CN111835193A - 具有连续输入和输出电流的kappa开关dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

如本文介绍的，Kappa转换器电路可以被配置用于降压(buck)、升压(boost)或降压‑升压操作。相对于其它降压、升压或降压‑升压拓扑结构，Kappa转换器电路表现出较低的电磁干扰(EMI)，诸如无需附加的输入或输出滤波器电路。例如，由于通过相应电感器的电流信号的分布，所述Kappa转换器电路可以具有大功率处理能力和较小的DCR损耗。所述Kappa转换器电路在其输入和接地参考节点处包含隔离电感器，以帮助减少电源和接地参考总线上的信号弹跳或信号脉动，由此进一步降低电路切换带来的EMI噪声。当所述Kappa转换器被配置用于升压操作时，所述转换器表现出无右半平面(RHP)零点。

Description

具有连续输入和输出电流的KAPPA开关DC-DC转换器
相关技术的交叉引用
本申请要求2019年4月23日递交的、申请号为16/391,664的美国申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
功率系统可以包含一个或多个电压或电流转换器电路。转换器电路可以接收具有诸如幅度、频率和/或相位之类的各种输入信号特性的电输入信号。响应于输入信号，转换器电路可以提供电输出信号，诸如具有与输入信号的特性类似或不同的特性。
功率系统可以包含被配置为调整输出信号幅度、频率和/或相位的一个或多个开关。一些功率系统可以包含诸如变压器之类的隔离电路以使用变压器的相应侧将转换器输出级与转换器输入级电隔离。
开关模式转换器电路或开关调节器可以使用导通或断开的晶体管开关来提供功率转换，诸如包含输出信号电压或输出电流调节。即，在开关模式转换器中，晶体管无法在开关电流和开关电压都为非零的线性区域中操作。在一个示例中，晶体管电流和晶体管电压中的至少一者始终接近于零，因此使功耗最小化。
在一个示例中，开关调节器被配置为产生调节电压。例如，开关调节器可以包含可以根据占空比来接通或关断的一个或多个开关。可以选择开关的占空比来控制或调节输出电压。开关调节器的示例包含例如DC-DC转换器，诸如降压转换器和升压转换器。此类转换器可以用于将直流(DC)信号从一个电压电平转换为另一个电压电平。DC-DC转换器可能在使用多个子系统的应用中很有用，诸如可以使用不同的电压电平或在不同的电压电平下操作。
一些DC-DC转换器可以包含或使用磁能存储元件，诸如一个或多个电感器或变压器。在此类示例中，可以通过调制信号的占空比来控制转换器的输出电压，所述信号用于控制功率开关以对电感部件进行充电或放电。在一个示例中，降压转换器或升压转换器可以包含或使用磁能存储元件。
功率转换器可以被配置用于连续或不连续操作。在一个示例中，被配置用于连续操作的转换器可以提供连续的电流或电压输出，诸如对于各种电源敏感的应用可能是期望或要求的。在一个示例中，与不连续模式相比，连续操作模式可以表现出降低的噪声或降低的电磁干扰(EMI)。在一个示例中，可以在电源轨或接地轨上检测到由转换器产生的EMI噪声，并且此类噪声对于某些应用可能是非期望的或有害的。一些转换器电路包含或使用各种滤波器来帮助平滑化输出信号或降低EMI的影响，然而此类滤波器可能会增加系统尺寸和成本。
发明内容
本发明人尤其已经认识到，要解决的问题包含提供可以在多种不同模式下操作的功率转换器电路。例如，所述问题可以包含提供可以被配置用于升压和降压功率转换的转换器。在一个示例中，所述问题包含提供引入有限的噪声并且包含相对易于使用的控制方案的开关转换器。在一个示例中，所述问题包含使用最小数量的标准电路部件为转换器提供非反相输出，并且进一步包含为连续输出信号提供低纹波和最小输出滤波。
在一个示例中，对上述问题的解决方案可以包含或使用Kappa转换器电路。本文介绍了Kappa转换器电路。在一个示例中，所述Kappa转换器电路可以被配置用于降压(降压)(step-down(buck))、升压(升压)(step-up(boost))或降压-升压操作。在一个示例中，所述转换器电路可以具有低DC电阻损耗特性，并且所述转换器电路可以使用电感器来提供所述转换器中的开关装置与一条或多条总线之间的隔离。在一个示例中，所述Kappa转换器电路可以包含或使用具有最少数量的开关的相对易于使用的控制方案。在一个示例中，所述Kappa转换器电路可以提供相对于所述转换器电路的输入处的信号的非反相输出信号。即，所述Kappa转换器电路可以提供与其对应的输入信号具有相同极性的输出信号。所述Kappa转换器电路可以在纹波最小并且在输入和输出节点处不需要大型电容滤波器的情况下提供基本连续的输入和输出电流。
方面1可以包含或使用主题(诸如用于执行动作的设备、系统、装置(device)、方法、装置(means)或包含指令的装置可读介质或制品，所述指令在由所述装置执行时可以使所述装置执行动作)，诸如可以包含或使用一种双向无变压器开关功率转换器系统，所述双向无变压器开关功率转换器系统可在第一模式下操作，在所述第一模式下，功率信号在功率信号路径中从第一节点流动到第二节点以在所述第二节点处提供降压功率信号，并且所述功率转换器系统可在第二模式下操作，在所述第二模式下，不同的功率信号在所述功率信号路径中从所述第二节点流动到所述第一节点以在所述第一节点处提供升压功率信号。在方面1中，所述功率转换器系统可以包含耦合到所述第二节点的开关电路、与所述开关电路并联设置的电容器、耦合在所述电容器的第一端子与所述第一节点之间的第一电感器以及耦合在所述电容器的第二端子与参考节点之间的第二电感器。
方面2可以包含或使用方面1的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含所述开关电路，所述开关电路包含第一开关和第二开关，所述第一开关在所述电容器的所述第一端子与所述第二节点之间的信号路径中，所述第二开关在所述电容器的所述第二端子与所述第二节点之间的信号路径中。
方面3可以包含或使用方面1或2中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用，在所述第一模式下，所述系统被配置为单相降压转换器，所述单相降压转换器被配置为在所述第一节点处接收较高电压输入信号并在所述第二节点处提供较低电压输出信号。
方面4可以包含或使用方面1至方面3中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用，在所述第二模式下，所述系统被配置为单相升压转换器，所述单相升压转换器被配置为在所述第二节点处接收较低电压输入信号并在所述第一节点处提供较高电压输出信号。
方面5可以包含或使用方面1至方面4中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用控制电路，所述控制电路被配置为向所述开关电路中的相应开关提供开关控制信号以将所述转换器系统配置为在所述第一模式或所述第二模式下操作。
方面6可以包含或使用方面5的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用所述控制电路，所述控制电路被配置为从电源节点接收电源信号，其中所述电源节点耦合到所述电容器的所述第一端子。
方面7可以包含或使用方面5或方面6中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含所述控制电路，所述控制电路从所述功率信号路径中的节点接收工作功率。
方面8可以包含或使用方面7的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含所述电容器，所述电容器作为飞跨电容器，并且所述控制电路从所述飞跨电容器的所述第一端子和不同的第二端子接收功率。
