了所示的那些部件之外的另外的部件。
電壓感測器220可以被配置成產生在開關元件206處測量的電壓的指示。例如，電壓感測器220可以被配置成當谷切換控制器210向開關元件206輸出禁用信號時，產生在開關元件206處測量的電壓的指示。如圖所示，電壓感測器220可以被配置成測量開關元件206的汲極與開關元件206的源極之間的電壓，以在谷切換控制器210向開關元件206的控制節點輸出禁用信號時產生在開關元件206處測量的電壓的指示。電壓感測器220可以包括電容型電壓感測器、電阻型電壓感測器或其他類型的電壓感測器。
如圖所示，開關元件206可以被佈置為低側開關。在圖2的示例中，電源202的正端子耦接至初級側繞組204A的第一節點。在該示例中，初級側繞組204A的第二節點耦接至開關元件206的汲極。在該示例中，開關元件206的源極耦接至電源202的負端子。
可替選地，開關元件206可以被佈置為高側開關。例如，電源202的正端子耦接至開關元件206的汲極。在該示例中，開關元件206的源極耦接至初級側繞組204A的第一節點。在該示例中，初級側繞組204A的第二節點耦接至電源202的負端子。
谷切換控制器210可以被配置成從電壓感測器220接收當向開關元件206輸出禁用信號時在開關元件206處測量的電壓的指示。谷切換控制器210可以被配置成基於當向開關元件206輸出禁用信號時在開關元件206處測量的電壓的指示來確定振鈴頻率時段。例如，谷切換控制器210可以將開關元件206處的振盪電壓的相鄰谷之間的時間差確定為振鈴頻率時段。在一些示例中，谷切換控制器210可以被配置成基於在驅動開關元件時在開關元件處測量的電壓的指示來確定出現在開關元件206處的振盪電壓處的電壓谷。
電流感測器222可以被配置成當谷切換控制器210驅動開關元件206時產生在開關元件206處測量的電流的指示。例如，電流感測器222可以被配置成當谷切換控制器210向開關元件206輸出賦能信號時，產生在開關元件206處測量的電流的指示。電流感測器222可以包括霍爾效應感測器、變壓器感測器、電阻器、或其他類型的電流感測器。
谷切換控制器210可以被配置成從電流感測器222接收當驅動開關元件206時在開關元件206處測量的電流的指示。在本示例中，谷切換控制器210可以被配置成基於在開關元件處測量的電流的指示來確定在開 關元件206處的電流不小於所選擇的峰值電流值。
次級電路208可以包括開關元件230和同步整流(SR)控制器232(在本文也稱為次級控制器或簡稱為“Sec控制器”)。SR控制器232可以選擇性地切換該開關元件230以允許電流從次級側繞組204B流至次級電路208的輸出端並且防止電流從次級電路208的輸出端流至次級側繞組204B。SR控制器232可以包括類比電路。在一些示例中，SR控制器232可以是包含處理器核、記憶體、輸入和輸出的單個積體電路上的微控制器。例如，SR控制器232可以包括一個或更多個處理器，一個或更多個處理器包括一個或更多個微處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立邏輯電路，以及這樣的部件的任何組合。在一些示例中，SR控制器232可以是一個或更多個模擬部件以及一個或更多個數位部件的組合。
圖3是根據本揭露內容的一種或更多種技術的谷模式切換的曲線圖。圖3的橫坐標軸(例如，水平)表示時間，而圖3的縱坐標軸(例如，垂直)表示開關元件106處的振盪電壓302和計時器信號304。
通常，谷模式切換可以以下面的方式操作。在第一步中，開始脈衝寬度調製(PWM)切換週期。在第一步中，啟動時段計時器。在第二步中，時段計時器到期並且進行谷同步。在第三步中，在計時器到期之後，下一PWM切換週期與第一谷同步。
如圖所示，對於第一時段314，在計時器信號304在時間310處到期之前，振盪電壓302到達電壓谷320、322、324、326和328。在這個示例中，谷切換控制器110在時間312處與電壓谷330同步(例如，第六電壓谷)，其將第一時段314延長持續時間317。
相反，對於第二時段318，在計時器信號304在時間316處到期之 前，振盪電壓302到達電壓谷340、342、344和346。然而，在該示例中，谷切換控制器110在時間316處與電壓谷348(例如，第五電壓谷)同步，這不會顯著延長第二時段318。因此，切換時段不是由計時器信號304準確限定，而是由計時器信號304和同步視窗的組合限定，該同步視窗可以與振鈴頻率一樣寬(例如，持續時間317)。對於一些系統，由計時器信號304和同步視窗的組合限定的切換時段可以占到頻率變化的+/-20%。一些應用，如電容式觸控式螢幕感測器，依賴於頻譜中相當大的區域，以避免有用信號與電源共模雜訊的干擾。因此，可變電源切換頻率不允許這樣的系統的正確操作。
