使用反激转换器进行零电压切换的方法和装置与流程

文档序号:21996972发布日期:2020-08-25 19:38阅读:302来源:国知局
本申请总体涉及功率转换器,并且更具体地涉及使用反激转换器进行零电压切换的方法和装置。
背景技术
::功率转换器是在各种设备中用于将输入电压转换为期望的输出电压的电路。例如,反激(flyback)转换器包括电感器,其被划分以形成变压器。变压器包括初级绕组和次级绕组,初级绕组与次级绕组之间的电压比是按比例缩放的。变压器还在输入和对应的输出之间提供电流隔离。反激转换器控制晶体管和/或开关以对电感器和/或电容器进行充电和/或放电,以维持期望的输出电压。一些功率转换器可以在过渡模式或准谐振模式中操作,其中晶体管和/或开关不具有固定的切换频率,但是基于反激反射电压在电路谐振的第一谷点处操作。技术实现要素:对于反激转换器的零电压切换,一种示例装置包括:第一驱动器,其操作第一开关以引导第一电流流到变压器的第一绕组;以及第二驱动器,其操作第二开关以引导第二电流流到变压器的第二绕组,并操作第二开关以使第二电流对第一开关的电压进行放电。附图说明图1是常规功率转换系统的示意图,其包括用于操作有源箝位反激变压器的高侧初级开关和低侧初级开关。图2描绘对应于图1的功率转换系统的操作的时序图。图3是用于实现本文描述的示例的示例功率转换系统的示意图。图4描绘对应于图3的示例功率转换系统的操作的示例时序图。图5是用于实现本文描述的示例的另一示例功率转换系统的示意图。图6描绘对应于图5的示例功率转换系统的操作的示例时序图。图7是包括在图3和/或图5的示例功率转换系统中的示例控制器的示例实施方式的框图。图8是表示可以被执行以实现图7的示例控制器的示例机器可读指令的流程图。图9是被构造为执行图8的指令以实现图7的示例控制器的示例处理平台的框图。具体实施方式附图未按比例绘制。通常,在整个附图和随附的书面描述中使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。反激转换器通常用于交流电(ac)到直流电(dc)功率转换应用以及dc到dc功率转换应用中,其在输入与一个或多个对应输出之间具有电流隔离。反激转换器包括电感器,该电感器被划分以形成变压器(例如,反激变压器),使得初级绕组处的电压是可交换的(commutable)和/或可传递到次级绕组处的电压。变压器还提供隔离的其他优势。在一些情况下,当使用包括例如在变压器芯的初级侧上与阻塞二极管串联的齐纳二极管的无源箝位装置来消散来自泄漏电感的能量时,反激变换器是无源箝位反激变换器。在其他情况下,当使用包括例如在变压器芯的初级侧上与箝位电容器串联的高压场效应晶体管(fet)的有源箝位装置来回收来自泄漏电感的能量时,反激转换器是有源箝位反激(acfb)转换器。反激转换器可以以包括不连续模式、连续模式或过渡模式的几种模式中的一种模式进行操作。过渡模式的特殊情况通常被称为准谐振(qr)模式。在不连续模式中,反激转换器在周期(例如,没有能量存储在变压器芯中)和/或反激转换器的操作之间对存储在变压器芯中的所有能量进行放电。在某些情况下,反激转换器基于固定的切换频率进行操作。例如,反激转换器可以导通控制fet,然后当达到特定的漏极电流量时关断控制fet。反激转换器可以在控制fet被关断之后的固定时间重新导通控制fet。在连续模式中,反激转换器开始新的周期,同时一些能量仍然被存储在变压器芯中。在过渡模式中,反激转换器在不连续模式和连续模式之间的边界处操作,结果基于固定的切换频率不操作一个或多个fet。例如,在启用fet之后,变压器的励磁电流逐渐上升,直到达到期望电流水平,这时反激转换器关断fet。励磁能量通过变压器上的次级绕组被递送到输出。在励磁电流达到零之后,反激变压器中的励磁电感随着节点电容振铃(ring),从而导致fet的漏极-源极电压以振荡的方式降低到较低的电压电平,其中该电压电平基于输入电压电平和来自变压器芯的反射输出电压。在qr模式中,当漏极-源极电压中的波谷或谷中的一个出现时,反激转换器重新导通fet。常规acfb转换器通过控制高侧初级开关(例如高压fet)和低侧初级开关(例如高压fet)以控制流过反激变压器的初级绕组的电流(例如,正(常规)电流、负(常规)电流等)的数量和/或方向而以过渡模式进行操作。但是,在acfb的退磁时间中,或在初级绕组中的电流交换到次级绕组并随后传递到输出的时间段中,有大量电流在初级绕组中流动。在退磁时间期间,初级绕组上的电流流动使在次级绕组中流动的电流的波形失真。如果使用具有漏极-源极电压感测的sr驱动器,失真的波形使在变压器的次级绕组上实现同步整流器(sr)控制变得复杂。例如,失真的波形可能导致漏极-源极电压感测驱动器过早地关断,从而降低acfb转换器的效率。在退磁时间期间,初级绕组中的电流流动可能增加初级变压器绕组和高侧初级开关中的传导损耗。acfb转换器可以在过渡模式中进行操作,以通过使用高侧初级开关在反激变压器的初级绕组中累积相对少量的负磁化电流实现低侧初级开关的零电压切换(zvs)。但是,高侧初级开关增加了acfb转换器的成本和复杂性。例如,高侧初级开关是浮动高侧初级开关,其需要相应的高侧驱动器进行操作,与常规的反激实施方式相比,这增加了额外的成本、复杂性以及对印刷电路板空间的使用。在过渡模式中进行操作的高功率密度acfb转换器由于其相对低的漏极-源极电容而使用诸如氮化镓(gan)fet和氮化铝(ain)fet的宽带隙(wbg)fet。与具有高得多的漏极-源极电容的相对窄带隙fet(诸如硅fet)相比,较低的漏极-源极电容需要在初级绕组上累积较少的负电流以实现zvs。但是,与硅fet相比,wbgfet成本较高,可靠性较低,并且没有广泛可用。本文所述的示例包括改进的反激转换器,其在以过渡模式操作时在低侧主开关上实现zvs。本文描述的示例包括不具有高侧初级开关和相应的高侧驱动器的acfb转换器。本文描述的示例使用控制器控制耦合到变压器的初级绕组的低侧初级开关和耦合到变压器的次级绕组的次级开关。控制器通过重新定向驱动信号控制次级开关,以通过隔离驱动器将高侧初级开关控制到次级开关。在一些描述的示例中,用于将负电流传递到初级绕组的次级开关可以在反激变压器的单独或辅助绕组上。