[发明专利]一种控制器和功率转换器及控制功率转换器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率供应领域，特别涉及一种控制器和功率转换器及控制功率转换器的方法。

背景技术

图1是现有直流/直流转换器100的电路示意图。直流/直流转换器100包括变压器102和与变压器102初级线圈串联连接的开关SW0。控制信号106通过控制开关SW0来控制直流/直流转换器100的输出功率。举例来说，控制信号106通过闭合开关SW0将变压器102的初级线圈连接到功率源，例如，直流电压V_DC，这样会有初级电流I_P流过变压器102的初级线圈。相应地，次级电流I_S流经变压器102的次级线圈并流经电感L，流向直流/直流转换器100的输出端。同时，电感L存储磁能。控制信号106还通过断开开关SW0将初级线圈和功率源切断，这样初级电流I_P就会被切断。同时，电感L通过将磁能转换成电能从而对直流/直流转换器100的输出端释放功率。控制信号106通过增大开关SW0的占空比来增大直流/直流转换器100的输出，或通过减小开关SW0的占空比来减小直流/直流转换器100的输出。

当初级电流I_P在一个特定范围内时，例如：|I_P|＜I_SPEC(I_SPEC为特定范围阈值)，变压器102的磁通量密度104与初级电流I_P成线性关系。正因如此，初级线圈转移到次级线圈的功率可以由初级电流I_P控制。然而，由于变压器的内部特性，如果初级电流I_P超过了非饱和范围，例如：|I_P|＞I_SATU(1_SATU为非饱和阈值)，变压器102的磁通量密度104基本保持不变。非饱和阈值I_SATU大于上述提到的特定范围阈值I_SPEC。因此，如果初级电流I_P超过了非饱和范围，初级电流I_P则不能控制变压器102的功率转移。

直流/直流转换器100中，控制信号106按照固定频率闭合开关SW0。一方面，如果直流/直流转换器100提供功率给重负载，控制信号106则增大开关SW0的占空比，这样直流/直流转换器100可以给重负载提供足够的功率。这里提到的“重负载”指的是与“轻负载”相比而言消耗相对多能量的负载。不足的是，当开关SW0的占空比大于占空比阈值时，初级电流I_P超过变压器102的非饱和范围，并且不能合理地控制变压器102的功率转移。另一方面，如果直流/直流转换器100提供功率给轻负载，控制信号则减小开关SW0的占空比。这里提到的“轻负载”指的是与“重负载”相比而言消耗相对较少能量的负载。然而，由于直流/直流转换器100对开关SW0在固定频率上进行闭合操作，所以当直流/直流转换器100提供功率给轻负载时，直流/直流转换器100的功率转换效率较低。

图2A是另一种现有直流/直流转换器200的电路示意图。直流/直流转换器200是一种电感-电感-电容(Inductor-Inductor-Capacitor，简称为LLC)谐振转换器。直流/直流转换器200给负载214提供输出功率。如图2A所示，直流/直流转换器200包括一对开关SW1和SW2，还包括电容202、电感204、变压器208和整流器212。电感210代表变压器208初级线圈的等效电感。占有一半占空比的脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation，简称为PWM)信号206交替打开以及闭合开关SW1和开关SW2，从而产生振荡电流I_OSC，振荡电流I_OSC流经电容202、电感204，以及电感210。PWM信号206通过控制开关SW1和开关SW2的开关频率f₂₀₆来控制直流/直流转换器200的输出功率。

更具体地，直流/直流转换器200具有由电容202、电感204、变压器208和负载214决定的谐振频率f_R。PWM信号206控制开关SW1和开关SW2的开关频率f₂₀₆接近谐振频率f_R，这样直流/直流转换器200可以给负载214提供更大的功率，或者PWM信号206控制开关SW1和开关SW2的开关频率f₂₀₆远离谐振频率f_R，这样直流/直流转换器200可以给负载214提供较小的功率。