CN109997304A - 功率转换系统及其相关方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种包括转换器的系统。该转换器包括第一开关，该第一开关具有并联耦合在至少一个二极管两端的一个或多个第一可控开关。第一控制单元可操作地耦合到转换器。第一控制单元配置为确定一个或多个第一可控开关的温度。第一控制单元进一步配置为:将一个或多个第一可控开关的所确定的温度与转变温度进行比较，在该转变温度一个或多个第一可控开关的第一功率损耗等于至少一个二极管的第二功率损耗；以及基于所确定的温度与转变温度的比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。
Description
技术领域
本发明的实施例一般涉及功率转换系统，并且更特定地涉及功率转换系统。
背景技术
实施例中，温度确定技术可包括确定负载电流。基于所确定的负载电流确定第二可控开关的占空比或调制信号。随后，基于配置为在宽的温度范围内操作的占空比或调制信号来确定一个或多个第一可控开关的温度。
目前，在输出侧结合同步整流电路的不同DC-DC转换器和AC-DC转换器是广泛可使用的。通常，这种转换器在室温以更高的效率（例如，> 90％）来操作。对于高温操作，可以通过采用能够承受高温的组件来设计这种转换器。然而，设计用于高温操作的转换器是定额过高的（over-rated）或需要有效的热管理解决方案。转换器的定额过高以及先进热管理解决方案的使用使转换器更庞大且更昂贵。此外，转换器的寿命和转换器的可靠性可能被折衷。
当设计用于高温的转换器在较高温度（例如，高于85℃）操作时，转换器趋于损耗效率。可以注意到，若干因素导致较高温度的效率损耗。具体地，转换器的半导体装置显着地导致了效率的损耗。因此，在较高温度和对于宽的操作温度范围保持转换器的较高效率是有挑战性的任务。
因此，存在对配置成在宽的操作温度范围内操作的功率转换系统的需要。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种包括转换器的系统。该转换器包括第一开关，该第一开关具有并联耦合到至少一个二极管两端的一个或多个第一可控开关。第一控制单元可操作地耦合到转换器。第一控制单元配置为：确定一个或多个第一可控开关的温度。第一控制单元进一步配置为将一个或多个第一可控开关的所确定的温度与转变温度进行比较，在该转变温度一个或多个第一可控开关的第一功率损耗等于至少一个二极管的第二功率损耗。第一控制单元进一步配置为基于所确定的温度与转变温度的比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种方法。该方法包括确定转换器的一个或多个第一可控开关的温度。一个或多个第一可控开关并联耦合在转换器的至少一个二极管的两端。此外，该方法包括将一个或多个第一可控开关的所确定的温度与转变温度进行比较，在该转变温度一个或多个第一可控开关的第一功率损耗等于至少一个二极管的第二功率损耗。此外，该方法包括基于所确定的温度与转变温度的比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。
附图说明
当参考附图阅读以下详细的描述时，将变得更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中相似的字符贯穿附图表示相似的部分，其中：
图1是根据本发明的某些实施例的功率转换系统的框图；
图2是根据图1的实施例的功率转换系统的图解表示；
图3是根据图2的实施例的参考二极管的操作温度的正向电压降的变化的图形表示；以及
图4是根据图2的实施例的参考第一可控开关的操作温度的ON状态电阻（Rds,on）的变化的图形表示；
图5是根据图1的实施例的转换器的第一开关的功率损耗特性的图形表示；
图6是根据图1的实施例的传感子系统的图解表示；以及
图7是示出根据本发明的某些实施例的用于功率转换系统的操作的示例性方法的流程图。
具体实施方式
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与由本说明书所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。术语“第一”、“第二”等在本文中使用时不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。此外，术语“一（a和an）”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所涉及的项目。术语“或”旨在是包括性的并且表示一个、一些或全部所列项目。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。术语“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括电气连接或耦合，无论是直接的还是间接的。此外，术语“电路（circuit/circuitry）”、和“控制单元”可以包括单个组件或多个组件，它们是有源和/或无源的并且连接或以其他方式耦合在一起以提供所描述的功能。此外，术语“可操作地耦合”在本文中使用时包括有线耦合、无线耦合、电气耦合、磁耦合，无线电通信、基于软件的通信或其组合。