本文所述的示例通过去除诸如高侧初级开关和相应的高侧驱动器的部件来降低acfb转换器的成本和复杂度。本文描述的示例在退磁时间期间显著降低和/或最小化在初级绕组中流动的电流量,并因此减小初级变压器绕组中的传导损耗。本文描述的示例减少和/或消除与次级绕组中的电流相关的波形的失真,以改善对次级绕组的sr控制。本文描述的示例通过减少初级侧fet的数量使acfb转换器能够包括硅fet,从而由于初级侧fet的输出电容导致寄生电容的减小,这允许在变压器中累积更少的负电流以实现zvs。图1是常规功率转换系统100的示意图,其包括第一开关(q1)102和第二开关(q2)104以操作变压器106。图1的功率转换系统100是有源箝位反激(acfb)转换器。在图1中,第一开关102是高侧初级开关,第二开关104是低侧初级开关。第一开关102和第二开关104在第一节点110处耦合到变压器106的第一绕组108。在图1中,第一绕组108是变压器106的初级绕组。在图1的示例中,第一开关102和第二开关104是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(例如,功率n沟道mosfet)。在图1中,第一开关102的第一漏极112在第二节点116处耦合到第一电容器(c1)114。在图1中,第一体二极管118被表示为在第二节点116处耦合到第一电容器114。第一体二极管118被表示为在第三节点122处耦合到第一驱动器120、初级绕组108和第二开关104。在图1中,第一驱动器120是高侧驱动器。在图1中,第一开关102的第一源极124在第三节点122处耦合到第一体二极管118、高侧驱动器120、初级绕组108和第二开关104。在图1的示例中,第一开关102的第一栅极126和第一源极124耦合到第一驱动器120。第一驱动器120控制第一开关102的切换操作(例如,导通、关断等),该切换操作以相应的输入电压控制来自电源128的电流的流动。图1的电源128可以是电池、电压源(例如提供交流电压的壁式插座等)等。在图1中,控制器130控制和/或引导或指示第一驱动器120操作第一开关102。图1的控制器130控制和/或引导或指示第二驱动器132操作第二开关104。在图1中,第二驱动器132是低侧驱动器。第二驱动器132控制设置在变压器106与负电源轨134之间的第二开关104的切换操作。在图1中,第二开关104的第二栅极136和第二源极138耦合到第二驱动器132。第二源极138在第四节点140处耦合到第二驱动器132。在图1中,第二漏极142在第五节点146处耦合到第一开关102和初级绕组108,并且第二体二极管144被表示为在第五节点146处耦合到第一开关102和初级绕组108。在图1的示例中,第三驱动器148控制和/或促进变压器106的次级侧的操作。图1的第三驱动器148是同步整流器(sr)驱动器。第三驱动器148控制设置在变压器106与接地电源152之间的第三开关(q3)150的切换操作。图1的第三开关150是n沟道mosfet(例如,n沟道功率mosfet)。图1的第三开关150包括耦合到变压器106的第二绕组156的第三漏极154。变压器106的第二绕组156是次级绕组。在图1中,第三开关150的第三体二极管158被表示为在第六节点160处耦合到次级绕组156。图1的第三开关150包括耦合到第三驱动器148的第三源极162,并且被表示为在第七节点164处耦合到第三体二极管158。图1的第七节点164在第八节点168处耦合到接地电源152和第二电容器(c2)166。在操作中,控制器130和第三驱动器148控制第一开关102、第二开关104和第三开关150的切换操作以在过渡模式中进行操作。控制器130和第三驱动器148通过使用第一开关102在变压器106的初级绕组108中累积相对少量的负磁化电流来操作功率转换系统100以实现第二开关104的zvs。控制器130或第三驱动器148中的至少一个可以控制在初级绕组108中累积的负电流以在第二开关104的导通期间实现zvs。在图1的示例中,控制器130指示第二驱动器132导通第二开关104。响应于第二开关104被启用或处于导通状态,第一电流170从电源128流到初级绕组108以将能量存储在变压器106的初级绕组108中。图1的第一电流170是对应于流入和/或流出变压器106的初级绕组108的电流的初级电流。当初级电流170使得存储在初级绕组108中的能量满足阈值(例如,超过预期的或指定的能量数量的能量)时,控制器130经由第二驱动器132关断第二开关104。响应于关断第二开关104,初级绕组108的初级电流170使第二开关104的漏极-源极电压升高,直到第一体二极管118导通并将漏极-源极电压有效地箝位到电源128的输入电压。响应于次级绕组156上的升高的电压,初级电流170交换到次级绕组156以产生和/或引起第二电流172或次级电流172从次级绕组156流到第二电容器166或负载174中的至少一个。例如,初级电流170在变压器106中产生通量以产生次级电流172和/或感生出次级电流172从次级绕组156流动。在图1中,负载174可以是需要电力的任何设备。例如,负载174可以是移动设备(例如,蜂窝电话、智能电话、诸如ipadtm的平板电脑)、个人数字助理(pda)、互联网设备、dvd播放器、cd播放器、数字视频录像机、蓝光播放器、游戏机、个人视频录像机、机顶盒、耳机或其他可穿戴设备,或任何其他类型的计算设备和/或需要电源才能工作的任何设备。在关断第二开关104的相对短的延迟之后,控制器130经由第一驱动器120导通第一开关102并且与第三驱动器148导通第三开关150基本上同时(例如,根据图1中描绘的部件或设备的物理限制在相对同一时间),其中第一开关102和第三开关150通过zvs来导通。可替代地,控制器130可以不必在第三驱动器148导通第三开关150的同时导通第一开关102。当存储在变压器106中的大部分或全部能量已经被递送到负载174和/或任何其他相应的输出时,第三驱动器148关断第三开关150。响应于在将第一开关102保持在导通状态的同时关断第三开关150,在初级绕组108上累积相对少量的负电流。