CN112204868A - 用于自适应地控制可重配置功率转换器的系统和方法 - Google Patents

用于自适应地控制可重配置功率转换器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种可重配置功率转换器（100），其包括脉宽调制（PWM）控制器（102）。PWM控制器被配置为在电流水平属性跨过转变阈值时在第一调制方案和第二调制方案之间切换。

Description

用于自适应地控制可重配置功率转换器的系统和方法
技术领域
本公开一般地针对功率转换器，并且更具体地针对用于自适应地控制可重配置功率转换器的系统和方法。
背景技术
常规功率转换器通常以提高功率转换器的操作区域的一端处或操作区域的相对端处的效率的这样的方式为功率转换器的切换器（switch）生成脉宽调制的选通信号。因此，如果由功率转换器实现第一传统算法，则以使功率转换器中的切换损耗而不是传导损耗最小化的方式生成脉宽调制的选通信号。可替代地，如果由功率转换器实现第二传统算法，则以使功率转换器中的传导损耗而不是切换损耗最小化的方式生成脉宽调制的选通信号。
发明内容
本公开提供了一种用于自适应地控制可重配置功率转换器的系统和方法。
在第一实施例中，提供了一种可重配置功率转换器，其包括脉宽调制（PWM）控制器。PWM控制器被配置为在电流水平属性跨过转变阈值时在第一调制方案和第二调制方案之间切换。
在第二实施例中，提供了一种可重配置功率转换器，其包括电感器分支（leg）、变压器分支和PWM控制器。电感器分支被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支并且基于第二对控制信号而用作谐振分支。变压器分支被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支并且基于第二对控制信号而用作谐振分支。PWM控制器被配置为将第一对控制信号路由到电感器分支，并且将第二对控制信号路由到变压器分支，以得到第一调制方案。PWM控制器还被配置为将第一对控制信号路由到变压器分支，并且将第二对控制信号路由到电感器分支，以得到第二调制方案。
在第三实施例中，提供了一种用于自适应地控制包括电感器分支和变压器分支的可重配置功率转换器的方法。该方法包括通过根据第一调制方案提供多个控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的多个选通信号来实现第一调制方案。对电流水平属性进行感测。当电流水平属性跨过第一转变阈值时，可重配置功率转换器通过根据第二调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号而从第一调制方案转变到第二调制方案。当电流水平属性跨过第二转变阈值时，可重配置功率转换器通过根据第一调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号而从第一调制方案转变回第一调制方案。
根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言可以是显而易见的。
附图说明
为了更加完整地理解本公开及其特征，现在参考连同附图考虑的以下描述，在附图中：
图1示出了根据本公开的实施例的可重配置功率转换器；
图2示出了根据本公开的实施例的图1的可重配置功率转换器的电路图；
图3A示出了根据本公开的实施例的用于图1的可重配置功率转换器的第一调制方案；
图3B示出了根据本公开的实施例的用于图1的可重配置功率转换器的第二调制方案；
图4A示出了根据本公开的实施例的在图1的可重配置功率转换器中从第一调制方案到第二调制方案的转变；
图4B示出了根据本公开的实施例的在图1的可重配置功率转换器中从第二调制方案到第一调制方案的转变；以及
图5示出了根据本公开的实施例的用于自适应地控制图1的可重配置功率转换器的方法。
具体实施方式
下文描述的图1至图5以及用于描述本专利文件中的本发明的原理的各种实施例仅是通过说明的方式，并且不应以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。
图1示出了根据本公开的实施例的可重配置功率转换器100。图1所示的可重配置功率转换器100的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用可重配置功率转换器100的其他实施例。
对于一些实施例，可重配置功率转换器100包括相移、全桥、零电压切换、隔离的DC/DC转换器。然而，将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可重配置功率转换器100可以包括任何其他合适类型的功率转换器。可重配置功率转换器100被配置为将特定水平处的输入电压转换为不同水平处的输出电压。
