CN104283444B - 具有可变输出级的后调节回扫转换器 - Google Patents

具有可变输出级的后调节回扫转换器 Download PDF

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Abstract

描述了包括设置用以存储能量的变压器的一种电力电路。电力电路进一步包括与变压器的次级侧绕组并联设置的并联开关装置。

Description

具有可变输出级的后调节回扫转换器
技术领域
本公开涉及功率转换器，并且更具体地涉及用于调节基于回扫的功率转换器的输出级的技术。
背景技术
功率转换器广泛用于电子装置中以将来自电源的电输入电压在目的地负载处转换为合适量的输出电压。此外，功率转换器可以将AC电压转换为DC电压，因为电子装置经常需要DC电源。例如，功率转换器可以将来自主电网(例如从壁式插座的AC电力插头获取)的电压转换至合适量的DC电压和/或电流以用于向电子装置(例如膝上型电脑、移动电话等等)供电。
功率转换器可以具有某些特定缺点。一个缺点是不同的电子装置可以具有不同的电压需求而单个功率转换器可能无法满足所有不同装置的所有需求。例如，膝上型计算机在操作期间可以需要比移动电话所需功率量(例如十瓦特)更高的功率量(例如六十瓦特)。用于操作移动电话的功率转换器可以无法提供足够的电压量以操作膝上型电脑，而用于操作膝上型电脑的功率转换器可以提供太多电压并且向移动电话过度供电。另一缺点是转换器的物理尺寸可以取决于目的地装置的功率需求而变化。例如，因为膝上型电脑可以通常需要更大量电压，所以膝上型功率转换器中的电子电路系统可以比用于向移动电话充电的合适的转换器(例如“插头尺寸”适配器)中找到的电子电路系统更大并且更复杂。功率转换器的另一缺点是一些转换器仅具有单个输出端口能力，也即单个输出端口转换器仅可以一次向一个装置提供电压量。即便转换器提供多个输出端口，多个输出端口转换器仅可以向共用了相同电压需求的多个装置同时提供相等量的电压。
发明内容
总体而言，描述了用于调节在基于回扫转换器的功率转换器一个或多个输出端口处的输出电压的技术和电路。功率转换器包括：输入端口，耦合至一个或多个变压器的初级侧绕组；以及一个或多个输出端口，耦合至一个或多个变压器的次级侧绕组。可以控制与一个或多个变压器的次级侧绕组并联设置的一个或多个并联开关装置，以调节和/或调整从一个或多个变压器转移至一个或多个输出端口中的每一个的能量的量。
在一个示例中，本公开涉及一种电力电路，包括设置用于存储能量的变压器。变压器具有初级侧绕组和次级侧绕组。电力电路也包括与变压器的次级侧绕组并联设置的并联开关装置。
在另一示例中，本公开涉及一种方法，包括在耦合至电力电路的变压器的初级侧绕组的输入端口处接收输入电压。方法进一步包括，控制串联设置在输入端口与初级侧绕组之间的初级开关，以在变压器处存储基于输入电压的量的能量。方法进一步包括，控制与变压器的次级绕组并联设置的并联开关装置，以在耦合至变压器的次级侧绕组的输出端口处调节输出电压或输出电流。
在一个示例中，本公开涉及一种装置，具有用于在耦合至变压器的初级侧绕组的输入端口处接收输入电压的装置。装置进一步包括用于控制串联设置在输入端口与初级侧绕组之间的初级开关以在变压器处存储基于输入电压的量的能量的装置。装置进一步包括用于控制与变压器的次级绕组并联设置的并联开关装置以在耦合至变压器的次级侧绕组的输出端口处调节输出电压或输出电流的装置。在附图以及以下说明书中阐述了一个或多个示例的细节。从说明书和附图以及从权利要求，本公开的其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本公开一个或多个方面示出了用于从电源转换功率的一个示例性系统的概念示意图。
图2是示出了图1所示示例性系统的功率转换器的一个示例的示意图。
图3是根据本公开一个或多个方面示出了用于提供经调节的输出电压或经调节的输出电流的一个示例性转换器单元的示意图。
图4是根据本公开一个或多个方面示出了用于提供经调节的输出电压或经调节的输出电流的另一示例性转换器单元的示意图。
图5是根据本公开一个或多个方面示出了用于在单个输出端口处提供多个输出电压或输出电流的一个示例性转换器单元的示意图。
图6是根据本公开一个或多个方面示出了用于在多个输出端口处提供多个输出电压或输出电流的一个示例性转换器单元的示意图。
图7是根据本公开一个或多个方面示出了示例性转换器的示例性操作的流程图。
图8至图12是根据本公开一个或多个方面示出了示例性功率转换器的时序特性的时序图。
具体实施方式
在一些功率转换器应用例如其中所需的功率输出是在七十五瓦特的量级的应用中，基于回扫转换器的功率转换器可以为应用的功率转换需求提供通用的和成本有效的解决方案。基于回扫转换器的功率转换器可以以间断断开模式(DCM)、连续断开模式(CCM)或者多模式的操作而驱动电流。在基于回扫转换器的功率转换器的初级侧上的零电压或低电压切换，可以通过具有与初级侧开关元件等效的电容的变压器的泄漏电感的无源共振而获得，或者通过将能量从基于回扫转换器的功率转换器的次级侧主动地转移至初级侧而获得。
一些基于回扫转换器的功率转换器可以能够通过控制初级侧开关的占空比(例如初级侧占空比)而提供多个输出电压电平。然而在高切换频率下，输出电压的调节精度可能下降。例如，运行在两百千赫兹频率下、具有多个输出电压(例如二十伏、十二伏、五伏等等)的六十瓦特的基于回扫转换器的功率转换器可以具有大约百分之二的调节精度。
此外，提供多个输出电压电平的一些基于回扫转换器的功率转换器可以仅具有一个次级绕组。单个次级侧绕组回扫转换器的缺点在于，初级侧绕组与单个次级侧绕组之间的变压比基于回扫转换器支持的最大输出电压。换言之，变压器的初级侧绕组是根据有回扫转换器支持的最大电压而设置的。这些形式的回扫转换器可以经受短“断开”时期以及长“闭合”时期。此外，初级侧占空比的改变(例如以一纳秒)可能成比例的并且相反地改变输出电压(例如以百分之二)，并且从而使得调节精度也低。
可以将后调节降压转换器添加至许多种类的回扫转换器以增加调节精度。然而，后调节降压转换器增添了次级磁性元件(例如输出扼流圈)。次级磁性元件增大了功率转换器的物理空间和/或封装的量，并且可能也不利地增大功率密度，并且可能不适用于需要小型紧凑的应用例如插头尺寸适配器。
一些基于回扫转换器的功率转换器可以通过采用多个次级侧绕组来支持多个输出电压和/或多个输出端口。每个次级绕组可以在不同输出端口处支持不同输出电压。多个次级侧绕组的缺点在于，次级侧绕组之间可以发生交叉耦合，并且多个次级侧绕组无法提供单端口且多输出电压电平的功率转换器。当在一个输出端口从绕组吸取能量时，能量也从其他绕组转移至其他输出端口。换言之，无法精确地调节每个端口处的输出电压，特别是如果仅一个输出端口耦合至负载而其余输出端口未耦合至负载(或者具有零的负载量)。这种类型回扫转换器可能无法支持在单个端口处需要多个输出电压的一些应用(例如需要支持范围从五至二十伏特的电压的一端口通用串行总线(USB)应用)。
单独的或者与后调节降压转换器组合一起的基于回扫转换器的功率转换器，可能无法提供这样的一或多端口且多输出电压的功率转换器解决方案：其具有高调节精度，在一些情形下具有大于十瓦特的输出，并且也落入一些紧凑型插头尺寸适配器的尺寸和重量需求内。因此，这类功率转换器可能不能同时适用于向膝上型计算机(其可能需要大于十瓦特的不同电压水平)以及一些移动电话(其可能需要小于十瓦特)两者供电。
总体而言，本发明描述了用于在基于回扫转换器的功率转换器的一个或多个相应的输出端口处调节输出电压的技术和电路。该功率转换器包括一个或多个的改进型回扫转换器单元。与其他回扫转换器单元不同，一个或多个改进型回扫转换器单元的每一个都包括“后调节”电路。每个改进型回扫转换器单元的都包括与设置用于存储能量的变压器的次级侧绕组并联地设置的并联开关装置。通过根据这些技术来控制功率转换器的一个或多个并联开关装置，功率转换器可以比一些基于回扫转换器的功率转换器以更高的调节精度调节在一个或多个输出端口处的输出电压。
在一些示例中，功率转换器可以包括单端口或多端口的功率转换器，并且在每个端口处提供单电平和/或多电平输出电压。也即，不论功率转换器具有一个还是多个输出端口，根据这些技术和电路的功率转换器都可以在每个输出端口处同时提供独立的且/或可变的输出电压。功率转换器可以在一个输出端口处提供一个可变电平电压，而同时在不同输出端口处提供不同的可变电平电压。
在一些示例中，功率转换器可以自动地(例如用户不干涉)检测到在一个输出端口处的负载的量，并且相应地基于负载的量调整输出电压。例如，当功率转换器检测到一个量的负载时(例如当连接至膝上型计算机时)功率转换器可以提供20V/3A的输出，而当功率转换器检测到不同量的负载时(例如当连接至移动电话时)提供5V/1A的输出。
通过利用根据这些技术和电路的一个或多个改进型回扫转换器单元，功率转换器可以用于高性能(例如高切换频率)应用，这类应用需要比其他基于回扫转换器的功率转换器能够提供的电压调节精度更高的电压调节精度的。此外，单个功率转换器可以适用于需要不同和相冲突电压需求的多个应用。此外，根据这些技术和电路的功率转换器可以提供大量的功率(例如大于十瓦特)并且仍然能被容纳在通常保留用于更少功耗(例如小于十瓦特)的功率转换器的更小的(例如插头尺寸的)封装内。
图1是根据本公开一个或多个方面示出了用于从电源2转换功率的系统1的示意图。图1示出了系统1，如具有示出为电源2、功率转换器6和装置4的三个分立并且远离的部件，然而系统1可以包括额外的或更少的部件。例如，电源2、功率转换器6和装置4可以是三个单独部件，或者可以表示了一个或多个部件的这样的组合，其提供如在此所描述的系统1的功能。
系统1包括向系统1提供电能(也即电力)的电源2。存在大量电源2的示例，并且可以包括但不限于电网、发电机、电源变压器、电池、太阳能电池板、风车、负反馈制动系统、水电发电机、AC源、DC源、或者能够向系统1提供电能(例如电压、电流等等)的任何其他形式电功率装置。
系统1包括将电源2所提供的电能转换为装置4可使用的形式的电功率的功率转换器6。功率转换器6的示例包括但不限于固定和便携式功率适配器、DC/DC转换器、AC/DC转换器、插头尺寸的转换器等等。
系统1包括接收由功率转换器6转换的电功率并且在一些示例中使用该电功率以执行功能的装置4。存在大量装置4的示例，并且其可以包括但不限于计算装置(诸如膝上型计算机、桌上型计算机、平板计算机、移动电话等)、电池充电器、灯座、电视、装置、机械、汽车电子系统、实验室测试系统，或者从功率转换器接收电功率的任何其他类型电子装置和/或电路。
电源2可以经由链路8提供电能，而装置4可以经由链路10接收由功率转换器6转换的电功率。链路8和链路10代表了能够将电能从一个位置传导至另一位置的任何介质。链路8和10的示例包括但不限于物理电传输介质和/或无线电传输介质，诸如电线、电迹线、导电气体管(gas tube)、绞合电线对等等。链路10提供了在功率转换器6与装置4之间的电耦合，而链路8提供了在电源2与功率转换器6之间的电耦合。装置4电耦合至功率转换器6，功率转换器6电耦合至电源2。
在系统1的示例中，由电源2所产生的电功率转换至装置4所使用的合适形式的电能。例如，在链路8处，电源2可以输出并且功率转换器6可以接收电压和/或电流。功率转换器6可以将接收到的电压和/或电流转换为装置4所需的合适形式的电能。在链路10处，功率转换器6可以输出并且装置4可以接收已转换的电压和/或电流。装置4可以使用已转换的电压和/或电流以执行功能。
图2是示出了图1所示的系统1的功率转换器6的一个示例的示意图。例如，图2示出了图1的系统1的功率转换器6、以及分别由链路8和10提供的至电源2和装置4的电连接的更详细的示意图。