当负电流量满足阈值时,控制器130关断第一开关102,使初级绕组108中累积的负电流对第一开关102和第二开关104和/或更一般地图1的功率转换系统100的寄生电容进行放电。响应于对寄生电容进行放电,控制器130通过经由第二驱动器132导通第二开关104而重新触发功率转换系统100。由于包括第一开关102和相应的第一驱动器120,因此图1的功率转换系统100是acfb转换器的相对复杂且昂贵的实施方式。在退磁时间期间,第一开关102和第一驱动器120使大量电流流入初级绕组108,从而增加了初级绕组108中的传导损耗。图1的功率转换系统100的第一开关102和第二开关104使用wbgfet,与硅fet相比,wbgfet是更昂贵的fet且不太可靠的fet。在一些示例中,第三开关150是wbgfet。图2描绘对应于图1的功率转换系统100的操作的时序图200。图2的时序图200描绘了作为时间(t)的函数的与图1的第一开关102相关联的第一栅极-源极电压(q1栅极-源极电压)202、与图1的第二开关104相关联的第二栅极-源极电压(q2栅极-源极电压)204、与图1的第三开关150相关联的第三栅极-源极电压(q3栅极-源极电压)206,以及与第二开关104相关联的漏极-源极电压(q2漏极-源极电压)208。进一步示出作为时间的函数的图1的初级电流170和次级电流172。在图2的时序图200中,在第一时间(t1)210之前,基于第二栅极-源极电压204被拉高并且初级电流170累积和/或增加图1的初级绕组108中所存储的能量的量,导通第二开关104。通常将初级电流170在初级绕组108中累积的持续时间称为磁化时间。在第一时间210,基于第二栅极-源极电压204被拉低而关断第二开关104。响应于关断第二开关104,初级电流170交换到图1的次级绕组156,使得次级电流172增加和/或充电第二电容器166和/或流过图1的负载174。在第一时间210,随着初级绕组108的初级泄漏电感被断电,初级绕组108中的初级电流170开始衰减至零。在第一时间210,第二开关104的漏极-源极电压208升高,直到第一开关102的第一体二极管118导通并通过第一电容器114将漏极-源极电压208箝位到图1的电源128的输入电压。在图2的示例中,在第一时间210之后的相对短的延迟之后,第一开关102在第二时间(t2)212通过zvs来导通。在第二时间212,图1的第三开关150与第一开关102基本上同时通过zvs来导通。从第二时间212开始直到第二时间212之后的第三时间(t3)214的持续时间通常被称为退磁时间。在退磁时间期间,存储在图1的变压器106中的能量经由图1的次级绕组156被递送到负载174。在退磁时间期间,变压器初级泄漏电感与图1的第一电容器114谐振。在图2的时序图200中,在退磁时间期间,在初级绕组108中有相对显著的电流流动。在退磁时间期间,流过初级绕组108的初级电流170使流过次级绕组156的次级电流172的波形失真,如图2中针对次级电流172所示的波形所描绘。例如,与图2中描绘的失真波形相比,图2的次级电流172的期望波形可以是三角形波形(例如,锯齿形波形)。在图2的示例中,在第三时间214处,变压器106中的所有励磁能量已经被递送到负载174和/或任何其他对应的输出。响应于励磁能量被递送,通过将第三栅极-源极电压206拉低来关断第三开关150。在第三时间214之后,电流停止在次级绕组156上流动。然而,第一开关102在第三时间214处仍然被启用,直到第四时间216。响应于从第三时间214到第四时间216启用第一开关102且同时第二开关104或第三开关150中的至少一个被关断,在初级绕组108上累积相对少量的负电流。图1的控制器130控制负电流的幅度。在第四时间216处,控制器130关断第一开关102。在图2的时序图200中,响应于关断第一开关102,随着第二开关104的漏极-源极电压208向着零伏放电和/或衰减,初级绕组108中的负电流对第一开关102、第二开关104或更一般地图1的功率转换系统100中的至少一个的寄生电容进行放电。响应于漏极-源极电压208在第五时间(t5)218处接近和/或达到零伏,第二开关104经由将第二栅极-源极电压204拉高而通过zvs来导通。图3是示例功率转换系统300的示意图,该示例功率转换系统300包括示例控制器302以在变压器106的示例次级侧304并且更一般地在图3的功率转换系统300上操作第四示例驱动器303。在图3中,第四驱动器303是fet驱动器(例如,功率fet驱动器)。可替代地,第四驱动器303可以是任何其他类型的驱动器。在一些示例中,控制器302操作fet驱动器303以在次级绕组156上累积负电流,从而在过渡模式期间通过zvs操作图2的第二开关104。在图3中,第四驱动器303是隔离驱动器,其在隔离边界的第一侧(例如,第四驱动器303的输入端)上从控制器302接收和/或获得驱动信号,并且在隔离边界的第二侧(例如,第四驱动器303的输出端)上驱动同步整流器。在一些示例中,第四驱动器303是具有内置或集成驱动器以及相应隔离结构的ic。在其他示例中,第四驱动器303是栅极驱动器变压器。可替代地,可以使用分立的实施方式来实现第四驱动器303。图3的第四驱动器303执行至少两个功能,其中第一功能基于从控制器302接收的驱动信号驱动第三开关150(例如,srfet),并且其中第二功能提供隔离。因为第三驱动器148没有从图1的控制器130接收驱动信号,并且必须提供二极管仿真功能(例如,不允许反向电流流过),所以图3的第四驱动器303不同于图1的第三驱动器148。在图3的示例中,功率转换系统300是不具有图1的第一开关102和第一驱动器120的反激转换器。例如,图3的功率转换系统300是使用无源箝位的反激转换器。图3的功率转换系统300是没有初级高侧开关(诸如图1的第一开关102)和没有相应的高侧驱动器(诸如图1的第一驱动器120)的反激转换器。与由图1的功率转换系统100所描绘的常规acfb不同,相比于图1的使用第一开关102以在初级绕组108上累积负电流的功率转换系统100,图3的功率转换系统300控制和/或使用第三开关150在次级绕组156上累积负电流。