专利名称：Dc/dc转换器中的缓冲电容器复位的制作方法
技术领域：
在本文中所描述的内容大致涉及DC/DC转换器，并且更具 体地涉及这样一种DC/DC转换器，其带有有所减少的电压过沖 (o vershoot)和有所减少的开关损*毛。
背景技术：
DC/DC转换器接收一个DC电压作为输入而产生另 一个DC 电压作为输出。许多DC/DC转换器通过以下方式来运行在一个较 短的时段内施加一个跨(across)感应器或变压器的DC电压，其导致能 量储存，其后移去或切断所施加的DC电压，其使得所储存的能量被 传递至输出。控制DC/DC转换器的开关的定时(timing)，以如所需地 调节(regulate)输出电压。当在升压模式(boost mode)中运行时，DC/DC 转换器生成比输入电压高的输出电压。当在降压模式(buckmode)中运 行时，DC/DC转换器生成低于或等于输入电压的输出电压。尽管现有技术包含许多不同的DC/DC转换器的构造，但是 在编号7,106,605的美国专利中所公开的DC/DC转换器是有代表性 的。该具体的DC/DC转换器使用跨其输出二极管中的两个输出二极 管的緩冲电容器(snubber capacitor)。在该DC/DC转换器的运行期间， 储存在这些緩沖电容器中的能量可导致不希望的开关损耗。
发明内容
DC/DC转换器的一种实施例包括用于DC输入电压的第一 低节点(low node)和第二低节点、用于DC输出电压的第一高节点(high node)和第二高节点、具有初级线圏和次级线圈的变压器、联接在初级 线圈的第一端部和第二低节点之间的第一开关、联接在初级线圈的第二端部和第二低节点之间的第二开关、联接在第 一 高节点和次级线圏 的第 一端部之间的第 一开关二极管元件、联接在第 一 高节点和次级线 圈的第二端部之间的第二开关二极管元件、联接在次级线圏的第 一端 部和第二高节点之间的第三开关二极管元件以及联接在次级线圈的
第二端部和第二高节点之间的第四开关二极管元件。DC/DC转换器还 包括联接在第 一 高节点和次级线圈的第二端部之间的第 一电容元件 (capacitance element)以及联接在次级线圈的第二端部和第二高节点之 间的第二电容元件。DC/DC转换器还包括联接至第 一开关、第二开关、 第一开关二极管元件、第二开关二极管元件、第三开关二极管元件和 第四开关二极管元件的开关控制器。开关控制器配置成在DC/DC转
换器的降压运行模式期间控制第 一 电容元件和第二电容元件的通过 次级线圈的放电(discharging)。此外，提供了控制DC/DC转换器的方法，其中，DC/DC转 换器包括联接在初级变压器线圏的第 一端部和低节点之间的第 一开 关、联接在初级变压器线圈的第二端部和该低节点之间的第二开关、 联接在次级变压器线圈的第一端部和第一高节点之间的第一开关二 极管、联接在次级变压器线圈的第二端部和第一高节点之间的第二开 关二极管、联接在次级变压器线圈的第一端部和第二高节点之间的第 三开关二极管、联接在次级变压器线圈的第二端部和第二高节点之间 的第四开关二极管、与第二开关二极管并行的第 一 电容元件以及与第 四开关二极管并行的第二电容元件。该方法包括探测与DC/DC转换 器的轻载/无载降压运行模式相对应的工况(conditions)，并响应于该探 测步骤，控制第一开关、第二开关、第一开关二极管、第二开关二极 管、第三开关二极管和第四开关二极管的状态，以促进第一电容元件 和第二电容元件的通过次级线圈而进行的放电。此外，提供了在降压运行模式期间控制DC/DC转换器的方 法的实施例。DC/DC转换器包括联接在初级变压器线圏的第一端部和 低节点之间的第一开关、联接在初级变压器线圈的第二端部和该低节点之间的第二开关、联接在次级变压器线圈的第 一端部和第 一 高节点 之间的第 一开关二极管、联接在次级变压器线圈的第二端部和第 一 高 节点之间的第二开关二极管、联接在次级变压器线圈的第 一端部和第 二高节点之间的第三开关二极管、联接在次级变压器线圏的第二端部 和第二高节点之间的第四开关二极管、与第二开关二极管并行的第一
电容元件以及与第四开关二极管并行的第二电容元件。该方法包括 在第一放电持续时间(discharge period)的开始处，闭合第一开关以使得 第一电容元件和第二电容元件能够通过次级线圏放电；在第一放电持 续时间期间，维持第一开关处于其闭合状态中，维持第二开关处于其 闭合状态中，维持第一开关二极管处于其短路状态中，维持第二开关 二极管处于其二极管状态中，维持第三开关二极管处于其二极管状态 中，而维持第四开关二极管处于其二极管状态中；并且，在第一放电 持续时间结束时，将第二开关二极管切换至其短路状态。提供该发明内容简介目的在于以简化的形式来引入概念的 选集，这些概念将下面的详细描述中作进一步描述。该简介既不意在 确认所要求的权利的关键特征或者本质特征，也不意图被用于帮助确 定所要求的主题的范围。
在下文中将结合下列附图描述本发明的至少 一个实施例，