功率转换器6示出为具有两个电学部件，控制单元12和转换器单元14；功率转换器6将这两个电学部件用于，将经由链路8接收到的电功率转换为功率转换器6在链路10处输出的不同形式或幅度的电能。功率转换器6可以包括更多或更少电学部件。例如，在一些示例中，控制单元12和转换器单元14是单个电学部件或电路，而在其他示例中，多于两个部件和/或电路为功率转换器6提供控制单元12和转换器单元14的功能。
转换器单元14代表了功率转换器6的基本开关功率转换电路(switched powerconversion circuit)，该基本开关功率转换电路也提供了，在耦合至链路8的输入端口处接收到的输入电压和/或电流、与在耦合至链路10的一个或多个输出端口处传输的一个或多个互易输出电压和/或电流之间的隔离。以下详细描述转换器单元14，然而总体而言，转换器单元14可以在耦合至链路8的连接(例如输入端口)处接收输入电压和/或电流。转换器单元14可以至少部分地基于输入电压和/或电流，而在耦合至链路10的不同连接(例如输出端口)处传输输出电压和/或电流。转换器单元14可以经由链路16从控制单元12接收一个或多个控制命令或信号，该控制命令或信号控制了转换器单元14在何时以及以输出电压的何种形式或幅度，在链路10处提供。
转换器单元14可以包括一个或多个回扫转换器单元，该一个或多个回扫转换器单元进一步包括一个或多个开关、电容器、电阻器、二极管、变压器、以及/或者设置在转换器单元14内以基于在链路8处的输入电压而在链路10处提供输出电压的其他电学部件、元件或电路。例如，转换器单元14可以包括一个或多个变压器，其中每一个变压器均具有初级侧绕组和次级侧绕组。此外，转换器单元14可以包括一个或多个初级开关和/或一个或多个并联开关装置，其控制了变压器是否正在存储经由链路8所接收到的能量或者变压器是否正在将所存储能量输出至链路10。
功率转换器6的控制单元12可以经由链路16向转换器14提供命令和控制信号，以控制转换器单元14在何时以及以输出电压的何种形式或幅度在链路10处提供。控制单元12可以基于链路8处的输入电压和/或电流以及在链路10处测得的输出电压、电流和/或负载的量，而提供命令和控制信号。换言之，控制单元12可以为功率转换器6提供反馈控制电路系统，功率转换器6可以使用该反馈控制电路系统，以基于在链路8和10处测得的电压、电流、和/或负载的量，而调整由转换器单元14在链路10处产生的输出电压和/或电流。例如，控制单元12可以经由链路16提供电信号或命令，以控制转换器单元14的一个或多个初级开关、并联开关装置和/或次级元件。响应于在链路8和10处的电压、电流、和/或负载的量，控制单元12可以调整转换器单元14的一个或多个初级开关、并联开关装置和/或次级元件，以改变在链路10处的电流和/或输出电压的幅度。
控制单元12可以包括硬件、软件、固件或其组合的任何合适的设置，以在执行属于此处控制单元12的技术。例如，控制单元12可以包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者任何其他等同的集成的或分立的逻辑电路系统，以及这些部件的任意组合。当控制单元12包括软件或固件时，控制单元12进一步包括用于存储和运行软件或固件的任何必需的硬件，诸如一个或多个处理器或处理单元。通常，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA，或者任何其他等同的集成的或分立的逻辑电路，以及这些部件的任意组合。尽管图2中未示出，控制单元12可以包括配置用于存储数据的存储器。存储器可以包括任何易失性或非易失性介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存等等。在一些示例中，存储器可以位于控制单元12和/或功率转换器6的外部，例如可以位于其中容纳了控制单元12和/或功率转换器6的封装的外部。
图3是根据本公开一个或多个方面示出了用于提供经调节的输出电压或者经调节的输出电流的转换器单元14A的示意图。例如，图3示出了来自图2的功率转换器6的转换器单元14的更详细示意图。图3的转换器单元14A包括设置并且互连在连接28A、28B、28C、28D、和28E(共同称作“连接28”)处的一个或多个电学部件。每个连接28表示在转换器单元14A的部件的两个或多个端子之间的电耦合。
转换器单元14A包括输入端口18、输出端口20、变压器22、初级元件25、和并联开关装置26。转换器单元14A可以包括图3中未示出的额外部件、元件和/或电路。输入端口18可以在链路8处耦合至电压源(例如电源2)，而输出端口20可以在链路10处耦合至负载(例如装置4)。输入端口18的第一端子对应于连接28A，而输入端口18的第二端子对应于连接28C。由系统1的电源2所产生的输入电压VIN可以在28A和28C处经由链路8而在输入端口18处进入转换器单元14A。输出端口20的第一端子对应于连接28D，而输出端口20的第二端子对应于连接28E。转换器单元14A可以产生输出电压VOUT(或者在一些情形下产生输出电流)，该输出电压VOUT可以在连接28D和28E处经由链路10在输出端口20处从转换器单元14A引出。
变压器22在连接28A处耦合至输入端口18，并且经由在连接28B处的与初级元件25的串联连接，而在连接28C处耦合至输入端口18。换言之，初级元件25可以是这样的开关装置(或者适用于使得变压器22基于在此所描述的技术而存储基于输入端口18处输入电压的量的能量的一些其他元件)，其设置为串联在输入端口18与变压器22之间并且耦合至连接28C和28B，以使得变压器22经由变压器22在连接28B处与初级元件25共用的串联连接而在连接28A和28C处“耦合”至输入端口18。变压器22在连接28D和28E处耦合至输出端口20。变压器22设置在输入端口18和输出端口20的中间，以存储能量。变压器22包括初级侧绕组24A和次级侧绕组24B。初级侧绕组24A的第一端子在连接28A处耦合至输入端口18的第一端子。初级侧绕组24A的第二端子经由与初级元件25的串联连接而在连接28B处耦合至输入端口18的第二端子。次级侧绕组24B的第一端子在连接28D处耦合至输出端口20的第一端子。次级侧绕组24B的第二端子在连接28E处耦合至输出端口20的第二端子。
转换器单元14A进一步包括与变压器22的次级侧绕组24A并联设置的并联开关装置26。并联开关装置26的第一端子在连接28D处耦合至次级绕组24B的第一端子，而并联开关装置26的第二端子在连接28E处耦合至次级绕组24B的第二端子。
并联开关装置26可以包括一个或多个双向阻断开关。图3示出了作为双向阻断开关装置的并联开关26，该双向阻断开关装置包括与第二阻断开关(例如四十伏MOSFET)串联设置的第一阻断开关(例如一百五十伏MOSFET)。可以配置第一阻断开关以阻断在并联开关装置26的第一端子处阻断第一电压，并且可以配置第二阻断开关以阻断在并联开关装置26的第二端子处阻断第二电压。
换言之，并联开关装置26包括其中栅极可以参考在两个开关之间的中间电位的两个反串联(anti-serial)开关。并联开关装置26的耦合至连接28D的反串联开关可以配置用以阻断可以发生在输出端口20处的输出电压的最高电平，并且可以称作“主动(active)”开关，其确定了是否将存储在变压器22处的能量输送至输出端口20。并联开关装置26的耦合至连接28E的另一反串联开关可以配置用以阻断在次级侧绕组24B处反映的(reflected)输入电压(例如在输入电压Vin与变压器22的绕组比之间的比例)；并且可以称作“同步”或者“非主动(inactive)”开关，其用于防止传导损失；并且如果“关断”，可以不中断电流。在一些示例中，同步开关可以是二极管。
在一些示例中，并联开关装置26可以包括一个或多个氮化镓(GaN)基开关装置。例如，并联开关装置26可以是双向阻断的并且常断的GaN基开关装置，具有大约一百五十伏的击穿电压。
初级元件25可以是适用于根据在此所描述的技术以在变压器22处存储基于输入端口18处的输入电压的量的能量的任何合适的开关装置或元件。存在初级元件25的许多示例。例如初级元件25在一些示例中可以是硅(Si)、氮化镓(GaN)和/或碳化硅(SiC)基的开关装置。在一些示例中，初级元件是单向的或者非双向的开关装置。在一些示例中，初级元件25可以是常断型GaN基开关装置，具有大约七百伏的击穿电压以及大约一百五十毫欧的电阻。存在许多初级元件25的其他示例，并且可以使用Si、GaN和SiC基开关装置的许多其他组合。
转换器单元14A可以经由链路16接收一个或多个命令以用于控制并联开关装置26，并且在一些示例中用于控制初级元件25。例如，转换器单元14A可以经由链路16从控制单元12接收命令，造成并联开关装置26和/或初级元件25循环(例如断开和/或闭合)。控制单元12可以配置用以循环初级元件25和/或转换器单元14A的并联开关装置26以控制在输出端口20处的输出电压。输出电压可以基于存储在变压器22处的能量的量。
转换器单元14A可以在耦合至变压器22的初级侧绕组24A的输入端口18处接收输入电压。控制单元12可以经由链路16而提供命令以循环初级元件25，以造成变压器22在变压器22的芯的空气间隙处基于输入电压存储能量。转换器单元14A可以在耦合至变压器22的次级侧绕组24B的输出端口20处基于存储的能量提供输出电压。
响应于经由链路8而接收的输入电压，控制单元12可以在链路16处提供命令，以断开或者闭合并联开关装置26。控制单元12可以断开并联开关装置26以允许将存储在变压器22处的能量引出转换器单元14A，作为在输出端口20处的输出电压。相反地控制单元12可以闭合并联开关装置26，以防止存储的能量从输出端口20处引出，并且替代地在变压器22的次级绕组24B处造成了续流电流通路。
控制单元12可以循环(例如断开和闭合)并联开关装置26并且利用在次级绕组24B处的续流电流通路以改进转换器14A的在输出端口20处的输出电压的调节精度。例如，与向输出端口20连续地提供存储在变压器22的空气间隙中的能量不同，控制单元12可以通过一旦存储在变压器22处的能量的量达到特定水平则循环并联开关装置26，而对输出端口20处的输出电压进行脉冲宽度调制。
图4是根据本公开一个或多个方面示出了用于提供经调节的输出电压或经调节的输出电流的转换器单元14B的示意图。例如图4示出了图2的功率转换器6的转换器单元14的更详细示意图。图3的转换器单元14B包括在连接42A－42F(共同称作“连接42”)处设置并且互连的一个或多个电学部件。连接42中的每一个表示在转换器单元14B的部件的两个或更多端子之间的电耦合。
转换器单元14B包括在链路8处耦合至电压源的输入端口18，以及在链路10处耦合至负载的输出端口20。转换器单元14B可以在连接42A和42C处在输入端口18处经由链路8接收输入电压(例如由系统1的电源2产生的)。转换器单元14B可以在耦合至输出端口20的连接42D和42F处跨过链路10产生输出电压(例如在诸如系统1的装置4的负载处)。在一些示例中，输入端口18可以与输入电容器40A并联设置，并且输出电容器40B可以与输出端口20并联设置。
除了输入端口18和输出端口20之外，转换器单元14B还包括并联开关装置34、初级开关36、次级元件38和变压器30。变压器30可以设置在转换器单元14B内，以在变压器30的芯的空气间隙内存储能量。初级侧绕组32A的第一端子可以在连接42A处耦合至输入端口18。同样地，次级侧绕组32B的第一端子可以在连接42D处耦合至输出端口20。
