专利名称：双向直流对直流转换器的软启动系统、方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电学领域，涉及一种双向直流对直流转换器的软启动系统、方法及装置。
背景技术：
先前技术并未揭示用于双向直流对直流转换器拓扑中的用于被动开关的软启动技术，其在启动/重设期间防止高的负瞬时电感器电流且因此避免损坏系统组件。
发明内容
本发明提供一种双向直流对直流转换器的软启动系统、方法及装置，用于解决双向直流对直流转换器在软启动时，产生负瞬时电感器电流的问题。在一态样中，本文中所揭示的系统及方法提供用于任何双向直流(DC)对直流转换器拓扑中的用于被动开关(例如，M0SFET)的经改良软启动技术，该经改良软启动技术在启动/重设期间防止高的负瞬时电感器电流且因此避免损坏系统组件。特别是，提供了脉宽调变器(PWM)控制器，其操作性地耦接到包括主动开关和被动开关的双向直流对直流转换器，其中该PWM控制器产生了在该主动开关的软启动期间软启动该被动开关的电信号。
图1说明提供用于双向转换器的经改良软启动技术的实例系统；图2说明具有改良的软启动的实例双向直流(DC)对直流减压式转换器；图3说明在混合电动车(HEV)及/或电动车(EV)系统中用于产生动力的实例系统；图4说明具有改良的软启动的实例双向直流对直流增压式(升压式)转换器；图5说明减少自转换器的输出流动至输入的负电流的实例两级隔离式双向直流对直流转换器；图6A及图6B分别说明用以控制被动开关的工作周期的实例软启动电路及该软启动电路中的各个节点处的信号波形；图7说明软启动一双向直流对直流转换器中的被动开关的实例系统；图8说明用于减少双向直流对直流转换器中的负瞬时电流的实例方法；及图9说明用于双向直流对直流转换器中的经改良软启动机制的实例方法。
具体实施例方式在结合附图考虑以下详细描述之后，本发明的众多态样、具体实例、目标及优点将为显而易见的，在附图中，相同参考符号始终指代相同零件。本文中所揭示的软启动技术可广泛用于各种产业(例如，工业自动化、汽车制造业等)中以减少直流(DC)对直流(直流对直流)转换器在启动时的输入涌入电流。典型地，本文中所揭示的系统及方法防止大的电流浪涌，电流浪涌可损坏电路，诸如依赖于稳定供电电压的金氧半导体场效晶体管(MOSFET)开关。为了避免破坏性的电流浪涌，本文中所揭示的软启动电路藉由使脉宽调变器(PWM)的工作周期线性增加来延迟转换器的完全启动直至转换器的输出达到所要操作位准(例如，稳态值)。此外，对于使用MOSFET而非续流二极管(freewheeling diode)的同步结构(例如，双向增压式转换器、双向减压式转换器、两级隔离式双向直流对直流转换器等)，本文中所揭示的系统及方法减少/防止大的负电流，大的负电流可损坏该系统，因为能量可在两个方向上流动。在一态样中，本文中所揭示的系统及方法提供用于任何双向直流对直流转换器拓扑中的用于被动开关(例如，M0SFET)的经改良软启动技术，该经改良软启动技术在启动/ 重设期间防止高的负瞬时电感器电流且因此避免损坏系统组件。参看图式描述发明主体， 其中相同参考数字始终用于指代相同组件。在以下描述中，为了达成阐述的目的，陈述众多特定细节以便提供对本创新的彻底理解。然而，可显而易见，发明主体可在无此等特定细节的情况下加以实践。在其它情况中，以方块图的形式展示熟知结构及器件以便促进描述本创新。此外，词语「例示性」在本文中用以意谓充当实例、例子或例示。本文中描述为「例示性」的任何态样或设计不必被理解为比其它态样或设计较佳或有利。而是，词语「例示性」的使用意欲以具体方式来呈现概念。如本申请案中所使用，术语「或」意欲意谓包括性 「或」而非独占式「或」。同样，除非另有指定或自上下文清楚看出，否则「X使用A或B」意欲意谓自然包括性排列中的任一者。亦即，若X使用A ;X使用B ；或X使用A及B，则在前述情况中的任一情况下满足「X使用A或B」。另外，如本申请案及所附申请专利范围中所使用，词「一」应大体被理解为意谓「一或多个」，除非另有指定或自上下文清楚看出是针对单数形式。另外，词语「耦接」在本文中用以意谓直接或间接的电耦接或机械耦接。