与图1的功率转换系统100不同,相比于图1的耦合到sr驱动器148的第三驱动器148,图3的第三开关150耦合到fet驱动器303。在图3的示例中,控制器302是包括一个或多个电子电路的集成电路(ic)芯片。可替代地,可以使用硬件逻辑、机器可读指令、硬件实现的状态机等和/或其任何组合来实现控制器302。在图3中,图3的控制器302经由第二驱动器132导通第二开关104,以使初级电流170从电源128流到初级绕组108。响应于初级电流170在初级绕组108中存储满足和/或超过能量阈值的能量,控制器302关断第二开关104。响应于关断第二开关104,初级绕组108中的电流交换和/或传递到次级绕组156。例如,初级电流170在变压器106中产生通量以产生次级电流172和/或感应出次级电流172以从次级绕组156流动。在图3的示例中,通过去除图1的第一开关102,在图3的功率转换系统300的操作期间,在大部分或基本上大部分退磁时间中在初级绕组108中没有电流流动或电流量可忽略不计。响应于初级绕组108中没有电流流动或电流量可忽略不计,次级电流172的波形保持三角形(例如,锯齿形波形),以防止和/或减轻fet驱动器303过早地关断并因此降低图3的功率转换系统300的效率的可能性。例如,次级电流172的波形提高了预测和/或确定次级电路中的损耗的精度。在图3的示例中,初级绕组108和次级绕组156之间的耦合是不完善的,因为它们之间存在泄漏电感。在从初级绕组108到次级绕组156的交换期间,对应于泄漏电感的泄漏能量不能直接传递到次级绕组156,因此必须被吸收。当第二开关104关断时,初级绕组108的泄漏能量被示例箝位网络306吸收。图3的箝位网络306包括图1的第一电容器114、示例二极管308和示例电阻器310。可替代地,可以用瞬态电压抑制器二极管、齐纳二极管等代替电阻器310。箝位网络306吸收和/或消散来自变压器106的泄漏能量,以减小第二开关104上的电压压力。图4描绘对应于图3的功率转换系统300的操作的示例时序图400。图4的时序图400描绘作为时间(t)的函数的与图3的第二开关104相关联的第二示例栅极-源极电压(q2栅极-源极电压)402、与图3的第三开关150相关联的第三示例栅极-源极电压(q3栅极-源极电压)404,以及与第二开关104相关联的示例漏极-源极电压(q2漏极-源极电压)406。进一步示出作为时间的函数的图3的初级电流170和次级电流172。在图4的时序图400中,在第一示例时间(t1)408之前,基于第二栅极-源极电压402被拉高,第二开关104被导通。在第一时间408之前,初级电流170累积和/或增加图3的初级绕组108中存储的能量的量。在第一时间408处,基于第二栅极-源极电压402被拉低,第二开关104被关断。响应于关断第二开关104,初级电流170交换到图3的次级绕组156,从而产生和/或导致次级电流172增加和/或对第二电容器166进行充电和/或流过图3的负载174。在第一时间408处,随着初级泄漏电感被图3的箝位网络306断电,初级绕组108中的初级电流170开始衰减至零(例如,大约线性衰减至零)。在第一时间408处,第二开关104的漏极-源极电压406升高,直到图3的二极管308导通并将漏极-源极电压406箝位到图3的箝位网络306和电源128的输入电压。在图4的示例中,在第一时间408之后的相对短的延迟之后,第三开关150在第二示例时间(t2)410处通过zvs来导通。在第二时间410之后不久,次级电流172以基本线性的速率逐渐下降和/或朝向零衰减。在从第二时间410到第三示例时间(t3)412的退磁时间期间,存储在图1的变压器106中的能量经由图3的次级绕组156被递送到负载174。在图4的时序图400中,对于退磁时间的基本上相当大的部分(例如,大部分),在初级绕组108中没有电流流动或电流量可忽略不计。响应于初级绕组108中没有电流流动或者电流量可忽略不计,图4中描绘的次级电流172的波形保持预期的和/或可预测的三角形形状(例如,锯齿形波形)。在图4的示例中,在第三时间412处,变压器106中的所有励磁能量已经被递送到负载174和/或任何其他对应的输出。响应于励磁能量被递送,图3的控制器302指示fet驱动器303将第三开关150保持在导通位置以引导和/或导致相对少量的负电流累积在次级绕组156上。例如,在第三时间412处,在次级绕组156中的励磁电流衰减到大约零安培之后,控制器302可以指示fet驱动器303将第三开关150保持在导通位置。通过将第三开关150保持在导通位置,控制器302经由fet驱动器303可以引导与次级绕组156中相对较小量的负电流相对应的能量,以将其存储在变压器106中。在图4的示例中,控制器302经由fet驱动器303将第三开关150从第三时间412到第四示例时间(t4)414保持在导通位置。在第四时间414处,控制器302指示fet驱动器303关断第三开关150。响应于关断第三开关150,随着第二开关104的漏极-源极电压406放电和/或接近零伏,次级绕组156中的负电流交换到初级绕组108,以对第二开关104和/或更一般地图3的功率转换系统300的寄生电容进行放电。在示例第五时间(t5)416处,由于经由第三开关150在次级绕组156上产生负电流,随着漏极-源极电压406约为零伏,控制器302经由第二驱动器132通过zvs导通第二开关104。与其中控制器302在初级绕组108上累积负电流以对功率转换系统100中的寄生电容进行放电的图1的功率转换系统100不同,图3的功率转换系统300中包括的控制器302通过如上所述经由操作第三开关150的fet驱动器303在次级绕组156中累积负电流,以对功率转换系统300中的寄生电容进行放电。图5是另一示例功率转换系统500的示意图,该功率转换系统包括另一示例控制器501,以在示例辅助侧504或功率转换系统500的一部分上操作第五示例驱动器502。在一些示例中,图5的控制器501与图3的控制器302相同或基本相似。在图5中,控制器501是包括一个或多个电子电路的集成电路(ic)芯片。可替代地,可以使用硬件逻辑、机器可读指令、硬件实现的状态机等和/或其任意组合来实现控制器501。