图4示出了与变压器30的次级侧绕组32B并联设置的并联开关装置34。并联开关装置34的第一端子在连接42D处耦合至次级绕组32B的第一端子，而并联开关装置34的第二端子在连接42E处耦合至次级绕组32B的第二端子。存在并联开关装置34的许多示例。例如，并联开关装置34可以在一些示例中包括一个或多个硅(Si)、氮化镓(GaN)和/或碳化硅(SiC)基开关装置。并联开关装置34可以包括串联设置的并且/或者进一步地与一个或多个二极管串联设置的一个或多个双向阻断开关。在一些示例中，并联开关装置34可以是双向阻断的并且常断的GaN基开关装置，具有大约一百五十伏的击穿电压。在一些示例中，并联开关装置34可以是GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)或者可以作为双向阻断开关操作的任何其他开关装置。
在图4的示例中，并联开关装置34包括反串联开关和二极管。并联开关装置34的反串联开关耦合至连接42D并且可以配置用于阻断可以发生在输出端口20处的输出电压的最高电平。并联开关装置34的二极管耦合至连接42E，并且可以配置用于阻断反映在次级侧绕组32B处的输入电压(例如在输入电压与变压器30的绕组比之间的比例)。
图4进一步示出了串联设置在输入端口18与变压器30的初级侧绕组32A之间的初级开关36、以及串联设置在输出端口20与变压器30的次级侧绕组32B之间的次级元件38。初级开关36的第一端子可以在连接42C处耦合至输入端口18，而初级开关36的第二端子可以在连接42B处耦合至初级侧绕组32A。次级元件38的第一端子可以在连接42F处耦合至输出端口20，而次级元件38的第二端子可以在连接42E处耦合至次级侧绕组32B。
存在初级开关36和次级元件38的许多示例。例如，初级开关36和次级元件38在一些示例中可以为硅(Si)、氮化镓(GaN)和/或碳化硅(SiC)基开关装置。在一些示例中，初级开关36和次级元件38中的每一个都是单向的或非双向的开关装置。在一些示例中，初级开关36可以是常断型GaN基开关装置，具有大约七百伏的击穿电压以及大约一百五十毫欧的电阻。在一些示例中，次级元件38可以是常断型GaN基开关装置，具有大约一百五十伏的击穿电压以及大约八至十五毫欧的电阻。在另外其他示例中，如图4所示，次级元件38可以是用作同步整流装置的二极管或硅基MOSFET。存在初级开关36和次级元件38的许多其他示例，并且可以使用Si、GaN和SiC基开关装置的许多其他组合。
转换器单元14B可以经由链路16接收一个或多个命令，以用于控制并联开关装置34、初级开关36，并且在一些情形下也控制次级元件38以将在输入端口18处的输入电压转换为输出端口20处的输出电压。例如，转换器单元14B可以经由链路16从控制单元12接收命令，该命令引起并联开关装置34和初级开关36中的一个或多个的任何组合断开和/或闭合。来自控制单元12的命令可以使得转换器单元14B在链路10处基于输入电压而提供经调节的输出电压。
转换器单元14B可以在输入端口18处接收输入电压(例如来自电源2)。响应于检测到输入电压，控制单元12可以控制初级开关36造成转换器单元14B在变压器30处以存储基于输入电压的量的能量。例如，控制单元12可以闭合初级开关36以造成跨过初级侧绕组32A的电流通路。随着控制单元12继续保持初级开关36闭合，电流可以从输入端口18通过初级侧绕组32A而传播，并且存储在变压器30的空气间隙处的能量的量可以增大。随着存储在变压器30处的能量的量积累(build up)，次级元件38可以用作同步整流装置，次级元件38可以“阻断”以防止电流在输出端口20处流过输出电容器40B。为了防止初级开关36的短路操作，控制单元12可以在闭合初级开关36之前和/或同时，断开并联开关装置34。
为了改进在输出端口20处输出电压的调节精度，控制单元12可以控制并联开关装置34以控制从变压器30转移至输出端口20的能量的量。换言之，一旦在变压器30处存储了一定量的能量，控制单元12可以控制并联开关装置34以调节在输出端口20处输出电压，并且防止存储的能量自动转移至输出端口20。在一些示例中，为了防止初级开关36的短路操作，控制单元12可以在闭合并联开关装置34之前和/或同时，断开初级开关36。
例如，通过闭合并联开关装置34，控制单元12可以使得次级侧绕组32B短路，并且在变压器30的次级绕组32B处造成续流电流通路。续流电流通路保持了在变压器30处存储的能量，并且防止能量立刻自动地转移至输出端口20。续流电流通路可以通过跨越次级侧绕组32B的并联开关装置34而产生大约零伏。通过断开并联开关装置34，存储在变压器30处的能量可以转移至输出端口20。控制单元12可以利用该续流电流通路以调节或者限制转换器单元14B随时间输出的能量的量，提高了输出端口20处输出电压的调节精度。控制单元12可以循环并联开关装置34，以控制输出电容器22B随时间接收的能量的量。换言之，控制器单元12可以循环并联开关装置34以对于输出端口20处的输出电压进行脉冲宽度调制。
通过以脉冲宽度调制方式驱动并联开关装置34，控制单元12可以精确地控制每个时间单元从变压器30的空气间隙转移至输出电容器40B和输出端口20的能量，这就导致对输出端口20处输出电压的高精度调节。控制单元12可以改变控制单元12对并联开关装置34进行脉冲调制的占空比，以增大和/或减小输出端口20在一个时间(at one time)接收到的所存储的能量的量。在一些示例中，通过命令并联开关装置34保持闭合达特定的时间量，控制单元20可以造成输出端口20处输出电压降低至零电压电平。
在一些示例中，图4的转换器单元14B可以与控制单元12结合地使用，以形成功率转换器6的单端口且多输出的示例。换言之，使用转换器单元14B，功率转换器6可以具有单个输出端口(诸如输出端口20)，功率转换器6可以通过控制并联开关装置34断开和闭合的占空比而从该单个输出端口提供输出电压的可变电平。
在一些示例中，控制单元12可以确定与耦合至输出端口20的装置相关联的所需电压，并且基于所需电压控制初级开关36和并联开关装置34以产生所需电压，作为输出端口20处的输出电压。在一些示例中，控制单元12可以确定在输出端口20处的负载的量，并且控制并联开关装置34和初级开关26以自动地调整输出端口20的输出电压的电平。例如，功率转换器(例如可以无级地(step-less)在输出端口20处改变输出电压至五伏和二十伏之间的USB连接器)可以依赖于控制单元12和转换器单元14B以提供五伏、十二伏、或二十伏、或者在五伏于二十伏之间的任何电压电平，取决于连接至输出端口20的负载的量、以及/或者连接至功率转换器的装置所需的电压。
在一些示例中，控制单元12可以使用移频键控技术来确定在输出端口20处负载的量、以及/或者与耦合至输出端口20的装置相关联的所需电压。例如，控制单元12可以经由耦合至输出端口20的链路10而从装置(例如装置4)接收信息，并且基于该信息确定与装置相关联的所需电压、以及/或者与装置相关联的负载的量。
在一些示例中，控制单元12可以确定(例如基于移频键控技术)耦合至输出端口20的装置所需的最大电压(例如二十伏)。控制单元12可以响应于确定所需电压对应于与转换器单元14B相关联的最大电压，而保持并联开关装置34断开。控制单元12可以不论输出端口20处负载的量而保持并联开关装置34断开。如此方式，控制单元12可以通过控制初级开关36的占空比而调节输出端口20处的输出电压(例如二十伏)。控制单元12可以使得转换器单元14B在DCM、CCM、或DCM和CCM的任意混合、或者在零电压开关(ZVS)操作模式下操作。
在一些示例中，控制单元12可以确定(例如基于频移键控技术)由耦合至输出端口20的装置所需的中等电平电压(例如十二伏)。换言之，控制单元12可以确定在输出端口20处所需的输出电压既不是最大电压电平(例如二十伏)、最小电压电平(例如五伏)，也不是零电压电平。在其中控制单元12确定所需电压对应于中等电平电压的情形中，控制单元12可以取决于输出端口20处负载的量而使得并联开关装置34保持断开、闭合或者循环。
例如，如果输出端口20处的负载量满足负载数值阈值，控制单元12可以使得并联开关装置34保持断开(例如控制单元12可以保持并联开关装置34断开)，并且允许存储在变压器30处的能量自动流至输出端口20。如果控制单元12确定负载的量大于或等于转换器单元14B所支持最大负载量的百分之五十，则控制单元12可以确定输出端口20处负载的量满足阈值。在该情形下，控制单元12可以通过控制初级开关36的占空比而调节输出端口20处的输出电压(例如十二伏)。换言之，当输出端口20处负载的量超过某一阈值数值时，控制单元12可以响应于确定负载的量满足阈值而保持并联开关装置34断开，并且允许存储在变压器30处的能量自动转移至输出端口20(例如以在输出端口20处产生中等电平电压)。
如果输出端口20处的负载的量不满足负载数值阈值(例如，如果控制单元12确定负载的量小于或等于最大负载数值的百分之五十)，则控制单元12可以采用足以调节输出端口20处输出电压(例如十二伏)的占空比而循环并联开关装置34。换言之，控制单元12可以响应于确定输出端口20处负载的量不满足阈值，而循环并联开关装置34以调节输出电压。如果负载的量小于或等于最大负载量的百分之五十，则控制单元12可以循环并联开关装置34以对输出端口20处的中等电平电压进行脉冲宽度调制。控制单元12可以使得转换器单元14B在DCM、CCM、或DCM和CCM的任意混合下、或者在零电压开关(ZVS)操作模式下操作。
在一些示例中，控制单元12可以确定(例如基于频移键控技术)在输出端口20处需要最小电压(例如五伏)。在该示例中，控制单元12可以控制并联开关装置34的占空比，以对输出端口20处的最小输出电压进行脉冲宽度调制和调节，而不论输出端口20处负载的数值。在该情形下，输出电压可以降低在最小电压(例如五伏)处，并且控制单元12可以使得转换器单元14B在CCM模式下操作，以在输出端口20处允许几乎恒定的电流。
在一些示例中，控制单元12可以确定(例如基于频移键控技术)耦合至输出端口20的装置需要零电压电平。在该示例中，控制单元12可以使得并联开关装置34保持闭合(例如控制单元12可以保持并联开关装置34闭合)以在输出端口20处提供零电压电平。此外，控制单元12可以使得初级开关36断开，以防止另外的能量输送至变压器30并由该变压器30存储。
在一些示例中，诸如如上所描述的，控制单元12可以至少部分地基于输出端口20处负载的量、以及/或者耦合至输出端口20的装置所需的电压，而选择占空比以用于控制(例如脉冲宽度调制)并联开关装置34和/或初级开关36。例如，控制单元12可以确定耦合至输出端口20的负载的量。控制单元12可以至少部分地基于负载的量、以及/或者输入端口18处输入电压而选择第一占空比，以用于控制初级开关36。此外，控制单元12可以至少部分地基于负载的量、以及/或者输入端口18处输入电压而选择第二占空比，以用于控制并联开关装置34。在一些示例中，控制单元12可以使用效率算法而选择用于控制初级开关36的第一占空比以及用于控制并联开关装置34的第二占空比。
可以存在控制单元12可以用于产生特定输出电压以用于在输出端口20处的特定负载量的、第二占空比和第一占空比组合的多个对。然而，特定的第一和第二占空比对可以比其他对更有效。控制单元12可以包括控制单元可以用于基于特定输出电压电平和输出端口20处负载的量而选择最有效的第一和第二占空比对的、一个或多个查找表或者运行时间效率调整算法。
例如，在一个示例性效率算法中，控制单元12可以对于每个对确定初级开关36和并联开关装置34的温度。基于温度，控制单元12可以确定品质因数(例如用于基于温度而对于该对将转换器单元14B的性能特征化的量)。控制单元12可以以这样的方式改变第一和第二占空比，以便调整该品质因数以对于特定输出电压和负载量而确定最有效的占空比对。在另一示例中，控制单元12可以确定流过初级开关36的电流，并且在查找表内查找电流数值以确定合适的占空比对。在又一示例中，在没有确定温度和/或电流的情况下，控制单元12可以在基于输出端口20处所需输出电压和/或负载条件，而在表格内执行对于有效的第一和第二占空比对的查找。