如下文将详细描述的，公开了示例性功率转换系统的各种实施例和操作示例性功率转换系统的方法。特定地，功率转换系统包括具有多个开关的转换器，所述多个开关配置为在宽的温度范围内有效地操作。在转换器中使用这种开关使转换器能够在宽的温度范围内被操作，而不在转换器的效率上折衷。示例性功率转换系统可以在易于宽范围的温度波动的环境中采用的供电系统中找到应用，诸如在飞行器、数据中心、水下、石油和天然气提取系统等。
现在转到附图并且通过图1中的示例，示出了根据本发明的某些实施例的功率转换系统100的框图。功率转换系统100包括转换器102、传感子系统104、第一控制单元106、和滤波电路108。转换器102可以包括非隔离转换器或隔离转换器。转换器102包括一个或多个第一可控开关（图1中未示出）和至少一个第二可控开关（图1中未示出）。此外，转换器102可操作地耦合到传感子系统104和滤波电路108。滤波电路108配置为对由转换器102生成的输出信号110进行滤波。在一个实施例中，输出信号110可以代表输出电压或输出电流。
另外，第一控制单元106可操作地耦合到转换器102、传感子系统104和滤波电路108。在一个实施例中，第一控制单元106可以与功率转换系统100远程地分离和设置。具体地，第一控制单元106可以设置在受控温度环境中。第一控制单元106包括模拟控制单元或数字控制单元。
在一个实施例中，第一控制单元106配置为监视、分析和处理转换器102、传感子系统104和滤波电路108的参数。转换器102、传感子系统104，和滤波电路108的参数可包括电流、电压、温度等。
此外，第一控制单元106配置为控制转换器102的操作。在一个实施例中，第一控制单元106配置为控制转换器102的一个或多个第一可控开关和至少一个第二控制开关的开关状态。术语“开关状态”在本文中使用时可以用于指第一和第二可控开关的激活或停用。在本文中使用时，术语开关的“激活”指将开关转变到“ON”状态以提供闭合的电路或导电路径。在本文中使用时，术语开关的“停用”指将开关转变到“OFF”状态以提供断开的电路或非导电路径。
第一控制单元106可以包括一个或多个处理单元和相关联的存储器装置，其配置为执行至少一个控制算法。在本文中使用时，术语“处理单元”不仅指包括在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路、专用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和/或任何其他可编程电路。
此外，第一控制单元106可以可操作地耦合到数据存储库（图1中未示出）。数据存储库包括存储器装置。此外，（一个或多个）存储器装置一般可包括（一个或多个）存储器元件，其包括但不限于计算机可读介质（例如，随机存取存储器（RAM））、计算机可读非易失性介质（例如，闪存）、一个或多个硬盘驱动器、软盘、光盘只读存储器（CD-ROM）、光盘读/写（CD-R/W）驱动器、磁光盘（MOD）、数字通用盘（DVD）、闪存驱动器、光盘驱动器、固态存储装置和/或其他适合的存储器元件。示例性功率转换系统100可以用在诸如在航空、水下等的供电系统中的应用中。
在所示实施例中，第一控制单元106包括第一温度确定子单元112、第一比较子单元114和第一开关子单元116。第一温度确定子单元112配置为使用一个或多个温度确定技术确定与一个或多个第一可控开关对应的温度。第一比较子单元114配置为将所确定的温度与下面更详细讨论的转变温度进行比较。第一开关子单元116配置为基于比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。
参见图2，公开了根据本发明的某些实施例的功率转换系统100的图解表示。在所示实施例中，转换器102是配备有同步整流的反激式转换器。转换器102耦合到电源204和负载206。在一个实施例中，电源204是直流（DC）电压源或交流（AC）整流电压源。转换器102经由滤波电路108耦合到负载206。滤波电路108包括滤波电容器208和电感器207。在一个实施例中，滤波电路108包括电感器207或电容器208。尽管在所示实施例中，转换器102是反激式转换器，但是在其他实施例中，转换器102可以是电感器-电感器-电容器（LLC）转换器、降压转换器、升压转换器、串联谐振转换器，也设想并联谐振转换器。