圖4是根據本揭露內容的一種或更多種技術的具有固定頻率的谷模式切換的曲線圖。圖4的橫坐標軸(例如，水平)表示時間，而圖4的縱坐標軸(例如，垂直)表示開關元件106處的第一振盪電壓402、開關元件106處的第二振盪電壓403、峰值電流值(“Ipk”)406以及開關元件106處的電流408。
由於PWM寬度受到連續改變的峰值電流參數Ipk控制，因此頻率將連續地改變相應的量。因此，谷切換控制器110可以被配置成作用於Ipk以控制頻率和時段。例如，為了避免顯著的時段變化，谷切換控制器110可以被配置成從以電平之間的距離被調整到一個振鈴週期的切換時間變化的方式而被間隔開的離散電平中選擇Ipk。
谷切換控制器110可以被配置成計算每個峰值電流值，以驅動開關元件106處的振盪電壓，從而在相應的切換週期結束時對應於電壓谷。在一些示例中，谷切換控制器110可以被配置成基於振盪電壓的振鈴頻率時段來計算峰值電流值。例如，為了在所描述的固定頻率谷模式切換中操作，谷切換控制器110可以被配置成從使用以下公式計算的電平中選擇峰 值電流值。
Ipk[k]=Ipk_min+dIpk * k (等式1)
其中Ipk[k]是允許值的陣列，Ipk_min是最小Ipk值(例如，系統參數)，dIpk是對應於一個振鈴週期的Ipk的增量，並且k是整數。
例如，谷切換控制器110可以被配置成將峰值電流的增量(dIpk)和針對峰值電流值(Ipk[k])中的相應峰值電流值的整數(k)相乘。谷切換控制器110可以被配置成將最小峰值電流值(Ipk_min)與將峰值電流的增量和針對相應峰值電流值的整數的乘積(dIpk * k)相加以產生Ipk[k]。
在Ipk值與切換週期變化之間的相關性依賴於多種因素，並且振鈴時間也可以隨不同系統而變化。因此，谷切換控制器110可以被配置成即時計算Ipk的步長(例如，當谷切換控制器110驅動開關元件106時)。谷切換控制器110可以基於振鈴頻率時段(Tring)來確定對應於振盪電壓的一個振鈴週期的峰值電流的增量(dIpk)。例如，谷切換控制器110可以被配置成如下根據切換歷史計算Ipk的步長。
Figure 108132883-A0305-02-0013-1
其中dIpk是對應於一個振鈴週期的Ipk的增量，即要計算的係數，Ipk[n]是第n個切換週期的峰值電流值，Ipk[n-1]是第n-1個切換週期的峰值電流值，Tcycle[n]是第n個切換週期的導通加重置時間，Tcycle[n-1]是第n-1個切換週期的導通加重置時間值，並且Tring是由谷切換控制器110測量的振鈴頻率時段。藉由以所描述的方式從計算的陣列中選擇Ipk值，谷切換控制器110可以同時實現恆定的切換頻率和谷模式切換。
例如，谷切換控制器110可以被配置成從針對目前切換週期的峰值電流值(Ipk[n])減去針對前一切換週期的峰值電流值(Ipk[n-1])，以 確定峰值電流的差值(Ipk[n]-Ipk[n-1])。在該示例中，谷切換控制器110可以被配置成將峰值電流的差值和振鈴頻率時段(Tring)相乘以確定振鈴因數。
谷切換控制器110可以被配置成從針對目前切換週期的導通時間值加重置時間值(Tcycle[n])減去針對前一切換週期的導通時間值加重置時間值(Tcycle[n-1])，以確定切換週期的差值(Tcycle[n]-Tcycle[n-1])。在該示例中，谷切換控制器110可以被配置成將振鈴因數(Ipk[n]-Ipk[n-1])除以切換週期(Tcycle[n]-Tcycle[n-1])的差值，以確定對應於振盪電壓的一個振鈴週期的峰值電流的增量(dIpk)。
如果切換週期之間的差值較小，則分母可以非常小，並且可能導致顯著誤差。因此，為了避免非常小的分母，谷切換控制器110可以被配置成僅對具有實質變化的週期(例如，具有一個或更多個步長的電流差)使用切換週期的差值。例如，谷切換控制器110可以被配置成阻止將峰值電流的差值除以切換週期的差值以確定等式1中所示的振鈴因數。例如，谷切換控制器110可以被配置成如下根據切換歷史計算Ipk的步長。
dIpk=(Ipk[n]-Ipk[n-1])Tring (等式3)
因此，在一些示例中，谷切換控制器110可以被配置成使用Ipk和切換週期參數Tcycle來實現控制法則以實現固定頻率切換操作並且同時在反馳式控制器中實現谷之間的切換。在一些示例中，谷切換控制器110可以被配置成執行dIpk係數的計算(例如，測量dIpk係數)、目前峰值改變(Ipk)與增量Tcycle改變(Tcycle)之間的比率，以在電壓谷之間跳躍。
