CN104052293A - 多相直流/直流转换器 - Google Patents

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Abstract

一种多相直流/直流电力转换器，包括输入端、输出端、并联耦接在输入端与输出端之间的至少第一转换器和第二转换器、耦接到第一转换器和第二转换器的电感器、耦接在第一转换器和第二转换器与输出端之间的输出电容器、以及耦接到第一转换器和第二转换器的控制电路。第一转换器和第二转换器每个都包括电力开关。控制电路被配置成以在其间具有相移的频率来开关电力开关、并且变化该频率以调节输出端处的电压。另外，控制电路可以被配置成在多相直流/直流电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关电力开关、并且在启动之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关电力开关。

Description

多相直流/直流转换器
技术领域
本发明涉及多相直流/直流（DC/DC）转换器。
背景技术
本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
多相DC/DC转换器包括并联连接并且以在其间具有相移的相同频率工作的多个转换器。转换器可以是在多相DC/DC转换器的输出端处产生交叠电流的独立的谐振转换器。这些交叠电流可以帮助降低输出电容器中的纹波电流。另外，多相DC/DC转换器可以包括耦接到转换器以促进转换器之间的电流共享的电感器。这也帮助降低输出电容器中的纹波电流。
发明内容
本章节提供本公开的一般概述，而不是对整个范围或所有其特征的全面公开。
根据本公开的一个方面，多相DC/DC电力转换器包括输入端、输出端、并联耦接在输入端与输出端之间的至少第一转换器和第二转换器、耦接到第一转换器和第二转换器的电感器、耦接在输出端与参考电势之间的输出电容器、以及耦接到第一转换器和第二转换器的控制电路。第一转换器和第二转换器每个都包括电力开关。控制电路被配置成以在其间具有相移的频率来开关电力开关、并且变化该频率以调节输出端处的电压。
根据本公开的另一方面，多相DC/DC电力转换器包括输入端、输出端、并联耦接在输入端与输出端之间的至少第一转换器和第二转换器、耦接到第一转换器和第二转换器的电感器、耦接在输出端与参考电势之间的输出电容器、以及耦接到第一转换器和第二转换器的控制电路。第一转换器和第二转换器每个都包括电力开关。控制电路被配置成在多相DC/DC电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关电力开关、并且在多相DC/DC电力转换器的启动之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关电力开关。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于多相DC/DC电力转换器的控制电路。多相DC/DC电力转换器具有输入端、输出端、并联耦接在输入端与输出端之间的至少第一转换器和第二转换器、耦接到第一转换器和第二转换器的电感器、以及耦接在输出端与参考电势之间的输出电容器。第一转换器和第二转换器每个都包括电力开关。控制电路被配置成在多相DC/DC电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关电力开关、并且在多相DC/DC电力转换器的启动之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关电力开关。
从本文中所提供的描述中，将容易明白更多的方面和适用领域。应当理解，可以单独地实施或者与一个或多个其它方面相组合地实施本公开的各种方面。还应当理解，本文中的描述和特定例子仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选择的实施例、而不是所有可能的实施的说明性目的，并且不意在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的一个示例实施例的包括三个转换器和控制电路的多相DC/DC电力转换器的框图；
图2是根据另一个示例实施例的包括两个半桥转换器的多相DC/DC电力转换器的示意图；
图3是示出了图2的两个半桥转换器中的电流的三角形波形的曲线图；
图4是示出了图2的电力转换器的输出电容器中的纹波电流的波形的曲线图；
图5是根据另一个示例实施例的包括两个半桥转换器的多相DC/DC电力转换器的示意图；
图6是示出了用于图2的半桥转换器之一的零电流开关区和零电压开关区的示例的曲线图；以及
图7是示出了图2的半桥转换器之一的示例DC特性的曲线图。
在附图的全部视图中，对应的标号表示对应的部分。
具体实施方式
现在，将参照附图更全面地描述示例实施例。
提供示例实施例，使得本公开是全面的并且完整地将其范围传达给本领域技术人员。提出了多个具体细节如具体的部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施例的彻底理解。对本领域技术人员来说显然的是，不需要采用具体的细节，示例实施例可以以很多不同的形式来实施，并且二者都不应当被理解为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。
