CN104734509A - 用于功率转换器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于功率转换器的系统和方法。依据实施例，功率供给控制器包含第一控制器、第二控制器、变换电路、开关信号生成器。第一控制器被配置成基于第一功率供给测量信号来提供第一控制参数，并且第二控制器被配置成基于第二功率供给测量信号来提供第二控制参数。变换电路被配置成提供取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第一开关控制参数并且提供取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第二开关控制参数。开关信号生成器被配置成生成取决于第一开关控制参数和第二开关控制参数两者的开关信号。

Description

用于功率转换器的系统和方法
技术领域
本发明通常涉及用于电子电路的系统和方法，并且在特定实施例中涉及用于转换器电路的系统和方法。
背景技术
转换器电路在比如从计算机到汽车的许多电子应用中是普遍的。用于电压和/或转换器电路的常见应用是在功率供给系统中。通常，在功率供给系统内的电压通过执行DC-DC、DC-AC、和/或AC-DC转换来生成，所述执行是通过操作加载有电感器或变换器的开关作为转换器电路。一类这样的系统包含开关模式功率供给（SMPS）。SMPS经常比其它类型的功率转换系统更高效，因为功率转换通过电感器或变换器的受控充电和放电来执行并且减少由于跨过电阻性电压降的功率耗散而损失的能量。
可以被用于SMPS的开关转换器电路尤其可以包含降压转换器、升压转换器、反激转换器、半桥转换器、和全桥转换器。降压转换器和升压转换器两者都典型地利用电感器而反激转换器将负载隔离并且可以通过变换器的使用将电压转换比例倍增。半桥转换器经常使用耦合到在开关晶体管之间的中间节点处的电感器的两个晶体管，并且全桥转换器经常使用四个开关晶体管。另一个类型的转换器是双半桥串联转换器，其包含与耦合在两个半桥转换器之间的能量储存器元件（诸如电感器）串联耦合的两个半桥转换器电路。
在许多开关模式功率转换器中，开关的定时由反馈控制系统确定以控制功率供给的输出电压和/或电流特性。比如，反馈控制器可以将测量的功率供给的输出电压与电压参考比较以产生误差信号，并且随后使用误差信号以调节确定开关信号的脉冲宽度调制器电路的占空比。
发明内容
依据实施例，功率供给控制器包含第一控制器、第二控制器、变换电路、开关信号生成器。第一控制器被配置成基于第一功率供给测量信号来提供第一控制参数，并且第二控制器被配置成基于第二功率供给测量信号来提供第二控制参数。变换电路被配置成提供取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第一开关控制参数并且提供取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第二开关控制参数。开关信号生成器被配置成生成取决于第一开关控制参数和第二开关控制参数两者的开关信号。
附图说明
为了本发明和其优点的更完全理解，现在对连同附图进行的下面描述进行参考，在附图中：
图1图解了实施例开关转换器电路的框图；
图2图解了实施例开关转换器电路的更详细的框图；
图3图解了实施例开关信号的波形图；
图4图解了实施例开关转换器电路的示意图；
图5a和5b图解了在图5a中示出输出功率并且在图5b中示出效率的实施例开关转换器电路的控制平面；
图6a-6d图解了实施例开关转换器电路的进一步控制平面；
图7图解了用于开关转换器电路的操作的实施例方法的流程图；
图8图解了用于开关转换器电路的特定实施例控制器的框图；
图9a-9c图解了实施例实施系统的示意图；
图10图解了替选的实施例开关转换器电路的示意图；
图11图解了操作的实施例方法的流程图；
图12图解了另一个实施例开关转换器电路的示意图；
图13图解了进一步实施例开关转换器电路的示意图；并且
图14图解了封装的实施例开关转换器电路的透视图。
在不同附图中对应的数字和符号通常指的是对应的部分，除非另外指示。绘制附图以清楚地图解实施例的相关方面并且不必成比例绘制。
具体实施方式
各种实施例的实现和使用在以下被详细讨论。然而应该被意识到的是本文描述的各种实施例在各种各样的特定语境下是可应用的。讨论的特定实施例仅仅图解了用于实现和使用各种实施例的特定方式，并且不应该在限定的范围内理解。
关于在特定语境中的各种实施例（也就是电子转换器电路并且更具体而言DC/DC转换器电路）进行描述。本文描述的各种实施例中的一些包含控制系统、开关转换器电路、功率供给和开关功率供给、调整的DC/DC转换器、DC/DC双半桥串联转换器、以及控制和效率优化方法。在其它实施例中，各方面也可以被应用到依据如在本领域中所知的任何方式涉及任何类型的转换器或开关电路的其它应用。
开关转换器使用开关序列以充电和放电在输入侧处的电感器并且操作在转换器的输出侧上的同步整流器。在谐振模式开关转换器中，谐振回路（resonant tank）在其谐振频率或在其谐振频率附近被充电和放电。在一些情形下，可以通过以在操作期间最小化跨过开关的电压的方式和/或在操作期间最小化跨过开关的电流的方式来操作开关而最小化开关损耗。这可以比如通过下述来实现：确定最小化开关损耗的先验的开关序列，或使用直接检测或估计这样的零电压或零电流开关条件的电路。因而，通过最小化跨过开关损失的功率的数量，可以增加转换器的总体效率。
