[发明专利]功率转换器和用于功率转换器的方法

说明书

公开了一种功率转换器和用于功率转换器的方法。谐振或半谐振DC/DC转换器利用一个或更多个同步整流(SR)开关来对提供给转换器的负载的输出电流进行整流。理想情况下，SR开关在零电流流过它们时被关断。为了实现这样的零电流切换，通过每个SR开关的电流被监测并且与关断阈值进行比较。根据电流波形的斜率以及用于关断SR开关的过渡延迟来确定针对特定SR开关的关断阈值。该过渡延迟通常包括通过用于SR开关的驱动电路的延迟以及通过SR开关本身的延迟时间。一旦检测到SR开关的电流已经降到或低于关断阈值，则向SR开关提供信号，从而将其关断。

技术领域

本申请涉及利用同步整流(SR)开关来整流输出电流的谐振和半谐振功率转换器，并且特别涉及用于自适应地确定何时关断SR开关以实现零电流切换的技术。

背景技术

谐振和半谐振直流(DC)至DC功率转换器在内部产生交流电流(AC)，在向功率转换器的负载提供功率之前，必须对AC进行整流。可以通过依赖于一个或更多个二极管的无源技术来提供整流。这样的无源技术由于二极管两端的电压降和相应的功率损耗而相对低效。有源整流技术利用诸如场效应晶体管(FET)的功率开关，并且由于与二极管相比功率开关的阻抗减小，因此比无源技术更高效。然而，必须有源地控制功率开关，使得它们仅在适当的时间才导通电流。

当使用功率开关(此后称为同步整流(SR)开关)进行整流时，每个SR开关应该在流过其的电流为零或尽可能接近零时被禁用。这称为零电流切换(ZCS)，并且导致通过一个或更多个SR开关和高效功率转换器的最小功率损耗。尽管在DC/DC功率转换器的恒定负载条件下实现接近最优的ZCS是相当简单的，但是随着负载以及通过一个或更多个SR开关的相关电流的变化，会出现复杂情况。

许多现有的解决方案依赖于感测SR开关两端的电压并且使用该电压来确定何时关断SR开关。这样的解决方案可能需要额外的感测电路(例如，引脚、模数转换器)以及额外的复杂性以应对负载变化。为了应对负载变化，一些解决方案使用针对DC/DC转换器的每个周期而被调整的电压阈值。例如，对于DC/DC转换器的当前周期，如果特定的电压阈值导致SR开关在负电流已经开始流过其之后被禁用，则电压阈值被调整(增大)，使得SR开关在下一周期提早禁用。相反，对于DC/DC转换器的当前周期，如果特定的电压阈值导致SR开关在正电流仍流过其的同时被禁用，则电压阈值被调整(减小)，使得SR开关在下一周期推迟禁用。虽然这样的调整最终导致SR开关的接近理想的ZCS，但是这样的调整需要几个周期才能在负载瞬变之后达到稳态(理想)的开关定时。在调整期间，SR切换定时不理想，因此功率效率降低。

因此，需要用于确定在DC/DC功率转换器内何时应该关断SR开关的改进的技术。这些技术优选地不需要除功率转换器内已经可用的电路之外的任何附加电路。此外，这些技术应该在变化的负载要求的情况下实现SR开关的ZCS，并且ZCS应该在变化的负载期间保持，而不是仅在负载瞬变后的一些延迟之后重新实现。

发明内容

根据功率转换器的一个实施例，功率转换器包括用于整流输出电流的同步整流(SR)开关和能够操作成控制SR开关的导通的控制器。控制器通过感测功率转换器的电流并且确定该电流的斜率来实现该控制。控制器还能够操作成基于电流斜率和SR开关的过渡延迟来确定关断阈值。控制器还能够操作成检测所感测的电流是否已经减小到处于或低于关断阈值的水平，并且响应于这样的检测而关断SR开关。

根据功率转换器内的方法的一个实施例，感测功率转换器的电流并且确定电流的斜率。基于电流的斜率和通过功率转换器的同步整流(SR)开关的过渡延迟来确定关断阈值。监测所感测的电流以检测其是否已经减小到处于或低于关断阈值的水平。响应于检测到电流已经减小到这样的水平而关断SR开关。其中实现该方法的功率转换器可以是谐振或半谐振DC/DC电压转换器，在这种情况下，流过SR开关的电流呈现整流的正弦形状。

在阅读以下详细描述并查看附图后，本领域技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明