CN113196640A - 用于功率转换器中的变压器的次级侧的硬开关检测的次级绕组感测 - Google Patents

用于功率转换器中的变压器的次级侧的硬开关检测的次级绕组感测 Download PDF

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H·F·霍维茨
I·米莱蒂奇
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Abstract

一种功率转换器的控制器包括控制回路时钟发生器(139；图1B)，该控制回路时钟发生器被耦合以响应于表示所述功率转换器的特性的感测信号、响应于所述功率转换器的输出负载的负载信号以及硬开关感测输出(148，149；图1B)而生成开关频率信号(145；图1B)。硬开关感测电路(143；图1B)被耦合以响应于所述开关频率信号和表示功率转换器的能量传递元件的极性的整流器传导信号(135，136；图1B)而生成硬开关感测输出。请求发送器电路(144；图1B)被耦合以响应于所述开关频率信号而生成请求信号(128；图1B)以控制耦合到所述功率转换器的所述能量传递元件的输入的开关电路的开关。

Description

用于功率转换器中的变压器的次级侧的硬开关检测的次级绕 组感测
相关申请的交叉引用
本申请根据专利合作条约(PCT)的第8条要求享有2018年12月13日提交的第16/219,508号美国非临时申请的优先权，所述美国非临时申请的内容通过引用整体并入本文。
背景信息
公开内容的领域
本发明总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及开关模式功率转换器。
背景
电子设备使用电力运行。由于开关模式功率转换器效率高、体积小、重量轻，因此它们通常被用来为现今的许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流(ac)电。在开关功率转换器中，通过能量传递元件转换高压ac输入，以提供良好调节的直流(dc)输出。开关模式功率转换器通常通过感测一个或多个输出量并且在闭合回路中控制输出来提供输出调节。在运行中，利用开关以通过改变占空比(通常是开关的导通时间(on time)与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的每单位时间的脉冲数目来提供期望的输出。改变占空比可以被称为脉冲宽度调制(PWM)控制，而改变开关频率可以被称为脉冲频率调制(PFM)控制。
一种类型的开关模式功率转换器拓扑是谐振开关模式功率转换器，其利用谐振电感-电容(LC)电路作为功率转换过程的一部分。通常，与非谐振转换器相比，具有PFM控制的谐振开关模式功率转换器可以具有一些优点，诸如以较高的开关频率运行并且具有较低的开关损耗，利用较小的磁性元件(并且因此利用较小的封装)，同时仍然高效率地运行。谐振功率转换器通常不具有带尖锐沿的波形(例如，具有高di/dt或dv/dt的波形)，并且这样可以改善电磁干扰(EMI)性能，与非谐振转换器相比，这允许使用更小的EMI滤波器。
LLC转换器是一种类型的谐振开关模式功率转换器，其利用两个电感器和一个电容器之间的谐振。LLC转换器由于通过利用功率转换器的能量传递元件的磁化电感和漏电感作为LLC转换器的谐振部件的一部分而节省了成本和尺寸，因此很受欢迎。另外，当LLC转换器以零电压开关以在谐振以上的频率运行(即，以大于LLC的谐振频率的开关频率运行)——这可以导致较低的开关损耗——时，LLC转换器可以实现稳定性。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
图1A是例示了根据本发明的教导的具有次级控制器的功率转换器的一个实施例的功能块图，所述次级控制器具有硬开关感测块。
图1B是例示了根据本发明的教导的图1A的具有硬开关感测块的示例次级控制器的功能块图。
图2A例示了根据本发明的教导的具有用于图1的功率转换器的示例波形的时序图。
图2B例示了根据本发明的教导的具有用于图1的功率转换器的示例波形的另一个时序图。
图3例示了根据本发明的教导的具有初级电流、绕组信号和绕组时钟信号的示例波形的时序图。
图4A是根据本发明的教导的图1的具有硬开关感测块的次级控制器的示例功能块图。
图4B是例示了根据本发明的教导的图4A的硬开关感测块的实施方式的时序图。
图5是根据本发明的教导的表示图4A和图4B的次级控制器硬开关感测的功能的流程图。
图6是根据本发明的教导的具有硬开关感测块和限制控制(limit control)的次级控制器的示例功能块图。
图7A是根据本发明的教导的图6的具有硬开关感测块和限制控制的次级控制器的示例功能块图。
图7B是例示了根据本发明的教导的图7A的硬开关感测的实施方式的时序图。
图7C是根据本发明的教导的图6的具有硬开关感测块和限制控制的次级控制器的另一个示例功能块图。
图8是根据本发明的教导的表示图6和图7A-图7C的次级控制器硬开关感测的功能的流程图。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对发明的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对本发明的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
本文描述了谐振开关模式功率转换器的实施例，其中从感测次级绕组实现硬开关检测。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本发明。
贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
谐振转换器，诸如LLC转换器，通常包括谐振回路电路(resonant tank circuit)，该谐振回路电路包括回路电感和回路电容，如例如在LLC电路中发现的。谐振转换器可以利用软开关控制来提供输出电压，而没有相关联的高开关损耗、功率开关上的高开关应力以及由快速开关沿引起的高EMI。
对LLC转换器的功率开关进行软开关还可以使能零电压开关(ZVS)，在零电压开关中，功率开关上的电压在功率开关被接通的瞬间之前或在功率开关被接通的瞬间为零，其可以降低LLC转换器的开关损耗。对于半桥LLC转换器的一实施例，使用两个功率开关(在半桥开关电路中被称为高侧开关和低侧开关)来控制从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量传递。所述功率开关被控制，使得当一个功率开关导通(ON)时，另一功率开关断开(OFF)，并且通常在稳定状态状况下将两个功率开关控制为导通基本相等量的时间。通常，导通(或闭合)的开关可以传导电流，而断开(或开路)的开关通常不传导电流。在一个实施例中，第一开关导通，而第二开关断开。以非零电流关断第一开关。在第一开关关断之后，第二开关上的电压通常将下降。
软开关通常指当第二开关上的电压达到接近零时接通第二开关。使用这种类型的开关防止在开关接通期间因跨开关的端子的电容放电而引起的能量损耗。为了实现ZVS，功率开关被控制，使得存在被称为“停滞时间(dead time)”的时间段，其中两个功率开关在所述功率开关中的一个接通之前都断开。此外，在“停滞时间”时段期间，当两个开关都断开时，所述功率开关中的一个上的电压可以减小至零，并且一旦处于零伏特，此开关就可以以最小的开关损耗接通(实现ZVS)。
换句话说，软开关通常可以指当在LLC转换器的谐振回路电路中存在非零回路电流并且跨高侧开关或低侧开关的端子的电压在最小值处时接通高侧开关或低侧开关。硬开关通常指在如下情况下接通高侧开关或低侧开关：当回路电流基本上是零或在相反方向上流动，从而允许跨高侧开关或低侧开关的端子的电压基本上是非零时。换句话说，硬开关指当其电流基本上是零或在相反方向上流动时接通低侧开关或高侧开关。当高侧开关和低侧开关进行硬开关时(ZVS是不可能的)，发生开关损耗。在某些状况下，在谐振回路电路中可以存在基本上零回路电流。在一个实施例中，当高侧开关和低侧开关都已经关断足够长的时间段使得不存在回路电流时，回路电流是零。在另一个实施例中，在功率转换器的输出处的负载增加可以导致回路电流耗尽。随着负载增加，谐振转换器可以落入“过载状况”并且从谐振回路电路吸取过多能量，并且在开关关断时剩余的回路电流接近零。换句话说，“过载状况”可以从谐振回路电流吸取过多能量，并且回路电流下降到零或使方向相反，从而在开关接通之前在相反方向上驱动半桥电压。
对于半桥LLC转换器的一个实施例，通常在稳定状态状况下将高侧开关和低侧开关控制为导通基本上相等量的时间，并且它们的运行可以由其开关周期表征，开关周期是开关频率的倒数。通常，在稳定状态状况下高侧开关或低侧开关的导通时间基本上等于断开时间。这样，开关周期可以由两个半循环组成，所述两个半循环在稳定状态状况下基本上相等。在这两个半循环中的一个期间，高侧开关或低侧开关导通。对于随后的半循环，在前一个半循环期间未传导的开关导通，并且先前传导的开关现在断开。
为了使LLC转换器递送更多的功率，增加高侧开关和低侧开关的开关周期(即，降低开关频率)。这样，半循环的时段(因此功率开关的导通时间)也增加。当负载突然增加时，开关周期(并且这样，半循环的时段)的突然增加可以导致从谐振回路电路吸取过多能量并且循环结束回路电流(在半循环结束时)接近零。负载的进一步增加可以导致谐振回路电流在半循环结束之前方向相反。
通常可以通过直接感测功率转换器的初级侧的回路电流来检测硬开关。当回路电流达到零或是接近零时，硬开关发生。如将讨论的，根据本发明的教导的实施例通过经由感测一个或多个次级绕组上的电压改变间接感测功率转换器的次级侧的回路电流来感测硬开关的边界。例如，在回路电流基本上等于零的时间附近，一个或多个次级绕组的电压的极性从正改变到负，或反之亦然。硬开关相位角可以指在高侧功率开关或低侧功率开关的接通与次级绕组极性改变之间发生的时间量的比率。在无负载状况下，次级绕组极性改变发生在半循环的中间。当负载增加时，次级绕组极性改变发生在更接近半循环的开始。在硬开关的边界处或附近，次级绕组极性改变发生几乎与相关联的初级开关接通一致。如果深度运行在过载状况下，则硬开关将在相关联的初级开关接通之前导致绕组极性改变。这样，根据本发明的教导，可以利用硬开关相位角阈值来间接感测功率转换器何时是硬开关。
为了例示，图1A例示了示例功率转换器100和包括硬开关感测块132的控制器的功能块图。还示出了初级控制器125和次级控制器126，它们一起可以被称为功率转换器100的控制器。如所示出的，初级控制器125在功率转换器100的初级侧并且参考输入回线109，而次级控制器126在功率转换器100的次级侧并且参考输出回线121。然而，应理解，初级控制器125和次级控制器126可以不彼此隔离并且在次级控制器126中包括的一个或多个元件可以被包括在初级控制器125中，并且反之亦然。所示出的功率转换器100是谐振功率转换器，其以半桥拓扑耦合，在其输出处具有整流器。应理解，其他功率转换器拓扑(谐振或非谐振，隔离或非隔离)可以与本发明的实施方案一起使用。此外，同步整流器也可以用于输出整流器。
在所描绘的实施例中，功率转换器100被示出为包括：耦合到功率转换器100的输入的开关电路，该开关电路包括开关S1 104和S2 106；以及耦合在功率转换器100的输入和输出之间的能量传递元件T1 111。初级控制器125被耦合以生成第一驱动信号GH 130和第二驱动信号GL 131以分别控制开关S1 104和S2 106的开关。开关S1 104还可以被称为高侧开关，而开关S2 106可以被称为低侧开关。谐振回路电路187也耦合到开关S1 104和S2106。谐振回路电路187包括回路电感和回路电容。在所描绘的实施例中，谐振回路电路187是LLC电路，使得回路电感包括能量传递元件T1 111的漏电感LLK 115和变压器磁化电感LM116。回路电容包括电容C1 117。漏电感LLK 115和变压器磁化电感LM 116可以是分立部件(分立磁性结构)或被组合成具有泄漏元件和磁化元件的单个变压器(单个磁性结构)，诸如能量传递元件T1 111。谐振回路电路的回路电流被示出为初级电流IPR 110。
如所例示的，功率转换器100被耦合以在初级侧接收输入电压VIN 102，并且在次级侧将输出功率提供到耦合到功率转换器100的输出的负载124。高侧开关S1 104被耦合以在一端处接收输入电压VIN 102，并且在另一端处耦合到低侧开关S2 106。低侧开关S2 106进一步耦合到输入回线109。高侧开关S1 104与低侧开关S2 106之间的端子可以被称为半桥节点HB 108。在所示出的实施例中，高侧开关S1 104和低侧开关S2 106都被例示为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)连同它们各自的体二极管。用第一驱动信号GH 130和第二驱动信号GL 131控制高侧开关S1 104和低侧开关S2 106，使得施加到谐振回路187的输入的电压(即，半桥节点HB 108处的电压)基本上是方波。
如所示出的，能量传递元件T1 111包括初级绕组112、第一输出绕组113以及第二输出绕组114。能量传递元件T1 111的绕组上的圆点表示绕组之间耦合的相同极性的点。如所例示的，初级绕组112与磁化电感器LM 116并联耦合，使得如由圆点所指示的同相绕组端子连接到电容器C1 117。初级绕组111耦合到高侧开关S1 104和低侧开关S2 106。第一输出绕组113耦合到输出整流器D1 118，而第二输出绕组114耦合到输出整流器D2 119。如所示出的，整流器D1 118和D2 119是二极管。然而，在另一个实施例中，整流器D1 118和整流器D2 119可以是用作同步整流器的晶体管，并且可以通过经由次级控制器126输出的信号控制。当高侧开关S1 104被接通并且低侧开关S2 106被关断时，由输出整流器D1 118传递和整流能量。当高侧开关S1 104被关断并且低侧开关S2 106被接通时，由输出整流器D2 119传递和整流能量。输出电容器CO 120的一端耦合到整流器D1 118、D2 119和输出回线121。输出电容器CO 120的另一端耦合到第一输出绕组113和第二输出绕组114。负载124耦合在输出电容器CO 120两端。输出可以被提供到负载124并且可以被提供为输出电压VO 123、输出电流IO 122或二者的组合。