在本发明的实施例中，多变量控制系统被用来确定开关信号。比如，在一个实施例中，快调整环路被用来控制输出电压，并且更慢效率优化环路被用来最小化转换器的平均输入电流。在功率转换器内，输出电压VOUT和平均电流IIN被感测并且被转换成两个中间控制参数θ和к。这些中间控制参数随后通过变换块被变换成开关控制参数（比如占空比dA和在开关支路之间的相移φ），所述开关控制参数被调制器用来操作功率转换器的开关。从中间控制参数θ和к到开关控制参数dA和φ的变换被完成以使得开关控制参数彼此相关，并且开关控制参数收敛以提供功率转换器的高效操作。
在一个示例中，电压控制器和平均电流控制器的单独输出各自影响占空比dA和在开关支路的控制信号之间的相移φ两者。从电压和电流控制器输出到占空比和相移的该映射可以是极映射。比如，电压控制器的输出к可以是定义与开关参数的最大功率点的矢量距离的第一中间参数，并且平均电流控制器的输出θ可以定义矢量的斜率或角度。当然应该理解的是，在替选的实施例中，开关信号可以使用除占空比dA和相移φ之外的其它参数来参数化，功率供给的受控输出可以与输出电压和平均输入电流不同，和/或中间控制变量变换可以关于与最大功率点的极距离而与极变换不同。
图1图解了实施例开关转换器电路100的框图，所述实施例开关转换器电路100包含耦合到开关转换器104的控制器102，所述开关转换器104被耦合在功率供给106和负载108之间。开关转换器104可以被配置成将来自功率供给106的输入信号转换到用于负载108的输出信号，并且可以经过变换块110接收来自控制器102的开关控制信号。在各种实施例中，开关转换器104可以被实施为任何类型的开关转换器。在一些实施例中，开关转换器104是任何类型的双有源桥转换器，比如诸如非谐振双半桥转换器。在特定的实施例中，开关转换器104是双半桥串联转换器。
依据各种实施例，控制器102测量输入电流IIN和输出电压VOUT并且接收参考电压VREF。在其它实施例中，控制器102可以测量任何其它变量。控制器102将测量的输出电压VOUT与参考电压VREF比较。在一些实施例中，控制器102起下述作用：最小化输入电流和在输出电压VOUT与参考电压VREF之间的差。
在特定的实施例中，控制器102生成与开关转换器104的输出功率有关的中间极控制参数к，并且控制器102生成与开关转换器104的效率有关的中间极控制参数θ。极控制参数к和θ在以开关转换器104的最大功率点为中心的极控制平面中分别是幅值和角度，如以下详细描述的。变换块110将极控制参数к和θ变换成形成笛卡尔控制平面的坐标的物理开关参数。比如，将极控制参数к和θ变换成用于供给到开关转换器104的开关控制信号的占空比dA和相移φ。在替选的实施例中可以使用其它变量。
图2图解了实施例开关转换器电路200的更详细的框图，所述实施例开关转换器电路200包含控制器202、功率供给206、负载208和开关转换器204。依据各种实施例，控制器202监测如所示出的输入电流IIN和输出电压VOUT。开关转换器204包含逆变器214、谐振电路216、整流器218、和滤波器220。逆变器214可以包含顶侧开关和底侧开关，所述顶侧开关和底侧开关起下述作用：接收输入电流IIN并且交替地用输入电流IIN充电谐振电路216。在一些实施例中，在谐振电路216的谐振频率处或在谐振电路216的谐振频率附近执行逆变器214的开关。整流器218接收来自谐振电路216的功率并且经过滤波器220将功率交替地传送到负载208。整流器218也可以包含顶侧开关和底侧开关。在各种实施例中，逆变器214是双半桥开关串联转换器的第一支路并且整流器218是双半桥开关串联转换器的第二支路。在替选的实施例中，谐振电路216可以是用于开关电路的任何类型的能量储存器元件并且不必是谐振电路。
如所示出，逆变器214和整流器218接收来自调制器212的开关控制信号，所述调制器212经由变换块210被耦合到控制器202。在一些实施例中，控制器202包含两个功能块：（1）快输出电压调整块和（2）慢输入电流最小化块。在这样的实施例中，控制器202监测输出电压VOUT并且如果输出电压VOUT与目标电压或参考电压不同则通过修改控制信号（诸如中间极控制参数к）来快速地响应。控制器202也监测输入电流IIN并且通过修改控制信号（诸如中间极控制参数θ）来更慢地响应以最小化输入电流IIN。在一个特别的实施例中，如果开关转换器204操作在带有对应的周期TS=1/fS的开关频率fS下，则控制器202可以每循环（即每TS）更新中间极控制参数к。类似地，控制器202可以每三个循环（即每3·TS）更新中间极控制参数θ。取决于系统，可以使用用于控制器调整的任何关系。
在各种实施例中，中间极控制参数θ和к被供给到变换块210，所述变换块210将中间极控制参数变换成物理开关参数，诸如第一支路的占空比dA、第二支路的占空比dB、和/或在第一支路和第二支路的开关信号之间的相移φ。
