用于功率转换器的设备和方法
【专利说明】用于功率转换器的设备和方法
相关申请案交叉申请
[0001]本发明要求2013年4月15日递交的发明名称为“用于功率转换器的设备和方法(Apparatus and Method for Power Converters)，，的第 61/812，125 号美国临时申请案以及2013年6月20日递交的发明名称为“用于功率转换器的设备和方法(Apparatus andMethod for Power Converters) ”的第13/923，112号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
[0002]本发明涉及一种功率转换器，并且在具体实施例中，涉及一种用于总线转换器应用的控制机制。
【背景技术】
[0003]电信网络电力系统通常包含将电力从AC公用设施管线转换到48V DC配电总线的AC-DC级以及将48V DC配电总线转换到多个电压电平以用于所有类型电信负载的DC-DC级。这两个级可以包括隔离式DC-DC转换器。隔离式DC-DC转换器可以通过使用不同的功率拓扑来实施，例如反激式转换器、正激式转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、LLC谐振转换器以及类似物。
[0004]随着技术的进一步推进，总线转换器已被广泛应用于电信行业中。总线电压可以分为三类:从48V的输入dc电源转换的12V总线电压、从380V的输入dc电源转换的48V总线电压以及从380V的输入dc电源转换的12V总线电压。总线转换器不仅将输入电压从较高电平转换到较低电平，而且通过例如变压器和/或类似物等磁性装置提供隔离。
[0005]中间总线电压，例如12V，可以充当用于多个下游非隔离式功率转换器的输入电源总线。下游非隔离式功率转换器可以实施为降压dc/dc转换器，例如降压转换器；升压dc/dc转换器，例如升压转换器、线性调节器；其任意组合。下游非隔离式功率转换器在紧密控制回路下操作，使得将经充分调节的输出电压馈送到它们的相应负载中。
【发明内容】
[0006]通过本发明的优选实施例大体上解决或避免了这些以及其他问题并且大体上获得了技术优势，本发明的优选实施例提供与未经调节的功率转换器相比可以实现高效率以及更好调节的经松弛调节的功率转换器。
[0007]根据一个实施例，转换器包括耦合到电源的输入端、耦合到输入端的多个电源开关、耦合到电源开关的磁性装置以及耦合到电源开关的控制器，其中控制器用于产生用于电源开关的多个栅极驱动信号，并且其中栅极驱动信号经安排使得转换器的输出电压在经充分调节的输出电压与未经调节的输出电压中间。
[0008]根据另一实施例，方法包括检测功率转换器的输入电压，其中功率转换器包括耦合到电源的输入端、耦合到输入端的多个电源开关以及耦合到电源开关的控制器。
[0009]所述方法进一步包括产生用于电源开关的多个栅极驱动信号，其中栅极驱动信号经安排使得转换器的输出电压在经充分调节的输出电压与未经调节的输出电压中间。
[0010]根据又另一实施例，方法包括检测功率转换器的输入电压、基于功率转换器的输入电压确定功率转换器的操作模式以及基于阻尼增益控制产生多个栅极驱动信号，其中阻尼增益控制配置为使得功率转换器的输出电压在从经紧密调节的输出电压到未经调节的输出电压的范围内。
[0011]本发明的优选实施例的优点是通过阻尼增益控制方案提高功率转换器的效率。
[0012]前文已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下的本发明的详细说明。下文将描述本发明的额外特征以及优点，这些额外特征以及优点形成本发明的权利要求的标的物。所属领域的技术人员应了解，所揭示的概念以及具体实施例可以易于用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或方法的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0013]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0014]图1说明根据本发明的各种实施例的功率转换器的方块图；
[0015]图2说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的电压增益；
[0016]图3说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的第一说明性控制方案；
[0017]图4说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的第二说明性控制方案；
[0018]图5说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的第三说明性控制方案；
[0019]图6说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的第四说明性控制方案；以及
[0020]图7说明根据本发明的各种实施例的图1中示出的功率转换器的第五说明性控制方案。
[0021]除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
【具体实施方式】
[0022]下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可以在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以制作和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0023]将在具体背景中，即在用于总线转换器的阻尼增益控制方案中根据优选实施例来描述本发明。然而，本发明还可以应用于各种功率转换器，包含隔离式功率转换器，例如全桥式转换器、半桥式转换器、正激式转换器、反激式转换器和/或类似物；非隔离式功率转换器，例如降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器和/或类似物；谐振转换器，例如LLC谐振转换器和/或类似物。下文将参照附图详细解释各种实施例。
[0024]图1说明根据本发明的各种实施例的功率转换器的方块图。功率转换器100包含功率级102和控制级104。控制级104通过多个栅极驱动信号耦合到功率级102。
[0025]功率级102可以是全桥式转换器、半桥式转换器、正激式转换器、反激式转换器、降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、谐振转换器、线性调节器和/或类似物。
[0026]如图1所示，控制级104检测来自功率转换器100的输入端以及功率转换器100的输出端这两者的信号。另外，基于所检测到的信号，控制级104可以产生多个栅极驱动信号，这些栅极驱动信号如图1所示被馈送到功率级102中。栅极驱动信号用以控制功率级102的切换元件(未示出)。因此，功率转换器100的输出电压可以响应于不同栅极驱动信号而改变。
[0027]应注意，虽然图1示出控制级104可以检测功率转换器100的输入，例如VIN，以及功率转换器100的输出，例如V0，但是控制级104可以基于功率转换器100的输入或输出产生栅极驱动信号。举例来说，控制级104可以仅仅检测功率级102的输入端处的信号并且基于前馈控制机制产生栅极驱动信号。另一方面，控制级104可以仅仅检测功率级102的输出端处的信号并且基于反馈控制机制产生栅极驱动信号。
[0028]总之，控制级104可以基于前馈控制方案、反馈控制方案、其任何组合和/或类似物产生栅极驱动信号。
[0029]栅极驱动信号可以确定各种功率转换器参数，例如占空比、相位、切换频率、其任何组合以及类似物。举例来说，在例如降压转换器的非隔离式切换式调节器中，功率转换器100的输出电压可以响应于占空比的变化而改变，占空比由栅极驱动信号确定。此外，在移相桥式转换器中，相位变化可以导致输出电压变化。而且，在例如LLC谐振转换器的谐振转换器中，谐振转换器的切换频率的变化可以导致LLC谐振转换器的输出端处的电压变化。上文描述的功率转换器控制特征在本领域中是熟知的，并且因此不进行进一步详细论述以避免重复。
[0030]根据一些实施例，阻尼增益控制机制由控制级104使用。具体来说，控制级104可以在紧密控制回路下从其目标值增加或减少功率级102的控制变量(例如，占空比、相位和/或切换频率)。举例来说，在紧密控制回路下，响应于输入电压，功率级102可以在经紧密控制的占空比下操作以便维持稳压输出。在阻尼增益控制方案下，功率级102