功率转换器100可以具有初级侧和次级侧，它们在一个实施例中彼此电流隔离。应理解，本公开内容的实施方案也可以与非隔离式功率转换器一起使用。耦合到功率转换器的输入侧的初级侧的控制器通常被称为初级控制器，而耦合到在功率转换器的输出侧的次级侧的控制器被称为次级控制器。初级控制器125和次级控制器126可以使用电感耦合件(诸如变压器或耦合电感器)、光耦合器或其他提供隔离的设备经由通信链路129跨电流隔离通信。初级控制器125和次级控制器126可以在单独的集成电路(IC)管芯上实施，该集成电路(IC)管芯可以被封装在单个IC封装件中或被封装在单独的IC封装件中。集成电路封装件通常包括引线框架，以为IC封装件内的一个或多个管芯提供机械支撑。
功率转换器100还包括用以调节输出的电路系统。表示功率转换器100的输出(输出电压VO 123、输出电流IO 122或二者的组合)的反馈信号UFB 127被提供到次级控制器126并且可以是电压信号或电流信号。次级控制器126被耦合以接收反馈信号UFB 127并且输出请求信号REQ 128。响应于反馈信号UFB 127，次级控制器126确定是否应将能量从功率转换器100的初级侧递送到次级侧。次级控制器126经由通信链路129将请求信号REQ 128输出到初级控制器125。通信链路129可以提供初级控制器125与次级控制器126之间的电流隔离并且可以通过使用诸如光耦合器、电容器、磁耦合件或电感耦合件的设备来实施。在一个实施例中，形成通信链路129的电感耦合件可以包括由支撑初级控制器125和次级控制器126的引线框架形成的导电回路。
请求信号REQ 128可以表示控制高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关的一个或多个命令。请求信号REQ 128可以是脉跳到逻辑高值并且迅速返回到逻辑低值的矩形脉冲波形。例如，请求信号REQ 128中的一组M个脉冲可以对应于“突发导通(burst on)”命令并且初级控制器125开始开关高侧开关S1 104或低侧开关S2 106。请求信号REQ 128中的单个脉冲可以对应于“开关”命令并且初级控制器125关断当前在传导的无论高侧开关S1 104或低侧开关S2 106，并且接通当前不在传导的无论哪个开关。此外，请求信号REQ 128中的一组N个脉冲可以对应于“突发断开(burst off)”命令并且初级控制器125停止开关高侧开关S1 104和低侧开关S2 106二者。初级控制器125可以包括解码器以对来自请求信号REQ128的命令解码。然而，应理解，可以使用其他方案——诸如脉宽调制、频率调制或其他技术——来传输突发导通、突发断开和开关命令。
次级控制器126确定高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关频率或开关周期。在一个实施例中，次级控制器接收可以表示功率转换器100的多个特性的感测信号SENSE132。在一个实施例中，感测信号SENSE 132可以包括输入电压VIN 102的大小，并且可以是电压信号或电流信号。感测信号SENSE 132还可以表示感测到的输出功率(POUT)、由能量传递元件T1 111递送的功率(P_T1)、输入功率或由转换器处理的功率，并且可以是电压信号或电流信号。次级控制器126利用反馈信号UFB 127和感测信号SENSE 132来确定请求信号REQ128的脉冲之间的时间以及开关S1 104和开关S2 106的随后的导通时间，该时间与高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关频率或开关周期有关。然而，应理解，感测信号SENSE132可以存在或可以不存在。次级控制器126可以利用反馈信号UFB 127来确定请求信号REQ128的脉冲之间的时间以及开关S1 104和开关S2 106的随后的导通时间。
次级控制器126被耦合以接收表示功率转换器100的能量传递元件T1 111的极性的整流器传导信号。在各实施例中，整流器传导信号中的电压的极性的改变的瞬间指示能量传递元件T1 111的初级绕组112中的初级电流IPR 110基本上是零。在一个实施例中，整流器传导信号包括表示第一输出绕组113的电压的第一绕组信号D1 135以及表示第二输出绕组114的电压的第二绕组信号D2 136。如所示出的，第一绕组信号D1 135是整流器118的阴极处的电压，而第二绕组信号D2 136是整流器119的阴极处的电压。对于同步整流器的情况，第一绕组信号D1 135和第二绕组信号D2 136将是相应的同步整流器的漏极的电压。如将进一步讨论的，次级控制器126包括硬开关感测。通过经由感测第一输出绕组113和第二输出绕组114的电压改变间接感测来自功率转换器100的次级侧的初级电流IPR 110(回路电流)来感测硬开关。例如，在回路电流基本上等于零的时间附近，第一输出绕组113或第二输出绕组114的电压的极性可以从正改变到负，或反之亦然。可以通过将此电压极性改变与高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关进行比较来感测硬开关。
图1B例示了根据本发明的教导的一个示例次级控制器126的功能块图。应理解，图1B的次级控制器126与图1A的次级控制器126的实施例共享许多相似性，并且下文所提及的类似地命名和编号的元件可以与上文所描述的类似地耦合和起作用。在图1B的实施例中，次级控制器126包括跨导放大器137(也称为反馈参考电路)、控制回路时钟发生器139、比较器140、比较器141、硬开关感测块143以及请求发送器144。跨导放大器137(即，反馈参考电路)被耦合以接收反馈信号UFB 127和反馈参考138。跨导放大器137(即，反馈参考电路)的输出是负载信号CMP 134。在运行中，跨导放大器137的输出是响应于反馈信号UFB 127与反馈参考138之间的差异的电流。反馈信号UFB 127与反馈参考138之间的差异越大，跨导放大器137的输出电流越大。跨导放大器137的输出可以耦合到补偿电路133，该补偿电路被示出在次级控制器126外部。在所示出的实施例中，补偿电路133耦合到输出回线121并且包括串联耦合在一起的电阻器和电容器连同并联耦合到串联耦合的电阻器/电容器的电容器。补偿电路133为功率转换器100的反馈回路提供回路补偿。此外，补偿电路133可以更改功率转换器100的反馈回路的响应时间。利用补偿电路133，由控制回路时钟发生器139接收的负载信号CMP 134可以是电压信号。在一个实施例中，负载信号CMP 134的较大值对应于较小的输出负载124。换句话说，负载信号CMP 134随着负载124减小而增大。
在所示出的实施例中，控制回路时钟发生器139接收感测信号SENSE 132和负载信号CMP 134并且将开关频率信号FSW 145输出到请求发送器144。开关频率信号FSW 145表示初级开关(S1 104和S2 106)的开关频率并且可以是具有逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。控制回路时钟发生器139利用感测信号SENSE 132和负载信号CMP 134来确定逻辑高部段和逻辑低部段的长度。应理解，感测信号SENSE 132可以是可选的，并且控制回路时钟发生器139可以包括压控振荡器(VCO)或响应于负载信号CMP 134以确定逻辑高部段和逻辑低部段的长度的其他方案。
对于LLC转换器，在稳态状况期间，逻辑高部段和逻辑低部段大致具有相等的长度。开关频率信号FSW 145的连续的前沿(例如，连续的上升沿)之间的时间被称为开关周期TSW。或换句话说，逻辑高部段和逻辑低部段的长度之和是开关频率信号FSW 145的开关周期TSW。开关频率信号FSW 145的开关周期TSW通常也是高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关周期。然而，存在称为“停滞时间”的时间段，其中高侧开关S1 104和低侧开关S2 106在这些开关中的一个接通之前都断开，以允许该开关上的电压减少到零，从而实现ZVS。当利用停滞时间时，高侧开关S1 104和低侧开关S2 106的开关周期基本上是开关频率信号FSW141的开关周期TSW加上关断高侧开关S1 104之后的停滞时间和关断低侧开关S2 106之后的停滞时间。
开关频率信号FSW 145的每个开关周期TSW包括两个半循环。开关频率信号FSW 145在这些半循环中的一个期间是逻辑高并且在另一个半循环期间是逻辑低。在一个实施例中，当开关频率信号FSW 145是逻辑高时，高侧开关S1 104导通(即，可以传导电流)，而当开关频率信号FSW 145是逻辑低时，低侧开关S2 106导通(即，可以传导电流)。使用开关周期TSW和半循环的长度来控制递送到负载124的能量的量。在一个实施例中，开关周期TSW越长(即，半循环越长)，由于谐振回路187的增益，越多的能量被递送到功率转换器100的输出和负载124。
在稳态状况下，两个半循环基本上相等。然而，在瞬态状况下，诸如变化的负载、输入电压的突然变化等，两个半循环的长度不是相等的，从而改变总开关周期TSW以使功率转换器的输出进入调节。对于增加负载的实施例，两个半循环和总开关周期TSW将逐渐增加以调节功率转换器100的输出。当硬开关感测块143感测到功率转换器正在硬开关的边界处运行或是硬开关时，半循环可以被终止。当检测到硬开关事件时终止半循环可以减轻具有硬开关的问题中的一些。如将进一步讨论的，硬开关感测块143生成硬开关感测输出，该硬开关感测输出在一个实施例中包括硬开关感测信号HS_W1 148和HS_W2 149。控制回路时钟发生器139从硬开关感测块143接收硬开关感测信号HS_W1 148和HS_W2 149。信号HS_W1 148表示来自第一输出绕组113的硬开关的检测，而信号HS_W2 149表示来自第二输出绕组114的硬开关的检测。当信号HS_W1 148或信号HS_W2 149有效(asserted)时，控制回路时钟发生器139通过使开关频率信号FSW 145从逻辑高转变到逻辑低或反之亦然来结束当前的半循环。
开关频率信号FSW 145由请求发送器144接收。请求信号REQ 128的频率响应于由开关频率信号FSW 145设置的开关频率/周期。在一个实施例中，在开关频率信号FSW 145的每一个前沿处和每一个后沿处，请求发送器144输出请求信号REQ 128中的脉冲以接通高侧开关S1 104或低侧开关S2 106。在一个实施例中，开关频率FSW 145中的前沿(例如，上升沿)对应于接通高侧开关S1 104(并且关断低侧开关S2 106)，而开关频率FSW 145中的后沿(例如，下降沿)对应于接通低侧开关S2 106(并且关断高侧开关S1 104)。换句话说，开关频率信号FSW 145的逻辑高值通常对应于高侧开关S1 104的传导时间，而逻辑低通常对应于低侧开关S2 106的传导时间。应理解，在关断高侧开关S1 104并且接通低侧开关S2 106之间也可能存在停滞时间，并且反之亦然。如所示出的，连续的前沿(或连续的后沿)之间的时间基本上是开关周期TSW。连续的沿之间的时间基本上是半循环的长度。
次级控制器126被耦合以接收表示功率转换器100的能量传递元件T1 111的输出的整流器传导信号。在各实施例中，整流器传导信号中的电压的极性的改变指示能量传递元件T1 111的初级绕组112中的初级电流基本上是零。在一个实施例中，整流器传导信号包括表示第一输出绕组113的电压的第一绕组信号D1 135以及表示第二输出绕组114的电压的第二绕组信号D2 136。如所示出的，第一绕组信号D1 135是整流器118的阴极处的电压，而第二绕组信号D2 136是整流器119的阴极处的电压。对于同步整流器的情况，第一绕组信号D1 135和第二绕组信号D2 136将是相应的同步整流器的漏极的电压。
比较器140被耦合以接收第一绕组信号Dl 135和阈值TH 142，并且输出第一绕组时钟Wl 146。第一绕组时钟Wl 146是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，阈值TH 142是基本上接近零伏特或在零伏特以下的绕组阈值，并且第一绕组时钟W1 146指示第一绕组信号D1 135的极性。第一绕组时钟W1 146的沿将表示第一绕组信号D1 135的极性的改变。在一个实施例中，第一绕组时钟W1 146的逻辑高值对应于第一绕组信号D1 135的负极性，而逻辑低值对应于第一绕组信号D1 135的正极性。以另一方式陈述，第一绕组时钟W1 146可以表示整流器118的传导。例如，第一绕组时钟W1 146可以在整流器118传导时是逻辑高并且在整流器118不传导时是逻辑低。如所示出的，在比较器140的非反相输入处接收阈值TH 142，而在反相输入处接收第一绕组信号D1135。
类似地，比较器141被耦合以接收第二绕组信号D2 136和阈值TH 142，并且输出第二绕组时钟W2 147。第二绕组时钟W2 147是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，阈值TH 142基本上是接近零伏特或在零伏特以下，并且第二绕组时钟W2 147指示第二绕组信号D2 136的极性。第二绕组时钟W2 147的沿将表示第二绕组信号D2 136的极性的改变。在一个实施例中，第二绕组时钟W2 147的逻辑高值对应于第二绕组信号D2 136的负极性，而逻辑低值对应于第二绕组信号D2 136的正极性。以另一方式陈述，第二绕组时钟W2 147可以表示整流器119的传导。例如，第二绕组时钟W2147可以在整流器119传导时是逻辑高并且在整流器119不传导时是逻辑低。如所示出的，在比较器140的非反相输入处接收阈值TH 142，而在反相输入处接收第二绕组信号D2 136。
硬开关感测块143被耦合以接收开关频率信号FSW 147以及第一绕组时钟W1 146和第二绕组时钟W2 147并且输出硬开关感测信号HS_W1 148和HS_W2 149。硬开关感测信号HS_W1 148表示来自第一输出绕组113的硬开关的检测，而硬开关感测信号HS_W2 149表示来自第二输出绕组114的硬开关的检测。当信号HS_W1 148或信号HS_W2 149有效时，控制回路时钟发生器139通过使开关频率信号FSW 145从逻辑高转变到逻辑低或反之亦然来结束当前的半循环。