方面9可以包含或使用方面1至方面8中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的输出电容器，并且其中所述系统可在降压-升压模式下操作以在所述输出电容器两端提供连续输出信号。
方面10可以包含或使用方面1至方面9中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含，在所述第一模式下，所述第二节点处的输出信号与其在所述第一节点处的对应输入信号具有相同极性，并且在所述第二模式下，所述第一节点处的输出信号与其在第二节点处的对应输入信号具有相同极性。
方面11可以包含或使用方面1至方面10中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含，在所述第一模式下，所述系统被配置为在所述第二节点处提供连续输出信号，并且其中在所述第二模式下，所述系统被配置为在所述第一节点处提供连续输出信号。
方面12可以包含方面1至方面11中的一者或任何组合的主题(诸如用于执行动作的设备、方法、装置或包含指令的机器可读介质，所述指令在由所述机器执行时可以使所述机器执行动作)或者可以任选地与其组合以包含或使用所述主题，诸如可以包含或使用可在降压(buck)、升压(boost)和/或升压/降压(buck-boost)转换器模式下操作的封装式无变压器开关电源转换器系统。在一个示例中，方面12可以包含两用第一端子，其被配置为(a)在降压转换器模式下接收高压第一输入信号，或者(b)在升压转换器模式下提供相对于低压第二输入信号的升压输出信号。方面12可以包含两用第二端子，其被配置为(a)在所述降压转换器模式下提供相对于所述高压第一输入信号的降压输出信号，或者(b)在所述升压转换器模式下接收所述低压第二输入信号。方面12可以包含第一开关和第二开关，所述第一开关耦合到所述两用第二端子并且被配置为选择性地将信号传递流入或流出所述两用第一端子，所述第二开关耦合到所述两用第二端子并且被配置为选择性地将信号传递给参考节点。
方面13可以包含或使用方面12的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用控制信号输入和控制电路，所述控制电路被配置为从所述控制信号输入接收控制信号，并且作为响应，控制所述第一开关和所述第二开关以在所述降压、升压和/或降压-升压转换器模式中的一种模式下操作所述系统。
方面14可以包含或使用方面12或方面13中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用耦合在所述两用第一端子与所述第一开关之间的第一电感器和耦合在所述第二开关与所述参考节点之间的第二电感器。
方面15可以包含或使用方面14的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用耦合在所述第一电感器与所述第二电感器之间的电容器。所述电容器可以是具有根据所述转换器的操作浮动的电压电平的飞跨电容器。
方面16可以包含或使用方面12至方面15中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含，在所述降压转换器模式中，所述第二端子被配置为提供相对于所述高压第一输入信号的连续且非反相输出电流信号，并且在所述升压转换器模式中，所述第一端子被配置为提供相对于所述低压第二输入信号的连续且非反相输出电流信号。
方面17可以包含或使用方面12至方面16中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含或使用感测电阻器，其被配置为监视所述转换器中的电流。在一个示例中，所述感测电阻器可以耦合到所述第一端子。方面17可以包含一个或多个LED装置，其耦合在所述感测电阻器与所述第二端子之间，并且所述控制电路可以被配置为接收关于所述电阻器中的电流信号的信息，并且作为响应，控制所述第一开关和第二开关以在所述第一端子处向所述一个或多个LED装置提供基本连续的功率信号。
方面18可以包含方面1至方面17中的一者或任何组合的主题(诸如用于执行动作的设备、方法、装置或包含指令的机器可读介质，所述指令在由所述机器执行时可以使所述机器执行动作)或者可以任选地与其组合以包含或使用所述主题，诸如可以包含或使用一种用于使用转换器系统对功率信号进行升压或降压的方法，所述转换器系统具有两用第一节点、两用第二节点、包含第一开关和第二开关的开关电路、与所述开关电路并联设置的电容器、耦合在所述电容器的第一端子与所述第一节点之间的第一电感器以及耦合在所述电容器的第二端子与参考节点之间的第二电感器。在一个示例中，方面18可以包含，在降压模式下，控制第一功率信号路径中的所述第一开关以改变从所述第一电感器流动到所述第二节点的第一功率信号的量，并且控制分流路径中的所述第二开关以改变从参考节点流动到所述第二节点的所述功率信号的量。方面18可以包含，在升压模式下，控制所述第一功率信号路径中的所述第一开关以改变从所述第二节点流动到所述第一电感器的功率信号的量，并且控制所述第二开关以改变从所述参考节点流动到所述第一节点的所述功率信号的量。
方面19可以包含或使用方面18的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含，在所述升压模式下，感测由所述第一电感器提供给负载电路的电流信号的幅度，并且基于感测到的幅度，使用控制电路来改变或调制所述第一开关和所述第二开关的占空比以向所述负载电路提供基本连续的驱动信号。
方面20可以包含或使用方面18或方面19中的一者或任何组合的主题或者可以任选地与其组合以任选地包含，在所述升压模式下，从所述第一电感器向负载电路提供基本上连续的非零驱动信号。
这些非限制性方面中的每一者可以独立存在，或者可以与一个或多个其它方面或其一个或多个部分以各种排列或组合的形式组合。
本概述旨在提供本专利申请的主题的概述。不旨在提供本发明的排他性或穷尽的解释。包含详细描述以提供关于本专利申请的进一步的信息。
附图说明
在不必按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示类似部件的不同实例。附图总体通过示例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。
图1总体上示出了单相降压转换器的示例。
图2总体上示出了两相降压转换器的示例。
图3总体上示出了升压转换器的示例。
图4总体上示出了Kappa转换器的示例。
图5总体上示出了降压Kappa转换器的示例。
图6总体上示出了升压Kappa转换器的示例。
图7总体上示出了降压-升压Kappa转换器的示例。
图8总体上示出了可以包含或使用多个不同转换器的LED驱动器电路的示例。
图9A总体上示出了驱动一个或多个LED的Kappa升压转换器的第一示例。
图9B总体上示出了驱动一个或多个LED的Kappa升压转换器的第二示例。
图10总体上示出了驱动一个或多个LED的Kappa降压-升压转换器的第三示例。
具体实施方式
如本文介绍的，Kappa转换器电路可以被配置用于降压(降压)(step-down(buck))、升压(升压)(step-up(boost))或降压-升压操作。相对于常规的降压、升压或降压-升压拓扑结构，Kappa转换器电路可以帮助降低电磁干扰(EMI)，诸如无需附加的输入或输出滤波器电路。例如，由于通过相应电感器的电流信号的分布，所述Kappa转换器电路可以帮助提供大功率处理能力和较小的DC电阻损耗。所述Kappa转换器电路可以在其输入和接地参考节点处包含隔离电感器，诸如以帮助减少电源和接地参考总线上的信号弹跳或信号脉动，由此帮助进一步降低电路切换带来的EMI噪声。