对于图1所示的实施例，可重配置功率转换器100包括脉宽调制（PWM）控制器102、电感器分支104、谐振电感器106、变压器分支108、主变压器110、钳位二极管分支112和输出电路114。如以下更详细描述的，PWM控制器102被配置为通过自适应地在用于可重配置功率转换器100的两种不同调制方案之间切换来自适应地控制可重配置功率转换器100。
电感器分支104包括切换器矩阵，其包括多个切换器。电感器分支104被配置为在谐振电感器106中生成电流，其包括至少一个电感器。变压器分支108还包括切换器矩阵，其包括多个切换器。变压器分支108被配置为生成用于主变压器110的变压器电流。主变压器110包括至少一个变压器。
钳位二极管分支112包括多个二极管，并且被配置为取决于规定情况提供用于电感器电流和变压器电流之间的差异的路径，如下所述。输出电路114包括输出电压节点、以及用于生成用于可重配置功率转换器100的输出电压的任何其他合适的电路。
电感器分支104和变压器分支108中的切换器被配置为以使得在可重配置功率转换器100的输出电路114处生成输出电压的方式接通和关断。每次接通或关断切换器时，切换器经历功率损耗，称为切换损耗。当电源递送相对较低的电流时，这些切换损耗在总功率损耗中占主导。然而，当电源递送相对较高的电流时，电阻性损耗（也称为传导损耗）在可重配置功率转换器100的总功率损耗中占主导。因此，可重配置功率转换器100可以在电流低时被配置为最小化切换损耗，然后在电流高时被重配置为最小化传导损耗，反之亦然。
在操作中，根据一些实施例，PWM控制器102进行操作以自适应地互换电感器分支104和变压器分支108作为线性分支和谐振分支的功能。对于特定实施例，PWM控制器102基于在输出电路114处生成的输出电流来自适应地互换电感器分支104和变压器分支108作为线性分支和谐振分支的功能。例如，对于在较低输出电流下实现的第一调制方案，PWM控制器102可以提供PWM控制信号作为选通信号，使得电感器分支104操作为谐振分支，而变压器分支108操作为线性分支。对于在较高输出电流下实现的第二调制方案，PWM控制器102可以提供PWM控制信号作为选通信号，使得电感器分支104操作为线性分支，而变压器分支108操作为谐振分支。对于其他实施例，PWM控制器102基于另一电流水平属性（即，与可重配置功率转换器100的电流水平相关而使得电流水平属性的增加对应于可重配置功率转换器100的电流水平的增加的属性）自适应地互换电感器分支104和变压器分支108作为线性分支和谐振分支的功能。例如，代替输出电流，电流水平属性可以是功率。
这样，在较低电流水平下可以降低切换损耗，而在较高电流水平下可以降低传导损耗。结果，可重配置功率转换器100的效率可以在输出电流的整个负载范围之上被优化。这是通过改变如何通过PWM控制器102将PWM控制信号作为选通信号提供给电感器分支104和变压器分支108的切换器来实现的，因此不需要附加硬件。另外，不存在用于次级侧切换设备的调制的改变。
尽管图1示出了可重配置功率转换器100的一个示例，但是可以对图1的实施例做出各种改变。例如，可重配置功率转换器100的各种组件可以被组合、进一步细分、移动或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。
图2示出了根据本公开的实施例的可重配置功率转换器100的电路图。图2所示的可重配置功率转换器100的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用可重配置功率转换器100的其他实施例。可以在数字信号处理器、现场可编程门阵列、或其他合适的设备中实现用于可重配置功率转换器100的PWM控制器。
对于图2的实施例所示的示例，可重配置功率转换器100包括输入电压节点Vin202a-b，其耦合到电感器分支104、变压器分支108和钳位二极管分支112。电感器分支104包括第一切换器204a（SA）、第二切换器204b（SB）和切换器节点206。类似地，变压器分支108包括第一切换器204c（SC）、第二切换器204d（SD）和切换器节点208。每个切换器204a-d可以包括MOSFET、IGBT、或包括三个端子的任何其他合适的切换设备。对于一些实施例，切换器204a-d可以用50％占空比（duty cycle）方波来选通。然而，将理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下以任何合适的方式来对切换器204a-d进行选通。
主变压器110包括初级绕组210、上部次级绕组212a和下部次级绕组212b。钳位二极管分支112包括第一二极管214a和第二二极管214b。钳位二极管分支112耦合到谐振电感器106和变压器初级绕组210。除了输出电压节点Vout226a-b之外，输出电路114可以包括第一切换器220a、第二切换器220b、输出电感器222和输出电容器224。每个切换器220a-b可以包括MOSFET、IGBT或任何其他合适的切换设备。