在圖4的示例中，谷切換控制器110選擇Ipk 462。在該示例中，開關元件106處的第一振盪電壓402到達電壓谷420、422、424和426(例如， 4個振鈴週期)。在該示例中，谷切換控制器110計算Ipk 462以控制頻率和時段。例如，谷切換控制器110根據等式1至3中的一個或更多個計算Ipk 462。這樣，電壓谷428在Ipk 462的時段結束時出現。
如圖所示，谷切換控制器110可以可替選地選擇Ipk 463。在該示例中，開關元件106處的第二振盪電壓403省略電壓谷420並且到達電壓谷422、424和426(例如，3個振鈴週期)。在該示例中，谷切換控制器110計算Ipk 463以控制頻率和時段。例如，谷切換控制器110根據等式1至3中的一個或更多個計算Ipk 463。這樣，電壓谷428在Ipk 463的時段結束時出現。
圖5是根據本揭露內容的一種或更多種技術的用於控制切換模式電源的方法的流程圖。僅出於示例性目的，在圖1至圖4的上下文中描述了圖5。谷切換控制器110可以執行圖5中所示的針對每個切換週期的步驟。在操作中，谷切換控制器110確定振鈴頻率時段(502)。例如，谷切換控制器110將振鈴頻率時段確定為開關元件106的汲極與開關元件106的源極之間的振盪電壓的相鄰電壓谷之間的差值，同時將禁用信號輸出至開關元件106的控制節點。
谷切換控制器110基於振鈴頻率時段確定峰值電流的增量(504)。例如，谷切換控制器110使用等式2和/或等式3確定峰值電流的增量。谷切換控制器110基於峰值電流的增量來計算峰值電流值(506)。例如，谷切換控制器110使用等式1確定峰值電流的增量。谷切換控制器110從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值(508)。例如，谷切換控制器110從複數峰值電流值中選擇一個峰值電流值，以將次級電路108處的輸出電壓設置為對應於經調節的電壓、電流或功率。
谷切換控制器110確定在振盪電壓處發生的電壓谷(510)。例如， 谷切換控制器210可以從電壓感測器220接收當向開關元件206輸出禁用信號時在開關元件206處測量的電壓的指示。在該示例中，當在開關元件206處測量的電壓的指示對應於相對於振盪電壓的相鄰值的最小電壓時，谷切換控制器110可以確定在振盪電壓處發生的電壓谷。
谷切換控制器110輸出賦能信號以使開關元件106將電源102連接至初級側繞組104A，直到電流不小於所選擇的峰值電流值(512)。例如，谷切換控制器210從電流感測器222接收當驅動開關元件206時在開關元件206處測量的電流的指示。在該示例中，谷切換控制器110輸出賦能信號，同時在開關元件206處測量的電流的指示對應於小於所選擇的峰值電流值的電流值。
在電流不小於所選擇的峰值電流值之後，谷切換控制器110輸出禁用信號以阻止開關元件將電源連接至初級繞組(514)。例如，一旦在開關元件206處測量的電流的指示對應於不小於所選擇的峰值電流值的電流值，谷切換控制器210輸出禁用信號。
雖然已經參考說明性實施方式描述了裝置，但是該描述並不意在以限制意義進行解釋。在參考該描述時，說明性實施方式的各種修改和組合以及本發明的其他實施方式對於本領域普通技術人員而言將是明顯的。因此，所附申請專利範圍意在涵蓋任何這樣的修改或實施方式。
本揭露內容的技術可以在包括電腦可讀儲存媒體的裝置或製品中實現。如本文所使用的術語“處理電路”可以指任何前述結構或適用於處理常式代碼和/或資料或以其他方式實現本文所描述的技術的任何其他結構。系統100的元件可以以各種類型的固態電路元件中的任何一種來實現，固態電路元件例如CPU、CPU核、GPU、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、混合信號積體電路、現場可程式邏輯閘陣列 (FPGA)、微控制器、可程式設計邏輯控制器(PLC)、可程式設計邏輯裝置(PLD)、複合PLD(CPLD)、片上系統(SoC)、上述任何元件的任何子部分、上述任何元件的互連或分散式組合、或者任何其他集成或分立的邏輯電路、或者能夠根據任何本文所揭露的示例配置的任何其他類型的部件或一個或更多個部件。處理電路還可以包括佈置在混合信號IC中的類比部件。