本文中所使用的技术仅为了描述具体的示例实施例的目的，而非意在限制。如本文中所使用的，除非上下文另外明确地指出，否则，单数也可以意在包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括性的，并且因此指出所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它其特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或增加。除非明确地被确定为执行的顺序，否则，本文中所描述的步骤、过程和操作不被理解为必要地要求其以所讨论的或所示出的具体的顺序执行。同样应当理解的是，可以使用另外的或可替选的步骤。
尽管在本文中使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、范围、层和/或部分，然而，这些术语不应当限制这些元件、部件、范围、层和/或部分。这些术语可以仅用于区分一个元件、部件、范围、层和/或部分与另一个范围、层和/或部分。当在本文中使用时，除非明确地由上下文指出，否则，术语如“第一”、“第二”和其它数字术语不意味着次序或顺序。因而，下面所讨论的第一元件、第一部件、第一范围、第一层和/或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二范围、第二层和/或第二部分而不偏离示例实施例的教导。
在本文中，可以使用空间相关的术语如“内部的”、“外部的”、“在下方”、“在下”、“较低的”、“在上方”、“上部的”等，以便于描述附图中示出的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相关的术语可以意在包含除附图中所描绘的方向之外的处于使用或工作状态的装置的不同的方向。例如，如果附图中的装置被倒置，则描述为在其它元件或特征的“下方”的元件将在其它元件或特征的“上方”。因而，示例术语“在下”可以包括在上和在下的两个方向。装置可以指向另外的方向（旋转90度或在其它方向）并且本文中使用的空间相关描述符相应地被解释。
根据本公开的一个示例实施例的多相DC/DC电力转换器在图1中示出，并且总体上由参考标号100表示。如图1所示，多相DC/DC电力转换器100包括输入端Vin、输出端Vout、并联耦接在输入端Vin与输出端Vout之间的多个转换器102、104、106、电感器L、输出电容器C、以及耦接到每个转换器102、104、106的控制电路108。每个转换器包括电力开关S。
如在下面所进一步解释的，控制电路108以在其间具有相移的频率来开关电力开关S。另外，控制电路108变化该频率以调节输出端Vout处的电压。
另外，控制电路108可以在多相DC/DC电力转换器100的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关电力开关S。然后，控制电路108在多相DC/DC电力转换器100的启动之后以在其间具有相移的可变频率来开关电力开关S。
如图1所示，电感器L耦接在输出电容器C与转换器102、104、106之间。可替选地，电感器L可以耦接在转换器102、104、106的输入侧。例如，在一些实施例中，电感器L可以耦接在输入端Vin与转换器102、104、106之间。对于本领域技术人员明显的是，电感器L的值可以取决于例如电感器L、其它谐振元件在电力转换器100内的位置等而不同。
如下面所进一步描述的，多相DC/DC电力转换器100中的电感器L（例如，耦接在转换器102、104、106与输出电容器C之间）可以降低输出电容器C中的纹波电流、平衡多个转换器102、104、106中的电流并且/或者帮助实现无损开关转变。这可以提高多相DC/DC转换器100的效率。
在图1的示例中，输出电容器C耦接在输出端与参考电势之间。参考电势可以包括参考电压如大地、机壳地等、或者其它合适的参考电势。如图1所示，输出电容器耦接到电感器L以构成LC滤波器。具体地，输出电容器C耦接在电感器L的输出侧，使得输出电容器C通过电感器L与转换器102、104、106隔离。可替选地，如果电感器L耦接在转换器102、104、106的输入侧，则输出电容器C可以耦接到每个转换器102、104、106的输出端。此外，尽管示出了一个输出电容器C，但也可以采用任何合适数目的电容器。
如图1所示，转换器102、104、106并联耦接在输入端Vin与输出端Vout之间。另外，每个转换器102、104、106可以包括耦接到电力开关S的整流电路（图1中未示出）。整流电路可以包括例如中间分接式全波整流器、桥整流器、或者用于从AC电力产生DC电力的任何其它合适的整流电路。
另外，可以根据所采用的转换器的数目来变化转换器102、104、106之间的相移以控制经整流的脉冲的交叠。例如，相移可以等于360/(2*N)，其中N是多相DC/DC电力转换器100中的转换器的数目。
如图1所示，控制电路108分别向转换器102、104、106提供控制信号110A、110B、110C。控制电路108以可变频率来开关（经由控制信号110A、110B、110C开关）电力开关S以调节输出端Vout处的电压。以此方式，不需要预调节电路来调节输出端Vout处的电压。因而，如图1所示，输入端Vin不耦接到用于调节输出端Vout处的电压的预调节电路。
另外，在图1的示例中，控制电路108接收表示多相DC/DC电力转换器100的输出端Vout处的电压的信号112。以此方式，控制电路108可以提供用于调节多相DC/DC电力转换器100的输出电压的闭环控制。另外地和/或可替选地，尽管未在图1中示出，控制电路108可以接收表示多相DC/DC电力转换器100的参数（包括例如输入端Vin处的电压）的其它信号。
