CN111740594A - 电源系统和使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法 - Google Patents

电源系统和使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法 Download PDF

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Abstract

提供了“电源系统和使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法”。根据一个方面，电源系统包括：多个功率级，该多个功率级被配置为接收输入电压并生成输出电压；以及系统主机设备，该系统主机设备连接到该多个功率级。该系统主机设备包括系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为使用总体能量转换效率来设置或更新用于控制该多个功率级的一个或多个控制参数。该系统主机设备包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算该总体能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改该一个或多个控制参数直到该总体能量转换效率达到阈值条件。

Description

电源系统和使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2019年8月22日提交的美国非临时申请16/547,803、2019年3月25日提交的美国临时申请62/823,441和2019年5月30日提交的美国临时申请62/854,527的优先权，这些申请中的每一个全文以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及电源系统和使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法。
背景技术
可将电源系统设计为实现一个或多个性能目标(例如，高效率、高速度、低噪声、低排放等)。然而，系统部件上的制造变化和/或系统使用期间系统的效应(例如，热效应、部件磨损)可能会影响那些目标的实现。
发明内容
根据一个方面，电源系统包括：功率级；电源控制器，该电源控制器被配置为控制功率级的操作；计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件；以及系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为耦接到电源控制器和计量电路。系统性能控制器被配置为基于功率级的能量转换效率来设置或调整功率级的控制参数。系统性能控制器包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。系统性能控制器可选择导致能量转换效率达到阈值条件的控制参数的组合。系统性能控制器可针对第一环境条件确定控制参数的导致能量转换效率达到阈值条件的第一值，并且针对第二环境条件确定控制参数的导致能量转换效率达到阈值条件的第二值。第一环境条件可为第一输入电压，并且第二环境条件可为第二输入电压，其中第二输入电压不同于第一输入电压。控制操纵模块可通过基于人工智能(AI)算法为控制参数选择不同的值来迭代地修改控制参数。控制操纵模块可向AI算法的神经网络应用历史数据以预测控制参数的导致能量转换效率达到阈值条件的值。控制操纵模块可：为控制参数选择第一值；将第一值发送到电源控制器；基于测量条件，计算根据第一值进行操作的功率级的能量转换效率；响应于能量转换效率未达到阈值条件而修改第一值以获得第二值；将第二值发送到电源控制器；以及基于测量条件，计算根据第二值进行操作的功率级的能量转换效率。系统性能控制器可响应于触发事件来更新控制参数。触发事件可包括对功率级的一个或多个环境条件的变化的检测。触发事件可包括对能量转换效率未达到阈值条件的检测。触发事件可包括功率级的激活。
根据一个方面，电源系统包括：功率级；电源控制器，该电源控制器存储控制参数以控制功率级的操作；计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件；以及系统性能控制器，该系统性能控制器连接到电源控制器和计量电路。系统性能控制器被配置为在功率级的操作期间周期性地监视功率级的能量转换效率并周期性地更新控制参数。系统性能控制器包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。系统性能控制器被配置为向电源控制器提供更新的控制参数。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。测量条件可包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。计量电路可包括一个或多个模数转换器，该一个或多个模数转换器被配置为将测量条件从模拟格式转换为数字格式。控制参数可包括零电压开关(ZVS)控制参数、开关频率、脉冲宽度、占空比或死区时间。功率级可为第一功率级，并且电源可包括第二功率级，其中控制参数包括与相位切减或相位添加相关的相变参数。
根据一个方面，用于使用能量转换效率来控制功率级的控制参数的方法包括：检测触发事件；基于能量转换效率来为控制参数选择值，包括：接收功率级的测量条件；基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及修改控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。该方法包括将所选择的值提供给电源控制器以利用所选择的值来控制功率级。
根据各个方面，该方法可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。该修改可包括向人工智能(AI)算法的神经网络应用历史数据以预测导致能量转换效率达到阈值条件的控制参数的组合。控制参数可包括零电压开关(ZVS)控制参数、开关频率、脉冲宽度、占空比或死区时间中的至少一个。触发事件可包括功率级的激活、对功率级的一个或多个环境条件的变化的检测、定时器的期满、或对功率级的能量转换效率未达到阈值条件的检测。
根据一个方面，用于控制电源系统的功率级的系统性能控制器包括：计算电路，该计算电路被配置为通过接收功率级的测量条件并基于测量条件计算性能度量来监视功率级的性能度量；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为响应于触发事件来执行人工智能(AI)算法，以识别功率级的控制参数的导致性能度量达到阈值条件的值。在一些示例中，触发事件包括功率级的激活、对功率级的一个或多个环境条件的变化的检测、对性能度量未达到阈值条件的检测、或对定时器的期满的检测。在一些示例中，AI算法为目标搜索算法。在一些示例中，AI算法为应用学习算法。
根据一个方面，电源系统包括：功率级，该功率级包括电力开关和电感器；电源控制器，该电源控制器连接到功率级；计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件；以及系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为耦接到电源控制器和计量电路。系统性能控制器被配置为基于测量条件来计算能量转换效率，并且为零电压开关(ZVS)控制参数选择导致能量转换效率达到阈值条件的值。ZVS控制参数指示流过电感器的反向电流的量值，以使电力开关的寄生电容放电。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。ZVS控制参数可以是指示反向电流的量值的电流感测电压阈值。ZVS控制参数可包括时间值，用于延迟电力开关的激活，使得反向电流的量值致使电力开关的寄生电容放电。ZVS控制参数可为第一ZVS控制参数，并且系统性能被配置为选择第一ZVS控制参数和第二ZVS控制参数的导致能量转换效率达到阈值条件的值的组合。第二ZVS控制参数可包括时间延迟。电力开关可为脉冲开关调制(PWM)场效应晶体管(FET)。系统性能控制器可包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为执行人工智能(AI)算法以迭代地修改ZVS控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。计量电路可包括：一个或多个电压传感器，该一个或多个电压传感器被配置为感测功率级的输入电压和输出电压；以及一个或多个电流传感器，该一个或多个电流传感器被配置为感测功率级的输入电流和输出电流。计量电路可包括一个或多个模数转换器(ADC)，该一个或多个模数转换器被配置为将测量条件转换为数字格式。在功率级的操作期间，系统性能控制器可响应于触发事件来更新ZVS控制参数，其中触发事件可包括以下至少一项：对功率级的一个或多个环境条件的变化的检测；或对能量转换效率未达到阈值条件的检测。系统性能控制器可响应于功率级的激活来更新ZVS控制参数。
根据一个方面，电源系统包括功率级，该功率级包括第一电力开关、第二电力开关和电感器。电源系统包括存储零电压开关(ZVS)控制参数的电源控制器，其中ZVS控制参数指示流过电感器以使第二电力开关的寄生电容放电的反向电流的量值。电源系统包括：计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件；以及系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为响应于触发事件来更新ZVS控制参数。系统性能控制器包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改ZVS控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。触发事件可包括对功率级的环境条件的变化的检测，其中环境条件包括功率级的输入电压。触发事件可包括对能量转换效率未达到阈值条件的检测。计量电路可包括：多路复用器，该多路复用器被配置为接收表示测量条件的至少一部分的多个模拟信号并生成多路复用的模拟信号；以及模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置为将多路复用的模拟信号转换为数字信号。ZVS控制参数可包括时间值，用于延迟第二电力开关的激活，致使反向电流的量值使第二电力开关的寄生电容放电。在第一电力开关和第二电力开关的开关操作期间，ZVS控制参数可致使第一电力开关比第二电力开关激活更长时间以使第二开关的寄生电容放电。
根据一个方面，使用能量转换效率来控制功率级的零电压开关(ZVS)控制参数的方法包括：检测功率级的触发事件，其中功率级包括电力开关和电感器；以及基于能量转换效率来更新ZVS控制参数的值，其中ZVS控制参数指示流过电感器以使电力开关的寄生电容放电的反向电流的量值。更新步骤包括：接收功率级的测量条件；基于测量条件来计算功率级的能量转换效率；以及修改ZVS控制参数直到能量转换效率达到阈值条件。
根据各个方面，该方法可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。触发事件可包括：功率级的激活；对功率级的一个或多个环境条件的变化的检测；或对功率级的能量转换效率未达到阈值条件的检测。ZVS控制参数可为第一ZVS控制参数，并且该更新还包括选择第一ZVS控制参数和第二ZVS控制参数的导致能量转换效率达到阈值条件的值的组合，其中第二ZVS控制参数包括时间延迟。
根据一个方面，电源系统包括：多个功率级，该多个功率级被配置为接收输入电压并生成输出电压；以及系统主机设备，该系统主机设备连接到多个功率级。系统主机设备包括系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为使用总体能量转换效率来设置或更新用于控制多个功率级的一个或多个控制参数。系统主机设备包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算总体能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改一个或多个控制参数直到总体能量转换效率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。一个或多个控制参数可包括定义一个或多个效率转变点的相变参数，该一个或多个效率转变点指示何时停用或激活多个级中的一个或多个的定时。一个或多个控制参数可包括中间总线电压，该中间总线电压指示电源总线上在两个相邻功率级之间的电压。一个或多个控制参数可包括输入条件或输出条件中的至少一个。多个功率级可串联地连接。多个功率状态可并联地连接。效率计算电路可基于输入电压、输入电流、输出电压和输出电流来计算总体能量转换效率。系统性能控制器可响应于触发事件来更新一个或多个控制参数。触发事件可包括：多个功率级的激活；对多个功率级的测量条件的变化的检测；或对总体能量转换效率未达到阈值条件的检测。多个功率级可包括第一功率级和第二功率级。系统主机设备可经由第一电力通信总线连接到第一功率级，并且系统主机设备可经由第二电力通信总线连接到第二功率级。控制操纵模块可执行定义神经网络的人工智能(AI)算法，其中控制操纵模块可向神经网络应用训练数据以预测一个或多个控制参数的导致总体能量转换效率达到阈值条件的一个或多个值。
根据一个方面，电源系统包括被配置为接收输入电压并生成生输出电压的多个功率级，其中多个功率级包括第一功率级和第二功率级。电源系统可包括连接到多个功率级的系统主机设备，其中系统主机设备存储用于控制多个功率级的控制参数。系统主机设备可包括系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为接收来自多个功率级的测量条件，并且响应于触发事件，基于测量条件来更新控制参数。系统性能控制器包括：效率计算电路，该效率计算电路被配置为基于测量条件来计算总体能量转换效率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改控制参数直到总体能量转换效率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。控制参数可包括用于停用第一功率级的相变点。控制参数可包括用于激活第一功率状态的相变点。控制参数可包括中间总线电压，其中中间总线电压为第一率级和第二功率级之间的电压。控制参数可包括第一功率级的输入电压或输出电压。触发事件可包括：多个功率级的激活；对测量条件的变化的检测；或对总体能量转换效率未达到阈值条件的检测。
根据一个方面，使用总体能量转换效率来控制多个功率级的方法包括：检测多个功率级的触发事件，其中多个功率级包括第一功率级和与第一功率级串联或并联连接的第二功率级；基于总体能量转换效率来更新控制多个功率级的控制参数的值，其中控制参数包括相变参数、中间总线电压或各功率级的输入条件或输出条件，并且更新包括接收多个功率级的测量条件，基于测量条件来计算总体能量转换效率，以及修改控制参数直到总体能量转换效率达到阈值条件。在一些示例中，触发事件可包括：多个功率级的激活、对测量条件的变化的检测、或对总体能量转换效率未达到阈值条件的检测。可基于输入电压、输入电流、输出电压和输出电流来计算总体能量转换效率。
根据一个方面，电源系统包括：功率级；电源控制器，该电源控制器被配置为控制功率级的操作；计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件；以及系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为耦接到电源控制器和计量电路。系统性能控制器被配置为基于功率级的待机功率来设置或调整功率级的控制参数。系统性能控制器包括：待机功率计算电路，该待机功率计算电路被配置为基于测量条件来计算功率级的待机功率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改控制参数直到待机功率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。待机功率计算电路可基于功率级的输入电压和输入电流来计算待机功率。控制参数可包括跳循环参数。在功率级的操作期间，系统性能控制器可响应于触发事件来更新控制参数。控制参数可为第一控制参数，并且系统性能控制器可选择第一控制参数和第二控制参数的导致待机功率达到阈值条件的值的组合。控制操纵模块可通过基于人工智能(AI)算法为控制参数选择不同的值来迭代地修改控制参数。控制操纵模块可向人工智能(AI)算法的神经网络应用训练数据以预测控制参数的导致待机功率达到阈值条件的值。控制操纵模块可：为控制参数选择第一值；将第一值发送到电源控制器；基于测量条件，利用第一值计算功率级的待机功率；响应于待机功率未达到阈值条件而修改第一值以获得第二值；将第二值发送到电源控制器；以及基于测量条件，利用第二值计算待机功率。计量电路可包括：电压传感器，该电压传感器被配置为感测输入电压；以及电流传感器，该电流传感器被配置为感测输入电流。计量电路可包括模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置为将被监视条件转换为数字格式。