图3图解了实施例开关信号VA（t）和VB（t）的波形图300，所述实施例开关信号VA（t）和VB（t）对应于在图2的节点A和B处的电压。开关信号VA（t）和VB（t）被用来图解物理开关参数dA、dB和φ。波形302示出在开关期间在节点A处的电压VA（t）。当逆变器214被开关时，功率供给电压VG和参考电压（示出为零伏）被交替地连接到节点A，造成电压VA（t）跟随开关信号并且在VG和零伏之间交替。如所示出，开关的周期是TS并且第一支路（在一些实施例中对应于逆变器214）的占空比是dA。
类似地，波形304示出在开关期间在节点B处的电压VB（t）。当整流器218被开关时，输出电压VOUT和参考电压（示出为零伏）被交替地连接到节点B，造成电压VB（t）跟随开关信号并且在VOUT和零伏之间交替。在该实施例中，开关的周期TS与对于第一支路的开关的周期相同，并且第二支路（在一些实施例中对应于整流器218）的占空比是dB。相移φ也被示出，相移φ对应于在第一开关支路和第二开关支路的开关循环之间的相移或偏移。因而，在本实施例中，相移φ对应于在逆变器214和整流器218之间的相位差。
依据各种实施例，开关周期TS、占空比dA和dB、和相移φ可以依据控制器202和变换块210采取任何值。在一些实施例中，第二支路的占空比dB处于恒定而第一支路的占空比dA变化。在其它实施例中，占空比dB可以变化而占空比dA可以处于恒定，或在其它实施例中两占空比都可以变化。如在图2中示出，变换块210基于控制器202的输出将к变换成用于第一支路的修改的占空比dA和修改的相移φ，并且也将θ变换成用于第一支路的修改的占空比dA和修改的相移φ。以该方式，每个中间极控制参数影响占空比dA和相移φ两者。在这样的实施例中，调制器212使用用于占空比dA和相移φ的新值以生成用于在开关转换器204中的逆变器214和整流器218的开关信号。
图4图解了实施例开关转换器电路400的示意图，所述实施例开关转换器电路400包含控制电路402、功率供给406、负载408、变换块410、调制器412、逆变器414、谐振电路416、整流器418、和滤波器420。控制器402包含接收反馈信号ε的输出电压控制402a，所述反馈信号ε对应于在参考电压VREF和供给到负载408的输出电压VOUT之间的差。基于反馈信号ε，输出电压控制402a可以生成中间极控制参数к，所述中间极控制参数к可以对应于来自在控制平面中的最大功率点的矢量幅值。在其它实施例中，反馈信号ε可以对应于在开关转换器电路中的任何信号。
依据各种实施例，控制器402也可以包含输入电流控制402b，所述输入电流控制402b测量经过测量电路430b的输入电流IIN。在一些实施例中，输入电流控制402b可以测量另一个电路信号，诸如经过测量电路430a的返回电流IIN2。测量电路430a或430b比如可以包含串联电阻器和电压测量，或如在本领域中所知的任何其它类型的电流测量。基于输入电流IIN或返回电流IIN2，输入电流控制402b可以生成可以对应于在控制平面中的斜率或角度的中间极控制参数θ。在各种实施例中，输入电流控制402b执行最小化算法（诸如扰动和观察算法），在其中输入电流IIN被减少或被最小化。在一些实施例中，输入电流控制402b比输出电压控制402a操作并且调整输出电压VOUT更慢地操作并且调整输入电流IIN。如参考图2类似地所描述，在一些实施例中，输入电流控制402b每三个开关循环更新一次中间极控制参数θ，并且输出电压控制402a每开关循环更新一次中间极控制参数к。中间极控制参数θ和к在各种实施例中被更频繁或更不频繁地更新。在其它实施例中，输入电流控制402b和输出电压控制402a以相同的速度操作。
依据各种实施例，变换块410将中间极控制参数к和θ变换成物理控制参数，诸如比如第一支路的占空比dA和相移φ。调制器412使用物理控制参数以生成用于开关Q1、Q2、Q3和Q4的新开关信号，所述开关Q1、Q2、Q3和Q4被包含在逆变器414和整流器418中。在各种实施例中，开关Q1-Q4可以是如所示出的MOSFET。在其它实施例中，开关Q1-Q4可以包含BJT、JFET、或其它类型的开关晶体管或电子开关电路。
在各种实施例中，开关Q1和Q2被操作成具有占空比dA，开关Q3和Q4被操作成具有占空比dB，并且开关Q1和Q2的开关循环可以以相移φ与开关Q3和Q4的开关循环偏移，如在图3中所描述。当开关Q1是传导的时，Q2可以是非传导的以使得能量被传送到谐振电路416。在谐振电路416内，电感器424和电容器426储存并且释放能量（充电并且放电）。电阻器422代表寄生电阻。也可以包含与功率供给406并联的输入电容器（未被示出）。
依据各种实施例，当开关Q3是传导的并且Q4是非传导的时，能量从谐振电路416传送进负载408和输出电容器428，所述输出电容器428是滤波器420的实施方式。应该被意识到的是，在开关转换器电路400被实施为双半桥串联谐振转换器时，替选的实施例可以涉及其它开关转换器体系结构。比如，实施例功率转换器可以被实施为各种类型的双有源桥转换器并且不被特定地限制到如图4中所示出的串联谐振转换器。
如以上所描述，中间极控制参数θ和к各自由输入电流控制402b和输出电压控制402a分别独立地生成。进一步，这些中间极控制参数由于在变换块410中实施的变换而各自影响占空比dA和相移φ两者。以下参考图5和图6描述这些中间极控制参数的行为。