电感器分支104在切换器节点206处耦合到谐振电感器106并且耦合到钳位二极管分支112。变压器分支108在切换器节点208处耦合到主变压器110并且耦合到钳位二极管分支112。电感器分支104和变压器分支108也彼此耦合。PWM控制器102耦合到输出电路114的输出电压节点226a-b以及电感器分支104和变压器分支108的切换器204a-d。对于该实施例，可重配置功率转换器100提供在初级侧具有全桥的隔离式DC/DC转换器，而次级侧可以使用多种配置来实现。
PWM控制器102被配置为实现用于可重配置功率转换器100的两种不同PWM调制方案之一。因此，PWM控制器102可以被配置为根据第一PWM调制方案或第二PWM调制方案在内部生成作为选通信号230a-d提供给切换器204a-d的控制信号。对于特定实施例，PWM控制器102被配置为感测输出电流228（诸如输出电压节点226a-b或其他合适的位置处），并且基于输出电流228来实现两种不同PWM调制方案之一。对于另一特定实施例，PWM控制器102被配置为感测用于可重配置功率转换器100的功率水平，并且基于该功率水平来实现两种不同PWM调制方案之一。
在操作中，根据一些实施例，PWM控制器102最初以对应于第一调制方案的特定次序将控制信号提供为选通信号230a-d。当PWM控制器102感测到第一转变阈值以上的电流水平属性（例如输出电流228或功率水平）时，PWM控制器102通过以对应于第二调制方案的另一特定次序提供控制信号作为选通信号230a-d来对可重配置功率转换器100进行重配置。类似地，当PWM控制器102感测到电流水平属性已经下降到第二转变阈值以下时，PWM控制器102通过以对应于第一调制方案的原始的特定次序提供控制信号作为选通信号230a-d来再次对可重配置功率转换器100进行重配置。因此，随着可重配置功率转换器100的电流水平上升和下降，PWM控制器102通过在第一和第二调制方案之间切换其操作来自适应地控制可重配置功率转换器100。将理解的是，针对一些实施例，PWM控制器102可以最初以对应于第二调制方案的特定次序将控制信号提供为选通信号230a-d。
可以基于诸如输入电流等之类的任何合适的准则来确定第一转变阈值和第二转变阈值的值。对于特定示例，对于在20A下提供50V的系统，可以将第一转变阈值设置为5A，而对于在100A下提供100V的系统，可以将第一转变阈值设置为35A。然而，将理解，可以基于特定应用的特定需要来选择任何合适的阈值。另外，第二转变阈值可以是与第一转变阈值不同的转变阈值，以便在转变边界中提供滞后。对于特定示例，如果将第一转变阈值设置为30A，则可以将第二转变阈值设置为20A。然而，将理解，基于特定应用，两个转变阈值之间的差异可以是任何合适的量。
基于由PWM控制器102提供的选通信号230a-d，可以根据由全桥的相分支执行的功能将电感器分支104和变压器分支108各自指定为线性分支或谐振分支。线性分支上的设备的切换交换终止了从主变压器110的初级侧到次级侧的功率传输，而谐振分支上的设备的切换交换发起了从主变压器110的初级侧到次级侧的功率传输。因此，取决于PWM控制器102在特定时间正在实现哪种PWM调制方案，电感器分支104或变压器分支108被耦合到主变压器110的初级绕组210，而另一分支108或104被耦合到谐振电感器106。
当PWM控制器102实现第一调制方案时，电感器分支104耦合到谐振电感器106，而变压器分支108耦合到变压器初级绕组210。该方案增加了钳位二极管214a-b中的电流，但实现了针对变压器分支108的零电压切换，这导致较低的切换损耗。当PWM控制器102实现第二调制方案时，变压器分支108耦合到谐振电感器106，而电感器分支104耦合到变压器初级绕组210。该方案使钳位二极管214a-b中的电流最小化，并减小了传导损耗。因此，通过经由PWM控制器102所提供的选通信号230a-d自适应地改变调制方案，可重配置功率转换器100的效率被优化，而不存在输出电路114中的次级侧切换器220a-b的调制方案的任何改变。另外，调制方案之间的转变可以在可重配置功率转换器100正在操作时无缝地完成，而不会影响终端行为。
尽管图2示出了可重配置功率转换器100的一个示例，但是可以对图2的实施例做出各种改变。例如，可重配置功率转换器100的各种组件可以被组合、进一步细分、移动或省略，并且可以根据特定需要添加附加组件。对于特定示例，可以在除了输出电压节点226a-b之外的位置处感测输出电流228。对于另一个示例，代替输出电流228，可以由PWM控制器102感测功率水平。