在一个示例中，Kappa转换器电路可以具有低的DC电阻损耗特性。例如，与具有等效电流能力和总电感值的单相降压转换器相比，由于电流信号的分布，Kappa转换器可以表现出更少的DCR(I2R)损耗。与具有相应的电感器对和两对开关的两相降压转换器相比，Kappa转换器使用一对开关，并且表现出更低的传导损耗。
在一个示例中，所述Kappa转换器电路可以提供相对于所述转换器电路的输入处的信号的非反相输出信号。更具体地，所述Kappa转换器电路可以提供与其对应的输入信号具有相同极性的输出信号。所述Kappa转换器电路可以提供纹波减少或最小并且在输入和输出节点处不需要大型电容滤波器的基本连续的输入和输出电流。
在一个示例中，当所述Kappa转换器被配置用于升压操作时，所述转换器表现出无右半平面(RHP)零点。相比之下，其它升压拓扑表现出固有的低频RHP零点，这可能会限制转换器带宽并减慢瞬态行为。
在一个示例中，Kappa转换器电路可以包含或使用控制器或控制电路。可以提供反馈或电平转换电路系统，以感测转换器电路的行为并调整开关时间或其它转换器行为。在一个示例中，控制电路可以从被配置为监视电流负载的感测电阻器接收信息，并且作为响应，控制电路可以更新Kappa转换器电路中的开关的占空比以帮助维持连续的电流输出状况。
为了示出Kappa转换器的各种潜在特性和优点，通常将与其它降压、升压和降压-升压拓扑结构进行对比来讨论Kappa转换器。在下面的图1至图3的讨论中简要介绍和讨论了其它拓扑。
图1总体上示出了单相降压转换器100的示例。降压转换器100可以被配置为在第一节点102处接收输入电压信号VHV并在输出节点108处提供调节的输出电压信号VLV。降压转换器100包含被配置为切换第一节点102与第二节点103之间的信号路径的第一开关111，并且降压转换器100包含被配置为切换第二节点103与参考节点101之间的信号路径的第二开关112。降压转换器100在第二节点103与输出节点108之间的信号路径中包含电感器121。可以诸如使用电容器131将输出节点108电容器耦合到参考节点101。在输出节点108处的降压或调节的输出电压信号VLV具有小于输入电压信号VHV的幅度的信号幅度，并且由于第一开关111和第二开关112的占空比而具有一些电流纹波。
在图1的示例中，第一开关111根据第一开关信号ST在断开(不导电)配置与闭合(导电)配置之间切换，并且第二开关112根据第二开关信号SB在断开配置与闭合配置之间切换。通常，第一开关信号ST和第二开关信号SB是互补的，使得当第二开关信号SB为低时第一开关信号ST为高，并且当第二开关信号SB为高时第一开关信号ST为低。在图1的示例中，第一开关111在第一节点102处耦合到电源总线。切换第一开关111可以将开关噪声或EMI引入电源总线，这可能对共享同一总线的其它电路系统有害。即，在第一节点102处的脉动信号可能会引入非期望的噪声。在一些示例中，可以使用其它滤波器或部件来缓解噪声。
在图1的单相降压转换器100的示例中，当第一开关111处于闭合配置(例如，第一开关信号ST为高并且第二开关信号SB为低)时，第二节点103耦合到第一节点102，并且当第二开关112处于闭合配置(例如，第二开关信号SB为高并且第一开关信号ST为低)时，第二节点103耦合到参考节点101。当来自第一节点102的输入流动并由第一开关111和第二开关112进行调制时，所得电流将被类似地调制，并将非期望的开关噪声引入第一节点102和参考节点101处的总线中。噪声可能会干扰可以共享同一条总线的一个或多个其它电路。
在图1的示例中，单相降压转换器100包含电感器121。电感器121具有固有的电阻特性，因此在电感器121两端具有DC电阻损耗。对于单相转换器，损耗被计算为I121 2*R121，其中I121是流过电感器121的电流，并且R121是电感器121的电阻。在图1的示例中，如果输出节点108处的输出包含4A电流信号，则通过电感器121的DC电阻损耗为16*R121。因此，单相降压转换器100表现出相对较大的功率损耗。
在图1的示例中，单相降压转换器100在输出节点108处包含电容器131。可以根据转换器的应用来指定电容器131的值。例如，电容器131可以具有足够大的电感，使得对于第一开关信号ST和第二开关信号SB的给定输出电压电平和占空比在输出节点108处的电流基本上是连续的。
图2总体上示出了两相降压转换器200的示例。降压转换器200可以包含一对开关级，诸如第一相开关级251和第二相开关级252。第一相开关级251和第二相开关级252在部件和功能方面可以具有基本类似的配置。在一个示例中，第一相开关级251和第二相开关级252包括相应的降压转换器，所述降压转换器的输出在两相转换器输出节点208处耦合。
第一相开关级251可以包含与图1的单相降压转换器100的示例中的部件类似的部件。图1和图2中相同编号的部件通常可以指示部件具有相同或类似的配置、功能或值。例如，第一相开关级251可以被配置为在第一相输入节点102A处接收输入信号VHV，并且在第一相输出节点108A处提供调节的输出信号。第一相开关级251可以包含第一开关111A，所述第一开关被配置为切换第一相输入节点102A与第一相开关节点103A之间的信号路径。第一相开关级251可以包含第二开关112A，所述第二开关被配置为切换第一相开关节点103A与参考节点201之间的信号路径。第一相开关级251可以在第一相开关节点103A与第一相输出节点108A之间的信号路径中包含第一电感器121A。第一相输出节点108A可以诸如使用输出电容器231电容器耦合到参考节点201。在图1的示例中，第一开关111A根据第一开关信号ST1在断开(不导电)配置与闭合(导电)配置之间切换，并且第二开关112A根据第二开关信号SB1在断开配置与闭合配置之间切换。通常，第一开关信号ST1和第二开关信号SB1是互补的，使得当第二开关信号SB1为低时第一开关信号ST1为高，并且当第二开关信号SB1为高时第一开关信号ST1为低。
如上文在图1的单相降压转换器100的示例中类似地描述，当第一开关111A闭合时，第一相开关节点103A可以耦合到第一相输入节点102A，并且当第二开关112A闭合时，第一相开关节点103A可以耦合到参考节点201。
第一相开关级251包含第一电感器121A。第一电感器121A具有固有的电阻特性，因此在电感器121A两端具有DC电阻损耗。对于第一相开关级251，损耗被计算为I121A 2*R121A，其中I121A是通过第一电感器121A的电流，并且R121A是第一电感器121A的电阻。在图2的示例中，如果第一相输出节点108A处的输出包含2A电流信号，则通过第一电感器121A的DC电阻损耗为4*R121A。
第二相开关级252可以是第一相开关级251的第二离散实例，诸如包括基本上或完全相同的部件，如图2中的相同编号的部件所指示。例如，第二相开关级252可以被配置为在第二相输入节点102B处接收输入信号VHV，并且在第二相输出节点108B处提供调节的输出信号。第二相开关级252可以包含第三开关111B，诸如可以与第一相开关级251的第一开关111A类似或相同地配置。第三开关111B可以被配置为切换第二相输入节点102B与第二相开关节点103B之间的信号路径。第二相开关级252可以包含第四开关112B，诸如可以与第一相开关级251的第二开关112A类似或相同地配置。第四开关112B可以被配置为切换第二相开关节点103B与参考节点201之间的信号路径。
第二相开关级252可以在第二相开关节点103B与第二相输出节点108A之间的信号路径中包含第二电感器121B。第二相输出节点108B可以诸如使用输出电容器231电容器耦合到参考节点201。即，第一相输出节点108A和第二相输出节点108B可以使用同一个输出电容器231共同耦合到参考节点201。