其中类似的标号表明类似的元件，并且图1是DC/DC转换器的一种实施例的图示；图2是DC/DC转换器的一种实施例的电路图；而图3是与图2中所示的DC/DC转换器对应的开关定时图，
该DC/DC转换器在轻载/无载降压模式(light/no load buck mode)中运行。
具体实施方式
下列详细描述在本质上仅仅是示范性的，并且不意在限制 本发明或者本申请及本发明的使用。此外，并不意在受到任何出现在 前述技术领域、背景、发明内容简介或者以下的详细描述中的明示或 暗示的理-沦的约束。在本文中可以从功能和/或逻辑块部件及各种加工工序的方 面来描述技术和工艺。应该明白的是，可以通过被配置成用于实现指 定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现这种块部件。例 如，系统或部件的实施例可以使用各种集成电路部件，比如存储器元 件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，它们在一个或多个 微处理器或者其它控制装置的控制下可实现多种功能。此外，本领域 中的技术人员将明白的是，可以结合任何数量的数据传输协议来实行 实施例，并且，在本文中所描述的系统仅仅是一个适当的实例。为了简洁，在本文中将不详细描述与系统(以及系统的单独 运行部件)的DC/DC转换、基于晶体管的开关(transistor-based switch)、 二极管电桥(diode bridge)、开关控制器和其它功能方面相关的传统技 术。而且，此处所包含的各个附图中所示的连接线意在表示各个元件 之间的示例性的功能关系和/或物理联接。应该注意的是，在本主题的 实施例中可出现许多备选的或者额外的功能关系或物理连接。在此处被使用时，"节点"可表示任何的内参考点或外参 考点、连4妾点(connectionpoint)、交叉点(junction)、 4言号线、 <专导元<牛 等等，给定的信号、逻辑电平、电压、数据模式(datapattern)、电流或 者量出现在其上。而且，通过一个物理元件可以实现两个或多个节点 (并且，两个或多个信号可被复用，调制，或^皮加以区别——即使其在 公共模式下被输出或接收)。下列描述将提到被"连接"或被"联接"在一起的元件或 节点或特征。在本文中被使用时，除非明确地另作声明，否则，被"连 接"意味着元件/节点/特征被直接地联结(join)至另 一个元件/节点/特征 (或者直接地与另一个元件/节点/特征相通)，并且，不一定是以机械的
ii方式。同样地，除非明确地另有陈述，否则，被"联接"意味着元件 /节点/特征被直接地或间接地联结至另 一个元件/节点/特征(或者，直接 地或间接地与另一个元件/节点/特征相通)，并且，不一定是以机械的 方式。因此，尽管图2中所示的示意图描绘了元件的一种可能的布置， 但是，在所述的主题的实施例中也可出现额外的介入的元件、装置、 特征或部件。图1是DC/DC转换器100的实施例的图示。DC/DC转换器 100通常包括变压器和开关电路102以及联接至变压器和开关电路 102的开关控制器104。变压器和开关电路102适宜地配置成用于接 收DC电压(Vux)并响应于Vlo而生成DC电压(V一。 DC/DC转换器 100能够以双向的方式运行，以把相对较低的电压转换成相对较高的 电压(升压模式)或把相对较高的电压转换成相对较低的电压(降压模式)。在适合于连同电动车辆或混合电动车辆使用的典型应用 中，VL0大约为10伏特至12伏特，而VHI大约为250伏特至350伏 特(对于升压运行模式)。如下面通过参考图2所更详细描述的，变压 器和开关电路102包括多种电气部件，其被布置在适当的拓朴结构和 配置中。这些电气部件可包括但不限于电感元件；基于晶体管的开 关；变压器；电容元件；以及导电的迹线(traces)、互连、和/或节点。 变压器和开关电路102自开关控制器104处接收若干个开关控制信 号。为了与图2—致，将这些开关控制信号标记为Ql5 Q2, SP S2, S3和S4，并且，各个开关控制信号控制其各自的开关部件的状态。对 于本实施例，控制信号Q!和控制信号Q2与变压器及开关电路102的 第一输入开关和第二输入开关对应。用于Q!或Q2的相对较高的电平 使得相应的开关闭合(即，短路)，而用于Q!或Q2的相对较低的电平
导致相应的开关断开。对于本实施例，控制信号Sp S2， S3和S4对应