通过允许基于对第一和第二占空比选择的调整或改变，转换器单元14B可以比依赖于其他类型回扫转换器配置的其他转换器更易于为了效率而配置。可以选择第一占空比以在变压器30内提供足够的存储能量，并且可以选择第二占空比以提高调节精度。可以在转换器单元14B的设计、制造、安装和/或操作使用期间选择这些第一和第二占空比。在其他类型的基于回扫转换器的转换器中，调整或改变可能需要调节初级侧切换频率、以及在设计或制造期间(例如并非在安装或操作使用期间)适当地预先选择在变压器内的绕组两方面。
图5是根据本公开一个或多个方面示出了用于在输出端口20处提供多个输出电压或输出电流的转换器单元14C的示意图。例如，图5示出了图2的功率转换器6的转换器单元14的更详细示意图。图5的转换器单元14C包括图4的转换器14B的一些部件。然而，与图4的转换器单元14B不同，图5的转换器单元14C包括两个变压器和两个并联开关装置，以用于在输出端口20处提供多个输出电压。以下，以图1的系统1以及图2的功率转换器6为背景描述图5的转换器单元14C。
图5的转换器单元14C可以称作“具有单输出端口及多输出电平的交错回扫(Interleaved Flyback)电力电路”，并且可以在输出端口20处提供对输出电压的甚至更大的调节精度。转换器单元14C包括由与多个变压器并联设置的并联开关装置的多个组合分离的输入端口18和输出端口20。控制单元12可以使得转换器单元14C的并联开关装置48A和48B以及/或者初级开关50A和50B相互以一百八十度异相地操作。例如，控制单元12可以使得一个变压器从输入端口18积累能量，而使得另一个变压器在输出端口20处泄放所存储的能量。
如此方式，当转换器单元1C切换一个变压器使其从充电模式变为泄放模式时，转换器单元14C可以操作作为近乎恒定的电压或电流源，并且在输出端口20处提供不可观测到或者几乎不可观测到电压和/或电流下降的输出电压。除了提供近恒定电压和/或电流源之外，在一个变压器处引出的剩余能量可以用于在输出端口处改进输出电压的调节精度。
转换器单元14C包括与变压器46A的次级侧绕组并联设置的并联开关装置48A，串联设置在变压器46A的初级侧绕组与输入端口18之间的初级开关50A，以及串联设置在变压器46A的次级侧绕组与输出端口20之间的次级元件52A。转换器单元14C也包括设置用于存储能量的变压器46B。输入端口18可以耦合至电压源(例如电源2)，并且耦合至每个变压器46A和变压器46B的初级侧绕组。输出端口20可以耦合至负载(例如装置4)，并且耦合至每个变压器46A和变压器46B的次级侧绕组。初级开关50B串联设置在输入端口18与变压器46B的初级侧绕组之间。次级元件52B串联设置在变压器46B的次级侧绕组与输出端口20之间。控制单元12可以控制初级开关50A和50B中的每一个、并联开关装置48A和48B中的每一个，并且在一些情形下经由链路16控制次级元件52A和52B的每一个。
在一些示例中，次级元件52A和52B可以用作同步开关，当在第三象限操作时，也即当在负漏-源电压下支持负电流时，减小了跨越次级元件52A和52B的电压降。此外，用于控制次级元件52A和52B的栅极信号(例如在链路16之上来自控制单元12的信号)可以是可选的，例如在其中次级元件52A和52B是二极管的情形下(例如如图4的次级元件38所示)。
控制单元12控制初级开关50A以基于输入端口18处的输入电压而在变压器46A处存储第一量的能量，并且进一步控制并联开关装置48A以基于能量的第一量而调节在输出端口20处的输出电压。此外，控制单元12可以控制初级开关50B以在变压器46B处存储第二量的能量，并且可用基于变压器46B处存储的能量的第二量而控制并联开关装置48B以调节在输出端口20处的输出电压。如此方式，在转换器单元14C的输出端口20处的输出电压可以基于存储在变压器46A处的能量的第一量以及存储在变压器46B处的能量的第二量两者。
例如在一些示例中，控制单元12用于控制初级开关50B和并联开关装置48B的初级和次级占空比可以与用于控制初级开关50A和并联开关装置48A的初级和次级占空比一百八十度异相。在一些示例中，控制单元12用于控制初级开关50B和并联开关装置48B的初级和次级占空比可以与用于控制初级开关50A和并联开关装置48A的初级和次级占空比同相或者至少部分重叠地同相，以使得在输出端口20处的输出电压同时地基于来自变压器46A和46B的存储的能量。在一些示例中，例如当第一和第二占空比中的每一个大于百分之五十时，次级元件52A和52B的导通时间例如可以重叠以在输出端口20处提供恒定的输出电流。
例如，为了在输出端口20处调节恒定输出电流，控制单元12可以采用大约百分之五十的占空比来控制并联开关装置52A和52B，以使得来自变压器46A和46B中的至少一个的存储的能量连续地提供为在输出端口20处的电流。换言之，采用大约百分之五十占空比操作并联开关装置52A和52B可以确保在输出端口20处驱动的电流的量的大约一半来自个变压器46A和46B中的每一个，并且在充电期间(例如当初级开关50A和50B闭合时)由不正在充电的变压器46A和46B所提供的能量可以用于补充由正在充电的变压器46A和46B所损失的能量。换言之，随着存储在变压器46A处的能量的量变得耗减，可以控制并联开关装置48B以造成存储在变压器46B处的能量的量增大，将要用于在输出端口20处提供电流，以使得在输出端口20处电流的量保持恒定。同样地，随着存储在变压器46B处的能量的量变得耗减，可以控制并联开关装置48A以造成将要用于在输出端口20处提供电流的、存储在变压器46A处的能量的量增大。
当控制单元12造成变压器46A或46B中的任一个存储能量并且不输送功率时(例如当相应的初级开关50A或50B闭合时)，控制单元12可以使得变压器46A和46B中的另一个接替提供能量的过程，为了在输出端口20处的电流恒定。控制单元12可以控制并联开关装置48A和48B以确保在输出端口20处的输出电流的加载在变压器46A与46B之间相等。如此方式，控制单元12可以在输出20处造成基本上不具有或者几乎不具有波动的恒定电流，并且从而转换器单元14C可以在输出端口20处提供恒定电流而无需在输出端口20处的输出电容器。
换言之，在一些示例中，控制单元12可以根据第一占空比控制初级开关50A，并且可以根据第二占空比控制初级开关50B。第一占空比和第二占空比可以是至少百分之五十的占空比。控制单元12可以根据第一和第二占空比来控制初级开关50A和初级开关50B两者，以在输出端口处提供恒定输出电流。输出端口20可以不包括输出电容器。
在一些示例中，控制单元12可以根据第一占空比控制并联开关装置48A，并且控制单元12可以根据第二占空比控制并联开关装置48B。第一占空比和第二占空比可以两者都是至少百分之五十的占空比。控制单元12可以根据第一和第二占空比来控制并联开关装置48A和并联开关装置48B两者，以在输出端口20处提供恒定输出电流。输出端口20可以不包括输出电容器。
图6是根据本公开一个或多个方面示出了用于在多个输出端口处提供多个输出电压或输出电流的转换器单元14D的示意图。例如，图6示出了图2的功率转换器6的转换器单元14的更详细示意图。可以在这样的背景下描述转换器单元14D：图1的系统1的功率转换器6与图3的控制单元12结合地操作，以形成组合多输出端口且多输出电压功率转换器。
转换器单元14D包括可以在链路8处耦合至电源2的输入端口18。转换器单元14D进一步包括初级开关62，其串联设置在变压器58的初级侧绕组与输入端口18之间并且配置用以基于在输入端口18处的输入电压而在变压器58处积累能量。转换器单元14D进一步包括并联开关装置60，其与变压器58的次级侧绕组并联设置并且配置用以调节随时间从变压器58泄放出能量的量。
转换器单元14D进一步包括多个输出端口，包括输出端口54A和54N，在链路10处耦合至装置4。输出端口54A耦合至电容器66A，而输出端口54N耦合至输出电容器66N。在一些示例中，从转换器单元14D中省略了输出电容器66A和66N。换言之，多个输出端口中的每一个可以耦合至对应的输出电容器或者没有对应的输出电容器。转换器单元14D进一步包括多个次级元件；多个次级元件中的每一个串联设置在变压器58的次级绕组与多个输出端口中的对应的一个输出端口之间。
例如，次级元件64A串联设置在变压器58的次级绕组与输出端口54A之间，并且次级元件64N串联设置在变压器58的次级绕组与输出端口54N之间。包括输出端口54A和54N的多个输出端口可以经由与次级元件64A和64N的串联连接而耦合至变压器58的次级侧绕组。换言之，多个输出端口54A和54N中的每一个的第一端子可以耦合至变压器58的次级侧绕组的第一端子，并且多个输出端口54A和54N中的每一个的第二端子可以经由至次级元件64A和64N的连接而耦合至变压器58的次级侧绕组的第二端子。在一些示例中，当转换器单元14D在输出端口54A处提供比在输出端口54N处的输出电压电平更高的输出电压电平时，次级元件64A可以是单向阻断开关，而不是如图6所示的由两个反串联开关组成的更复杂的配置。在一些示例中，次级元件64A和64N中的每一个可以是整流二极管，类似于如图4所示的用作次级元件38的整流二极管。
控制单元12可以控制并联开关装置60和多个次级元件(例如次级元件64A和64B)，以在多个输出端口中的每一个处(例如输出端口54A和54B)调节相应的输出电压。也即，在多个输出端口中的每一个(例如输出端口54A和54B)处的相应输出电压可以基于在变压器58处存储的能量的量。
例如，控制单元12可以开通初级开关62，而同时控制单元12关断并联开关装置60和次级元件64A和64B。接着，一旦已经在变压器58处积累了一定量的能量，控制单元12可以关断初级开关62并且开通次级元件64A而不开通并联开关装置60或者次级元件64B中的任一。随后，控制单元12可以关断次级元件64A并且开通并联开关装置60而不开通初级开关62或者次级元件64B中的任一。接着，控制单元12可以关断并联开关装置60并且开通次级元件64B而不开通初级开关62或次级元件64A中的任一。接着，控制单元12可以关断并联开关装置60以及次级元件64A和64B两者并且开通初级开关62以再次对变压器58充电。通过以如此方式控制转换器单元14D，控制单元12可以在多个输出端口(例如输出端口54A和54B)之间造成电流的平缓转变(例如电流换向)。
在一些示例中，控制单元12可以改变用于控制多个次级元件(例如次级元件64A和64B)的占空比，以在多个输出端口(例如输出端口54A和54B)中的每一个处调整相应的输出电压。例如，控制单元12可以造成次级元件64A比次级元件64B开通更长时间量，以在输出端口54A处造成比输出端口54B处电压电平更高的输出电压。
图7是根据本公开一个或多个方面示出了功率转换器6的示例性操作的流程图。以下在图1的系统1、图2的控制单元12和功率转换器6、以及图4的转换器单元14B的背景下描述图6。
在图7的示例中，功率转换器6可以在耦合至电力电路的变压器的初级侧绕组的输入端口处接收输入电压(200)。例如，功率转换器6的转换器单元14B可以接收由电源2在输入端口18施加至链路8的输入电压。
功率转换器6可以确定在耦合至变压器次级侧的输出端口处的负载的量(210)。例如，功率转换器6的转换器单元14B可以使用频移键控技术经由链路10而接收来自装置4的信息，该信息指示了与装置4相关联的负载的量以及/或者当装置4耦合至输出端口20时装置4所需要的输出电压。
