[发明专利]用于对半谐振和谐振转换器进行控制的方法和装置

说明书

技术领域

本申请涉及半谐振和谐振转换器，特别是对半谐振和谐振转换器的控制。

背景技术

包括隔离的和非隔离拓扑的谐振和半谐振DC-DC转换器用于各种各样的应用中，例如电信、处理器等，这是由于它们的零电压(电流)开关特性以及它们的利用寄生部件的能力。在众多拓扑中，具有变压器/抽头电感器的半谐振转换器是在不使用隔离的情况下实现高电压转换比的有吸引力的拓扑。较低成本和较高效率是这种转换器相对于其他解决方案的主要优点。

许多谐振和半谐振DC-DC转换器的输出电流每个开关周期具有半周期正弦状形状。对于这样的转换器，固定频率控制可能不是有效的拓扑，所以需要可变开关频率控制以实现最佳性能并且对于可变频率操作提供软开关。

因此，对于具有正弦状形状的输出电流的谐振和半谐振DC-DC转换器，需要可变开关频率数字控制。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种用于多相电压转换器的数字控制系统。电压转换器的每个相包括：连接在输入电压端子和开关节点之间的高侧开关；连接在开关节点和接地之间的低侧开关；将开关节点连接到多相电压转换器的公共输出节点的无源电路；以及同步整流(SR)开关，连接在无源电路和接地之间，并且当同步整流开关被接通时半周期正弦状电流被传导通过同步整流开关。数字控制系统包括数字PWM(脉冲宽度调制)状态机，数字PWM状态机可操作为控制相的逐周期开关。对于每个相，数字PWM状态机可操作为：在每个开关周期的开始处，进入第一状态，在第一状态中用于高侧开关的控制信号是激活的并且用于低侧开关和SR开关的控制信号是未激活的；退出第一状态并且进入第二状态，在第二状态中用于所有开关的控制信号是未激活的；退出第二状态并且进入第三状态，在第三状态中用于高侧开关的控制信号是未激活的并且用于低侧开关和SR开关的控制信号是激活的；退出第三状态并且进入第四状态，在第四状态中用于高侧开关和低侧开关的控制信号是未激活的并且用于SR开关的控制信号是激活的，然后退出第四状态并且进入第五状态，在第五状态中用于所有开关的控制信号是未激活的，或退出第三状态并且进入第五状态而不进入第四状态；以及退出第五状态并且在下一个开关周期的开始处进入第一状态。

根据数字地控制多相电压转换器的逐周期开关的一个实施例，针对每个相，方法包括：在每个开关周期的开始处，进入数字PWM(脉冲宽度调制)状态机的第一状态，在第一状态中用于高侧开关的控制信号是激活的并且用于低侧开关和SR开关的控制信号是未激活的；退出第一状态并且进入数字PWM状态机的第二状态，在第二状态中用于所有开关的控制信号是未激活的；退出第二状态并且进入数字PWM状态机的第三状态，在第三状态中用于高侧开关的控制信号是未激活的并且用于低侧开关和SR开关的控制信号是激活的；退出第三状态并且进入数字PWM状态机的第四状态，在第四状态中用于高侧开关和低侧开关的控制信号是未激活的并且用于SR开关的控制信号是激活的，然后退出第四状态并且进入数字PWM状态机的第五状态，在第五状态中用于所有开关的控制信号是未激活的，或退出第三状态并且进入第五状态而不进入第四状态；以及退出第五状态并且在下一个开关周期的开始处进入第一状态。

通过阅读以下详细描述以及查看相应附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记指代对应的相似部分。可以对各种所示的实施例的特征进行组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘实施例，并且在以下的描述中详细说明实施例。

图1图示了具有可变开关频率的谐振或半谐振多相电压转换器的一个实施例的框图。

图2和3图示了与图1的多相电压转换器的操作相关联的各种波形。

图4图示了用于图1的多相电压转换器的数字控制系统的一个实施例的框图。

图5图示了图4的数字控制系统的数字状态机实现的一个实施例的状态转换图。

具体实施方式

本文所描述的实施例提供了PWM(脉冲宽度调制)发生器的基于数字状态机的实现，PWM发生器针对具有正弦状形状的相输出电流的谐振和半谐振DC-DC转换器提供可变开关频率控制。具有可变频率结构的PWM发生器针对多相谐振或半谐振DC-DC转换器的每个相产生合适的栅极信号。基于数字状态机的实现适合于芯片上的实现，基于开关时段的最新信息提供了对占空比的自适应调整，并且在没有增加的模拟电路要求的情况下产生了高灵活性且易于对参数调整进行调谐。