图3A示出了根据本公开的实施例的用于可重配置功率转换器100的第一调制方案300。对于该调制方案300，电感器分支104用作谐振分支，而变压器分支108用作线性分支。
如图3A所示，用于第一调制方案300的信号包括主时钟信号S 302、经相移的时钟信号SPS 304、第一对控制信号310和312、以及第二对控制信号314和316。主时钟信号302在切换周期TSW的一半内为高，而在切换周期的剩余一半内为低。类似地，经相移的时钟信号304在切换周期的一半内为高，而在切换周期的剩余一半内为低。然而，经相移的时钟信号304相对于主时钟信号302相移了规定时间段TPS，该规定时间段TPS在所示实施例中对应于切换周期的约四分之一。主时钟信号302与经相移的时钟信号304之间的时间偏移是控制可重配置功率转换器100的输出电压节点226a-b处的输出电压的占空比。例如，如果输入电压为100V，并且相移为20％，则输出电压将为20V。因此，该相移可以基于特定应用来选择。
第一对控制信号310和312跟踪主时钟信号302。控制信号310正向地（positively）跟踪主时钟信号302，而控制信号312互补地（complementarily）跟踪主时钟信号302。即，当主时钟信号302为高时，控制信号310为高，而控制信号312为低。类似地，当主时钟信号302为低时，控制信号310为低，而控制信号312为高。
第二对控制信号314和316跟踪经相移的时钟信号304。控制信号314正向地跟踪经相移的时钟信号304，而控制信号316互补地跟踪经相移的时钟信号304。即，当经相移的时钟信号304为高时，控制信号314为高，而控制信号316为低。类似地，当经相移的时钟信号304为低时，控制信号314为低，而控制信号316为高。
当PWM控制器102正在实现如图3A所示的第一调制方案300时，PWM控制器102将第一对控制信号310和312路由到可重配置功率转换器100的电感器分支104，其中控制信号310提供用于第一切换器204a的选通信号230a并且控制信号312提供用于第二切换器204b的选通信号230b。类似地，PWM控制器102将第二对控制信号314和316路由到可重配置功率转换器100的变压器分支108，其中控制信号314提供用于第一切换器204c的选通信号230c并且控制信号316提供用于第二切换器204d的选通信号230d。
这些信号302、304、310、312、314和316被示出为划分成交流功率传输（PT）阶段318和续流（FW，freewheel）阶段320的四个部分。因此，第一部分示出了功率传输阶段318，其包括高主时钟信号302、低经相移的时钟信号304、高控制信号310和316、以及低控制信号312和314。这之后是第二部分，其示出了续流阶段320，其包括高主时钟信号302、高经相移的时钟信号304、高控制信号310和314、以及低控制信号312和316。这之后是第三部分，其示出了功率传输阶段318，其包括低主时钟信号302、高经相移的时钟信号304、高控制信号312和314、以及低控制信号310和316。这之后是第四部分，其示出了续流阶段320，其包括低主时钟信号302、低经相移的时钟信号304、高控制信号312和316、以及低控制信号310和314。此时，周期从第一部分重复，并以相同的方式继续。
功率传输阶段318是这样的阶段，其中功率通过主变压器从输入电压节点202a-b传输到输出电压节点226a-b，使得输出电流228与输入电流直接相关。续流阶段320是这样的阶段，其中存储在输出电感器222中的能量循环到输出电压节点226a-b，但是在输入和输出之间不存在电连接。另外，线性分支是切换以实现从功率传输阶段318到续流阶段320的转变（其是线性转变）的分支，并且谐振分支是切换以实现从续流阶段320到功率传输阶段318的转变（其是谐振转变）的分支。因此，如图3A（和图3B）所示，经相移的时钟304的边缘对应于线性转变，并且主时钟信号302的边缘对应于谐振转变。
图3A还示出了如虚线所示的电感器电流322（即，通过谐振电感器106的电流）和如实线所示的初级电流324（即，通过主变压器110的初级绕组210的电流）的典型示例。由电感器电流322与初级电流324之间的差异所产生的任何电流流过可重配置功率转换器100的钳位二极管分支112中的二极管214a-b之一。例如，当比流过变压器初级绕组210更多的电流流过谐振电感器106时，溢出电流被引导通过第一二极管214a。类似地，当比流过变压器初级绕组210更少的电流流过谐振电感器106时，附加电流被引导通过第二二极管214b。因此，利用第一调制方案300，该差异（二极管电流）导致较高的传导损耗（与下面结合图3B描述的第二调制方案350相比）但较低的切换损耗。结果，当输出电流228相对较低时，该第一调制方案300是有用的，因为切换损耗在低电流下占主导，并且第一调制方案300使切换损耗最小化。
