用于功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)備和方法
【專利說明】用于功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)備和方法
相關(guān)申請(qǐng)案交叉申請(qǐng)
[0001]本發(fā)明要求2013年4月15日遞交的發(fā)明名稱為“用于功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)備和方法(Apparatus and Method for Power Converters)，，的第 61/812，125 號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案以及2013年6月20日遞交的發(fā)明名稱為“用于功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)備和方法(Apparatus andMethod for Power Converters) ”的第13/923，112號(hào)美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)案的在先申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，該在先申請(qǐng)的內(nèi)容以引入的方式并入本文本中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種功率轉(zhuǎn)換器，并且在具體實(shí)施例中，涉及一種用于總線轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的控制機(jī)制。
【背景技術(shù)】
[0003]電信網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)通常包含將電力從AC公用設(shè)施管線轉(zhuǎn)換到48V DC配電總線的AC-DC級(jí)以及將48V DC配電總線轉(zhuǎn)換到多個(gè)電壓電平以用于所有類型電信負(fù)載的DC-DC級(jí)。這兩個(gè)級(jí)可以包括隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器。隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器可以通過使用不同的功率拓?fù)鋪韺?shí)施，例如反激式轉(zhuǎn)換器、正激式轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器、全橋式轉(zhuǎn)換器、LLC諧振轉(zhuǎn)換器以及類似物。
[0004]隨著技術(shù)的進(jìn)一步推進(jìn)，總線轉(zhuǎn)換器已被廣泛應(yīng)用于電信行業(yè)中?？偩€電壓可以分為三類:從48V的輸入dc電源轉(zhuǎn)換的12V總線電壓、從380V的輸入dc電源轉(zhuǎn)換的48V總線電壓以及從380V的輸入dc電源轉(zhuǎn)換的12V總線電壓?？偩€轉(zhuǎn)換器不僅將輸入電壓從較高電平轉(zhuǎn)換到較低電平，而且通過例如變壓器和/或類似物等磁性裝置提供隔離。
[0005]中間總線電壓，例如12V，可以充當(dāng)用于多個(gè)下游非隔離式功率轉(zhuǎn)換器的輸入電源總線。下游非隔離式功率轉(zhuǎn)換器可以實(shí)施為降壓dc/dc轉(zhuǎn)換器，例如降壓轉(zhuǎn)換器；升壓dc/dc轉(zhuǎn)換器，例如升壓轉(zhuǎn)換器、線性調(diào)節(jié)器；其任意組合。下游非隔離式功率轉(zhuǎn)換器在緊密控制回路下操作，使得將經(jīng)充分調(diào)節(jié)的輸出電壓饋送到它們的相應(yīng)負(fù)載中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例大體上解決或避免了這些以及其他問題并且大體上獲得了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供與未經(jīng)調(diào)節(jié)的功率轉(zhuǎn)換器相比可以實(shí)現(xiàn)高效率以及更好調(diào)節(jié)的經(jīng)松弛調(diào)節(jié)的功率轉(zhuǎn)換器。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器包括耦合到電源的輸入端、耦合到輸入端的多個(gè)電源開關(guān)、耦合到電源開關(guān)的磁性裝置以及耦合到電源開關(guān)的控制器，其中控制器用于產(chǎn)生用于電源開關(guān)的多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且其中柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)安排使得轉(zhuǎn)換器的輸出電壓在經(jīng)充分調(diào)節(jié)的輸出電壓與未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓中間。
[0008]根據(jù)另一實(shí)施例，方法包括檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，其中功率轉(zhuǎn)換器包括耦合到電源的輸入端、耦合到輸入端的多個(gè)電源開關(guān)以及耦合到電源開關(guān)的控制器。
[0009]所述方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生用于電源開關(guān)的多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)安排使得轉(zhuǎn)換器的輸出電壓在經(jīng)充分調(diào)節(jié)的輸出電壓與未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓中間。
[0010]根據(jù)又另一實(shí)施例，方法包括檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓、基于功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓確定功率轉(zhuǎn)換器的操作模式以及基于阻尼增益控制產(chǎn)生多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中阻尼增益控制配置為使得功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓在從經(jīng)緊密調(diào)節(jié)的輸出電壓到未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的范圍內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是通過阻尼增益控制方案提高功率轉(zhuǎn)換器的效率。
[0012]前文已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便可以更好地理解以下的本發(fā)明的詳細(xì)說明。下文將描述本發(fā)明的額外特征以及優(yōu)點(diǎn)，這些額外特征以及優(yōu)點(diǎn)形成本發(fā)明的權(quán)利要求的標(biāo)的物。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念以及具體實(shí)施例可以易于用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)或方法的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)意識(shí)到，此類等效構(gòu)造不脫離如在所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0013]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中:
