CN111697811A - 电源以及用于交叉导通保护的方法和设备 - Google Patents

电源以及用于交叉导通保护的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了电源以及用于交叉导通保护的方法和设备，该电源包括：电压转换器、第一开关、第二开关以及控制器。电压转换器包括与次级绕组磁耦合的初级绕组和辅助初级绕组的组合。辅助初级绕组能够操作成生成反馈电压信号。次级绕组能够操作成从初级绕组接收能量，以产生输出电压来向负载供电。该控制器控制第一开关和第二开关的开关操作，以控制通过初级绕组的电流的流动。该控制器还能够操作成：i)经由来自辅助初级绕组的反馈电压信号来监测通过第二开关的体二极管的电流的流动，以及ii)基于所监测的通过第二开关的体二极管的电流的流动控制随后的第一开关到接通状态的激活。

Description

电源以及用于交叉导通保护的方法和设备
技术领域
本发明涉及电源以及用于交叉导通保护的方法和设备。
背景技术
顾名思义，常规的开关电容转换器将接收到的输入电压转换为输出电压。
在一种常规应用中，反激式转换器接收输入电压并将其转换为相应的输出电压。通常，这样的反激式转换器包括多个开关，这些开关能够操作成将反激式转换器的相应初级绕组耦合至多个不同的参考电压例如输入电压和相应的地电压，以产生输出电压。
取决于相应的配置，电力转换器电路中的开关当在不同参考电压之间切换时易于损坏。为了避免反激式转换器中的所谓硬切换，当反激式转换器中的开关两端存在接近于零的电压并且有接近于零的电流流过它们时，优选地切换反激式转换器中的开关。
相应的常规反激式转换器的操作可能会导致所谓的交叉导通(crossconduction)。例如，常规的反激式转换器可以包括耦合至反激式变压器的相应绕组的高侧开关和低侧开关。每个这样的开关可以耦合至不同的参考电压，其中，不同的参考电压被施加至绕组以改变通过初级绕组的电流的量。
i)当在电流流过低侧开关(或更具体地，低侧开关的体二极管)的状况期间高侧开关被同时激活时，或者ii)当在电流流过高侧开关(或更具体地，高侧开关的体二极管)的状况期间低侧开关被同时激活时，在相应电源中发生所谓的交叉导通。
发明内容
本公开内容包括提供能够操作成生成相应输出电压的电压转换器的改进的性能的新颖方法。例如，本文的实施方式提供防止交叉导通状况的保护。
更具体地，根据一个实施方式，一种设备(诸如电源)包括：电压转换器、第一开关、第二开关以及控制器。
电压转换器包括相对于彼此磁耦合并且与次级绕组磁耦合的初级绕组和辅助初级绕组的组合。辅助初级绕组能够操作成生成反馈电压信号。次级绕组能够操作成从初级绕组接收能量以产生输出电压来向负载供电。在操作期间，控制器控制第一开关和第二开关的开关操作，以控制通过初级绕组的电流的流动。在一个实施方式中，控制器还能够操作成：i)经由反馈电压信号来监测通过第二开关的体二极管的电流的流动，以及ii)基于所监测的通过第二开关的体二极管的电流的流动，控制随后的第一开关到接通状态的激活。
注意，本文所述的电压转换器是任何合适类型的电源或电力转换器。例如，在一个实施方式中，电压转换器采用非对称半桥反激式电压转换器的形式。替选地，电压转换器采用对称半桥反激式电压转换器或者其他合适类型的电源的形式。
根据另外的实施方式，控制器还能够操作成：i)经由反馈电压信号的极性来检测在第二开关的断开状态期间通过体二极管的电流的流动，以及ii)当第二开关处于断开状态时，基于反馈电压信号的极性和检测到的通过第二开关的电流控制第一开关到接通状态的激活。
在一个实施方式中，反馈电压信号指示流过初级绕组的励磁电流的方向。
在另外的实施方式中，在第二开关的断开状态期间(或在两个开关均断开的死区时间期间)监测的反馈电压信号的幅度指示电流是否流过第二开关的体二极管。在一个实施方式中，控制器还能够操作成在检测到没有电流流过第二开关的体二极管的时间之后启动第一开关的激活。
本文的其他实施方式包括布置在谐振电路路径中的初级绕组；第一开关的激活将从输入电压接收的能量存储在谐振电路路径中，以及将能量从初级绕组传送至次级绕组。
在另外的实施方式中，控制器能够操作成在检测到所监测的通过体二极管的电流的流动为零的状况的时间以及将开关激活至接通状态的时间之间实现时间延迟。
根据另外的实施方式，控制器能够操作成针对第一控制周期产生时间值，该时间值度量将第二开关控制到断开状态的第一事件与检测到所监测的通过体二极管的电流的流动为零的第二事件之间的时间。此外，控制器可以被配置成：针对第二控制周期，基于第一周期中先前度量的时间值再次调整随后的第二开关到接通状态的激活。
本文的其他实施方式包括一种设备，该设备包括控制器，控制器能够操作成：调节从变压器的初级绕组到变压器的次级绕组的能量的传送，以生成向负载供电的输出电压。在一个实施方式中，控制器经由电源中的第一开关和第二开关的开关来实现或促成对次级绕组的输出电压的调节。除了包括初级绕组外，(相应的电压转换器中的)变压器还包括辅助绕组。控制器还接收从变压器的辅助绕组生成的反馈电压信号。控制器经由反馈电压信号来监测通过第二开关的电流的极性。控制器基于所监测的通过第二开关的电流的极性控制第一开关到接通状态的激活。