如图1的示例所示，每个转换器102、104、106的输出端在电感器L的输入侧短接在一起。这样的具有如上所述的适当相移的互连导致交叠的输出。交叠的输出以及电感器L和/或每个转换器102、104、106中谐振元件的存在可以帮助强迫来自每个转换器102、104、106的电流以谐振方式增大或减小。以此方式，一个转换器的谐振条件可以由其它转换器强加。因此，来自一个或多个转换器的电流增大或减小的速率与其它转换器中的电流增大或减小的速率基本上相同。因此，流过电感器L的电流（即，由每个转换器102、104、106提供的电流的总和）基本上恒定。
另外，如上面所解释的，转换器102、104、106作为谐振转换器来同时工作。然而，如果转换器中的一个或多个被禁用，则其它转换器将不作为谐振转换器来工作。这是由于如上面所解释的那样耦接到转换器102、104、106的电感器L。在这样的条件下，控制电路108将向启用的转换器提供固定频率的脉冲宽度调制信号以实现输出端Vout处的电压调节。
如上面所解释的，在其它条件期间也可以采用利用固定频率的脉冲宽度调制信号控制转换器102、104、106这一特征来控制电力转换器100。例如，控制电路108在多相DC/DC电力转换器100的启动期间以固定频率（基本上没有相移）来开关电力开关S。因此，为了调节输出端Vout处的电压，可以变化每个转换器102、104、106的电力开关S的工作周期。
通过在启动期间采用固定频率，可以软启动电力转换器100以降低电力开关S上的电流应力。例如，在电力转换器100的启动期间，输出电容器C可以被放电。通过以固定频率来开关电力开关S，可以实现输出电容器C的充电的闭环单调上升。以此方式，电力转换器100被软启动。
然后，在电力转换器100启动之后的某个时间点处，控制电路108可以在输出端Vout处的电压基本上被调节之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关电力开关S。在一些实施例中，该转变可以包括在所定义的时间段内将电力开关S之间的相移从基本上没有相移（如上面所解释的）增大到所定义的相移。所定义的时间段可以是任何合适的时间，包括例如电力转换器100的一个开关周期等。可替选地，该转变可以包括直到实现所定义的相移时转换器中的一些转换器的多个递增相移。
在图1的示例中，多相DC/DC电力转换器100包括三个转换器102、104、106。然而，应当理解，在本公开的任何给定的应用中可以采用两个或更多个转换器。例如，可以向具体的实施添加额外的转换器以实现更高的效率和/或增大的输出电力。无论数目如何，多个转换器优选地均采用相同的拓扑。例如，多个转换器可以是正向转换器、桥转换器（包括全桥转换器、如图2所示的半桥转换器等）、推挽式转换器等。
图2是包括输入端Vin、两个转换器202、204、电感器L2、输出电容器C6和输出端Vout的多相DC/DC电力转换器200的一个示例。转换器202和204并联耦接在输入端Vin与电感器L2之间。此外，输出电容器C6耦接在电感器L2与输出端Vout之间。
如图2所示，电力转换器200可以包括耦接到输入端Vin的滤波器。在图2的示例中，滤波器是电容器C1。可替选地，滤波器在需要时可以包括不同的和/或额外的滤波元件。
在图2的示例实施例中，转换器202、204、206采用相同的拓扑。每个都是具有其自己的耦接到整流电路206、208的隔离变压器TX1、TX2的半桥转换器。每个整流电路206、208耦接到电感器L2。
如图2所示，整流电路206和208是中间分接式全波整流器并且分别包括二极管D1、D2和D3、D4。尽管图2的示例将整流电路206、208示出为包括二极管整流器，但是也可以使用同步整流器FET（例如，MOSFET）来进一步提高效率。
另外，转换器202包括耦接到变压器TX1的初级绕组P1的电力开关Q1、Q2。变压器TX1的次级绕组S1、S2经由整流电路206耦接到输出端Vout。转换器204包括耦接到变压器TX2的初级绕组P2的电力开关Q3、Q4。变压器TX2的次级绕组S3、S4经由整流电路208耦接到输出端Vout。
除了变压器TX1、TX2以外，转换器202可以采用耦接到初级绕阻P1、P2的额外的谐振元件。在图2的示例中，转换器202包括分别耦接到电力开关Q1、Q2的电容器C2、C3、以及耦接在电容器C2、C3与变压器TX1的初级绕阻P1之间的电感器L1。同样地，转换器204包括分别耦接到电力开关Q3、Q4的电容器C4、C5、以及耦接在电容器C4、C5与变压器TX2的初级绕阻P2之间的电感器L3。
为清楚起见，电感器L1、L3被示出为与变压器TX1、TX2分开的外部电感器。然而，应当明显的是，电感器L1、L3可以包括与变压器TX1、TX2分开的外部电感（例如来自电感器）以及漏电感和/或寄生电感。
取决于设计和期望结果，谐振元件可以是任何合适的值。例如，对应谐振元件的值可以被选择为基本相等。
取决于设计，电力开关Q1、Q2、Q3、Q4可以能够进行软开关。例如，可以选择每个变压器TX1、TX2的磁化电感、电感器L1、L3、以及电容器C2、C3、C4、C5的值以实现电力开关Q1、Q2、Q3、Q4的基本上零电压和/或电流开关。以此方式，当变化频率时，如果频率变化低于谐振频率，则可以能够进行电力开关Q1、Q2、Q3、Q4的软开关。然而，如果频率变化高于谐振频率，则电力开关Q1、Q2、Q3、Q4的零电流开关可能被危害。图6示出了用于转换器202、204之一的零电流开关区和零电压开关区的示例。谐振频率由虚线600示出。