在图7的示例中，功率转换器6可以选择第一占空比以用于控制串联设置在输入端口与变压器的初级侧绕组之间的初级开关(220)。此外，功率转换器6可以选择第二占空比以用于控制与变压器的次级侧绕组和输出端口并联设置的并联开关装置(230)。例如，控制单元12可以采用一个或多个效率算法和/或一个或多个查找表以确定，用于控制转换器单元14B的初级开关36的占空比、以及用于控制转换器单元14B的并联开关装置34的占空比，以对于输入端口18的特定输入电压和输出端口20的确定量的负载而生成输出端口20的输出电压或输出电流。用于并联开关装置34的占空比对于一些时间间隔可以是零，并且用于初级开关36的占空比对于一些时间间隔可以是零(例如当功率转换器6在“脉冲串模式”下操作时)。
在图7的示例中，转换器单元14B可以根据第一占空比控制初级开关以在变压器处存储基于输入电压的量的能量(240)。例如，控制单元12可以经由链路16提供命令，该命令造成根据第一占空比而闭合(例如“开通”)转换器单元14B的初级开关36达一定时间量以积累在变压器30处存储的能量的量。
在图7的示例中，转换器单元14B可以根据第二占空比控制并联开关装置以在输出端口处调节输出电压或输出电流(250)。例如，控制单元12可以经由链路16而提供命令，该命令造成根据第二占空比而闭合(例如“开通”)并联开关装置34达一定时间量以将变压器30处存储的能量转移至输出端口20。
图8至图12是根据本公开一个或多个方面示出了图1的系统1的功率转换器6的时序特性的时序图。以下在图2的控制单元12和图4的转换器单元14B以及图5的转换器单元14C的背景下描述图8至图12。在图8至图12的描述中，配置控制单元12以检测并且测量在转换器单元14B和14C的每一个部件处的电流水平和/或电压水平。
图8示出了造成图4的转换器单元14B在连续电流模式(CCM)下操作的控制单元12的一个示例。CCM的一些特性在于，变压器30的初级侧绕组32A和变压器30的次级侧绕组32B上的电流两者均在最小正阈值和更高的电流之间振荡。“开通”电流和“关断”电流均是非零的。控制单元12可以使用CCM以造成最大量的能量传播通过转换器单元14B而不造成变压器30饱和。
曲线302－310示出了在控制单元12造成转换器单元14B在CCM下操作相同时间期间穿过图4的转换器单元14B的部件的不同电压和/或电流水平。曲线302表示随时间的流过初级开关36的电流。曲线304示出了随时间的跨越初级开关36的电压。曲线306示出了随时间的流过变压器30的次级侧绕组32B的电流。曲线308示出了并联开关装置34的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至并联开关装置34的命令)。曲线310示出了对于初级开关36的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至初级开关36的命令)。在图8的示例中，并联开关装置34或者初级开关36的栅极处的高电平表示其中对应元件为“开通”的状态，而低电平表示其中对应开关元件为“关断”的状态。
曲线302－310示出了，采用由控制单元12开通的初级开关36，流过初级侧绕组32A的电流可以线性增大，并且从而可以增大磁通量以及存储在变压器30的空气间隙中的能量的量。由控制单元12关断初级开关36可以造成跨越初级开关36的电压电平的增大，直至次级元件38(例如二极管)变得导通。换言之，当跨越初级开关36的电压电平等于VIN+(VOUT*n)时，次级元件38可以导通，其中n是变压器30的绕组比，VIN是输入端口18处的输入电压，而VOUT是输出端口20处的输出电压。在一些示例中，(VOUT*)也可以称作“回扫电压”或VFLYB。
一旦次级元件38开始导通，则次级侧绕组32B处的电流开始降低。一旦控制单元12造成并联开关装置34断开，则出现通过次级侧绕组32B和并联开关装置34的续流电流。续流电流可以例如有效地短路次级侧绕组32B。跨越次级侧绕组32B的电压可以大约为零伏。结果，控制单元12仅可以检测到来自初级侧绕组32A的VIN，但是控制单元12不再能检测到在初级侧绕组32A处的VFLYB。在一些示例中，控制单元12可以依赖于在初级侧绕组32A处的电压以确定并联开关装置34是否开通(例如通过首先关断初级开关36)。由控制单元12关断并联开关装置34可以造成电流流过输出电容器40B和次级元件38。一旦次级元件38(例如体二极管)导通，与导通的体二极管并联的次级元件38的通道可以开通。该技术可能需要在电流流过体二极管之后的时间缓冲(例如停滞时间)，以及在控制单元12开通开关装置34之前的缓冲时间。在一些示例中，通过选择用于并联开关装置34的特定的占空比，控制单元12可以精确地调节在输出端口20处的输出电压VOUT。以下参照图9详细描述用于控制转换器单元14B的其他技术。
图9示出了造成图4的转换器单元14B在连续电流模式(CCM)下操作的控制单元12的额外示例。在图9的示例中，并联开关装置34描述为双向阻断开关装置，包括与第二阻断开关(例如四十伏MOSFET)串联设置的第一阻断开关(例如一百五十伏MOSFET)(例如类似于图3的转换器单元14A的并联开关装置26)。此外，次级元件38描述为常断型GaN基开关装置，类似于图5的次级元件52A和52B。
曲线312－318示出了在控制单元12使得转换器单元14B在CCM下操作的相同时间期间，穿过图4的转换器单元14B的不同部件的不同电压和/或电流水平。曲线312表示随时间的流过次级侧绕组32B的电流。曲线314示出了随时间的在次级元件38处的栅极电压(例如由控制单元12经由链路16发送至次级元件38的命令)。曲线316示出了在并联开关装置34的第一阻断开关(例如主动开关)处的栅极信号，而曲线318示出了在并联开关装置34的第二开关(例如非主动或同步开关)处的栅极信号(例如曲线316和318表示由控制单元12经由链路16发送至并联开关装置34的命令)。
在图9的示例中，控制单元12可以开通并联开关装置34的主动开关(例如开关34A)以形成续流电流通路，用于电流从次级侧绕组32B流过并联开关装置34。控制单元12可以使得并联开关装置34的次级开关(例如非主动或同步开关)以开通延迟时间开关，并且/或者比当控制单元12可以使得并联开关装置34的第一开关(例如主动开关)关断时稍早地关断。在图9的示例中，控制单元12可以以比初级开关36更高的切换频率来操作并联开关装置34。
图9进一步示出了控制单元12可以使得并联开关装置34的第一(例如主动)开关断开而同时初级开关36也断开。在控制单元12使得初级开关36关断之后，并联开关装置34的第二开关(例如非主动或同步开关)的体二极管可以将跨越并联开关装置34的电压钳位至VIN。控制单元12可以使得并联开关装置34的第一开关(例如主动开关)开关切换于零伏条件，这可以改进开关损耗。在图9的示例中，并联开关装置34的第一开关可以在与初级开关36相同的切换频率下操作。换言之，控制单元12可以控制初级开关36和并联开关装置34两者，以减小在输出端口20处的输出电压的电平。输出端口20的输出电压可以基于存储在变压器30处的能量的量的一部分。
图10示出了使得图4的转换器单元14B在间断电流模式(DCM)和准共振(QR)操作模式下操作的控制单元12的一个示例。在图10的示例中，次级元件38描述为常断型GaN基开关装置，类似于图5的次级元件52A和52B。在其中控制单元12使得转换器单元14B在DCM下操作的一些示例中，控制单元12可以使得次级元件38和并联开关装置34循环，直至在变压器30的次级侧绕组32B处的电流达到大约零电流。在次级侧绕组32B处的零电流下，控制单元12可以使得次级元件38和并联开关装置34关断。当流过次级侧绕组32B的电流达到零之时，或者紧随其后，控制单元12可以使得初级开关36开通。如果在流过次级侧绕组32B的电流达到零之后控制单元12使得初级开关36开通，跨越初级开关36上的电压可能由于由初级开关36的输出电容以及变压器30的泄漏电感所产生的串联谐振振荡器的作用，而谐振。如果控制单元12使得初级开关36在最低电压下开通，控制单元12可以使得转换器单元14B在准谐振操作(QR)模式下操作。控制单元12可以使得初级开关36在可变频率下操作，并且使得次级元件38和并联开关装置在比初级开关36更高的频率下操作。
曲线32－330示出了在控制单元12使得转换器单元14B在DCM下操作的相同时间期间，穿过图4的转换器单元14B的不同部件的不同电压和/或电流水平。曲线320表示随时间的流过初级开关36上的电流。曲线322示出了随时间的跨越初级开关36的电压。曲线324示出了随时间的流过变压器30的次级侧绕组32B的电流。曲线326示出了并联开关装置34的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至并联开关装置34的命令)。曲线328示出了用于初级开关36的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至初级开关36的命令)。曲线330示出了用于次级元件38的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至次级元件38的命令)。在图10的示例中，在并联开关装置34、初级开关36、或次级元件38中的任一的栅极处的高电平表示了其中对应元件“开通”的状态，以及低电平表示其中对应开关元件“关断”的状态。
在图10的示例中，曲线320－330示出了CCM和DCM之间的一个差别在于，在DCM中，控制单元12可以允许穿过次级绕组32B的电流达到零。一旦次级绕组32B上的电流达到零，次级元件38的体二极管可以恢复为阻断元件，因为二极管可能无法允许电流沿相反方向流过。在当次级绕组32B上电流达到零的时刻之前，或之时，控制单元12可以使得次级元件38的通道闭合。次级元件38的电压可以增大。在初级开关36处，回扫电压可以崩溃，因为输出电压可以不再在初级开关36处反映(例如因为次级元件38的体二极管在阻断模式下操作)。初级开关36处的电压可以降低至大约等于输入电压与回扫电压之间差值的数值，并且随后再次增大。在初级开关36处的电压的该振荡可以展现串联谐振，其中转换器单元14B通过利用变压器30的泄漏电感和初级开关36的输出电容而操作。在一些示例中，如果控制单元12在靠近当在串联谐振的“波谷”中操作的时刻的时刻，使得初级开关36开通，则控制单元12可以使得转换器单元14B在准谐振模式下操作。
当控制单元12使得转换器单元14B在准谐振模式下操作时，控制单元12可以采用可变频率控制初级开关36(例如通过在第一、第二、第三电压波谷等等中的任一中开通初级开关36)。控制单元12可以在稍后发生的波谷(例如时间上的第三波谷，替代了时间上的第一波谷)中使得初级开关36开通，以减小功率转换器6的切换频率，并且可能减小当输出端口20处负载量小时可能发生的损耗的量。通过在次级绕组32B处电流达到零的时刻开通初级开关36，控制单元12可以使得转换器单元14B在CCM下操作。通过在任意时刻开通初级开关36(例如对初级开关36使用固定频率)，控制单元12可以使得转换器单元14B在DCM下操作。
图11示出了使得图4的转换器单元14B在零电压开关操作(ZVS)模式下操作的控制单元12的一个示例。在图10的示例中，次级元件38描述为常断型GaN基开关装置，类似于图5的次级元件52A和52B。