转换器102包括第一开关212和第二开关214。第一开关212包括一个或多个第一可控开关216和至少一个二极管218。为了便于说明，仅示出了一个第一可控开关216和一个二极管218。二极管218并联耦合到第一可控开关216。二极管218是附加二极管，并且不是第一可控开关216的续流体二极管。在所示实施例中，第一可控开关216是宽带隙装置。宽带隙装置是高电子迁移率晶体管（HEMT），诸如基于氮化镓（GaN）的开关。在另一实施例中，宽带隙装置包括基于碳化硅（SiC）的开关。在又一个实施例中，第一可控开关216包括硅基开关，诸如绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成栅极换向晶闸管或者其组合。在一个实施例中，第一可控开关216包括续流体二极管（图2中未示出）。第二开关214包括至少一个第二可控开关。参考数字214在随后的详细描述中用于指第二开关或第二可控开关。为了便于说明，仅示出了一个第二可控开关。
在所示实施例中，第一开关212配置为作为转换器102的同步整流器操作。第二可控开关214包括续流体二极管215。第一控制单元106配置为控制转换器102的操作。特定地，第一控制单元106配置为控制第一和第二可控开关216、214的激活和/或停用。更特定地，第一控制单元106的开关子单元116配置为控制第一和第二可控开关216、214的激活和/或停用。在某些实施例中，多个第一可控开关216可以彼此并联可操作地耦合。
在一个实施例中，转换器102进一步包括隔离变压器220。隔离变压器220包括主侧222和副侧224。第一开关212耦合到隔离变压器220的副侧224。
第一开关212的使用能够实现在宽的温度范围内操作功率转换系统100。在一个实施例中，功率转换系统100配置为在约-55摄氏度至约+125摄氏度的温度范围内操作。
现在参考图3，示出了参考温度图2的二极管218的正向电压降的特性的图形表示300。x轴302代表以伏特为单位的正向电压降。此外，y轴304代表以安培为单位的正向电流。此外，曲线306、308、310、312和314分别代表用于操作约25摄氏度、100摄氏度、150摄氏度、200摄氏度和250摄氏度的温度的正向电压-正向电流特性。
在一个实施例中，当正向电流为8安培时，在250摄氏度的操作温度的正向电压降为1.7伏特。此外，当正向电流为8安培时，在150摄氏度的操作温度的正向电压降为2.2伏特。
本文中可以注意到，由于二极管具有正向电压降，所以二极管中总是存在相关联的功率损耗。对于预定义的正向电流，当操作温度增大时，二极管的正向压降会减小。二极管中的功率损耗与电压成正比。当操作温度增大时，功率损耗减小，因为当操作温度增大时二极管的正向压降减小。因此，二极管可以有利地在更高的温度操作而不会增大功率损耗。
现在参考图4，例如，示出了参考图2的第一可控开关216的温度变化的ON状态电阻（Rds,on）的变化的图形表示400。x轴402代表以摄氏度为单位的第一可控开关的结温。y轴404代表第一可控开关的标准化的ON状态漏极到源极电阻。术语“标准化的ON状态漏极到源极电阻”是指相对于预定温度的标准化电阻。
本文中可以注意到，第一可控开关中的功率损耗是由于ON状态漏极到源极电阻（Rds,on）引起的。曲线406代表参考第一可控开关的操作温度的ON状态漏极到源极电阻Rds,on的变化。本文中可以注意到，对于第一可控开关的预定电流，当温度增大时，ON状态漏极到源极电阻Rds,on增大。功率损耗与ON状态漏极到源极电阻Rds,on成正比。因此，当操作温度增大时，第一可控开关中的功率损耗增大。当操作温度增大时，任何宽带隙装置中的功率损耗也增大。
现在参考图5，例如示出了图2的转换器102的第一开关212的功率损耗特性的图形表示500。x轴502代表以摄氏度为单位的操作温度，并且y轴504代表以瓦特为单位的功率损耗。
此外，例如，曲线506代表第一可控开关的功率损耗特性并且曲线508代表图2中所示的二极管218的功率损耗特性。曲线506、508的交叉点510代表转变温度。第一可控开关的功率损耗可以被称为第一功率损耗，并且二极管的功率损耗可以被称为第二功率损耗。在转变温度，第一功率损耗等于第二功率损耗。参考数字512代表曲线，沿着该曲线在宽的操作温度范围内第一开关的功率损耗最小。曲线512是曲线506和曲线508的部分的组合。在所示实施例中，曲线512是点513和510之间的曲线506的部分与点510和515之间的曲线508的部分的组合。此外，参考数字514代表第一可控开关的操作温度的较高限制。
此外，曲线508'代表根据二极管218的另一实施例的功率损耗特性。曲线506、508'的交叉点510'代表转变温度。参考数字512'代表曲线，沿着该曲线在宽的操作温度范围内第一开关212的功率损耗最小。