再参照图2，尽管谐振元件中可能存在不均等（例如，来自容差相关变化等），电感器L2也可以帮助实现转换器202、204中的电流平衡。以此方式，电感器L2可以使流向输出端Vout的负载电流稳定于稳态条件。为了使负载电流稳定，来自每个转换器202、204的电流的总和保持基本上恒定（如上所述）。因此，当来自转换器202的到电感器L2的电流斜升时，来自转换器204的电流以相同的速率斜降（反之亦然）以维持流过电感器L2的基本上恒定的负载电流。来自每个转换器202、204的电流之间的这种关系导致每个变压器TX1、TX2的初级绕阻和次级绕阻中的具有基本上三角形的电流波形。例如，图3示出了每个变压器TX1、TX2的初级绕阻中的电流的三角形波形。
再次参照图2，作为来自转换器202、204的电流关系的结果，输出电容器C6中的纹波电流可以被降低，并且在一些情形中基本上为零。在一些实施例中，纹波可以是输出负载电流的约2%rms。同样地，该相同结果可以通过耦接在输入端Vin与转换器202、204之间的电容器C1来实现。然而，应当理解，纹波电流可以根据转换器202、204的谐振元件的值来变化。
图4示出了用于12V/180A额定电力轨的输出电容器C6中的纹波电流的示例波形。如图4所示，纹波电流约为4.7A rms。
尽管未在图2中示出，电力开关Q1、Q2、Q3、Q4由控制电路（例如，类似于图1的控制电路108）来开关。例如，控制电路可以以可变频率来开关电力开关Q1、Q2、Q3、Q4以调节输出端Vout处的电压。因此，并且如图2所示，电力转换器200的输入端Vin不耦接到用于调节输出端Vout处的电压的预调节电路。
另外地和/或可替选地，在多相DC/DC电力转换器200的启动期间，控制电路可以以在其间基本上没有相移的固定频率来开关电力开关Q1、Q2、Q3、Q4。然后，在启动之后的某个时间点处，控制电路可以以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关电力开关Q1、Q2、Q3、Q4。
为了在具有可变频率时调节输出电压，在每个转换器202、204的谐振元件（例如，电容器C2、C3、C4、C5，电感器L1、L3等）的值与变压器TX1、TX2的磁化电感的值之间形成关系。例如，可以基于包括例如所需最大效率（例如，在50%负载、100%负载处等）、增大的滞留容量（hold-up capacity）、软开关（上面所解释的）等的设计需求来选择变压器TX1、TX2的磁化电感和谐振元件的值。
另外，通过采用可变频率，电力转换器200可以以等于1的增益工作。可替选地，在需要时，电力转换器可以以小于1或大于1的增益工作。例如，增益和频率取决于耦接到输出端Vout的负载和输入端Vin处的电压。以此方式，本领域技术人员能够设计转换器202、204以实现期望增益。例如，图7示出了用于转换器202、204之一的示例增益曲线。
另外，如上面所解释的，转换器202、204作为谐振转换器来同时工作。然而，当一个转换器（例如，转换器202）被禁用时，由于电感器L2的存在，其它启用的转换器（例如，转换器204）不作为谐振转换器来工作。在这样的条件下，控制电路（未示出）可以向启用的转换器提供固定频率的脉冲宽度调制信号以实现输出端Vout处的电压调节。另外，启用的转换器中的变压器的初级绕阻和次级绕阻中的电流将具有基本上方形的波（例如，梯形、方形等）形而不是如上所述的三角形。
图5示出了基本上类似于图2的多相DC/DC电力转换器200的示例多相DC/DC电力转换器500。然而，如图5所示，多相DC/DC电力转换器500包括转换器502、504以及耦接在转换器502、504的输入侧的电感器L2。例如，在图5的示例中，电感器L2耦接在输入电容器C1与转换器502、504之间。
另外，通过将电感器L2耦接在转换器502、504的输入侧，可以获得如上面关于图1和图2（其包括耦接在转换器的输入侧的电感器）所描述的基本上相同的益处。例如，将电感器L2耦接在转换器502、504的输入侧可以降低输入电容器C1中的纹波电流。
本文中所公开的多相DC/DC电力转换器可以包括具有3kW或更大的输出电力的高性能转换器。另外，尽管在图2的示例中示出了半桥转换器，但是也可以采用任何合适的转换器拓扑，包括正向转换器、其它桥转换器（例如，全桥）、推挽式转换器等。
另外，本文中所公开的电力开关可以是任何合适的电力开关，包括例如以500kHz至1MHz的范围内的频率来开关的氮化镓（GaN）电力开关。
此外，可以在包括例如高功率转换器、服务器电源等的许多不同的电力应用中采用本文中所公开的教导。
通过采用本文中所公开的教导，电力转换器可以具有低的电磁干扰（EMI）、对于输入和输出电容而言的降低的纹波电流应力、提高的效率、无损开关转变等。另外，通过采用本文中所公开的教导，转换器可以处理谐振元件中的实际容差相关变化而不降低性能，实现启动期间输出电压的基本上单调的上升而对开关装置没有高水平的应力，包括短路条件期间较低的电流应力等。
已经为了说明和描述的目的提供了前面的实施例的描述。前面的实施例的描述不意在是详尽的或限制本公开。具体实施例的单个元件或特征通常不限制该具体实施例，但是，即使没有具体地示出或描述，具体的实施例的单个元件或特征在所选择的实施例中在可应用的地方也是可替换的并且也可以使用。相同的方式也可以以许多方式变化。这样的变化不被认为是偏离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种多相DC/DC电力转换器，包括：输入端；输出端；并联耦接在所述输入端与所述输出端之间的至少第一转换器和第二转换器；耦接到所述第一转换器和所述第二转换器的电感器；耦接在所述输出端与参考电势之间的输出电容器；以及耦接到所述第一转换器和所述第二转换器的控制电路，所述第一转换器和所述第二转换器每个都包括电力开关，所述控制电路被配置成以在其间具有移相的频率来开关所述电力开关、并且变化所述频率以调节所述输出端处的电压。