在图2的示例中，第三开关111B根据第三开关信号ST2在断开(不导电)配置与闭合(导电)配置之间切换，并且第四开关112B根据第四开关信号SB2在断开配置与闭合配置之间切换。通常，第三开关信号ST2和第四开关信号SB2是互补的，使得当第四开关信号SB2为低时第三开关信号ST2为高，并且当第四开关信号SB2为高时第三开关信号ST2为低。在一个示例中，控制器电路(在图2的示例中未示出)诸如基于包含关于两相转换器输出节点208的电流或电压状态的信息的反馈信号来提供第一开关信号ST1、第二开关信号SB1、第三开关信号ST2和第四开关信号SB2。在一个示例中，第一开关信号ST1和第三开关信号ST2基本相同或具有相同的占空比，并且第二开关信号SB1和第四开关信号SB2基本相同或具有相同的占空比。
如上文在图1的单相降压转换器100的示例中类似地描述，当第一开关111A闭合时，第一相开关节点103A可以耦合到第一相输入节点102A，并且当第二开关112A闭合时，第一相开关节点103A可以耦合到参考节点201。类似地，当第三开关111B闭合时，第二相开关节点103B可以耦合到第二相输入节点102B，并且当第四开关112B闭合时，第二相开关节点103B可以耦合到参考节点201。
第二相开关级252包含第二电感器121B。第二电感器121B可以具有与第一相开关级251的第一电感器121A基本相同或类似的特性。在一个示例中，第二电感器121B具有固有的电阻特性，因此在第二电感器121B两端存在DC电阻损耗。对于第二相开关级252，损耗被计算为I121B 2*R121B，其中I121B是通过第二电感器121B的电流，并且R121B是第二电感器121B的电阻。在图2的示例中，如果第二相输出节点108B处的输出包含2A电流信号，则通过第二电感器121B的DC电阻损耗为4*R121B。
在一个示例中，第一相开关级251被配置为在第一相输出节点108A处提供2A信号，并且第二相开关级252被配置为在第二相输出节点108B处提供2A信号。可以在两相转换器输出节点208处对第一相输出节点108A和第二相输出节点108B处的信号求和，以在输出电容器231处提供4A输出信号。在该示例中，两相降压转换器200的总DC电阻损耗可以被计算为4*R121A+4*R121B。如果第一电感器121A和第二电感器121B与图1的示例中的电感器121类似地配置，则R121＝R121A＝R121B，并且对于两相转换器输出节点208处的4A输出信号，两相降压转换器200的基于DC电阻的总损耗为8*R121。换句话说，诸如对于相同的输出电流信号，两相降压转换器200的基于电阻的损耗可以是单相降压转换器100的基于电阻的损耗的一半。这种功率损耗减少是以单相设计上的附加部件的代价而提供的，从而导致成本增加和实施挑战。例如，相对于单相设计，在两相转换器中使用了附加的开关装置和附加的电感器，并且在两相转换器中用于控制开关装置的控制器电路被配置为驱动四个开关而不是两个开关。
在图2的示例中，第一开关111A和第三开关111B分别在输入节点102A和102B处耦合到电源总线。切换第一开关111A和第三开关111B可以将开关噪声或EMI引入电源总线，这可能对共享同一条总线的其它电路系统有害。相对于单相降压转换器，两相降压转换器中的附加开关可能会相应地引入更多的开关噪声。在一个示例中，单相降压转换器100和/或两相降压转换器200可以使用来自控制器电路的严格相位控制和准确的输出电流或电压感测来实现平衡的电感器电流并优化输出电压纹波。
图3总体上示出了升压转换器300的示例。升压转换器300被配置为在第一节点302处接收输入信号VIN，并在输出节点308处提供升压的、调节的输出信号VOUT。升压转换器300包含耦合在第一节点302与开关节点303之间的电感器321。升压转换器300包含被配置为切换开关节点303与输出节点308之间的信号路径的第一开关311，并且升压转换器300包含被配置为切换开关节点303与参考节点301之间的信号路径的第二开关312。可以诸如使用电容器331将输出节点308电容器耦合到参考节点301。在输出节点308处的升压或调节的输出信号VOUT具有大于输入信号VIN的幅度的信号幅度，并且由于第一开关311和第二开关312的占空比而具有一些电流纹波。因为节省了功率并且增加了输出电压，所以相对于第一节点302处的电流，输出节点308处的电流减小。
在图3的示例中，第一开关311根据第一开关信号ST3在断开(不导电)配置与闭合(导电)配置之间切换，并且第二开关312根据第二开关信号SB3在断开配置与闭合配置之间切换。通常，第一开关信号ST3和第二开关信号SB3是互补的，使得当第二开关信号SB3为低时第一开关信号ST3为高，并且当第二开关信号SB3为高时第一开关信号ST3为低。
在一个示例中，在操作期间，从第一节点302到升压转换器300的输入可以在整个周期中基本上是连续的。因此，相对于例如降压转换器的输出滤波器上的类似特性，可以放宽诸如包含电感器321的输入滤波器的某些尺寸或电感特性以确保连续操作。
在一个示例中，升压转换器300可以被配置为当第一开关311导通并且导电时将电流传递到输出节点308。然而，当第一开关311断开并且不导电时，在输出节点308处不提供电流，并且认为输出是不连续的。为了提供基本连续的输出，升压转换器300可以包含或使用相对较大的输出电容器331以使输出电压平滑化并减少输出信号纹波。例如，与降压转换器中的输出电容器相比，输出电容器331可以更大，以确保连续操作或缓解脉动输出。
在一个示例中，尤其是在轻负载状况下，升压转换器可以在不连续模式下操作。在不连续模式下，电感器321可以完全放电，因此输出电压可以下降。在一些应用中，此类输出下降可能是有害的或致命的。例如，在可以使用恒定电流来支持瞬态性能的LED驱动器应用中，可能不允许不连续模式。
其它拓扑可以用于提供电压或电流调节，并且每种拓扑都有其附带的优点和局限性。例如，Cuk转换器可以包含或使用连续的输入和输出电流，然而，Cuk转换器通常提供相对于其输入的反相输出。可以在Cuk转换器上附加使用其它部件或电路系统以提供非反相输出。通常，附加部件或电路系统包含附加开关，从而导致增加复杂性和控制要求。此外，这种设计中的开关可以耦合到接地或接地参考节点，由此造成附加噪声。
在一个示例中，单端初级电感器转换器(SEPIC转换器)可以用作传统降压-升压配置的替代方案，以提供大于、小于或等于输入信号的输出信号。SEPIC转换器的输出类似地由其开关的占空比控制。然而，SEPIC转换器的输出电流可以具有较大的脉冲特性，因此可能需要或使用相对较大的输出电容器来将输出信号平滑化。另外，常规SEPIC转换器中的开关可以接地，这可能会在接地总线上产生开关噪声。
Kappa DC-DC开关转换器示例
在一个示例中，Kappa转换器可以包含DC-DC开关转换器，所述DC-DC开关转换器被配置为提供相对于输入信号的升压和/或降压输出信号。本文讨论的各种Kappa转换器示例是无变压器的，然而，其它示例可以包含或使用变压器以进行进一步的升压或降压处理和/或隔离。在一个示例中，Kappa转换器可以包含多个能量存储部件和两个开关，并且可以被配置为使用连续的输入电流并提供连续的输出电流。在一个示例中，Kappa转换器包含两个电感器和一个电容器。所述电容器可以被认为是“飞跨”电容器，因为它可以与诸如接地之类的静态参考节点去耦。
在一个示例中，Kappa转换器可以是被配置为以各种模式操作的双向变压器，所述模式可以类似于降压转换器、升压转换器或降压-升压转换器。然而，相对于其它降压、升压或降压-升压配置，Kappa转换器可以帮助提供各种优势。例如，Kappa转换器由于开关数量有限以及此类开关与电源轨或接地参考节点隔离而可以表现出或产生较少的电磁干扰。