最初，参看图1，说明根据本发明的一态样的提供双向转换器的经改良软启动技术的实例转换器控制系统100。具体的，系统100的一具体实例可处理启动期间的大的逆向瞬时电感器电流且防止该系统遭到损坏。系统100可实施至任何双向转换器拓扑以及任何两级同步转换器拓扑中，用于任何应用中，诸如(但不限于)工业系统、汽车制造系统、机器人、电信等。在具有MOSFET开关114的双向及/或同步结构中，能量可在两个方向上流动，从而在电力开启时引起大量负电流，且损坏系统。为了防止电力开启时的此等负浪涌，系统 100包括耦接至双向直流对直流转换器104的输入级110的软启动电路102。典型地，双向直流对直流转换器104可包括几乎任何双向拓扑，包括(但不限于)非隔离式及/或隔离式拓扑。在一实例中，非隔离式拓扑可包含(但不限于)降压式、升压式、降压-升压式、丘克(Cuk)及/或电荷泵转换器，其用于增压或电压反转。在另一实例中，隔离式拓扑可包含两级隔离式双向直流对直流转换器，诸如(但不限于)反激、正激、半桥式、全桥式及/或双全桥式拓扑。典型地，双向直流对直流转换器104的输入级110可包括藉由脉宽调变(PWM)信号产生器106所产生的PWM信号驱动的两个同步开关114，亦即，一主动开关及一被动开关 (关于图2及图4详细展示)。另外，该输入级可耦接至输出级112处的一输出电压。在一实例中，可藉由使用MOSFET来实施开关114。此外，在操作的连续导通模式(CCM)期间，在该被动开关为「切断」时，该主动开关为「接通」，且在该被动开关为「接通」时，该主动开关为 「切断」。另外，其间可存在一些「空载时间」，在空载时间期间，主动开关及被动开关均「切断」以防止电流击穿两个MOSFET 114。为了避免双向直流对直流转换器104中的负电流浪涌，系统100使用软启动电路102。此外，软启动电路102基于由PWM信号产生器106提供的PWM信号来产生一输出信号，该输出信号在启动期间控制被动开关的切换。举例而言，在电力开启时，软启动电路102调整被动开关的工作周期且使被动开关的工作周期自零逐渐地增加至一稳态。由于被动开关的工作周期以与主动开关的工作周期相同的方式逐渐地增加，因此双向直流对直流转换器104中的电感器电流平稳地改变，且防止大的逆向或瞬时电感器电流。可了解，虽然PWM信号产生器106及软启动电路102被描绘为驻留于单一集成电路(IC)芯片(亦即，控制器IC 108)内，但PWM信号产生器106及软启动电路102可驻留于多个IC上。另外，可了解，系统100的机械设计可包括不同组件选择、组件置放、尺寸、拓扑等以达成使被动开关的工作周期自零逐渐地增加至稳态的控制信号。此外，可了解，软启动电路102、双向直流对直流转换器104及PWM信号产生器106可包括几乎任何电路，该 (等)电路可包括具有任何合适值以便实施本创新的具体实例的组件及电路组件。此外，可了解，系统100可实施于一或多个集成电路(IC)芯片上。现参看图2，说明根据本说明书的一态样的具有改良的软启动的实例双向直流对直流减压式转换器200。减压式转换器典型地包括电感器(Lf) 214及控制该电感器的两个开关(例如，包含两个晶体管)。开关Ql 212及Q2 208可为MOSFET开关，如图2中所说明， 其中展示MOSFET的内接二极管。具体言的，该开关在将该电感器连接至源电压以将能量储存于电感器中与使该电感器放电至负载的间交替。在一实例中，开关Ql 212被称作「主动开关」，因为Ql 212为直流对直流转换器(单向及/或双向)的操作所需的切换组件。另外，Q2 208被称作「被动开关」，因为Q2208为仅在双向直流对直流转换器的操作期间才需要的可选切换组件(例如，可利用续流二极管而非被动开关来进行单向直流对直流转换器操作)。例示性转换器200用于软启动方法将为有利的各种组态中。在描绘于图2中的一例示性组态中，转换器的输入及输出连接至电池，其中输入电压高于输出电压。此外，输入级被称作高压侧(VH) 202，且输出级被称作低压侧(VL) 204。作为一实例，使用上述组态的双向转换器200可用于电动汽车中，其中VL(204)处的电池将由电动马达替换以推进车辆。