2.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器包括具有耦接到所述第一转换器的所述电力开关的初级绕阻以及耦接到所述输出端的次级绕阻的第一变压器，并且其中，所述第二转换器包括具有耦接到所述第二转换器的所述电力开关的初级绕阻以及耦接到所述输出端的次级绕阻的第二变压器。
3.根据权利要求2所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器包括耦接到所述第一变压器的所述次级绕阻的第一整流电路，并且其中，所述第二转换器包括耦接到所述第二变压器的所述次级绕阻的第二整流电路。
4.根据权利要求2所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一变压器和所述第二变压器被配置成产生第一磁化电感和第二磁化电感，其中，所述第一转换器和所述第二转换器每个都包括耦接到所述第一变压器和所述第二变压器的所述初级绕阻的一个或多个谐振元件，其中，所述第一转换器的所述第一磁化电感和所述一个或多个谐振元件足以引起所述第一转换器的所述电力开关的零电压开关和零电流开关，并且其中，所述第二转换器的所述第二磁化电感和所述一个或多个谐振元件足以引起所述第二转换器的所述电力开关的零电压开关和零电流开关。
5.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，还包括耦接到所述输入端的滤波电容器。
6.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述相移等于360/(2*N)，其中N是转换器的数目。
7.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器和所述第二转换器采用相同的拓扑。
8.根据权利要求7所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器和所述第二转换器是半桥转换器。
9.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述电感器耦接在所述输出电容器与所述第一转换器和所述第二转换器之间。
10.根据权利要求9所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器被配置成向所述电感器提供第一电流，其中，所述第二转换器被配置成向所述电感器提供第二电流，并且其中，所述第一电流与所述第二电流的总和基本上恒定。
11.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述输入端不耦接到被配置成调节所述输出端处的电压的预调节电路。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述控制电路被配置成在所述多相DC/DC电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关所述频率，并且其中，所述控制电路被配置成在所述多相DC/DC电力转换器的启动之后变化所述在其间具有所述相移的频率。
13.根据权利要求1所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述第一转换器和所述第二转换器被配置成作为谐振转换器来同时工作，并且其中，当所述第二转换器被禁用时，所述第一转换器不作为谐振转换器来工作。
14.一种多相DC/DC电力转换器，包括：输入端；输出端；并联耦接在所述输入端与所述输出端之间的至少第一转换器和第二转换器；耦接到所述第一转换器和所述第二转换器的电感器；耦接在所述输出端与参考电势之间的输出电容器；以及耦接到所述第一转换器和所述第二转换器的控制电路，所述第一转换器和所述第二转换器每个都包括电力开关，所述控制电路被配置成在所述多相DC/DC电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关所述电力开关、并且在所述多相DC/DC电力转换器的启动之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关所述电力开关。
15.根据权利要求14所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述电感器耦接在所述输出电容器与所述第一转换器和所述第二转换器之间。
16.根据权利要求15所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述所定义的相移等于360/(2*N)，其中N是转换器的数目。
17.根据权利要求14所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述控制电路被配置成在所定义的时间段内将所述电力开关之间的相移从所述基本上没有相移增大到所述所定义的相移。
18.根据权利要求17所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述所定义的时间段是一个开关周期。