于变压器和开关电路102的四个开关二极管元件。用于Sp S2, S3或 S 4的相对较高的电平使得相应的开关二极管元件起短路的作用(function as a short),而用于St， S2， S3或S4的相对较低的电平致使相 应的开关二极管元件起二极管的作用(fimction as a diode)。开关控制器104适宜地配置成用以在DC/DC转换器100的 运行期间生成开关控制信号Qp Q2, S,， S2， S3和S4。可以通过被设 计用于执行本文中所述功能的通用处理器、按内容寻址的存储器、数 字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编 程的逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件，或者它们的任 何组合来实现或执行开关控制器104。处理器可实现为微处理器、控 制器、微控制器或者状态机。也可将处理器实施为计算装置的组合， 例如数字信号处理器与微处理器的组合、多个微处理器、与数字信号 处理器核联合的一个或多个微处理器，或者任何其它的此种构造。实际上，开关控制器104监控输出工况(由图1中的反馈通 道106来表示)以确定用于变压器和开关电路102的开关模式 (switchingpattems)和开关定时。在这点上，开关控制器104能够对相 对较高的VHI电压本身和/或相关联的电流进行监控以探测所希望的 DC/DC转换器100的运行模式。对于本实施例，开关控制器104能够 探测对应于(或表示)升压运行模式或降压运行模式的工况。而且，开 关控制器104适宜地配置成用以^:测轻载或无载工况，即，这样的工 况，在该工况中，与Vm相关联的负载消耗很少的电流或者不消耗电 流。特别地，开关控制器104能够探测与DC/DC转换器100的轻载/ 无载降压运行模式相对应的工况。响应于的这种轻载/无载降压运行模 式的探测，开关控制器104控制变压器和开关电路102,以致它运行 在降压模式中，同时，还控制緩冲电容元件的放电，以减少电压过冲 和开关损耗。图2是DC/DC转换器200的 一种实施例的电路图(为简单起 见，在图2中未示出相关联的开关控制器)。可将图2中所描绘的电路 使用在DC/DC转换器IOO(图l)的范围中。DC/DC转换器200的该实 施例包括但不限于第一低节点202;第二低节点204;第一高节点206;第二高节点208;第一电感元件(标记为Ll);第二电感元件(标 记为L2);第一开关210;第二开关212;变压器214;第一开关二极 管元件216;第二开关二极管元件218;第三开关二极管元件220;第 四开关二极管元件222;第一电容元件(标记为Cl);以及第二电容元 件(标记为C2)。变压器214包括初级线圈224和协同操作的次级线圈 226。在图2中，在初级线圏224—侧上的部件可^皮i人为是DC/DC转 换器200的输入(或输出)电路而在次级线圈226 —侧上的部件可被视 为DC/DC转换器200的输出(或输入)电路。将相对较低的DC电压(Vu))定义成跨第一低节点202和第 二低节点204,而将相对较高的DC电压(Vm)定义成跨第一高节点206 和第二高节点208。如上面所描述的，Vm是由DC/DC转换器200响 应于Vu)而生成的。电感元件Ll联接在第一低节点202和与初级线 圈224的第一端部对应的节点228之间。对于所图示的实施例，电感 元件L1直接地连接在第一低节点202和节点228之间。电感元件L2 联接在第一低节点202和与初级线圈224的第二端部对应的节点230 之间。对于所图示的实施例，电感元件L2直接地连接在第一低节点 202和节点230之间。电感元件Ll和电感元件L2所提供的电感的量 随实施例不同而不同。对于电动牵引系统或者混合电动牵引系统中的 典型配置，电感元件L1和电感元件L2中的每一个电感元件都具有在 大约5.0pH的范围中的电感。第一开关210联接在节点228和第二低节点204之间，而 第二开关212联接在节点230和第二低节点204之间。对于所图示的 实施例，第一开关210直接地连接在节点228和第二低节点204之间， 而第二开关212直接地连接在节点230和第二低节点204之间。尽管 在图2中第一开关210和第二开关212被描绘成N型MOSFET装置， 但在这方面，DC/DC转换器200的实施可使用其它的基于晶体管的开 关。第一开关210的晶体管门接收开关控制信号Qp而第二开关212的晶体管门接收开关控制信号Q2(见图1)。对于本特定实施例，
开关控制信号Q！的相对较高的电平致使第一开关210闭合，有效地将 节点228和第二低节点204短接到一起，而开关控制信号Q！的相对较 低的电平致使第一开关210断开，有效地在节点228和第二低节点204
之间产生开路。通过开关控制信号Q2以相类似的方式来控制第二开关
212。第一开关二极管元件216联接在第一高节点206和与次级 线圏226的第一端部对应的节点232之间。对于所图示的实施例，第 一开关二极管元件216直接地连接在第一高节点206和节点232之间。 图2描绘了漏电感(标记为L3)，其代表次级线圈226的漏电感。出于 该描述的目的，漏电感L3 ^皮-f见为次级线圏226的积分特性(integral characteristic)。与电感元件L1和电感元件L2的电感相比，该漏电感 相对较小。对于本特定的实施例，第一开关二极管元件216(以及 DC/DC转换器200中的其它开关二极管元件)包括与二极管并行的开 关。可将该开关实现为基于晶体管的开关，例如，如在图2中所示的 NPN双极型结型晶体管(BJT)。当然，在这方面，DC/DC转换器200 的实施例可以使用其它的基于晶体管的开关。