系統100可以包括記憶體。記憶體的一個或更多個儲存裝置可以包括任何揮發性或非揮發性媒體，諸如RAM、ROM、非揮發性RAM(NVRAM)、電可抹除可程式設計ROM(EEPROM)、快閃記憶體等。記憶體的一個或更多個儲存裝置可以儲存電腦可讀指令，該電腦可讀指令在由處理電路執行時使處理電路實現本文中歸因於處理電路的技術。
元件系統100可以利用各種形式的軟體進行程式設計。例如，處理電路可以至少部分地被實現為或者包括一個或更多個可執行應用、應用模組、庫、類、方法、物件、常式、子常式、韌體和/或嵌入代碼。處理電路可以被配置成接收電壓信號，確定開關頻率以及傳送控制信號。
本揭露內容的技術可以在各種各樣的計算裝置中實現。任何部件、模組或單元被描述成強調功能方面，但不一定需要由不同硬體單元實現。本文描述的技術可以以硬體、軟體、韌體或其任何組合來實現。被描述為模組、單元或部件的任何特徵可以一起實現在集成邏輯裝置中，或者單獨實現為離散但可交互操作的邏輯裝置。在一些情況下，各種特徵可以實現為積體電路裝置，諸如積體電路晶片或晶片集。
下面的示例可以說明本揭露內容的一個或更多個方面。
示例1. 一種用於切換模式電力轉換器的控制器，該控制器被配置成：驅動開關元件以將電源選擇性地連接至變壓器的初級側繞組，以在變 壓器的次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率，其中，驅動開關元件以選擇性地連接電源，控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，計算複數峰值電流值中的每個峰值電流值以驅動所述開關元件處的振盪電壓，從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
示例2. 根據示例1的控制器，其中，控制器被配置成：基於振盪電壓的振鈴頻率時段來計算複數峰值電流值。
示例3. 根據示例1至2的任何組合的控制器，其中，控制器被配置成：從電壓感測器接收當輸出禁用信號時在開關元件處測量的電壓的指示；以及基於當輸出禁用信號時在開關元件處測量的電壓的指示來確定振鈴頻率時段。
示例4. 根據示例1至3的任何組合的控制器，其中，開關元件包括汲極和源極，其中，在開關元件處測量的電壓在開關元件的汲極與開關元件的源極之間，其中，電源包括正端子和負端子，其中，初級側繞組包括第一節點和第二節點，並且其中：正端子耦接至初級側繞組的第一節點，初級側繞組的第二節點耦接至汲極，以及源極耦接至負端子；或者正端子耦接至汲極，源極耦接至初級側繞組的第一節點，以及初級側繞組的第二節點耦接至負端子。
示例5. 根據示例1至4的任何組合的控制器，其中，為了計算複數峰值，控制器被配置成：基於振鈴頻率時段確定對應於振盪電壓的一個 振鈴週期的峰值電流的增量。
示例6. 根據示例1至5的任何組合的控制器，其中，為了確定峰值的增量，控制器被配置成：從針對複數切換週期中的目前切換週期的峰值電流值中減去針對複數切換週期中的前一切換週期的峰值電流值，以確定峰值電流的差值；以及將峰值電流的差值和振鈴頻率時段相乘來確定振鈴因數。
示例7. 根據示例1至6的任何組合的控制器，其中，為了確定峰值的增量，控制器被配置成：從針對複數切換週期中的目前切換週期的導通時間值加重置時間值中減去針對複數切換週期中的前一切換週期的導通時間值加重置時間值，以確定切換週期的差值；將振鈴因數除以切換週期的差值。
示例8. 根據示例1至7的任何組合的控制器，其中，為了計算複數峰值電流值，控制器被配置成，對於複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將峰值電流的增量和針對複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數相乘。
示例9. 根據示例1至8的任何組合的控制器，其中，為了計算複數峰值電流值，控制器被配置成，對於複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將最小峰值電流值與峰值電流的增量和針對複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數的乘積相加。
示例10. 根據示例1至9的任何組合的控制器，其中，控制器配置成：從電流感測器接收當驅動開關元件時在開關元件處測量的電流的指示；基於在開關元件處測量的電流的指示，確定在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；從電壓感測器接收當驅動開關元件時在開關元件處測量的電壓的指示；以及基於當驅動開關元件時在開關元件處測量的電 壓的指示來確定在開關元件處的振盪電壓處出現的電壓谷。