当使得转换器单元14B在ZVS模式下操作时，控制单元12可以使得次级元件38保持断开，甚至在变压器30的次级侧32B处的电流达到零电流水平之后。在使得转换器单元14B在ZVS模式下操作时，控制单元12可以使得次级元件38在第一象限导通(例如在正漏极源极电压下的正电流)中，并且可以将能量从次级侧绕组32B转移回至初级侧绕组32A。从次级侧绕组32B流至初级侧绕组32A的该电流可以使得初级开关36的输出电容放电至或靠近零电压电平，并且可以使得转换器单元14B操作具有在初级开关36处的零电压切换。控制单元12可以使得可变频率将用于控制初级开关36。当在ZVS模式下操作时，功率转换器6可以具有比在其他模式下操作时更高的效率程度。
曲线332－340示出了在控制单元12使得转换器单元14B在ZVS模式下操作的相同时间期间，穿过图4的转换器单元14B的不同部件的不同电压和/或电流水平。曲线332表示了随时间的初级开关36上的电流。曲线334示出了随时间的初级开关36上的电压。曲线336示出了随时间的流过变压器30的次级侧绕组32B的电流。曲线338示出了并联开关装置34的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至并联开关装置34的命令)。曲线340示出了用于次级元件38的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至次级元件38的命令)。在图11的示例中，在并联开关装置34、初级开关36或次级元件38的栅极处的高电平表示其中对应元件“开通”的状态，而低电平表示其中对应开关元件“关断”的状态。
在图10的示例中，曲线332－340示出了功率转换器6的ZVS模式和其他操作模式(例如DCM、CCM等)之间的不同之处在于，控制单元12可以在次级侧绕组32B处发生零电流水平之后使得次级元件38保持断开。如果控制单元12使得次级元件保持断开甚至在次级侧绕组32B处发生零电流水平之后，则次级侧绕组32B的电流可以改变方向(例如从正电流变为负电流，或者从负电流变为正电流)。
当次级侧绕组32B处电流沿相反方向移动时，电流从输出电容器48B吸出并且流过次级侧绕组32B，并且流过次级元件38。在一些示例中，当流过次级元件38的电流方向为正时，控制单元12可以使得转换器单元14B在第一象限中操作，并且控制单元12可能能够通过经由链路16发送命令来关断次级元件38的通道来主动地切断电流。次级侧绕组32B处的电流可以在初级侧绕组32A处反映，并且电流可以进一步在初级开关36的输出电容处放电。控制单元12可以使得次级元件保持断开一定时间量，该时间量足以在初级侧绕组32A处实现ZVS操作模式。
控制单元12可以确定关断次级元件38的时刻是初级开关36的电压“向下摆动”时的时刻。换言之，一旦初级开关36的电压达到零，控制单元12可以使得初级开关36开通。在一些示例中，控制单元12可以仅在一定量的缓冲(例如一定量停滞时间)之后开通初级开关36。在一些示例中，缓冲可以确保控制单元12使得次级元件38关断早于控制单元12使得初级开关36开通。控制单元12可以使得初级开关36在可变频率下操作。此外，控制单元12可以使得并联开关装置34在实际上与初级开关36相同的切换频率下操作，或者在比初级开关36更高的切换频率下操作。控制单元12可以控制初级开关36和并联开关装置34两者，以使得功率转换器6在零电压频率操作模式下操作。
图12示出了通过采用高切换频率来控制初级开关36使得图4的转换器单元14B操作的控制单元12的一个示例。在图12的示例中，次级元件38描述为常断型GaN基开关装置，类似于图5的次级元件52A和52B。此外，在图12的示例中，并联开关装置34描述为双向阻断开关装置，包括与第二阻断开关(例如四十伏MOSFET)串联设置的第一阻断开关(例如一百五十伏MOSFET)(例如类似于图3的转换器单元14A的并联开关装置26)。
在图12的示例中，控制单元12可以控制并联开关装置34，而不采用落入初级开关36的一个切换循环内的占空比；而是替代地控制并联开关装置34，以允许并联开关装置34“无效(blank out)”，或者使得对并联控制装置34的控制跳过来自初级侧绕组32A的完整的脉冲或脉冲群。换言之，控制单元12可以使得并联开关装置34在比初级开关36更低的频率切换模式下操作。
曲线342－352示出了在控制单元12采用高切换频率控制初级开关36的相同时间期间，穿过图4的转换器单元14B的不同部件的不同电压和/或电流水平。曲线342表示了随时间的流过初级开关36的电流。曲线344示出了随时间的初级开关36上的电压。曲线346示出了随时间的流过变压器30的次级侧绕组32B的电流。曲线348示出了初级开关36的栅极信号(例如由控制单元12经由链路16发送至初级开关36的命令)。曲线350和352示出了并联开关装置34的栅极信号(例如由控制单元12分别经由链路16发送至并联开关装置34的主动开关的、以及经由链路16发送至并联开关装置34的非主动或同步开关的命令)。在图12的示例中，并联开关装置34或初级开关36中的任一的栅极处的高电平表示其中对应元件“开通”的状态，而低电平表示其中对应元件“关断”的状态。
曲线342－352示出了当控制单元12在比初级开关36更低切换频率下操作并联开关装置34时，转换器单元14B的特性的一个示例。在一些示例中，控制单元12可以采用固定频率(例如由谐振电路限定)来控制初级开关26。
控制单元12可以以两种不同模式操作初级开关36，在一个称作“规则操作模式”的模式下，控制单元12可以使得初级开关规则地在固定占空比下开通并且/或者跳过一个或多个循环。在称作“脉冲跳过模式”另一模式下，控制单元12可以使得初级开关36在主动的猝发(burst)模式下操作，并且使得初级开关36跳过数百个循环。对于这两个不同模式的每一个，控制单元12可以使得并联开关装置34要么开通要么关断，并且从而控制单元12可以使得转换器单元14B在总共四个不同操作模式下操作：其中并联开关装置34开通的规则操作模式、其中并联开关装置34关断的规则操作模式、其中并联开关装置34开通的脉冲跳过操作模式、以及其中并联开关装置34关断的脉冲跳过操作模式。采用这些四个不同操作模式，转换器单元12可以控制初级开关36和并联开关装置34，以使得功率转换器6利用了由初级开关26的占空比所提供的整个脉冲能量，以便或者输出能量至输出端口20，或者在次级侧绕组32B内保存和“续流”能量。
当在其中并联开关装置34关断的规则操作模式的操作状态下控制转换器单元14B时，控制单元12可以使得在初级开关36处以及流过次级侧绕组32B的电流可以逐个周期地逐渐增大，如在曲线342、346和348的三个第一脉冲中所示。当流过初级开关36和次级侧绕组32B的电流水平在变压器30的电流饱和水平之下时，控制单元12可以使得转换器单元14B在该操作模式下操作。在其中并联开关装置34关断的规则操作模式下，并联开关装置34的主动开关可以开通，通过非主动或同步开关将电压钳位至输入电压，并且没有回扫电压积累。
当在其中并联开关装置34开通的规则操作模式的操作状态下控制转换器单元14B时，并联开关装置34的主动开关可以关断。例如，曲线342、344和346的下两个周期(例如从左侧的第四和第五周期)示出了其中并联开关装置34开通的规则操作模式的操作状态。在该操作状态下，脉冲能量从变压器30通过次级元件38的体二极管转移至输出端子，并且与之前的操作模式相比较，流过次级侧绕组32B的电流的量减小。
在接下来两个操作状态下，也即，当在其中并联开关装置34关断或开通的脉冲跳过操作模式的操作状态下控制转换器单元14B时，控制单元12可以使得转换器单元14B跳过来自初级侧绕组32A和初级开关36的脉冲。例如，取决于并联开关装置34的主动开关是否切换为开通或关断，流过次级侧绕组32B的电流可以续流(图12中未示出)或者减小(例如接下来3个周期所示)，两者任取其一。在图12的示例中，控制单元12可以使得并联开关装置34的非主动或同步开关操作作为同步FET。此外，在图12的示例中，控制单元12可以使得并联开关装置34的主动开关在远低于初级开关36的切换频率下操作。通过以如此方式控制转换器单元14B，功率转换器6的变压器结构可以制作得很小；并且在一些示例中，优化以获得高切换频率，而不必须通过在对初级开关36的控制中的占空比的变化而调节输出电压。控制单元12可以以非常简单、具有固定频率和/或具有固定占空比的方式来操作初级开关36。
在一个或多个示例中，所描述的功能可以以件、软件、固件或者其任意组合的形式来实施。如果以软件实施，功能可以作为一个或多个指令或代码而存储在计算机可读介质上或者经由计算机可读介质传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括：对应于有形介质(诸如数据存储介质)的计算机可读存储介质、或者包括协助将计算机程序从一处传输至另一处(例如根据通信协议)的任何介质的通信介质。如此方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非短时间的、有形的计算机可读存储介质或者(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是由一个或多个计算机或者一个或多个处理器可以访问以检索用于实施本公开所描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可获得的介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
作为示例而非限定，这类计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盘存储、磁盘存储、或者其他磁性存储装置、闪存、或者可以用于以可以由计算机访问的指令或数据结构的形式而存储所需程序代码的任何其他介质。而且，任何连接被适当地称作计算机可读介质。例如，如果使用共轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外、无线电和微波的无线技术，从网站、服务器或其他远程来源，来传输指令，则共轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或者诸如红外、无线电和微波的无线技术包括在介质的限定内。然而应该理解的是，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬变介质，而是替代地关注于非瞬变的、有形的存储介质。如此处所使用的盘和碟片包括压缩碟片(CD)、激光碟片、光学碟片、数字通用碟片(DVD)、软盘和蓝光碟片，其中盘通常磁性地复制数据，而碟片采用激光来光学地复制数据。以上组合也应该包括在计算机可读介质范围内。
可以由一个或多个处理器执行指令，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或其他等价的集成或分立逻辑电路。因此，如在此使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适用于实施在此所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，在此所描述的的功能可以提供在专用的硬件的和/或软件的模块内。此外，技术可以完全实施在一个或多个电路或逻辑元件中。
本公开的技术可以以种类繁多的装置或装备来实施，包括无线手持装备、集成电路(IC)或一组IC(例如芯片组)。本公开中描述了各种部件、模块或单元以强调装置的配置用于执行所描述的技术的功能性方面，但是不必须由不同硬件单元实现。相反地，如上所描述的，各种单元可以组合在硬件单元中，或者由协同合作的硬件单元的集合所提供，包括与合适的软件和/或固件结合使用的一个或多个如上所描述的处理器。
已经描述了各种示例。这些和其他示例落入以下权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种电力电路，包括：