另外，同步降压型双向转换器200包括与VH及VL并联的高侧电容器(CH)206、晶体管 (Q2)208及低侧电容器(CL) 2IO0晶体管(Ql)212及电感器(Lf) 214串联于CH 206的正端子与节点N的间及节点N与CL 204的正端子的间。在一具体实例中，Ql (212)及Q2 (208)为互补的开关，其中Ql (212)被定义为主动开关而Q2 (208)被定义为被动开关。此外，当Ql (212)被「接通」时，Q2 (208)「切断」，且当Ql (212)被「切断」时，Q2(208)被「接通」。电路的饱和及损坏可发生在(例如)藉由使用由PWM信号产生器106产生的PWM信号控制Ql (212)的工作周期而使Ql (212)的工作周期(例如)在启动时自零逐渐地增加至稳态时。因为Q2(208)的工作周期与Ql (212)的工作周期互补(例如，反向版本)，因此Q2Q08)的工作周期在软启动开始时将为几乎100%。 因此，电压VH-VL是以低工作周期(例如，每循环短时间地处于「接通状态」)施加至电感
6器Lf 014)，而电压VL是以高工作周期(例如，每循环长时间地处于「接通状态」)施加至电感器Lf^214)。最终，负电感器电流ILF快速增加，且电感器Lf^214)变成饱和的，使转换器经受大的不受控逆向电流的损坏。在一态样中，系统200所使用的软启动电路102可藉由控制Q2Q08)的工作周期而防止电感器的饱和。作为一实例，软启动电路102驱动被动开关且使被动开关Q2 (208)的工作周期自零逐渐地增加至一稳态值。此外，软启动电路102产生一输出信号，该输出信号最初使Q2(208)仅在Ql (212)为「切断」的时间的一部分内「接通」，且逐渐地增加Q2 (208) 保持「接通」的时间，直至Q2(2_在Ql为「切断」的所有或实质上所有时间内保持「接通」。 由于Q2Q08)的工作周期以与Ql (212)的工作周期相同的方式逐渐地增加，因此电感器电流ILF平稳地改变，且避免大的逆向电感器电流。可了解，电容器CH 206及CL 204可视应用而具有合适的电容值(或电容比)。 另外，电感器LF 214可视应用而具有几乎任何电感值。在一实例中，虽然开关Ql (212)及 Q2(208)经描绘为M0SFET，但本说明书不限于此且可使用几乎任何类型的开关。图3说明在混合电动车(HEV)及/或电动车(EV)系统中用于产生动力的实例系统300。在一态样中，200V至400V的高压电池堆栈310用作转换器控制系统中的输入级处的能量储存器，且12V的低压电池312连接至该转换器控制系统中的输出级。高压电池组 310的充电是经由连接至电动马达/发电机304的隔离式交流对直流转换器306来完成，而低压电池组312的充电是经由转换器控制系统100内的隔离式直流对直流转换器来完成。 考虑到高压电池组310的大波动，时常可将一前置调节器插入于低压电池312与转换器控制系统100内的隔离式直流对直流转换器的输入的间，使得变压器设计可为最佳化的。在一态样中，转换器控制系统100将不同DC电压总线连接起来且来回传送能量。 举例而言，转换器控制系统100可促进主电池中的高压(例如，200V至300V)至低压(例如，12V)的转换以便用在HEV中的电气设备中。在另一实例中，转换器控制系统100可促进电池电压(例如，300V至500V)的转换且将经转换的电压供应至HEV中的驱动马达。具体言的，转换器控制系统100确保藉由使用软启动电路来避免及/或实质上减少启动时的大的负电流浪涌，该软启动电路控制在转换器控制系统100中的主动开关的软启动期间转换器控制系统100的被动开关的工作周期。图4说明根据本发明的一态样的具有改良的软启动的实例双向直流对直流增压式(升压式)转换器400。增压式转换器400可为输出DC电压(VH) 404大于其输入DC电压(VL) 402的电力转换器。典型地，在输入及/或输出侧处可利用几乎任何DC源，诸如(但不限于)电池、太阳电池板、整流器、DC发电机等。典型地，系统400可用于各种应用中，诸如(但不限于)混合电动车(HEV)及/或照明系统。另外，开关Ql (212)及Q2Q08)可藉由利用几乎任何电路组件(诸如(但不限于)晶体管(例如，MOSFET))来实施。根据一态样，增压式转换器400的操作系基于电感器抵抗电流改变的趋向。此外， 当电感器LF214充电时，其储存能量，且当LF214放电时，其充当能量源。在放电阶段期间由LF214产生的电压随电流改变的速率而变，而非原始充电电压，因此允许不同的输入及输出电压。具体言的，当Q2Q08)「切断」(例如，断开)且QK212)「接通」(例如，闭合) 时，电感器电流增加。或者，当Q2Q08)「接通」(例如，闭合)且Ql (212)「切断」(例如， 断开)时，电感器中所累积的能量经由电容器CH 410放出。CN 102386755 A
