CN105406717B - Llc转换器及电感模式损失检测电路 - Google Patents

Llc转换器及电感模式损失检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明呈现方法、控制设备及串联谐振或LLC功率转换系统，其中在对应开关装置(Q1、Q2)的接通之后的调制开关循环的一部分期间比较谐振串联电流(Ir)与阈值(VTH)，且响应于确定所述谐振电流(Ir)低于所述阈值(VTH)而采取一或多个指示或补救行动以修改开关电路的调制控制以帮助或促进零电压开关或接近零电压开关且提供电流反向保护。

Description

LLC转换器及电感模式损失检测电路
技术领域
本发明涉及控制LLC及其它串联谐振转换器以促进零电压开关。
背景技术
LLC转换器为一种形式的串联谐振转换器，其具有包含变压器初级绕组的串联谐振电路，其中开关电路用于将谐振电路或储能电路的开关节点交替地耦合到正供应节点或接地节点以提供通过变压器初级绕组的交变谐振电流。次级电路(例如，整流器)提供输出电压以驱动负载，其中调整开关电流操作以调节输出电压。取决于谐振电路及次级电路的操作频率及阻抗，串联谐振转换器可以所谓的电感模式或电容模式操作，其中通过变压器的匝数比将输出整流器及任何相关联滤波器电路的冲击反射回到初级谐振电路中，借此包含次级电路的负载阻抗实质上与谐振电流串联。开关电路的频率控制可用于基于一或多个反馈信号调节输出条件(例如，输出电压、输出电流等等)，其中谐振电路阻抗在谐振频率下最小化。LLC转换器提供谐振电感(通常为与变压器初级绕组及谐振电路电容串联连接的电感器以及串联电路中的磁化电感器)，其中LLC谐振转换器通常具有两个谐振频率。在较高谐振频率下的操作有利地促进以最小频率调整调节较宽的负载范围。
LLC转换器优选地设计为在电感区域中操作，其中谐振电路电流使电压滞后。所述电感区域中的滞后电流操作促进用于串联谐振转换器中的MOSFET或其它开关装置上的零电压开关(ZVS)，由此增强系统效率同时减缓开关降级。然而，某些操作条件可改变朝向电容区域的谐振电路操作，由此抑制零电压或接近零电压开关操作。因此，电容区域中的操作是不合意的，且可能导致开关组件上的电流反向应力。虽然可定制操作频率、谐振电路组件值及其它系统设计参数来帮助防止或最小化电容区域中的操作，但输入电压下降或输入电压的其它降低及/或输出电流过载条件可能致使电路在电容区域中操作，这会导致开关装置上的过度应力。并且，在谐振电路电容器被完全充电到稳态值之前，某些电路配置可能在启动时经受电容模式操作。因此，电容区域操作降低系统效率，且可能在一些情形中导致对开关装置的降级或损坏。因此，仍旧需要改进的控制设备及技术来促进零电压开关或接近零电压开关且减缓LLC及其它串联谐振转换器的电容区域中的操作。
发明内容
现在概述本发明的各种方面以通过简要指示本发明的本质及实质来促进对本发明的基本理解，其中此概述并非本发明的详尽概览且既不意在识别本发明的某些要素也不意在划定本发明的范围。实际上，此概述的主要目的是在下文呈现的更详细描述之前以简化形式呈现本发明的一些概念。揭示功率转换系统、用于所述功率转系统的控制设备及方法。功率转换器包含谐振电路，所述谐振电路具有：串联电路，其具有一或多个电感、变压器初级绕组及串联耦合在开关节点与恒定电压节点之间的至少一个电容；开关电路，其包含耦合在输入电压节点与恒定电压节点之间的两个或两个以上开关装置。控制器提供经调制开关控制信号以控制开关电路的开关节点的电压从而控制转换器输出。开关电路在一系列开关循环中通过来自控制器的经调制开关控制信号操作，且感测电路提供表示在串联电路中流动的谐振电流的感测信号。检测电路在感测信号在给定调制半循环的预定部分中下降到低于预定阈值的情况下向控制器选择性地提供指示电容区域操作的潜在开始或电感区域操作的损失的检测信号或值。响应于接收到所述检测信号或值，控制器选择性地修改开关控制信号(例如)以增大操作频率从而促进开关装置的零电压开关或接近零电压开关操作。
在某些实施例中，预定半循环部分在接通给定开关装置之后的某个非零时间开始且在关断开关装置之前结束，以便避免误脱扣以实现在谐振电路操作的电流反向每一半循环期间的期望零穿过。在某些实施例中，可使用比较器来实施检测电路以接收感测信号及电压参考，其中在比较器输出在给定半循环的预定部分期间被断言的情况下时序电路将检测信号或值选择性地提供到控制器。在某些实施方案中，处理器实施的控制器及检测电路从模/数转换器接收感测值且响应于所述感测值在给定半循环的预定部分中小于预定阈值而选择性地修改开关控制信号。在某些实施例中，所述预定阈值可为存储在电子存储器中的可调整值，从而允许个别地配置调制控制器乘积以防止或抑制各种不同的串联谐振转换器应用的电容区域操作。
此外，在某些实施例中，第二检测电路可操作以将零电压开关损失的检测信号或值提供到控制器以用于调制死区时间的选择性调整，其中在感测信号的振幅在接通给定开关装置之后的非零预定时间处低于第二预定阈值的情况下提供第二检测信号或值。通过此操作，可识别趋向于零电压开关损失的条件且可采取补救行动而无需等待对功率转换器的MOSFET或其它开关装置的损坏或降级。这又可促进在更宽的操作范围上维护零电压开关同时以更高的系统效率提供改善的死区时间。