示例11. 一種用於切換電力轉換器的方法，包括：藉由控制器驅動開關元件以將電源選擇性地連接至變壓器的初級側繞組，以在變壓器的次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率，其中，驅動開關元件以選擇性地連接電源包括，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，計算複數峰值電流值中的每個峰值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓，從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
示例12. 根據示例11的方法，還包括：藉由控制器基於振盪電壓的振鈴頻率時段來計算複數峰值電流值。
示例13. 根據示例11至12的任何組合的方法，還包括：藉由控制器從電壓感測器接收當輸出禁用信號時在開關元件處測量的電壓的指示；以及藉由控制器基於當輸出禁用信號時在開關元件處測量的電壓的指示來確定振鈴頻率時段。
示例14. 根據示例11至13的任何組合的方法，其中，開關元件包括汲極和源極，其中，在開關元件處測量的電壓在開關元件的汲極與開關元件的源極之間，其中，電源包括正端子和負端子，其中，初級側繞組包括第一節點和第二節點，並且其中：正端子耦接至初級側繞組的第一節點，初級側繞組的第二節點耦接至汲極，以及源極耦接至負端子；或者正端子耦接至汲極，源極耦接至初級側繞組的第一節點，以及初級側繞組的第二 節點耦接至負端子。
示例15. 根據示例11至14的任何組合的方法，其中，計算複數峰值包括：基於振鈴頻率時段確定對應於振盪電壓的一個振鈴週期的峰值電流的增量。
示例16. 根據示例11至15的任何組合的方法，其中，確定峰值電流的增量包括：從針對複數切換週期中的目前切換週期的峰值電流值中減去針對複數切換週期中的前一切換週期的峰值電流值，以確定峰值電流的差值；以及將峰值電流的差值和振鈴頻率時段相乘來確定振鈴因數。
示例17. 根據示例11至16的任何組合的方法，其中，計算複數峰值電流值包括，對於複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將峰值電流的增量和針對複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數相乘。
示例18. 根據示例11至17的任何組合的方法，其中，計算複數峰值電流值包括，對於複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將最小峰值電流值與峰值電流的增量和針對複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數的乘積相加。
示例19. 根據示例11至18的任何組合的方法，還包括：藉由控制器從電流感測器接收當驅動開關元件時在開關元件處測量的電流的指示；藉由控制器基於在開關元件處測量的電流的指示來確定在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；藉由控制器從電壓感測器接收當驅動開關元件時在開關元件處測量的電壓的指示；以及藉由控制器基於當驅動開關元件時在開關元件處測量的電壓的指示來確定在開關元件處的振盪電壓處出現的電壓谷。
示例20. 一種用於操作切換模式電力轉換器的系統，包括：電源；變壓器，其包括初級側繞組和次級側繞組；開關元件；控制器，其被配置 成驅動開關元件以將電源選擇性地連接至初級側繞組，以在次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率，其中，為了驅動開關元件以選擇性地連接電源，控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，計算複數峰值電流值中的每個峰值電流值以驅動開關元件處的振盪電壓，從而在複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在開關元件處的振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道，直到開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止開關元件產生將電源電連接至初級側繞組的通道。
在本揭露內容中已經描述了各個方面。這些方面和其它方面在所附申請專利範圍的範圍內。