结合图5再次参考回到图2，如果第一可控开关216具有续流体二极管，则以这样的方式选择二极管218：二极管218的正向电压降基本上小于第一可控开关216的续流体二极管的正向电压降。在一个实施例中，第一可控开关216的续流体二极管的正向电压降和二极管218的正向电压降之间的差可以大于或等于0.2伏特。在另一实施例中，二极管218的功率损耗等于在低于第一可控开关216的操作温度514（图5中所示）的较高限制的温度的第一可控开关216的功率损耗。
在又一个实施例中，在点510'处的转变温度基本上小于在点510处的转变温度。此外，由曲线512'表示的第一开关212的功率损耗超出转变温度510'基本上小于由曲线512表示的第一开关212的功率损耗。在这样的实施例中，二极管218的成本显着增加。为了优化设计，存在对在第一开关212的功率损耗和二极管218的成本之间进行权衡的需要。
当操作温度大于转变温度510时，二极管218为电流流动提供传导路径。第一可控开关216在小于转变温度510的操作温度被激活，以用于提供用于电流流动的传导路径。当第一可控开关216被激活时，二极管218不提供用于电流流动的传导路径。作为结果，转换器102中的功率损耗在宽的操作温度范围内被降低。具体地，例如，功率损耗可以沿着图5中所示的曲线512被限制。因此，转换器102在宽的操作温度范围内操作而不在效率上折衷。
图6是根据图1的实施例的传感子系统104的图解表示。传感子系统104可操作地耦合到转换器102。传感子系统104包括传感单元601、第二控制单元614和控制电路616。第二控制单元614包括第二温度确定子单元620、第二比较子单元622和第二开关子单元624。传感单元601包括温度传感器602和用于确定第一可控开关的开关状态的模拟电路612。模拟电路612包括比较器604、相关联的电阻器和电容器。在所示实施例中，温度传感器602是热电偶。数字602可用于指温度传感器或热电偶。在一个实施例中，第二控制单元614是数字控制单元。在一个特定实施例中，第二控制单元614和第一控制单元106是集成的。
热电偶602配置为由热电效应的结果产生电压信号。电压信号代表测量的温度。热电偶602可操作地耦合到转换器102的一个或多个第一可控开关和比较器604。比较器604、耦合到比较器604的电阻器和齐纳二极管609形成模拟电路612。
在所示实施例中，热电偶602配置成生成代表第一可控开关的温度的第一电压。在一个实施例中，比较器604是迟滞比较器。比较器604包括反相输入端608和非反相输入端606。使用齐纳二极管609在反相输入端608处生成参考电压Vref。参考电压Vref代表转变温度并且还可以被称为第二电压。
第一电压被传送到非反相输入端606。在一个实施例中，使用热电偶602生成的第一电压可以是基本上低的值，并且因此在比较器604的非反相输入端606处可能是无法检测到的。在这样的实施例中，在热电偶602的输出处使用放大器以便放大第一电压。因此，获得第一电压的放大值。
在所示实施例中，使用比较器604将第一电压与第二电压进行比较。具体地，将第一电压的放大值与第二电压进行比较。模拟电路612基于第一电压与第二电压的比较生成用于控制第一可控开关的第一控制信号613。第一控制信号613可以是高信号或低信号。
在任何时刻，如果第一可控开关的操作温度大于转变温度，则传送到非反相输入端606的第一电压大于传送到反相输入端608的参考电压Vref（第二电压）。模拟电路612在比较器604的输出端610处生成高信号。如果高信号被传送到控制电路616，则第一可控开关被禁用。
在备选实施例中，第二控制单元614配置为从热电偶602直接地获取第一可控开关的温度。具体地，第二温度确定子单元620配置为从热电偶602直接地获取第一可控开关的温度。所确定的温度被传送到模数转换器，并获得对应于所确定的温度的数字值。此外，第二控制单元614配置为基于所确定的温度生成第二控制信号618。具体地，第二开关子单元624配置为基于所确定的温度生成第二控制信号618。更具体地，第二控制单元614配置为基于所确定的温度的数字值来生成第二控制信号618。如果第一可控开关的温度小于转变温度，则生成的第二控制信号618是低信号。因此，基于产生的第二控制信号618来激活第一可控开关。
此外，第二控制单元614配置为确定传感单元的一个或多个组件的参数的变化值。具体地，第二比较子单元622配置为确定传感单元的一个或多个组件的参数的变化值。在一个实施例中，参数可以是在热电偶602的输出处使用的放大器的电阻。
模拟电路612包括电阻器、比较器、齐纳二极管等。因此，模拟电路612易于发生与故障相关联的问题。在某些情形中，使用模拟电路612的温度确定可能是错误的。因此，需要由第二控制单元614进一步分析由模拟电路612生成的第一控制信号613，以避免生成任何错误。在一个这样的实施例中，传感单元601配置为将第一控制信号613传送到第二控制单元614，以用于进一步分析。