在运行中，硬开关感测块143通过将绕组时钟W1 146和W2 147中的任一个中的沿的时序与开关频率信号FSW 145的值进行比较来确定是否已经存在硬开关事件。在大多数正常状况下，当开关频率信号FSW 145是逻辑高时，第二绕组时钟W2 147中的前沿(例如，上升沿)不应发生。如果当开关频率信号FSW 145是逻辑高时第二绕组时钟W2 147中的前沿发生，则硬开关感测块143确定存在硬开关事件并且终止当前的半循环以停止初级侧开关中的一个的开关。换句话说，硬开关感测块143被配置为响应于当开关频率信号FSW 145是逻辑高时指示输出整流器D2 119从非传导状态转变到传导状态的第二绕组时钟W2 147来指示硬开关事件。对于此实施例，开关频率信号FSW 145转变到逻辑低值并且高侧开关S1 104被关断。
此外，在大多数正常状况下，当开关频率信号FSW 145是逻辑低时，第一绕组时钟W1 146中的前沿(例如，上升沿)不应发生。如果当开关频率信号FSW 145是逻辑低时第一绕组时钟W1 146中的前沿发生，则硬开关感测块143确定存在硬开关事件并且终止当前的半循环以停止初级侧开关中的一个的开关。换句话说，硬开关感测块143还被配置为响应于当开关频率信号FSW 145是逻辑低时指示输出整流器D1 118从非传导状态转变到传导状态的第一绕组时钟W1 146来指示硬开关事件。对于此实施例，开关频率信号FSW 145转变到逻辑高值并且低侧开关S2 106被关断。
图2A是例示了开关频率信号FSW 245、请求信号REQ 228、第一驱动信号GH 230、第二驱动信号GL 231、初级电流IPR 210、第一绕组信号D1 235、第二绕组信号D2 236、第一绕组时钟W1 246和第二绕组时钟W2 247的波形的时序图200，所述波形是图1中所讨论的类似地命名的元件的示例波形。
开关频率信号FSW 245是变化的长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。开关周期TSW 250被示出为开关频率信号FSW 245的前沿之间的时间，但是还可以被定义为后沿之间的时间。开关周期TSW 250基本上是开关频率的倒数。如所示出的，开关周期TSW250可以包括两个半循环251，其中一个半循环THCn对应于开关周期TSW 250的逻辑高部段并且另一个半循环THCn+1对应于开关周期TSW 250的逻辑低部段。在稳态状况下，半循环THCn的长度基本上等于半循环THCn+1的长度。如果输入电压102或负载124变化，则半循环可以随着时间增加或减小。当硬开关感测块感测硬开关事件时，一旦已经感测到该事件，就可以缩短或终止半循环THCn或THCn+1。
请求信号REQ 228可以是在开关频率信号FSW 245的每一个前沿处和每一个后沿处具有逻辑高值的矩形脉冲波形。请求信号REQ 228然后被传输到初级控制器以分别经由第一驱动信号GH 230和第二驱动信号GL 231控制高侧开关S1和低侧开关S2的开关。在一个实施例中，开关频率信号FSW 245的逻辑高部段对应于传导的高侧开关S1(和逻辑高的第一驱动信号GH 230)并且开关频率信号FSW 245的逻辑低部段对应于传导的低侧开关(和逻辑高的第二驱动信号GL 231)。对于开关频率信号FSW 245的每一个前沿，请求信号REQ 228脉跳到逻辑高值。在第一驱动信号GH 230转变到逻辑高值以接通高侧开关S1之前，第二驱动信号GL 231转变到逻辑低值以关断低侧开关S2。如所示出的，在请求信号REQ 228的脉冲与第二驱动信号GL 231的逻辑低转变之间存在传播延迟TPD 252，该传播延迟TPD 252表示从次级控制器传输到初级控制器的时间以及二者内的各种电路的延迟。此外，图2A还例示了关断低侧开关S2(即，GL 231的后沿)与接通高侧开关S1(即，GH 230的前沿)之间的停滞时间TZV。如上文所提到的，如果存在在正确的方向上流动的非零回路电流，则ZVS可能发生。
对于开关频率信号FSW 245的每一个后沿，请求信号REQ 228脉跳到逻辑高值。在第二驱动信号GL 231转变到逻辑高值以接通低侧开关S2之前，第一驱动信号GH 230转变到逻辑低值以关断高侧开关S1。还示出了传播延迟TPD 252以及关断高侧开关S1与接通低侧开关之间的停滞时间TZV 253。在关断高侧开关S1与接通低侧开关S2之间的停滞时间TZV253期间，半桥节点(图1A中所示出的节点HB 108)处的电压将由于使节点HB 108处的集总电容放电的电流而下降。当通过低侧开关S2 106的体二极管的电流将电压基本上钳位在接近零的负值时，所达到的最小半桥HB电压发生。这在低侧开关S2接通之前创建ZVS状况。
如所示出的，当第一驱动信号GH 230是逻辑高并且高侧开关S1传导时，初级电流IPR 210基本上增加，而当第二驱动信号GL 231是逻辑高并且低侧开关S2传导时，初级电流IPR 210基本上减小。对于图2A中所示出的实施例，当初级电流IPR 210是负的时，图1A中所示出的输出整流器D1 118处于非传导状态，而输出整流器D2 119处于传导状态。这样，第一绕组信号D1 235基本上是正非零值(对应于输出电压VO的两倍)，而第二绕组信号D2 236基本上是接近零的负值(对应于二极管电压降)。因此，当在输出整流器D1 118中不传导时，第一绕组信号D1 235是正值，并且当在输出整流器D2 119中传导时，第二绕组信号D2 236是负值。第一绕组时钟W1 246是逻辑低，而第二绕组时钟W2 247是逻辑高。当初级电流IPR 210是正的时，图1A中所示出的输出整流器D1 118处于传导状态，而输出整流器D2 119处于非传导状态。这样，第一绕组信号D1 235基本上是接近零的负值(对应于二极管电压降)，而第二绕组信号D2 236基本上是正非零值(对应于输出电压VO的两倍)。因此，当在输出整流器D1 118中传导时，第一绕组信号D1 235是负值，并且当在输出整流器D2 119中不传导时，第二绕组信号D2 236是正值。第一绕组时钟W1 246是逻辑高，而第二绕组时钟W2 247是逻辑低。应理解，输出整流器D1 118或D2 119传导的时间的持续时间可以随着负载变化。例如，传导时间的持续时间可以随着减少负载而减小。
对于图2A中所示出的实施例，硬开关的相位角PA 254可以被定义为请求信号REQ228中的脉冲与初级电流IPR 210改变极性(即，过零)之间的时间与总周期TSW的比率。如上文所提到的，存在最小硬开关相位角PA254以保持功率转换器软开关(其允许零电压开关)，并且可以利用硬开关相位角阈值来间接感测功率转换器何时是硬开关。在所示出的实施例中，绕组感测信号D1 235和D2 236通常与IPR 210过零大约同时改变极性。绕组感测信号D1235和D2 236的极性改变转化为绕组时钟信号W1 246和W2 247中的前沿和后沿。感测到的相位角SPA255可以被定义为请求信号REQ 228中的脉冲与绕组时钟信号W1 246或W2 247的前沿之间的时间的持续时间。
图2B是例示了开关频率信号FSW 245、请求信号REQ 228、第一驱动信号GH 230、第二驱动信号GL 231、初级电流IPR 210、第一绕组信号D1 235、第二绕组信号D2 236、第一绕组时钟W1 246和第二绕组时钟W2 247的波形的另一个时序图201，所述波形是图1A中所讨论的类似地命名的元件的示例波形。应理解，图2B类似于图2A。然而，硬开关的相位角PA254可以被定义为高侧开关S1或低侧开关S2开关与初级电流IPR 210改变极性(即，过零)之间的时间与总周期TSW的比率。或换句话说，相位角PA 254可以被定义为第一驱动信号GH 230或第二驱动信号GL231的前沿与初级电流IPR 210改变极性(即，过零)之间的时间的持续时间。相位角254类似于图2A中所示出的相位角，然而，图2B中所示出的相位角254不包括传播延迟TPD 252和停滞时间TZV 253。次级控制器可以知道传播延迟TPD 252和停滞时间TZV 253的值，并且图2B的感测到的相位角SPA 255可以被定义为请求信号REQ 228中的脉冲与绕组时钟信号W1 246和W2 247的前沿之间的时间的持续时间减去传播延迟TPD 252和停滞时间TZV 253。
图3是具有初级电流IPR 310、第一绕组信号D1 345和第一绕组时钟W1 346以及这些信号可以如何随着负载变化的示例波形的时序图300。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。初级电流IPR 310被示出为振荡波形，虚线例示了示例磁化电流IM 357，该磁化电流IM 357是初级电流IPR 310的一部分。与细实线相比，深实线对应于具有较大负载的初级电流IPR 310。磁化电流IM 357被例示为锯齿波形。当负载增加时，初级电流IPR 310的大小增加。
绕组信号D1 345在输出整流器D1不传导时是正值(并且对应于输出电压VO的两倍)并且在输出整流器传导时是负的、接近零的值(对应于二极管传导降)。绕组时钟信号W1346在输出整流器D1传导(即，绕组信号D1 345是负的、接近零的)时是逻辑高并且在输出整流器D1不传导(即，绕组信号D1 345是正的)时是逻辑低。当负载增加时，输出整流器D1的传导时间增加，并且这样，绕组时钟信号W1 346在更长的时间的持续时间内是逻辑高。
对于较大的负载(粗实线)，绕组信号D1 345可以在时间t1 359处改变极性(如果初级电流IPR 310则对应于过零)。这样，绕组时钟W1 346可以在时间t1 359处从逻辑低转变到逻辑高。然而，对于较小的负载(细实线)，绕组信号D1 345可以在时间t2 360处改变极性(如果初级电流IPR 310则对应于过零)，并且绕组时钟W1 346中的前沿发生。
时间t0 358对应于相位角计时器的开始。对于所示出的实施例，相位角是计时器的开始(时间t0 358)与绕组时钟W1 346的前沿之间的持续时间。如所示出的，对于较大的负载感测到的相位角SPA1 355可以短于对于较小的负载感测到的相位角SPA2 356。应理解，关于负载对于第二绕组信号D2和第二绕组时钟W2可以看到类似的特性。
图4A例示了具有硬开关感测块443的次级控制器426的一个实施例。类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。如所示出的，次级控制器426包括跨导放大器437(也称为反馈参考电路)、控制回路时钟发生器439、比较器440和441、硬开关感测块443以及请求发送器444。跨导放大器437(即，反馈参考电路)被耦合以接收反馈信号UFB 427和反馈参考REF 438并且输出负载信号CMP 434。跨导放大器437(即，反馈参考电路)的输出耦合到补偿电路433，该补偿电路433为功率转换器的反馈回路提供回路补偿。在一个实施例中，负载信号CMP 434的较大的值对应于较小的负载。换句话说，负载信号CMP 434随着负载减小而增加。
如图4A中所示出的，控制回路时钟发生器439包括参考发生器463、比较器464和465、或(OR)门467和468以及锁存器469。参考发生器463被耦合以接收负载信号CMP 434并且生成用于比较器464和465的第一参考488和第二参考489。第一参考488可以基本上遵循负载信号CMP 434的值。第二参考489可以是第一参考488的互补版本，由此相对于一共模值，在该相同的共模值以上的第一参考488的大小与第二参考489相等并且相反。因此，创建了两个参考，一个基本上遵循负载信号CMP 434，并且另一个具有如所描述的互补参考。两个参考可以相对于负载在相反方向上移动。第一参考488的值通常可以随着负载增加而减小。因此，第二参考489(互补参考)的值通常可以相对于增加的负载而增加。
比较器465可以被耦合以在其反相输入处接收来自参考发生器463的第二参考489中的一个并且在其非反相输入处接收感测信号SENSE 432。比较器464可以被耦合以在其非反相输入处接收来自参考发生器463的第一参考488并且在其反相输入处接收感测信号SENSE 432。
或门468被耦合以接收比较器465的输出和来自硬开关感测块443的硬开关感测信号HS_W1 448。或门467被耦合以接收比较器464的输出和来自硬开关感测块443的硬开关感测信号HS_W2 449。锁存器469被耦合以接收或门467和468的输出。在所示出的实施例中，锁存器469在其置位S输入处接收或门468的输出并且在其复位R输入处接收或门467的输出。锁存器469的输出是开关频率信号FSW 445。
在运行中对于所示出的实施例，当感测信号SENSE 432大于由参考发生器463提供的第二参考489或硬开关感测信号HS_W1有效时，锁存器469被置位，并且开关频率信号FSW445转变到逻辑高值。换句话说，当已经从第一输出绕组检测到硬开关事件时，终止当前的半循环。当感测信号SENSE 432下降到由参考发生器463提供的第一参考488以下或硬开关感测信号HS_W2 449有效时，锁存器469被复位，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑低值。换句话说，当已经从第二输出绕组检测到硬开关事件时，终止当前的半循环。通过响应于负载信号CMP 434而变化由参考发生器463输出的参考488、489的值，控制回路时钟发生器439控制高侧开关和低侧开关的开关频率和开关周期以及递送到功率转换器的输出的能量的量。然而，如将进一步讨论的，硬开关感测信号HS_W1 448和HS_W2 449可以进一步修改高侧开关和低侧开关的开关频率和开关周期。
开关频率信号FSW 445的每个开关周期TSW包括示出为半循环THCn和THCn+1的两个半循环。开关频率信号FSW 445在这些半循环中的一个(THCn)期间是逻辑高，并且在另一个半循环(THCn+1)期间是逻辑低。开关周期TSW和半循环THCn和THCn+1的长度被用来控制递送到负载的能量的量。开关周期TSW越长(即，半循环THCn和THCn+1越长)，越多能量被递送到功率转换器的输出和负载。在稳态状况下，两个半循环THCn和THCn+1基本上相等。然而，在瞬态状况下，两个半循环THCn和THCn+1的长度(以及总开关周期TSW)被改变，以使功率转换器的输出进入调节。
如将进一步讨论的，硬开关感测块443通过监测第一输出绕组和第二输出绕组来确定功率转换器是否可以是硬开关。硬开关感测信号HS_W1 448和HS_W2 449都可以是在已经检测到硬开关事件时脉跳到逻辑高值的脉冲信号。硬开关硬开关感测信号HS_W1 448和HS_W2 449还可以在半循环THCn或THCn+1结束时清除(clear)。然而，应理解，硬开关感测块443的其他逻辑实施方式是可能的。在一个实施例中，当已经在第一输出绕组上检测到硬开关事件时，硬开关感测信号HS_W1 448脉跳到逻辑高值，并且当已经在第二输出绕组上检测到硬开关事件时，硬开关感测信号HS_W2脉跳到逻辑高值。响应于接收到的脉冲，控制回路时钟发生器439经由或门467、468和锁存器469终止当前的半循环(THCn或THCn+1)以改变开关频率信号FSW 445的状态。