Kappa转换器可以包含或使用相对较小的输入或输出滤波器，诸如相对较低值的电容器或电感器。Kappa转换器可以被配置为提供与其降压、升压或降压-升压相对值相同或类似的输出功率，并且可以显示部分由于流过多个电感器的电流的分布而导致DC电阻损耗较小。在一个示例中，Kappa转换器是非反相的，这意味着其输入的极性与转换器的输出的极性相同。
图4总体上示出了Kappa转换器400的示例。Kappa转换器400可以被配置用于升压、降压或升压和降压信号调节。Kappa转换器400包含第一节点402、第一开关节点405、第二开关节点407和第二节点408。在图4的示例中，在第一节点402处提供第一信号V1，并且在第二节点408处提供第二信号V2。第一节点402和第二节点408处的信号的相对幅度可以取决于Kappa转换器400的操作模式或电流流动方向而改变。例如，当Kappa转换器400被配置用于降压(buck或step-down)操作时，第一节点402处的V1的幅度可以大于第二节点408处的V2的幅度，并且能量从V1转换为V2。在一个示例中，当Kappa转换器400被配置用于升压(step-up或boost)操作时，第一节点402处的V1的幅度可以相对于第二节点408处的V2的幅度较小的输入源增大。可以使用电容器将第一节点402和第二节点408中的一者或两者耦合到参考节点。在图4的示例中，Kappa转换器400被配置用于降压操作，并且第二节点408使用第一滤波电容器432耦合到参考节点。
Kappa转换器400可以包含具有电感LT的第一电感器421，并且第一电感器421可以设置在第一节点402与第一开关节点405之间。Kappa转换器400可以包含第二电感器422，所述第二电感器具有电感LB并且设置在第二开关节点407与参考节点401之间。参考节点401可以包含电路接地或其它参考。在图4的示例中，Kappa转换器400包含具有电容Cf的飞跨电容器431。在一个示例中，飞跨电容器431耦合在第一开关节点405与第二开关节点407之间。在图4的示例中，飞跨431两端的电压VC可以与第一节点402处的第一信号V1的电压基本相同。
Kappa转换器400可以进一步包含第一开关411和第二开关412。第一开关411可以耦合在第一开关节点405与第二节点408之间，并且第二开关412可以耦合在第二开关节点407与第二节点408之间。在图4的示例中，第一开关411根据第一开关信号STK在断开(不导电)配置与闭合(导电)配置之间切换，并且第二开关412根据第二开关信号SBK在断开配置与闭合配置之间切换。第一开关信号STK和第二开关信号SBK可以取决于Kappa转换器400的期望操作状况而互补或重叠。在一个示例中，第一开关信号STK和第二开关信号SBK可以是脉宽调制或PWM信号。
在一个示例中，Kappa转换器400包含控制电路470。控制电路470可以被配置为诸如通过产生或提供第一开关信号STK和第二开关信号SBK来驱动第一开关411和第二开关412。在一个示例中，控制电路470被配置为在第一开关节点405、第二节点408、第二开关节点407或其它位置中的一者或多者处接收关于信号的信息，并且作为响应，产生第一开关信号STK和第二开关信号SBK。即，第一开关信号STK和第二开关信号SBK可以基于Kappa转换器400或其它位置的信号活动或状况。在一个示例中，控制电路470可以被配置为接收和使用关于来自Kappa转换器400的输出电压信号的信息，由此提供输出电压调节。
在一个示例中，控制电路470可以从飞跨电容器431接收功率信号，或者可以与飞跨电容器共享功率端子。即，在一个示例中，控制电路470可以被配置为使用从飞跨电容器431接收的功率来驱动第一开关411和第二开关，所述功率可以从第一节点402或第二节点408接收。在一个示例中，控制电路470可以包含控制信号输入，所述控制信号输入被配置为接收定义Kappa转换器400的操作模式的控制信号。例如，响应于在控制信号输入处的第一控制信号，Kappa转换器400可以被配置为充当降压(step-down或buck)转换器。响应于控制信号输入处的不同的第二控制信号，Kappa转换器400可以被配置为充当升压(step-up或boost)转换器。响应于控制信号输入处的不同的第三控制信号，Kappa转换器400可以被配置为充当降压或升压转换器(换句话说，被配置为充当降压-升压转换器)。
在一个示例中，可以在集成电路(IC)或其它物理上小的功率模块中提供Kappa转换器400的各种部件。即，Kappa转换器400可以被提供为模制和封装的系统，或者是基本独立的模块。转换器系统的操作模式可以由例如控制电路470的一个或多个输入来指定。在一个示例中，滤波器或其它部件可以耦合到IC封装实施的Kappa转换器400以进一步增强其功能。
Kappa转换器用作降压转换器
图5总体上示出了降压Kappa转换器500的示例。降压Kappa转换器500包含或使用Kappa转换器400以用于降压电压调节。例如，降压Kappa转换器500被配置为在第一节点402处接收高电压输入信号VHV，并在第二节点408处提供降压后的较低电压输出信号VLV。第二节点408处的电流的连续性和第二节点408处的输出信号VLV的电压的幅度可以是第一开关411和第二开关412的占空比的函数。
在图5的示例中，飞跨电容器431两端的电压可以被平衡到VHV，其对应于第一节点402处的输入信号的电压。在整个开关周期的第一部分中，第一电流信号可以从第一节点402、通过第一电感器421、通过第一开关411流动到第二节点408，并且在整个开关周期的后续第二部分中，第二电流信号可以从参考节点401、通过第二电感器422、通过飞跨电容器431流动到第二节点408。
在一个示例中，当第一开关411接通时(诸如当STK为高时)，基于第一电感器421两端的电压信号，通过第一电感器421的电流可以斜升。在图5的示例中，当第二开关412断开时，第一开关411可以导通，并且当电流从第一节点402流动到第一开关节点405时，第一电感器421两端的电压在占空比D的第一部分中可以约为VHV-VLV。类似地，在占空比的第一部分期间，通过第二电感器422的电流可以基于第二电感器422两端的电压信号而斜升。当第一开关411导通时，在电流从参考节点401流过第二电感器422并流动到第二开关节点407的情况下，第二开关节点407处的电压可以约为VLV–VHV。
在占空比的第二部分期间，第一开关411可以断开并且第二开关412可以导通，并且第一电感器421两端的电压的幅度可以与输出信号VLV的幅度相同。当第二开关412接通时，第一开关节点405可以具有约VLV+VHV的电压，并且第一电感器421两端的电压可以是-VLV，并且来自第一电感器421的电流可以斜降。类似地，当第二开关412导通时，第二电感器422两端的电压可以是-VLV，并且来自第二电感器422的电流可以斜降。
换句话说，在占空比的第一部分中，通过第一电感器421的电流的变化可以被表达为D*(VHV–VLV)/LT，并且在占空比的第二部分中可以被表达为(1–D)*(VLV)/LT。通过将这两个表达式相等并重新布置两项，电压输入信号VHV与电压输出信号VLV之间的关系为VHV*D＝VLV。这是常规降压转换器的电压转换表达式，并且所述关系与电感无关。因此，可以使用第二电感器422推导传递函数的相同表达式。在一个示例中，与两相降压转换器中不同，通过第一电感器421和第二电感器422的相应电流可以是异步的。
在一个示例中，降压Kappa转换器500可以是相对于单相或多相降压转换器而言更简单或更省电的转换器。例如，与具有等效电流处理和总电感的单相降压转换器相比，降压Kappa转换器500由于其电流信号分布在不同电感器之间而可能具有较小的DC电阻损耗(来自第一电感器421和/或第二电感器422的I2R损耗)。在一个示例中，与诸如图2的两相降压转换器200之类的两相降压转换器相比，降压Kappa转换器500包含两个开关而不是四个开关，并且可以具有基本上无脉动且连续的输入和输出电流。