根据一个方面，电源系统包括：功率级；电源控制器，该电源控制器存储用于控制功率级的操作的控制参数；以及计量电路，该计量电路被配置为感测功率级的测量条件，其中测量条件包括功率级的输入电压和功率级的输入电流。电源系统可包括系统性能控制器，该系统性能控制器被配置为耦接到电源控制器和计量电路，其中系统性能控制器被配置为更新控制参数以最小化功率级的待机功率。系统性能控制器包括：待机功率计算电路，该待机功率计算电路被配置为基于输入电压和输入电流来计算功率级的待机功率；以及控制操纵模块，该控制操纵模块被配置为修改控制参数直到待机功率达到阈值条件。
根据各个方面，电源系统可包括以上/以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。控制参数可包括跳循环参数。系统性能控制器可响应于触发事件来更新控制参数。控制参数可为第一控制参数，并且系统性能控制器可选择第一控制参数和第二控制参数的导致待机功率达到阈值条件的值的组合。控制操纵模块可通过基于人工智能(AI)算法为控制参数选择不同的值来迭代地修改控制参数。控制操纵模块可向人工智能(AI)算法的神经网络应用训练数据以预测控制参数的导致待机功率达到阈值条件的值。计量电路可包括：电压传感器，该电压传感器被配置为感测输入电压；以及电流传感器，该电流传感器被配置为感测输入电流；以及模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置为将输入电压和输入电流转换为数字格式。
根据一个方面，控制功率级的控制参数以最小化待机功率的方法包括：检测功率级的触发事件；以及更新控制功率级的控制参数的值以最小化功率级的待机功率，其中该控制参数包括跳循环参数。该更新可包括：接收功率级的测量条件；基于测量条件来计算待机功率；以及修改控制参数直到待机功率达到阈值条件。在一些示例中，基于输入电压和输入电流来计算待机功率。在一些示例中，该方法包括：测量功率级的输入电压和输入电流；以及将输入电压和输入电流转换为数字格式。
附图说明
图1A示出根据一个方面的具有系统性能控制器的电源系统。
图1B示出根据一个方面的图1B的系统性能控制器。
图2示出根据一个方面的描绘了系统性能控制器的示例性操作的流程图。
图3示出根据一个方面的描绘了电源系统的示例性操作的流程图。
图4示出根据一个方面的具有串联连接的多个系统性能控制器和多个功率级的电源系统。
图5示出根据一个方面的具有并联连接的多个系统性能控制器和多个功率级的电源系统。
图6示出根据一个方面的具有系统性能控制器和多个功率级的电源系统。
图7示出根据一个方面的描绘了使用目标搜索算法对系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图8示出根据一个方面的描绘了使用应用学习算法对系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图9A示出根据另一个方面的描绘了使用目标搜索算法对系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图9B示出根据另一个方面的描绘了使用应用学习算法对系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图10A示出根据一个方面的具有用于零电压开关控制的系统性能控制器的电源系统。
图10B示出根据一个方面的电源系统的功率级。
图10C示出根据一个方面的功率级的开关损耗。
图10D示出根据一个方面的作为零电压开关控制参数的电流感测电压阈值。
图10E示出根据一个方面的电流感测电压阈值的值的效率曲线。
图11示出根据一个方面的具有用于零电压开关控制的系统性能控制器的电源系统。
图12示出根据一个方面的电源系统的电源控制器。
图13示出根据一个方面的描绘了用于零电压开关控制的系统性能控制器的示例性操作的流程图。
图14示出根据一个方面的描绘了使用目标搜索算法对用于零电压开关控制的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图15示出根据一个方面的描绘了使用应用学习算法对用于零电压开关控制的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图16示出根据另一个方面的描绘了使用目标搜索算法对用于零电压开关控制的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图17示出根据另一个方面的描绘了使用应用学习算法对用于零电压开关控制的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图18A和图18B示出根据一个方面的具有用于使用总体效率控制多个串行功率级的系统性能控制器的电源系统。
图19示出根据一个方面的沿着总体效率功率曲线的作为电源系统的控制参数的相变点。
图20A和图20B示出根据一个方面的具有用于使用总体效率控制多个并行功率级的系统性能控制器的电源系统。
图21示出根据一个方面的描绘了对用于使用总体效率控制多个功率级的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
图22示出根据一个方面的具有用于基于待机功率设置或调整控制参数的系统性能控制器的电源系统。
图23示出根据一个方面的在跳循环模式期间用于控制一个或多个功率级的控制信号。
图24示出根据一个方面的描绘了对用于基于待机功率控制功率级的系统性能控制器进行示例性操作的流程图。
具体实施方式
本说明书涉及具有或使用了系统性能控制器的电源系统，该系统性能控制器计算一个或多个功率级的能量转换效率(例如，η＝(Vout*Iout)/(Vin*Iin))并且通过调整控制参数的值来设置或调整功率级的一个或多个参数，直到能量转换效率达到阈值条件(例如，最大化和/或达到目标阈值)。系统性能控制器可执行人工智能(AI)算法以单步通过(或循环通过)一个或多个控制参数的值，直到效率最大化和/或等于或大于阈值水平。系统性能控制器可根据生产期间或系统寿命期间的能量转换效率来设置或更新控制参数，这可致使功率级继续满足目标或最佳能量转换效率，而不管环境条件的变化、功率级的电路部件的老化、功率级的电路部件的制造变化、和/或功率级的热效应。
例如，当电力开关被激活时，功率级可响应于电力开关的漏极-源极电压变为非零而引起开关损耗，从而减小能量转换效率。在一些示例中，控制参数可包括零电压开关(ZVS)控制参数，这些控制参数使得电力开关(或多电力开关)能够在ZVS(或基本上ZVS)时进行开关。能量转换效率可能受到电力系统的环境(例如，外部刺激)以及电力系统的部件的制造变化的负面影响。
然而，系统性能控制器计算能量转换效率，然后设置或调整将导致能量转换效率达到阈值条件的一个或多个控制参数。此外，在一些示例中，系统性能控制器在功率级的寿命期间监视和计算能量转换效率，并且可以编程方式重新评估并有可能为ZVS控制参数选择优化能量转换效率或将其保持在阈值水平的新值，而不管环境的变化、部件的老化和/或功率级的热效应。
在一些示例中，电源系统包括多个功率级(例如，串联或并联连接)，并且系统性能控制器被配置为在生产期间或在功率级的寿命期间以一种方式控制功率级，该方式最大化总体能量转换效率或致使总体能量转换效率大于阈值水平。总体能量转换效率可为端到端能量转换效率。在一些示例中，系统性能控制器可设置或调整相位切减/相位添加参数，这些参数控制何时可停用(或激活)功率级以最大化总体能量转换效率。在一些示例中，系统性能控制器可设置或调整一个或多个中间总线电压，以致使总体能量转换效率最大化或大于阈值水平。
在一些示例中，系统性能控制器直接计算一个或多个功率级的待机功率(例如，(VIN*IIN))并且通过调整控制参数的值来设置或调整功率级的一个或多个控制参数，直到待机功率最小化或小于阈值水平。待机功率可以是停用的设备所使用的电能(例如，该设备耦接到功率级，但已关闭)。例如，系统性能控制器基于测量条件直接计算功率级的待机功率(例如，(VIN*IIN))并为控制参数选择值，使得待机功率最小化和/或小于待机功率阈值水平。在一些示例中，跳循环参数可能会影响待机功率。例如，当停用的设备耦接到功率级时，电源控制器可以以跳循环模式控制功率级。在跳循环模式下，电源控制器生成脉冲集，以在突发周期(之后是跳循环周期)期间切换电力开关，然后在突发周期(之后是跳循环周期)期间生成另一脉冲集。跳循环参数可包括突发周期期间的脉冲频率、突发周期期间的占空比、突发周期之间的时间和/或跳循环周期的长度。
在一些示例中，系统性能控制器监视和计算其他性能度量诸如噪声(例如，总谐波失真)、排放物、纹波和/或瞬态响应，并且通过调整控制参数的值来设置或调整功率级的一个或多个控制参数，直到所监视的性能度量最大化(或最小化)和/或达到目标阈值。
图1示出了电源系统100，该电源系统具有一个或多个功率级102、电源控制器104、计量电路106和系统性能控制器108，该系统性能控制器被配置为基于测量条件103来计算性能度量101(或一组性能度量101)并且设置或调整一个或多个控制参数105，使得性能度量101(或该组性能度量101)达到阈值条件(例如，低于/高于目标水平、最大化或最小化、或落在可接受的范围内)。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为设置或调整一个或多个控制参数，使得性能度量101最大化(或最小化)。由系统性能控制器108确定的控制参数105可存储在电源控制器104处。图1B示出根据一个方面的系统性能控制器108的示例的示意图。
性能度量101可能受到功率级102的环境(例如，外部刺激)以及功率级102的部件的制造变化的负面影响。然而，系统性能控制器108可在生产期间或系统寿命期间根据性能度量101来设置或更新控制参数105，这可能致使功率级102继续满足性能度量101，而不管环境条件的变化、功率级102的电路部件112的老化、功率级102的电路部件112的制造变化和/或功率级102的热效应。
控制参数105可以是功率级102的任何类型的控制参数，这些控制参数可能会影响一个或多个性能度量101。在一些示例中，控制参数105可包括零电压开关(ZVS)参数142、死区时间144、脉冲宽度146、占空比148、开关频率150、跳循环参数152、相变参数158(例如，相位切减/相位添加)、中间总线电压参数160和/或输入/输出(I/O)条件161。在一些示例中，控制参数105可包括零电流开关(ZCS)。在一些示例中，控制参数105可包括同步/异步整流、线电压倍频、能量回收、缓冲和/或安全操作区(SOA)。在一些示例中，控制参数105可包括模式和转变，诸如连续的、不连续的、临界的、固定频率、可变频率、接通时间、断开时间、谐振转变、开关频率中心/调制、电流极限和/或功率级驱动(例如，强度、波形)。
在一些示例中，性能度量101为能量转换效率123。能量转换效率123为输出功率与输入功率的比率。在一些示例中，能量转换效率123为单个效率123A。单个效率123A是指单个功率级102的能量转换效率。在一些示例中(诸如，在多个功率级的情况下)，能量转换效率123可指总体效率123B。总体效率123B是指功率级102的端到端能量转换效率。在一些示例中，代替使用间接参数作为能量转换效率的函数，系统性能控制器108基于测量条件103(例如，输入电压、输入电流、输出电压、输出电流)直接计算功率级102的能量转换效率123(例如，η＝(VOUT*IOUT)/(VIN*IIN))并且为控制参数105选择值，使得能量转换效率123最大化和/或等于或超过效率阈值水平。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到能量转换效率123最大化和/或等于或超过效率阈值水平。
在一些示例中，系统性能控制器108可调整ZVS控制参数142(或多个ZVS控制参数142)，直到能量转换效率123最大化和/或等于或超过效率阈值水平。例如，如果电力开关141在其漏极-源极电压为非零时激活，则可能发生开关损耗。ZVS控制参数142可以是控制参数，其导致电力开关以零电压(或基本上零电压)激活以减少或消除开关损耗，从而改善能量转换效率123。在一些示例中，ZVS控制参数142指示流过电感器以使电力开关的寄生电容放电的反向电流的量值。在一些示例中，ZVS控制参数142为指示反向电流的量值的电流感测电压阈值。在一些示例中，ZVS控制参数142包括时间值，用于延迟电力开关的激活，使得反向电流的量值致使电力开关的寄生电容放电。在一些示例中，ZVS控制参数142包括死区时间144。
其他控制参数105也可能会影响功率级102的能量转换效率123。例如，系统性能控制器108可通过修改脉冲宽度146来设置或调整脉冲宽度146的值，直到能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，阈值条件为能量转换效率123等于或大于阈值水平。在一些示例中，阈值条件为能量转换效率123最大化。在一些示例中，系统性能控制器108可通过修改占空比148来设置或调整占空比148的值，直到能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108可通过修改开关频率150来设置或调整开关频率150的值，直到能量转换效率123达到阈值条件。
在一些示例中，系统性能控制器108可通过修改死区时间144来设置或调整死区时间144的值，直到能量转换效率123达到阈值条件。死区时间144可涉及第一电力开关和第二电力开关被停用的时间段。当死区时间过长时，功率级102可能会由于第一电力开关和第二电力开关的体二极管的导通和反向恢复而引起损耗，从而降低功率级102的能量转换效率123。当死区时间144过短时，功率级102可能会由于第一电力开关和第二电力开关的同时导通而发生损耗，产生相对大的电流尖峰，从而降低功率级102的能量转换效率123。
在一些示例中，性能度量101为待机功率125。待机功率125可以是停用的设备所使用的电能(例如，该设备耦接到功率级102，但已关闭)。例如，系统性能控制器108可以基于测量条件103(例如，输入电压和输入电流)直接计算功率级102的待机功率125(例如，(VIN*IIN))并且为控制参数105选择值，使得待机功率125达到阈值条件(例如，最小化和/或小于待机功率阈值水平)。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到待机功率125最小化和/或小于待机功率阈值水平。在一些示例中，跳循环参数152可能会影响待机功率125。例如，当停用的设备耦接到功率级102时，电源控制器104可以以跳循环模式(例如，跳跃模式、跳循环调制等)来控制功率级102。在跳循环模式下，电源控制器104生成脉冲集，以在突发周期(之后是跳循环周期)期间切换电力开关141，然后在突发周期(之后是跳循环周期)期间生成另一脉冲集。跳循环参数152可包括突发周期期间的脉冲频率、突发周期期间的占空比、突发周期之间的频率和/或跳循环周期的长度。
在一些示例中，性能度量101为瞬态响应。例如，系统性能控制器108基于测量条件103直接计算功率级102的瞬态响应度量并且为控制参数105选择值，使得瞬态响应度量达到阈值条件(例如，最小化和/或小于瞬态响应阈值水平)。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到瞬态响应度量最小化和/或小于瞬态响应阈值水平。
在一些示例中，性能度量101为总谐波失真(THD)。例如，系统性能控制器108可基于测量条件103直接计算THD度量(例如，指示功率级102内的THD的水平)并且为控制参数105选择值，使得THD度量达到阈值条件(例如，最小化和/或小于THD阈值水平)。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到THD度量最小化和/或小于THD阈值水平。