100:系統
102:電源
104:變壓器
104A:初級側繞組
104B:次級側繞組
106:開關元件
108:次級電路
110:谷切換控制器

Claims (20)

  1. 一種用於切換模式電力轉換器的控制器，該控制器被配置成：驅動開關元件以將一電源選擇性地連接至一變壓器的一初級側繞組，以在該變壓器的一次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率，其中，驅動該開關元件以選擇性地連接該電源，該控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，計算該複數峰值電流值中的每個峰值電流值以驅動該開關元件處的一振盪電壓，從而在該複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在該開關元件處的該振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的通道，直到該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的該通道。
  2. 如請求項1所述的控制器，其中，該控制器被配置成：基於該振盪電壓的一振鈴頻率時段來計算該複數峰值電流值。
  3. 如請求項2所述的控制器，其中，該控制器被配置成：從電壓感測器接收當輸出該禁用信號時在該開關元件處測量的電壓的指示；以及基於當輸出該禁用信號時在該開關元件處測量的電壓的該指示來確定該振鈴頻率時段。
  4. 如請求項3所述的控制器，其中，該開關元件包括一汲極和一源極，其中，在該開關元件處測量的電壓是在該開關元件的該汲極與該開關元件的該源極之間的電壓，其中，該電源包括一正端子和一負端子，其中，該初級側繞組包括第一節點和第二節點，並且其中：該正端子被耦接至該初級側繞組的該第一節點，該初級側繞組的該第二節 點被耦接至該汲極，以及該源極被耦接至該負端子；或者該正端子被耦接至該汲極，該源極被耦接至該初級側繞組的該第一節點，以及該初級側繞組的該第二節點被耦接至該負端子。
  5. 如請求項2所述的控制器，其中，為了計算該複數峰值電流值，該控制器被配置成：基於該振鈴頻率時段來確定對應於該振盪電壓的一個振鈴週期的一峰值電流的增量。
  6. 如請求項5所述的控制器，其中，為了確定該峰值電流的增量，該控制器被配置成；從針對該複數切換週期中的目前切換週期的峰值電流值中減去針對該複數切換週期中的前一切換週期的峰值電流值，以確定峰值電流的差值；以及將該峰值電流的差值和該振鈴頻率時段相乘來確定振鈴因數。
  7. 如請求項6所述的控制器，其中，為了確定該峰值電流的增量，該控制器被配置成：從針對該複數切換週期中的該目前切換週期的導通時間值加重置時間值中減去針對該複數切換週期中的該前一切換週期的導通時間值加重置時間值，以確定切換週期的差值；將該振鈴因數除以該切換週期的差值。
  8. 如請求項5所述的控制器，其中，為了計算該複數峰值電流值，該控制器被配置成，對於該複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將該峰值電流的增量乘以針對該複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數。
  9. 如請求項8所述的控制器，其中，為了計算該複數峰值電流值，該控制器被配置成，對於該複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將最小峰值電流值與該峰值電流的增量和針對該複數峰值電流值中的相應峰值電流值的該整數的乘積相加。
  10. 如請求項1所述的控制器，其中，該控制器被配置成：從電流感測器接收當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的電流的指示；基於在該開關元件處測量的該電流的指示，確定在該開關元件處的該電流不小於所選擇的峰值電流值；從電壓感測器接收當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的電壓的指示；以及基於當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的該電壓的指示，確定在該開關元件處的該振盪電壓處出現該電壓谷。