随后，第二控制单元614，具体地，第二比较子单元622配置为基于传感单元的一个或多个组件的参数的变化值来比较第二控制信号618与第一控制信号613。在一个实施例中，参数的变化可以是在热电偶的输出处使用的放大器的电阻的变化。在这样的实施例中，电阻的变化可以进而引起放大器的增益的改变。在一个实施例中，如果第一控制信号613是高信号而第二控制信号618是低信号，则第一和第二控制信号613、618两者的比较能够实现识别第一控制信号613不同于第二控制信号618。
第二控制单元614，具体地，第二开关子单元624进一步配置为基于第二控制信号618与第一控制信号613的比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。如以上记录的，模拟电路612易于发生故障。因此，在一个实施例中，第二开关子单元624配置为当第一控制信号613不同于第二控制信号618时，使第二控制信号618优先于第一控制信号613。在另一实施例中，第二开关子单元624可以基于传感单元的一个或多个组件的参数的变化值使第二控制信号618优先于第一控制信号613。因此，确定将第二控制信号618传送到控制电路616。作为结果，第一可控开关被激活。
基于第一可控开关的操作温度的确定来执行第一可控开关的激活/停用。尽管在所示实施例中，使用了热电偶，但在其他实施例中，可以设想其他类型的温度传感器。
图7是示出了根据本发明的某些实施例的用于操作功率转换系统的示例性方法的流程图700。在步骤702，使用温度确定技术确定一个或多个第一可控开关的温度。
在一个实施例中，温度确定技术可以包括确定滤波电路的滤波器电流。此外，基于所确定的滤波器电流确定开关谐波分量的量级。在一个实施例中，通过推导所确定的滤波器电流的快速傅里叶变换（FFT）来确定开关谐波分量的量级。基于开关谐波分量的量级确定一个或多个第一可控开关的温度。具体地，使用谐波分量查找表，基于开关谐波分量的量级确定一个或多个第一可控开关的温度。谐波分量查找表被存储在可操作地耦合到第一控制单元的数据存储库中。
在一个实施例中，谐波分量查找表可以包括多个子查找表，其中每个子查找表对应于不同的周围温度。子查找表可以代表不同的开关谐波分量量级和预定周围温度的结温的不同值之间的关系。
在另一实施例中，温度确定技术可包括确定负载电流。此外，基于所确定的负载电流确定通过一个或多个第一可控开关传送的电流。基于通过一个或多个第一可控开关传送的电流，确定一个或多个第一可控开关的温度。
一个或多个第一可控开关的温度代表一个或多个第一可控开关的结温。在一个实施例中，使用与负载电流和一个或多个第一可控开关的温度相关的第一单调函数来确定一个或多个第一可控开关的温度。第一单调函数的一个示例在下面的等式（1）中表示：
，其中Tj = 一个或多个第一可控开关的温度；
Ta = 周围温度；
Rja = 结至周围热阻；
k = 关于通过一个或多个第一可控开关的均方根（RMS）电流和ON状态电流的比例常数；
I = 一个或多个第一可控开关的ON状态电流；
V = 一个或多个第一可控开关的OFF状态电压；
fsw = 开关频率；
TON = 一个或多个第一可控开关的ON时间；以及
TOFF = 一个或多个第一可控开关的OFF时间。
在又一个第二可控开关中。在一个实施例中，可以使用与一个或多个第一可控开关的温度和第二可控开关的调制信号/占空比相关的第二单调函数来确定一个或多个第一可控开关的温度。第二单调函数的一个示例在下面的等式（2）中表示：
，其中Tj = 一个或多个第一可控开关的温度；
Ta = 周围温度；
Rja = 结至周围热阻；
D = 第二可控开关的占空比；
Vin = 转换器的输入电压；
Vo = 转换器的输出电压；
Rfilt = 电感滤波器电阻；
c = 比例常数；
I = 一个或多个第一可控开关的ON状态电流；
V = 一个或多个第一可控开关的OFF状态电压；
fsw = 开关频率；
TON = 一个或多个第一可控开关的ON时间；以及
TOFF = 一个或多个第一可控开关的OFF时间。
在一个实施例中，可以对从用于确定一个或多个第一可控开关的开关状态的由第一控制单元进行的上述温度确定技术所获得的所有结果执行布尔运算，这样以避免对一个或多个第一可控开关的任何损坏。具体地，可以对从由第一控制单元的第一比较子单元进行的上述温度确定技术获得的所有结果执行布尔运算。
在一些实施例中，如果第一开关包括多个第一可控开关，则使用上述温度确定技术确定每个第一可控开关的温度。因此，所确定的温度是多个获取的温度值的最大值。在另一实施例中，所确定的温度是多个获取的温度值的平均值。
此外，在步骤704，将所确定的温度与转变温度进行比较。在步骤706，进行检查以识别所确定的温度是否大于转变温度。如果所确定的温度大于转变温度，则控制可以转移回到步骤708，否则控制可以转移到步骤710。在步骤708，转换器的一个或多个第一可控开关转变到停用状态。当一个或多个第一可控开关处于停用状态时，与一个或多个第一可控开关并联的一个或多个二极管提供传导路径。在步骤708之后，可以将控制转移回步骤702，并且可以再次重复步骤702、704、706和708或710。