变压器，设置用以存储能量，所述变压器包括初级侧绕组和次级侧绕组；
输入端口，耦合至电压源；
初级开关，串联设置在所述输入端口与所述变压器的初级侧绕组之间；
并联开关装置，与所述变压器的次级侧绕组并联设置；
输出端口，耦合至负载并且被并联连接至所述变压器的所述次级侧绕组；
控制单元，被配置为：
从所述负载接收指示与所述负载相关联的要求的电压水平的信息，以及
基于所述信息将所述输出端口处的输出电压调节到所要求的电压水平，所述调节通过以下至少一项：
在所述初级开关断开的同时，至少部分基于所要求的电压水平，选择用于控制初级开关的第一占空比和用于控制所述并联开关装置的第二占空比，以及
以所述第一占空比控制所述初级开关并且在所述初级开关断开的同时，以所述第二占空比控制所述并联开关装置，其中在所述初级开关断开的同时、以所述第二占空比控制所述并联开关装置使得所述并联开关装置在所述第二占空比时多次产生脉冲。
2.根据权利要求1所述的电力电路，
其中所述并联开关装置包括一个或多个双向阻断开关。
3.根据权利要求2所述的电力电路，
其中所述并联开关装置包括一个或多个基于氮化镓的开关装置。
4.根据权利要求2所述的电力电路，
其中所述一个或多个双向阻断开关包括与第二阻断开关串联设置的第一阻断开关，其中所述第一阻断开关配置用以阻断在所述并联开关装置的第一端子处的第一电压，而所述第二阻断开关配置用以阻断在所述并联开关装置的第二端子处的第二电压。
5.根据权利要求1所述的电力电路，
其中所述并联开关装置配置用以，在所述并联开关装置闭合时在所述变压器的次级绕组处造成续流电流通路。
6.根据权利要求1所述的电力电路，
其中所述并联开关装置的第一端子耦合至所述次级绕组的第一端子，并且所述并联开关装置的第二端子耦合至所述次级绕组的第二端子；以及
其中所述输出端口中的第一端子耦合至所述次级侧绕组的第一端子和所述并联开关装置的第一端子并且所述输出端口中的第二端子耦合至所述次级侧绕组的第二端子和所述并联开关装置的第二端子。
7.根据权利要求1所述的电力电路，
其中所述初级开关包括基于氮化镓的开关装置。
8.根据权利要求1所述的电力电路，其中所述输入端口被耦合至
所述变压器的初级侧绕组；以及
其中所述控制单元进一步配置用以循环所述电力电路的初级开关以基于所述输入端口处的输入电压生成存储在所述变压器处的所述能量的量。
9.根据权利要求8所述的电力电路，
其中所述控制单元进一步配置用以在循环所述初级开关时保持所述并联开关装置断开。
10.根据权利要求1所述的电力电路，
其中所述控制单元进一步配置用以，响应于确定在所述输出端口处的负载不满足阈值而循环所述并联开关装置。
11.根据权利要求10所述的电力电路，
其中所述控制单元进一步配置用以，响应于确定所述负载满足阈值而保持所述并联开关装置断开。
12.根据权利要求10所述的电力电路，
其中所述阈值对应于与所述电力电路相关联的负载的最大量。
13.一种用于调节输出电压的方法，包括：
通过电力电路的控制单元从耦合至输出端口的负载接收指示与所述负载相关联的要求的电压水平的信息，所述输出端口被布置成并联连接到变压器的次级侧绕组，其中所述电力电路包括串联设置在所述电力电路的输入端口与所述变压器的初级侧绕组之间的初级侧开关，并且所述并联开关装置被布置为并联连接至所述变压器的所述次级侧绕组；以及
通过所述控制单元，基于所述信息，将所述输出端口处的输出电压调节到所要求的电压水平，所述调节通过以下至少一项：
在所述初级开关断开的同时，通过所述控制单元，至少部分基于所要求的电压水平，选择用于控制初级开关的第一占空比和用于控制所述并联开关装置的第二占空比，以及
通过所述控制单元，以所述第一占空比控制所述初级开关并且在所述初级开关断开的同时，以所述第二占空比控制所述并联开关装置，其中在所述初级开关断开的同时、以所述第二占空比控制所述并联开关装置使得所述并联开关装置在所述第二占空比时多次产生脉冲。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
基于所述信息，控制所述并联开关装置，以基于存储在所述变压器处的能量的量来调节在输出端口处的输出电流。
15.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述初级开关进一步包括：
断开所述并联开关装置；以及
闭合所述初级开关。
16.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述并联开关装置进一步包括：
闭合所述并联开关装置；以及
断开所述初级开关。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
确定在所述输出端口处的负载的量，其中所述第一占空比和第二占空环比均至少部分基于所述负载的量被进一步选择。
18.根据权利要求17所述的方法，
其中选择所述第一占空比和所述第二占空比包括使用效率算法选择所述第一占空比和所述第二占空比作为用于生成在所述输出端口处的所要求的电压水平的最有效的占空比对。
19.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
确定在所述输出端口处负载的量，其中选择所述第一占空比和所述第二占空比包括至少部分基于所述负载的量进一步选择所述第一占空比和所述第二占空比作为用于生成在所述输出端口处的所要求的电压水平的最有效的占空比对。
20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
控制所述初级开关和所述并联开关装置两者，以减小在所述输出端口处的所述输出电压，其中所述输出电压基于存储在所述变压器处的能量的量的一部分。
21.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
控制所述初级开关和所述并联开关装置两者，以使得所述电力电路在零电压频率操作模式下操作。
22.一种用于调节输出电压的设备，包括：
用于从耦合至电力电路的输出端口的负载接收指示与所述负载相关联的要求的电压水平的信息的装置，所述输出端口被布置成并联连接到所述设备的变压器的次级侧绕组，其中所述设备包括串联设置在所述电力电路的输入端口与所述变压器的初级侧绕组之间的初级侧开关，并且所述并联开关装置被布置为并联连接至所述变压器的所述次级侧绕组；
用于基于所述信息将所述输出端口处的输出电压调节到所要求的电压水平的装置，其中所述用于将所述输出端口处的输出电压调节到所要求的电压水平调节的装置包括：
用于在所述初级开关断开的同时，至少部分基于所要求的电压水平，选择用于控制初级开关的第一占空比和用于控制所述并联开关装置的第二占空比的装置，以及
用于以所述第一占空比控制所述初级开关并且在所述初级开关断开的同时，以所述第二占空比控制所述并联开关装置的装置，其中在所述初级开关断开的同时、以所述第二占空比控制所述并联开关装置使得所述并联开关装置在所述第二占空比时多次产生脉冲。
23.根据权利要求22所述的设备，进一步包括：
用于控制所述初级开关和所述并联开关装置两者以减小在所述输出端口处的所述输出电压的装置，其中所述输出电压基于存储在所述变压器处的能量的量的一部分。
24.根据权利要求22所述的设备，进一步包括：
用于控制所述初级开关和所述并联开关装置两者以使得所述电力电路在零电压频率操作模式下操作的装置。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6008668B2 (ja) * 2012-09-19 2016-10-19 シャープ株式会社 電力変換装置及び蓄電システム並びに蓄電方法
WO2014183132A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Rompower Energy Systems, Inc. Soft transition switching transistor-based forward converter
US20160093377A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Intel Corporation Nonvolatile memory module
US9559602B2 (en) * 2015-02-26 2017-01-31 Infineon Technologies Austria Ag Magnetizing current based control of resonant converters
US9673718B2 (en) * 2015-05-07 2017-06-06 Infineon Technologies Austria Ag Voltage conversion method and voltage converter
US10256733B2 (en) 2015-09-30 2019-04-09 Apple Inc. Tapped winding flyback converter for multiple output voltages
DE102015117892A1 (de) * 2015-10-21 2017-04-27 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Auf- oder Entladen einer Fahrzeugbatterie
US9941784B1 (en) * 2015-11-02 2018-04-10 Bel Power Solutions Inc. Power factor correction current sense with shunt switching circuit
EP4376284A3 (en) * 2015-11-06 2024-08-07 Excelsys Technologies Limited Llc resonant converter having multiple transformers and a parallel inductor
US11101674B2 (en) * 2016-08-05 2021-08-24 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Battery charging architectures
US10148169B2 (en) * 2016-11-23 2018-12-04 Infineon Technologies Austria Ag Bridgeless flyback converter circuit and method of operating thereof
US10277136B2 (en) 2016-12-01 2019-04-30 Power Integrations, Inc. Controller for multi-output single magnetic component converter with independent regulation of constant current and constant voltage outputs
US10449380B2 (en) 2016-12-12 2019-10-22 Revive Solutions, Inc. Defibrillator
US10903675B2 (en) 2016-12-12 2021-01-26 Avive Solutions, Inc. Medical device draw current regulation
US10029109B2 (en) 2016-12-12 2018-07-24 Revive Solutions, Inc. Defibrillator