提供根据本发明的其它方面的用于谐振功率转换器控制的方法，所述方法包含：感测在串联电路中流动的谐振电流；确定所述谐振电流在给定调制半循环的预定部分中是否低于预定阈值；及如果所述谐振电流在给定调制循环的预定部分中是低于预定阈值则选择性地修改一或多个调制开关控制信号以促进所述开关装置的零电压开关或接近零电压开关操作。
附图说明
以下描述及图式详细陈述本发明的某些说明性实施方案，所述实施方案指示可实行本发明的各种原理的若干方式。然而，所说明的实例不穷举本发明的所有可行实施例，将在结合附图考虑的以下详细描述中陈述本发明的其它目标、优点及新颖特征，其中：
图1为说明具有电感操作损失检测电路的半桥LLC转换器电路实施例的示意图；
图2为说明随着LLC转换器操作频率而改变的不同实例加载条件的增益曲线的图表，其展示电容操作区域及电感操作区域；
图3为说明在电感操作区域中的操作期间LLC转换器的完整循环上的谐振电流的图表；
图4为说明在接近电容区域的LLC转换器操作期间的谐振电流的图表；
图5为说明在电容区域中的操作期间的谐振电流的图表；
图6为说明LLC转换器及电感操作损失检测电路中的各种波形图的图表；
图7为说明带有用于向调制控制电路提供检测输出信号的比较器及消隐电路的电感操作损失检测电路的第一电路实施例的示意图；
图8为说明使用处理器实施的电感操作损失检测电路的第二实施例的示意图；
图9为说明用于调制控制器中的死区时间调整的零电压开关损失检测电路的第一实施例的示意图；
图10为说明使用处理器实施的零电压开关损失检测电路的第二实施例的示意图；以及
图11为说明LLC转换器及零电压开关检测电路的损失中的各种波形的图表。
具体实施方式
下文结合图式描述一或多个实施例或实施方案，其中相同参考标号自始至终用于指代相同元件且其中各种特征不一定按比例绘制。
图1说明具有电感操作损失(LOI)检测电路的功率转换系统实施例2。系统2包含带有谐振电路4的半桥转换器，谐振电路4包含从电源3接收DC输入电压(Vin)的开关电路。谐振电路4将交变初级电流Ip提供到变压器6的初级绕组Lp，变压器6的次级绕组Ls连接到无源全桥整流器电路8，无源全桥整流器电路8具有二极管D1、D2、D3及D4以及输出电容器Co，从而经由正(+)及负(-)端子提供调节DC输出电压Vout与输出电流Iout以用于驱动所连接负载10。
控制设备12(在一个实例中为调制控制器集成电路(IC))经由高侧驱动电路14及低侧驱动电路16提供经调制开关控制信号以操作分别形成谐振电路4的开关电路的对应高侧开关装置Q1及低侧开关装置Q2。可使用任何合适形式的调制，例如频率调制、脉冲宽度调制等等。此实例中的开关电路为由Q1及Q2形成的半桥配置，但在各种实施例中，可使用全桥电路及其它开关电路架构来致动串联谐振电路的交替操作以将交变电流提供到变压器初级绕组Lp。此外，虽然在所说明的实施例中展示N沟道MOSFET装置Q1及Q2，但可使用P沟道MOSFET或可采用N沟道及P沟道开关的组合，且可使用其它形式的基于半导体的开关装置(例如，IGBT、双极型装置等等)。在所说明的实施例中，开关Q1及Q2的栅极端子G分别连接到对应驱动电路14及16，其中Q1的源极S在开关节点S2处连接到Q2的漏极D。此外，在此实施例中，如所展示，第一二极管DQ1配备有连接到开关节点SW的阳极及连接到正谐振电路输入节点4a的阴极，且第二二极管DQ2具有连接到恒定电压节点4b(在此情形中为电力供应器3的接地端子或负端子)的阳极及连接到开关节点SW的阴极。
图1的谐振电路实施例4包含耦合在开关节点SW与恒定电压节点4b之间的串联电路，其大体上与低侧驱动器Q2并联。此情形中的串联电路包含单独的谐振电感器Lr、变压器初级绕组Lp、电流互感器CT的初级绕组及一对谐振电容器Cr，其中上谐振电容器Cr连接在电流互感器初级的下侧端子与正输入节点4a之间且下谐振电容器Cr连接在电流互感器CT与恒定电压节点4b之间。虽然所说明的实施例中的谐振电容是使用如所展示那样连接的两个电容器Cr来实施，但其中可省略上谐振电容器Cr而单个谐振电容器Cr连接到恒定电压负载4b以使串联电路完整的其它实施例是可行的。此外，在某些实施例中，谐振电感Lr无需为如所展示的单独的电感器，且可由变压器初级绕组Lp的电感提供以用于稳态中的串联谐振操作。此外，所说明的谐振电路4提供包含与变压器初级绕组Lp并联的单独的磁化电感器Lm的LLC转换器。如所展示，谐振电流Ir在串联电路中流动，且可经由电流互感器CT的初级绕组在下串联电路分支(如所展示)中的连接来检测。其它配置是可行的，举例来说，其中电流传感器(例如，所说明的电流互感器CT)可在谐振电感器Lr之前或之后连接在上电路分支中。此外，谐振电容Cr可替代性地连接在串联电路中的其它位置中，举例来说，在谐振电感器Lr之前或之后。在所说明的架构中，谐振电流Ir包含在变压器初级绕组Lp中流动的初级电流Ip以及在磁化电感器Lm中流动的磁化电流Im。