图5a和5b图解了在图5a中示出输出功率并且在图5b中示出效率的实施例开关转换器电路的控制平面。依据各种实施例，输出功率绘图500示出开关转换器电路（诸如比如开关转换器电路400）的标准化输出功率。标准化输出功率被绘制为第一支路的占空比dA和相移φ（除以π以简化轴）的函数。最大功率点在绘图500的中心处并且对应于标准化输出功率1。依据标准化输出功率从最大输出功率的0.1到最大输出功率的0.9来标记同心曲线。在这样的实施例中，当占空比dA和相移φ变化时，标准化输出功率移动。从控制角度来看，增加输出功率增加了供给到负载的电流，并且降低输出功率降低了供给到负载的电流。在其它实施例中，输出功率通过增加或降低供给到负载的电压来更改。
在各种实施例中，效率绘图502示出开关转换器电路的效率。类似于输出功率绘图500，效率被绘制为占空比dA和相移φ的函数。作为示例，对应于40%的输出功率的输出功率曲线被覆盖在效率曲线上。取决于占空比dA和相移φ如何变化，相同的40%输出功率对应于不同的效率。因为40%曲线被横穿，开关转换器电路效率从大约0.3变化到大约0.8。该绘图是图解性的并且不意在是限制的。在其它实施例中，效率可以依据所使用的特定开关转换器电路采取任何值。进一步，物理控制参数占空比dA和相移φ可以被其它物理控制参数（比如诸如如以上所讨论的占空比dB和开关周期TS）取代。
图6a-6b图解了包含输出功率绘图600、602、604和606的实施例开关转换器电路的进一步控制平面。图6a图解包含非相互作用（non-interacting）控制方法的示例的输出功率绘图600。如果控制器（诸如图4中的输出电压控制402a）被配置成只修改单个物理参数（其在该情形下被示出为相移φ），则输出功率可能不能够达到目标水平。这在输出功率绘图600中通过从PA到PB的过渡来示出。在这样的实施例中，目标输出功率比如是80%。控制器更改相移φ以试图从20%的输出功率移到80%的输出功率。然而在该实例中，控制方法不能够只基于更改相移φ实现稳定的80%的输出解决方案。作为示例，控制器可以尝试响应于在负载处电流需求或使用的改变来改变输出功率。
依据另一个实施例，图6b图解包含相互作用控制方法的示例的输出功率绘图602。在该实施例中，控制平面用角度θ（或斜率）和幅值к（矢量距离）的中间极控制参数横穿。如所示出，幅值к从如以上所讨论的最大功率点1绘制，并且角度θ从跨越经过最大功率点的水平线绘制。
图6c图解输出功率绘图604，所述输出功率绘图604包含如参考图6a所讨论的从20%到80%输出功率的相同过渡，现在示出如参考图6b所讨论的相互作用控制方法。从PA到PB的点线箭头示出如何控制器通过只改变相移φ（非相互作用）不能够达到80%输出功率曲线。从PA到PC的实线箭头示出如何控制器通过改变极幅值к能够从20%输出功率曲线移到80%输出功率曲线，所述改变极幅值к映射到相移φ和占空比dA两者的修改。
图6d图解了示出对中间极控制参数角度θ和幅值к两者的改变的输出功率绘图606。在各种实施例中，控制器使用诸如输入电流控制402b和输出电压控制402a的两个控制块来监测诸如图4中的输入电流IIN和输出电压VOUT的两个信号。在这样的实施例中，输出电压控制402a控制幅值к并且输入电流控制402b控制角度θ。因而，在输出功率绘图606中标记为1的段指示响应于改变负载电压条件而由输出电压控制402a对幅值к的修改。在输出功率绘图606中标记为2的段指示由输入电流控制402b依据效率增加算法对角度θ的修改。在这样的实施例中，输出电压控制402a基于如在本领域中所知的电路变量依据任何类型的反馈信号来更改幅值к，并且输入电流控制402b依据任何相关的算法来更改角度θ以最大化效率。基于最小化输入电流的示例算法是以下描述的扰动和观察算法。
图7图解了包含步骤702-710的用于开关转换器电路的操作700的实施例方法的流程图。操作700的方法描绘由控制器实施用于减少和/或最小化开关转换器电路的输入电流的扰动和观察算法。步骤702是算法的开始。在开始之后，步骤704包含增大（increment）如以上参考其它附图所描述的在控制平面上的角度θ。在增大角度θ之后，可以再次测量输入电流，并且步骤706包含校验自增大角度θ起输入电流是否已降低。如果输入电流没有降低，则步骤708跟随步骤706。如果输入电流降低，则重复步骤704。步骤708包含减小（decrement）角度θ。在减小角度θ之后可以再次测量输入电流，并且步骤710包含校验自减小角度θ起输入电流是否已降低。如果输入电流没有降低，则步骤704跟随步骤710。如果输入电流降低，则重复步骤708。在这样的实施例中，朝着降低输入电流而重复修改可以改变占空比dA和相移φ两者的角度θ。因而，输入电流被减少和/或被最小化。
在一些实施例中，操作700的方法对应于图4中的输入电流控制402b用来最小化输入电流IIN的操作的方法。在其它实施例中，操作700的方法能够被用来最小化其它变量。在进一步实施例中，其它算法能够依据本文描述的实施例被用来增加和/或最大化开关转换器电路的效率。