说明书
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典型地，利用软启动技术来使主动开关Ql (212)的工作周期自零逐渐地增加至稳态。在软启动开始时，被动开关Q2Q08)的工作周期(例如，反向作用中工作周期)过大 (几乎100% )，且因此使用软启动电路102来防止大的负电感器电流。软启动电路102使 Q2(208)的工作周期自零逐渐地增加至一稳态值。举例而言，Q2(208)闭合(「接通」)的时间在多个切换循环内缓慢地增加，直至达到一稳态工作周期。在一态样中，软启动电路102 修改一 PWM信号以控制Q2O08)的工作周期，使得Q2 (208)仅在Ql (212)被「切断」的时间的一部分内被「接通」，且其中该时间部分逐渐地增加直至Q2(208)在Ql (21 被「切断」的所有或实质上所有时间内被「接通」。现参看图5，说明根据本创新的一态样的减少自转换器的输出流动至输入的负电流的实例两级隔离式双向直流对直流转换器500。在一实例中，第一 /输入级502可包括 (但不限于)前置调节器、双向降压/升压式转换器等，且第-二 /输出级504可包括(但不限于)全桥式、半桥式、推挽式电路等。典型地，两个级(502、504)的间的隔离藉由使用变压器506达成。作为一实例，可提供隔离以满足安全要求，尤其对于高功率位准而言。另外，输入级502可连接至一电压源(例如，具有输入电压VI的电池508)，且输出级504可连接至另一电压源(例如，具有输出电压VO的电池510)。根据一态样，输入级502可包括在同一时间期间藉由使用软启动电路102来软启动的一主动开关212及一被动开关208。此外，在主动开关的软启动期间，软启动电路102 藉由限制被动开关「接通」的时间而使被动开关的工作周期自零逐渐地增加至稳态。作为一实例，若主动开关及被动开关的切换频率为ΙΟΟΚΗζ，则切换周期为10微秒。另外，举例而言，若主动开关的稳态工作周期为20%，则主动开关在约2微秒内为「接通」的且被动开关在约8微秒内为「接通」的(对于IOOKHz切换而言，包括约100奈秒至200奈秒的「空载时间」，此时两个开关均为「切断」的)。在电力开启期间，主动开关的工作周期自零逐渐地增加至20 %。习知地，在此阶段，举例而言，对于开头若干个循环，被动开关将在大量时间内保持「接通」(工作周期为99%至80%)。此可使大的负电流自输出级504流动至输入级 502，此可损坏系统500的电池508及/或其它组件。然而，软启动电路102确保在开头几个循环期间被动开关为「接通」的时间为有限的且在主动开关的软启动期间同时/并行地提供被动开关的软启动。在一实例中，系统500可用在HEV内的双向直流对直流转换器中以用于连接不同 DC电压总线及来回传送能量。举例而言，直流对直流转换器可将主电池中的高压(例如， 200V至300V)转换至低压(例如，12V)以便用在HEV中的电气设备中。在另一实例中，直流对直流转换器可转换一电池电压(例如，300V至500V)且将经转换的电压供应至HEV中的驱动马达。可了解，输入级502及输出级504可视应用而包括几乎任何电路。举例而言， 对于低功率应用，系统500可包括利用电感器及/或变压器的磁场中所储存的能量的反激及正激转换器。另外，系统500可包括用于较高功率应用的半桥式、全桥式及/或双全桥式电路。参看图6A及图6B，其中说明用以控制被动开关Q2 208 (在图2、图4及图5中) 的工作周期的实例软启动电路102，及软启动电路102中的各个节点(650至658)处的信号波形690。