在此，二极管的阴极 (cathode)联接到BJT的集电极(collector)上，而二极管的阳极(anode) 联接到BJT的发射极(emitter)上。第一开关二极管元件216的BJT的 基极(base)接收开关控制信号S"见图1)。对于本特定的实施例，开关 控制信号S,的相对较高的电平致使BJT开关闭合,有效地将第一高节 点206和节点232短路到一起，而开关控制信号S！的相对较低的电平 致使BJT开关断开，这有效地在第一高节点206和节点232之间插入 二极管以防止跨过二极管从第一高节点206流到节点232的电流。因 此，取决于开关控制信号S!的状态，第一开关二极管元件216将起二 极管的作用或起短路的作用。第二开关二极管元件218联接在第一高节点206和与次级线圈226的第二端部对应的节点234之间。对于所图示的实施例，第 二开关二极管元件218直接地连接在第 一 高节点206和节点234之间。 对于本特定的实施例，第二开关二极管元件218包括与二极管并行的 开关。可将该开关实现为基于晶体管的开关，例如，如在图2中所示 的BJT。当然，在这方面，DC/DC转换器200的实施例可以使用其它 的基于晶体管的开关。这里，二极管的阴极联接到BJT的集电极上， 而二极管的阳极联接到BJT的发射极上。第二开关二极管元件218的 BJT的基极接收开关控制信号S2(见图1)。对于本特定的实施例，开关 控制信号S2的相对较高的电平致使BJT开关闭合，其有效地将第一高 节点206和节点234短路到一起，而开关控制信号S2的相对较低的电 平致使BJT开关断开，其有效地在第一高节点206和节点234之间插 入二极管以防止从第一高节点206跨过该二极管流到节点234的电 流。因此，取决于开关控制信号S2的状态，第二开关二极管元件218 将起二极管的作用或者短路的作用。第三开关二极管元件220联接在节点232和第二高节点208 之间。对于所图示的实施例，第三开关二极管元件220直接地连接在 节点232和第二高节点208之间。对于本特定的实施例，第三开关二 极管元件220包括与二极管并行的开关。可将开关实现为基于晶体管 的开关，例如在图2中所示的BJT。当然，在这方面，DC/DC转换器 200的实施例可以使用其它的基于晶体管的开关。这里，二极管的阴 极联接至BJT的集电极，而二极管的阳极联接至BJT的发射极。第三 开关二极管元件220的BJT的基极接收开关控制信号S"见图1)。对 于本特定的实施例，开关控制信号S3的相对较高的电平致使BJT开关 闭合，有效地使节点232和第二高节点208短路到一起，而用于开关 控制信号S3的相对较低的电平致使BJT开关断开，有效地在节点232 和第二高节点208之间插入二极管以防止电流跨过该二极管而从节点 232流到第二高节点208。因此，取决于开关控制信号S3的状态，第 三开关二极管元件220将起二极管的作用或起短路的作用。
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第四开关二极管元件222联接在节点234和第二高节点208 之间。对于所图示的实施例，第四开关二极管元件222直接地连接在 节点234和第二高节点208之间。对于本特定的实施例，第四开关二 极管元件222包括与二极管并行的开关。可将开关实现为基于晶体管 的开关，例如，在图2中所示的BJT。当然，在本文中，DC/DC转换 器200的实施可以使用其它的基于晶体管的开关。这里，二极管的阴 极联接至BJT的集电极，而二极管的阳极联接至BJT的发射极。第四 开关二极管元件222的BJT的基极接收开关控制信号S4(见图1)。对 于本特定的实施例，开关控制信号S4的相对较高的电平致使BJT开关 闭合，其有效地短路节点234和第二高节点208至一起，而用于开关 控制信号S4的相对较低的电平致使BJT开关断开，有效地在节点234 和第二高节点208之间插入二极管以防止从节点234跨过该二极管到 第二高节点208的电流。因此，取决于开关控制信号S4的状态，第四 开关二极管元件222将起到二极管或短路的作用。第一电容元件Cl联接在第一高节点206和节点234之间。 换句话说，第 一 电容元件C1与第二开关二极管元件218并行(parallel)。 在所图解的实施例中，第一电容元件Cl直接地连接在第一高节点206 和节点234之间。相类似地，第二电容元件C2联接在节点234和第 二高节点208之间。换句话说，第二电容元件C2与第四开关二极管 元件222并行。在所图解的实施例中，第二电容元件C2直接地连接 在节点234和第二高节点208之间。电容元件C1和电容元件C2所提 供的电容量将随实施例变化而变化。对于在电动牵引系统或者混合电 动牵引系统中的典型配置而言，电容元件C1和电容元件C2中的每一 个电容元件都具有在大约O.OlpF到大约0.10|uF的范围中的电容。再次参考图1，开关控制器104适宜地配置成用于生成与所 希望的开关模式相应的开关控制信号Q,， Q2, Sl5 S2, S3和S4以支持 DC/DC转换器200的运行。在这点上，以与开关控制信号Qp Q2，