根据另外的实施方式，控制器还能够操作成：在第一开关和第二开关两者都被控制到断开状态的死区时间期间，监测通过第二开关的电流(例如通过第二开关的体二极管的电流)的极性。
在另外的实施方式中，反馈电压信号的幅度和极性根据通过电压转换器的谐振电路路径的电流的量而变化，该谐振电路路径包括第二开关和变压器的初级绕组。在一个实施方式中，谐振电路路径中不存在辅助绕组。
如前所述，控制器监测反馈电压信号的属性(诸如幅度和/或极性)，以确定流过第二开关的体二极管的电流何时为零。响应于检测到这种状况，控制器再次启动第一开关的激活，以将能量输入至电压转换器的包括变压器的初级绕组的谐振电路路径。在一个实施方式中，控制器相对于检测到所监测的通过第二开关的电流的极性的变化的时间来延迟第一开关的激活。因此，在一个实施方式中，反馈电压信号的极性的变化指示通过第二开关(低侧开关)的体二极管的电流为零，并且指示激活第一开关(高侧开关)是安全的，而不会发生交叉导通。激活第一开关的延迟进一步防止交叉导通。
因此，本文的实施方式包括在反激式转换器中提供体二极管交叉导通保护的不同方式。
相比于常规技术，本文的实施方式是有用的。例如，与常规技术对照，本文所述的控制器和相应的控制方法提供了相比于常规技术的新颖的零电压切换和交叉导通保护。这样的实施方式提供了提高的部件可靠性，因为这些部件不再由于体二极管交叉导通而受到应力(或受到过应力)。最初，与常规的反激式转换器相比，本文的实施方式在生成相应的输出电压时提供提高的效率(较低的能量损失)。
下面更详细地公开这些实施方式和其他更具体的实施方式。
除了潜在地被实现为如本文所述的模拟控制器和相应的模拟电路/部件之外，请注意，如本文所讨论的任何资源可以包括一个或更多个计算机化的装置、设备、硬件等，执行和/或支持任何或全部本文所公开的方法操作。换句话说，一个或更多个计算机化的装置或处理器可以被编程和/或配置成如本文所说明地那样操作以实现本文中所描述的不同实施方式。
本文的其他实施方式包括用于执行在上面概述并在下面详细公开的步骤和/或操作的软件程序。一个这样的实施方式包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在其上编码软件指令以用于后续执行。当在具有处理器的计算机化的装置(硬件)中执行时，指令和/或程序使处理器(硬件)执行本文公开的操作。这样的布置通常被提供为被布置或编码在非暂态计算机可读存储介质(例如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、存储棒、存储装置等)或其他介质(例如一个或更多个ROM、RAM、PROM等中的固件)上的软件、代码、指令和/或其他数据(例如数据结构)，或者被提供为专用集成电路(ASIC)等。可以将软件、固件或其他这样的配置安装到计算机化的装置上，以使计算机化的装置执行本文所说明的技术。
因此，本文的实施方式针对支持本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
一个实施方式包括计算机可读存储介质和/或系统，所述计算机可读存储介质和/或系统上存储有用于促进用于向负载供电的输出电压的生成和对电源中的交叉导通的防止的指令。这些指令在由计算机处理器硬件执行时使计算机处理器硬件：从电压转换器接收反馈电压信号，其中，经由第一开关和第二开关的开关操作来控制电压转换器，以将能量从电压转换器的初级传送至电压转换器的生成输出电压的次级；经由反馈电压信号来检测通过第二开关的体二极管的电流的流动；以及基于所监测的通过第二开关的体二极管的电流的流动控制随后的第一开关到接通状态的激活。
为了清楚起见，添加了上述步骤的顺序。注意，本文所讨论的任何处理步骤可以以任何合适的顺序执行。
本公开内容的其他实施方式包括用于执行在上面概述并在下面详细公开的方法实施方式步骤和操作中的任一者的软件程序和/或相应硬件。
应当理解，本文所讨论的系统、方法、设备、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地实施为软件程序、固件，实施为软件、硬件和/或固件的混合体，或者仅实施为硬件，例如实施在处理器(硬件或软件)内或者实施在操作系统内或软件应用内。
还要注意，尽管本文所讨论的实施方式适用于控制能够操作成生成输出电压的电源中的开关，但是本文所公开的构思可有利地应用于任何其他合适的电压转换器拓扑。
另外，请注意，尽管可能在本公开内容的不同地方讨论本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是意图是，在适当的情况下每个构思可以可选地彼此独立地实现或者彼此组合地实现。因此，如本文中所述的一个或更多个本发明可以以许多不同的方式来实施和考虑。
另外，请注意，本文中对实施方式的该初步讨论(对实施方式的简要描述)有目的地没有指定本公开内容或要求保护的本发明的每个实施方式和/或附加地新颖方面。替代地，该简要描述仅呈现大体的实施方式和相对于常规技术的新颖性的相应要点。对于本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者请参阅下面进一步讨论的本公开内容的具体实施方式部分(其是对实施方式的总结)和相应附图。