在一些示例中，性能度量101为排放物(例如，电磁辐射)。例如，系统性能控制器108可基于测量条件103直接计算排放物度量(例如，指示功率级102内的排放物的水平)并且为控制参数105选择值，使得排放物度量达到阈值条件(例如，最小化和/或小于排放物阈值水平)。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到排放物度量最小化和/或小于排放物阈值水平。
在一些示例中，性能度量101为纹波。例如，系统性能控制器108可基于测量条件103直接计算纹波度量(例如，指示功率级102内的纹波的水平)并且为控制参数105选择值，使得纹波度量达到阈值条件(例如，最小化和/或小于纹波阈值水平)。例如，系统性能控制器108可调整一个或多个控制参数105，直到纹波度量最小化和/或小于纹波阈值水平。然而，性能度量101可包括其他FOM，诸如输出电压、功率因数等。
系统性能控制器108连接到电源控制器104。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为向电源控制器104提供控制参数105，使得电源控制器104可根据由系统性能控制器108确定的设置的或更新的值来控制功率级102。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为从电源控制器104接收环境条件和/或控制条件。环境和/或控制条件可包括输入电压、输入电流、电流感测、开关频率、占空比、温度、操作模式参数等。
在一些示例中，系统性能控制器108被线连接到电源控制器104。在一些示例中，系统性能控制器108被无线地连接(例如，基于网络的连接，诸如专用网络或互联网)到电源控制器104。在一些示例中，电源控制器104和功率级102包括在集成产品(例如，半导体封装)中。在一些示例中，系统性能控制器108位于集成产品的外部。在一些示例中，系统性能控制器108与显示设备相关联，该显示设备提供外部输入/输出接口以查看结果、设置环境条件和/或修改控件。在一些示例中，集成产品包括系统性能控制器108和计量电路106。在一些示例中，系统性能控制器108位于远离电源控制器104和功率级102的服务器上。在一些示例中，系统性能控制器108被可移除地连接到电源控制器104。例如，可在功率级102的测试和/或生产期间将系统性能控制器108连接到电源控制器104以确定控制参数105(然后将其存储在电源控制器104处)，但系统性能控制器108不包括在集成产品中。
系统性能控制器108连接到计量电路106。在一些示例中，系统性能控制器108被线连接到计量电路106。在一些示例中，系统性能控制器108被无线地连接到计量电路106。系统性能控制器108可接收关于功率级102的测量条件103，以计算一个或多个性能度量101。
电源控制器104连接到功率级102。电源控制器104可以是被配置为控制功率级102的操作的任何类型的控制器。一般来讲，电源控制器104的类型可取决于功率级102的类型。在一些示例中，电源控制器104为PWM控制器。电源控制器104被配置为根据控制参数105生成控制信号以控制功率级102，并且控制信号被提供给功率级102。电源控制器104可包括模拟驱动器110，这些模拟驱动器被配置为针对功率级102的电路部件112中的一个或多个生成控制信号。在一些示例中，电源控制器104从功率级102接收环境条件(例如，输入电压、输入电流、电流感测、开关频率、占空比、操作模式参数、温度等)。
在一些示例中，电源控制器104可包括数字部件和模拟部件的组合。在一些示例中，电源控制器104可包括逻辑电路、比较器、存储器设备等。控制参数105被存储在电源控制器104的程序存储器处，可由系统性能控制器108确定这些参数，使得一个或多个性能度量101得到优化。在一些示例中，存储在电源控制器104的程序存储器处的控制参数105由系统性能控制器108更新(例如，自动更新)以说明变化的环境条件、部件的老化和/或系统的热效应。
尽管图1A中示出了一个功率级102，但本文讨论的电源系统可以包括多个功率级102，如本公开中稍后进一步讨论的。例如，电源系统100可包括单个功率级102或者并联和/或串联功率级102的组合。功率级102可包括功率转换电路，该功率转换电路转换电功率，诸如在交流电(AC)和直流电(DC)之间转换、DC转换到DC、DC转换到AC或者针对它们的任何组合改变电压或频率。
一般来讲，功率级102可包含多种拓扑中的一种，诸如降压转换器、升压转换器、反相降压-升压转换器、反激转换器、有源钳位正激转换器、单开关正激转换器、双开关正激转换器、推挽式转换器、半桥式转换器、全桥式转换器、相轴式全桥式转换器等。在一些示例中，功率级102包括开关谐振转换器。
功率级102包括电路部件112。电路部件112可包括二极管、开关(例如，晶体管、场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))、电容器、电感器和/或变压器等。在一些示例中，电路部件112包括电感器143。在一些示例中，电感器143为升压电感器。在一些示例中，电路部件112包括一个或多个电力开关141。在一些示例中，电力开关141包括FET。在一些示例中，电力开关141包括第一电力开关和第二电力开关。在一些示例中，第一电力开关为脉宽调制(PWM)开关(例如，FET)。在一些示例中，第一电力开关为高侧PWMFET。在一些示例中，第二电力开关为PWM开关(例如，FET)。在一些示例中，第二电力开关为低侧PWM FET。
计量电路106连接到功率级102。在一些示例中，功率级102包括计量电路106。计量电路106被配置为感测功率级102的测量条件103。例如，计量电路106可监视并获得功率级102的测量条件103。在一些示例中，计量电路106被配置为以模拟格式从功率级102获得关于测量条件103的信息，并将关于测量条件103的信息转换为数字格式。
在一些示例中，测量条件103包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。在一些示例中，测量条件103包括功率级102的温度。在一些示例中，测量条件103包括功率级102的所测量的噪声，诸如功率级102的所检测的总谐波失真(THD)。在一些示例中，测量条件103包括功率级102的所检测的排放物(例如，电磁干扰(EMI)、电磁相容性(EMC))。在一些示例中，测量条件103包括中间条件，诸如功率级102的分支电流、节点电压(例如，零电流条件、零电压条件)、压摆率以及波形。在一些示例中，测量条件103包括功率级102的一个或多个部件的参数变化或老化水平。在一些示例中，测量条件103包括所推断的条件，诸如升压电感，其可能由于老化而随时间变化。可通过在开关时间段内测量差分电压和差分电流来推断电感(例如，L＝(V*dt)/dI)。类似地，可通过在开关时间段内测量差分电压和差分电流来推断电容(例如，C＝(I*dt)/dV等)。
在一些示例中，计量电路106包括一个或多个传感器114，该一个或多个传感器耦接到功率级102并且被配置为测量并获得上述测量条件103中的一个或多个。在一些示例中，传感器114包括一个或多个电流传感器，诸如：第一电流传感器，其获得功率级102的输入电流；以及第二电流传感器，其获得功率级102的输出电流(或任何其他电流传感器，其获得功率级102内的一个或多个中间电流)。在一些示例中，传感器114包括一个或多个电压传感器，诸如：第一电压传感器，其获得功率级102的输入电压；以及第二电压传感器，其获得功率级102的输出电压(或任何其他电压传感器，其获得功率级102内的一个或多个中间电压)。在一些示例中，传感器114包括温度传感器，该温度传感器被配置为获得功率级102(或功率级102的各个部件)的温度。在一些示例中，传感器114包括一个或多个噪声检测传感器，该一个或多个噪声检测传感器被配置为获得功率级102的噪声水平。在一些示例中，传感器114包括排放物检测传感器，这些排放物检测传感器被配置为检测一种或多种类型的排放物。
在一些示例中，计量电路106包括一个或多个模数转换器(ADC)116，该一个或多个模数转换器被配置为将来自传感器114的感测到的信息转换为数字格式。在一些示例中，计量电路106包括一个或多个多路复用器118。例如，特定的多路复用器118被配置为接收信号(例如，每个信号对应于不同的测量条件103)，然后将这些信号多路复用为单个信号，然后由ADC 116将该单个信号转换为数字信号。在一些示例中，多路复用器118包括：第一多路复用器，其被配置为接收输入电压和输入电流(从相应的传感器114)，并生成表示输入电压和电流的单个信号；以及第二多路复用器，其被配置为接收输出电压和输出电流(从相应的传感器114)，并生成表示输出电压和输出电流的单个信号。在一些示例中，ADC 116包括：第一ADC，其被配置为从第一多路复用器接收信号并生成数字信号；以及第二ADC，其被配置为从第二多路复用器接收信号并生成数字信号。
系统性能控制器108可包括：一个或多个计算电路120，其被配置为计算相应的性能度量101；以及控制操纵模块130，其被配置为修改一个或多个控制参数105，直到性能度量101达到阈值条件(例如，最大化、最小化或高于/低于阈值水平)。在一些示例中，系统性能控制器108包括一个计算电路120。在一些示例中，系统性能控制器108包括多于一个计算电路120。
在一些示例中，系统性能控制器108为具有一个或多个存储器设备162和一个或多个数字处理器164的计算设备。存储器设备162包括可执行指令，这些可执行指令致使数字处理器164执行系统性能控制器108的操作。在一些示例中，系统性能控制器108包括一个或多个集成电路166。在一些示例中，系统性能控制器108包括一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)168。在一些示例中，系统性能控制器108包括一个或多个状态机170。在一些示例中，计算电路120(或多个计算电路120)和控制操纵模块130被包括在同一设备上(其可作为包括电源控制器104和功率级102的集成产品的一部分被包括在内或位于包括电源控制器104和功率级102的集成产品的外部)。在一些示例中，计算电路120(或多个计算电路120)被包括在第一计算设备上，并且控制操纵模块130被包括在第二计算设备中。在一些示例中，第一计算设备可被包括在集成产品中(连同电源控制器104和功率级102一起)，并且第二计算设备可位于集成产品的外部。
系统性能控制器108可包括效率计算电路122，该效率计算电路被配置为基于测量条件103来计算功率级102的能量转换效率123。在一些示例中，效率计算电路122基于测量条件103来连续地(例如，周期性地)计算功率级102的能量转换效率123。例如，系统性能控制器108从计量电路106接收测量条件103(例如，以数字格式)。测量条件103可包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流(例如，瞬态的或水平的)。效率计算电路122基于输入电压、输入电流、输出电压和输出电流来计算功率级102的能量转换效率123(例如，η＝(Vout*Iout)/(Vin*Iin))。在一些示例中，如稍后在本公开中关于具有多个功率级的电源系统所解释的，能量转换效率123可为总体效率123B。
控制操纵模块130被配置为重复地修改控制参数105(或一组控制参数105)，直到能量转换效率123达到阈值条件(例如，最大化或等于或大于阈值水平)。例如，在第一迭代中，控制操纵模块130被配置为为控制参数105选择第一值，并且控制操纵模块130被配置为将第一值提供给电源控制器104，使得功率级102以第一值进行操作。计量电路106感测功率级102的测量条件103(例如，输入电压、输入电流、输出电压、输出电流)。效率计算电路122计算根据第一值进行操作的功率级102的能量转换效率123。
如果能量转换效率123小于阈值水平，则控制操纵模块130为控制参数105选择第二值，并且控制操纵模块130将第二值提供给电源控制器104，使得功率级102根据第二值进行操作。然后，计量电路106感测功率级102的测量条件103(例如，输入电流、输入电压、输出电流、输出电压)。效率计算电路122计算以第二值进行操作的功率级102的能量转换效率123。如果能量转换效率123未达到阈值条件，则控制操纵模块130选择另一值，并且该过程重复进行直到能量转换效率123达到阈值条件。
系统性能控制器108可包括待机功率计算电路124，该待机功率计算电路被配置为基于测量条件103来计算待机功率125。在一些示例中，效率计算电路122基于测量条件103连续地(例如，周期性地)计算功率级102的待机功率125。例如，系统性能控制器108从计量电路106接收测量条件103(例如，以数字格式)。测量条件103可包括输入电压和输入电流。待机功率计算电路124基于输入电压和输入电流来计算待机功率125(例如，Vin*Iin)。然后，控制操纵模块130被配置为重复修改控制参数105(或一组控制参数105)，直到待机功率125最小化或小于阈值水平。
在一些示例中，计算电路120可包括一个或多个其他计算电路120，诸如：瞬态响应计算电路，其被配置为计算瞬态响应度量；THD计算电路，其被配置为计算THD度量；排放物计算电路，其被配置为计算排放物度量；和/或纹波通信电路，其被配置为计算纹波度量。这些其他计算电路120可结合控制操纵模块130来执行以调整一个或多个控制参数105，从而以与上述相同的方式最小化或最大化相应的性能度量101。
在一些示例中，控制操纵模块130通过基于人工智能(AI)算法132为控制参数105选择不同的值来迭代地修改控制参数105。例如，控制操纵模块130可执行AI算法132(与历史数据140一起输入)以识别接下来要选择一个或多个控制参数105中的哪个值。历史数据140可包括从电源系统100导出的数据。例如，历史数据140可包括先前由系统性能控制器108计算和/或导出的信息。在一些示例中，历史数据140可包括由系统性能控制器108执行的先前迭代的测量条件103、控制参数105和计算性能度量101。在一些示例中，历史数据140可包括从其他电源系统(例如，类似于电源系统100的电源系统)导出的数据。
AI算法132可获得针对环境条件和控制参数105的组合的所计算的度量(例如，效率)的最大加权组合，然后为控制参数105选择对应于最大加权组合的值。在一些示例中，AI算法132基于对所计算的度量中的每一个的预先确定的最小化、目标化或最大化来获得最大加权组合。
在一些示例中，AI算法132包括目标搜索算法134。目标搜索算法134可以是以获得目标性能度量的方式为控制参数105选择值的搜索算法。在一些示例中，AI算法132包括应用学习算法136，该应用学习算法定义神经网络138(与历史数据140一起输入)以预测一个或多个控制参数105的值。例如，根据应用学习算法136，控制操纵模块130被配置为将历史数据140(例如，也称为训练数据)应用于神经网络138，以预测一个或多个控制参数105的值，这些值导致性能度量101达到阈值条件。
神经网络138可以是互连节点组，每个节点都表示人工神经元。这些节点以层的形式彼此连接，其中一个层的输出变成下一个层的输入。神经网络138变换由输入层接收的输入、通过一系列隐藏层来变换该输入并经由输出层产生输出。每个层由节点集的子集组成。隐藏层中的节点完全连接到上一个层中的所有节点，并将它们的输出提供给下一个层中的所有节点。单个层中的节点彼此独立起作用(即，不共享连接)。输出中的节点将变换后的输入提供给请求过程。在一些示例中，神经网络138为卷积神经网络，其为未完全连接的神经网络。因此，卷积神经网络的复杂度低于完全连接的神经网络。卷积神经网络还可利用池化或最大池化来减少流过神经网络的数据的维数(从而降低复杂度)，因此可降低所要求的计算水平。这使得输出的计算在卷积神经网络中比在神经网络中更快。
在一些示例中，在功率级102的测试(或生产)期间使用系统性能控制器108，以针对一系列环境条件选择一个或多个控制参数105，该一个或多个控制参数实现目标性能度量101(或一组性能度量101)。例如，系统性能控制器108可针对功率级102的操作范围(例如，输入电压、电源电压、温度、输出电流等)为控制参数105(或多个控制参数105)选择值，使得所监视的性能度量101(或多个所监视的性能度量101)可达到阈值条件。
相对于第一环境条件(例如，具有值A的输入电压)，系统性能控制器108可确定控制参数105的某个第一值，该第一值导致性能度量101达到阈值条件。相对于第二环境条件(例如，具有值B的输入电压)，系统性能控制器108可确定控制参数105的某个第二值，该第二值导致性能度量101达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108针对功率级102的整个操作范围(例如，可以功率级102操作的输入电压的范围)确定控制参数105的值，这些值导致性能度量101达到阈值条件。