在图5中,第五驱动器502是辅助(aux)驱动器或auxfet驱动器(例如,aux功率fet驱动器)。可替代地,第五驱动器502可以是任何其他类型的驱动器。例如,第五驱动器502可以被集成到控制器501中(例如,集成到包括控制器501的ic中)。在其他示例中,第五驱动器502可以是独立驱动器ic或分立实施方式。控制器501操作aux驱动器502以在示例变压器508的示例辅助绕组506上累积负电流,从而在过渡模式期间通过zvs操作图2的第二开关104。在图5中,变压器508包括图1的初级绕组108和次级绕组156以及辅助绕组506。可替代地,变压器508可以具有比图5所示的绕组更少或更多的绕组。在图5中,aux驱动器502耦合到图5的控制器501和第四示例开关(q4)510。图5的第四开关510是n沟道mosfet。可替代地,可以使用用于第四开关510的p沟道mosfet来实现功率转换系统500。在图5中,aux驱动器502在第四示例栅极512处耦合到第四开关510。在图5中,aux驱动器502在第九示例节点516处的第四示例源极514处耦合到第四开关510。图5的aux驱动器502被表示为在第九节点516处耦合到第四示例体二极管518。图5的第四体二极管518被表示为在第十示例节点522处耦合到第四开关510的第四示例漏极520和辅助绕组506。在图5中,辅助绕组506耦合到第四漏极520,并且被表示为在第十节点522处耦合到第四体二极管518。图5的辅助绕组506耦合到第三示例电容器(c3)524。第三电容器524保持对应于用于控制器501和相关电路系统的电源128的偏置轨。在图5的示例中,控制器501经由第二驱动器132导通第二开关104以引导图1的初级电流170在图1的初级绕组108中累积。响应于初级电流170在初级绕组108中和/或更一般地在图5的变压器508中存储满足和/或超过阈值的一定量的能量,控制器501经由第二驱动器132关断第二开关104。响应于关断第二开关104,初级绕组108中的电流交换到次级绕组156或辅助绕组506中的至少一个。响应于关断第二开关104,图1的sr驱动器148导通第三开关150以导致和/或引导次级电流172对第二电容器166进行充电或流过图1的负载174和/或任何其他相应的输出中的至少一个。响应于关断第二开关104,控制器501命令aux驱动器502导通第四开关510以使示例辅助电流526流到第三电容器524以补充用于为图5的控制器501和相关电路系统供电的电容器中的电荷。在操作中,当变压器106中的励磁能量已经被递送到负载174和/或任何其他对应的输出时,sr驱动器148关断第三开关150,同时控制器501经由aux驱动器502将第四开关510保持在导通位置。通过在第三开关150关断之后保持启用第四开关510,控制器501使得相对少量的负电流累积在辅助绕组506中。例如,第四开关510使电流(例如,负电流、负常规电流等)能够从第三电容器524流到辅助绕组506。响应于与满足能量阈值的负电流相对应的能量,控制器501指示aux驱动器502关断第四开关510。响应于关断第四开关510,辅助绕组506上的负电流被交换到初级绕组108,其进而对第二开关104的寄生电容进行放电。例如,负电流在变压器508中产生通量以产生负电流和/或感生出负电流从初级绕组108流动,以对第二开关104的寄生电容进行放电。响应于第二开关104的寄生电容的放电,随着第二开关104的漏极-源极电压衰减到大约零伏,控制器501可以通过对寄生电容进行放电而经由第二驱动器132通过zvs导通第二开关104。图6描绘对应于图5的功率转换系统500的操作的示例时序图600。图6的时序图600描绘作为时间(t)的函数的与图5的第二开关104相关联的第二示例栅极-源极电压(q2栅极-源极电压)602、与图5的第三开关150相关联的第三示例栅极-源极电压(q3栅极-源极电压)604、与图5的第四开关510相关联的第三示例栅极-源极电压(q3栅极-源极电压)606,以及与图5的第二开关104相关联的示例漏极-源极电压(q2漏极-源极电压)608。进一步示出作为时间的函数的初级电流170、次级电流172和辅助电流526。在图6的时序图600中,在第一示例时间(t1)610之前,基于第二栅极-源极电压602被拉高,第二开关104被导通。在第一时间610之前,初级电流170累积和/或增加图5的初级绕组108中存储的能量的量。在第一时间610处,基于第二栅极-源极电压602被拉低,第二开关104被关断。响应于关断第二开关104,初级电流170交换到图5的次级绕组156,以产生和/或导致次级电流172增加和/或对第二电容器166进行充电和/或流过图3的负载174和/或流到或流过任何其他相应的输出。在第一时间610处,随着初级泄漏电感被图5的箝位网络306断电,初级绕组108中的初级电流170开始衰减至零(例如,近似线性衰减至零)。在第一时间610处,第二开关104的漏极-源极电压606升高,直到图5的二极管308导通并将漏极-源极电压606箝位到箝位网络306和图5的电源128的输入电压。在图6的示例中,在第一时间610之后的相对短的延迟之后,sr驱动器148在第二示例时间(t2)612处通过zvs导通第三开关150。在第二时间612之后不久,次级电流172以基本线性的速率逐渐下降和/或朝向零衰减。在从第二时间612到第三示例时间(t3)614的退磁时间期间,存储在图5的变压器508中的能量经由图5的次级绕组156被递送到负载174。在图6的时序图600中,对于退磁时间的基本上相当大的部分(例如,大部分),在初级绕组108中没有电流流动或电流量可忽略不计。响应于初级绕组108中没有电流流动或者电流量可忽略不计,图6中描绘的次级电流172的波形保持预期的和/或可预测的三角形形状(例如,锯齿形波形)。次级电流172的三角形波形防止图5的sr驱动器148过早地关断第三开关150,由于图2中所描绘的次级电流172的失真波形,这可能通过图1的功率转换系统100来发生。在图6的示例中,在第三时间614处,变压器508中的所有励磁能量已经被递送到负载174和/或任何其他对应的输出。