此外，在步骤710，转换器的一个或多个第一可控开关转变到激活状态。在步骤710之后，可以将控制转移回到步骤702，并且可以重复步骤702、704、706和708或710。
步骤708、710提到基于所确定的温度与转变温度的比较来控制一个或多个第一可控开关的开关状态。具体地，步骤708和710提到一个或多个第一可控开关的停用和激活。在一些实施例中，激活指的是多个第一可控开关的激活。在另一实施例中，激活指的是多个第一可控开关的子集的激活。在这种情形中，多个第一可控开关的剩余子集保持在停用状态中。
可以通过基于处理器的系统（诸如通用或专用计算机）上的适合代码来实现示例性处理步骤。本文描述的一些或所有步骤可以以不同顺序或基本同时执行。此外，功能可以用各种编程语言实现，包括但不限于C++或Java。这样的代码可以被存储或适于存储在一个或多个有形的机器可读介质上，诸如在数据存储库芯片、本地或远程硬盘、光盘（即CD或DVD）、存储器或其他介质上，其由基于处理器的系统存取以执行存储的代码。注意，有形介质可以包括纸张或指令被印于其上的另一适合的介质。例如，指令可以经由纸张或其他介质的光学扫描以电子方式被捕获，然后在必要时以适合的方式编译、解译或以其他方式处理，并且然后存储在数据存储库或存储器中。
根据本文所讨论的示例性实施例，功率转换系统包括转换器，所述转换器具有可在宽的温度范围内操作而不在功率转换系统的效率上折衷的开关。在功率转换系统中使用这种开关最小化对先进热管理解决方案的需求和转换器的定额过高。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是将由本领域技术人员所理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使具体情况或材料适于本发明的教导。
Claims (25)
1.一种系统，包括：
转换器，所述转换器包括第一开关，所述第一开关包括并联耦合在至少一个二极管两端的一个或多个第一可控开关；以及
第一控制单元，所述第一控制单元可操作地耦合到所述转换器，其中所述第一控制单元配置为：
确定所述一个或多个第一可控开关的温度；
将所述一个或多个第一可控开关的确定的温度与转变温度进行比较，在所述转变温度所述一个或多个第一可控开关的第一功率损耗等于所述至少一个二极管的第二功率损耗；以及
基于所述确定的温度与所述转变温度的所述比较来控制所述一个或多个第一可控开关的开关状态。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个第一可控开关包括硅基开关和宽带隙装置中的至少一个。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述转换器进一步包括第二开关。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一开关包括并联耦合到所述一个或多个第一可控开关的每个开关的续流体二极管。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述至少一个二极管的正向电压降基本上小于所述续流体二极管的正向电压降。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括可操作地耦合到所述转换器的传感单元。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述传感单元包括可操作地耦合到所述一个或多个第一可控开关的温度传感器。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述传感单元进一步包括可操作地耦合到所述温度传感器的比较器。
9.如权利要求8所述的系统，进一步包括可操作地耦合到所述传感单元的第二控制单元。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述传感单元配置为：
使用所述温度传感器确定代表所述一个或多个第一可控开关的所述温度的第一电压；
使用所述比较器将确定的第一电压与代表所述转变温度的第二电压进行比较；以及
生成用于基于所述确定的第一电压与所述第二电压的所述比较来控制所述一个或多个第一可控开关的第一控制信号。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述传感单元进一步配置为向所述第二控制单元传送所述第一控制信号。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第二控制单元配置为：