图3B示出了根据本公开的实施例的用于可重配置功率转换器100的第二调制方案350。对于该调制方案350，电感器分支104用作线性分支，而变压器分支108用作谐振分支。
如图3B所示，用于第二调制方案350的信号包括主时钟信号S 302、经相移的时钟信号SPS 304、第一对控制信号310和312、以及第二对控制信号314和316。与图3A所示的第一调制方案300一样，第一对控制信号310和312跟踪主时钟信号302，并且第二对控制信号314和316跟踪经相移的时钟信号304。因此，不存在这些信号302、304、310、312、314或316中的任何一个中的改变。
然而，当PWM控制器102正在实现如图3B所示的第二调制方案350时，PWM控制器102将第一对控制信号310和312路由到可重配置功率转换器100的变压器分支108（而不是电感器分支104），其中控制信号310提供用于第一切换器204c的选通信号230c并且控制信号312提供用于第二切换器204d的选通信号230d。类似地，PWM控制器102将第二对控制信号314和316路由到可重配置功率转换器100的电感器分支104（而不是变压器分支108），其中控制信号314提供用于第一切换器204a的选通信号230a并且控制信号316提供用于第二切换器204b的选通信号230b。
如图3A中所示，图3B中所示的信号302、304、310、312、314和316划分成交流功率传输（PT）阶段318和续流（FW）阶段320的四个部分。因为信号302、304、310、312、314和316保持相同，所以功率传输阶段318和续流阶段320具有与第一调制方案300中相同的信号之间关系。然而，因为PWM控制器102正在实现第二调制方案350，所以电感器电流322与初级电流324之间的关系是不同的。如图3B所示，这些电流322和324之间的差异、以及因此通过钳位二极管分支112的二极管电流的量被大大减小。因此，当PWM控制器102实现该调制方案350时，切换损耗较高（与以上结合图3A所述的第一调制方案300相比），但传导损耗减小。结果，该第二调制方案350在输出电流228相对较高时是有用的，因为传导损耗在高电流下占主导，并且第二调制方案350通过最小化通过二极管214a-b的电流来最小化传导损耗。
图4A示出了根据本公开的实施例的在可重配置功率转换器100中从第一调制方案300到第二调制方案350的转变。对于该实施例，主时钟信号302、经相移的时钟信号304、第一对控制信号310和312、以及第二对控制信号314和316各自对应于在图3A和3B中示出的信号302、304、310、312、314和316。图4A简单地示出了从图3A的第一调制方案300到图3B的第二调制方案350的转变。
结果，对于第一调制方案300，PWM控制器102将作为选通信号230a和230b的第一对控制信号310和312分别路由到电感器分支104的切换器204a和204b，并将作为选通信号230c和230d的第二对控制信号314和316分别路由到变压器分支108的切换器204c和204d。
然而，当PWM控制器102感测到电流水平属性已经超过预定的第一转变阈值时（这在该示例中恰好发生在转变时间400处（被指示为垂直虚线）），PWM控制器102转变到第二调制方案350。然后，PWM控制器102开始将作为选通信号230d和230d的第一对控制信号310和312分别提供给变压器分支108的切换器204c和204d，并开始将作为选通信号230a和230b的第二对控制信号314和316分别提供给电感器分支104的切换器204a和204b。
在可重配置功率转换器100的操作期间无缝地进行在转变时间400处发生的从第一调制方案300到第二调制方案350的转变，而对主变压器110或其他电感性组件中的通量平衡没有任何影响。另外，控制信号310、312、314和316的转变之间的停滞时间（dead time）也可以容易地从一个调制方案转变为另一调制方案，以便使效率最大化。
图4B示出了根据本公开的实施例的在可重配置功率转换器100中从第二调制方案350到第一调制方案300的转变。对于该实施例，主时钟信号302、经相移的时钟信号304、第一对控制信号310和312、以及第二对控制信号314和316各自对应于在图3A和3B中示出的信号302、304、310、312、314和316。图4B简单地示出了从图3B的第二调制方案350到图3A的第一调制方案300的转变。
结果，对于第二调制方案350，PWM控制器102将作为选通信号230c和230d的第一对控制信号310和312分别路由到变压器分支108的切换器204c和204d，并将作为选通信号230a和230b的第二对控制信号314和316分别路由到电感器分支104的切换器204a和204b。