响应于励磁能量被递送,图5的控制器501指示aux驱动器502将第四开关510保持在导通位置以引导和/或导致相对少量的负电流累积在图5的辅助绕组506上。例如,在第三时间614处,在次级绕组156中的励磁电流衰减到大约零安培之后,控制器501可以指示aux驱动器502将第四开关510保持在导通位置。通过将第四开关510保持在导通位置,控制器501经由aux驱动器502可以引导与辅助绕组506中相对少量的负电流相对应的能量被存储在变压器508中。在图6的示例中,从第三时间614到第四示例时间(t4)616,控制器501经由aux驱动器502将第四开关510保持在导通位置。在第四时间616处,控制器501指示aux驱动器502关断第四开关510。响应于关断第四开关510,随着第二开关104的漏极-源极电压608放电和/或接近零伏,辅助绕组506中的负电流交换到初级绕组108,以对第二开关104和/或更一般地图5的功率转换系统500的寄生电容进行放电。在示例第五时间(t5)618处,由于经由第四开关510在辅助绕组506上产生的负电流,随着漏极-源极电压606为大约零伏,控制器501经由第二驱动器132通过zvs导通第二开关104。与其中控制器130在初级绕组108上累积负电流以对功率转换系统100中的寄生电容进行放电的图1的功率转换系统100相反,图5的功率转换系统300中包括的控制器501基于辅助绕组506中的负电流经由如上所述操作第四开关510的aux驱动器502对功率转换系统500中的寄生电容进行放电。图7是可以实现图3的控制器302和/或图5的控制器501的示例控制器700的示例实施方式的框图。在一些示例中,与由常规acfb转换器实施方式(例如,图1的功率转换系统100)实现的在初级绕组上累积负电流相比,控制器700基于在次级绕组、辅助绕组等上累积负电流而通过zvs控制低侧初级开关。在图7的示例中,控制器700包括示例电压检测器710、示例电流检测器720和示例控制信号发生器730。在图7的示例中,控制器700包括电压检测器710,以在周期性间隔(例如,同步间隔)或非周期性间隔(例如,异步间隔)下测量和/或采样电压。在一些示例中,电压检测器710测量开关的漏极-源极电压。例如,电压检测器710可以测量图3的第二开关104或第三开关150中的至少一个的漏极-源极电压。在这样的示例中,电压检测器710可以经由耦合到第二开关104、第三开关150等的电压传感器(例如,vds传感器)测量漏极-源极电压。在其他示例中,电压检测器710可以测量图5的第二开关104、第三开关150或第四开关510中的至少一个的漏极-源极电压。在这样的示例中,电压检测器710可以经由耦合到第二开关104、第三开关150或第四开关510的电压传感器(例如,vds传感器)测量漏极-源极电压。例如,电压检测器710可以对应于耦合到第一节点110的电压传感器以测量第二开关104的漏极-源极电压。在其他示例中,电压检测器710可以对应于耦合至第十节点522的电压传感器以测量第四开关510的漏极-源极电压。在一些示例中,电压检测器710测量与变压器的绕组相关联的电压。例如,电压检测器710可以测量图3的初级绕组108或次级绕组156中的至少一个的输入和/或输出的电压。在这样的示例中,电压检测器710可以经由耦合到一个或多个绕组的输入和/或输出的电压传感器测量电压。例如,电压检测器710可以对应于来自变压器508的辅助绕组506的电阻分压器。在其他示例中,电压检测器710可以测量图5的初级绕组108、次级绕组156或辅助绕组506中的至少一个的输入和/或输出的电压。在这样的示例中,电压检测器710可以经由耦合到一个或多个绕组的输入和/或输出的电压传感器测量电压。在图7的示例中,控制器700包括电流检测器720,以在周期性间隔(例如,同步间隔)或非周期性间隔(例如,异步间隔)下测量和/或采样电流。在一些示例中,电流检测器720测量流过变压器的绕组和/或与变压器的绕组相关联的电流。例如,电流检测器720可以测量流过图3的初级绕组108或次级绕组156中的至少一个的电流。在这样的示例中,电流检测器720可以经由耦合到一个或多个绕组的输入和/或输出的电流传感器测量电流。例如,电流检测器720可以对应于电流感测电阻器或电流感测变压器。在其他示例中,电流检测器720可以测量流过图5的初级绕组108、次级绕组156或辅助绕组506中的至少一个的电流。在这样的示例中,电流检测器720可以经由耦合到一个或多个绕组的输入和/或输出的电流传感器测量电流。在图7的示例中,控制器700包括控制信号发生器730,以产生诸如电压信号、电流信号等的控制信号。例如,控制信号发生器730可以产生电压信号、电流信号等,以指示图3的第二驱动器132或fet驱动器303中的至少一个导通或关断图3的第二开关104和/或第三开关150。在其他示例中,控制信号发生器730可以产生电压信号、电流信号等,以引导图5的第二驱动器132、sr驱动器148或aux驱动器502中的至少一个导通或关断图5的第二开关104、第三开关150或第四开关510中的至少一个。在一些示例中,控制信号发生器730基于满足阈值的测量参数产生控制信号。例如,当测量的电压满足电压阈值时,控制信号发生器730可以操作开关。例如,当电压传感器测量第二开关104的漏极-源极电压满足电压阈值时,控制信号发生器730可以导通图3的第二开关104。在一些示例中,当测量的电流满足电流阈值时,控制信号发生器730产生控制信号。例如,当电流传感器测量流过初级绕组108的电流满足电流阈值时,控制信号发生器730可以关断图3的第二开关104。例如,当初级电流170为1安培并且因此大于0.5安培的电流阈值时,控制信号发生器730可以关断第二开关104。在其他示例中,当流过相应绕组的电流小于电流阈值时,控制信号发生器730可以导通或关断开关。尽管在图7中示出实现图3和/或图5的控制器700的示例方式,但是图7中示出的元件、过程和/或设备中的一个或多个可以被组合、划分、重新布置、省略、消除和/或以任何其他方式实施。