使用所述温度传感器确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度；以及
基于所确定的温度生成第二控制信号。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第二控制单元进一步配置成：
确定所述传感单元的一个或多个组件的一个或多个参数的变化值；
基于所述一个或多个参数的所述变化值，将所述第二控制信号与所述第一控制信号进行比较；以及
基于将所述第二控制信号与所述第一控制信号的所述比较，控制所述一个或多个第一可控开关的所述开关状态。
14.一种方法，包括：
确定转换器的一个或多个第一可控开关的温度，其中所述一个或多个第一可控开关并联耦合在所述转换器的至少一个二极管两端；
将所述一个或多个第一可控开关的确定的温度与转变温度进行比较，在所述转变温度所述一个或多个第一可控开关的第一功率损耗等于所述至少一个二极管的第二功率损耗；以及
基于所述确定的温度与所述转变温度的比较来控制所述一个或多个第一可控开关的开关状态。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个第一可控开关的所述温度代表所述一个或多个第一可控开关的结温。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
使用传感单元的温度传感器确定代表所述一个或多个第一可控开关的所述温度的第一电压；
使用所述传感单元的比较器将确定的第一电压与代表所述转变温度的第二电压进行比较；以及
生成用于基于所述确定的第一电压与所述第二电压的所述比较来控制所述一个或多个第一可控开关的第一控制信号。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
使用可操作地耦合到所述传感单元的第二控制单元确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度；以及
使用所述第二控制单元基于所确定的温度生成第二控制信号。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
使用所述第二控制单元确定所述传感单元的一个或多个组件的一个或多个参数的变化值；
使用所述第二控制单元基于所述一个或多个参数的所述变化值将所述第二控制信号与所述第一控制信号进行比较；以及
基于所述第二控制信号与所述第一控制信号的所述比较来控制所述一个或多个第一可控开关的所述开关状态。
19.如权利要求14所述的方法，其中确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度包括确定负载电流。
20.如权利要求19所述的方法，其中确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度进一步包括：
基于确定的负载电流，确定通过所述一个或多个第一可控开关传送的电流；以及
基于通过所述一个或多个第一可控开关传送的所述电流，确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度。
21.如权利要求19所述的方法，其中确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度进一步包括：
基于确定的负载电流，确定所述转换器的第二开关的占空比；以及
基于所述第二开关的所述占空比，确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度。
22.如权利要求14所述的方法，其中确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度包括：
确定耦合到所述转换器的滤波电路的滤波器电流；
基于确定的滤波器电流，确定开关谐波分量的量级；以及
基于所述开关谐波分量的确定的量级，确定所述一个或多个第一可控开关的所述温度。
23.如权利要求14所述的方法，其中控制所述一个或多个第一可控开关的所述开关状态包括：如果所述确定的温度大于所述转变温度，则在所述一个或多个第一可控开关处于停用状态的情况下操作所述转换器。
24.如权利要求14所述的方法，其中控制所述一个或多个第一可控开关的所述开关状态包括：如果所述确定的温度小于所述转变温度，则在所述一个或多个第一可控开关处于激活状态的情况下操作所述转换器。
25.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个第一可控开关的所述确定的温度包括所述一个或多个第一可控开关的平均温度和最高温度中的至少一个。
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