在正常操作中，控制设备12的调制控制组件24接收表示经驱动负载10的输出条件的一或多个反馈信号或值，在此情形中为经由线18及20获得的输出电压信号(表示Vout)以及经由任何合适电流感测设备(例如，如所展示连接在输出端子与整流器二极管D3及D4的阳极之间的感测电阻器RS)获得的输出电流信号(表示Iout)，其中控制器24接收表示沿着线22及20的输出电流的电压信号，如所展示。控制器24可为任何合适的模拟及/或数字电路，且在某些实施例中可经由经编程处理器实施，并且控制器24分别经由线40及42将高驱动开关控制信号HD及低驱动开关控制信号LD提供到对应高侧驱动电路14及低侧驱动电路16以用于操作转换器2的开关电路。在所说明的实例中，调制控制器24与控制器IC 12整体形成，但其中调制控制电路24为单独的装置的其它实施例是可行的。在操作中，控制器24以交替模式提供HD及LD开关控制信号，使得在任何给定时间开关Q1及Q2中的仅一者接通，且优选提供在其期间装置Q1及Q2两者均不接通的非零死区时间(dead times)。此外，控制器24提供闭环调制以便通过根据任何合适形式的闭环调制调节技术选择性地调整开关控制信号HD及LD的工作循环来调节负载10处的输出条件。在此方面，可使用任何合适驱动电路14、16，通过所述驱动电路14、16，可将来自调制控制器24的输出信号HD及LD与开关装置Q1及Q2操作性地介接以驱动合适栅极控制信号以用于选择性地接通或关断装置Q1、Q2，其中控制器集成电路12的某些实施方案可包含集成驱动电路14、16或在其它实施例中可使用单独的驱动电路。
在所说明的实施例中，对于N沟道MOSFET装置Q1及Q2来说，逻辑高栅极控制信号将接通所述装置，且低信号将关断所述装置。以此方式，当Q1被来自驱动器14的逻辑高栅极控制信号激活时，开关节点SW与上输入节点4a耦合，且当Q1关断时节点SW与上输入4a解耦。类似地，来自低侧驱动电路16的逻辑高输出接通Q2，由此将开关节点SW与恒定电压节点4b耦合，且来自驱动器16的低信号使SW节点与恒定电压节点4b解耦。以此方式，由调制控制器24进行的开关控制信号HD及LD的交替提供选择性地修改开关节点SW处的电压以便在变压器初级绕组Lp中产生交变电流Ip以控制转换器输出电压Vout。此外，在典型配置中，一或多个变压器元件可包含在调制控制器24与开关电路Q1、Q2之间以便提供隔离的开关控制，其中转换器2的“-”输出端子可处在与恒定电压节点4b不同的电势处且可相对于输入电力供应器3隔离。
参考图2到5，串联谐振及LLC转换器优选在图2的图表50中展示的电感区域52中操作，而电容区域51中的操作(在图2中以对角虚线展示)相对于转换器开关Q1及Q2的零电压开关操作是较不合意的。特定来说，当在开关节点SW处所见的负载是电感性的时，通过电感器Lr的电流使电压滞后。关断上开关装置Q1使上输入节点4a中的开关节点SW之间的电流流动中断。对于滞后电流，流动到谐振电感器Lr中的谐振电流Ir在Q1关断之后继续流动一段时间，且此电流流动通过Q2的体二极管或流动通过所说明的二极管DQ2。此二极管电流的流动接通(例如，正向偏置)对应体二极管或DQ2，由此确保当随后经由调制控制器24接通Q2时(在死区时间之后)，Q2的漏极到源极电压处在0V或接近0V(例如，归因于正向偏置二极管而通常小于1伏特)。类似情形在关断Q2以用于滞后电流(电感区域)操作时发生，其中Q1的体二极管被正向偏置以在随后接通Q1时限制Q1的漏极到源极电压。相比之下，如果开关节点SW处的负载主要是电容性的(图2中的区域51)，那么滞后电压导致相关联的开关装置二极管(外部二极管或体二极管)在所述装置接通时被反向偏置，这降低了功率转换系统2的效率且可能使开关装置Q1及Q2降级或对开关装置Q1及Q2施加应力。
图2说明随着调制开关频率对应增加的输出负载电流的实例增益曲线53、54、55及56(例如，Vout/Vin)，其展示第一(较高)LLC转换器电路谐振频率针对单位或较低增益界定电容区域51与电感区域52之间的边界。在LLC转换器2的单位增益之上，电容区域51与电感区域52之间的边界对应于较低电路谐振频率，在所述谐振频率下各个增益曲线53到56经历局部极大值。如所见，针对高于较高谐振频率的操作确保电感区域52中的操作，且在较低频率处针对上谐振频率与下谐振频率之间的给定负载条件确保电感区域52中的操作。然而，电容区域51中的操作导致减小的增益且减缓零电压开关或接近零电压开关或使零电压开关或接近零电压开关无效。
图3到5分别说明图表60、70及80，其展示在各种条件下在导电区域51处或附近的转换器2中的单个调制开关循环期间的谐振电路电流曲线62、72及82。举例来说，在图3中展示的前半循环64中，电感区域中的操作展示谐振电流曲线62最初在接通高侧开关装置Q1时升高，且电流62在高侧开关关断时保持正(通过图中的第一虚线展示)。接着，电流穿过零且在后半循环66中接通低侧开关装置Q2，其中低侧开关Q2也在电流非零时关断(在图3中的第二虚线处展示)。图4展示图表70，图表70包含针对大体上在图2中的电容区域51及电感区域52之间的边界处或附近的在较高加载条件(及/或低输入电压条件)下的操作的前半循环74及后半循环76。如图4中所见，谐振电流72在相应高侧及低侧开关装置关断时接近零，其中开关点处的电流量可能不足以正向偏置对应体二极管，从而导致反向恢复情形释放对应开关的漏极到源极电容中的能量。在图5中，谐振电流82在高侧及低侧开关装置Q1及Q2分别在半循环84及86中关断之前充分地穿过零以用于电容区域51中的操作，从而加剧高反向恢复损失损坏或降级的可能性且显著降低转换系统2的效率。