在一态样中，软启动电路102减少启动期间的大的逆向瞬时电感器电流且防止对双向直流对直流转换器系统的损坏。软启动电路102典型地用在利用开关(例如，M0SFET、双极接面晶体管(BJT)等)的几乎任何双向直流对直流转换器中。大体上，软启动电路102 可确保在主动开关的软启动期间被动开关的工作周期自零渐进地增加。在一具体实例中，主动开关及被动开关藉由彼此为反向版本的PWM信号驱动。换言的，当主动开关「接通」时，被动开关「切断」，且反的亦然。在主动开关的软启动期间，驱动主动开关的PWM信号的工作周期在几个循环内自零逐渐地增加至稳态。此外，软启动电路102在节点A 650处接收此PWM信号的反向版本602且将其转换成软启动被动开关的 PWM_0ut信号6 (在节点E 658处)。根据一态样，在正脉冲触发式单发电路604的输入处施加反向PWMJn信号602。使用单发电路604的输出来设定锁存器608 (例如，藉由将该输出馈入至该锁存器的设定接脚中)。在一实例中，锁存器608可包含一藉由一组交叉耦接的逻辑闸(例如，「或非」(NOR)、 「反及」(NAND)等)实施的设定-重设(SR)锁存器。另外，可提供单发电路604的输出以重设锯齿信号产生器610。在一实例中，锯齿信号产生器610可包含一恒定电流源612及一电容器614。此外，该恒定电流源612对电容器614充电，直至藉由利用单发电路604的输出来重设开关616而在反向PWMJn信号602的上升边缘上重设了该电容器上的电压为止。因此，节点C 6M处的电压波形将表示锯齿波618，且节点C 6M处的信号618将与反向PWMJn信号602的上升边缘同步。举例而言，在节点B 652处接收用于软启动主动开关的软启动斜坡620，且藉由使用比较器622将其与锯齿波形618进行比较。典型地，将锯齿信号618提供至比较器622的非反向输入端子，而将软启动斜坡620提供至比较器622的反向输入端子。虽然比较器622 被描绘为运算放大器(op-amp)，但可了解，可利用用于对两个或两个以上输入信号进行比较/相减的几乎任何电路。使用比较器622的输出来重设锁存器608。另外，将锁存器的输出624(在节点D 656处)提供至「及」(AND)闸6 的输入。另外，将反向PWMJn信号 602提供至AND闸6 的另一输入。此外，AND闸6 的输出在节点E 658处提供一 PWM_ Out信号628，其中控制工作周期以限制被动开关最初「接通」的时间。如自波形690看出，节点E 658处的PWM_0ut信号拟8与节点A 650处的原始反向PWMJn信号602同步。然而，PWM_0ut信号628的工作周期自零逐渐地增加至一稳态值。 利用PWM_0ut信号6 来驱动图1、图2、图4及图5的双向直流对直流转换器中的被动开关。因此，在主动开关的软启动期间，被动开关将保持「接通」的时间有限且随每一时间周期而逐渐地增加。此外，因为被动开关的工作周期以与主动开关相同的方式逐渐地增加，所以电感器电流平稳地改变且避免了大的逆向或瞬时电感器电流。图7说明软启动一双向直流对直流转换器104中的被动开关208的实例系统700。 双向直流对直流转换器104可包括包含主动开关(如图2及图4中所展示)及被动开关 208(例如，藉由M0SFET、BJT等实施)的隔离式及/或非隔离式拓扑。在电力开启及/或重设期间，举例而言，软启动主动开关，主动开关的工作周期在若干个时间周期内自零缓慢地增加至稳态。在此时间期间，被动开关208的操作由软启动电路102控制。根据一态样， 软启动电路102可包括一数字信号处理器(DSP)(例如，微控制器、微处理器等)702。典型地，DSP 702可用来替代图6A中的电路102。DSP 702可经程序化以产生可用以软启动被动开关208的PWM_0ut信号628(如图 6B中所展示)。最初，PWM_0ut信号限制在主动开关为「切断」时被动开关被「接通」的时间，且其后使被动开关被「接通」的时间随每一时间周期而逐渐地增加，直至达到稳态。大体上，被动开关208的操作在电力开启/重设时由PWM_0ut信号6 控制，使得被动开关208 与主动开关同时或并行地软启动。