然而，当PWM控制器102感测到电流水平属性已经下降到预定的第二转变阈值以下时（这在该示例中恰好发生在转变时间402处（被指示为垂直虚线）），PWM控制器102转变到第一调制方案300。然后，PWM控制器102开始将作为选通信号230a和230b的第一对控制信号310和312分别提供给电感器分支104的切换器204a和204b，并开始将作为选通信号230c和230d的第二对控制信号314和316分别提供给变压器分支108的切换器204c和204d。将理解，第二转变阈值可以不同于第一转变阈值，以便在转变边界中提供滞后。
图5示出了根据本公开的实施例的用于自适应地控制可重配置功率转换器100的方法500。图5所示的方法500仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可以以任何其他合适的方式来自适应地控制可重配置功率转换器100。
最初，根据第一调制方案将控制信号310、312、314和316提供为选通信号230a-d（步骤502）。例如，对于特定实施例，PWM控制器102将控制信号310和312路由到电感器分支104，并且将控制信号314和316路由到变压器分支108。对于一些实施例，基于第一调制方案300，PWM控制器102提供作为用于电感器分支104中的第一切换器204a的第一选通信号230a的控制信号310、作为用于电感器分支104中的第二切换器204b的第二选通信号230b的控制信号312、作为用于变压器分支108中的第一切换器204c的第三选通信号230c的控制信号314、以及作为用于变压器分支108中的第二切换器204d的第四选通信号230d的控制信号316。因此，这些控制信号310、312、314和316分别对应于选通信号230a、230b、230c和230d，从而导致可重配置功率转换器100在第一调制方案300下操作。
对用于可重配置功率转换器100的电流水平属性进行感测（步骤504）。例如，对于特定实施例，PWM控制器102感测输出电流228（在可重配置功率转换器100的输出电路114的输出电压节点226a-b或其他合适的位置处）。如果电流水平属性尚未跨过第一转变阈值（步骤506），则继续感测电流水平属性（步骤504），直到电流水平属性跨过第一转变阈值（步骤506）。例如，对于特定实施例，可以继续感测输出电流228，直到输出电流228超过第一转变阈值。
当电流水平属性跨过第一转变阈值时（步骤506），根据第二调制方案将控制信号310、312、314和316提供为选通信号230a-d（步骤508）。例如，对于特定实施例，当输出电流228超过第一转变阈值时，PWM控制器102将控制信号314和316路由到电感器分支104，并且将控制信号310和312路由到变压器分支108。对于一些实施例，基于第二调制方案350，PWM控制器102提供作为用于电感器分支104中的第一切换器204a的第一选通信号230a的控制信号314、作为用于电感器分支104中的第二切换器204b的第二选通信号230b的控制信号316、作为用于变压器分支108中的第一切换器204c的第三选通信号230c的控制信号310、以及作为用于变压器分支108中的第二切换器204d的第四选通信号230d的控制信号312。因此，这些控制信号310、312、314和316分别对应于选通信号230c、230d、230a和230b，从而导致可重配置功率转换器100在第二调制方案350下操作。
对用于可重配置功率转换器100的电流水平属性进行感测（步骤510）。例如，对于特定实施例，PWM控制器102感测输出电流228（在可重配置功率转换器100的输出电路114的输出电压节点226a-b或其他合适的位置处）。如果电流水平属性尚未跨过第二转变阈值（步骤512），则继续感测电流水平属性（步骤510），直到电流水平属性跨过第二转变阈值（步骤512）。例如，对于特定实施例，可以继续感测输出电流228，直到输出电流228下降到第一转变阈值以下。
当电流水平属性跨过第二转变阈值时（步骤512），根据第一调制方案再次将控制信号310、312、314和316提供为选通信号230a-d（步骤502）。例如，对于特定实施例，当输出电流228降低到第二转变阈值以下时，PWM控制器102再次将控制信号310和312路由到电感器分支104，并且将控制信号314和316路由到变压器分支108。第二转变阈值可以与第一转变阈值不同，以便在转变边界中提供滞后。
以此方式，提供了PWM控制技术，该PWM控制技术允许可重配置功率转换器100在两个不同的PWM调制方案300和350之间重配置，以便与实现单个PWM调制方案的功率转换器相比最大化可重配置功率转换器100的效率。