降压Kappa转换器500可以按照几种方式与常规降压转换器进行不同的操作。例如，降压Kappa转换器500包含与接收高压信号的第一节点402或输入端子串联连接的第一电感器421。第一电感器421可以帮助转换器维持连续的输入电流状态，这继而可以帮助减少输入信号纹波。在一个示例中，第一电感器421可以诸如通过将第一节点402与转换器中的开关隔离来帮助缓解被引入到与第一节点402相关联或耦合的总线中的EMI噪声。在一个示例中，第一电感器421可以帮助放宽输入滤波器要求，诸如可以在其它降压转换器拓扑中使用输入电容器。
降压Kappa转换器500可以包含耦合到参考节点401的第二电感器422。在图5的示例中，第一开关411和第二开关412中的每一者因此与参考节点401或接地隔离或去耦。这种配置可以帮助降低接地噪声，并且可以帮助减少常规的开关降压转换器中可能发生的交流接地跳动。此外，降压Kapa转换器500的功能可以基本上不受输入或接地电感的影响，因此所述转换器可以支持具有长电源迹线或接地迹线的应用。
Kappa转换器用作升压转换器示例
图6总体上示出了升压Kappa转换器600的示例。升压Kappa转换器600可以包含或使用Kappa转换器400进行升压电压调节。例如，升压Kappa转换器600被配置为在第二节点408处接收低压输入信号VLV，并且在第一节点402处提供升压的较高电压输出信号VHV。在图6的示例中，升压Kappa转换器600可以包含耦合到第一节点402的输出电容器462。第一节点402处的电流的连续性和第一节点402处的输出信号VHV的电压的幅度可以是第一开关411和第二开关412的占空比的函数。
在图6的示例中，飞跨电容器431两端的电压可以被平衡到VHV，其对应于第二节点408处的输入信号。在整个开关周期的第一部分中，第一电流信号可以从第二节点408、通过第一开关411、通过第一电感器421流动到第一节点402，并且在整个开关周期的后续第二部分中，第二电流信号可以从第二节点408、通过第一开关411、通过飞跨电容器431、通过第二电感器422流动到参考节点401。当第一开关411接通并且在第一电感器421两端具有(VHV-VLV)的电压时，来自第一电感器421的电流可以流动可以斜降。当第二开关412接通时，节点407为(VLV-VHV)，并且第二电感器422中的电流斜降。
在一个示例中，当第二开关412接通时(诸如当SBK为高时)，基于第二电感器422两端的电压信号，通过第二电感器422的电流可以斜升。在图6的示例中，当第一开关411断开时，第二开关412可以导通，并且第二电感器422两端的电压可以在占空比D的第一部分中斜升到约VLV的电压。在占空比的第二部分期间，当第一开关411导通时，第二开关412可以断开，并且第一开关节点405处的电压可以是VLV。因此，第一电感器421两端的电压可以约为VLV-VHV。换句话说，在占空比的第二部分中，通过第二电感器422的电流的变化可以被表达为D*VLV/LB，并且在占空比的第二部分中可以被表达为(1–D)*(VHV–VLV)/LB。通过将这两个表达式相等并重新布置两项，电压输入信号VLV与电压输出信号VHV之间的关系为VHV＝VLV/(1–D)。这是常规升压转换器的电压转换表达式，并且所述关系与电感无关。
在一个示例中，常规的升压转换器(诸如图3的示例中的升压转换器300)可以表现出右半平面(RHP)零点，这限制了转换器的带宽并减缓了瞬态响应。当电感器与转换器负载去耦或断开连接时，可能导致RHP零点。当发生这种情况时，转换器输出电压可能会下降，并且可以发出命令信号来尝试解决输出。在与RHP零点相关联的时间常数过去后，所述输出可以根据控制信号再次开始增加。即，由于RHP为零，因此常规的升压转换器对控制信号变化的响应可能很慢。
然而，升压Kappa转换器600不包含可能易于受到RHP零点问题影响的配置。即，因为第一电感器421中的电流可以在整个开关周期内连续，所以相对于常规的升压转换器，升压Kappa转换器600可以提供增强的瞬态响应。即，在升压Kappa转换器600中，第一电感器421可以在整个周期中耦合到负载。因此，相对于常规的升压电路，升压Kappa转换器600可以具有相对较宽的带宽和快速的瞬态响应。
Kappa转换器用作降压-升压转换器
图7总体上示出了降压-升压Kappa转换器700的示例。降压-升压Kappa转换器700可以包含或使用Kappa转换器400进行升压或降压电压调节。在图7的示例中，降压-升压Kappa转换器700被配置为在第二节点408处接收输入信号VIN。降压-升压Kappa转换器700包含耦合在第一节点402与第二节点408之间的输出电容器472，并且可以在输出电容器472的端子两端提供输出信号VOUT。在一个示例中，负载电路475可以与输出电容器472并联耦合。
在图7的示例中，可以将飞跨电容器431充电到输出电压信号VOUT。当第二开关412接通时(诸如当SBK为高时)，基于第一电感器421两端的电压信号，通过第一电感器421的电流可以斜升。在图7的示例中，当第二开关412导通时，第一开关411可以断开，并且第一电感器421两端的电压可以在占空比D的第一部分中斜升到约VIN的电压。在占空比的第二部分期间，当第二开关412断开时，第一开关411可以导通，并且第一电感器421两端的电压可以是-VOUT。换句话说，在占空比的第一部分中，第一电感器421中的电流可以被表达为D*VIN/LT，并且在占空比的第二部分中，第一电感器421中的电流可以被表达为(-VOUT/LT)(D–1)。可以通过将针对第一电感器421中的电流的这些表达式相等来推导针对降压-升压Kappa转换器700的电压转换表达式。例如，VOUT＝VIN*(D/(1–D))。这是常规降压-升压转换器的电压转换表达式，并且所述关系与电感无关。
图8总体上示出了可以包含或使用多个不同转换器的LED驱动器电路800的示例。例如，LED驱动器电路800可以包含升压级801，所述升压级被配置为接收输入VIN并且向电源总线提供诸如48V之类的升压输出。电源总线可以耦合到一个或多个并联负载或电路支路，所述负载或电路支路可以为各种LED装置提供功率调节。例如，电源总线可以耦合到第一降压转换器811，所述第一降压转换器被配置为将总线电压降压到第一支路中的一个或多个LED(诸如图8的示例中的D1和D2)的指定值。电源总线可以耦合到第二降压转换器812，第二降压转换器被配置为将总线电压降压到一个或多个其它LED(例如，第二支路中的D3和D4)的指定值。LED的不同支路可以具有不同数量或类型的LED，诸如可以具有不同的电压或电流要求。图8的示例包含两个支路，然而，诸如对于相同的电源总线，可以使用更多或更少的支路。
LED驱动器电路800可以被配置为包含或使用一个或多个控制器以向升压级801中的开关、第一降压转换器811中的开关、第二降压转换器812中的开关和/或一个或多个其它级或转换器中可以耦合到电源总线的开关提供控制信号。因此，LED驱动器电路800可能部分由于几个不同转换器使用的不同控制方案而带来实施挑战。例如，如果公共控制器用于LED驱动器电路800，则所述公共控制器将为降压和升压转换器电路产生控制信号，并且可以使用来自电路的多个不同部分的反馈信息。
图9A总体上示出了用于驱动一个或多个LED的升压Kappa转换器的第一示例901。第一示例901可以包含与来自图6的示例的升压Kappa转换器600基本类似的部件。第一示例901包含耦合在第一节点402与接地参考节点401之间的负载。
第一示例901包含与第一电感器421串联设置的第一电阻器910。第一电阻器910被配置为感测电阻器，以感测关于通过第一电感器421汲取并提供给负载或由负载消耗的电流的信息。
第一示例901包含作为负载电路的LED设备975，所述LED设备连接到来自图6的示例的VHV的输出。LED设备975被示为包含LED装置D5、D6和DN；然而，可以类似地使用更少或附加的装置。