开关频率信号FSW 445由请求发送器444接收，并且请求信号REQ 428的频率响应于由开关频率信号FSW 445设置的开关频率和开关周期。在一个实施例中，开关频率FSW445中的前沿对应于接通高侧开关S1，而后沿对应于接通低侧开关S2。比较器440被耦合以接收第一绕组信号D1 435和阈值TH 442并且输出第一绕组时钟W1 446。第一绕组时钟W1446是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，阈值TH 442基本上接近零或在零以下，并且第一绕组时钟W1 446指示第一绕组信号D1 435的极性。第一绕组时钟W1 446的沿将表示第一绕组信号D1 435的极性的改变。在一个实施例中，第一绕组时钟W1 446的逻辑高值对应于第一绕组信号D1 435的负极性，而第一绕组时钟W1 446的逻辑低值对应于第一绕组信号D1 435的正极性。以另一方式陈述，第一绕组时钟W1 446可以表示耦合到第一输出绕组的输出整流器D1的传导。例如，第一绕组时钟W1446可以在耦合到第一输出绕组的输出整流器D1传导时是逻辑高并且在输出整流器D1不传导时是逻辑低。如所示出的，在比较器440的非反相输入处接收阈值TH 442，而在反相输入处接收第一绕组信号D1 435。
类似地，比较器441被耦合以接收第二绕组信号D2 436和阈值TH 442并且输出第二绕组时钟W2 447。第二绕组时钟W2 447是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，阈值TH 442基本上接近零或在零以下，并且第二绕组时钟W2 447指示第二绕组信号D2 436的极性。第二绕组时钟W2 447的沿将表示第二绕组信号D2 436的极性的改变。在一个实施例中，第二绕组时钟W2 447的逻辑高值对应于第二绕组信号D2 436的负极性，而逻辑低值对应于第二绕组信号D2 436的正极性。以另一方式来说，第二绕组时钟W2 447可以表示耦合到第二输出绕组的输出整流器D2的传导。例如，第二绕组时钟W2 447可以在输出整流器D2传导时是逻辑高并且在输出整流器D2不传导时是逻辑低。如所示出的，在比较器441的非反相输入处接收阈值TH 442，而在反相输入处接收第二绕组信号D2 436。第一绕组信号D1 453和第二绕组信号D2 436的极性的改变通常与功率转换器的初级电流IPR的过零对应。这样，可以利用第一绕组信号D1 453和第二绕组信号D2436连同第一绕组时钟信号W1 446和第二绕组时钟信号W2 447来间接感测功率转换器的初级电流IPR。
硬开关感测块443被耦合以接收开关频率信号FSW 445、第一绕组时钟W1 446以及第二绕组时钟W2 447并且输出硬开关感测信号HS_W1 448和HS_W2 449。硬开关感测信号HS_W1 448表示来自第一输出绕组的硬开关的检测，而硬开关感测信号HS_W2 449表示来自第二输出绕组的硬开关的检测。当信号HS_W1 448或信号HS_W2 449有效时，控制回路时钟发生器439通过使开关频率信号FSW 445从逻辑高转变到逻辑低或反之亦然来终止当前的半循环。
如所示出的，硬开关感测块443包括触发器461和触发器462。触发器461被耦合以在其时钟输入处接收第一绕组时钟信号W1 446，在其数据D输入处接收逻辑高值(如由图4A中的“1”所指示的)，以及在其复位R输入处接收开关频率信号FSW 445。触发器462的输出是硬开关检测信号HS_W1 448。触发器462被耦合以在其时钟输入处接收第二绕组时钟信号W2447，在其数据D输入处接收逻辑高值(如由图4A中的“1”所指示的)，以及在其反相复位
Figure BDA0003108203440000211
输入处接收开关频率信号FSW 445。用图4A中的R上方的“横杠”指示触发器462的反相复位。在运行中，当开关频率信号FSW 445是逻辑低时，触发器462复位，而当开关频率信号FSW 445是逻辑高时，触发器461复位。触发器462的输出是硬开关感测信号HS_W2 449。应理解，也可以使用能够记住先前的状态的锁存器或其他存储单元。在一个实施例中，触发器可以被认为是1位存储单元。
在运行中，硬开关感测块443通过将绕组时钟W1 446和W2 447的沿的时序与开关频率信号FSW 445的值进行比较来确定是否已经存在硬开关事件。在一个实施方式中，触发器461和462捕获硬开关事件。在大多数正常状况下，当开关频率信号FSW 445是逻辑高时，第二绕组时钟W2 447中的前沿不应发生。如果当开关频率信号FSW 445是逻辑高时第二绕组时钟W2 447中的前沿发生，则硬开关感测块443输出单个HS_W2 449中的脉冲以终止当前的半循环并且使开关频率信号FSW 445转变到逻辑低值，这然后启动高侧开关S1的关断和低侧开关S2的接通。如所示出的，当在开关频率信号FSW 445是逻辑高时第二绕组时钟W2447转变到逻辑高值(即，前沿)时，触发器462(在其数据D输入处)输出逻辑高值。接收到的信号HS_W2 449中的脉冲使锁存器469复位，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑低值。一旦开关频率信号FSW 445转变到逻辑低值(即，后沿)，触发器462就复位，并且信号HS_W2449是逻辑低。此实施例的特定配置使用FSW是参考相位445信号，该参考相位信号在此情况下表示零相位角，其中正相位事件发生在FSW-沿之后并且负相位事件发生在FSW-沿之前。应理解，在另一个实施例中，参考信号可以是非零参考相位角。
类似地，在大多数正常状况下，当开关频率信号FSW 445是逻辑低时，第一绕组时钟W1 446中的前沿不应发生。如果当开关频率信号FSW 445是逻辑低时第一绕组时钟W1446中的前沿发生，则硬开关感测块443输出单个HS_W1 448中的脉冲以终止当前的半循环，并且使开关频率信号FSW 445转变到逻辑高值，这然后启动低侧开关S2的关断和高侧开关S1的接通。如所示出的，当在开关频率信号FSW 445是逻辑低时第一绕组时钟W1 446转变到逻辑高值(即，前沿)时，触发器461(在其数据D输入处)输出逻辑高值。接收到的信号HS_W1448中的脉冲使锁存器469置位，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑高值。一旦开关频率信号FSW 445转变到逻辑高值(即，前沿)，触发器461就复位并且信号HS_W1 448是逻辑低。这样，硬开关感测块443监测次级绕组中的极性改变以间接感测硬开关事件。
图4B例示了开关频率信号FSW 445、第一绕组时钟信号W1 446、第二绕组时钟信号w2 447以及硬开关感测信号HS_W1 448和HS_W2 449的示例波形的时序图401。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。如所示出的，开关频率信号FSW445是矩形脉冲波形。
在半循环a期间，开关频率信号FSW 445是逻辑高。半循环a的持续时间被例示为THC(a)。在半循环a的开始，第一绕组时钟信号W1 446是逻辑低，而第二绕组信号W2 447是逻辑高。在半循环a期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1 446转变到逻辑高值，而第二绕组信号W2 447转变到逻辑低值。当开关频率信号FSW 445是逻辑高时，第二绕组信号W2 447中的前沿不发生。这样，在半循环a期间在硬开关感测信号HS_W2 449中不存在脉冲。
对于半循环b，开关频率信号FSW 445是逻辑低并且半循环b的持续时间被例示为THC(b)。如所示出的，半循环a的持续时间THC(a)基本上等于半循环b的持续时间THC(b)。在半循环b的开始，第一绕组时钟信号W1 446是逻辑高，而第二绕组信号W2 447是逻辑低。在半循环b期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1 446转变到逻辑低值，而第二绕组信号W2447转变到逻辑高值。当开关频率信号FSW 445是逻辑低时，第一绕组信号W1 447中的前沿不发生。这样，在半循环b期间在硬开关感测信号HS_W1 448中不存在脉冲。
对于半循环c，开关频率信号FSW 445是逻辑高并且半循环c的持续时间被例示为THC(c)。在此实施例中，控制回路时钟发生器439增加了开关频率信号FSW 445的开关周期TSW，并且THC(c)大于THC(b)和THC(a)。在半循环c的开始，第一绕组时钟信号W1 446是逻辑低，而第二绕组信号W2 447是逻辑高。在半循环c期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1446转变到逻辑高值，而第二绕组信号W2 447转变到逻辑低值。类似于半循环a，当开关频率信号FSW 445是逻辑高时，第二绕组信号W2 447中的前沿不发生。这样，在半循环c期间在硬开关感测信号HS_W2 449中不存在脉冲。对于半循环a、b和c，是控制回路时钟发生器439确定开关频率信号FSW 445应何时在逻辑高值与逻辑低值之间转变。然而，与半循环a或半循环b相比，第一绕组信号W1 446和第二绕组信号W2 447的沿发生更接近半循环c的开始。这可以指示功率转换器开始在硬开关的边界附近运行。
在半循环d的开始，开关频率信号FSW 445是逻辑低，并且第一绕组时钟信号W1446是逻辑高，而第二绕组信号W2 447是逻辑低。在半循环d期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1 446转变到逻辑低值，而第二绕组信号W2 447转变到逻辑高值。然而，在时间t0 458处，第一绕组时钟信号W1 446转变回到逻辑高值，并且第二绕组信号W2转变到逻辑低值。当开关频率信号FSW 445是逻辑低时，第一绕组时钟信号W1 446中的前沿发生。这样，硬开关感测信号HS_W1 448在时间t0 458处脉跳到逻辑高值，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑高值。半循环d的持续时间被示出为THC(d)并且在时间t0 458处结束。在时间t1 459处开关频率信号FSW 445中的虚线前沿指示如果未检测到硬开关事件则开关频率信号FSW 445将在何处转变到逻辑高值。
在半循环e的开始，开关频率信号FSW 445是逻辑高并且第一绕组时钟信号W1 446是逻辑高而第二绕组信号W2 447是逻辑低。在时间t2 460处，第一绕组时钟信号W1 446转变到逻辑低值，而第二绕组信号W2 447转变到逻辑高值。当开关频率信号FSW 445是逻辑高时，第二绕组时钟信号W2 447中的前沿发生。这样，硬开关感测信号HS_W2 449在时间t2460处脉跳到逻辑高值，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑低值。半循环e的持续时间被示出为THC(e)并且在时间t2 460处结束。在时间t3 470处开关频率信号FSW 445的虚线后沿指示如果未检测到硬开关事件则开关频率信号FSW 445将在何处转变到逻辑低值。
在半循环f的开始，开关频率信号FSW 445是逻辑低并且第一绕组时钟W1 446是逻辑低而第二绕组时钟W2 447是逻辑高。在时间t4 471处，第一绕组时钟W1 446转变到逻辑高值，而第二绕组时钟W2 447转变到逻辑低值。当开关频率信号FSW 445是逻辑低时，第一绕组时钟信号W1 446中的前沿发生。这样，硬开关感测信号HS_W1 448在时间t4 471处脉跳到逻辑高值，并且开关频率信号FSW 445转变到逻辑高值。半循环f的持续时间被示出为THC(f)并且在时间t4 471处结束。在时间t5 472处开关频率信号FSW 445中的虚线前沿指示如果未检测到硬开关事件则开关频率信号FSW 445将在何处转变到逻辑高值。
图5例示了表示图1、图4A和图4B的具有硬开关感测块的次级控制器的功能的流程图505。在块505处，接收表示初级侧的开关的信号。换句话说，该信号还表示高侧开关S1和低侧开关S2的开关。此信号可以是开关频率信号FSW或请求信号REQ。
在块510处，硬开关感测块监测表示次级侧整流器传导的绕组时钟信号。换句话说，硬开关感测块还监测输出绕组中的极性改变。
在块520处，硬开关感测块确定当低侧开关S2传导(即，开关频率信号FSW是逻辑低)时是否接收到第一绕组时钟W1中的前沿或当高侧开关S1传导(即，开关频率信号FSW是逻辑高)时是否接收到第二绕组时钟W2中的前沿。如果是，则在块525中终止当前的半循环。如果否，则在块518中半循环的长度响应于负载信号CMP和开关频率信号FSW。
图6例示了具有硬开关感测块643的次级控制器626的另一个实施例。应理解，次级控制器626与图1、图4A和图4B的示例次级控制器126和426共享许多相似性，并且类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。在图6的实施例中，硬开关感测块643还包括功率转换器的传播延迟期间的硬开关感测。此外，次级控制器626包括限制控制块674。
类似于先前的图，硬开关感测块643被耦合以接收开关频率信号FSW 645、第一绕组时钟W1 646以及第二绕组时钟W2 647，并且输出硬开关感测信号HS_W1 648和HS_W2649。硬开关感测信号HS_W1 648表示来自第一输出绕组的硬开关的检测，而硬开关感测信号HS_W2 649表示来自第二输出绕组的硬开关的检测。当信号HS_W1 648或信号HS_W2 649有效时，控制回路时钟发生器4639通过使开关频率信号FSW 645从逻辑高转变到逻辑低或反之亦然来结束当前的半循环。