附图说明
图1是示出根据本文实施方式的电源的示例总体图。
图2是示出根据本文实施方式的电源的控制器和电源的更详细再现的示例图。
图3是示出根据本文实施方式的能够操作成控制电源的控制信号的示例时序图。
图4是示出根据本文实施方式的电源和第一操作模式的示例明细图。
图5是示出根据本文实施方式的电源和第二操作模式的示例明细图。
图6是示出根据本文实施方式的能够操作成控制电源的控制信号的示例时序图。
图7是示出根据本文实施方式的处于第一操作模式的电源的操作的示例明细图。
图8是示出根据本文实施方式的处于第二操作模式的电源的操作的示例明细图。
图9是示出根据本文实施方式的能够操作成控制电源的控制信号的示例时序图。
图10是示出根据本文实施方式的电源的另一配置的示例明细图。
图11是示出根据本文实施方式的能够操作成执行一个或更多个操作的计算机架构的示例图。
图12是示出根据本文实施方式的防止电源中的交叉导通的通用方法的示例图。
图13是示出根据本文实施方式的防止电源中的交叉导通的通用方法的示例图。
如附图所示，根据本文下面的更具体的描述，本文实施方式的前述的和其他的目的、特征和优点将变得明显，在附图中，相似的附图标记贯穿不同视图指代相同部分。附图不一定按比例绘制，而是着重于说明实施方式、原理、构思等。
具体实施方式
根据一个实施方式，如先前所讨论的，一种设备(诸如电源)包括：电压转换器、第一开关、第二开关以及控制器。电压转换器包括彼此磁耦合的初级绕组、辅助初级绕组和次级绕组的组合。辅助初级绕组能够操作成基于通过初级绕组的电流的量来生成反馈电压信号。(在一个实施方式中，在变压器中初级绕组中的退磁电流达到0会导致所有绕组中的电压变化。)次级绕组能够操作成从初级绕组接收能量以产生输出电压来向负载供电。在操作期间，控制器控制第一开关和第二开关的开关操作以控制通过初级绕组的电流的流动。控制器还能够操作成：i)经由诸如从辅助绕组接收的反馈电压信号来监测通过第二开关的体二极管的电流的一个或更多个属性(诸如幅度、极性等)，以及ii)基于所监测的通过第二开关的体二极管的电流的流动来控制随后的第一开关到接通状态的激活。
在一个实施方式中，在所谓的死区时间(第一开关和第二开关两者都被去激活即断开)期间，控制器监测反馈电压信号的属性(诸如幅度和/或极性)以确定何时流过第二开关的体二极管的电流为零。响应于检测到这种状况，控制器再次启动第一开关的激活，以将能量输入至电压转换器的包括变压器的初级绕组的谐振电路路径。根据另一实施方式，控制器相对于检测到通过第二开关(的体二极管)的电流为零的时间来延迟第一开关的激活。这样的状况指示激活第一开关(高侧开关)是安全的，而不会发生所谓的交叉导通。
因此，本文的实施方式包括以任何数量的不同方式进行的电压转换器中的体二极管交叉导通保护。
现在，更具体地，图1是示出根据本文实施方式的电源的示例图。
如该示例实施方式中所示，电源100(诸如设备、电子装置等)包括控制器140和电压转换器110。电压转换器110包括开关121、开关122、变压器160等。变压器160包括初级绕组161、次级绕组162以及辅助绕组163。
电压转换器110的初级151包括开关121、开关122以及初级绕组161和辅助绕组163。次级152包括用于生成向负载118供电的输出电压123的次级绕组162和相应电路。
注意，可以以适当的方式实例化本文所述的每个资源。例如，电源100中的控制器140和电压转换器110等中的每一个可以被实例化为硬件(诸如电路)、软件(执行指令)或硬件和软件资源的组合或者包括硬件(诸如电路)、软件(执行指令)或硬件和软件资源的组合。在一个实施方式中，变压器和电容器C1连接在VIN与HB中点之间，并且开关121和122的辊(roll)被反转。
在操作期间，控制器140产生一个或更多个控制信号105(例如一个或更多个脉冲宽度调制信号)，这些控制信号控制电压转换器110中的相应控制开关121和122的状态。
注意，开关121和122可以是任何合适类型的部件。例如，在一个实施方式中，开关121和122中的每一个可以是场效应晶体管、双极结型晶体管等。
如另外所示，电压转换器110接收输入电压120(Vin，诸如DC输入电压)。如前所述，变压器160包括初级绕组161和次级绕组162。次级绕组162电感耦合或磁耦合至初级绕组161，以接收由输入电压120提供的能量。
如本文中另外讨论的，电源100的控制器140可控地切换在包括变压器160的初级绕组161的相应电路路径中的开关121和122，以将能量传送至次级绕组162。该切换引起流过初级绕组的电流的幅度的变化。电压转换器110的次级152将从初级绕组161接收到的能量转换为向负载118供电的输出电压123。
根据另外的实施方式，电压转换器110生成电压反馈信号107。反馈电压信号107指示流过初级绕组161的励磁电流(Imag)的幅度和方向。在一个实施方式中，辅助绕组163生成电压反馈信号107，尽管电压反馈信号107可以通过电压转换器110中的任何合适的资源(部件)或资源(部件)的组合来生成。
在一个实施方式中，反馈电压信号107的幅度指示通过初级绕组和开关122的相应体二极管的电流的极性，和/或跟踪通过初级绕组和开关122的相应体二极管的电流的量。