图8图解了用于开关转换器电路的特定实施例控制器800的框图，所述用于开关转换器电路的特定实施例控制器800包含调整器802、滤波器804、优化块806、和函数块808。依据各种实施例，控制器800描绘用于描述并且预测系统性能的控制器模型。调整器802是监测误差信号ε并且生成用于开关控制的新控制信号以调整输出电压的快输出电压调整器。优化块806是监测输入电流并且生成用于开关控制的新控制信号以最小化输入电流的慢优化环路。函数块808是输出电压调整和输入电流最小化两者中的部分。脉冲宽度调制器（PWM）810和812被分别耦合到函数块808和调整器802，并且基于接收的物理控制信号（诸如如本文以上所描述的占空比dA和相移φ）来生成开关信号。电路模型814代表开关转换器电路，所述开关转换器电路接收来自PWM 810和812的开关控制信号、来自供给818的供给电压VG、和来自负载816的负载电流。电路模型814也为输出电压VO和输入电流IG供给信号。滤波器804在将输入电流IG供给到优化块806之前从输入电流IG中滤除不稳定性和瞬态尖峰。
在各种实施例中，调整器802是接收误差信号ε并且输出相移φ的比例积分控制器。误差信号ε由加法器822生成作为在参考电压VREF（由参考块820供给）和输出电压VO之间的差。优化块806可以依据如参考图7所描述的扰动和观察算法来实施并且输出斜率α。在一些实施例中，斜率α被实施为极角度θ。函数块808接收斜率α和相移φ并且依据如所示出的下述函数来产生占空比dA：dA（φ）=α·（φ-π/2）+1/2。在一些实施例中，函数dA（φ）是经过最大功率点的直线的函数。在其它实施例中，函数块808可以依据其它控制方案来实施。控制器800中的函数和块的特定布局是图解性的并且依据本文所描述的实施例预见这样的块的多种组合和改组。在所示出的实施例中，占空比dB是恒定的并且值被包含在PWM 812中或被供给到PWM 812（值未被示出）；然而在其它实施例中，占空比dB可以被结合在函数块808中并且可以由控制器800中的各种块修改。
图9a-9c图解了实施例实施系统的示意图，所述实施例实施系统包含耦合在带有供给电压VG的供给904和带有负载电压VO的负载906之间的开关转换器电路902。负载906被描绘为电容器。在各种实施例中，电容器906可以被耦合为与另一个负载并联的滤波器。如本文参考其它附图所描述，转换器电路902将供给电压VG转换到输出电压VO。特定地，转换器电路902可以类似于比如开关转换器电路100、200、或400来实施。
依据各种实施例，转换器电路902可以具有附连到集成电路（IC）、封装、或装置的各种外部或分立部件。图9a描绘耦合到外部电感器908和电容器910的转换器电路902。图9b描绘耦合到外部电容器910的转换器电路902。图9c描绘没有任何外部部件的转换器电路902。图9a-9c图解电容器910和电感器908比如可以在芯片上或在芯片外被包含到开关转换器电路的剩余部分，所述电容器910和电感器908可以形成谐振电路216或316。本文描述的开关转换器电路的各种部件可以被实施为完全集成电路或带有分立部件，所述分立部件可以包含耦合到集成到分立谐振部件的现场可编程门阵列（FPGA）、微控制器、或定制的专用集成电路（ASIC）。
在各种实施例中，电压测量块912和914为在依据各种实施例的开关转换器电路中的电压信号指示测量位置。同样地电流测量块916和918为在依据各种实施例的开关转换器电路中的电流信号指示测量位置。
图10图解了替选的实施例开关转换器电路1000的示意图，所述替选的实施例开关转换器电路1000包含开关M1-M4，PWM 1006和1008、调整器1002、优化块1004、电压供给1010、和负载1012。依据各种实施例，开关M1-M4如以上参考开关Q1-Q4所讨论来操作以将电荷从电压供给1010经过电阻器1016、电感器1018、和电容器1020传送到负载1012和电容性滤波器1014。PWM 1008为控制开关M1和M2供给开关信号，并且PWM 1006为控制开关M3和M4供给开关信号。调整器1002接收来自加法器1022的反馈信号ε并且将相移信号φ输出到PWM 1006。优化块1004接收来自电压供给1010的电流测量iG并且将占空比dA输出到PWM 1008。开关转换器电路1000图解了将优化块1004维持与调整器1002分离的非相互作用控制的示例。在其它实施例中，调整器1002和优化块1004可以被耦合在一起以通信控制信号。
图11图解了包含步骤1102-1116的用于开关模式功率供给的操作1100的实施例方法的框图。依据各种实施例，步骤1102包含测量开关模式功率供给的第一电功率供给信号。跟随步骤1102，步骤1104包含基于在步骤1102中测量的第一电功率供给信号来确定第一控制参数。步骤1106包含测量开关模式功率供给的第二电功率供给信号。步骤1108包含基于在步骤1106中测量的第二电功率供给信号来确定第二控制参数。在一些实施例中，步骤1106和1108比步骤1102和1104更不频繁地被重复。在各种实施例中，方法1100可以每开关循被重复、比每循环更不经常被重复、或每循环多次被重复。类似地，步骤1102和1104可以以独立于步骤1106和1108或与步骤1106和1108不同的速率被执行。在步骤1108之后，步骤1110包含确定第一开关控制参数，所述第一开关控制参数取决于第一控制参数和第二控制参数两者。类似地，步骤1112包含确定第二开关控制参数，所述第二开关控制参数也取决于第一控制参数和第二控制参数两者。基于步骤1110和1112，步骤1114包含基于第一开关控制参数和第二开关控制参数来生成开关信号。步骤1116包含在输出接口处电驱动生成的开关信号。依据各种实施例，步骤1102和1116可以以许多不同的顺序或同时来执行。在一些实施例中，步骤1104、1108、1110、和1112可以以不同的速度来执行。比如，步骤1104可以在一些实施例中比步骤1108更快速地执行，或反之亦然。