硬开关感测块643还输出事件信号EVT 673，该事件信号EVT 673表示功率转换器的传播延迟期间的硬开关事件的检测。在一个实施例中，事件信号EVT 673是当已经检测到传播延迟期间的硬开关事件时脉跳到逻辑高值的脉冲波形。如上文关于图2A和图2B所提到的，由于传输电路和/或内部电路中的延迟，通常在请求信号REQ 628中的脉冲的发送(响应于开关频率信号FSW 645的沿)与高侧开关S1和低侧开关S2的实际关断、停滞时间以及然后接通之间存在延迟。此延迟由传播延迟TPD表示。次级控制器626经由硬开关感测块643可以通过在相对于开关频率信号FSW 645的传播延迟TPD期间监测第一输出绕组和第二输出绕组的极性的改变(即，监测输出整流器的传导)来确定硬开关是否发生。还应理解，传播延迟TPD可以被用作用于硬开关相位比较器643的任意参考相位角。
开关频率信号FSW 645的每个开关周期TSW包括示出为半循环THCn和THCn+1的两个半循环。开关频率信号FSW 645在这些半循环中的一个(THCn)期间是逻辑高，并且在另一个半循环(THCn+1)期间是逻辑低。开关周期TSW和半循环THCn和THCn+1的长度被用来控制递送到负载的能量的量。开关周期TSW越长(即，半循环THCn和THCn+1越长)，越多能量被递送到功率转换器的输出和负载。在稳态状况下，两个半循环THCn和THCn+1基本上相等。然而，在瞬态状况下，两个半循环THCn和THCn+1的长度(以及总开关周期TSW)被改变，以使功率转换器的输出进入调节。
限制控制674被耦合以接收事件信号EVT 673并且响应于硬开关事件的检测而输出表示半循环的最大持续时间的限制信号675。当通过硬开关感测块643检测到硬开关事件时，限制控制块674缩短下一个半循环的持续时间。下一个半循环被缩短的量可以是固定值或可变值。当可变时，限制控制块674可以通过发送请求信号REQ 628与硬开关事件的检测之间的时间来缩短下一个半循环。换句话说，可以通过请求信号REQ 628中的脉冲与事件信号EVT 673中的脉冲之间的时间来缩短下一个半循环。这样，限制控制块674可以潜在地防止硬开关事件在随后的半循环中发生。
控制回路时钟发生器639被耦合以接收限制信号TLIM 675。类似于先前的图中的控制回路时钟发生器的先前的实施例，控制回路时钟发生器639包括参考发生器663、比较器664和665、或门667和668以及锁存器669。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。图6中例示的控制回路时钟发生器639还包括与(AND)门685以及或非(NOR)门686。与门685被耦合以接收开关频率信号FSW 645和限制信号TLIM 675。与门685的输出由或门667接收。或非门686被耦合以接收开关频率信号FSW 645和反相的限制信号TLIM 675(如由或非门686的输入处的小圆圈指示的)。或非门686的输出由或门668接收。在运行中，当限制信号TLIM 675有效同时开关频率645是逻辑低(即，已经达到如由限制控制674确定的半循环限制)时锁存器669被置位。一旦锁存器669被置位，开关频率信号FSW 645就转变到逻辑高值。当限制信号TLIM 675有效同时开关频率信号FSW 645是逻辑高(即，已经达到如由限制控制674确定的半循环限制)时锁存器669被复位。一旦锁存器669被复位，开关频率信号FSW 645就转变到逻辑低值。通过缩短半循环的长度，限制控制674和控制回路时钟发生器639响应于通过硬开关感测块643检测到硬开关事件而减少递送到功率转换器的输出的能量的量。这样，次级控制器626中的限制控制674可以潜在地帮助防止硬开关事件在随后的半循环中发生。
图7A例示了具有硬开关感测块743和限制控制块774的示例次级控制器726。应理解，次级控制器767与图6的示例次级控制器626共享许多相似性，并且类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。此外，一些元件未被明确地示出(诸如例如硬开关感测信号HS_W1和HS_W2以简化该图)。
如所示出的，图7A例示了用于感测功率转换器的传播延迟TPD期间的硬开关事件的示例硬开关感测块743。其他电路实施方式是可能的，以检测传播延迟TPD期间的硬开关事件。硬开关感测块743包括与门777、778，触发器779、780以及或门781。应理解，图7A中所示出的硬开关感测块743的元件可以与图4A中所示出的硬开关感测块的元件一起使用。硬开关感测块743被耦合以接收开关频率信号FSW 745、第一绕组时钟信号W1 746和第二绕组时钟信号W2 746以及经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776。经延迟的开关频率信号FSW+TPD776是延迟了初级和次级控制器的传播延迟TPD的开关频率信号FSW 745。传播延迟TPD可以由次级控制器测量或次级控制器可以假定固定的传播延迟。在一个实施例中，可以在启动时测量传播延迟。在另一个实施例中，可以通过对请求脉冲728与绕组时钟W1 746或W2 747中的前沿之间的时间计数或计时来测量传播延迟。在请求脉冲728与绕组时钟W1 746或W2747中的前沿之间测量的时间可以在几个开关循环上取平均值。在又一个实施例中，次级控制器426可以监测感测信号432，该感测信号包括关于半桥HB节点处的电压以及功率递送的信息。在感测信号432中可以看到半桥节点处的电压的转换(slew)的开始，并且在该转换之前发生的绕组时钟可以指示硬开关。硬开关感测块743输出表示检测到的传播延迟TPD期间的硬开关事件的事件信号EVT 773。
通过在相对于开关频率FSW 745的传播延迟TPD期间监视第一输出绕组和第二输出绕组(并且因此监测输出整流器的传导)，硬开关感测块743确定功率转换器是否可以是硬开关。如上文所提到的，事件信号EVT 773可以是当已经检测到硬开关事件时脉跳到逻辑高值的脉冲信号。
如所示出的，与门777被耦合以接收开关频率信号FSW 745和反相的经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776，如由与门777的输入处的小圆圈示出的。与门777的输出在触发器779的数据D输入处被接收并且对于开关频率信号FSW 745中的前沿之后的传播延迟TPD是逻辑高。
类似地，与门778被耦合以接收反相的开关频率信号FSW 745(如由与门787的输入处的小圆圈示出的)和经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776。与门778的输出在触发器780的数据D输入处被接收并且对于开关频率信号FSW 745中的后沿之后的传播延迟TPD是逻辑高。
触发器779被耦合以在其时钟输入处接收第一绕组时钟信号W1，在其数据D输入处接收与门777的输出以及在其复位R输入处接收经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776。触发器779的输出由或门781接收。触发器780被耦合以在其时钟输入处接收第二绕组时钟信号W2 747，在其数据D输入处接收与门778的输出以及在其反相复位
Figure BDA0003108203440000281
输入处接收经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776。用图7A中的R上方的“横杠”指示触发器780的反相复位。在运行中，当经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776是逻辑低时，触发器780被复位，而当经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776是逻辑高时，触发器779被复位。应理解，也可以使用能够记住先前的状态的锁存器或其他存储单元。在一个实施例中，触发器可以被认为是1位存储单元。
在运行中，硬开关感测块743经由通过利用触发器779和780以及与门777和778来在开关频率信号FSW 745的每个前沿和后沿之后的传播延迟TPD期间比较绕组时钟W1 746和W2 747的沿的时序来确定是否已经存在硬开关事件。在大多数正常状况(ZVS)下，在开关频率信号FSW 745中的后沿之后的传播延迟TPD期间，第二绕组时钟W2 747中的前沿不应发生。如果在开关频率信号FSW 745中的后沿之后的传播延迟TPD期间第二绕组时钟W2 747中的前沿发生，则触发器780输出逻辑高值并且事件信号773转变到逻辑高值。触发器780(并且因此事件信号773)保持逻辑高直到开关频率信号FSW 745中的后沿之后的传播延迟TPD已经过去。在后沿传播延迟TPD之后，触发器780被复位并且事件信号773转变到逻辑低值。如上文所提到的，当请求信号REQ在开关频率信号FSW 745的每一个沿处发送脉冲时，由于传输电路和/或内部电路中的延迟，高侧开关S1或低侧开关S2可能不立即开关。此延迟由传播延迟TPD 752表示。
类似地，在开关频率信号FSW中的前沿之后的传播延迟TPD期间，第一绕组时钟W1746中的前沿不应发生。如果在开关频率信号FSW中的前沿之后的传播延迟TPD期间第一绕组时钟W1 746中的前沿发生，则触发器779输出逻辑高值并且事件信号773转变到逻辑高值。触发器779(并且因此事件信号773)保持逻辑高直到开关频率信号FSW 745中的前沿之后的传播延迟TPD已经过去。在后沿传播延迟TPD之后，触发器779被复位并且事件信号773转变到逻辑低值。响应于事件信号EVT 773中的脉冲，限制控制774缩短下一个半循环或多个连续半循环的长度。
图7B例示了开关频率信号FSW 745、经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776、第一绕组时钟信号W1 746、第二绕组时钟信号W2 747以及事件信号EVT 773的示例波形的时序图701。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。如所示出的，开关频率信号FSW 745是矩形脉冲波形，并且经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776基本上是延迟了传播延迟TPD 752的开关频率信号FSW 745。
在半循环a期间，开关频率信号FSW 745是逻辑高。半循环a的持续时间被例示为THC(a)。在半循环a的开始，第一绕组时钟信号W1 746是逻辑低，而第二绕组信号W2 747是逻辑高。在半循环a期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1 746转变到逻辑高值，而第二绕组信号W2 747转变到逻辑低值。在开关频率信号FSW 745的前沿之后的传播延迟TPD 752期间，第一绕组信号W1 746中的前沿不发生。这样，在半循环a期间在事件信号EVT 773中不存在脉冲。
对于半循环b，开关频率信号FSW 745是逻辑低并且半循环b的持续时间被例示为THC(b)。在半循环b的开始，第一绕组时钟信号W1 746是逻辑高，而第二绕组信号W2 747是逻辑低。在半循环b期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1 746转变到逻辑低值，而第二绕组信号W2 747转变到逻辑高值。在开关频率信号FSW 745的后沿之后的传播延迟TPD 752期间，第二绕组信号W2 747中的前沿不发生。这样，在半循环b期间，在事件信号EVT 773中不存在脉冲。
对于半循环c，开关频率信号FSW 745是逻辑高并且半循环c的持续时间被例示为THC(c)。在此实施例中，控制回路时钟发生器739增加了开关频率信号FSW 745的开关周期TSW，并且THC(c)大于THC(b)和THC(a)。在半循环c的开始，第一绕组时钟信号W1 446是逻辑低，而第二绕组信号W2 747是逻辑高。在半循环c期间的某个点处，第一绕组时钟信号W1746转变到逻辑高值，而第二绕组信号W2 747转变到逻辑低值。类似于半循环a，在开关频率信号FSW 745的前沿之后的传播延迟TPD 752期间，第一绕组信号W1 746中的前沿不发生，并且在半循环c期间，在事件信号EVT 773中不存在脉冲。对于半循环a、b和c，是控制回路时钟发生器739(经由感测信号SENSE 732和负载信号CMP 734)确定开关频率信号FSW 745应何时在逻辑高值与逻辑低值之间转变。
在半循环d的开始，开关频率信号FSW 745是逻辑低并且第一绕组时钟信号W1 746是逻辑高而第二绕组信号W2 747是逻辑低。在开关频率信号FSW 745的后沿之后的传播延迟TPD 752期间(在时间t0 758与t1 759之间)，第一绕组时钟信号W1 746转变到逻辑低值，而第二绕组信号W2 747转变到逻辑高值。如图7B中所示出的，在传播延迟TPD 752期间，第二绕组信号W2 747的前沿发生。这样，事件信号EVT 773脉跳到逻辑高值并且在时间t1 759处在传播延迟TPD 752结束时回到逻辑低值。感测到的相位角SPA 755可以是从开关频率FSW 745的后沿到第二绕组时钟W2 747中的前沿的时间。此外，递减(decrement)周期TDEC784可以被测量为开关频率信号FSW 745的后沿或前沿与事件信号EVT 773中的脉冲之间的时间。
响应于事件信号EVT 773中的脉冲，下一个半循环或多个连续或非连续半循环的持续时间可以递减值M。值M可以是固定的或可变的。在一个实施例中，递减值M可以是传播延迟TPD 752。在另一个实施例中，递减值M可以是测量的递减周期TDEC 784。在所示出的实施例中，半循环(d)的持续时间的限制基本上是半循环c的持续时间THC(c)减去递减值M，或在数学上：THC(d)＝THC(c)-M。尽管在开关频率信号FSW 745的半循环d期间感测到硬开关事件并且半循环d的持续时间THC(d)被递减，但是高侧开关S1和低侧开关S2在半循环c中运行，如由经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776所示出的，并且这样它是被递减的“下一个”半循环。在一些实施方式中，在单个硬开关事件的检测之后不止一个半循环被缩短或递减，其中每个半循环被缩短递减值M或可变值。开关频率信号FSW 745的半循环d在时间t2 760处结束，并且开关频率信号FSW 745转变到逻辑高值。时间t3 770处的虚线前沿是如果未检测到硬开关事件则半循环d将结束的一实施例。