US11607555B2 (en) 2016-12-12 2023-03-21 Avive Solutions, Inc. Defibrillator discharge control
US10396671B2 (en) * 2017-01-20 2019-08-27 Astec International Limited Power supplies having power switches controllable with a varying frequency, duty cycle and/or phase to regulate outputs
CN108736698A (zh) * 2017-04-13 2018-11-02 台达电子工业股份有限公司 电源供应器与残余电压放电方法
TWI653813B (zh) 2017-10-23 2019-03-11 英屬開曼群島商萬國半導體（開曼）股份有限公司 強迫式零電壓開關返馳變換器及其運行方法
TWI650927B (zh) * 2017-10-23 2019-02-11 開曼群島商萬國半導體股份有限公司 用於主開關切換轉換的零電壓開關式返馳變換器
US10218282B1 (en) * 2018-05-31 2019-02-26 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for sequencing outputs in a multi-output power converter system
CN108880239B (zh) * 2018-07-27 2020-04-28 威锋电子股份有限公司 多端口电力供应装置及其操作方法
TWI681615B (zh) * 2018-10-31 2020-01-01 通嘉科技股份有限公司 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
US11190109B2 (en) 2019-01-04 2021-11-30 Advanced Energy Industries, Inc. Control circuit for a power converter
US11108331B2 (en) 2019-03-29 2021-08-31 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for continuous conduction mode operation of a multi-output power converter
CN211579860U (zh) 2020-04-03 2020-09-25 台达电子企业管理（上海）有限公司 电源适配器
US11616449B2 (en) 2020-04-03 2023-03-28 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Power adapter
CN113497568A (zh) * 2020-04-03 2021-10-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种电源适配器
CN113497564B (zh) 2020-04-03 2023-08-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 电源适配器及其控制方法
CN111769614A (zh) 2020-07-09 2020-10-13 昂宝电子（上海）有限公司 快充系统的检测电路及方法、快充协议电路和快充系统
US11496060B2 (en) 2020-11-18 2022-11-08 Power Integrations, Inc. Pulse sharing control for enhancing performance in a multiple output power converter system
US20220399821A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-15 Texas Instruments Incorporated Llc converter and control
CN113765365A (zh) * 2021-09-08 2021-12-07 力源科技有限公司 一种开关电源的控制方法和开关电源
CN117240106B (zh) * 2023-11-16 2024-03-01 杭州蔚斯博系统科技有限公司 桥式谐振变换器及双向桥式谐振变换器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210568A1 (de) * 1982-03-23 1984-02-09 ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang Verfahren zum betreiben eines takt- und pulsbreitengesteuerten gleichspannungswandlers sowie schaltungsanordnungen dazu

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2069632T3 (es) 1990-07-04 1995-05-16 Siemens Ag Disposicion de circuito para una fuente de alimentacion de conexion de convertidor de bloqueo que oscila libremente.
EP0793872B1 (en) 1995-09-25 1999-12-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Power-supply circuit with a transformer and an on/off switch at the secondary side of the transformer
US5933049A (en) * 1995-09-25 1999-08-03 U.S. Philips Corporation Power-supply circuit with a transformer and an on/off switch at the secondary side of the transformer
US5991171A (en) * 1998-02-05 1999-11-23 Pi Electronics (H.K.) Ltd. DC-to-DC converters
CN1295853C (zh) 2001-02-09 2007-01-17 精电科技公司 包括用于对同步整流器进行控制的电路的电源变换器
US6674658B2 (en) 2001-02-09 2004-01-06 Netpower Technologies, Inc. Power converter including circuits for improved operational control of synchronous rectifiers therein
US6606257B2 (en) 2001-11-05 2003-08-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Independent regulation of multiple outputs in a soft-switching multiple-output flyback converter
US6549432B1 (en) 2002-02-28 2003-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Single-winding, multiple-output, bi-directional flyback converter
US6771518B2 (en) * 2002-08-26 2004-08-03 Potentia Semiconductor, Inc. DC converters
JP2004215469A (ja) * 2003-01-09 2004-07-29 Renesas Technology Corp スイッチング電源装置および電源制御用半導体集積回路
US7274175B2 (en) * 2005-08-03 2007-09-25 Mihai-Costin Manolescu Multiple output power supply that configures itself to multiple loads
AU2007229854B2 (en) 2006-03-23 2011-02-03 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for converting direct current to alternating current
US9461552B2 (en) * 2006-03-23 2016-10-04 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for power conversion
US20090086512A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Infineon Technologies Austria Ag Driving a primary-side switch and a secondary-side rectifier element in a switching converter
US8564155B2 (en) 2009-05-06 2013-10-22 Polar Semiconductor, Inc. Multiple output power supply
US8711592B2 (en) * 2011-06-21 2014-04-29 Elster Solutions, Llc Linear transformer power supply
JP5594322B2 (ja) * 2012-06-14 2014-09-24 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
US9190911B2 (en) * 2013-03-05 2015-11-17 Futurewei Technologies, Inc. Auxiliary resonant apparatus for LLC converters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210568A1 (de) * 1982-03-23 1984-02-09 ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang Verfahren zum betreiben eines takt- und pulsbreitengesteuerten gleichspannungswandlers sowie schaltungsanordnungen dazu

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