[0014]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器的方塊圖；
[0015]圖2說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的電壓增益；
[0016]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的第一說明性控制方案；
[0017]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的第二說明性控制方案；
[0018]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的第三說明性控制方案；
[0019]圖6說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的第四說明性控制方案；以及
[0020]圖7說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器的第五說明性控制方案。
[0021]除非另有指示，否則不同圖中的對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。繪制各圖是為了清楚地說明實(shí)施例的相關(guān)方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下文將詳細(xì)論述當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可以在各種具體上下文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說明用以制作和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0023]將在具體背景中，即在用于總線轉(zhuǎn)換器的阻尼增益控制方案中根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于各種功率轉(zhuǎn)換器，包含隔離式功率轉(zhuǎn)換器，例如全橋式轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器、正激式轉(zhuǎn)換器、反激式轉(zhuǎn)換器和/或類似物；非隔離式功率轉(zhuǎn)換器，例如降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和/或類似物；諧振轉(zhuǎn)換器，例如LLC諧振轉(zhuǎn)換器和/或類似物。下文將參照附圖詳細(xì)解釋各種實(shí)施例。
[0024]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器的方塊圖。功率轉(zhuǎn)換器100包含功率級(jí)102和控制級(jí)104?？刂萍?jí)104通過多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到功率級(jí)102。
[0025]功率級(jí)102可以是全橋式轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器、正激式轉(zhuǎn)換器、反激式轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器、諧振轉(zhuǎn)換器、線性調(diào)節(jié)器和/或類似物。
[0026]如圖1所示，控制級(jí)104檢測(cè)來自功率轉(zhuǎn)換器100的輸入端以及功率轉(zhuǎn)換器100的輸出端這兩者的信號(hào)。另外，基于所檢測(cè)到的信號(hào)，控制級(jí)104可以產(chǎn)生多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖1所示被饋送到功率級(jí)102中。柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)用以控制功率級(jí)102的切換元件(未示出)。因此，功率轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓可以響應(yīng)于不同柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)而改變。
[0027]應(yīng)注意，雖然圖1示出控制級(jí)104可以檢測(cè)功率轉(zhuǎn)換器100的輸入，例如VIN，以及功率轉(zhuǎn)換器100的輸出，例如V0，但是控制級(jí)104可以基于功率轉(zhuǎn)換器100的輸入或輸出產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。舉例來說，控制級(jí)104可以僅僅檢測(cè)功率級(jí)102的輸入端處的信號(hào)并且基于前饋控制機(jī)制產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另一方面，控制級(jí)104可以僅僅檢測(cè)功率級(jí)102的輸出端處的信號(hào)并且基于反饋控制機(jī)制產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0028]總之，控制級(jí)104可以基于前饋控制方案、反饋控制方案、其任何組合和/或類似物產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0029]柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以確定各種功率轉(zhuǎn)換器參數(shù)，例如占空比、相位、切換頻率、其任何組合以及類似物。舉例來說，在例如降壓轉(zhuǎn)換器的非隔離式切換式調(diào)節(jié)器中，功率轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓可以響應(yīng)于占空比的變化而改變，占空比由柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)確定。此外，在移相橋式轉(zhuǎn)換器中，相位變化可以導(dǎo)致輸出電壓變化。而且，在例如LLC諧振轉(zhuǎn)換器的諧振轉(zhuǎn)換器中，諧振轉(zhuǎn)換器的切換頻率的變化可以導(dǎo)致LLC諧振轉(zhuǎn)換器的輸出端處的電壓變化。上文描述的功率轉(zhuǎn)換器控制特征在本領(lǐng)域中是熟知的，并且因此不進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)論述以避免重復(fù)。
[0030]根據(jù)一些實(shí)施例，阻尼增益控制機(jī)制由控制級(jí)104使用。具體來說，控制級(jí)104可以在緊密控制回路下從其目標(biāo)值增加或減少功率級(jí)102的控制變量(例如，占空比、相位和/或切換頻率)。舉例來說，在緊密控制回路下，響應(yīng)于輸入電壓，功率級(jí)102可以在經(jīng)緊密控制的占空比下操作以便維持穩(wěn)壓輸出。在阻尼增益控制方案下，功率級(jí)102