在一些示例中，控制参数105、对应的环境条件和所计算的性能度量101被存储在电源控制器104处。例如，电源控制器104可将控制参数105的第一值结合其对应的环境条件(例如，输入电压A)和对应的所计算的性能度量101来存储。电源控制器104可将控制参数105的第二值结合其对应的环境条件(例如，输入电压B)和对应的所计算的性能度量101来存储。
在一些示例中，响应于功率级102被激活(例如，接通)或者在功率级102正在操作时，电源控制器104可检测环境条件(例如，输入电压)并为控制参数105应用适当的值。例如，电源控制器104可接收一个或多个环境条件诸如输入电压、电流感测、温度等。如果电源控制器104检测到环境变化，则电源控制器104可使用控制参数105的适当的值来控制功率级102。
在一些示例中，在功率级102被激活(例如，功率级102被接通)时，电源控制器104可确定环境条件为输入电压B。在该示例中，电源控制器104可使用控制参数105的第二值。在后续激活时，电源控制器104可确定环境条件为输入电压A。在该示例中，电源控制器104可选择控制参数105的第一值。
在一些示例中，系统性能控制器108被配置为在系统的寿命期间连续地(例如，周期性地)监视性能度量101并且更新一个或多个控制参数105，使得性能度量101继续达到它们的阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为响应于触发事件而执行控制操纵模块130以更新一个或多个控制参数105。在一些示例中，触发事件包括功率级102的激活。在一些示例中，触发事件包括对定时器期满的检测。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化的检测。在一些示例中，触发事件包括对性能度量101未达到阈值条件的检测。
例如，系统性能控制器108被配置为以固定的时间间隔周期性地执行，或者基于诸如环境条件的变化、激活、低性能度量等的预定义事件来执行。例如，在功率级102的操作期间，系统性能控制器108监视环境条件，并且如果一个或多个环境条件变化超过阈值量，则系统性能控制器108被配置为执行以根据所监视的性能度量101来重新评估控制参数105然后将更新值提供给电源控制器104。
图2示出根据一个方面的描绘了系统性能控制器108的示例性操作的流程图200。在图2的示例中，系统性能控制器108包括：效率计算电路122，其被配置为监视和计算能量转换效率123；以及控制操纵模块130，其被配置为根据AI算法132操纵一个或多个控制参数105。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为监视能量转换效率123并响应于触发事件来更新一个或多个控制参数105，使得能量转换效率123随时间推移被优化或维持或改善。
在操作202中，系统性能控制器108检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级102的激活。在一些示例中，触发事件包括对定时器期满的检测。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化(例如，输入电压的变化)的检测。在一些示例中，触发事件包括对能量转换效率123未达到阈值条件的检测。
在操作204中，系统性能控制器108基于能量转换效率123来为控制参数105选择值(例如，使得能量转换效率123最大化)。在一些示例中，控制参数105为控制ZVS的ZVS控制参数142。在一些示例中，控制参数105为死区时间144，使得能量转换效率123最大化而不是交叉传导。在一些示例中，控制参数105为脉冲宽度146、占空比148、开关频率150、跳循环参数152或I/O条件161。
例如，在操作201中，系统性能控制器108接收功率级102的测量条件103。测量条件103包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。在一些示例中，系统性能控制器108从计量电路106接收测量条件103。在一些示例中，计量电路106将输入电压、输入电流、输出电压和输出电流转换为DC格式。在一些示例中，计量电路106包括一个或多个ADC 116。在一些示例中，计量电路106包括一个或多个多路复用器118。
在操作203中，效率计算电路122基于测量条件103来计算功率级102的能量转换效率123(例如，(VOUT*IOUT)/(VIN*IIN))。在操作205中，控制操纵模块130修改控制参数105，直到能量转换效率123达到阈值条件(例如，最大化或等于或大于阈值水平)。在一些示例中，控制操纵模块130为控制参数105选择第一值，并将该第一值发送到电源控制器104。然后，效率计算电路122基于测量条件103来计算根据第一值进行操作的功率级102的能量转换效率123。然后，控制操纵模块130响应于能量转换效率123未达到阈值条件而修改第一值以获得第二值，并将该第二值发送到电源控制器104。然后，效率计算电路122基于测量条件103来计算根据第二值进行操作的功率级102的能量转换效率123。
在一些示例中，控制操纵模块130使用AI算法132来修改控制参数105。在一些示例中，AI算法132为目标搜索算法134。在一些示例中，AI算法为应用学习算法136。在一些示例中，控制操纵模块130将历史数据140应用于神经网络138，以预测控制参数105的值，该值导致能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108针对第一环境条件确定控制参数105的导致能量转换效率123达到阈值条件的第一值，并且针对第二环境条件确定控制参数105的导致能量转换效率123达到阈值条件的第二值。在一些示例中，第一环境条件和第二环境条件为不同的电压。
在操作206中，系统性能控制器108将所选择的值提供给电源控制器104以利用所选择的值来控制功率级102。在一些示例中，所选择的值存储在电源控制器104处的程序存储器中。在一些示例中，系统性能控制器108使用所选择的值来更新程序存储器。
图3示出根据一个方面的描绘了系统性能控制器108的示例性操作的流程图300。尽管流程图300示出使用能量转换效率123作为所监视的性能度量101对系统性能控制器108进行的操作，但图3的操作可应用于任何性能度量101。如图3所示，系统性能控制器108可连续地监视功率级102的能量转换效率123，并且如果功率级102的能量转换效率123不满足阈值条件(例如，未最大化也未下降到低于阈值条件)，则系统性能控制器108可扰动电源系统100以单步通过控制参数105的值来设置或调整控制参数105的值，该值导致能量转换效率123达到阈值条件。
在操作302中，系统性能控制器108可检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括对功率级102的激活的检测。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化的检测。在一些示例中，触发事件包括对能量转换效率123未达到阈值条件的检测。
在操作304中，系统性能控制器108可确定系统性能控制器108是否包括历史数据140。在一些示例中，历史数据140包括控制参数105的值。在一些示例中，在系统性能控制器108的先前执行期间，系统性能控制器108可能已经使用效率计算电路122和控制操纵模块130确定了导致能量转换效率123达到阈值条件的值，并且这些已经优化的控制参数105被存储在历史数据140中。另外，需注意，历史数据140可包括已经从AI学习中优化的控制参数105。
如果系统性能控制器108包括历史数据140(是)，则在操作308中，系统性能控制器108从历史数据140加载控制参数105。例如，系统性能控制器108可将控制参数105提供给电源控制器104。如果系统性能控制器108不包括历史数据140(否)，则在操作306中，控制操纵模块130被配置为扰动系统，例如单步通过控制参数105的值。另选地，如果系统性能控制器108包括历史数据140，并且在系统性能控制器108从历史数据140加载控制参数105之后，该过程前进到操作306。在操作306中，控制操纵模块130选择第一值(例如，使用AI算法132)并将第一值提供给电源控制器104以根据第一值来操作功率级102。系统性能控制器108从计量电路106获得测量条件103。例如，测量条件103包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。
在操作312中，效率计算电路122计算能量转换效率123。例如，效率计算电路122基于测量条件103来计算功率级102的能量转换效率123(例如，(VOUT*IOUT)/(VIN*IIN))。在操作314中，系统性能控制器108确定能量转换效率123是否达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108使用AI算法132来确定能量转换效率123是否最大化。在一些示例中，系统性能控制器108确定能量转换效率123是否大于或等于目标水平。如果否，则过程返回到操作306以使用AI算法132来为控制参数105选择另一个值。
图4示出了具有彼此串联连接的多个功率级402的电源系统400。例如，功率级402包括耦接到负载409的第一功率级402-1、第二功率级402-2和第三功率级402-3。尽管图4示出了三个功率级402，但电源系统400可包括任意数量的功率级402，诸如两个功率级402或多于三个功率级402。在一些示例中，电源系统400包括电源控制器404，该电源控制器被配置为控制功率级402中的每一个。在一些示例中，对于功率级402中的每一个，电源系统400包括单独的电源控制器404。
功率级402中的每一个与单独的系统性能控制器相关联。例如，电源系统400包括：第一系统性能控制器408-1，其被配置为优化第一功率级402-1；第二系统性能控制器408-2，其被配置为优化第二功率级402-2；以及第三系统性能控制器408-3，其被配置为优化第三功率级402-3。单独的计量电路可被包括在每个功率级402内(或耦接到每个功率级)。
图5示出具有彼此并联连接的多个功率级502的电源系统500。例如，功率级502包括耦接到负载509的第一功率级502-1、第二功率级502-2和第三功率级502-3。尽管图5示出了三个功率级502，但电源系统500可包括任意数量的功率级502，诸如两个功率级502或多于三个功率级502。在一些示例中，电源系统500包括电源控制器504，该电源控制器被配置为控制功率级502中的每一个。在一些示例中，对于功率级502中的每一个，电源系统500包括单独的电源控制器504。
功率级502中的每一个与单独的系统性能控制器相关联。例如，电源系统500包括：第一系统性能控制器508-1，其被配置为优化第一功率级502-1；第二系统性能控制器508-2，其被配置为优化第二功率级502-2；以及第三系统性能控制器508-3，其被配置为优化第三功率级502-3。单独的计量电路可被包括在每个功率级502内(或耦接到每个功率级)。
图6示出根据一个方面的具有多个功率级602和单个系统性能控制器608的电源系统600。例如，功率级602包括第一功率级602-1、第二功率级602-2和第三功率级602-3。在一些示例中，功率级602相对于彼此串联耦接。在一些示例中，功率级602相对于彼此并联耦接。尽管图6示出了三个功率级602，但电源系统600可包括任意数量的功率级602，诸如两个功率级602或多于三个功率级602。在一些示例中，电源系统600包括电源控制器604，该电源控制器被配置为控制功率级602中的每一个。在一些示例中，对于功率级602中的每一个，电源系统600包括单独的电源控制器604。
在一些示例中，系统性能控制器608被配置为针对每个功率级602单独地优化性能。例如，参考图1A、图1B和图6，系统性能控制器608被配置为针对每个功率级602设置或调整控制参数105(或多个控制参数105)，使得每个功率级502实现目标性能度量101(或多个性能度量101)。如果所监视的性能度量101为能量转换效率123，则系统性能控制器108被配置为计算第一功率级602-1的能量转换效率123并针对第一功率级602-1调整一个或多个控制参数105直到能量转换效率123达到阈值条件。系统性能控制器608被配置为分别监视第二功率级602-2的能量转换效率123(并且对其控制参数105中的一个或多个进行任何调整)，并分别监视第三功率级602-3的能量转换效率123(并且对其控制参数105中的一个或多个进行任何调整)。
在一些示例中，系统性能控制器608被配置为监视功率级602的总体效率123B，然后针对功率级602中的一个或多个调整一个或多个控制参数105，直到总体效率123B达到阈值条件。例如，系统性能控制器608可接收输入电压和输入电流，它们是到功率级602的输入。另外，系统性能控制器608可接收输出电压和输出电流，它们是功率级602的输出。系统性能控制器108被配置为针对功率级602中的一个或多个调整一个或多个控制参数105，直到总体效率123B达到阈值条件。
图7示出根据一个方面的描绘了电源系统100的示例性操作的流程图700。尽管相对于电源系统100描述了图7的流程图700，但图7的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。在一些示例中，使用系统性能控制器108设置控制参数105，然后将其存储在电源控制器104处。系统性能控制器108可使用目标搜索算法134来执行图7的一些操作。电源控制器104周期性地测量环境条件，并将适当的控制参数105应用于功率级102。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为在电源系统的开发、测试和/或生产期间发起图7的操作。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为响应于功率级102被激活而发起图7的操作。
在一些示例中，性能度量101为能量转换效率123。在一些示例中，能量转换效率123为单个效率123A。在一些示例中，能量转换效率123为总体效率123B。在一些示例中，性能度量101为待机功率125。在一些示例中，性能度量101为THD度量、纹波度量、排放物度量或瞬态响应度量。控制参数105可以是用于控制功率级102的上述参数中的任一个。
在一些示例中，系统性能控制器108被配置为将第一值提供给电源控制器104，使得功率级102根据第一值进行操作。在操作708中，计算电路120被配置为计算性能度量101。例如，系统性能控制器108从计量电路106接收测量条件103，并计算性能度量101(例如，能量转换效率123)。在操作710中，系统性能控制器108存储环境条件、控制参数105的第一值和所计算的性能度量101。
在操作712中，系统性能控制器108确定是否实现期望的Z响应，例如，性能度量101是否达到阈值条件(例如，最大化、最小化或大于/小于阈值水平)。如果否，则操作返回到操作706，并且控制操纵模块130基于目标搜索算法134来为控制参数105选择第二值。如果是，则在操作714中，系统性能控制器108确定环境范围是否完整，例如，是否已经测试了环境条件的范围。如果否，则系统性能控制器108将该过程引导回到操作704以便为环境条件设置另一个值。例如，系统性能控制器108可选择输入电压B作为环境条件，然后修改控制参数105的值，直到性能度量101达到阈值条件。如果是，则该过程前进到操作716。
在操作716中，可选择得到期望性能度量101的程序控制(例如，针对环境范围选择控制参数105的导致性能度量101达到阈值条件的值)。例如，对于对应的环境条件，程序控制可包括控制参数105的导致性能度量101达到阈值条件的值。
在操作718中，程序控制可存储在电源控制器104的乘积存储器中。在操作720中，电源控制器104将程序控制应用于功率级102。在一些示例中，在操作722中，电源控制器104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制。在一些示例中，周期性间隔可根据多于一个事件(诸如功率循环)来指仅一次或多于一次，以确保有效覆盖。