此外,示例电压检测器710、示例电流检测器720、示例控制信号发生器730和/或更一般地图7的示例控制器700可以由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合实现。因此,例如,示例电压检测器710、示例电流检测器720、示例控制信号发生器730和/或更一般地示例控制器700中的任何一个都可以由一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、可编程控制器、图形处理单元(gpu)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)和/或现场可编程逻辑器件(fpld)实现。当阅读该专利的任何装置或系统权利要求以涵盖纯软件和/或固件实施方式时,示例电压检测器710、示例电流检测器720和/或示例控制信号发生器730中的至少一个特此明确定义包括诸如内存、数字多功能盘(dvd)、光盘(cd)、蓝光盘等的非临时性计算机可读存储设备或存储磁盘(包括软件和/或固件)。更进一步,图7的示例控制器700包括除了或代替图7中所示出的那些装置的一个或多个元件、过程和/或设备,和/或可以包括所示出的任何或所有元件、过程和设备中的一个以上。如本文所用,短语“在通信中”(包括其变体)涵盖通过一个或多个中间部件的直导通信和/或间导通信,并且不需要直接的物理(例如,有线)通信和/或恒定的通信,而是此外包括定期间隔、计划间隔、非周期性间隔和/或一次性事件的选择性通信。图8中示出表示用于实现图7的控制器700的示例硬件逻辑、机器可读指令、硬件实现的状态机和/或其任何组合的流程图。机器可读指令可以是可执行程序或可执行程序的一部分,以由计算机处理器(例如,下面结合图9讨论的示例处理器平台900中示出的处理器912)执行。程序可以体现在存储在非暂时性计算机可读存储介质(诸如cd-rom、软盘、硬盘驱动器、dvd、蓝光盘或与处理器912相关联的存储器)中的软件中,但是整个程序和/或其部分可以由处理器912以外的设备执行和/或以固件或专用硬件体现。此外,尽管参考图8中所示的流程图描述了示例程序,但是可以替代地使用实现图7的示例控制器700的许多其他方法。例如,可以改变框的执行顺序和/或可以改变、消除或组合所描述的一些框。附加地或可替代地,任何或所有框可以由被构造为在不执行软件或固件的情况下执行相应的操作的在一个或多个硬件电路(例如,离散和/或集成的模拟和/或数字电路、fpga、asic、比较器、运算放大器(op-amp)、逻辑电路等)实现。如上所述,图8的示例过程可以使用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如,硬盘驱动器、闪存、只读存储器、光盘、数字多功能磁盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中存储任何持续时间的信息(例如,延长的时间段、永久的、短暂的情况、临时的缓冲和/或信息的缓存)的任何其他存储设备或存储磁盘)上的可执行指令(例如,计算机和/或机器可读指令)实现。如本文中所使用的,术语“非暂时性计算机可读介质”被明确定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘,并且排除传播信号且排除传输介质。在本说明书中,术语“和/或”(当以诸如a、b和/或c的形式使用时)是指a、b、c的任何组合或子集,诸如:(a)仅a;(b)仅b;(c)仅c;(d)a与b;(e)a与c;(f)b与c;以及(g)a与b以及c。图8是表示示例机器可读指令800的流程图,这些机器可读指令800可以被执行以实现图7的示例控制器700以通过zvs来操作图3和/或图5的至少第二开关104。例如,机器可读指令800可以实现图3的控制器302和/或图5的控制器501。在框802处,控制器700基本上在导通初级fet的同时采样初级漏极-源极电压。例如,图7的电压检测器710可以测量图3的第二开关104的漏极-源极电压(例如,通过耦合到第二开关104和/或监视第二开关104的电压传感器进行测量)。在这样的示例中,图7的控制信号发生器730可以指示第二驱动器132导通第二开关104。在框804处,响应于导通初级fet,控制器700基于由电流感测比较器测量的电流而关断初级fet。例如,图7的电流检测器720可以测量流过图3的初级绕组108的电流。在这样的示例中,电流检测器720可以将电流与电流阈值进行比较,并且控制信号发生器730可以基于该比较经由第二驱动器132关断第二开关104。例如,当流过初级绕组108的初级电流170大于电流阈值(例如,预定的电流阈值)时,控制信号发生器730可以关断第二开关104。在关断初级fet之后,在框806处控制器700触发延迟。在框808处,控制器700导通次级fet。例如,控制信号发生器730可以基于自适应zvs控制经由图3的fet驱动器303导通图3的第三开关150。例如,控制信号发生器730可以导通第三开关150以将次级电流172从次级绕组156递送到第二电容器166、负载174或任何其他对应的输出中的至少一个。在其他示例中,控制信号发生器730可以基于自适应zvs控制经由图5的aux驱动器502导通图5的第四开关510。例如,控制信号发生器730可以导通第四开关510以将辅助电流526从辅助绕组506递送到第三电容器524。在框812处,响应于导通次级fet,控制器700触发延迟。在框812处的延迟之后,控制器700返回到框802以对初级fet的漏极-源极电压进行采样,并且基本上同时导通初级fet。在图8的机器可读指令800中,响应于执行框802的操作,在框814处控制器700确定在初级fet上是否正在发生zvs。例如,控制信号发生器730可以基于由电压检测器710测量的第二开关104的漏极-源极电压确定第二开关104是否通过zvs来导通。例如,如果当第二开关104的漏极-源极电压大于0伏时第二开关104导通,则控制信号发生器730可以确定第二开关104没有通过zvs来导通。在其他示例中,如果当第二开关104的漏极-源极电压小于zvs阈值(例如,0.1伏、0.3伏等)时第二开关104导通,则控制信号发生器730可以确定第二开关104通过zvs来导通。