尽管图5示出了用于自适应地控制可重配置功率转换器100的方法500的一个示例，但是可以对图5所示的实施例进行各种改变。例如，尽管被示为一系列步骤，但是图5中的各个步骤可以重叠、并行发生、以不同次序发生、或发生多次。作为特定示例，PWM控制器102可以连续地感测电流水平属性，而不是仅在与步骤504和510相关联的离散时间处感测电流水平属性。作为另一示例，对于一些实施例，可重配置功率转换器100可以最初在第二调制方案350下操作。对于这些实施例，步骤502的第一调制方案将对应于图3B的第二调制方案350，并且将感测电流水平属性（步骤504），直到电流水平属性下降到第一转变阈值以下（步骤506）。类似地，步骤508的第二调制方案将对应于图3A的第一调制方案300，并且将感测电流水平属性（步骤510），直到电流水平属性超过第二转变阈值（步骤512）。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文所述的装置和方法进行修改、添加或省略。例如，装置的组件可以被集成或分离。方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，如上所述，可以以任何合适的次序执行步骤。
阐明遍及本专利文件所使用的某些词语和短语的定义可能是有利的。术语“包括”和“包含”及其派生词在不限制的情况下意指包括。术语“或”是包含性的，意味着和/或。短语“与……相关联”及其派生词可以意指包括、包括在其内、与之互连、包含、包含在其内、连接到或与其连接、耦合到或与其耦合、可与其通信、与其合作、交错、并排、接近、结合到或与其结合、具有、具有……的属性、具有针对……的关系或与……的关系等等。短语“……中的至少一个”当与项目列表一起使用时，意味着可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个：”包括以下组合中的任一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。
尽管本公开已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和置换对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，各种实施例的以上描述不限定或约束本公开。在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。

Claims (20)

1.一种可重配置功率转换器，包括：
脉宽调制（PWM）控制器，其被配置为在电流水平属性超过转变阈值时在第一调制方案和第二调制方案之间切换。
2.根据权利要求1所述的可重配置功率转换器，其中，PWM控制器还被配置为初始地实现所述第一调制方案，感测所述电流水平属性，并且当所述电流水平属性跨过所述转变阈值时实现所述第二调制方案。
3.根据权利要求2所述的可重配置功率转换器，其中，所述转变阈值包括第一转变阈值，并且其中，所述PWM控制器还被配置为：
（i）通过当所述电流水平属性超过所述第一转变阈值时实现第二调制方案来当所述电流水平属性跨过转变阈值时实现所述第二调制方案，以及
（ii）当所述电流水平属性下降到第二转变阈值以下时重新实现所述第一调制方案。
4.根据权利要求2所述的可重配置功率转换器，其中，所述转变阈值包括第一转变阈值，并且其中，所述PWM控制器还被配置为：
（i）通过当所述电流水平属性下降到所述第一转变阈值以下时实现第二调制方案来当所述电流水平属性跨过转变阈值时实现所述第二调制方案，以及
（ii）当所述电流水平属性超过第二转变阈值时重新实现所述第一调制方案。
5.根据权利要求1所述的可重配置功率转换器，还包括：
电感器分支，其被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支，并且基于第二对控制信号而用作谐振分支；以及
变压器分支，其被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支，并且基于第二对控制信号而用作谐振分支，
其中，所述PWM控制器还被配置为通过将第一对控制信号路由到电感器分支并且将第二对控制信号路由到变压器分支来实现所述第一调制方案，并通过将第一对控制信号路由到变压器分支并且将第二对控制信号路由到电感器分支来实现所述第二调制方案。
6.根据权利要求5所述的可重配置功率转换器，其中，所述电感器分支包括第一切换器和第二切换器，其中，所述变压器分支包括第一切换器和第二切换器，并且其中，所述电感器分支的第一切换器和第二切换器以及所述变压器分支的第一切换器和第二切换器各自用50％占空比方波来选通。
7.一种可重配置功率转换器，包括：
电感器分支，其被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支，并且基于第二对控制信号而用作谐振分支；
变压器分支，其被配置为基于第一对控制信号而用作线性分支，并且基于第二对控制信号而用作谐振分支；以及