  11. 一種用於切換電力轉換器的方法，包括：藉由控制器來驅動一開關元件以將一電源選擇性地連接至一變壓器的一初級側繞組，以在該變壓器的一次級側繞組處產生經調節的電壓、電流或功率，其中，驅動該開關元件以選擇性地連接該電源包括，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇峰值電流值，計算該複數峰值電流值中的每個峰值電流值以驅動該開關元件處的振盪電壓，從而在該複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在該開關元件處的該振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的通道，直到該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的該通道。
  12. 如請求項11所述的方法，還包括：藉由該控制器，基於該振盪電壓的振鈴頻率時段來計算該複數峰值電流值。
  13. 如請求項12所述的方法，還包括：藉由該控制器，從電壓感測器接收當輸出該禁用信號時在該開關元件處測 量的電壓的指示；以及藉由該控制器，基於當輸出該禁用信號時在該開關元件處測量的該電壓的指示來確定該振鈴頻率時段。
  14. 如請求項13所述的方法，其中，該開關元件包括一汲極和一源極，其中，在該開關元件處測量的該電壓是在該開關元件的該汲極與該開關元件的該源極之間的電壓，其中，該電源包括一正端子和一負端子，其中，該初級側繞組包括一第一節點和一第二節點，並且其中：該正端子被耦接至該初級側繞組的該第一節點，該初級側繞組的該第二節點被耦接至該汲極，以及該源極被耦接至該負端子；或者該正端子被耦接至該汲極，該源極被耦接至該初級側繞組的該第一節點，以及該初級側繞組的該第二節點被耦接至該負端子。
  15. 如請求項12所述的方法，其中，計算該複數峰值電流值包括：基於該振鈴頻率時段確定對應於該振盪電壓的一個振鈴週期的峰值電流的增量。
  16. 如請求項15所述的方法，其中，確定該峰值電流的增量包括：從針對該複數切換週期中的目前切換週期的峰值電流值中減去針對該複數切換週期中的前一切換週期的峰值電流值，以確定峰值電流的差值；以及將該峰值電流的差值和該振鈴頻率時段相乘來確定振鈴因數。
  17. 如請求項15所述的方法，其中，計算該複數峰值電流值包括，對於該複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將該峰值電流的增量乘以針對該複數峰值電流值中的相應峰值電流值的整數。
  18. 如請求項17所述的方法，其中，計算該複數峰值電流值包括，對於該複數峰值電流值中的每個峰值電流值：將最小峰值電流值與該峰值電流的增量和針對該複數峰值電流值中的相應峰值電流值的該整數的乘積相加。
  19. 如請求項11所述的方法，包括：藉由該控制器，從電流感測器接收當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的電流的指示；藉由該控制器，基於在該開關元件處測量的該電流的指示來確定在該開關元件處的該電流不小於所選擇的峰值電流值；藉由該控制器，從一電壓感測器接收當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的一電壓的一指示；以及藉由該控制器，基於當驅動該開關元件時在該開關元件處測量的該電壓的指示來確定在該開關元件處的該振盪電壓處出現該電壓谷。
  20. 一種用於操作切換模式電力轉換器的系統，包括：一電源；一變壓器，其包括一初級側繞組和一次級側繞組；一開關元件；一控制器，其被配置成驅動該開關元件以將該電源選擇性地連接至該初級側繞組，以在該次級側繞組處產生一經調節的電壓、電流或功率，其中，為了驅動該開關元件以選擇性地連接該電源，該控制器被配置成，對於複數切換週期中的每個切換週期：從複數峰值電流值中選擇一峰值電流值，計算該複數峰值電流值的每個峰值電流值以驅動該開關元件處的振盪電壓，從而在該複數切換週期中的相應切換週期結束時對應於電壓谷；回應於確定在該開關元件處的該振盪電壓處出現電壓谷，輸出賦能信號以使該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的通道，直到該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值；以及在該開關元件處的電流不小於所選擇的峰值電流值之後，輸出禁用信號以阻止該開關元件產生將該電源電連接至該初級側繞組的該通道。
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