在半循环e的开始，开关频率信号FSW 745是逻辑高并且第一绕组时钟信号W1 746是逻辑低而第二绕组信号W2 747是逻辑高。在开关频率信号FSW 745的前沿之后的传播延迟TPD 752期间(在时间t2 760与t3 770之间)，第一绕组时钟信号W1 746转变到逻辑高值(即，前沿)。由于在传播延迟TPD 752期间第一绕组时钟信号W1的前沿发生，因此事件信号EVT 773脉跳到逻辑高值并且在时间t3 770处在传播延迟TPD 752结束时回到逻辑低值。感测到的相位角SPA 755可以是从开关频率FSW 745的前沿到第一绕组时钟W1 746中的前沿的时间。此外，递减周期TDEC 784可以被测量为开关频率信号FSW 745的后沿或前沿与事件信号EVT 773中的脉冲之间的时间。
响应于事件信号EVT 773中的脉冲，下一个半循环或多个连续或非连续半循环的持续时间可以递减值M。在所示出的实施例中，半循环(e)的持续时间的限制基本上是半循环d的持续时间THC(d)减去递减值M，或在数学上：THC(e)＝THC(d)-M。尽管在开关频率信号FSW 745的半循环e期间感测到硬开关事件并且半循环e的持续时间THC(e)被递减，但是高侧开关S1和低侧开关S2在半循环d中运行，如由经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776所示出的，并且这样它是被减少的“下一个”半循环或多个连续或非连续半循环。开关频率信号FSW745的半循环e在时间t4 771处结束，并且开关频率信号FSW 745转变到逻辑低值。时间t5772处的虚线前沿是如果未检测到硬开关事件则半循环e将结束的一实施例。然而，应理解，比较器765的764可以在限制信号TLIM 775中生成的脉冲之前触发锁存器769复位或置位。
在半循环f的开始，开关频率信号FSW 745是逻辑低并且第一绕组时钟信号W1 746是逻辑高而第二绕组信号W2 747是逻辑低。如所示出的，在时间t4 771与时间t5 772之间的传播延迟TPD 752期间，在第一绕组时钟信号W1 746或第二绕组信号W2 747中不存在沿。这样，无硬开关事件被检测到并且事件信号EVT 773保持逻辑低。对于半循环e，控制回路时钟发生器739(经由感测信号SENSE 732和负载信号CMP 734)确定开关频率信号FSW 745应何时在逻辑高值与逻辑低值之间转变。此外，在时间t6 782与时间t7 783之间的传播延迟TPD 752期间，在第一绕组时钟信号W1 746或第二绕组信号W2 747中不存在沿。无硬开关事件被检测到并且事件信号EVT 773仍然保持逻辑低。如图7B中所示出的，通过响应于感测到的硬开关而减少半循环的长度，次级控制器可以在随后的半循环中防止硬开关。
图7C例示了具有硬开关感测块743和限制控制块774的示例次级控制器726。应理解，次级控制器767与图6的示例次级控制器626和图7A的次级控制器726共享许多相似性，并且类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。此外，一些元件未被明确地示出(诸如例如硬开关感测信号HS_W1和HS_W2以简化该图)。与图7A中所示出的次级控制器的至少一个区别是与门777、778以及进入触发器779、780的复位信号的移除。与图7A相比，图7B中所示出的次级控制器726不仅在传播延迟TPD期间而且在经延迟的开关信号FSW+TPD 776的持续时间内监测第一输出绕组和第二输出绕组(并且因此监测输出整流器的传导)。或换句话说，硬开关感测块743通过将绕组时钟W1 746和W2 747的沿的时序与经延迟的开关信号FSW+TPD 776的值进行比较来确定是否已经存在硬开关事件。
在所示出的实施例中，触发器779被耦合以接收反相的经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776，而触发器780被耦合以接收经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776。在运行中，如果前沿发生在绕组时钟W1 746中同时经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776是逻辑低(即，反相的经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776是逻辑高)，则硬开关感测块743确定存在硬开关事件。此外，如果前沿发生在绕组时钟W2 747中同时开关频率信号FSW+TPD 776是逻辑高，则硬开关感测块743确定存在硬开关事件。当检测到硬开关事件时，事件信号EVT 773将在经延迟的开关频率信号FSW+TPD 776的一整个循环内有效。
图8例示了根据本发明的教导的表示图6、图7A-图7C的次级控制器硬开关感测的功能的流程图800。在块805处，接收延迟了传播延迟的表示初级侧的开关的信号。换句话说，该信号还表示包括高侧开关S1和低侧开关S2的开关，该开关包括从次级控制器传输到初级控制器的延迟时间以及二者内的各种电路的延迟。此经延迟的信号可以是开关频率信号加上传播延迟FSW+TPD。
在块810处，硬开关感测块监测表示次级侧整流器传导的绕组时钟信号。换句话说，硬开关感测块还监测输出绕组中的极性改变。
在块815处，硬开关感测确定硬开关的相位角，该相位角可以被定义为高侧开关S1或低侧开关S2开关与输出绕组中的极性改变之间的时间的持续时间。或换句话说，该相位角可以被定义为第一驱动信号或第二驱动信号的前沿与初级电流IPR改变极性(即，过零)之间的时间的持续时间。在一个实施例中，次级控制器可以知道传播延迟TPD和停滞时间TZV的值，并且感测到的相位角SPA可以被定义为请求信号REQ中的脉冲与绕组时钟信号W1和W2的前沿之间的时间的持续时间减去传播延迟TPD和停滞时间TZV。
在块820处，硬开关感测确定相位角是否小于阈值。在一个实施例中，硬开关感测确定在FSW+TPD信号的后沿之前是否接收到第二绕组时钟W2中的前沿或在FSW+TPD信号的前沿之前是否接收到第一绕组时钟信号W1中的前沿。如果是，则在块825中基于测量的当前的半循环减去递减值M计算下一个半循环的限制(即，TLIMn+1＝THCn-M)，并且然后在块830中相应地限制下一个半循环的长度。如果否，则在块818中半循环的长度响应于负载信号CMP和开关频率信号FSW。
本发明的所例示的实施例的以上描述，包括摘要中所描述的内容，并非意在是穷举的或是对所公开的确切形式的限制。虽然出于例示性目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，各种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供具体示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是用于解释的目的，并且根据本发明的教导，也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种功率转换器的控制器，包括：
控制回路时钟发生器，所述控制回路时钟发生器被配置为响应于表示所述功率转换器的特性的感测信号、响应于所述功率转换器的输出负载的负载信号以及硬开关感测输出而生成开关频率信号；
硬开关感测电路，所述硬开关感测电路被配置为响应于所述开关频率信号和表示所述功率转换器的能量传递元件的电压的极性的整流器传导信号而生成所述硬开关感测输出；以及
请求发送器电路，所述请求发送器电路被配置为响应于所述开关频率信号而生成请求信号，以控制耦合到所述功率转换器的所述能量传递元件的输入的开关电路的开关。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述感测信号表示所述功率转换器的输入电压、所述功率转换器的输出功率、所述功率转换器的输入功率或由所述功率转换器处理的功率中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的控制器，还包括反馈参考电路，所述反馈参考电路具有被耦合以接收反馈信号的第一输入、被耦合以接收反馈参考信号的第二输入以及耦合到补偿电路的输出，所述补偿电路耦合到所述功率转换器的输出回线，其中所述反馈参考电路被配置为响应于所述反馈信号、所述反馈参考信号和所述补偿电路而生成所述负载信号。
4.根据权利要求1所述的控制器，
其中所述能量传递元件包括第一输出绕组和第二输出绕组，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的第一整流器从非传导状态转变到传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的第二整流器从所述非传导状态转变到所述传导状态而指示所述硬开关事件。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述硬开关感测电路被配置为响应于所述整流器传导信号的电压的极性的改变而感测到所述功率转换器的初级电流基本上等于零或在相反方向上流动。
6.根据权利要求5所述的控制器，
其中所述整流器传导信号包括第一绕组信号和第二绕组信号，
其中所述第一绕组信号表示耦合到所述能量传递元件的第一输出绕组的第一整流器中的传导，并且
其中所述第二绕组信号表示耦合到所述能量传递元件的第二输出绕组的第二整流器中的传导。
7.根据权利要求6所述的控制器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一绕组信号从第一状态转变到第二状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二绕组信号从所述第一状态转变到所述第二状态而指示所述硬开关事件。
8.根据权利要求1所述的控制器，还包括：
第一比较器，所述第一比较器被配置为响应于绕组阈值和被耦合以从耦合到所述能量传递元件的第一输出绕组的第一整流器接收的第一绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第一绕组时钟信号；以及
第二比较器，所述第二比较器被配置为响应于所述绕组阈值和被耦合以从耦合到所述能量传递元件的第二输出绕组的第二整流器接收的第二绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第二绕组时钟信号。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述硬开关感测电路包括：
第一1位存储单元，所述第一1位存储单元被耦合以响应于所述第一绕组时钟信号而被时钟控制，其中所述第一1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的复位输入，其中所述第一1位存储单元被配置为输出第一硬开关感测信号；以及
第二1位存储单元，所述第二1位存储单元被耦合以响应于所述第二绕组时钟信号而被时钟控制，其中所述第二1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的反相复位输入，其中所述第二1位存储单元被配置为输出第二硬开关感测信号。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器包括：
参考发生器，所述参考发生器被配置为响应于所述负载信号而生成第一参考和第二参考；
第三比较器，所述第三比较器被配置为比较所述第一参考和所述感测信号；
第四比较器，所述第四比较器被配置为比较所述第二参考和所述感测信号；
第一或门，所述第一或门被耦合以接收所述第三比较器的输出和第二硬开关感测信号；
第二或门，所述第二或门被耦合以接收所述第四比较器的输出和第一硬开关感测信号；以及
锁存器，所述锁存器具有耦合到所述第一或门的输出的复位输入和耦合到所述第二或门的输出的置位输入，其中所述锁存器被配置为生成所述开关频率信号。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器还包括：
第一与门，所述第一与门被耦合以接收所述开关频率信号和来自限制控制电路的限制信号，其中所述限制控制电路被配置为响应于来自所述硬开关感测电路的事件信号而限制所述开关频率信号的半循环的最大长度，其中所述第一或门还耦合到所述第一与门的输出；以及
或非门，所述或非门被耦合以接收所述开关频率信号和来自所述限制控制电路的反相的限制信号，其中所述第二或门还被耦合到所述或非门的输出。
12.根据权利要求9所述的控制器，其中所述硬开关感测电路还包括：
第二与门，所述第二与门被耦合以接收所述开关频率信号和反相的经延迟的开关频率信号，其中所述第二与门的输出耦合到第一触发器的数据输入，其中所述第一触发器的复位输入被耦合以接收经延迟的开关频率信号；
第三与门，所述第三与门被耦合以接收反相的开关频率信号和所述经延迟的开关频率信号，其中所述第三与门的输出耦合到第二触发器的数据输入，其中所述第二触发器的反相复位输入被耦合以接收所述经延迟的开关频率信号；以及
第三或门，所述第三或门被配置为响应于所述第一触发器的输出和所述第二触发器的输出而生成事件信号。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器包括：
参考发生器，所述参考发生器被配置为响应于所述负载信号而生成第一参考和第二参考；
第三比较器，所述第三比较器被配置为比较所述第一参考和所述感测信号；
第四比较器，所述第四比较器被配置为比较所述第二参考和所述感测信号；
第一与门，所述第一与门被耦合以接收所述开关频率信号和来自限制控制电路的限制信号，其中所述限制控制电路被配置为响应于所述事件信号而限制所述开关频率信号的半循环的最大长度；
或非门，所述或非门被耦合以接收所述开关频率信号和来自所述限制控制电路的反相的限制信号；
第一或门，所述第一或门被耦合以接收所述第三比较器的输出和所述第一与门的输出；
第二或门，所述第二或门被耦合以接收所述第四比较器的输出和所述或非门的输出；以及
锁存器，所述锁存器具有耦合到所述第一或门的输出的复位输入和耦合到所述第二或门的输出的置位输入，其中所述锁存器被配置为生成所述开关频率信号。
14.根据权利要求1所述的控制器，
其中所述能量传递元件包括第一输出绕组和第二输出绕组，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当经延迟的开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的第一整流器从传导状态转变到非传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的第二整流器从所述传导状态转变到所述非传导状态而指示所述硬开关事件。