如果在框814处控制器700确定在初级fet上发生zvs,则在框816处控制信号发生器730减少次级fet的导通时间。例如,控制信号发生器730可以减少图3的fet驱动器303保持图3的第三开关150处于导通状态的持续时间。如果在框814处控制器700确定在初级fet上未发生zvs,则在框818处控制信号发生器730增加次级fet的导通时间。例如,控制信号发生器730可以增加图3的fet驱动器303保持图3的第三开关150处于导通状态的持续时间。在这样的示例中,通过将第三开关150保持在导通状态更长的持续时间,控制信号发生器730引导附加的负电流以在图3的次级绕组156上累积。在框810处,通过在次级绕组156上累积附加的负电流,当在第三开关150关断时,在负电流的增加量交换到初级绕组108时,第二开关104的漏极-源极电压可以衰减到大约零伏。图9是被构造成执行图8的指令以实现图7的控制器700的示例处理器平台900的框图。例如,处理器平台900可以被构造为执行图8的指令以实现图3的控制器302和/或图5的控制器501。处理器平台900可以是例如服务器、个人计算机、工作站、自学习机(例如,神经网络)、移动设备(例如,手机、智能电话、诸如ipadtm的平板电脑等)、个人数字助理(pda)、互联网设备、dvd播放器、cd播放器、数字视频录像机、蓝光播放器、游戏机、个人视频录像机、机顶盒、耳机或其他可穿戴设备,或任何其他类型的计算设备。所示示例的处理器平台900包括处理器912。所示示例的处理器912是硬件。例如,处理器912可以由任何期望的系列或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器、gpu、dsp或控制器实现。硬件处理器可以是基于半导体的(例如,基于硅的)设备。在该示例中,处理器912实现图7的示例控制器700、示例电压检测器710、示例电流检测器720和示例控制信号发生器730。所示示例的处理器912包括本地存储器913(例如,高速缓存)。所示示例的处理器912经由总线918与包括易失性存储器914和非易失性存储器916的主存储器通信。易失性存储器914可以由同步动态随机存取存储器(sdram)、动态随机存取存储器(dram)、动态随机存取存储器和/或任何其他类型的随机存取存储器设备实现。非易失性存储器916可以由闪存和/或任何其他期望类型的存储设备实现。对主存储器914、916的访问由存储器控制器控制。所示示例的处理器平台900还包括接口电路920。接口电路920可以通过诸如以太网接口、通用串行总线(usb)、接口、近场通信(nfc)接口和/或pciexpress接口的任何类型的接口标准实现。在所示示例中,一个或多个输入设备922连接到接口电路920。输入设备922允许用户将数据和/或命令输入到处理器912中。输入设备922可以由例如音频传感器、麦克风、相机(静态或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、触控板、轨迹球、指点设备和/或语音识别系统实现。一个或多个输出设备924也连接到所示示例的接口电路920。输出设备924可以例如由显示设备(例如,发光二极管(led)、有机发光二极管(oled)、液晶显示器(lcd)、阴极射线管显示器(crt)、就地开关(ips)显示器、触摸屏等)、触觉输出设备、打印机和/或扬声器实现。因此,所示示例的接口电路920通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片和/或图形驱动器处理器。所示示例的接口电路920还包括诸如发射器、接收器、收发器、调制解调器、住宅网关、无线接入点和/或网络接口的通信设备,以经由网络926促进与外部机器(例如,任何种类的计算设备)的数据交换。该通信可以经由例如以太网连接、数字用户线(dsl)连接、电话线连接、同轴电缆系统、卫星系统、站点线(line-of-site)无线系统、蜂窝电话系统等。所示示例的处理器平台900还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储设备928。这种大容量存储设备928的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、蓝光盘驱动器、独立磁盘冗余阵列(raid)系统和数字多功能盘(dvd)驱动器。图8的机器可执行指令932可以被存储在大容量存储设备928中、易失性存储器914中、非易失性存储器916中和/或可移除的非暂时性计算机可读存储介质(诸如cd或dvd)上。根据前述内容,本文描述了用于反激转换器的零电压切换的示例方法、装置和制造产品。本文所述的示例通过消除与反激变压器的初级绕组相关联的高侧初级开关和相应的隔离驱动电路,从而降低了反激转换器(例如有源箝位反激转换器)的成本和复杂性。与常规的有源箝位反激变换器相比,本文所述的示例减少了在退磁时间期间在反激变压器的初级绕组中的电流流动,并因此减小了在初级变压器绕组和相应的箝位网络中的传导损耗。本文描述的示例使用可替代类型的fet替代宽带隙fet(例如,硅fet)来通过zvs提高效率。耦合到反激变压器的初级绕组和/或与反激变压器的初级绕组关联的开关的减少减小了相应的寄生电容,从而导致反激变压器中累积较少的负电流以实现zvs。在一些描述的示例中,与常规的有源箝位反激转换器中的宽带隙fet相比,使用硅fet可以实现更高的效率。本文所述的示例在反激转换器的次级侧中提供了对同步整流操作的简化和/或更不复杂的控制。本文所述的示例通过直接由控制器控制同步整流来简化控制,从而消除了通常在常规反激转换器的sr驱动器中包括的漏极-源极感测或其他二极管仿真技术的需求。而且,本文描述的示例对于流过反激变压器的次级绕组的电流波形保持可预测的三角形形状,因为在电流流过次级绕组的同时初级绕组中没有电流流动或电流量可忽略不计。在权利要求的范围内,在所描述的实施例中可以进行修改,并且其他实施例也是可能的。当前第1页12当前第1页12
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