如先前所讨论的，在开关操作期间，次级绕组162能够操作成从初级绕组161接收能量以产生输出电压123来向负载118供电。例如，控制器140控制第一开关121和第二开关122的开关操作，以控制通过初级绕组161的电流的流动。
在一个实施方式中，为了防止所谓的交叉导通(诸如在将开关121激活至接通状态期间电流流过开关的固有二极管D2的状况)，控制器140还能够操作成：i)经由反馈电压信号107的状态来监测通过第二开关122的体二极管D2的电流的流动，以及ii)基于所监测的通过第二开关122的体二极管D2(又称为固有二极管)的电流的流动来控制随后的第一开关121到接通状态的激活。
注意，本文所述的电压转换器110是任何合适类型的电源或电力转换器。例如，在一个实施方式中，电压转换器110采用非对称半桥反激式电压转换器的形式。替选地，电压转换器110采取对称半桥反激式电压转换器的形式。
图2是示出根据本文实施方式的示例电源的控制器和电源的更详细的再现的图。
在该示例实施方式中，开关121被实例化为包括体二极管D1、栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的场效应晶体管。另外，开关122被实例化为包括体二极管D2、栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的场效应晶体管。
控制器140的驱动器241电连接至开关121的栅极。开关121的漏极节点被连接以接收输入电压120。在节点281处，开关121的源极节点被连接到开关122的漏极节点。
控制器140的驱动器242被电连接以驱动开关122的栅极。开关122的源极节点被连接至第一接地参考。
如另外所示，体二极管D1(固有二极管或寄生二极管)布置在开关121的源极节点与开关121的漏极节点之间。体二极管D2被连接在开关122的源极节点与开关122的漏极节点之间。
根据另外的实施方式，电压转换器110包括布置在节点281与第一接地参考之间的谐振电路路径。更具体地，谐振电路路径包括连接至节点281的电感器L1以及初级绕组161和连接至第一接地参考的电容器C1，电感器L1、初级绕组161和电容器C1串联。
辅助绕组163的第一端被电连接至控制器140的ZCD输入端，而辅助绕组163的第二端被连接至第一接地参考。
如另外所示，次级绕组162连接在节点282与二极管D3之间。开关122的体二极管D2(固有或寄生二极管)布置在开关122的源极节点与开关122的漏极节点之间。
次级绕组162和二极管D3的组合串联在节点282与第二接地参考之间。在一个实施方式中，注意，可以使用诸如利用同步整流的开关的装置。
电容器Cout连接在节点282与第二接地参考之间。
在一个实施方式中，如所示的，变压器160的初级绕组161布置在谐振电路路径中，诸如布置在包括电感器L1、初级绕组161和电容器C1的组合的电路路径中。在一个实施方式中，例如另外所示的，该谐振电路路径中不存在辅助绕组163。换句话说，辅助绕组163虽然磁耦合至初级绕组161和次级绕组162，但是未被串联在谐振电路路径中。
开关121激活到接通状态(同时将开关122设置为断开状态)将从输入电压120接收的能量存储在谐振电路路径中，并且将能量从初级绕组161传送至次级绕组162。开关122激活到接通状态(同时将开关121设置为断开状态)将存储在谐振电路路径中的能量通过初级绕组161耗散至次级绕组162。
如前所述，辅助绕组163生成反馈电压信号107。
如另外所示，控制器140包括比较器240。在一个实施方式中，在操作期间，比较器240将反馈电压信号107与第一接地参考(例如，任何合适的阈值，例如约0.0伏、40毫伏等)进行比较。
基于反馈电压信号107与参考电压的比较，比较器240产生相应的触发信号103，触发信号103的状态取决于反馈电压信号107是大于还是小于第一接地参考电压。
延迟计时器255接收触发信号103，该触发信号用作激活延迟计时器255的基础。
更具体地，如下面另外讨论的，在由计时器255度量的时间延迟期满之后，控制器140控制驱动器241以在去激活第二开关122的时间之后激活开关121。在这种情况下，在时间延迟期满时，计时器255输出控制信号104，该控制信号104提供了如下基础：相对于控制信号105-2在适当时间处控制控制信号105-1的时序和生成，使得当开关121被激活时不存在交叉导通。换句话说，为了防止交叉导通，如本文中另外讨论的，控制器140防止开关121的激活，直到体二极管D2不再导通并且电流不再流过体二极管D2的状况之后。
图3是示出根据本文实施方式的能够操作成控制电源的控制信号的示例时序图。
如前所述，控制器140监测由辅助绕组163产生的反馈电压信号107的幅度。在开关122的断开状态期间监测到的反馈电压信号107的幅度指示电流是否流过第二开关122的体二极管D2。在一个实施方式中，控制器140还能够操作成在检测到没有电流(例如Imag，其是如先前讨论的励磁电流)流过开关122的体二极管D2之后预定量的时间内启动第一开关121的激活。该预定量的时间可以少至无时间或者是大于零的预定量的时间。