再次参考图1，检测电路30(LOI检测器)在LC 12中实施，且操作以至少部分基于高驱动信号HD及低驱动信号LD且基于经由线28从如所展示连接到电流互感器CT的次级绕组的整流器及滤波器电路26接收的信号IrRECT经由线39将电感区域操作的损失(LOI)信号提供到调制控制器24。在某些实施例中，调制控制器24通过开关Q1及Q2的调制控制的选择性调制(例如，通过降低调制开关频率)来对LOI信号的接收进行响应。这有利地响应于系统2在电容区域51中或在电容区域51附近操作而提供远离电容区域51的主动操作移动(例如，在上文图2的图表50中将控制移动到右边)。可使用任何合适的整流器电路26，其中输出信号IrRECT大体上表示谐振电路电流Ir的绝对值或按比例调整的绝对值，其中在某些实施例中额外滤波器电路组件可包含在整流器电路26中。
还参考图6，图1中的检测电路30包含比较器32，比较器32具有接收整流器输出信号IrRECT的反相输入(-)及从电压参考36接收阈值电压信号VTH的同相输入(+)。比较器输出34将信号提供到时序或消隐电路38，时序或消隐电路38操作以在比较器输出34在给定半循环的预定部分期间有效时(例如，在一个实施例中为有效HIGH)经由线39将电感操作损失(LOI)检测信号或值提供到调制控制器24。在操作中，所说明的调制控制器24响应于接收到处于第一状态(例如，所说明的实施例中的有效高状态)中的检测信号或值选择性地修改开关控制信号HD、LD。在此方面，如果比较器输出34指示在由控制器24实施的调制开关循环的给定半循环的非零预定临时部分期间(例如，在图6中的半循环92及94的部分108期间)整流器输出信号IrRECT小于电压参考VTH，那么时序电路38选择性地断言LOI信号。
图6说明展示第一及第二半循环92及94期间的实例高侧及低侧开关控制信号96及98(HD及LD)的图表90，其中开关关断时间在图中指示为虚线。此外，图6中的图表100展示表示来自上文图1的整流器及滤波器电路26的线28上的输出的经整流谐振电流信号曲线102。图6中的图表110说明来自图1的检测电路30中的比较器32的输出的线34上的LOI比较器输出112，且图6中的图表120展示指示经由图1中的线39提供到调制控制器24的LOI检测电路输出的曲线122。在此实例中，所说明的开关循环在时间T1处开始，且高侧开关装置Q1在T3处关断，在此之后低侧开关装置Q2接通且保持接通直到时间T5为止以界定第一及第二半循环92及94，第一及第二半循环92及94在此情形中不具有相等的持续时间，如下文进一步描述。特定来说，图1的LOI检测电路30响应于经整流电流信号曲线102转变到低于图6的图表100中的104处指示的第一阈值电压电平VTH而断言线39上的LOI检测信号。经整流谐振电流信号波形102到低于阈值VTH的这一转变在前半循环92的预定部分108期间发生。
在操作中，所说明的调制控制器实施例24响应于接收到处于第一状态(例如，所说明的实施例中的有效高状态)中的LOI检测信号或值而选择性地修改开关控制信号HD、LD。可由控制器24响应于接收到线39上的LOI信号而执行任何合适形式的调制信号调制，其中所说明的实施例响应于LOI信号的断言而选择性地增大调制开关频率(由此减小开关周期)。在图6中的预定区域108之外，时序电路38执行“消隐”操作由此防止LOI检测信号的断言。具体来说，图6中展示的消隐区域104及106对应于紧跟在对应开关Q1、Q2的接通之后的时间，其中期望谐振电流Ir转变到零且因此期望对应整流信号IrRECT简单地归因于谐振电路4的正常操作中每一半循环的电流反向而处于零或接近零。在所说明的实例中，消隐或时序电路38实施消隐区域104及106以在预定部分108期间选择性地监测谐振电流电平，预定部分108在此情形中开始于时间T2及T4(在接通对应开关装置Q2、Q1(例如，实质上在T1、T3处接通)之后的延伸通过对应非零预定时间(例如，T3到T2、T5到T4))且在关断对应开关装置之前的时间T3、T5处结束。以此方式，时序电路38仅当在线34上的比较器输出经断言时有利地断言到调制控制器24的LOI信号，从而指示整流电流在预定半循环部分108期间低于预定阈值VTH而此时不期望所述电流处于零或接近零。因此，在此实例中，检测电路30选择性地提供信号LOI以向控制器24指示谐振转换器2的操作处于或接近图2中的电容区域51，同时避免消隐区域104、106中的LOI信号的误脱扣或误致动。
因此，由控制器24进行的调制控制信号HD、LD的响应调制是选择性的且在某些实施方案中试图修改电路操作使之远离电容区域51以避免或减缓开关装置Q1及Q2的降级，且因此促进或帮助零电压开关或接近零电压开关操作。如图6中展示，举例来说，比较器输出112在消隐间隔104期间变高，但这不触发LOI信号122的断言直到在前半循环92的预定部分108期间发生经整流电流信号102到低于阈值VTH的转变(图表100中104)为止，从而致使LOI信号122被断言(HIGH)，如图表120中展示。作为响应，图1的调制控制器24在此实施例中缩短在T5处关断低侧开关装置Q2之前的时间，借此后半循环94在此实施例中比前半循环后92短且转换器的开关频率增大。假设带来朝向电容区域51的转变的条件是瞬时的且在由控制器24进行的此响应行动之后不再存在，那么系统2用于调节负载10(图1)处的输出电压Vout的闭环操作将趋向于使开关频率降低回到稳态操作点。因此，如所见，检测电路30及调制控制器24在不需要系统关机的情况下促进电容区域操作的避免。在其它可行实施例中，可能在自恢复通过频率下的一或多次试图增加之后，控制器24可响应于线39上的LOI信号采取任何合适补救或主动行动，包含但不限于系统复位或关机。在某些实施例中，从电压参考36提供的阈值电压VTH可为恒定参考，或可使用可调整参考。