19.根据权利要求14至18中的任一项所述的多相DC/DC电力转换器，其中，所述控制电路被配置成在所述输出端处的电压基本上被调节之后以所述可变频率来开关所述电力开关。
20.一种用于多相DC/DC电力转换器的控制电路，所述多相DC/DC电力转换器具有：输入端；输出端；并联耦接在所述输入端与所述输出端之间的至少第一转换器和第二转换器；耦接到所述第一转换器和所述第二转换器的电感器；以及耦接在所述输出端与参考电势之间的输出电容器；所述第一转换器和所述第二转换器每个都包括电力开关，所述控制电路被配置成在所述多相DC/DC电力转换器的启动期间以在其间基本上没有相移的固定频率来开关所述电力开关、并且在所述多相DC/DC电力转换器的启动之后以在其间具有所定义的相移的可变频率来开关所述电力开关。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107370373A (zh) * 2016-05-13 2017-11-21 英飞凌科技奥地利有限公司 用于半谐振电源转换器中的相位对准方法和装置
CN109327023A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 许继集团有限公司 一种dc/dc并联运行输出调节方法及其系统
CN111587526A (zh) * 2018-12-17 2020-08-25 富士电机株式会社 Ｄｃ－ｄｃ转换器装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9819271B2 (en) * 2013-09-30 2017-11-14 O2Micro, Inc. Power converters
JP6295173B2 (ja) * 2014-05-19 2018-03-14 ローム株式会社 電源装置
US9960636B2 (en) * 2014-07-11 2018-05-01 Acbel Polytech Inc. Power supply system and direct-current converter thereof
DE102015002687A1 (de) * 2015-03-04 2016-09-08 Witech GmbH Verfahren der induktiven Stromübertragung
US20180205311A1 (en) 2017-01-17 2018-07-19 Apple Inc. Control of Series-Parallel Mode (SPM) Clamped Flyback Converter
US9774270B2 (en) * 2015-06-15 2017-09-26 Apple Inc. Systems and methods of operation for power converters having series-parallel mode active clamps
IT201600080294A1 (it) * 2016-07-29 2018-01-29 St Microelectronics Srl Dispositivo e metodo di controllo ad anello chiuso di un convertitore di potenza
EP3537587A4 (en) * 2016-11-01 2019-11-06 Mitsubishi Electric Corporation POWER CONVERSION DEVICE
WO2018190249A1 (ja) * 2017-04-12 2018-10-18 国立大学法人京都大学 スイッチング電源システム、コントローラ、及び制御方法
US20190181744A1 (en) * 2017-12-11 2019-06-13 Texas Instruments Incorporated Bus converter current ripple reduction
WO2019133803A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 The Trustees Of Princeton University System and method for reactance steering network (rsn)
CN110868071B (zh) * 2018-08-28 2021-01-26 台达电子工业股份有限公司 变换装置
CN110943609B (zh) * 2018-09-25 2022-01-21 台达电子工业股份有限公司 功率模块
CN111525802B (zh) * 2019-02-01 2021-08-06 台达电子工业股份有限公司 变换装置
CN111525803B (zh) * 2019-02-01 2021-10-26 台达电子工业股份有限公司 变换装置
JP7219688B2 (ja) * 2019-09-26 2023-02-08 株式会社日立製作所 電力変換装置とその制御方法
CN112130049B (zh) * 2020-09-15 2021-09-03 昆明理工大学 功率开关器件的软开关检测电路和开关损耗动态优化方法
KR20220153401A (ko) * 2021-05-11 2022-11-18 현대자동차주식회사 전기구동 모빌리티의 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법