在图9A的示例中，LED装置可以串联布置，并且串联耦合的LED装置可以耦合在第一节点402与参考节点401之间。在一个示例中，可以任选地提供各种其它开关或电路系统以促进独立地接通或关断LED装置，并且在一个示例中，可以通过控制电路470基本上实时地调整提供给LED设备975的功率信号以使LED装置适应在任何给定时间使用。例如，通过调整第一开关411和第二开关412的占空比，可以根据上面针对升压Kappa转换器600推导的传递函数来增加或减小输出电压信号VOUT，即，VOUT＝VIN/(1–D)。
在一个示例中，控制电路470可以使用来自第一电阻器910的电压或电流信息来确定第一开关411和第二开关412的占空比，诸如在转换器的输出处维持恒定或连续的电流。例如，控制电路可以包含耦合到第一电阻器910的相应侧的感测端子ISP和ISN。来自感测端子的信息可以被控制电路470用来监视提供给LED设备975的电流或电压信号。
第一示例901表现出相对较低的输出纹波，并且可以与相对较小的输出电容器或滤波器(诸如与LED设备975并联耦合的输出电容器COUT)一起使用。因此，与来自图8的示例的可以包含或使用至少三个开关的LED驱动器电路800相比，第一示例901使用两个开关来从第二节点408处的输入信号提供升压或降压转换。
图9B总体上示出了用于驱动一个或多个LED的升压Kappa转换器的第二示例902。第二示例902可以包含与图9A的第一示例901基本相同的部件。然而，在图9B中，第二示例902包含耦合在第一节点402与LED设备975之间的第二电阻器912，而不是包含如图9A中所示的耦合在第一电感器421与第一开关411之间的第一电阻器910。
在图9B的示例中，用于控制电路470的电源轨中的一者可以耦合到第二开关节点407，并且由于转换器的开关行为，第二开关节点407可以具有可变的信号电平。因此，第二示例902可以包含或使用第二电阻器912与控制电路470之间的电平转换器来调整或缓冲在感测端子ISP和ISN处接收的信号。例如，因为在第一开关节点405和第二开关节点407处的信号电平与用于控制电路470的电源轨一起飞跨或改变，所以可以从图9A的第一示例901中省略电平转换器。
图10总体上示出了用于驱动一个或多个LED的降压-升压Kappa转换器的第三示例1000。第三示例1000可以包含与第一示例901中基本相同的部件，诸如包含与第一电感器421串联设置的第一电阻器910。LED设备975被示为包含LED装置D5、D6和DN；然而，可以类似地使用更少或附加的装置。
在图10的示例中，LED设备975中的LED装置可以串联布置，并且串联耦合的LED装置可以耦合在第一节点402与第二节点408之间。这种配置可以与图9的第一示例901形成对比，其包含耦合在第一节点402与参考节点401之间的LED设备975。
在一个示例中，可以任选地提供各种其它开关或电路系统以促进独立地接通或关断LED装置，并且在一个示例中，可以通过控制电路470基本上实时地调整提供给LED设备975的功率或电压信号以使LED装置适应在任何给定时间使用。例如，通过调整第一开关411和第二开关412的占空比，可以根据上面针对降压-升压Kappa转换器700推导的传递函数来增加或减小输出电压信号VOUT，即，VOUT＝VIN*(D/(1–D))。
在一个示例中，控制电路470可以感测并使用来自第一电阻器910的电压或电流信息来确定第一开关411和第二开关412的占空比，诸如在第三示例1000电路的输出处维持恒定或连续的电流。类似于第一示例901，第三示例1000使用两个开关表现出相对较低的输出纹波，并且可以与相对较小的输出电容器或滤波器一起使用。
Kappa转换器控制
在一个示例中，控制电路470可以被配置为控制降压Kappa转换器500、升压Kappa转换器600或降压-升压Kappa转换器700中的任一者的操作。即，在示例装置中，相同的控制电路470可以用于实施几种不同的转换器拓扑。例如，控制电路470可以被配置为在转换器电路的各个节点处接收或监视关于信号的信息，然后通过产生用于第一开关411和第二开关412的控制信号STK和SBK来做出响应。在一个示例中，转换器电路可以包含或使用诸如第一电阻器910之类的传感器装置，并且来自传感器的信息可以由控制电路470接收并且用于确定开关控制信号的占空比。
在一个示例中，控制电路470被配置为在反馈回路中接收信息。反馈回路可以监视转换器或转换器的一个或多个其它节点或方面的输出。在一个示例中，当控制电路470被配置用于与降压Kappa转换器500一起操作时，控制电路470可以在第二节点408处接收关于输出电压信号VLV的信息。在一个示例中，控制电路470可以包含或使用比较器电路来将输出电压信号VLV与指定的参考值或目标值进行比较，并且控制电路470可以基于输出电压信号VLV与参考值或目标值之间的关系来调整开关控制信号。当控制电路470被配置用于与升压Kappa转换器600一起操作时，控制电路470可以在第一节点402处接收关于输出电压信号VHV的信息。在一个示例中，控制电路470可以被配置用于与降压-升压Kappa转换器700一起操作，并且控制电路470可以在第一节点402处接收关于输出电压信号VOUT的信息。在一个示例中，控制电路470可以被配置与第一示例901转换器一起操作，并且控制电路470可以从第一电阻器910接收与第一电感器421中的电流信号幅度相对应的信息。例如，来自第一电阻器910的信息可以包含关于第一电阻器910两端的电压或关于通过第一电阻器910的电流的信息。
各种注释和示例
上述详细描述包含对附图的引用，该附图是具体实施方式的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。此类示例可以包含那些示出或描述之外的元素。然而，本发明人还设想了仅提供示出或描述的那些元件的示例。本发明人设想了参照特定示例(或其一个或多个方面)或参照本文示出或描述的其它示例(或其一个或多个方面)使用所示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例。
在本文件中，如专利文件中常见的术语“一”或“一个”被使用，该术语独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实例或用法而包含一个或多于一个。在本文件中，除非另有指示，否则术语“或”用于表示非排他性或，使得“A或B”包含“A但不包含B”、“B但不包含A”和“A和B”。在本文件中，术语“包含(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等效词。
同样，在以下权利要求中，术语“包含(including)”和“包括(comprising)”是开放式的，即，包含除了在权利要求中的此术语之后列出的那些元件之外的元件的系统、装置、物品、组合物、制剂或过程仍被认为落入该权利要求的范围。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。