此外，由于被动开关的工作周期以与主动开关的工作周期相同的方式在多个时间周期内增加，因此防止了在双向转换器104中的负电流问题。图8至图9说明根据所揭示的发明主体的方法及/或流程图。为便于解释，将该方法描绘及描述为一连串动作。应理解并了解，本创新不受所说明的动作及/或动作次序限制，例如动作可以各种次序发生及/或同时发生，且可与未呈现并描述于本文中的其它动作一起发生。此外，根据所揭示的发明主体，实施该方法可能并不需要所有所说明的动作。另外，熟习此项技术者将理解并了解，该方法可替代性地表示为经由状态图而相关的一连串状态或事件。另外，应进一步了解，在下文及贯穿本说明书所揭示的方法能够储存于一制品上以有助于将此等方法输送并传送至计算机。如本文中所使用，术语「制品」意欲涵盖可自任何计算机可读器件或计算机可读储存/通信媒体存取的计算机程序。图8说明根据本发明的一态样的用于减少双向直流对直流转换器中的负瞬时电流的实例方法800。具体言的，方法800防止产生可损坏系统的大的负瞬时电流且因此使系统更稳固。在802处，举例而言，可手动地或自动地(例如，响应于一事件)将双向直流对直流转换器电力开启(例如，「接通」、重设、重新启动等)。典型地，双向直流对直流转换器可包括几乎任何隔离式或非隔离式拓扑，诸如(但不限于)降压式、升压式、降压-升压式、丘克、电荷泵、反激、正激、半桥式、全桥式、双全桥式等拓扑，且可用于各种应用中，诸如 (但不限于)工业自动化系统、汽车制造业系统、机器人等。在一态样中，双向直流对直流转换器可包含(例如)藉由MOSFET、BJT等实施的一主动开关及一被动开关。在804处，该主动开关可在电力开启时被软启动。举例而言，可使用一 PWM信号来控制主动开关的工作周期，以使得该工作周期自零逐渐地增加至一稳态值。典型地，驱动被动开关的信号为驱动主动开关的PWM信号的反向版本。然而，与804实质上同时，在806处，软启动该被动开关，使得被动开关的工作周期亦自零逐渐地增加至稳态。在一态样中，处理驱动主动开关的PWM信号的反向版本以产生限制被动开关保持「接通」的时间且使被动开关保持「接通」的时间在多个时间周期内逐渐地增加的输出信号。 用以驱动被动开关的输出信号与PWM信号的反向版本同步且自零渐进地增加至一稳态值。 此外，最初被动开关仅在主动开关为「切断」的时间的一部分内「接通」，且在多个时间周期内，被动开关为「接通」的时间逐渐地增加，直至被动开关在主动开关为「切断」的整个持续时间内为「接通」。因此，并行/同时地软启动主动开关及被动开关，且因此电感器电流平稳地改变而不产生大的逆向或瞬时电感器电流。图9说明根据本说明书的一态样的用于双向直流对直流转换器中的经改良软启动机制的实例方法900。方法900产生一软启动工作周期以控制该双向直流对直流转换器的被动开关。典型地，该双向直流对直流转换器具有一主动开关及一被动开关，其中该主动开关的作用中工作周期在启动时自零逐渐地增加至一稳态值。如上文所提及，主动开关与被动开关的操作为互补的，使得在被动开关为「接通」时，主动开关为「切断」，且在被动开关为「切断」时，主动开关为「接通」。在902处，将一 PWM信号施加至一正脉冲触发式单发电路。典型地，该PWM信号具有主动开关的一反向工作周期。在904处，可基于该正脉冲触发式单发电路的输出来设定
10一锁存器(例如，SR锁存器)。因此，在该反向工作周期的「接通」状态的前导/上升边缘上设定该锁存器。另外，在906处，可基于该正脉冲触发式单发电路的输出来产生一锯齿信号。举例而言，该锯齿信号在该反向工作周期的「接通」状态的前导/上升边缘上重设。此外，在908处，可产生自零逐渐地增加至一稳态值的软启动斜坡信号。在910处，可比较该锯齿信号与该软启动斜坡信号。作为一实例，可自该锯齿信号减去该软启动斜坡信号。此外，在912处，可基于该比较来重设该锁存器。在一态样中，若锯齿信号等于或大于软启动斜坡信号，则可重设该锁存器。在914处，将锁存器的输出状态的状态及该PWM信号输入至一 AND闸。来自该AND 闸的输出提供一与该PWM信号同步的信号，且该输出信号的工作周期随每一时间周期渐进地增加，直至达到一稳态工作周期。在916处，利用自该AND闸输出的信号来控制该双向直流对直流转换器内的被动开关的工作周期。