15.根据权利要求14所述的控制器，其中所述经延迟的开关频率信号是延迟了传播延迟的所述开关频率信号。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述传播延迟是固定值。
17.根据权利要求15所述的控制器，其中所述传播延迟是测量值。
18.一种功率转换器，包括：
能量传递元件，所述能量传递元件耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；
开关电路，所述开关电路耦合到所述能量传递元件的输入和所述功率转换器的所述输入；以及
控制器，所述控制器被配置为控制所述开关电路的开关以控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器的所述输出的能量传递，其中所述控制器包括：
控制回路时钟发生器，所述控制回路时钟发生器被配置为响应于表示所述功率转换器的特性的感测信号、响应于所述功率转换器的输出负载的负载信号以及硬开关感测输出而生成开关频率信号；
硬开关感测电路，所述硬开关感测电路被配置为响应于所述开关频率信号和表示所述能量传递元件的极性电压的整流器传导信号而生成所述硬开关感测输出；以及
请求发送器电路，所述请求发送器电路被配置为响应于所述开关频率信号而生成请求信号以控制所述开关电路的开关。
19.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述功率转换器是谐振转换器，其中所述功率转换器还包括耦合到所述开关电路的谐振回路电路，所述谐振回路电路包括耦合到回路电容的回路电感，其中所述开关电路包括耦合到所述谐振回路电路的高侧开关和低侧开关。
20.根据权利要求19所述的功率转换器，其中所述控制器是次级控制器，其中所述功率转换器还包括与所述次级控制器电流隔离的初级控制器，其中所述初级控制器被耦合以从所述次级控制器接收所述请求信号，以生成高侧驱动信号来控制所述高侧开关的开关和生成低侧驱动信号来控制所述低侧开关的开关。
21.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述感测信号表示所述功率转换器的输入电压、所述功率转换器的输出功率、所述功率转换器的输入功率或由所述功率转换器处理的功率中的至少一个。
22.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述控制器还包括反馈参考电路，所述反馈参考电路具有被耦合以接收反馈信号的第一输入和被耦合以接收反馈参考信号的第二输入，其中所述反馈参考电路被配置为响应于所述反馈信号和所述反馈参考信号而生成所述负载信号。
23.根据权利要求22所述的功率转换器，还包括补偿电路，所述补偿电路耦合到所述功率转换器的次级侧的输出回线和所述反馈参考电路的输出，其中所述补偿电路包括：
电阻器，所述电阻器耦合到耦合在所述功率转换器的所述次级侧的所述输出回线与所述控制器之间的第一电容器；以及
第二电容器，所述第二电容器与所述电阻器和所述第一电容器并联耦合。
24.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述能量传递元件的所述输入包括输入绕组，并且其中所述能量传递元件的所述输出包括耦合到第二输出绕组的第一输出绕组，其中所述功率转换器还包括：
第一整流器，所述第一整流器耦合到所述第一输出绕组；以及
第二整流器，所述第二整流器耦合到所述第二输出绕组。
25.根据权利要求24所述的功率转换器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一整流器从非传导状态转变到传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二整流器从所述非传导状态转变到所述传导状态而指示所述硬开关事件。
26.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路被耦合以响应于所述整流器传导信号的电压的极性的改变而感测到所述输入绕组中的初级电流基本上等于零或在相反方向上流动。
27.根据权利要求26所述的功率转换器，
其中所述整流器传导信号包括表示所述第一整流器中的传导的第一绕组信号和表示所述第二整流器中的传导的第二绕组信号，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一绕组信号从第一状态转变到第二状态而在所述硬开关感测输出中指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二绕组信号从所述第一状态转变到所述第二状态而在所述硬开关感测输出中指示所述硬开关事件。
28.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述控制器还包括：
第一比较器，所述第一比较器被配置为响应于绕组阈值和被耦合以从所述第一整流器接收的第一绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第一绕组时钟信号；以及
第二比较器，所述第二比较器被配置为响应于所述绕组阈值和被耦合以从第二整流器接收的第二绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第二绕组时钟信号。
29.根据权利要求28所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路包括：
第一1位存储单元，所述第一1位存储单元被耦合以响应于所述第一绕组时钟信号而被时钟控制，其中所述第一1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的复位输入，其中所述第一1位存储单元被配置为输出第一硬开关感测信号；以及
第二1位存储单元，所述第二1位存储单元被耦合以响应于所述第二绕组时钟信号而被时钟控制，其中所述第二1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的反相复位输入，其中所述第二1位存储单元被配置为输出第二硬开关感测信号。
30.根据权利要求29所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路还包括：
第二与门，所述第二与门被耦合以接收所述开关频率信号和反相的经延迟的开关频率信号，其中所述第二与门的输出耦合到所述第一1位存储单元的数据输入，其中所述第一1位存储单元的所述复位输入被耦合以响应于经延迟的开关频率信号；
第三与门，所述第三与门被耦合以接收反相的开关频率信号和所述经延迟的开关频率信号，其中所述第三与门的输出耦合到所述第二1位存储单元的数据输入，其中所述第二1位存储单元的所述反相输入被耦合以响应于所述经延迟的开关频率信号；以及
第三或门，所述第三或门被配置为响应于所述第一1位存储单元的输出和所述第二1位存储单元的输出而生成事件信号。
31.根据权利要求30所述的功率转换器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的所述第一整流器从传导状态转变到非传导状态而指示第一硬开关事件，并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的所述第二整流器从所述传导状态转变到所述非传导状态而指示第二硬开关事件，
其中所述经延迟的开关频率信号是延迟了传播延迟的所述开关频率信号。
32.一种控制在次级侧具有整流器的功率转换器的开关的方法，包括：
接收表示所述功率转换器的初级侧的开关的信号；
监测表示所述功率转换器的所述次级侧的整流器传导的第一绕组时钟信号和第二绕组时钟信号；
如果当在开关频率信号中存在第一逻辑状态时在所述第一绕组时钟信号中存在前沿，或如果当在所述开关频率信号中存在第二逻辑状态时在所述第二绕组时钟信号中存在前沿，则终止所述功率转换器的所述开关的当前的半循环；以及
如果当在所述开关频率信号中存在所述第一逻辑状态时在所述第一绕组时钟信号中不存在前沿，或如果当在所述开关频率信号中存在所述第二逻辑状态时在所述第二绕组时钟信号中不存在前沿，则响应于所述开关频率信号而设置所述功率转换器的所述开关的半循环的长度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中接收表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号包括接收所述开关频率信号。
34.根据权利要求32所述的方法，其中接收表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号包括接收请求信号。
35.根据权利要求32所述的方法，其中表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号表示延迟了传播延迟的所述功率转换器的所述初级侧的所述开关。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括确定所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一绕组时钟信号以及所述第二绕组时钟信号之间的相位角。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：如果所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一绕组时钟信号以及所述第二绕组时钟信号之间的所述相位角小于阈值，则基于测量的当前的半循环来计算和限制所述开关频率信号的下一个半循环的长度。
38.根据权利要求36所述的方法，其中如果在延迟了所述传播延迟的开关频率信号中存在后沿之前在所述第二绕组时钟信号中存在前沿，或如果在延迟了所述传播延迟的所述开关频率信号中存在前沿之前在所述第一绕组时钟信号中存在前沿，则所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一绕组时钟信号以及所述第二绕组时钟信号之间的所述相位角小于所述阈值。
39.根据权利要求36所述的方法，还包括：如果所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一绕组时钟信号以及所述第二绕组时钟信号之间的所述相位角不小于所述阈值，则响应于所述开关频率信号而设置所述功率转换器的所述开关的半循环的长度。

Claims (39)

1.一种被配置为在功率转换器中使用的控制器，包括：
控制回路时钟发生器，所述控制回路时钟发生器被配置为响应于表示所述功率转换器的特性的感测信号、响应于所述功率转换器的输出负载的负载信号以及硬开关感测输出而生成开关频率信号；
硬开关感测电路，所述硬开关感测电路被配置为响应于所述开关频率信号和表示所述功率转换器的能量传递元件的极性的整流器传导信号而生成所述硬开关感测输出；以及
请求发送器电路，所述请求发送器电路被配置为响应于所述开关频率信号而生成请求信号，以控制耦合到所述功率转换器的所述能量传递元件的输入的开关电路的开关。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述感测信号表示所述功率转换器的输入电压、所述功率转换器的输出功率、所述功率转换器的输入功率或由所述功率转换器处理的功率中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的控制器，还包括反馈参考电路，所述反馈参考电路具有被耦合以接收反馈信号的第一输入、被耦合以接收反馈参考信号的第二输入以及耦合到补偿电路的输出，所述补偿电路耦合到所述功率转换器的输出回线，其中所述反馈参考电路被配置为响应于所述反馈信号、所述反馈参考信号和所述补偿电路而生成所述负载信号。
4.根据权利要求1所述的控制器，
其中所述能量传递元件包括第一输出绕组和第二输出绕组，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的第一整流器从非传导状态转变到传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的第二整流器从所述非传导状态转变到所述传导状态而指示所述硬开关事件。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述硬开关感测电路被配置为响应于所述整流器传导信号的电压的极性的改变而感测到所述功率转换器的初级电流基本上等于零或在相反方向上流动。
6.根据权利要求5所述的控制器，
其中所述整流器传导信号包括第一绕组信号和第二绕组信号，
其中所述第一绕组信号表示耦合到所述能量传递元件第一输出绕组的第一整流器中的传导，并且
其中所述第二绕组信号表示耦合到所述能量传递元件第二输出绕组的第二整流器中的传导。
7.根据权利要求6所述的控制器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一绕组信号从第一状态转变到第二状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二绕组信号从所述第一状态转变到所述第二状态而指示所述硬开关事件。
8.根据权利要求1所述的控制器，还包括：
第一比较器，所述第一比较器被配置为响应于绕组阈值和被耦合以从耦合到所述能量传递元件的第一输出绕组的第一整流器接收的第一绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第一绕组时钟；以及
第二比较器，所述第二比较器被配置为响应于所述绕组阈值和被耦合以从耦合到所述能量传递元件的第二输出绕组的第二整流器接收的第二绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第二绕组时钟。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述硬开关感测电路包括：
第一1位存储单元，所述第一1位存储单元被耦合以响应于所述第一绕组时钟而被时钟控制，其中所述第一1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的复位输入，其中所述第一1位存储单元被配置为输出第一硬开关感测信号；以及