如另外所示，曲线图310指示作为在不同时间处激活开关121和开关122的结果的信号的幅度。
例如，在时间T0与时间T1之间，控制器140控制驱动器242的状态并将相应的控制信号105-2控制到逻辑高状态，同时驱动器241将控制信号105-1驱动到逻辑低状态。在这种情况下，如曲线图310所示，通过初级绕组161的电流(Imag)(再次注意，励磁电流表示变压器160的励磁能量，并且在开关122断开时出现在初级绕组中)减小。在时间T0与T1之间激活开关122使得如图4所示的谐振电路路径耗散相应谐振电路路径中的能量，以将能量从初级绕组161传送至次级绕组162，该能量用于生成向负载118供电的输出电压123。
在时间T1处，控制器140将控制信号105-2产生为逻辑低。二极管D2至少导通达少量的时间。在死区时间期间，在时间T1之后，比较器240将反馈电压信号107(ZCD)的幅度与第一接地参考进行比较。
响应于在时间T2处或在时间T2附近检测到反馈电压信号107的幅度降到0.0伏以下(这指示电流停止流过体二极管D2和相应的初级绕组161)，比较器240生成触发信号103(诸如边沿触发)。注意，在电压信号107开始下降或减小之后接通开关121是安全的；因此，使用0V作为阈值是示例使用情况，其中阈值可以取决于前面讨论的实施方式而变化。
如先前所讨论的，这使得延迟计时器255被激活并且相对于时间T2度量相应的预定时间延迟(ZCD延迟)。由延迟计时器255度量的预定时间延迟在时间T3处期满之后，延迟计时器255改变控制信号104的状态(例如经由下降沿)以指示到了再次激活开关121的时间。
因此，时间T1与T3之间的时间窗口表示死区时间，在该死区时间中，控制器140将开关121和122设置为断开状态(逻辑低)。控制器140还能够操作成在第一开关121和第二开关122均被控制到断开状态的死区时间期间(经由电压反馈信号107)间接地监测或确定通过第二开关的电流Imag(诸如通过第二开关122的体二极管D2的电流)的极性和/或幅度。
如所提及的，在时间T3处的控制信号104的下降沿使得控制器140经由驱动器241再次将开关122激活为接通状态。如曲线图310所示，在持续时间T3到T4之间激活开关121(同时开关122断开)导致通过初级绕组161的电流(Imag)再次增加。或者，如前所述，在时间T3与T4之间激活开关121使得如图5所示的谐振电路路径存储能量，并且将能量从初级绕组161传送至次级绕组162，该能量用于生成向负载118供电的输出电压123。
因此，如本文所述的控制器140可以被配置成在检测到所监测的通过体二极管D2的电流的流动为零的状况的时间以及将开关121激活至接通状态的时间之间实现时间延迟。
注意，时间T4与T5之间的时间窗口表示死区时间，在死区时间中控制器140将开关121和122设置为断开状态(逻辑低)。
在时间T5之后，在时间T5与T6之间的窗口中，接着重复控制循环，其中在控制周期中控制器140首先将开关122激活到接通状态，同时将开关121断开。
在时间T6处，控制器140将控制信号105-2产生为逻辑低，从而断开开关122。
在死区时间期间，比较器240将反馈电压信号107(ZCD)的幅度与第一接地参考进行比较。响应于在时间T7处检测到指示电流停止流过体二极管D2和相应的初级绕组161的反馈电压信号107的幅度下降到0.0伏(或如前所述的其他合适的值)以下或等于0.0伏(或如前所述的其他合适的值)，比较器240生成触发信号103。这使得延迟计时器255被激活并相对于时间T7度量相应的预定时间延迟(ZCD延迟)。由延迟计时器255度量的预定时间延迟在时间T8处期满之后，延迟计时器255生成控制信号104。
在时间T8处的控制信号104的下降沿使得控制器140经由驱动器241再次将开关121激活到接通状态。在时间T8与T9之间激活开关121(同时开关122断开)导致通过初级绕组161的电流(Imag)再次增加。或者，如先前所讨论的，开关121的激活使得如图5所示的谐振电路路径存储能量，并且将能量从初级绕组161传送至次级绕组162，该能量用于生成向负载118供电的输出电压123。
在一个实施方式中，控制器140能够操作成监测反馈电压信号107的极性，诸如监测何时反馈电压信号107从正电压转变为负电压。因此，控制器140还能够操作成：i)在第二开关122的断开状态期间，经由反馈电压信号107的极性检测通过体二极管D2的电流(Imag)的流动，以及ii)在第二开关122处于断开状态时，基于反馈电压信号107的极性来控制将第一开关121激活为接通状态。
再次注意，相比于常规技术，本文的实施方式是有用的。例如，与常规技术对照，本文所述的控制器140和相应的控制方法提供了相比于常规技术的新颖的零电压切换。这样的实施方式提供了提高的部件可靠性，因为这些部件不再由于体二极管交叉导通而受到应力。此外，与常规反激式转换器相比，本文的实施方式在生成相应的输出电压时(特别是在重负荷状况下)提供了提高的效率(较低的能量损失)和低电磁干扰(EMI)。
图6是示出根据本文实施方式的能够操作成控制电源的控制信号的示例时序图。