例如，电源控制器104可接收一个或多个环境条件诸如输入电压、电流感测、温度等。如果电源控制器104检测到环境变化，则电源控制器104可使用控制参数105的适当的值来控制功率级102。例如，在功率级102被激活(例如，功率级102被接通)时，电源控制器104可确定环境条件为输入电压B。在该示例中，电源控制器104可使用控制参数105的适当的值。在后续激活时，电源控制器104可确定环境条件是输入电压A，并且电源控制器104可选择控制参数105的适当的值。
图8示出根据一个方面的描绘了电源系统100的示例性操作的流程图800。尽管相对于电源系统100描述了图8的流程图800，但图8的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。图8的流程图800可类似于图7的流程图700，不同的是图8的流程图800使用了应用学习算法136。图8的操作可包括参考图7所描述的任何特征。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为在电源系统100的开发、测试和/或生产期间发起图8的操作。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为响应于功率级102被激活(例如，被接通)而发起图8的操作。
相对于图8的操作，在一些示例中，性能度量101为能量转换效率123。在一些示例中，能量转换效率123为单个效率123A。在一些示例中，能量转换效率123为总体效率123B。在一些示例中，性能度量101为待机功率125。在一些示例中，性能度量101为THD度量、纹波度量、排放物度量或瞬态响应度量。控制参数105可以是用于控制功率级102的上述参数中的任一个。
在操作802中，激活功率级102(例如，初始通电)。在操作804中，系统性能控制器108设置一个或多个环境条件。在操作806中，控制操纵模块130使用应用学习算法136来修改控制参数105的值。尽管流程图800描绘了单个控制参数105的修改，但控制操纵模块130可设置和修改多个不同的控制参数105。控制参数105可具有限定值范围的控制范围。控制操纵模块130可选择控制范围内的第一值(例如，ZVS控制参数142的某个值)。在一些示例中，系统性能控制器108被配置为将第一值提供给电源控制器104，使得功率级102根据第一值进行操作。在操作808中，计算电路120计算性能度量101。例如，计算电路120从计量电路106接收测量条件103，并计算性能度量101(例如，能量转换效率123)。在操作810中，系统性能控制器108存储环境条件、控制参数105的值和所计算的性能度量101。
在操作812中，系统性能控制器108确定控制参数105的控制范围是否完整。如果否，则该过程返回到操作806，控制操纵模块130使用应用学习算法136来为控制参数105选择另一值。如果是，则在操作814中，系统性能控制器108确定环境范围是否完整，例如，是否已经测试了环境条件的范围。如果否，则系统性能控制器108将该过程引导回到操作804以便为环境条件设置另一个值。例如，控制操纵模块130可针对环境条件选择另一个值，然后针对其控制范围修改控制参数105的值。如果是，则该过程前进到操作816。
在操作816中，可选择得到期望性能度量的程序控制(例如，针对环境范围选择控制参数105的得到最佳性能度量的值)。例如，对于对应的环境条件，程序控制可包括控制参数105的优化了性能度量101的值。在操作818中，程序控制可存储在电源控制器104的乘积存储器中。在操作820中，电源控制器104将程序控制应用于功率级102。在操作822中，在一些示例中，如相对于图7的流程图700所讨论的，电源控制器104测量环境条件，并且以周期性间隔应用程序控制。
图9A示出根据另一个方面的描绘了电源系统100的示例性操作的流程图900。尽管相对于电源系统100描述了图9A的流程图900，但图9A的操作可适用于本文讨论的电源系统中的任一个。图9A的流程图900可类似于图7的流程图700(例如，两者都使用目标搜索算法134)，不同的是流程图900描绘了连续学习示例。
相对于图9A的操作，在一些示例中，性能度量101为能量转换效率123。在一些示例中，能量转换效率123为单个效率123A。在一些示例中，能量转换效率123为总体效率123B。在一些示例中，性能度量101为待机功率125。在一些示例中，性能度量101为THD度量、纹波度量、排放物度量或瞬态响应度量。控制参数105可以是用于控制功率级102的上述参数中的任一个。
在图9A中，操作的发起可以是事件驱动的和/或周期性地驱动的。在操作902中，系统性能控制器108可检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级102被激活。在一些示例中，触发事件在功率级102的操作期间发生。例如，当功率级102正在执行时，系统性能控制器108可检测环境变化。在一些示例中，在功率级102正在执行时，系统性能控制器108可连续地(例如，周期性地)计算性能度量101，并且响应于性能度量101未达到阈值条件，系统性能控制器108可能会检测到触发事件。在一些示例中，系统性能控制器108监视定时器，并且在操作901中，在检测到定时器期满时，则系统性能控制器108被配置为触发图9A的操作。
在检测到触发事件或定时器期满时，在操作904中，控制操纵模块130使用目标搜索算法134来修改控制参数105的值。尽管流程图900描绘了单个控制参数105的修改，但控制操纵模块130可设置和修改多个不同的控制参数105。在一些示例中，控制参数105可具有限定值范围的控制范围。控制操纵模块130可选择控制范围内的值(例如，ZVS控制参数142的某个值)。在一些示例中，系统性能控制器108将该值提供给电源控制器104，使得功率级102根据第一值进行操作。在操作906中，计算电路120计算性能度量101。例如，计算电路120从计量电路106接收测量条件103，并计算性能度量101(例如，能量转换效率123)。在操作908中，系统性能控制器108存储或修改环境条件、控制参数105的值和所计算的性能度量101。在一些示例中，系统性能控制器108利用环境条件、控制参数105的值和所计算的性能度量101来更新历史数据140。
在操作910中，系统性能控制器108确定是否实现了期望的Z响应，例如，性能度量101是否达到阈值条件(例如，最大化或等于或大于阈值水平)。如果否，则操作返回到操作904，并且控制操纵模块130基于目标搜索算法134来为控制参数105选择另一值。如果是，则在操作912中，系统性能控制器108确定环境是否相同。例如，系统性能控制器108可确定一个或多个环境条件是否已经变化(例如，指示功率级102尚未稳定)。如果一个或多个环境条件已经变化，则系统性能控制器108将该过程引导回到操作902以等待直到检测到稳定性。
响应于环境条件被检测为是相同或类似的，在操作914中，系统性能控制器108选择得到期望性能度量的程序控制(例如，选择控制参数105的导致性能度量101达到阈值条件的值)。例如，对于对应的环境条件，程序控制可包括控制参数105的导致性能度量101达到阈值条件的值。在操作916中，系统性能控制器108可以用所选择的程序控制来更新电源控制器104的乘积存储器。在一些示例中，在操作918中，电源控制器104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制。在一些示例中，在学习示例中，除了如图7和图8的流程图700和800中所指出的间隔之外，周期性事件可由环境变化触发并且在系统稳定之后进行测量。
图9B示出根据另一个方面的描绘了系统性能控制器108的示例性操作的流程图950。尽管相对于电源系统100描述了图9B的流程图950，但图9B的操作可适用于本文讨论的电源系统中的任一个。图9B的流程图950可类似于图9A的流程图900(例如，两者都为连续学习示例)，不同的是图9B的流程图950使用了应用学习算法136。
相对于图9B的操作，在一些示例中，性能度量101为能量转换效率123。在一些示例中，能量转换效率123为单个效率123A。在一些示例中，能量转换效率123为总体效率123B。在一些示例中，性能度量101为待机功率125。在一些示例中，性能度量101为THD度量、纹波度量、排放物度量或瞬态响应度量。控制参数105可以是用于控制功率级102的上述参数中的任一个。
在图9B中，操作的发起可以是事件驱动的和/或周期性地驱动的。在操作952中，系统性能控制器108可检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级102被激活。在一些示例中，触发事件在功率级102的操作期间发生。例如，当功率级102正在执行时，系统性能控制器108可检测环境变化。在一些示例中，在功率级102正在执行时，系统性能控制器108可连续地(例如，周期性地)计算性能度量101，并且响应于性能度量101未达到阈值条件，系统性能控制器108可能会检测到触发事件。在一些示例中，系统性能控制器108监视定时器，并且在操作951中，在检测到定时器期满时，系统性能控制器108被配置为触发图9B的操作。
在检测到触发事件或定时器期满时，在操作954中，控制操纵模块130使用应用学习算法136来修改控制参数105的值。尽管图9B的流程图950描绘了单个控制参数105的修改，但系统性能控制器108可设置和修改多个不同的控制参数105。在一些示例中，控制参数105可具有限定值范围的控制范围。系统性能控制器108可选择控制范围内的值(例如，ZVS控制参数142的某个值)。在一些示例中，系统性能控制器108将该值提供给电源控制器104，使得功率级102根据第一值进行操作。在操作956中，计算电路120计算性能度量101。例如，计算电路120从计量电路106接收测量条件103，并计算性能度量101(例如，能量转换效率123)。在操作958中，系统性能控制器108存储或修改环境条件、控制参数105的值和所计算的性能度量101。在一些示例中，系统性能控制器108利用环境条件、控制参数105的值和所计算的性能度量101来更新历史数据140。
在操作960中，系统性能控制器108确定控制参数105的控制范围是否完整。如果否，则该过程返回到操作954，并且控制操纵模块130使用应用学习算法136来选择控制参数105的另一值。如果是，则在操作962中，系统性能控制器108确定环境是否相同。例如，系统性能控制器108可确定一个或多个环境条件是否已经变化(例如，指示功率级102尚未稳定)。如果一个或多个环境条件已经变化，则系统性能控制器108将该过程引导回到操作952。响应于环境条件被检测为是相同或类似的，在操作964中，系统性能控制器108选择得到期望性能度量的程序控制(例如，针对环境范围为控制参数105选择得到最佳性能度量的值)。例如，对于对应的环境条件，程序控制可包括控制参数105的优化了性能度量101的值。
在操作966中，系统性能控制器108可以用所选择的程序控制来更新电源控制器104的乘积存储器。在一些示例中，在操作968中，电源控制器104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制。
图10A示出根据一个方面的电源系统1000的示例。电源系统1000包括功率级1002、计量电路1006、系统性能控制器1008和电源控制器1004。功率级1002、计量电路1006和系统性能控制器1008可包括参考先前附图所描述的任何特征。如图10A所示，系统性能控制器1008包括效率计算电路122和控制操纵模块130。参考图1A、图1B和图10A，系统性能控制器1008可通过监视和计算能量转换效率123并调整ZVS控制参数142(或多个ZVS控制参数1042)的值来设置或调整ZVS控制参数142(或多个ZVS控制参数1042)的值，以最大化能量转换效率123。
图10B示出功率级1002的一部分的示例，该功率级包括AC功率源1041、电感器1043、第一电力开关1045、第二电力开关1047、电力开关1051、电容器1057和电阻器1059。在一些示例中，第一电力开关1045为高侧PWM FET。在一些示例中，第二电力开关1047为低侧PWM FET。图10C示出曲线图1050，该曲线图描绘了作为第二电力开关1047处的漏极-源极电压(VDS)的函数的开关损耗的水平。图10D示出曲线图1052，该曲线图描绘了在给定的时间延迟tD中的电流感测电压阈值(VTH,CS)。图10E示出了效率曲线，该效率曲线描绘了对于给定的死区时间tD，功率级1002相对于电流感测电压阈值(VTH,CS)的能量转换效率123。
参考图10B至10E，当漏极-源极电压(V-DS)为非零时，第二电力开关1047的激活(例如，接通)可能会产生开关损耗(例如，相当大的开关损耗)。开关损耗与第二电力开关1047的寄生电容1046(例如，COSS)、第二电力开关1047的漏极-源极电压(VDS)的平方以及开关频率(FSW)成比例。在一些示例中，可通过获得电流感测电压阈值VTH,CS的适当值来强制第二电力开关1047在VDS＝0处激活，该适当值可指示对于在第一电力开关1045的停用(例如，断开)与第二电力开关1047的激活(例如，接通)之间的给定时间延迟tD，使寄生电容1046(COSS)放电所必需的反向电感器电流(例如，IL,R)。如果允许反向的流过电感器1043的电流量值过大(例如，IL,R高于某个水平)，则功率级1002可能会随着能量从负载中抽出而导致效率损耗。换句话讲，导通损耗将抵消开关损耗较低带来的任何好处。
在一些示例中，本文讨论的电源系统1000包括强制负(或反向)电感器电流(例如，IL,R)并使用强制换向来实现ZVS。然而，由于大的负电感器电流(IL,R)可能会减小ZVS(这减小了开关损耗)但可能会增加导通损耗，因此需要确定反向电感器电流的适当值(例如，IL,R)。然而，系统性能控制器1008可基于可能适应环境条件的变化的历史的或观察到的能量转换效率123来调整反向电感器电流(IL,R)。
在一些示例中，ZVS控制参数142包括电感器反向电流(IL,R)的量值，对于在第一电力开关1045的停用与第二电力开关1047的激活之间的时间延迟tD，该量值足以使寄生电容1046(COSS)放电。在一些示例中，ZVS控制参数1042包括电流感测电压阈值VTH,CS，该电流感测电压阈值指示对于给定的时间延迟使寄生电容1046(COSS)放电所必需的反向电感器电流(IL,R)。在一些示例中，ZVS控制参数1042包括时间值，用于将第二电力开关1047比第一电力开关1045激活更长时间，使得反向电感器电流(IL,R)的量值致使第二电力开关1047的寄生电容1046(COSS)放电。
在一些示例中，系统性能控制器1008设置或调整ZVS控制参数142，直到能量转换效率123达到阈值条件。例如，系统性能控制器1008可确定ZVS控制参数1042的优化能量转换效率123的值。使用电流感测电压阈值VTH,CS作为ZVS控制参数1042的示例，控制操纵模块1030可为电流感测电压阈值VTH,CS设置第一值，并将该第一值提供给电源控制器1004，使得功率级1002根据第一值进行操作。计量电路1006可获得测量条件103(例如，输入电压、输入电流、输出电压和输出电流)，并将测量条件103以数字格式提供给系统性能控制器1008。
效率计算电路122可基于测量条件103来计算能量转换效率123。如果能量转换效率123未达到阈值条件，则控制操纵模块130可为电流感测电压阈值VTH,CS选择第二值，并将第二值提供给电源控制器1004，使得功率级1002根据第二值进行操作。计量电路1006可获得测量条件103，并且效率计算电路122可基于测量条件103来计算能量转换效率123。如果能量转换效率123达到阈值条件，则控制操纵模块130可选择第二值，并且指示电源控制器104以第二值设置或更新ZVS控制参数1042。
在一些常规方法中，开发人员可测量间接参数作为能量转换效率的量度，然后调整ZVS控制参数以优化间接参数。例如，突然时间放电速率可作为测量能量转换效率的间接方式来测量。例如，突然时间放电速率可间接地对应于流过电感器的某个负电流，该负电流可间接地对应于某些开关损耗，这些开关损耗可间接地对应于能量转换效率。这样，开发人员可调整参数以优化突然时间放电速率，这可间接地提高功率级的能量转换效率。然而，使用间接参数作为能量转换效率123的函数可能导致相对长的上市时间。此外，能量转换效率123可能受到电源系统1000的环境(例如，外部刺激)以及电源系统1000的部件的制造变化的负面影响。
然而，系统性能控制器1008直接计算能量转换效率123(例如，它不使用间接参数作为能量转换效率的量度)，然后设置或调整将导致能量转换效率123达到阈值条件的ZVS控制参数142。此外，在一些示例中，系统性能控制器1008在功率级的寿命期间监视和计算能量转换效率123，并且可以编程方式重新评估并有可能为ZVS控制参数142选择将能量转换效率123最大化或将其保持在阈值水平的新值，而不管环境的变化、部件的老化和/或功率级1002的热效应。