第二1位存储单元，所述第二1位存储单元被耦合以响应于所述第二绕组时钟而被时钟控制，其中所述第二1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的反相复位输入，其中所述第二1位存储单元被配置为输出第二硬开关感测信号。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器包括：
参考发生器，所述参考发生器被配置为响应于所述负载信号而生成第一参考和第二参考；
第三比较器，所述第三比较器被配置为比较所述第一参考和所述感测信号；
第四比较器，所述第四比较器被配置为比较所述第二参考和所述感测信号；
第一或门，所述第一或门被耦合以接收所述第三比较器的输出和所述第二硬开关感测信号；
第二或门，所述第二或门被耦合以接收所述第四比较器的输出和所述第一硬开关感测信号；以及
锁存器，所述锁存器具有耦合到所述第一或门的输出的复位输入和耦合到所述第二或门的输出的置位输入，其中所述锁存器被配置为生成所述开关频率信号。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器还包括：
第一与门，所述第一与门被耦合以接收所述开关频率信号和来自限制控制电路的限制信号，其中所述限制控制电路被配置为响应于来自所述硬开关感测电路的事件信号而限制所述开关频率信号的半循环的最大长度，其中所述第一或门还耦合到所述第一与门的输出；以及
或非门，所述或非门被耦合以接收所述开关频率信号和来自所述限制控制电路的反相的限制信号，其中所述第二或门还被耦合到所述或非门的输出。
12.根据权利要求9所述的控制器，其中所述硬开关感测电路还包括：
第二与门，所述第二与门被耦合以接收所述开关频率信号和反相的经延迟的开关频率信号，其中所述第二与门的输出耦合到所述第一触发器的数据输入，其中所述第一触发器的所述复位输入被耦合以接收经延迟的开关频率信号；
第三与门，所述第三与门被耦合以接收反相的开关频率信号和所述经延迟的开关频率信号，其中所述第三与门的输出耦合到所述第二触发器的数据输入，其中所述第二触发器的所述反相复位输入被耦合以接收所述经延迟的开关频率信号；以及
第三或门，所述第三或门被配置为响应于所述第一触发器的输出和所述第二触发器的输出而生成事件信号。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述控制回路时钟发生器包括：
参考发生器，所述参考发生器被配置为响应于所述负载信号而生成第一参考和第二参考；
第三比较器，所述第三比较器被配置为比较所述第一参考和所述感测信号；
第四比较器，所述第四比较器被配置为比较所述第二参考和所述感测信号；
第一与门，所述第一与门被耦合以接收所述开关频率信号和来自限制控制电路的限制信号，其中所述限制控制电路被配置为响应于来自所述硬开关感测电路的所述事件信号而限制所述开关频率信号的半循环的最大长度；
或非门，所述或非门被耦合以接收所述开关频率信号和来自所述限制控制电路的反相的限制信号；
第一或门，所述第一或门被耦合以接收所述第三比较器的输出和所述第一与门的输出；
第二或门，所述第二或门被耦合以接收所述第四比较器的输出和所述或非门的输出；以及
锁存器，所述锁存器具有耦合到所述第一或门的输出的复位输入和耦合到所述第二或门的输出的置位输入，其中所述锁存器被配置为生成所述开关频率信号。
14.根据权利要求1所述的控制器，
其中所述能量传递元件包括第一输出绕组和第二输出绕组，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当经延迟的开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的第一整流器从传导状态转变到非传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的第二整流器从所述传导状态转变到所述非传导状态而指示所述硬开关事件。
15.根据权利要求14所述的控制器，其中所述经延迟的开关频率信号是延迟了传播延迟的所述开关频率信号。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述传播延迟是固定值。
17.根据权利要求15所述的控制器，其中所述传播延迟是测量值。
18.一种功率转换器，包括：
能量传递元件，所述能量传递元件耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；
开关电路，所述开关电路耦合到所述能量传递元件的输入和所述功率转换器的所述输入；以及
控制器，所述控制器被配置为控制所述开关电路的开关以控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器的所述输出的能量传递，其中所述控制器包括：
控制回路时钟发生器，所述控制回路时钟发生器被配置为响应于表示所述功率转换器的特性的感测信号、响应于所述功率转换器的输出负载的负载信号以及硬开关感测输出而生成开关频率信号；
硬开关感测电路，所述硬开关感测电路被配置为响应于所述开关频率信号和表示所述能量传递元件的极性的整流器传导信号而生成所述硬开关感测输出；以及
请求发送器电路，所述请求发送器电路被配置为响应于所述开关频率信号而生成请求信号以控制所述开关电路的开关。
19.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述功率转换器是谐振转换器，其中所述功率转换器还包括耦合到所述开关电路的谐振回路电路，所述谐振回路电路包括耦合到回路电容的回路电感，其中所述开关电路包括耦合到所述谐振回路电路的高侧开关和低侧开关。
20.根据权利要求19所述的功率转换器，其中所述控制器是次级控制器，其中所述功率转换器还包括与所述次级控制器电流隔离的初级控制器，其中所述初级控制器被耦合以从所述次级控制器接收所述请求信号，以生成高侧驱动信号来控制所述高侧开关的开关和生成低侧驱动信号来控制所述低侧开关的开关。
21.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述感测信号表示所述功率转换器的输入电压、所述功率转换器的输出功率、所述功率转换器的输入功率或由所述功率转换器处理的功率中的至少一个。
22.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述控制器还包括反馈参考电路，所述反馈参考电路具有被耦合以接收反馈信号的第一输入和被耦合以接收反馈参考信号的第二输入，其中所述反馈参考电路被配置为响应于所述反馈信号和所述反馈参考信号而生成所述负载信号。
23.根据权利要求22所述的功率转换器，还包括补偿电路，所述补偿电路耦合到所述功率转换器的输出回线和所述反馈参考电路的输出，其中所述补偿电路包括：
电阻器，所述电阻器耦合到耦合在所述功率转换器的所述输出回线与所述控制器之间的第一电容器；以及
第二电容器，所述第二电容器与所述电阻器和所述第一电容器并联耦合。
24.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述能量传递元件的所述输入包括输入绕组，并且其中所述能量传递元件的所述输出包括耦合到第二输出绕组的第一输出绕组，其中所述功率转换器还包括：
第一整流器，所述第一整流器耦合到所述第一输出绕组；以及
第二整流器，所述第二整流器耦合到所述第二输出绕组。
25.根据权利要求24所述的功率转换器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一整流器从非传导状态转变到传导状态而指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二整流器从所述非传导状态转变到所述传导状态而指示所述硬开关事件。
26.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路被耦合以响应于所述整流器传导信号的电压的极性的改变而感测到所述输入绕组中的初级电流基本上等于零或在相反方向上流动。
27.根据权利要求26所述的功率转换器，
其中所述整流器传导信号包括表示所述第一整流器中的传导的第一绕组信号和表示所述第二整流器中的传导的第二绕组信号，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述开关频率信号处于第一逻辑状态时所述第一绕组信号从第一状态转变到第二状态而在所述硬开关感测输出中指示硬开关事件；并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述开关频率信号处于第二逻辑状态时所述第二绕组信号从所述第一状态转变到所述第二状态而在所述硬开关感测输出中指示所述硬开关事件。
28.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述控制器还包括：
第一比较器，所述第一比较器被配置为响应于绕组阈值和被耦合以从所述第一整流器接收的第一绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第一绕组时钟；以及
第二比较器，所述第二比较器被配置为响应于所述绕组阈值和被耦合以从第二整流器接收的第二绕组信号而生成被耦合以由所述硬开关感测电路接收的第二绕组时钟。
29.根据权利要求28所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路包括：
第一1位存储单元，所述第一1位存储单元被耦合以响应于所述第一绕组时钟而被时钟控制，其中所述第一1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的复位输入，其中所述第一1位存储单元被配置为输出第一硬开关感测信号；以及
第二1位存储单元，所述第二1位存储单元被耦合以响应于所述第二绕组时钟而被时钟控制，其中所述第二1位存储单元包括被耦合以响应于所述开关频率信号的反相复位输入，其中所述第二1位存储单元被配置为输出第二硬开关感测信号。
30.根据权利要求29所述的功率转换器，其中所述硬开关感测电路还包括：
第二与门，所述第二与门被耦合以接收所述开关频率信号和反相的经延迟的开关频率信号，其中所述第二与门的输出耦合到所述第一1位存储单元的数据输入，其中所述第一1位存储单元包括所述第一1位存储单元的所述复位输入被耦合以响应于经延迟的开关频率信号；
第三与门，所述第三与门被耦合以接收反相的开关频率信号和所述经延迟的开关频率信号，其中所述第三与门的输出耦合到所述第二1位存储单元的数据输入，其中所述第二1位存储单元的所述反相输入被耦合以响应于所述经延迟的开关频率信号；以及
第三或门，所述第三或门被配置为响应于所述第一1位存储单元的输出和所述第二1位存储单元的输出而生成事件信号。
31.根据权利要求30所述的功率转换器，
其中所述硬开关感测电路被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第一逻辑状态时耦合到所述第一输出绕组的所述第一整流器从传导状态转变到非传导状态而指示所述硬开关事件，并且
其中所述硬开关感测电路还被配置为响应于当所述经延迟的开关频率信号处于第二逻辑状态时耦合到所述第二输出绕组的所述第二整流器从所述传导状态转变到所述非传导状态而指示所述硬开关事件，
其中所述经延迟的开关频率信号是延迟了传播延迟的所述开关频率信号。
32.一种控制功率转换器的开关的方法，包括：
接收表示所述功率转换器的初级侧的开关的信号；
监测表示次级侧整流器传导的第一绕组时钟信号和第二绕组时钟信号；
如果当在开关频率信号中存在第一逻辑状态时在所述第一绕组时钟信号中存在前沿，或如果当在所述开关频率信号中存在第二逻辑状态时在所述第二绕组时钟信号中存在前沿，则终止所述功率转换器的所述开关的当前的半循环；以及
如果当在所述开关频率信号中存在所述第一逻辑状态时在所述第一绕组时钟信号中不存在前沿，或如果当在所述开关频率信号中存在所述第二逻辑状态时在所述第二绕组时钟信号中不存在前沿，则响应于所述开关频率信号而设置所述功率转换器的所述开关的半循环的长度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中接收表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号包括接收所述开关频率信号。
34.根据权利要求32所述的方法，其中接收表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号包括接收请求信号。
35.根据权利要求32所述的方法，其中表示所述功率转换器的所述初级侧的所述开关的所述信号表示延迟了传播延迟的所述功率转换器的所述初级侧的所述开关。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括确定所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一时钟信号以及所述第二时钟信号之间的相位角。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：如果所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一时钟信号以及所述第二时钟信号之间的所述相位角小于阈值，则基测量的当前的半循环来计算和限制所述开关频率信号的下一个半循环的长度。
38.根据权利要求36所述的方法，其中如果在延迟了所述传播延迟的开关频率信号中存在后沿之前在所述第二绕组时钟信号中存在前沿，或如果在延迟了所述传播延迟的所述开关频率信号中存在前沿之前在所述第一绕组时钟信号中存在前沿，则所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一时钟信号以及所述第二时钟信号之间的所述相位角小于所述阈值。
39.根据权利要求36所述的方法，还包括：如果所述功率转换器的所述初级侧的所述开关与所述第一时钟信号以及所述第二时钟信号之间的所述相位角不小于所述阈值，则响应于所述开关频率信号而设置所述功率转换器的所述开关的半循环的长度。
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