图7说明LOI检测电路30的电路实施例，其中时序/消隐电路38包含经由线40及42连接以从控制器24接收HD及LD开关控制信号的反相器130及131，其中反相器输出连接到或门132的输入。或门输出作为输入提供到单发电路134，单发(1-shot)电路134的输出提供到延迟电路136以便产生输出信号，所述输出信号在控制器24断言HD或LD信号中的任一者之后的预定时间被断言。延迟电路136的输出作为输入提供到与门138以用于选通来自比较器32的比较器输出信号，所述比较器输出信号作为第二输入提供到与门138。如图6中所见，此实施例中的时序电路38确保在相应开关装置Q1或Q2接通之后(例如，在所说明的实施例中在T1、T3处)LOI信号输出对于非零预定消隐时间(例如，T2到T1及T4到T3)保持低，且在比较器输出在非零预定时间之后且在给定开关装置Q1、Q2关断之前被断言(高)的情况下选择性地断言LOI信号(例如，在此情形中为有效高)。以此方式，与门138的输出在线39上提供LOI检测信号以向调制控制器24指示检测到电感操作的实际或接近损失。可使用任何合适电路以实施检测电路30，其中图7的配置仅是一个非限制性实例。
图8说明另一可行实施例，其中调制控制器IC 12包含带有相关联电子存储器142的处理器140，从而使用存储在存储器142中的对应指令实施LOI检测电路30及调制控制器24。在此情形中，集成电路12分别通过线40及42将输出提供到驱动电路14及16，且IC 12进一步包含一或多个误差放大器电路154及156以将表示输出电流Iout及输出电压Vout的模拟信号提供到多路复用器及模/数(A/D)转换器电路158。A/D转换器158将对应值(例如，数字值)提供到经由处理器410实施的调制控制组件24。此外，在此情形中，来自整流器电路26的经整流谐振电流信号IrRECT通过线28提供到多路复用器及A/D电路158，且对应于经整流谐振电流信号的一系列经转换值提供到经由处理器140实施的LOI比较及时序组件144。
此外，预定消隐时间值150及预定LOI阈值152存储在存储器142中供LOI比较及时序组件144使用，LOI比较及时序组件144将LOI信号或值(例如，旗标)提供到调制控制组件24。在操作中，控制器组件24由处理器140实施以提供第一及第二开关控制信号HD 146及LD148，第一及第二开关控制信号HD 146及LD 148作为信号状态提供到驱动器14及16以用于调制开关电路，且开关控制信号状态146及148也作为输入提供到LOI比较及时序组件144，如图8中展示。在此情形中，比较及时序组件144由处理器140实施以比较基于通过线28提供的经整流信号的转换的感测值与预定LOI阈值152，以用于到调制控制组件24的LOI信号39(除在预定义或预定消隐时间150期间之外)的选择性地断言。
此外，在某些实施方案中，预定阈值152及由消隐时间150定义的预定半循环部分中的一或两者是可调整的。以此方式，用户可针对使用控制器集成电路12的特定电路应用对消隐时间150及/或LOI阈值152进行编程。在其它可行实施例中，调制控制组件24可根据一或多个电路操作条件自适应地修改消隐时间值150及/或LOI阈值152中的一或两者。
现参考图9到11，图9及10说明其中第二检测电路160用于检测零电压开关损失(LOZVS)或用于识别指示零电压或非零电压开关的损失的可能性的条件以用于保护开关Q1及/或Q2。图9展示包含第二比较器162的电路实例，第二比较器162在反相(-)输入处通过线28从图1的整流器电路26接收经整流信号，且在同相(+)输入处从电压参考166接收第二阈值电压VTH2。比较器162通过线164将比较器输出信号作为输入提供到与门178，与门178的输出通过线179将LOZVS信号提供到调制控制器24以用于经由死区时间电路或组件168选择性地调制或调整调制开关死区时间。在此情形中，调制控制器24又通过线40及42提供高开关控制信号HD及低开关控制信号LD，高开关控制信号HD及低开关控制信号LD作为到检测电路160中的时序电路170的或门172的输入而接收，如所展示。或门172的输出作为输入提供到单发电路174，单发电路174又将输入提供到LOZVS延迟电路176，LOZVS延迟电路176的输出作为第二输入提供到与门178。在操作中，在开关装置Q1、Q2中的对应一者接通之后的第二预定时间(在图11中时间206或时间208)经整流信号IrRECT低于由电压参考166表示的第二阈值VTH2的情况下，图9的检测电路160以第一状态(例如，在一个实例中为有效高)通过线179选择性地将LOZVS信号作为第二检测信号或值提供到控制器24，否则LOZVS检测信号保持低。