MX2024001144A (es) * 2021-07-27 2024-02-23 Univ Columbia Sistemas y metodos para conversion de energia con filtro de bobina-condensador (lc) que tiene un inductor con bobinado incorporado en la placa.
CN118074526A (zh) * 2022-11-22 2024-05-24 明纬企业股份有限公司 能源回收装置及其直流升压装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496267A (zh) * 2005-10-14 2009-07-29 雅达电子国际有限公司 多相dc到dc变换器
CN102035389A (zh) * 2009-09-24 2011-04-27 三垦电气株式会社 直流变换装置
US20120014148A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Qian Li Adaptive on-time control for power factor correction stage light load efficiency
CN102341950A (zh) * 2009-03-06 2012-02-01 伊利诺斯工具制品有限公司 使用相移的双正激变换器电路的电池充电器
CN102948062A (zh) * 2010-06-22 2013-02-27 株式会社理光 多相转换器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6970366B2 (en) 2003-04-03 2005-11-29 Power-One As Phase-shifted resonant converter having reduced output ripple
TW201008122A (en) * 2008-08-07 2010-02-16 Richtek Technology Corp Current balancing device and method for a multi-phase power converter with constant working time control
TW201012037A (en) * 2008-09-10 2010-03-16 Richtek Technology Corp Control circuit of a multi-phase power converter with constant on-time control and method thereof
KR101920673B1 (ko) * 2012-01-31 2018-11-22 주식회사 솔루엠 컨버터 구동회로, 듀얼 모드 ｌｌｃ 공진 컨버터 시스템 및 듀얼 모드 ｌｌｃ 공진 컨버터 구동방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496267A (zh) * 2005-10-14 2009-07-29 雅达电子国际有限公司 多相dc到dc变换器
CN102341950A (zh) * 2009-03-06 2012-02-01 伊利诺斯工具制品有限公司 使用相移的双正激变换器电路的电池充电器
CN102035389A (zh) * 2009-09-24 2011-04-27 三垦电气株式会社 直流变换装置
CN102948062A (zh) * 2010-06-22 2013-02-27 株式会社理光 多相转换器
US20120014148A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Qian Li Adaptive on-time control for power factor correction stage light load efficiency

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107370373A (zh) * 2016-05-13 2017-11-21 英飞凌科技奥地利有限公司 用于半谐振电源转换器中的相位对准方法和装置
CN109327023A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 许继集团有限公司 一种dc/dc并联运行输出调节方法及其系统
CN109327023B (zh) * 2017-07-31 2021-06-08 许继集团有限公司 一种dc/dc并联运行输出调节方法及其系统
CN111587526A (zh) * 2018-12-17 2020-08-25 富士电机株式会社 Ｄｃ－ｄｃ转换器装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9906135B2 (en) 2018-02-27
CN104052293B (zh) 2017-04-12
US20140268891A1 (en) 2014-09-18
US9240724B2 (en) 2016-01-19
US20160013724A1 (en) 2016-01-14

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