图12图解了另一个实施例开关转换器电路1200的示意图，所述另一个实施例开关转换器电路1200包含如参考图4中的开关转换器电路400所描述的元件，但是只包含电感器1224和电阻器1222而不是谐振电路416。因而开关转换器电路1200是非谐振双半桥转换器的示例。在开关转换器电路1200中的所有元件以类似的方式或与以上参考图4所描述的相同来操作。
图13图解了进一步实施例开关转换器电路1300的示意图，所述进一步实施例开关转换器电路1300包含集成电路（IC）1302，所述集成电路（IC）1302可以是如参考图4所描述的输入电流控制器、输出电压控制器、变换块、和调制器的集成实施方式。依据各种实施例，IC 1302包含形成在单个IC（诸如ASIC）上的这些元件的所有逻辑和部件。在其它实施例中，IC 1302可以只包含控制逻辑和变换逻辑而调制器在分离的控制器或逻辑块中实施。在进一步实施例中，零件1302可以描绘微控制器1302而不是ASIC。在这样的实施例中，块的功能可以与ASIC相同，但是该实施方式是在微控制器上。在各种实施例中，功能IC或微控制器1302与参考图4中的个别块402、410、和412所描述的功能相同或类似。在开关转换器1300中的各种其它元件以类似的方式或与以上参考图4所描述的相同来操作。
图14图解了封装的实施例开关转换器电路1400的透视图，所述开关转换器电路1400包含在印刷电路板（PCB）1401上的控制器1402以及其它部件（诸如电感器1404、电容器1406、和开关芯片1408）。在各种实施例中，控制器1402实施如参考图4中的控制器402、变换块410、和调制器412所描述的功能。开关芯片1408包含开关Q1-Q4，电感器1404是电感器424的实施方式，并且电容器1406是电容器426的实施方式，如参考图4所描述的。在各种其它实施例中，控制器1402包含在开关芯片1408上的开关Q1-Q4和/或电感器1404和电容器1406。开关芯片1408可以包含任何类型的电子开关或晶体管，比如诸如MOSFET。
在一些实施例中，开关驱动器1410和功率供给1412也被包含在PCB 1401上。开关转换器电路1400没有成比例绘制，部件的布局没有特别地选择。在各种实施例中，PCB 1401可以具有附连到此的多种其它部件并且所有的部件基于实施的特定系统和PCB设计被组织和定位。因而，本领域的一位普通技术人员将意识到在特定实施方式中的设计步骤包含在这样的实施例中的PCB布局，并且布局可以特别地适合于该特定的实施方式。
依据实施例，功率供给控制器包含输入接口、第一控制器、第二控制器、变换电路、开关信号生成器、和输出接口。输入接口被配置成电接收来自开关模式功率供给的第一功率供给测量信号和第二功率供给测量信号。第一控制器被配置成基于第一功率供给测量信号来提供第一控制参数，并且第二控制器被配置成基于第二功率供给测量信号来提供第二控制参数。变换电路被配置成提供第一开关控制参数，所述第一开关控制参数取决于第一控制参数和第二控制参数两者。变换电路也被配置成提供第二开关控制参数，所述第二开关控制参数取决于第一控制参数和第二控制参数两者。开关信号生成器被配置成生成开关信号，所述开关信号取决于第一开关控制参数和第二开关控制参数两者。输出接口被配置成电驱动开关信号。
在各种实施例中，与第二控制器被配置成提供第二控制参数相比，第一控制器被配置成至少快两倍地提供第一控制参数。第一功率供给测量信号包含开关模式功率供给的输出电压并且第二功率供给测量信号包含开关模式功率供给的输入电流。功率供给控制器可以进一步包含测量电路，所述测量电路被配置成测量来自开关模式功率供给的输入端口的返回电流并且基于返回电流产生第二功率供给测量信号。在一些实施例中，第一开关控制参数包含开关信号中的第一开关信号的占空比。第二开关控制参数也可以包含在开关信号中的第一开关信号和第二开关信号之间的相移。
在各种实施例中，第一控制参数是幅值并且第二控制参数是角度。幅值和角度在第一开关控制参数和第二开关控制参数中在输出功率的绘图上形成极坐标。幅值和角度以最大功率点为中心。提供第一控制参数可以包含将第一功率供给测量信号与参考电压比较并且基于该比较来确定第一控制参数。在一些实施例中，提供第二控制参数包含：降低第二控制参数；第二次接收第二功率供给测量信号；将第一次接收的第二功率供给测量信号与第二次接收的第二功率供给测量信号比较；并且如果第二次接收的第二功率供给测量信号与第一次接收的第二功率供给测量信号相比降低，则再次降低第二控制参数，或如果第二次接收的第二功率供给测量信号与第一次接收的第二功率供给测量信号相比增加，则增加第二控制参数。