脉宽调制（PWM）控制器，其被配置为将第一对控制信号路由到电感器分支并且将第二对控制信号路由到变压器分支以得到第一调制方案，并将第一对控制信号路由到变压器分支并且将第二对控制信号路由到电感器分支以得到第二调制方案。
8.根据权利要求7所述的可重配置功率转换器，其中，所述第一对控制信号包括第一选通信号和第二选通信号，并且其中所述第二对控制信号包括第三选通信号和第四选通信号。
9.根据权利要求8所述的可重配置功率转换器，其中，所述电感器分支包括第一切换器和第二切换器，并且其中，所述变压器分支包括第一切换器和第二切换器。
10.根据权利要求9所述的可重配置功率转换器，其中，对于所述第一调制方案，PWM控制器被配置为通过将第一选通信号提供给电感器分支的第一切换器、将第二选通信号提供给电感器分支的第二切换器、将第三选通信号提供给变压器分支的第一切换器、并将第四选通信号提供给变压器分支的第二切换器来将第一对控制信号路由到电感器分支并且将第二对控制信号路由到变压器分支。
11.根据权利要求9所述的可重配置功率转换器，其中，对于所述第二调制方案，所述PWM控制器被配置为通过将第一选通信号提供给变压器分支的第一切换器、将第二选通信号提供给变压器分支的第二切换器、将第三选通信号提供给电感器分支的第一切换器、并将第四选通信号提供给电感器分支的第二切换器来将第一对控制信号路由到变压器分支并且将第二对控制信号路由到电感器分支。
12.根据权利要求7所述的可重配置功率转换器，其中，所述PWM控制器还被配置为感测电流水平属性，并且基于所述电流水平属性来实现所述第一调制方案或所述第二调制方案。
13.根据权利要求12所述的可重配置功率转换器，其中，所述PWM控制器还被配置为在所述电流水平属性超过转变阈值时从所述第一调制方案转变到所述第二调制方案。
14.根据权利要求13所述的可重配置功率转换器，其中，所述转变阈值包括第一转变阈值，并且其中，所述PWM控制器还被配置为在所述电流水平属性下降到第二转变阈值以下时从所述第二调制方案转变到所述第一调制方案。
15.一种用于自适应地控制包括电感器分支和变压器分支的可重配置功率转换器的方法，所述方法包括：
通过根据第一调制方案提供多个控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的多个选通信号来实现所述第一调制方案；
感测电流水平属性；
当所述电流水平属性跨过第一转变阈值时，通过根据第二调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号来从所述第一调制方案转变到所述第二调制方案；以及
当所述电流水平属性跨过第二转变阈值时，通过根据所述第一调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号来从所述第二调制方案转变回所述第一调制方案。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电感器分支包括第一切换器和第二切换器，其中，所述变压器分支包括第一切换器和第二切换器，其中，所述控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，并且其中，所述选通信号包括用于电感器分支的第一切换器的第一选通信号、用于电感器分支的第二切换器的第二选通信号、用于变压器分支的第一切换器的第三选通信号、以及用于变压器分支的第二切换器的第四选通信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，根据第一调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号包括：提供第一控制信号作为第一选通信号、提供第二控制信号作为第二选通信号、提供第三控制信号作为第三选通信号、以及提供第四控制信号作为第四选通信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，根据第二调制方案提供控制信号作为用于电感器分支和变压器分支的选通信号包括：提供第一控制信号作为第三选通信号、提供第二控制信号作为第四选通信号、提供第三控制信号作为第一选通信号、以及提供第四控制信号作为第二选通信号。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括用50％占空比方波通过选通信号来选通所述电感器分支的第一切换器和第二切换器以及所述变压器分支的第一切换器和第二切换器中的每一个。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电流水平属性包括输出电流和功率之一。
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