举例而言，将波形628(图6B中所展示)用作被动开关的工作周期(而非反向作用中工作周期，亦即，图6B中所展示的波形602)，使得被动开关的工作周期以与主动开关相同的方式逐渐地增加，以避免该双向转换器中的大的逆向或瞬时电感器电流。因此，软启动方案的具体实例并不复杂，允许实现与更复杂电路的实施相比强度较小的实施。该软启动方案解决了双向转换器中的负电流的问题且防止过量电流对转换器系统造成损坏。上文已描述的内容包括本发明的实例。当然，不可能出于描述发明主体的目的而描述组件或方法的每一可想到的组合，但一般熟习此项技术者可认识到，本发明的许多其它组合及排列是可能的。因此，所主张的发明主体意欲包含属于随附申请专利范围的精神及范畴内的所有此等更改、修改及变化。详言的且关于由上述组件、器件、电路、系统及其类似者执行的各种功能，除非另外指示，否则用以描述此等组件的术语(包括对「构件」的提及)意欲对应于执行所述组件的指定功能的任何组件(例如，功能等效物)，即使其结构上并不等效于执行所主张发明主体的在本文中所说明的例示性态样中的功能的所揭示的结构。另外，上述组件及电路组件可具有任何合适值以便实施本发明的具体实例。举例而言，电容器可具有任何合适电容，电感器可具有任何合适电感，放大器可提供任何合适增益，电流源可提供任何合适安培数，等寸。已关于若干个组件的间的互动来描述前述系统/电路。可了解，此等系统/电路及组件可包括彼等组件或指定子组件、该指定组件或子组件中的一些，及/或额外组件，且根据前述各者的各种排列及组合。子组件亦可实施为通信地耦接至其它组件而非包括在父组件内(阶层式)的组件。另外，请注意，一或多个组件可组合成提供聚集功能性的单一组件或划分成若干个单独的子组件，且可提供任何一或多个中间层(诸如，管理层)以通信地耦接至此等子组件以便提供整合式功能性。本文中所描述的任何组件亦可与本文中未特定描述但一般为熟习此项技术者所知的一或多个其它组件互动。另外，虽然可能已关于若干个实施中的仅一者来揭示本创新的特定特征，但在对于任何给定或特定应用而言可为所要及有利时，此特征可与其它实施的一或多个其它特征组合。此外，就术语「包括」、「具有」、「含有」、其变体及其它类似词语用在实施方式或申请专利范围中而论，此等术语意欲以与作为开放性过渡词语的术语「包含」类似的方式而为包括性的，但不排除任何额外或其它组件。
权利要求
1.一种双向直流对直流转换器的软启动系统，其特征在于，包括 一 PWM控制器；及一双向直流对直流转换器，操作性地耦接至所述PWM控制器； 所述双向直流对直流转换器包括一被动开关和一主动开关；且所述PWM控制器用于产生一电信号，其中所述电信号在所述主动开关的一软启动期间软启动所述被动开关。
2.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器包括一正脉冲触发式单发电路，用于接收一信号作为一输入，所述信号具有与在所述软启动期间控制所述主动开关的工作周期有关的反向工作周期。
3.根据权利要求2所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器还包括一耦接至所述正脉冲触发式单发电路一输出的锁存器，其中所述锁存器是基于所述正脉冲触发式单发电路的所述输出来加以设定的。
4.根据权利要求3所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器还包括一锯齿信号产生器，所述锯齿信号产生器的一重设输入耦接至所述正脉冲触发式单发电路的所述输出ο
5.根据权利要求4所述的软启动系统，其特征在于，所述锯齿信号产生器包括 一恒定电流源；一耦接至所述恒定电流源的电容器；及一用于使所述电容器放电的重设开关。
6.根据权利要求4所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器还包括一比较器，其具有一连接至所述锯齿信号产生器的输出的第一输入及一连接至一软启动斜坡信号的第二输入。
7.根据权利要求6所述的软启动系统，其特征在于，所述比较器的一输出连接至所述锁存器的一重设输入。