本文描述的方法示例至少部分地可以是机器或计算机实现的。一些示例可以包含计算机可读介质或机器可读介质，该计算机可读介质或机器可读介质编码的指令可操作以配置电子装置以执行以上示例中所述的方法。此类方法的实现方式可以包含代码，诸如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。此类代码可以包含用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。进一步地，在一个示例中，代码可以如在执行期间或其它时间有形地存储在一个或多个易失的、非瞬态的或非易失的有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包含但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，高密度磁盘和数字视频光盘)、磁带、记忆卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述是为了说明，而不是限制。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此结合使用。在如由本领域普通技术人员之一审查以上描述时可以使用其他实施例。摘要的提供符合37C.F.R.§1.72(b)以允许读者迅速确定技术公开的本质。在提交时应当理解是，该摘要将不会用来解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上具体实施方式中，可将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应当被解释为意图是未主张保护的公开功能对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求特此作为示例或实施例被结合到具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且可以预期，此类实施例可以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求连同此类权利要求所享有的法律同等权利的全部范围所限定。

Claims (20)

1.一种双向开关功率转换器系统，所述双向开关功率转换器系统可在第一模式下操作，在所述第一模式下，功率信号在功率信号路径中从第一节点流动到第二节点以在所述第二节点处提供降压功率信号，并且所述功率转换器系统可在第二模式下操作，在所述第二模式下，不同的功率信号在所述功率信号路径中从所述第二节点流动到所述第一节点以在所述第一节点处提供升压功率信号，所述功率转换器系统包括：
开关电路，其耦合到所述第二节点；
电容器，其与所述开关电路并联设置；
第一电感器，其耦合在所述电容器的第一端子与所述第一节点之间；以及
第二电感器，其耦合在所述电容器的第二端子与参考节点之间。
2.如权利要求1所述的功率转换器系统，其中所述开关电路包含：
第一开关，其在所述电容器的所述第一端子与所述第二节点之间的信号路径中；以及
第二开关，其在所述电容器的所述第二端子与所述第二节点之间的信号路径中。
3.如权利要求1所述的功率转换器系统，其中所述系统在所述第一模式下被配置为单相降压转换器，所述单相降压转换器被配置为在所述第一节点处接收较高电压输入信号并在所述第二节点处提供较低电压输出信号。
4.如权利要求1所述的功率转换器系统，其中所述系统在所述第二模式下被配置为单相升压转换器，所述单相升压转换器被配置为在所述第二节点处接收较低电压输入信号并在所述第一节点处提供较高电压输出信号。
5.如权利要求1所述的功率转换器系统，其进一步包括控制电路，所述控制电路被配置为向所述开关电路中的相应开关提供开关控制信号以将所述转换器系统配置为在所述第一模式或所述第二模式下操作。
6.如权利要求5所述的功率转换器系统，其中所述控制电路被配置为从电源节点接收电源信号，其中所述电源节点耦合到所述电容器的所述第一端子。
7.如权利要求5所述的功率转换器系统，其中所述控制电路从所述功率信号路径中的节点接收工作功率。
8.如权利要求7所述的功率转换器系统，其中所述电容器是飞跨电容器，并且所述控制电路从所述飞跨电容器的所述第一端子和不同的第二端子接收功率。
9.如权利要求1所述的功率转换器系统，其进一步包括耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的输出电容器，并且其中所述系统可在降压-升压模式下操作以在所述输出电容器两端提供连续输出信号。
10.如权利要求1所述的功率转换器系统，其中在所述第一模式下，所述第二节点处的输出信号与其在所述第一节点处的对应输入信号具有相同极性，并且其中在所述第二模式下，所述第一节点处的输出信号与其在第二节点处的对应输入信号具有相同极性。
11.如权利要求1所述的功率转换器系统，其中在所述第一模式下，所述系统被配置为在所述第二节点处提供连续输出信号，并且其中在所述第二模式下，所述系统被配置为在所述第一节点处提供连续输出信号。
12.一种可在降压、升压和/或降压-升压转换器模式下操作的封装式无变压器开关功率转换器系统，所述系统包括：
两用第一端子，其被配置为(a)在降压转换器模式下接收高压第一输入信号，或者(b)在升压转换器模式下提供相对于低压第二输入信号的升压输出信号；
两用第二端子，其被配置为(a)在所述降压转换器模式下提供相对于所述高压第一输入信号的降压输出信号，或者(b)在所述升压转换器模式下接收所述低压第二输入信号；
第一开关，其耦合到所述两用第二端子并且被配置为选择性地将信号传递流入或流出所述两用第一端子；以及
第二开关，其耦合到所述两用第二端子并且被配置为选择性地将信号传递到参考节点。
13.如权利要求12所述的系统，其进一步包括：
控制信号输入；以及
控制电路，其被配置为从所述控制信号输入接收控制信号，并且作为响应，控制所述第一开关和所述第二开关以在所述降压、升压和/或降压-升压转换器模式中的一种模式下操作所述系统。
14.如权利要求12所述的系统，其进一步包括：
第一电感器，其耦合在所述两用第一端子与所述第一开关之间；以及
第二电感器，其耦合在所述第二开关与所述参考节点之间。
15.如权利要求14所述的系统，其进一步包括耦合在所述第一电感器与所述第二电感器之间的电容器。
16.如权利要求14所述的系统，其中在所述降压转换器模式中，所述第二端子被配置为提供相对于所述高压第一输入信号的连续且非反相输出电流信号，并且其中在所述升压转换器模式中，所述第一端子被配置为提供相对于所述低压第二输入信号的连续且非反相输出电流信号。
17.如权利要求14所述的系统，其进一步包括：
感测电阻器，其耦合到所述第一端子；以及
一个或多个LED装置，其耦合在所述感测电阻器与所述第二端子之间；
其中所述控制电路被配置为接收关于所述电阻器中的电流信号的信息，并且作为响应，控制所述第一开关和所述第二开关以在所述第一端子处向所述一个或多个LED装置提供基本连续的功率信号。
18.一种用于使用转换器系统对功率信号进行升压或降压的方法，所述转换器系统具有两用第一节点、两用第二节点、包含第一开关和第二开关的开关电路、与所述开关电路并联设置的电容器、耦合在所述电容器的第一端子与所述第一节点之间的第一电感器以及耦合在所述电容器的第二端子与参考节点之间的第二电感器，所述方法包括：
在降压模式下，控制第一功率信号路径中的所述第一开关以改变从所述第一电感器流动到所述第二节点的第一功率信号的量，并且控制分流路径中的所述第二开关以改变从参考节点流动到所述第二节点的所述功率信号的量；以及
在升压模式下，控制所述第一功率信号路径中的所述第一开关以改变从所述第二节点流动到所述第一电感器的功率信号的量，并且控制所述第二开关以改变从所述参考节点流动到所述第一节点的所述功率信号的量。
19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括，在所述升压模式下，
感测由所述第一电感器提供给负载电路的电流信号的幅度，以及
基于感测到的幅度，使用控制电路来调制所述第一开关和所述第二开关的占空比以向所述负载电路提供基本连续的驱动信号。
20.如权利要求18所述的方法，其进一步包括，在所述升压模式下从所述第一电感器向负载电路提供基本上连续的非零驱动信号。
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