图11提供图表190、200、210及220，其中图表190说明两个实例半循环192及194期间的HD及LD开关控制信号196及198，且图表200展示经整流谐振电流信号202及第二阈值VTH2，图表210展示对应于来自比较器162的输出164的输出曲线212，且图表220展示随时间变化的LOZVS检测输出信号曲线222。图11还说明用于LOI检测的先前描述的消隐间隔104及106以及接通相应第一及第二开关装置Q1及Q2之后的第二预定时间206、208。举例来说，在图11中的前半循环192中，在T1处接通Q1之后的时间T2a处的垂直虚线处展示预定时间206，且T5a处的第二预定时间208相对于被接通的低侧开关装置Q2。如图11中的图表190中进一步展示，低侧开关装置Q2在高侧开关装置Q1被接通之前的非零时间199a(死区时间)被关断，其中调制控制器24实施死区时间操作199。在稳态操作中，在没有零电压开关的损失的指示的情况下，控制器24在某些实施例中维持大体上恒定的死区时间199。然而，如图11中所见，当经整流谐振电流信号波形202在图表200中的204处(在接通Q1之后的第二预定时间206处)转变到低于第二阈值VTH2时，经由断言LOZVS检测输出22在图表220中变高而通知调制控制器24。作为响应，调制控制器24在后半循环194期间选择性地增加死区时间199，其中图11中的第二及后续死区时间199b具有比初始死区时间值199a更长的持续时间。因此，在所说明的实例中，经整流谐振电流信号波形202在T5a处的相关第二预定时间208处高于阈值VTH2。因此，在调制控制器24中结合经由电路160的选择性LOZVS检测及对应信号或值179实施的选择性死区时间调整特征168有利地执行主动调整以减缓或避免系统2中的零电压开关损失或接近零电压开关损失。
图10说明经由在调制控制器集成电路12中实施的处理器140的LOZVS及LOI检测概念的另一可行非限制性实施方案。在此情形中，处理器执行在电子存储器142中存储为处理器可执行代码的LOI及LOZVS比较及时序组件180连同用于LOI及LOZVS检测的一或多个消隐时间值150及阈值152。在此实施例中，消隐时间150及阈值152中的一者或所有可存储为存储器142中的值，且可(例如)通过调制控制组件24自适应性地调整且/或可为用户可配置的。在操作中，LOI及LOZVS比较及时序电路180如上文结合图8所描述操作以用于检测电感区域操作的损失且进一步如先前相对于通过确定对应于经整流谐振电流的感测值在接通对应谐振电路开关装置Q1及Q2之后的预定第二时间(图11中的206、208)处是否低于第二阈值VTH2来检测零电压开关的真实损失或预期损失或接近零电压开关的损失所描述而操作。
如上文论述，一旦检测到LOI或LOZVS条件便可采取任何合适响应行动。对于LOI情况，调制控制器24可相应地选择性地调整调制开关控制信号(例如)以关闭开关电路的操作及/或提高开关频率。在一个替代实施方案中，举例来说，系统可在最初关闭且起始软启动序列(在高频率下开始操作且接着缓慢地过渡到较低频率)，从而防止或抑制电容区域操作。在检测到损失零电压开关的阈值处的操作时可对检测操作采取类似或不同行动，且/或系统可响应于LOZVS信号的断言而选择性地调整死区时间值199，从而促进更优化的死区时间及提高的效率。在其它可行实施例中，举例来说，关闭且接着重新启动电力供应器或在初级侧桥中关断有效MOSFET且延迟下一个MOSFET的接通。因此，某些实施例的概念有利地监测且响应于MOSFET降级的根本原因(包含谐振储能电路中的电流反向)，且因此提供相对于简单地监测开关节点电压来确定接通开关装置是否安全的其它解决方案的益处。
以上实例仅说明本发明的各个方面的若干可行实施例，其中所属领域的其它技术人员将在阅读并理解本说明书及附图之后设想出等效更改及/或修改。此外，虽然相对于多个实施方案中的仅一者揭示本发明的特定特征，但如对于任何给定或特定应用来说可为期望且有利的，此类特征可与其它实施例的一或多个其它特征组合。并且，就术语“包含”、“具有”、“带有”或其变型用于详细描述中且/或用于权利要求书中来说，此类术语意在以类似于术语“包括”的方式为包含性的。

Claims (20)

1.一种功率转换系统，其包括：
谐振电路，其包括：
串联电路，其包含至少一个电感、变压器初级绕组及彼此串联耦合在开关节点与恒定电压节点之间的至少一个电容，及
开关电路，其包含彼此耦合在输入电压节点与电路接地节点之间的第一及第二开关装置，所述第一开关装置耦合在所述输入电压节点与所述开关节点之间且可以第一状态操作以选择性地耦合所述开关节点与所述输入电压节点且可以第二状态操作以根据第一开关控制信号使所述开关节点与所述输入电压节点解耦，所述第二开关装置耦合在所述开关节点与所述恒定电压节点之间且可以第一状态操作以选择性地耦合所述开关节点与所述恒定电压节点且可以第二状态操作以根据第二开关控制信号使所述开关节点与所述恒定电压节点解耦；
控制器，其经操作性地耦合以在多个开关循环中的每一者中将所述第一及第二开关控制信号作为经调制信号提供到所述开关电路以修改所述开关节点处的电压从而控制转换器输出电压；
感测电路，其与所述串联电路操作性地耦合以提供表示在所述串联电路中流动的谐振电流的感测信号；以及
检测电路，其与所述感测电路操作性地耦合以接收所述感测信号且可操作以在所述感测信号的振幅在所述多个开关循环中的给定一者的给定半循环的预定部分中低于预定阈值的情况下以第一状态将检测信号或值提供到所述控制器，且在所述感测信号的所述振幅在所述给定半循环的所述预定部分中大于或等于所述预定阈值的情况下以不同的第二状态提供所述检测信号或值；
其中所述控制器可操作以响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值选择性地修改所述第一及第二开关控制信号。