在该示例实施方式中，控制器140能够操作成针对(诸如时间T21与T25之间的)第一控制周期或窗口产生时间值X，该时间值X度量将第二开关122控制到断开状态的第一事件(例如在时间T23处接通开关122的接通事件)与检测到所监测的通过体二极管D2的电流(Imag)的流动为零安培的第二事件(在时间T25处)之间的时间。如前所述，确定通过体二极管D2的电流的一种方式是监测来自辅助绕组163的电压Vzcd(反馈电压信号107)。
在确定度量时间值X之后，控制器140将度量时间值X应用在接下来的一个或更多个随后的控制周期上，以防止出现体二极管D2从前一周期开始仍导通时无线接口121被激活成接通的交叉导通状况。
例如，根据一个实施方式，经由度量时间X的应用，控制器140针对(例如时间T25与T29之间的)第二控制周期、基于(时间T23与时间T25之间的)度量时间值X来再次调整随后的第二开关122到接通状态的激活。换句话说，在时间T28处接通开关122时，控制器140将开关122保持接通达度量时间X，以确保当体二极管D2导通时(例如电流通过D2从接地参考流向电感器L1、初级绕组161等的状况下)开关121不被激活。
因此，在一个实施方式中，控制器140经由反馈电压信号107来监测通过第二开关122的电流(Imag)的幅度和/或极性，以确定要应用于一个或更多个随后的控制周期的时间值X(或更大值)。时间值X的应用包括：在一个或更多个随后的控制周期期间经由对开关122被激活到接通状态的时间长短的调整来进行反激式转换器中的体二极管交叉导通保护。
请注意，可以度量针对每个控制周期的X的当前值，并根据需要将其应用于下一个控制周期，以避免交叉导通。
图7是示出根据本文实施方式的处于第一操作模式的电源的操作的示例明细图。
在该示例实施方式中，在时间T31与时间T32之间(参见图9)，控制信号105-1被设置为高状态并且控制信号105-2被设置为逻辑低状态，控制器140将开关121激活(至接通状态)并将开关122去激活(至断开状态)。
在这样的情况下，电流(Imag)从电压源120流过开关121和包括电感器L1、初级绕组161和电容器C1的相应的谐振电路路径。
在输出侧，通过初级绕组161的电流(Imag)的流动使得通过次级绕组162-2的电流ILD11的流动产生输出电压123。
以与先前讨论的方式类似的方式，控制器140在死区时间期间(诸如在时间T31之前以及在时间T34之后)监测(来自辅助绕组163的)反馈电压信号107，以在通过体二极管D2的电流基本为零时再次激活开关121。以与先前讨论的方式类似的方式，也可以根据如图6中讨论的控制实施方式来调整开关的激活时间。
图8是示出根据本文实施方式的处于第一操作模式的电源的操作的示例明细图。
另外，在该示例实施方式中，在时间T33与时间T34之间，控制器140将开关122激活(至接通状态)并且将开关121去激活(至断开状态)。在这种情况下，电流(Imag)从电感器L1流过包括二极管D2、电感器L1、初级绕组161和电容器C1的相应谐振电路路径。
在输出侧，通过初级绕组161的电流(Imag)的流动使得通过次级绕组162-1的电流ILD12的流动产生输出电压123。
因此，任何合适类型的输出级(次级152)都可以用于生成相应的输出电压123。在图9中另外示出了相应信号的时序的附加细节以及提供全波整流的附加细节。
图9是示出根据本文实施方式的处于第一模式的电源的操作的示例明细图。
曲线图910指示针对操作图7和图8中的电源700的给定周期的控制信号105-1和105-2的设置。如先前所讨论的，在时间T31至T32之间，控制器140将控制信号105-1设置为逻辑高状态，从而使开关121激活到接通状态。反之，在时间T31与T32之间，控制器140将控制信号105-2设置为逻辑低状态，从而使开关122去激活到断开状态。
如曲线图910所示，在该时间窗口期间，电流Imag流过初级绕组161。
如进一步所示，在时间T31与时间T32之间，电流ILD11流过次级绕组162-2以产生输出电压123。
在时间T33至T34之间，控制器140将控制信号105-2设置为逻辑高状态，从而使开关122激活到接通状态。相反，在时间T33与T34之间，控制器140将控制信号105-1设置为逻辑低状态，从而使开关121去激活到断开状态。在该时间窗口期间，电流Imag以相反方向流过初级绕组161。
如另外所示，在时间T33与时间T34之间，电流ILD12流过次级绕组162-1以产生输出电压123。
电流ILD11和ILD12存储在电容器Cout中，并用于产生输出电压123。
图10是示出根据本文实施方式的处于第一模式的电源的操作的示例详细图。
如所示的，电源1000是根据本文实施方式的产生输出电压123的替选实现。然而，在该示例实施方式中，电感器L4和电容器C5直接连接至输入电压120。另外，电容器C5连接在输入电压120与开关121的漏极之间。开关121的源极节点直接连接至开关122的漏极节点。开关122的源极节点连接至第一接地参考电压。
以与前面讨论的方式类似的方式，控制器140和相应的部件接收由辅助绕组163产生的反馈电压信号107。控制器140在将开关122关闭到断开状态与将开关121激活到接通状态之间的死区时间期间监测反馈电压信号107。以与前面讨论的方式类似的方式，基于反馈电压信号107，控制器140防止开关121的激活，直到体二极管D2停止导通(即，电流不再从接地参考流过二极管D2)之后。