Sp S2, S3和S4至其各自的开关元件的传递相适应的方式，将开关控制器104联接至第一开关210、第二开关212、第一开关二极管元件 216、第二开关二极管元件218、第三开关二极管元件220和第四开关 二极管元件222。当DC/DC转换器200在升压模式中运行时，开关控 制器104控制和调节相对较低的DC电压至相对较高的DC电压的升 压。当DC/DC转换器200在降压模式中运行时，开关控制器104控 制和调节相对较高的DC电压至相对较低的DC电压的降压。如在下 面更详细所描述的那样，开关控制器104还适宜地配置成用于支持轻 载/无载降压运行模式，在该模式期间，开关控制器104控制第一电容 元件C1和第二电容元件C2通过次级线圈226的放电。实际上，开关 控制器104适宜地配置成通过在其控制下有选择地促动开关部件而如 所需地调节感应能量(inductive energy)的储存和释放(其与第一输入电 感元件Ll和第二输入电感元件L2相关联)。 DC/DC转换器200在不同的运行^t式下使用第一电容元件 Cl和第二电容元件C2。在升压运行模式下，第二开关二极管元件218 和第四开关二极管元件222切断，即，它们都被设定成起二极管的作 用。对于在升压运行模式期间的轻载/无载工况，第一开关二极管元件 216,第三开关二极管元件220,第一电容元件Cl,以及第二电容元 件C2形成半桥电路，其提供低反向能量流以保持DC输出电压受调 节。在升压运行模式期间，电容元件C1和电容元件C2还为第一开关 210和第二开关212提供过冲保护。在降压运行模式下，第一电容元件Cl和第二电容元件C2 为第二开关二极管元件218和第四开关二极管元件222提供软开关。 值得注意地，在轻载工况和无载工况下，第一电容元件Cl和第二电 容元件C2被复位(reset)(即，至少部分地放电)，以避免在第二开关二 极管元件218和第四开关二极管元件222上的高损^^。为此，在本文 中所描述的控制技术在放电持续时间期间在第 一开关二极管元件216 或第三开关二极管元件220为短路的同时使用第一开关210和第二开 关212来有效地短^^变压器214从而复位第一电容元件Cl和第二电容元件C2。当第一开关二极管元件216或者第三开关二极管元件220 短路的时侯，变压器214的短路提供了电流路径，以通过漏电感L3 对第一电容元件Cl和第二电容元件C2进行充电和放电。在该复位过 程期间，变压器漏电感L3限制充电电流和放电电流。当第一开关二 极管元件216或者第三开关二极管元件220被关断(即，被设定成起二 极管的作用)时在该复位过程的期间在漏电感L3中的附加的能量将被 返回以生成DC输出电压。下面将参考图3描述电容器的复位的方法，该图3是与运 行在轻载/无载降压模式中的DC/DC转换器200相对应的开关定时图 表。图3在公共的水平的时间轴上描绘了用于DC/DC转换器200的 开关控制信号(开关控制信号Q,， Q2， Sn S2， S3和S4)。当开关控制 信号为高时，相应的开关部件闭合；当开关控制信号为低时，相应的 开关部件断开。在这点上，对于开关二极管元件中的每个开关二极管 元件而言，闭合状态表示这样的状态，在该状态中，相应的开关二极 管元件被设定成起短路作用，而断开状态表示相应的开关二极管元件 被设定成起二极管作用的状态。图3大致地描绘了用于支持轻载/无载降压运行模式的开关 定时。取决于诸如晶体管的上升/下降时间、电路中的寄生电容、被驱 动的负载等等的因素，实际的切换时间(switchingperiods)、断开/闭合 开关持续期(switch durations)和其它的定时参数将随实施例变化而变 化。在适合于与混合电动车辆或电动车辆的牵引系统一起使用的一种 配置中，切换时间为大约100毫微秒。在图3中描绘了三个放电状态 和对应的放电持续时间；实际上，可如所需地在整个轻载/无载降压模 式中重复该开关模式(switching pattem)。最左边的阴影区域表示第一 放电状态302，中间的阴影区域表示第二放电状态304，而最右边的 阴影区域代表第三放电状态306。对于本实施例，第一放电状态302 和第三放电状态306的每一个都与各自的这样的时间^殳对应，在该时 间段期间第一开关210闭合；第二开关212闭合；第一开关二极管
19元件216设定成起短路的作用；第二开关二极管元件218设定成起二 极管的作用；第三开关二极管元件220设定成起二极管的作用；而第 四开关二极管元件设定成起二极管的作用。在第一放电持续时间的起 点处(以及在第三放电持续时间的起点处)，开关控制器104闭合第一 开关210以使得第一电容元件Cl和第二电容元件C2通过次级线圈 226的放电成为可能。对于第一力欠电状态302的持续期(duration)和对 于第三放电状态306的持续期，开关部件维持在其各自的状态中。在 第 一放电持续时间的终点(以及在第三放电持续时间的终点)，开关控 制器104将第二开关二极管元件218切换至其短路状态。