依据各种实施例，操作开关模式功率供给的方法包含：测量开关模式功率供给的第一电功率供给信号；基于测量第一电功率供给信号来确定第一控制参数；测量开关模式功率供给的第二电功率供给信号；基于测量第二电功率供给信号来确定第二控制参数；确定取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第一开关控制参数；确定取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第二开关控制参数；基于第一开关控制参数和第二开关控制参数生成开关信号；并且在输出接口处电驱动开关信号。
在各种实施例中，执行确定第一控制参数比确定第二控制参数至少快两倍。第一电功率供给信号包含开关模式功率供给的输出电压并且第二电功率供给信号包含开关模式功率供给的输入电流。在一些实施例中，测量第二电功率供给信号包含测量开关模式功率供给的输入端口的返回电流。第一开关控制参数可以包含开关信号中的第一开关信号的占空比。第二开关控制参数可以包含在开关信号中的第一开关信号和第二开关信号之间的相移。开关模式功率供给可以包含：第一开关集合，包含顶侧开关和底侧开关；和第二开关集合，包含顶侧开关和底侧开关。
在各种实施例中，第一控制参数是幅值并且第二控制参数是角度。幅值和角度在第一开关控制参数和第二开关控制参数中在输出功率的绘图上形成极坐标，并且幅值和角度以最大功率点为中心。在一些实施例中，确定第一控制参数包含：将测量的第一电功率供给信号与参考电压比较并且基于该比较来确定第一控制参数。确定第二控制参数包含：降低第二控制参数；第二次测量第二电功率供给信号；将第一次测量的第二电功率供给信号与第二次测量的第二电功率供给信号比较；并且如果第二次测量的第二电功率供给信号与第一次测量的第二电功率供给信号相比降低，则再次降低第二控制参数，或如果第二次测量的第二电功率供给信号与第一次测量的第二电功率供给信号相比增加，则增加第二控制参数。
在各种实施例中，确定第二控制参数也包含重复地更改第二控制参数、进一步测量第二电功率供给信号、并且基于在进一步测量的第二电功率供给信号和第一次测量的第二电功率供给信号之间的比较再次更改第二控制参数。在一些实施例中，第一控制参数与开关模式功率供给的输出功率有关。第二控制参数与开关模式功率供给的效率有关。
依据各种实施例，电路包含：开关转换器，配置成耦合到供给和负载；和控制器，耦合到开关转换器并且配置成供给第一开关信号和第二开关信号。开关转换器包含：储存器电路；第一开关，配置成基于第一开关信号交替地将电流从供给传导到储存器电路；和第二开关，配置成基于第二开关信号交替地将电流从储存器电路传导到负载。控制器也被配置成：测量从供给到储存器电路的电流；测量输出到负载的电压；基于测量的输出到负载的电压来修改第一开关信号的占空比和在第一开关信号和第二开关信号之间的相移；并且基于测量的从供给到储存器电路的电流来修改占空比和相移。
在各种实施例中，基于测量的输出到负载的电压来修改占空比和相移包含：将测量的输出到负载的电压与参考电压比较；以与在测量的输出到负载的电压和参考电压之间的差成比例的数量来更改第一中间控制参数；并且对第一中间控制参数执行变换以基于第一中间控制参数来生成用于占空比和相移的新值。在一些实施例中，基于测量的从供给到储存器电路的电流来修改占空比和相移包含：更改第二中间控制参数以减少从供给到储存器电路的电流；并且对第二中间控制参数执行变换以基于第二中间控制参数来生成用于占空比和相移的新值。
在各种实施例中，储存器电路包含电感和电容，第一开关包含顶开关和底开关，并且第二开关包含顶开关和底开关。在一些实施例中，储存器电路是谐振电路。
本文描述的各种实施例的优点可以包含低功耗、输出电压的快调整、对部件或功率供给变化的低敏感。一些实施例的进一步优点包含不需要经由直接计算和/或经由查找表来确定三角函数的系统实施方式。
尽管参考图解的实施例描述了本发明，但是该描述不意图以限制的意思来理解。图解的实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例通过参考描述对本领域技术人员将是显而易见的。因此意图是所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (28)

1.一种功率供给控制器，包括：
输入接口，配置成电接收来自开关模式功率供给的第一功率供给测量信号和第二功率供给测量信号；
第一控制器，配置成基于第一功率供给测量信号提供第一控制参数；
第二控制器，配置成基于第二功率供给测量信号提供第二控制参数；
变换电路，配置成
　　提供第一开关控制参数，所述第一开关控制参数取决于第一控制参数和第二控制参数两者，并且
　　提供第二开关控制参数，所述第二开关控制参数取决于第一控制参数和第二控制参数两者；以及
开关信号生成器，配置成生成开关信号，所述开关信号取决于第一开关控制参数和第二开关控制参数两者；以及
输出接口，配置成电驱动开关信号。
2.权利要求1的所述功率供给控制器，其中与第二控制器被配置成提供第二控制参数相比，第一控制器被配置成至少快两倍地提供第一控制参数。
3.权利要求1的所述功率供给控制器，其中第一功率供给测量信号包括开关模式功率供给的输出电压并且第二功率供给测量信号包括开关模式功率供给的输入电流。
4.权利要求3的所述功率供给控制器，进一步包括测量电路，所述测量电路被配置成测量来自开关模式功率供给的输入端口的返回电流并且基于返回电流产生第二功率供给测量信号。
5.权利要求1的所述功率供给控制器，其中第一开关控制参数包括开关信号中的第一开关信号的占空比。