如前所述，通过初级绕组161的电流的流动的切换将能量传送至次级绕组162，该能量用于产生向负载118供电的输出电压103。
图11是根据本文实施方式的用于实现如先前所讨论的操作中的任何操作的计算机系统的示例框图。
本文讨论的任何资源(例如控制器140、电压转换器170等)可以被配置成包括计算机处理器硬件和/或相应的可执行指令，以执行本文讨论的不同操作。
如所示的，本示例的计算机系统1150包括互连1111，该互连1111耦合计算机可读存储介质1112(诸如非暂态类型的介质(其可以是可以存储和检索数字信息的任何合适类型的硬件存储介质))、处理器1113(计算机处理器硬件)、I/O接口1114和通信接口1117。
(多个)I/O接口1114支持与电压转换器110的连接。
计算机可读存储介质1112可以是任何硬件存储装置，诸如存储器、光学存储器、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施方式中，计算机可读存储介质1112存储指令和/或数据。
如所示的，计算机可读存储介质1112可以编码有控制器应用140-1(例如，包括指令)，以执行如本文中所讨论的任何操作。
在一个实施方式的操作期间，处理器1113经由互连1111的使用来访问计算机可读存储介质1112，以启动、运行、执行、解释或者以其他方式执行存储在计算机可读存储介质1112上的控制器应用140-1中的指令。控制器应用140-1的执行产生控制器进程140-2以执行如本文所讨论的任何操作和/或处理。
本领域技术人员将理解，计算机系统1150可以包括其他进程和/或软件和硬件部件，例如控制硬件资源的分配和使用以执行控制器应用140-1的操作系统。
注意，根据不同的实施方式，计算机系统可以驻留在各种类型的装置中的任何装置中，所述装置包括但不限于：电源、开关电容转换器、电力转换器、移动计算机、个人计算机系统、无线装置、无线接入点、基站、电话装置、台式计算机、膝上型计算机、笔记本电脑、上网本计算机、大型计算机系统、手持计算机、工作站、网络计算机、应用服务器、存储装置、消费电子装置(例如照相机、摄像机、机顶盒、移动装置、视频游戏控制台、手持视频游戏装置)、外围装置(例如交换机、调制解调器、路由器、机顶盒、内容管理装置、手持遥控装置)、任何类型的计算或电子装置等。计算机系统1150可以驻留在任何位置处，或者可以包括在任何网络环境中的任何适当资源中，以实现本文所讨论的功能。
现在将经由图12和图13中的流程图来讨论由不同资源支持的功能。请注意，以下流程图中的步骤可以按任何适当的顺序执行。
图12是示出根据本文实施方式的示例方法的流程图1200。注意，关于上面讨论的构思将有一些重叠。
在处理操作1210中，控制器140从电压转换器110接收反馈电压信号107。控制器140控制开关121和开关122的开关操作，开关121和开关122将能量从电压转换器110的初级151传送至电压转换器110的次级152，其中该次级152生成输出电压123。
在处理操作1220中，控制器140经由反馈电压信号107来检测或确定通过第二开关122的体二极管D2的电流Imag的流动。
在处理操作1230中，控制器140基于所确定的通过第二开关122的体二极管D2的电流Imag的流动，控制随后的开关121到接通状态的激活。
图13是示出根据本文实施方式的示例方法的流程图1300。注意，关于上面讨论的构思将有一些重叠。
在处理操作1310中，经由电源100中的第一开关121和第二开关122的开关，控制器140调节从变压器160的初级绕组161到变压器160的次级绕组162的能量的传送，以生成向负载118供电的输出电压123。
在处理操作1320中，控制器140接收从变压器160的辅助绕组163生成的反馈电压信号107。
在处理操作1330中，控制器140经由反馈电压信号107来监测通过第二开关122的电流的极性。
在处理操作1340中，控制器140基于(根据电压反馈信号107确定的)通过第二开关122的电流的极性控制第一开关121到接通状态的激活。
再次注意，本文中的技术非常适用于电源应用。然而，应当注意，本文中的实施方式不限于用于此类应用，并且本文中讨论的技术也非常适合于其他应用。
虽然已经参照其优选实施方式特别示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本申请的范围和精神的情况下，可以在本发明中进行形式和细节上的各种改变。本申请的范围将涵盖这些变化。因此，对本申请的实施方式的前述描述不意在是限制性的。更确切地说，对本发明的任何限制在所附权利要求中呈现。

Claims (20)

1.一种电源，包括：
电压转换器，其包括初级绕组与次级绕组，所述初级绕组与所述次级绕组耦合，所述次级绕组能够操作成从所述初级绕组接收能量以产生输出电压来向负载供电；
第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关能够操作成控制通过所述初级绕组的电流；以及