对于本实施例，第二^:电状态与这样的时间^:对应，在该 时间段期间第一开关210闭合；第二开关2i2闭合；第一开关二极 管元件216设定成起二极管的作用；第二开关二极管元件218设定成 起二极管的作用；第三开关二极管元件220设定成起短路的作用；而 第四开关二极管元件222设定成起二极管的作用。在第二放电持续时 间的起点处，开关控制器104闭合第二开关212,以使得第一电容元 件Cl和第二电容元件C2可通过次级线圈226放电。对于第二放电状 态304的持续期，维持开关部件在其各自的状态中。在第二放电持续 时间的终点处，开关控制器104将第四开关二极管元件222切换至其 短路状态。开关控制器104建立放电前状态(pre-discharge state),其直 接地位于第一放电状态302之前。如图3中所示的那样，该放电前状 态与这样的时间段对应，在该时间段期间第一开关210断开；第二 开关212闭合；第一开关二极管元件216设定成起短路的作用；第二 开关二极管元件218设定成起二极管的作用；第三开关二极管元件220 设定成起二极管的作用；而第四开关二极管元件222设定成起二极管 的作用。该放电前状态的终点对应于第一放电状态302的起点，即， 在第一开关210从其断开状态转变至其闭合状态之时。相同的放电前 状态直接地在第三》欠电状态306之前发生。
开关控制器104建立直接地跟随着第一放电状态302的放 电后状态(post-discharge state)。如图3中所示，该放电后状态与这样 的时间^欧对应，在该时间^度期间，第一开关210闭合；第二开关212 闭合；第一开关二极管元件216设定成起二极管的作用；第二开关二 极管元件218设定成起短路的作用；第三开关二极管元件220设定成 起二极管的作用；而第四开关二极管元件222设定成起二极管的作用。 该放电后状态的起点对应于第一放电状态302的终点，即，在第一开 关二极管元件216从其短路状态转变至其二极管状态且当第二开关二 极管元件218从其二极管状态转变至其短路状态之时。相同的放电后 状态紧接着在第三放电状态306之后发生。此外，开关控制器104直接地在第二放电状态304之前建 立放电前状态。如图3中所示，该放电前状态与这样的时间段对应， 在该时间段期间第一开关210闭合；第二开关212断开；第一开关 二极管元件216设定成起二极管的作用；第二开关二极管元件218设 定成起二极管的作用；第三开关二极管元件220设定成起短路的作用； 而第四开关二极管元件222设定成起二极管的作用。该放电前状态的 终点对应于第二放电状态304的起点，即，在第二开关212从其断开 状态转变至其闭合状态之时。此外，开关控制器104直接地在第二^:电状态304之后建 立放电后状态。如在图3中所描绘的那样，该放电后状态与这样的时 间段对应，在该时间段期间第一开关210闭合；第二开关212闭合； 第一开关二极管元件216设定成起二极管的作用；第二开关二极管元 件218设定成起二极管的作用；第三开关二极管元件220设定成起二 极管的作用；而第四开关二极管元件222设定成起短路的作用。该放 电后状态的起点对应于第二放电状态304的终点，即，当第三开关二 极管元件220自其短路状态转变至其二极管状态且当第四开关二极管 元件222自其二极管状态转变至其短路状态之时。上面所描述的电容器的复位步骤和开关技术允许第一电容元件Cl和第二电容元件C2通过变压器226放电(第一开关210和第 二开关212的短路反映到次级线圈226上从而有效地建立从节点234 到漏电感L3的端部的直接传导路径)。更具体地，在第一放电状态302 期间，第一电容元件Cl可经由第一开关二极管元件216所产生的短 路路径而通过次级线圏226放电。稍后当第二开关二极管元件218被 切换到其短路状态时，第一电容元件Cl已经被放电，这消除了通过 第二开关二极管元件218的开关损耗。类似地，在第二放电状态304 期间，第二电容元件C2可经由第三开关二极管元件220所产生的短 路路径通过次级线圈226放电。稍后当第四二极管元件222被切换至 其短路状态时，第二电容元件C2已经被放电，这消除了通过第四开 关二极管元件222的开关损耗。相反地，通过第二开关二极管元件218 和第四开关二极管元件222来进行电容器的放电的传统方法是效率低 的且导致高的损耗。尽管已经在前面的详细描述中介绍了至少 一个示范性的实 施例，但是应该明白的是，存在大量的变型。还应该明白的是，该一 个或多个示范性的实施例仅仅是作为例子，而并不意在以任何方式限 制本发明的范围、适应性或构造。相反，前面的详细描述将给本领域 技术人员提供用于实施一个或多个示范性实施例的方便的说明。应该 理解的是，可以对元件的功能和布置作各种改变，而不会偏离如在所 附权利要求和它的法律等价物中所提出的本发明的范围。
权利要求