2.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述给定半循环的所述预定部分在接通所述第一及第二开关装置中的给定一者之后的非零预定时间开始且在关断所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之前结束。
3.根据权利要求2所述的功率转换系统，其中所述检测电路包括：
比较器，所述比较器包含：第一输入，其经耦合以从所述感测电路接收所述感测信号；第二输入，其耦合到表示所述预定阈值的电压参考；及比较器输出，其在所述感测信号的所述振幅低于所述电压参考的振幅的情况下以第一状态提供比较器输出信号且在所述感测信号的所述振幅大于或等于所述电压参考的所述振幅的情况下以不同的第二状态提供比较器输出信号；以及
时序电路，其经操作性地耦合以从所述控制器接收所述第一及第二开关控制信号且从所述比较器接收所述比较器输出信号，所述时序电路可操作以在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述非零预定时间期间以所述第二状态提供所述检测信号或值，且在所述比较器输出信号在所述非零预定时间之后且在关断所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之前处于所述第一状态中的情况下选择性地以所述第一状态提供所述检测信号或值。
4.根据权利要求3所述的功率转换系统，其中所述控制器可操作以在响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值而提供所述第一及第二开关控制信号时选择性地增大调制开关频率。
5.根据权利要求2所述的功率转换系统，其包括：
模/数转换器，其接收所述感测信号且提供表示在所述串联电路中流动的谐振电流的感测值；
至少一个处理器，其经编程以：
通过将所述第一及第二开关控制信号作为经调制信号提供到所述开关电路来实施所述控制器，且
通过比较所述感测值与所述预定阈值且响应于在所述给定半循环的所述预定部分中所述感测值小于所述预定阈值而修改所述第一及第二开关控制信号来实施所述检测电路。
6.根据权利要求5所述的功率转换系统，其中所述预定阈值为存储在与所述至少一个处理器操作性地耦合的电子存储器中的可调节值。
7.根据权利要求2所述的功率转换系统，其中所述控制器可操作以在响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值而提供所述第一及第二开关控制信号时选择性地增大调制开关频率。
8.根据权利要求2所述的功率转换系统，其包括：
第二检测电路，其与所述感测电路操作性地耦合以接收所述感测信号且可操作以在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的第二非零预定时间低于第二预定阈值的情况下以第一状态将第二检测信号或值提供到所述控制器，且在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间大于或等于所述第二预定阈值的情况下以不同的第二状态提供所述第二检测信号或值；
其中所述控制器可操作以选择性地增大死区时间值，在所述死区时间值期间所述第一及第二开关装置均响应于接收到处于所述第一状态中的所述第二检测信号或值而关断。
9.根据权利要求8所述的功率转换系统，其中所述第二检测电路包括：
比较器，所述比较器包含：第一输入，其经耦合以从所述感测电路接收所述感测信号；第二输入，其耦合到表示所述第二预定阈值的电压参考；及比较器输出，其在所述感测信号的所述振幅低于所述电压参考的振幅的情况下以第一状态提供比较器输出信号且在所述感测信号的所述振幅大于或等于所述电压参考的所述振幅的情况下以不同的第二状态提供比较器输出信号；以及
时序电路，其经操作性地耦合以从所述控制器接收所述第一及第二开关控制信号且从所述比较器接收所述比较器输出信号，所述时序电路可操作以在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间期间以所述第二状态提供所述第二检测信号，且在所述比较器输出信号在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间处于所述第一状态中的情况下选择性地以所述第一状态提供所述第二检测信号。
10.根据权利要求1所述的功率转换系统，其包括：
第二检测电路，其与所述感测电路操作性地耦合以接收所述感测信号且可操作以在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的第二非零预定时间低于第二预定阈值的情况下以第一状态将第二检测信号或值选择性地提供到所述控制器，且在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间大于或等于所述第二预定阈值的情况下以不同的第二状态提供所述第二检测信号或值；
其中所述控制器可操作以选择性地增大死区时间值，在所述死区时间值期间所述第一及第二开关装置均响应于接收到处于所述第一状态中的所述第二检测信号或值而关断。
11.根据权利要求10所述的功率转换系统，其中所述第二检测电路包括：