8.根据权利要求3所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器还包括一 AND间，具有一连接至所述锁存器的一输出的第一输入及一连接至具有所述反向工作周期的所述信号的第二输入。
9.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，所述PWM控制器还包括 一数字信号处理器，经程序化产生一数字信号；及一用于产生所述电信号的数字对模拟转换器，其中所述电信号系基于所述数字信号。
10.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，所述双向直流对直流转换器包括一隔离式拓扑或一非隔离式拓扑中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的软启动系统，其特征在于，所述电信号驱动所述被动开关， 且在所述主动开关的软启动期间引起所述被动开关的在复数个时间周期内自零开始至稳态值的逐渐变大的工作周期。
12.—种双向直流对直流转换器的软启动方法，其特征在于，包括对包括一主动开关及一被动开关的双向直流对直流转换器电力开启或重新启动；及与所述主动开关同时地软启动所述被动开关。
13.根据权利要求12所述的软启动方法，其特征在于，还包括在所述主动开关的一软启动期间，引起所述被动开关的在多个时间周期内自零开始至一稳态值的逐渐变大的工作周期。
14.根据权利要求12所述的软启动方法，其特征在于，还包括 产生一电信号以控制所述被动开关的一工作周期。
15.根据权利要求12所述的软启动方法，其特征在于，所述产生包括基于在一软启动期间的驱动所述主动开关的一信号的一反向版本的一上升边缘来设定一锁存器；基于在所述软启动期间的驱动所述主动开关的所述信号的所述反向版本的所述上升边缘来产生一锯齿信号； 产生一软启动斜坡信号； 将所述锯齿信号减去所述软启动斜坡信号； 基于所述经减去的信号来重设所述锁存器；及基于所述锁存器的一状态及在所述软启动期间的驱动所述主动开关的所述信号的所述反向版本来产生所述电信号。
16.一种双向直流对直流转换器的软启动装置，其特征在于，包括 一双向直流对直流转换器，其包括一被动开关及一主动开关；在所述双向直流对直流转换器内的一电感器，其在启动时产生一负电流；及一软启动电路，其用于在所述主动开关的一软启动期间使所述被动开关被接通的一时间周期逐渐地增加，其中，所述使所述时间周期逐渐地增加导致以下两者中的至少一者消除或减少在所述软启动期间由所述电感器产生的负电流。
17.根据权利要求16所述的软启动装置，其特征在于，所述软启动电路产生一电信号以驱动所述被动开关。
18.根据权利要求17所述的软启动装置，其特征在于，在所述软启动期间，所述软启动电路限制在所述主动开关被切断的时间期间所述被动开关保持接通的时间。
19.根据权利要求17所述的软启动装置，其特征在于，在所述软启动期间，所述软启动电路使所述电信号与驱动所述主动开关的信号的反向版本同步。
20.根据权利要求16所述的软启动装置，其特征在于，所述双向直流对直流转换器包括以下各者中的至少一者降压式转换器、升压式转换器、降压-升压式转换器、丘克转换器、电荷泵转换器、反激转换器、正激转换器、半桥式转换器、全桥式转换器，或双全桥式转换器。
全文摘要
本发明提供了一种双向直流对直流转换器的软启动系统、方法及装置，用于解决直流对直流转换器在软启动期间存在电感器电流的问题。典型地，双向直流对直流转换器包括主动开关及被动开关。系统使用软启动电路，软启动电路在主动开关的软启动期间控制被动开关的工作周期。在一态样中，软启动电路使被动开关的工作周期自零逐渐地增加至稳态值，且在主动开关的软启动期间并行地、同时地提供被动开关的软启动。此外，本文中所揭示的软启动电路可避免在启动期间的逆向瞬时电感器电流，防止系统损坏且使双向直流对直流转换器的设计更稳固。
文档编号H02M1/36GK102386755SQ20111024918
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年8月30日
发明者乔瑟夫·巴士顿, 柴奇·摩赛欧伊, 秦继峰 申请人:英特希尔美国公司