控制器，其能够操作成：i)经由指示通过所述初级绕组的电流的反馈电压信号，来确定通过所述第二开关的体二极管的电流的流动，以及ii)基于所确定的通过所述第二开关的所述体二极管的电流的流动来控制随后的所述第一开关到接通状态的激活。
2.根据权利要求1所述的电源，还包括：
辅助绕组，其磁耦合至所述初级绕组和所述次级绕组，所述辅助绕组能够操作成生成指示通过所述初级绕组的电流的所述反馈电压信号。
3.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制器还能够操作成：i)经由所述反馈电压信号的极性来检测在所述第二开关的断开状态期间通过所述体二极管的电流的流动；以及ii)当所述第二开关处于断开状态时，至少部分地基于所述反馈电压信号的极性来控制所述第一开关到接通状态的激活。
4.根据权利要求1所述的电源，其中，所述反馈电压信号指示流过所述初级绕组的励磁电流的方向。
5.根据权利要求1所述的电源，其中，在所述第二开关的断开状态期间的所述反馈电压信号的幅度指示电流是否流过所述第二开关的所述体二极管。
6.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制器还能够操作成：在检测到没有电流流过所述第二开关的所述体二极管之后，启动所述第一开关的激活。
7.根据权利要求1所述的电源，其中，所述初级绕组布置在谐振电路路径中；并且
其中，所述第一开关的激活将从输入的输入电压接收的能量存储至所述谐振电路路径。
8.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制器能够操作成实现在检测到所监测的通过所述体二极管的电流的流动基本上为零的状况的时间与将所述第一开关激活至接通状态的时间之间的时间延迟。
9.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制器能够操作成针对第一控制周期来产生时间值，所述时间值度量将所述第二开关控制到断开状态的第一事件与检测到所监测的通过所述体二极管的电流的流动为零的第二事件之间的时间。
10.根据权利要求9所述的电源，其中，所述控制器还能够操作成：针对所述第一控制周期之后的第二控制周期，基于所述时间值再次调整随后的所述第二开关到接通状态的激活。
11.根据权利要求1所述的电源，其中，所述电压转换器是非对称半桥反激式电压转换器。
12.一种用于交叉导通保护的方法，包括：
接收来自电压转换器的反馈电压信号，经由第一开关和第二开关的开关操作来控制所述电压转换器，以将能量从所述电压转换器的初级传送至所述电压转换器的生成输出电压的次级；
经由所述反馈电压信号来确定通过所述第二开关的体二极管的电流的流动；以及
至少部分地基于所确定的通过所述第二开关的所述体二极管的电流的流动，控制随后的所述第一开关到接通状态的激活。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
从所述电压转换器的所述初级的辅助绕组接收所述反馈电压信号，所述反馈电压信号跟踪流过所述初级的初级绕组的励磁电流。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述第一开关和所述第二开关两者都被控制到断开状态的死区时间期间，监测通过所述体二极管的电流的流动。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
经由所述反馈电压信号的极性来检测在所述第二开关的断开时间期间通过所述体二极管的电流的流动；以及
基于所述反馈电压信号的极性控制随后的所述第一开关到接通状态的激活。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述反馈电压信号指示流过所述初级的初级绕组的励磁电流的方向。
17.一种用于交叉导通保护的设备，包括：
控制器，其能够操作成：
经由电源中的第一开关和第二开关的开关来调节从变压器的初级绕组到所述变压器的次级绕组的能量的传送，以生成向负载供电的输出电压；
接收从所述变压器的辅助绕组生成的反馈电压信号；
经由所述反馈电压信号来监测通过所述第二开关的电流的极性；以及
基于所监测的由所述反馈电压信号指示的通过所述第二开关的电流的极性，控制所述第一开关到接通状态的激活。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述控制器还能够操作成：
在所述第一开关和所述第二开关两者都被控制到断开状态的死区时间期间，监测通过所述第二开关的电流的极性。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，所述反馈电压信号的幅度和极性根据通过谐振电路路径的电流的量而变化，所述谐振电路路径包括所述第二开关和所述变压器的所述初级绕组；并且
其中，所述谐振电路路径中不存在所述辅助绕组。
20.根据权利要求17所述的设备，其中，所述控制器还能够操作成：
相对于检测到所监测的通过所述第二开关的电流的极性的变化的时间，延迟所述第一开关的激活。
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