图11示出根据一个方面的电源系统1100的示例。在一些示例中，电源系统1100为图腾柱PFC电源系统。电源系统1000可包括本文相对于其他附图所讨论的任何特征。电源系统1100包括功率级1102、计量电路1106、系统性能控制器1108和电源控制器1104。在一些示例中，系统性能控制器1108被配置为通过监视和计算能量转换效率123并基于能量转换效率123调整一个或多个ZVS控制参数142来以优化能量转换效率123的方式获得一个或多个ZVS控制参数142。如图11所示，系统性能控制器1108包括效率计算电路122和控制操纵模块130。
功率级102可包括AC功率源1141、电感器1143(例如，LBOOST)、第一电力开关1145、第二电力开关1147、第三电力开关1149和第四电力开关1151。在一些示例中，第一电力开关1145为高侧PWM FET。在一些示例中，第二电力开关1147为低侧PWM FET。在一些示例中，第一电力开关1145和第二电力开关1147以PWM频率开关。在一些示例中，第一电力开关1145和第二电力开关1147根据临界导通模式(CrM)进行操作，其中第一电力开关1145的导通时间是恒定的，并且当电感器电流下降到零时开关周期终止，导致可变的PWM频率或固定频率下的连续导通模式(CCM)。在一些示例中，第三电力开关1149和第四电力开关1151以AC频率开关。在一些示例中，功率级102可包括可变电阻器1153、电阻器1155和电容器1157，其中功率级1102耦接到负载1159。
计量电路1106被配置为监视功率级1102的测量条件103。测量条件103包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。计量电路1106包括：第一计量电路1106-1，其被配置为检测输入条件(例如，输入电压和输入电流)；以及第二计量电路1106-2，其被配置为检测输入条件(例如，输出电压和输出电流)。
第一计量电路1106-1包括第一电流传感器1114-1，该第一电流传感器被配置为检测输入电流(例如，I-IN)。在一些示例中，第一电流传感器114-1连接在AC功率源1141和电感器1143之间。第一计量电路1106-1包括在靠近AC功率源1141的位置处耦接到AC线的多个电阻器。多个电阻器包括电阻器1163、电阻器1164、电阻器1165和电阻器1166。第一计量电路1106-1包括第一多路复用器1118-1和第一ADC 1116-1。第一ADC 1116-1连接到第一多路复用器1118-1的输出端，并且第一ADC 1116-1的输出端连接到系统性能控制器1108的输入端。第一多路复用器1118-1被配置为接收表示输入电压的信号和表示输入电流的信号，并且多路复用这些信号以生成单个信号，该单个信号被提供给第一ADC 1116-1。第一ADC1116-1被配置为将信号转换为系统性能控制器1108可检测的数字格式。
第二计量电路1106-2包括第二电流传感器1114-2，该第二电流传感器被配置为检测输出电流(例如，IOUT)(例如，也称为负载电流)。第二计量电路1106-2包括耦接到功率级1102的输出端的多个电阻器。多个电阻器包括电阻器1161和电阻器1162。第二计量电路1106-2包括第二多路复用器1118-2和第二ADC1116-2。第二ADC 1116-2连接到第二多路复用器1118-2的输出端，并且第二ADC 1116-2的输出端连接到系统性能控制器1108的输入端。第二多路复用器1118-2被配置为接收表示输出电压的信号和表示输出电流的信号，并且多路复用该信号以生成单个信号，该单个信号被提供给第二ADC 1116-2。第二ADC1116-2被配置为将信号转换为系统性能控制器1108可检测的数字格式。
效率计算电路122被配置为基于从计量电路1106所接收的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流来监视和计算功率级1102的能量转换效率123。控制操纵模块130根据本文所述的任何技术，基于能量转换效率123来操纵一个或多个ZVS参数142。系统性能控制器1108被配置为将ZVS参数142提供给电源控制器1104。
图12示出根据一方面的电源控制器1104的示例。电源控制器1104被配置为从系统性能控制器1108接收ZVS参数142。
电源控制器1104包括多个模拟驱动器，该多个模拟驱动器被配置为驱动功率级1102的电力开关的控制。例如，电源控制器1104可包括：第一模拟驱动器1181，其被配置为生成用于第三电力开关1149的控制信号(例如，SRH)；第二模拟驱动器1182，其被配置为生成用于第四电力开关1151的控制信号(例如，SRL)；第三模拟驱动器1183，其被配置为生成用于第二电力开关1147的控制信号(例如，PWML)；以及第四模拟驱动器1184，其被配置为生成用于第一电力开关1145的控制信号(例如，PWMH)。
电源控制器1104可包括：差分传感器1191，其被配置为接收信号(BR1)和信号(BR2)并且生成反映BR1和BR2之间的差的差信号；以及极性逻辑1168，其被配置为确定差信号的极性。极性逻辑1168的输出端连接到第一模拟驱动器1181和第二模拟驱动器1182。
电源控制器包括被配置为数字补偿信号(FB)的数字补偿器1170、多斜率斜坡发生器1171、PWM逻辑电路1169和栅极驱动逻辑1175。PWM逻辑电路1169被配置为从系统性能控制器1108接收ZVS参数142。PWM逻辑电路1169包括PWM比较器1172、逻辑部件1173和触发器电路1174。PWM比较器1172可比较数字补偿器1170的输出和多斜率斜坡发生器1171的输出。逻辑部件1173连接到PWM比较器1172。逻辑部件1173连接到触发器电路1174的输入端(例如，复位端子)。触发器电路1174被配置为接收过零点检测器(ZCD)信号和/或看门狗定时器(WDT)信号。在一些示例中，向ZCD信号添加延迟，其中该延迟的量由从系统性能控制器1108所接收的ZVS控制参数142确定。触发器电路1174的输出端连接到栅极驱动逻辑1175的输入端。栅极驱动逻辑1175的输出端连接到第三模拟驱动器1183和第四模拟驱动器1184。
如图13所示，电源控制器1104可包括比较器1176、比较器1177、比较器1178、比较器1179和逻辑部件1180。比较器1176将电流感测信号的电压(例如，VCS,TH)与第一电压阈值进行比较，比较器1177将电流感测信号的电压与第二电压阈值进行比较，比较器1178将电流感测的电压与第三电压阈值进行比较，并且比较器1179将电流感测的电压与负阈值电压(例如，VCS,TH)进行比较。在一些示例中，负阈值电压VCS,TH指示添加到ZCD信号的延迟量。
图13示出根据一个方面的描绘了电源系统1100的示例性操作的流程图1300。尽管相对于图11的电源系统1100描述了流程图1300，但图13的操作可适用于本文描述的任何电源系统。
在操作1302中，系统性能控制器1108检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级1102的激活。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化的检测。在一些示例中，触发事件包括定时器的期满。在一些示例中，触发事件包括对能量转换效率123未达到阈值条件的检测。
在操作1304中，系统性能控制器1108基于能量转换效率123来为ZVS控制参数142选择值。在一些示例中，ZVS控制参数142指示流过电感器1143以使第二电力开关1147的寄生电容放电的反向电流(IL,R)的量值。在一些示例中，ZVS控制参数142为指示反向电感器电流(IL,R)的量值的电流感测电压阈值(VTH,CS)。在一些示例中，ZVS参数包括时间值，用于延迟第二电力开关1147的激活，使得反向电感器电流(IL,R)的量值致使第二电力开关1147的寄生电容放电。在一些示例中，系统性能控制器1108选择ZVS控制参数142的组合(例如，VCS,TH，时间延迟tD)。
例如，在操作1301中，系统性能控制器1108接收功率级1102的测量条件103。在一些示例中，系统性能控制器1108从计量电路1106接收测量条件103。测量条件103可包括输入电压、输入电流、输出电压和输出电流。在一些示例中，计量电路1106包括一个或多个ADC(例如，ADC 1116-1、ADC 1116-2)和一个或多个多路复用器(例如，多路复用器1118-1、多路复用器1118-2)。
在操作1303中，效率计算电路122基于测量条件103来计算功率级1102的能量转换效率123(例如，(VOUT*IOUT)/(VIN*IIN))。在操作1305中，控制操纵模块130修改ZVS控制参数142，直到能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，控制操纵模块130为ZVS参数142选择第一值，并将该第一值发送到电源控制器1104。然后，效率计算电路122基于测量条件103来计算根据第一值进行操作的功率级1102的能量转换效率123。然后，控制操纵模块130响应于能量转换效率123未达到阈值条件而修改第一值以获得第二值，并将该第二值发送到电源控制器1104。然后，效率计算电路122基于测量条件103来计算根据第二值进行操作的功率级1102的能量转换效率123。
在一些示例中，控制操纵模块130使用AI算法132来修改ZVS参数142。在一些示例中，AI算法132为目标搜索算法134。在一些示例中，AI算法为应用学习算法136。在一些示例中，控制操纵模块130将历史数据140应用于神经网络138，以预测ZVS参数142的值，该值导致能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器1108针对第一环境条件确定ZVS参数142的导致能量转换效率123达到阈值条件的第一值，并且针对第二环境条件确定ZVS参数142的导致能量转换效率123达到阈值条件的第二值。在一些示例中，第一环境条件和第二环境条件为不同的电压。
在操作1306中，系统性能控制器1108将所选择的值提供给电源控制器1104以利用所选择的值来控制功率级1102。在一些示例中，所选择的值存储在电源控制器1104处的程序存储器中。在一些示例中，系统性能控制器1108使用所选择的值来更新程序存储器。
图14示出根据一个方面的描绘了电源系统1100的示例性操作的流程图1400。流程图1400涉及使用目标搜索算法134对ZVS控制参数142的确定，该ZVS控制参数优化或提供达到阈值条件的能量转换效率123。在一些示例中，ZVS控制参数142为电流感测电压阈值(VTH,CS)。VTH,CS指示用于在时间延迟(tD)期间使寄生电容(COSS)放电从而实现ZVS的反向电流(IL,R)的量值。尽管相对于电源系统1100描述了图14的流程图1400，但图14的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。
类似于图7的流程图，在一些示例中，流程图1400的操作可涉及固定乘积解，其中使用系统性能控制器1108来确定VTH,CS的最佳值，并且将确定的ZVS参数142存储在电源控制器1104的乘积存储器中。在一些示例中，系统性能控制器1108被配置为在电源系统1100的开发、测试和/或生产期间发起图14的操作。在一些示例中，系统性能控制器1108被配置为响应于功率级1102被激活(例如，被接通)而发起图14的操作。
在操作1402中，激活功率级1102(例如，通电)。在操作1404中，系统性能控制器108设置一个或多个环境条件。例如，系统性能控制器108设置输入电压(VIN)和输出电流(IO)。在操作1406中，控制操纵模块130修改VTH,CS的值。在一些示例中，系统性能控制器108修改VTH,CS，同时其他ZVS控制参数142是固定的(例如，时间延迟tD)。需注意，随着时间延迟tD变小，所要求的反向电感器电流(IL,R，如VTH,CS所示)的量值增加，致使寄生电容COSS放电并获得ZVS。在一些示例中，系统性能控制器1108可识别VTH,CS和tD两者的组合，并且存储优选结果。
在一些示例中，VTH,CS的控制范围为0mV至-300mV。系统性能控制器1108将VTH,CS的值提供给电源控制器1104，使得功率级1102根据该值进行操作。在操作1408中，效率计算电路122被配置为计算能量转换效率123。例如，系统性能控制器1108从计量电路1106接收测量条件103，并且效率计算电路122基于测量条件103来计算能量转换效率123。在操作1410中，系统性能控制器1108存储VTH,CS的值和所计算的能量转换效率123。在一些示例中，系统性能控制器108存储环境条件(例如，VIN和IO的设置值)、VTH,CS的值以及所计算的能量转换效率123。
在操作1412中，系统性能控制器1108确定是否实现期望的能量转换效率，例如，能量转换效率123是否达到阈值条件(例如，最大化或等于或大于阈值水平)。如果否，则操作返回到操作1406，并且控制操纵模块130基于目标搜索算法134来为VTH,CS选择另一值。如果是，则在操作1414中，系统性能控制器1108确定环境范围是否完整，例如，是否已经测试了环境条件的范围。如果否，则系统性能控制器1108将该过程引导回到操作1404，以便为VIN和IO中的至少一个设置另一值。
在操作1416中，可选择得到期望能量转换效率123的程序控制(例如，针对环境范围选择VTH,CS的导致能量转换效率123达到阈值条件的值)。在操作1418中，程序控制可存储在电源控制器1104的乘积存储器中。在操作1420中，电源控制器1104将程序控制应用于功率级1102。在一些示例中，在操作1422中，电源控制器1104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制。
图15示出根据一个方面的描绘了电源系统1100的示例性操作的流程图1500。流程图1500涉及使用应用学习算法136对ZVS控制参数142的确定，该ZVS控制参数优化或提供达到阈值条件的能量转换效率123。在一些示例中，ZVS控制参数142为电流感测电压阈值(VTH,CS)。VTH,CS指示用于在时间延迟(tD)期间使寄生电容(COSS)放电从而实现ZVS的反向电流(IL,R)的量值。尽管相对于电源系统1100描述了图15的流程图1500，但图15的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。图15的流程图1500可类似于图14的流程图1400，不同的是图15的流程图1500使用了应用学习算法136。此外，图15的流程图1500可类似于图7的流程图700，在某种意义上，图15的流程图1500涉及固定乘积解，其中使用系统性能控制器1108来确定VTH,CS的最佳值，并将确定的控制参数105存储在电源控制器1104的乘积存储器中。
在一些示例中，系统性能控制器1108被配置为在电源系统的开发、测试和/或生产期间发起图15的操作。在一些示例中，系统性能控制器1108被配置为响应于功率级1102被激活(例如，被接通)而发起图15的操作。
在操作1502中，激活功率级1102(例如，通电)。在操作1504中，系统性能控制器1108设置一个或多个环境条件。例如，系统性能控制器1108可设置输入电压(VIN)、输出电流(IO)以及第二电力开关1147(在一些示例中为FET)的一个或多个属性。在一些示例中，第二电力开关1147的属性包括导通电阻(RON)和电容(COSS)。在操作1506中，控制操纵模块130根据应用学习算法136来修改VTH,CS、tD(时间延迟)和V-O(输出电压)。在一些示例中，控制操纵模块130被配置为基于历史数据140来训练和调整神经网络138以预测能量转换效率123。系统性能控制器1108将结果存储在存储器中(例如，环境条件(例如，VIN、IO和FET)、ZVS控制参数142(例如，VTH,CS、TD和VO)以及预测的能量转换效率)。然后，控制操纵模块130被配置为选择最大化能量转换效率123的VTH,CS、TD和VO。
系统性能控制器1108将所选择的VTH,CS、TD和V-O提供给电源控制器1104，使得功率级1102根据这些值进行操作。在操作1508中，效率计算电路122计算能量转换效率123。例如，系统性能控制器1108从计量电路1106接收测量条件103，效率计算电路122基于测量条件103来计算能量转换效率123。在操作1510中，系统性能控制器1108存储环境条件(例如，VIN、IO和FET)、ZVS控制参数142(例如，VTH,CS、TD和VO)以及所计算的能量转换效率123。