比较器，所述比较器包含：第一输入，其经耦合以从所述感测电路接收所述感测信号；第二输入，其耦合到表示所述第二预定阈值的电压参考；及比较器输出，其在所述感测信号的所述振幅低于所述电压参考的振幅的情况下以第一状态提供比较器输出信号且在所述感测信号的所述振幅大于或等于所述电压参考的所述振幅的情况下以不同的第二状态提供比较器输出信号；以及
时序电路，其经操作性地耦合以从所述控制器接收第一及第二开关控制信号且从所述比较器接收所述比较器输出信号，所述时序电路可操作以在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间期间以所述第二状态提供所述第二检测信号或值，且在所述比较器输出信号在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间处于所述第一状态中的情况下以所述第一状态选择性地提供所述第二检测信号。
12.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述控制器可操作以在响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值而提供所述第一及第二开关控制信号时选择性地增大调制开关频率。
13.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述串联电路进一步包括与所述变压器初级绕组并联连接的第二电感；且其中所述感测电路包括：
电流互感器，其具有连接在所述串联电路中以感测在所述串联电路中流动的所述谐振电流的初级绕组及次级绕组，以及
整流器电路，其经操作性地耦合以整流来自所述次级绕组的信号且提供表示在所述串联电路中流动的所述谐振电流的绝对值的所述感测信号。
14.一种用于操作串联谐振或LLC功率转换系统的控制设备，其中所述串联谐振或所述LLC功率转换系统包括串联电路及开关电路；所述控制设备包括：
调制控制器，其经操作性地耦合以在多个开关循环中的每一者中将第一及第二开关控制信号作为交变调制信号提供到所述功率转换系统的对应第一及第二开关装置以修改开关节点处的电压从而控制转换器输出电压；以及
检测电路，其包括：输入，其用于接收表示在所述串联电路中流动的谐振电流的感测信号；输出，其在所述感测信号的振幅在所述多个开关循环中的给定一者的给定半循环的预定部分中低于预定阈值的情况下以第一状态将检测信号或值提供到所述控制器，且在所述感测信号的所述振幅在所述给定半循环的所述预定部分中大于或等于所述预定阈值的情况下以不同的第二状态提供所述检测信号或值；
其中所述控制器可操作以响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值而选择性地修改所述第一及第二开关控制信号以促进所述第一及第二开关装置的零电压开关或非零电压开关操作。
15.根据权利要求14所述的控制设备，其中所述控制器可操作以在响应于接收到处于所述第一状态中的所述检测信号或值而提供所述第一及第二开关信号时选择性地增大调制开关频率。
16.根据权利要求14所述的控制设备，其包括：
第二检测电路，所述第二检测电路包括：输入，其用于接收感测信号以接收所述感测信号；输出，其在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的第二非零预定时间低于第二预定阈值的情况下以第一状态将第二检测信号或值提供到所述控制器，且在所述感测信号的所述振幅在接通所述第一及第二开关装置中的所述给定一者之后的所述第二非零预定时间大于或等于所述第二预定阈值的情况下以不同的第二状态提供所述第二检测信号或值；
其中所述控制器可操作以选择性地增大死区时间值，在所述死区时间值期间所述第一及第二开关装置均响应于接收到处于所述第一状态中的所述第二检测信号或值而关断。
17.根据权利要求14所述的控制设备，其包括集成电路，所述集成电路包含：
模/数转换器，其接收所述感测信号且提供表示在所述串联电路中流动的谐振电流的感测值；
至少一个处理器，其经操作性地耦合以从所述模/数转换器接收所述感测信号且具有经操作性地耦合以将所述第一及第二开关控制信号提供到所述第一及第二开关装置的输出，所述至少一个处理器经编程以实施所述调制控制器且实施所述检测电路。
18.一种用于控制谐振功率转换系统的方法，所述方法包括：
感测在所述功率转换系统的串联电路中流动的谐振电流；
确定所述谐振电流在给定调制半循环的预定部分中是否低于预定阈值，所述预定部分在接通所述功率转换系统的开关装置之后的非零预定时间开始且在关断所述开关装置之前结束；以及
响应于确定所述谐振电流在所述给定调制半循环的所述预定部分中低于所述预定阈值，选择性地修改提供到所述功率转换系统的至少一个调制开关控制信号以促进所述开关装置的零电压开关或非零电压开关操作。
19.根据权利要求18所述的方法，其包括：响应于确定所述谐振电流在所述给定调制半循环的所述预定部分中低于所述阈值，选择性地关闭且重新启动所述功率转换系统。
20.根据权利要求18所述的方法，其包括：响应于确定所述谐振电流在所述给定调制半循序的所述预定部分中低于所述预定阈值，选择性地关断有源MOSFET且延迟所述功率转换系统的初级侧桥中的下一个MOSFET的接通。
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