1. 一种DC/DC转换器，其包括用于低DC电压的第一低节点和第二低节点；用于高DC电压的第一高节点和第二高节点；具有初级线圈和次级线圈的变压器；联接在所述初级线圈的第一端部和所述第二低节点之间的第一开关；联接在所述初级线圈的第二端部和所述第二低节点之间的第二开关；联接在所述第一高节点和所述次级线圈的第一端部之间的第一开关二极管元件；联接在所述第一高节点和所述次级线圈的第二端部之间的第二开关二极管元件；联接在所述次级线圈的所述第一端部和所述第二高节点之间的第三开关二极管元件；联接在所述次级线圈的所述第二端部和所述第二高节点之间的第四开关二极管元件；联接在所述第一高节点和所述次级线圈的所述第二端部之间的第一电容元件；联接在所述次级线圈的所述第二端部和所述第二高节点之间的第二电容元件；以及联接至所述第一开关、所述第二开关、所述第一开关二极管元件、所述第二开关二极管元件、所述第三开关二极管元件和所述第四开关二极管元件的开关控制器，所述开关控制器配置成用于在所述DC/DC转换器的降压运行模式期间控制所述第一电容元件和所述第二电容元件通过所述次级线圈的放电。
2. 根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，所述DC/DC转换器还包括联接在所述第 一 低节点和所述初级线圏的所述第 一 端部之间的第一电感元件；以及联接在所述第 一 低节点和所述初级线圈的所述第二端部之间的第二电感元件。
3. 根据权利要求2所述的DC/DC转换器，其特征在于，所述开关控制器配置成通过所述第一开关和所述第二开关的受控的促动来调节与所述第一电感元件及所述第二电感元件相关联的感应能量的储存和释放。
4. 根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，所述开关控制器配置成用于控制所述第一电容元件和所述第二电容元件通过所述变压器的漏电感的放电。
5. 根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立放电状态，在所述放电状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
6. 根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立直接地在所述放电状态之前的放电前状态，在所述放电前状态期间，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
7. 根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立直接地在所述放电状态之后的放电后状态，在所述放电后状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
8. 根据权利要求l所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立放电状态，在所述放电状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起短路的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
9. 根据权利要求8所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立直接地在所述放电状态之前的放电前状态，在所述放电前状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起短路的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
10. 根据权利要求8所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述降压运行模式期间，所述开关控制器配置成用于建立直接地在所述放电状态之后的放电后状态，在所述放电后状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起短路的作用。
11. 一种控制DC/DC转换器的方法，所述DC/DC转换器包括联接在初级变压器线圈的第一端部和低节点之间的第一开关、联接在所述初级变压器线圈的第二端部和所述低节点之间的第二开关、联接在次级变压器线圏的第一端部和第一高节点之间的第一开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圈的第二端部和所述第一高节点之间的第二开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圏的所述第一端部和第二高节点之间的第三开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圈的所述第二端部和所述第二高节点之间的第四开关二极管元件、与所述第二开关二极管元件并行的第一电容元件以及与所述第四开关二极管元件并行的第二电容元件，所述方法包括探测与所述DC/DC转换器的轻载/无载降压运行模式对应的工况；以及响应于所述探测步骤，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第一开关二极管元件、所述第二开关二极管元件、所述第三开关二极管元件和所述第四开关二极管元件的状态，以便于所述第一电容元件和所述第二电容元件通过所述次级线圈的放电。