在操作1512中，系统性能控制器1108确定控制参数105的控制范围是否完整。如果否，则该过程返回到操作1506以循环通过VTH,CS、tD和VO的其他值，并且控制操纵模块130根据应用学习算法136来修改VTH,CS、TD和VO中的一个或多个。
下面的表1示出了历史数据140的示例。
Figure BDA0002403075190000451
在一些示例中，控制操纵模块130被配置为首先单步通过可能最容易控制的输入，同时使更困难的输入保持固定。在一些示例中，以下输入以最多困难到最少困难列出：GaNFET、VO、tD、VTH,CS、VIN、IO。在一些示例中，在操作1504中，控制操纵模块130循环通过IO，然后改变VIN，并再次循环通过IO，并且单步通过VIN，直到所有步骤都完成。然后，控制操纵模块130改变VTH,CS。
如果是，则在操作1514中，系统性能控制器1108确定环境范围是否完整，例如，是否已经测试了环境条件的范围(例如，VIN、IO和FET的范围)。如果否，则系统性能控制器1108将该过程引导回到操作1504以修改VIN、IO和FET中的一个或多个。如果是，则该过程前进到操作1516。
在操作1516中，控制操纵模块130被配置为针对一个或多个环境条件(例如，VIN、IO的不同组合)选择得到目标能量转换效率的VTH,CS、TD和VO的组合。在操作1518中，将VTH,CS和tD的所选择值存储在电源控制器1104的乘积存储器中。在操作1520中，电源控制器1104将程序控制(例如，VTH,CS和tD)应用于功率级1102。在操作1522中，在一些示例中，电源控制器1104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制(例如，基于VIN、IO在每次后续通电时应用VTH,CS、tD)。
图16示出根据另一个方面的描绘了电源系统1100的示例性操作的流程图1600。例如，当功率级1102正在操作时，系统性能控制器1108被配置为执行图16的流程图1600的操作(包括功率级1102的激活)。流程图1600涉及使用目标搜索算法134对ZVS控制参数142的确定，该ZVS控制参数优化或提供达到阈值条件的能量转换效率123。在一些示例中，ZVS控制参数142为电流感测电压阈值(VTH,CS)。VTH,CS指示用于在时间延迟(tD)期间使寄生电容(COSS)放电从而实现ZVS的反向电流(IL,R)的量值。尽管相对于电源系统1100描述了图16的流程图1600，但图16的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。
在操作1602中，系统性能控制器1108可检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级102被激活。在一些示例中，触发事件在功率级1102的操作期间发生。例如，在功率级1102正在执行时，系统性能控制器1108可检测环境条件的变化，从而检测触发事件。在一些示例中，在功率级1102正在执行时，效率计算电路122可连续地(例如，周期性地)计算能量转换效率123，并且响应于能量转换效率123未达到阈值条件，系统性能控制器1108可能会检测到触发事件。在一些示例中，系统性能控制器1108监视定时器，并且在操作1601中，在检测到定时器期满时，系统性能控制器1108被配置为触发图16的操作。
在检测到触发事件或定时器期满时，在操作904中，控制操纵模块130使用目标搜索算法134来修改VTH,CS。在一些示例中，系统性能控制器1108修改VTH,CS，同时其他ZVS控制参数142是固定的(例如，时间延迟tD)。系统性能控制器1108将VTH,CS的值提供给电源控制器1104，使得功率级1102根据该值进行操作。
在操作1606中，效率计算电路122被配置为计算能量转换效率123。例如，系统性能控制器1108从计量电路1106接收测量条件103，并且效率计算电路122基于测量条件103来计算能量转换效率123。在操作1608中，系统性能控制器1108存储VTH,CS的值和所计算的能量转换效率123。在一些示例中，系统性能控制器1108存储环境条件(例如，VIN和IO的测量值)、VTH,CS的值以及所计算的能量转换效率123。
在操作1610中，系统性能控制器1108确定是否实现期望的能量转换效率，例如，能量转换效率123是否达到阈值条件(例如，最大化或等于或大于阈值水平)。如果否，则操作返回到操作1604，并且控制操纵模块130基于目标搜索算法134来为VTH,CS选择另一值。如果是，则在操作1612中，系统性能控制器1108确定环境是否基本上相同。如果否，则该过程循环回到操作1602，直到检测到系统稳定性。如果是，则该过程前进到操作1614。
在操作1614中，系统性能控制器1108选择得到可描述的能量转换效率的VTH,CS，例如，为VTH,CS选择导致能量转换效率123达到阈值条件的值。在操作1616中，系统性能控制器1108在电源控制器104的乘积存储器中设置或修改所选择的VTH,CS。在一些示例中，在操作1618中，电源控制器1104测量环境条件，并以周期性间隔应用程序控制。
图17示出根据另一个方面的描绘了电源系统1100的示例性操作的流程图1700。例如，当功率级1102正在操作时，系统性能控制器1108被配置为执行图17的流程图1700的操作(包括功率级1102的周期性激活)。流程图1700涉及使用应用学习算法136对ZVS控制参数142的确定，该ZVS控制参数优化或提供达到阈值条件的能量转换效率123。在一些示例中，ZVS控制参数142为电流感测电压阈值(VTH,CS)。VTH,CS指示用于在时间延迟(tD)期间使寄生电容(COSS)放电从而实现ZVS的反向电流(IL,R)的量值。尽管相对于电源系统1100描述了图17的流程图1700，但图17的操作可适用于本文讨论的任何电源系统。
在操作1702中，系统性能控制器1108可检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级1102被激活。在一些示例中，触发事件在功率级1102的操作期间发生。例如，在功率级1102正在执行时，系统性能控制器1108可检测环境条件的变化，从而检测触发事件。在一些示例中，在功率级1102正在执行时，系统性能控制器1108可连续地(例如，周期性地)计算能量转换效率123，并且响应于能量转换效率123未达到阈值条件，系统性能控制器1108可能会检测到触发事件。在一些示例中，系统性能控制器1108监视定时器，并且在操作1701中，在检测到定时器期满时，系统性能控制器1108被配置为触发图17的操作。
在检测到触发事件或定时器期满时，在操作1704中，控制操纵模块130根据应用学习算法136来修改VTH,CS、tD(时间延迟)和V-O(输出电压)。在一些示例中，控制操纵模块130被配置为基于历史数据140来训练和调整神经网络138以预测能量转换效率123。系统性能控制器1108将结果存储在存储器中(例如，环境条件(例如，VIN、IO和FET)、ZVS控制参数142(例如，VTH,CS、TD和VO)以及预测的能量转换效率)。然后，控制操纵模块130被配置为选择最大化能量转换效率123的VTH,CS、TD和VO。
系统性能控制器1108将所选择的VTH,CS、tD和V-O提供给电源控制器1104，使得功率级1102根据这些值进行操作。在操作1706中，效率计算电路122计算能量转换效率123。例如，系统性能控制器1108从计量电路1106接收测量条件103，并且基于测量条件103来计算能量转换效率123。在操作1708中，系统性能控制器1108存储环境条件(例如，VIN、IO和FET)、ZVS控制参数142(例如，VTH,CS、TD和VO)以及所计算的能量转换效率123。
在操作1710中，系统性能控制器1108确定ZVS控制参数142的控制范围是否完整。如果否，则该过程返回到操作1704以循环通过VTH,CS、tD和VO的其他值，并且控制操纵模块130根据应用学习算法136来修改VTH,CS、tD和VO中的一个或多个。如果是，则在操作1712中，系统性能控制器1108确定环境是否基本上相同。如果否，则系统性能控制器108将该过程引导回到操作1702，直到检测到稳定性。如果是，则该过程前进到操作1714。
在操作1714中，控制操纵模块130被配置为针对当前环境条件选择得到目标能量转换效率123的VTH,CS、TD和VO的组合。在操作1716中，系统性能在电源控制器1104的乘积存储器中存储或修改VTH,CS和tD。在操作1718中，电源控制器1104基于周期性事件检测条件并应用程序。
图18A和图18B示出具有系统性能控制器1808的电源系统1800，该系统性能控制器被配置为基于电源系统1800的总体效率123B来优化电源系统1800的性能。在一些示例中，电源系统1800包括级联电源系统。在一些示例中，电源系统1800被配置为为一个或多个服务器计算机(例如，基于云的计算机)供电。在一些示例中，电源系统1800被配置为向一个或多个电信部件(例如，基站)供电。电源系统1800可包括参考先前附图讨论的任何特征。
如图18A和图18B所示，电源系统1800可包括：前端模块1804，其被配置为接收AC电压并生成输入电压(例如，DC电压)(VIN)；多个功率级1802，其被配置为接收输入电压(VIN)并生成输出电压(VOUT)，该输出电压被提供给负载1809。在一些示例中，前端模块1804包括PFC前端AC-DC模块。
多个功率级1802包括第一功率级1802-1和第二功率级1802-2。尽管在图18A和图18B中仅示出了两个功率级，但电源系统1800可包括任何数量的功率级，诸如三个功率级、四个功率级、五个功率级或多于五个功率级。在一些示例中，第一功率级1802-1为DC功率级(例如，DC-DC转换器)，并且第二功率级1802-2为DC功率级。如图18A和图18B所示，功率级1802与耦接到负载1809的第二功率级1802-2串联连接。
电源系统1800可包括系统主机设备1810，该系统主机设备通信地耦接到功率级1802中的每一个。在一些示例中，系统主机设备1810包括多相控制器。在一些示例中，系统主机设备1810可包括参考先前附图的电源控制器所描述的任何特征。在一些示例中，系统主机设备1810位于与功率级1802分开的位置。在一些示例中，系统主机设备1810包括在服务器计算机中。系统主机设备1810经由第一通信链路通信地耦接到第一功率级1802-1。在一些示例中，第一通信链路为网络通信链路(例如，基于网络的通信链路，诸如互联网)。在一些示例中，通信链路为电源管理总线(例如，PMBus)(例如，两线通信协议)。系统主机设备1810经由第二通信链路通信地耦接到第二功率级1802-2。在一些示例中，第二通信链路为网络通信链路。在一些示例中，第二通信链路为电源管理总线。另外，系统主机设备1810可通信地耦接到前端模块1804。
系统主机设备1810可包括系统性能控制器108。系统性能控制器108可包括关于先前附图所描述的任何特征。一般来讲，系统主机设备1810(其执行系统性能控制器108)被配置为监视环境条件、测量条件和控制参数105，并应用本文讨论的任何操作以获得目标总体效率123B。在一些示例中，如上所述，系统性能控制器1808可以确定导致总体效率123B达到阈值条件的优化控制参数105，然后可以将控制参数105存储为历史数据140，然后在电源系统1800的操作期间使用该历史数据。在一些示例中，如上面所讨论的，系统性能控制器108可以在系统的寿命期间执行，使得随着环境变化(包括对电源系统1800的热效应)以及电源系统1800的部件的老化而重新调整控制参数105，以便帮助确保电源系统1800实现目标总体效率阈值。
在一些示例中，系统性能控制器1808被配置为以优化或导致总体能量转换效率123B达到阈值条件的方式控制功率级1802。例如，如图18A所示，第一功率级1802-1和第二功率级1802-2可均被激活以向负载1809提供功率。然而，如果这两个功率级1802都被激活，则当以相对负载操作时，总体效率123B会降低。这样，如图18B所示，停用(例如，隔离)功率级1802之一可能更有效。如图18B所示，第一功率级1802-1被停用，并且负载1809由第二功率级1802-2供电。
系统性能控制器1808可基于总体效率123B来设置或调整功率级1802的一个或多个控制参数105。在一些示例中，控制参数105包括相变参数158(例如，相位切减/添加转变点)。相变参数158可包括一个或多个效率转变点，该一个或多个效率转变点指示何时停用(或激活)一个或多个功率级1802的定时，使得效率转变点致使总体效率123B达到阈值条件。在一些示例中，效率转变点是在特定IO值下功率级102的激活/停用。
例如，系统性能控制器108被配置为以优化总体效率123B的方式确定何时启用和/或禁用相位(例如，功率级1802)。在一些示例中，系统性能控制器108可优化相位切减转变以使功率曲线(例如，整个功率曲线)上的总体效率123B最大化。例如，一种用于减少开关损耗(例如，在轻负载下)的方式是减少操作中的功率级1802的数量，例如，减少操作中的相位的数量(例如，称为相位切减)。因此，相位切减可被定义为当负载电流(例如，IO)通过减小的阈值时能够切减增加数量的相位的过程。或者反过来，可将该过程定义为相位添加。在一些示例中，在轻负载下，相位切减可增加电源系统1800的总体效率123B。
例如，系统性能控制器108可包括先前描述的任何特征，例如效率计算电路122和控制操纵模块130。系统性能控制器108被配置为经由第一通信链路从第一功率级1802-1接收测量条件103以及经由第二通信链路从第二功率级1802-2接收测量条件103。对于功率级1802中的每一个，测量条件103可包括任何先前描述的信息，诸如输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等。系统性能控制器108被配置为整体上计算功率级1802的总体效率123B，然后确定或调整相变参数158，使得总体效率123B达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108针对功率级1802中的每一个计算单个效率123A。系统主机设备1810被配置为根据设置的或调整的相变参数158来控制功率级1802。
图19示出曲线图1900，该曲线图示出了电源系统1800的能量转换效率与增加的负载条件(例如，IO)的关系。例如，曲线图1900描绘了用于第一功率级的效率曲线1951、用于第二功率级的效率曲线1953、用于第三功率级的效率曲线1955以及来自第四功率级的效率曲线1957。在轻负载条件下，可激活第一功率级，并且可停用(或隔离)第二到第四功率级。随着负载条件的增加(以及相对于相位添加)，系统性能控制器108被配置为以优化总体效率曲线1950的方式确定激活第二功率级的转变点1952、激活第三功率级的转变点1954和激活第四功率级的转变点1956。这些转变点也可用于相位切减。系统主机设备1810可被配置为基于效率转变点来启用/禁用相位，如图19中的箭头所示。
在一些示例中，控制参数105包括中间总线电压1895。例如，参考图18A和图18B，第一功率级1802-1和第二功率级1802-2之间的电压被标识为VIB。在一些示例中，系统性能控制器1808可以以致使总体效率123B达到阈值条件的方式确定或调整VIB。在一些示例中，控制参数105包括I/O条件161。I/O条件161可包括功率级1802中的一个或多个的输入电压和/或输出电压。例如，输入/输出电压的电平可以是由系统性能控制器108优化以达到目标总体效率条件的控制参数105。
图20A和图20B示出具有并联连接的多个功率级2000的电源系统2002。例如，电源系统2000类似于图18A和图18B的电源系统1800，不同的是功率级2002并联连接(例如，与串联连接相反)。这样，电源系统2000可包括电源系统1800的任何特征。例如，电源系统2000可包括具有系统性能控制器108的系统主机设备2010。电源系统2000可包括：前端模块2004，其被配置为接收AC电压并生成输入电压(例如，DC电压)(VIN)；多个功率级2002，其被配置为接收输入电压(VIN)并生成输出电压(VOUT)，该输出电压被提供给负载2009。多个功率级2002包括第一功率级2002-1和第二功率级2002-2。
图21示出根据一个方面的描绘了图18A至图18B和图20A至图20B的电源系统的示例性操作的流程图2100。尽管参考图18A至图18B的电源系统1800描述了流程图2100，但图21的操作可适用于本文所述的电力系统中的任一个。