6.权利要求5的所述功率供给控制器，其中第二开关控制参数包括在开关信号中的第一开关信号和第二开关信号之间的相移。
7.权利要求1的所述功率供给控制器，其中第一控制参数是幅值并且第二控制参数是角度，幅值和角度在第一开关控制参数和第二开关控制参数中在输出功率的绘图上形成极坐标。
8.权利要求1的所述功率供给控制器，其中提供第一控制参数包括将第一功率供给测量信号与参考电压比较并且基于该比较来确定第一控制参数。
9.权利要求1的所述功率供给控制器，其中提供第二控制参数包括：
降低第二控制参数；
第二次接收第二功率供给测量信号；
将第一次接收的第二功率供给测量信号与第二次接收的第二功率供给测量信号比较；并且
如果第二次接收的第二功率供给测量信号与第一次接收的第二功率供给测量信号相比降低，则再次降低第二控制参数，或如果第二次接收的第二功率供给测量信号与第一次接收的第二功率供给测量信号相比增加，则增加第二控制参数。
10.权利要求1的所述功率供给控制器，其中功率供给控制器被安置在集成电路上。
11.一种操作开关模式功率供给的方法，所述方法包括：
测量开关模式功率供给的第一电功率供给信号；
基于测量第一电功率供给信号确定第一控制参数；
测量开关模式功率供给的第二电功率供给信号；
基于测量第二电功率供给信号确定第二控制参数；
确定取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第一开关控制参数；
确定取决于第一控制参数和第二控制参数两者的第二开关控制参数；
基于第一开关控制参数和第二开关控制参数生成开关信号；并且
在输出接口处电驱动开关信号。
12.权利要求11的所述方法，其中执行确定第一控制参数比确定第二控制参数至少快两倍。
13.权利要求12的所述方法，其中第一电功率供给信号包括开关模式功率供给的输出电压并且第二电功率供给信号包括开关模式功率供给的输入电流。
14.权利要求13的所述方法，其中测量第二电功率供给信号包括测量开关模式功率供给的输入端口的返回电流。
15.权利要求13的所述方法，其中第一开关控制参数包括开关信号中的第一开关信号的占空比。
16.权利要求15的所述方法，其中第二开关控制参数包括在开关信号中的第一开关信号和第二开关信号之间的相移。
17.权利要求16的所述方法，其中开关模式功率供给包括包含顶侧开关和底侧开关的第一开关集合以及包含顶侧开关和底侧开关的第二开关集合。
18.权利要求17的所述方法，其中第一控制参数是幅值并且第二控制参数是角度，幅值和角度在第一开关控制参数和第二开关控制参数中在输出功率的绘图上形成极坐标，其中幅值和角度以最大功率点为中心。
19.权利要求13的所述方法，其中确定第一控制参数包括将测量的第一电功率供给信号与参考电压比较并且基于该比较来确定第一控制参数。
20.权利要求19的所述方法，其中确定第二控制参数包括：
降低第二控制参数；
第二次测量第二电功率供给信号；
将第一次测量的第二电功率供给信号与第二次测量的第二电功率供给信号比较；并且
如果第二次测量的第二电功率供给信号与第一次测量的第二电功率供给信号相比降低，则再次降低第二控制参数，或如果第二次测量的第二电功率供给信号与第一次测量的第二电功率供给信号相比增加，则增加第二控制参数。
21.权利要求20的所述方法，其中确定第二控制参数进一步包括：重复地更改第二控制参数，进一步测量第二电功率供给信号，并且基于在进一步测量的第二电功率供给信号和第一次测量的第二电功率供给信号之间的比较而再次更改第二控制参数。
22.权利要求11的所述方法，其中第一控制参数与开关模式功率供给的输出功率有关。
23.权利要求11的所述方法，其中第二控制参数与开关模式功率供给的效率有关。
24.一种电路，包括：
开关转换器，配置成耦合到供给和负载，所述开关转换器包括：
　　储存器电路，
　　第一开关，配置成基于第一开关信号交替地将电流从供给传导到储存器电路，和
　　第二开关，配置成基于第二开关信号交替地将电流从储存器电路传导到负载；以及
控制器，耦合到开关转换器并且配置成供给第一开关信号和第二开关信号，其中控制器被配置成：
　　测量从供给到储存器电路的电流，
　　测量输出到负载的电压，
　　基于测量的输出到负载的电压修改第一开关信号的占空比和在第一开关信号和第二开关信号之间的相移，并且
　　基于测量的从供给到储存器电路的电流修改占空比和相移。
25.权利要求24的所述电路，其中基于测量的输出到负载的电压修改占空比和相移包括：
将测量的输出到负载的电压与参考电压比较；
以与在测量的输出到负载的电压和参考电压之间的差成比例的数量更改第一中间控制参数；并且
对第一中间控制参数执行变换以基于第一中间控制参数生成用于占空比和相移的新值。
26.权利要求25的所述电路，其中基于测量的从供给到储存器电路的电流修改占空比和相移包括：
更改第二中间控制参数以减少从供给到储存器电路的电流；并且
对第二中间控制参数执行变换以基于第二中间控制参数生成用于占空比和相移的新值。
27.权利要求26的所述电路，其中储存器电路包括电感和电容；第一开关包含顶开关和底开关；并且第二开关包含顶开关和底开关。
28.权利要求24的所述电路，其中储存器电路是谐振电路。
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