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立放电状态，在所述放电状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立直接地在所述放电状态之前的放电前状态，在所述放电前状态期间，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立直接地在所述放电状态之后的放电后状态，在所述放电后状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起短路的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
15. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立放电状态，在所述放电状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起短路的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立直接地在所述放电状态之前的放电前状态，在所述放电前状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起短路的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起二极管的作用。
17. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括建立直接地在所述放电状态之后的放电后状态，在所述放电后状态期间，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述第一开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第二开关二极管元件设定成起二极管的作用，所述第三开关二极管元件设定成起二极管的作用，而所述第四开关二极管元件设定成起短路的作用。
18. —种在降压运行模式期间控制DC/DC转换器的方法，所述DC/DC转换器包括联接在初级变压器线圈的第一端部和低节点之间的第一开关、联接在所述初级变压器线圈的第二端部和所述低节点之间的第二开关、联接在次级变压器线圈的第一端部和第一高节点之间的第一开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圈的第二端部和所述第一高节点之间的第二开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圏的所述第一端部和第二高节点之间的第三开关二极管元件、联接在所述次级变压器线圈的所述第二端部和所述第二高节点之间的第四开关二极管元件、与所述第二开关二极管元件并行的第一电容元件，以及与所述第四开关二极管元件并行的第二电容元件，所述方法包括在第 一放电持续时间的起点处，闭合所述第 一开关以使得所述第一电容元件和所述第二电容元件可通过所述次级线圈放电；在所述第一放电持续时间期间，维持所述第一开关处于其闭合状态，维持所述第二开关处于其闭合状态，维持所述第一开关二极管元件处于其短路状态，维持所述第二开关二极管元件处于其二极管状态，维持所述第三开关二极管元件处于其二极管状态，而维持所述第四开关二极管元件处于其二极管状态；以及在所述第一放电持续时间的终点处，切换所述第二开关二极管元件至其短路状态。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在第二放电持续时间的起点处，闭合所述第二开关以使得所述第一电容元件和所述第二电容元件可通过所述次级线圏放电；在所述第二放电持续时间期间，维持所述第一开关处于其闭合状态，维持所述第二开关处于其闭合状态，维持所述第一开关二极管元件处于其二极管状态，维持所述第二开关二极管元件处于其二极管状态，维持所述第三开关二极管元件处于其短路状态，而维持所述第四开关二极管元件处于其二极管状态；以及在所述第二放电持续时间的终点处，切换所述第四开关二极管元件至其短路状态。
全文摘要
本发明涉及在DC/DC转换器中的缓冲电容器复位。具体而言，提供了用于在轻载/无载降压运行模式期间控制缓冲电容的放电的DC/DC转换器及相关联的方法。用于DC/DC转换器的运行方法探测与轻载/无载降压运行模式对应的工况，并且响应于该模式的探测，控制第一开关、第二开关、第一开关二极管元件、第二开关二极管元件、第三开关二极管元件和第四开关二极管元件的状态，以便于第一电容元件和第二电容元件通过变压器的次级线圈放电。
文档编号H02M3/28GK101465603SQ200810184988
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者K·陈 申请人:通用汽车环球科技运作公司