在操作2102中，系统性能控制器108检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级1802的激活。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化的检测。在一些示例中，触发事件包括定时器的期满。在一些示例中，触发事件包括对总体效率123B未达到阈值条件的检测。
在操作2104中，系统性能控制器108基于总体效率123B来更新用于控制多个功率级1802的控制参数105的值。在一些示例中，控制参数105为相变参数158。在一些示例中，相变参数158定义一个或多个效率转变点，该一个或多个效率转变点指示何时停用或激活一个或多个功率级1802的定时。在一些示例中，功率级1802串联连接。在一些示例中，它们并联连接(例如，如图20A和图20B所示)。在一些示例中，控制参数105为中间总线电压160。在一些示例中，控制参数105为I/O条件161。
例如，在操作2101中，系统性能控制器108可接收功率级1802的测量条件103。测量条件103包括DC输入电压、输入电流、DC输出电压和输出电流。在操作2103中，系统性能控制器108基于测量条件103来计算总体效率123B。在操作2105中，系统性能控制器108修改控制参数105，直到总效率123B达到阈值条件。
在一些示例中，控制操纵模块130使用AI算法132来修改控制参数105。在一些示例中，AI算法132为目标搜索算法134。在一些示例中，AI算法为应用学习算法136。在一些示例中，控制操纵模块130将历史数据140应用于神经网络138，以预测控制参数105的值，该值导致能量转换效率123达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器108针对第一环境条件确定控制参数105的导致能量转换效率123达到阈值条件的第一值，并且针对第二环境条件确定控制参数105的导致能量转换效率123达到阈值条件的第二值。在一些示例中，第一环境条件和第二环境条件为不同的电压。
图22示出了电源系统2200，该电源系统具有：电源控制器2204，其被配置为控制功率级2202；计量电路2206，其被配置为感测测量条件103；以及系统性能控制器2208，该系统性能控制器包括：待机功率计算电路124，其被配置为基于测量条件103来计算待机功率125；和控制操纵模块130，其被配置为调整一个或多个控制参数105，直到待机功率125最小化和/或达到阈值水平。在一些示例中，控制参数105包括跳循环参数152。
例如，系统性能控制器2208从计量电路2206接收测量条件103(例如，以数字格式)。测量条件103可包括输入电压和输入电流。待机功率计算电路124基于输入电压和输入电流来计算待机功率125(例如，Vin*Iin)。然后，控制操纵模块130被配置为重复地修改控制参数105(或一组控制参数105)，直到待机功率125达到阈值条件。
待机功率125可以是停用的设备所使用的电能(例如，该设备耦接到功率级2202，但已关闭)。例如，当停用的设备耦接到功率级102时，电源控制器2204可以以跳循环模式(例如，跳跃模式、跳循环调制等)来控制功率级102。在一些示例中，跳循环参数152包括一个或多个参数，该一个或多个参数定义用于在跳循环模式期间进行开关操作的控制信号。
图23示出用于跳循环模式的控制信号2238的示例。电源控制器2204可在突发周期2242期间生成脉冲2240，然后等待直到跳循环周期2244之后以生成另一脉冲集2240。例如，在突发周期2242之后，电源控制器2204不在跳循环周期2244期间生成脉冲2240。在跳循环周期2244之后，电源控制器2204在后续突发周期2242期间生成另一脉冲集2240。在一些示例中，跳循环参数152可包括突发周期2242期间的脉冲2240的频率、突发周期2242期间的占空比、突发周期2242之间的频率和/或跳循环周期2244的长度。
图24示出根据一个方面的描绘了图22的电源系统2200的示例性操作的流程图2400。尽管参考图24的电源系统2200描述了流程图2400，但图24的操作可适用于本文所述的电力系统中的任一个。
在操作2402中，系统性能控制器2208检测触发事件。在一些示例中，触发事件包括功率级2202的激活。在一些示例中，触发事件包括对一个或多个环境条件的变化的检测。在一些示例中，触发事件包括定时器的期满。在一些示例中，触发事件包括对待机功率125未达到阈值条件的检测。
在操作2404中，系统性能控制器2208更新控制功率级2202的控制参数105的值以最小化待机功率125。在一些示例中，控制参数105包括一个或多个跳循环参数152。例如，在操作2401中，系统性能控制器2208可接收功率级2202的测量条件103。在一些示例中，测量条件103包括输入电压和输入电流。在操作2403中，系统性能控制器1108基于测量条件103来计算待机功率125(例如，VIN*IIN)。在操作2405中，系统性能控制器2208修改控制参数105，直到待机功率125达到阈值条件。
在一些示例中，控制操纵模块130为控制参数105选择第一值，并将该第一值发送到电源控制器2204。然后，待机功率计算电路124基于测量条件103来计算根据第一值进行操作的功率级2202的待机功率125。然后，响应于待机功率125未达到阈值条件，控制操纵模块130修改第一值以获得第二值，并将第二值发送到电源控制器104。然后，待机功率计算电路124基于测量条件103来计算根据第二值进行操作的功率级2202的待机功率125。
在一些示例中，控制操纵模块130使用AI算法132来修改控制参数105。在一些示例中，AI算法132为目标搜索算法134。在一些示例中，AI算法132为应用学习算法136。在一些示例中，控制操纵模块130将历史数据140应用于神经网络138，以预测控制参数105的值，该值导致待机功率125达到阈值条件。在一些示例中，系统性能控制器2208针对第一环境条件确定控制参数105的导致待机功率125达到阈值条件的第一值，并且针对第二环境条件确定控制参数105的导致待机功率125达到阈值条件的第二值。
这里所述的系统和技术的各种实施方式可在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各种实现方式可包括在一个或多个计算机程序中的实施方式，该一个或多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该至少一个可编程处理器可以是专用的或通用的，其被耦接以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备中接收数据和指令并向它们传输数据和指令。这里所述的系统和技术的各种实施方式可被实现为和/或在本文中一般可被称为可组合软件和硬件方面的电路、模块、框或系统。例如，模块可包括在处理器(例如，形成在硅衬底、GaAs衬底等上的处理器)或某种其他可编程数据处理装置上执行的功能/动作/计算机程序指令。
上述示例性实施方案中的一些被描述为过程或方法，它们被描绘为流程图。尽管流程图将操作描述为顺序过程，但这些操作中的许多可并行地、并发地或同时地执行。此外，可重新布置操作次序。这些过程可在其操作完成时终止，但也可具有附图中未包括的附加步骤。这些过程可对应于方法、功能、过程、子例程、子程序等。
以上讨论的方法(其中一些由流程图表示)可通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或它们的任何组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可存储在机器或计算机可读介质(诸如存储介质)中。处理器可执行必要的任务。
本文所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，只是为了描述示例实施方案的目的。然而，示例性实施方案以许多替代形式体现，并且不应该被解释为仅限于本文阐述的实施方案。
应当理解，尽管本文可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。例如，第一元件可被命名为第二元件，并且类似地，第二元件可被命名为第一元件，而不脱离示例性实施方案的范围。如本文所用，术语“和/或”，包括列出的一个或多个相关联条目的任意组合和所有组合。
本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而并非旨在对示例性实施方案进行限制。如本文所用，单数形式一个、一种和该旨在还包括复数形式，除非语境中另外明确地指出其他情况。还应当理解，当在本文使用术语包含和/或包括时，规定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
还应当指出的是，在一些另选的实施方式中，所指出的功能/动作可以不按照附图中所指出的次序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两幅图实际上可同时执行或者有时可以相反的次序执行。
除非另外定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例性实施方案所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，例如在常用词典中定义的那些术语之类的术语应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的意义，除非在本文明确定义。
在对计算机存储器内的数据位的操作的软件或者算法和符号表示方面呈现了上述示例性实施方案的各部分和对应的详细描述。这些描述和表示是本领域普通技术人员用来将其工作实质有效地传达给本领域其他普通技术人员的描述和表示。这里所使用的和通常使用的术语，即算法是被认为是得到期望结果的自相容的步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的光信号、电信号或磁性信号的形式。已经证明，有时主要出于通用目的，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等是方便的。
在以上例示性实施方案中，对可实现为程序模块或功能过程的操作的动作和符号表示(例如，以流程图的形式)的引用包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型并可在现有结构元件处使用现有硬件进行描述和/或实现的例程、程序、对象、部件、数据结构等。此类现有硬件可包括一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等。
然而，应当记住，所有这些和类似术语均应与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非另外特别说明，或者从讨论中显而易见，诸如处理或计算或计算或确定显示等的术语是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，该计算机系统或类似电子计算设备操纵和变换表示为计算机系统的寄存器或存储器内的物理量、电子量的数据并将其转换为其他类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储装置、传输装置或显示设备内的物理量的其他数据。
还需注意，示例性实施方案的软件实现的方面通常在某种形式的非暂时性程序存储介质上进行编码或在某种类型的传输介质上实现。程序存储介质可以是磁性的(例如，软盘或硬盘驱动器)或光学的(例如，光盘只读存储器或CD ROM)，并且可以是只读的或随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或本领域已知的一些其他合适的传输介质。示例性实施方案不受任何给定实施方式的这些方面的限制。
最后，还应注意，尽管所附权利要求书列出了本文所述特征的特定组合，但是本公开的范围不限于此后要求保护的特定组合，而是扩展为涵盖本文公开的特征或实施方案的任何组合，而不管此时是否在所附的权利要求书中具体列举了该特定组合。

Claims (10)

1.一种电源系统，其特征在于，包括：
多个功率级，所述多个功率级被配置为接收输入电压并生成输出电压；和
连接到所述多个功率级的系统主机设备，所述系统主机设备包括系统性能控制器，所述系统性能控制器被配置为使用总体能量转换效率来设置或更新用于控制所述多个功率级的一个或多个控制参数，所述系统主机设备包括：
效率计算电路，所述效率计算电路被配置为基于测量条件来计算所述总体能量转换效率；和
控制操纵模块，所述控制操纵模块被配置为修改所述一个或多个控制参数直到所述能量转换效率达到阈值条件。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述一个或多个控制参数包括限定对何时停用或激活所述多个功率级中的一个或多个的定时进行指示的一个或多个效率转变点的相变参数、指示电源总线上在两个相邻功率级之间的电压的中间总线电压、输入条件或输出条件。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述多个功率级串联或并联连接。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述效率计算电路被配置为基于所述输入电压、输入电流、所述输出电压和输出电流来计算所述总体能量转换效率，其中，所述系统性能控制器被配置为响应于触发事件而更新所述一个或多个控制参数，其中，所述触发事件包括：所述多个功率级的激活；对所述多个功率级的所述测量条件的变化的检测；或对所述总体能量转换效率未达到所述阈值条件的检测。
5.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述多个功率级包括第一功率级和第二功率级，所述系统主机设备经由第一电力通信总线连接到所述第一功率级，所述系统主机设备经由第二电力通信总线连接到所述第二功率级，其中，所述控制操纵模块被配置为执行定义神经网络的人工智能算法，所述控制操纵模块被配置为将训练数据应用于所述神经网络以预测所述一个或多个控制参数的导致所述总体能量转换效率达到所述阈值条件的一个或多个值。
6.一种电源系统，其特征在于，包括：
多个功率级，所述多个功率级被配置为接收输入电压并生成生输出电压，所述多个功率级包括第一功率级和第二功率级；和
连接到所述多个功率级的系统主机设备，所述系统主机设备存储用于控制所述多个功率级的控制参数，
所述系统主机设备包括系统性能控制器，所述系统性能控制器被配置为接收来自所述多个功率级的测量条件，并且响应于触发事件，基于所述测量条件来更新所述控制参数，所述系统性能控制器包括：
效率计算电路，所述效率计算电路被配置为基于所述测量条件来计算所述总体能量转换效率；和
控制操纵模块，所述控制操纵模块被配置为修改所述控制参数直到所述总体能量转换效率达到阈值条件。
7.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述控制参数包括用于停用所述第一功率级的相变点、在所述第一功率级和所述第二功率级之间的中间总线电压、或所述第一功率级的输入电压或输出电压。
8.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述触发事件包括：所述多个功率级的激活；对所述测量条件的变化的检测；或对所述总体能量转换效率未达到所述阈值条件的检测。
9.一种使用总体能量转换效率控制多个功率级的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测所述多个功率级的触发事件，所述多个功率级包括第一功率级和与所述第一功率级串联或并联连接的第二功率级；
基于所述总体能量转换效率来更新用于控制所述多个功率级的控制参数的值，所述控制参数包括相变参数、中间总线电压、或单独功率级的输入或输出条件，所述更新包括：
接收所述多个功率级的测量条件；
基于所述测量条件来计算所述总体能量转换效率；以及
修改所述控制参数直到所述总体能量转换效率达到阈值条件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述触发事件包括：所述多个功率级的激活；对所述测量条件的变化的检测；或对所述总体能量转换效率未达到所述阈值条件的检测，其中，基于输入电压、输入电流、输出电压和输出电流来计算所述总体能量转换效率。
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