CN116032099A - 一种功率转换器及用于该功率转换器的功率开关控制器 - Google Patents

一种功率转换器及用于该功率转换器的功率开关控制器 Download PDF

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Abstract

本申请提出了一种功率转换器及用于该功率转换器的功率开关控制器。该功率开关控制器具有用于接收输入开关驱动信号的第一端子和用于提供输出开关驱动信号的第二端子。所述功率开关控制器从第一端子处接收的输入开关驱动信号获取能量，并被配置为基于所述输入开关驱动信号来提供输出开关驱动信号。本申请的功率开关控制器从输入开关驱动信号获取电能并且不需要耐受高压的内部电压调节器。由于不需要耐高压器件，本申请的技术方案降低了多相功率转换器中功率开关控制器的设计复杂性和成本。

Description

一种功率转换器及用于该功率转换器的功率开关控制器
相关引用
本申请要求2021年12月3日在美国提交的第17/541,591号专利申请的优先权和权益，并在此包含了前述专利申请的全部内容。
技术领域
本申请涉及电子电路，更具体地，涉及功率转换器及用于该功率转换器的功率开关控制器。
背景技术
多相功率转换器广泛应用于各种应用。然而，现有的多相功率转换器，如交错式升压功率因数校正(“PFC”)转换器和交错式反激转换器，需要复杂的功率开关控制器来驱动多相功率转换器的主相和从相。并且，需要针对不同拓扑结构的多相功率转换器专门设计不同的功率开关控制器。此外，还需要一种简单且经济高效的为从相功率开关控制器供电以及实现多相功率转换器主相驱动信号和从相驱动信号之间的通信的解决方案。
发明内容
本发明的实施例涉及一种功率转换器，其包括N个功率转换相，N是大于1的整数，所述功率转换器包括：对应于所述N个功率转换相的N个功率开关控制器，该N个功率开关控制器中的每一个被配置为驱动所述N个功率转换相中与之相对应的一相；该N个功率开关控制器中的第一个功率开关控制器被配置为主功率开关控制器，以提供第一开关驱动信号；对于遍历从2到N的每个i，该N个功率开关控制器中的第i个功率开关控制器被配置为在所述第i个功率开关控制器的第一端子处接收来自第(i-1)个功率开关控制器的第(i-1)开关驱动信号；该第i个功率开关控制器还被进一步配置为从该第(i-1)开关驱动信号获取能量，并基于第(i-1)开关驱动信号在该第i个功率开关控制器的第二端子处提供第i开关驱动信号。
在本申请的一个实施例中，对于遍历从2到N的每个i，第i开关驱动信号由第(i-1)开关驱动信号经相移T(i-1)/N后得到，第i开关驱动信号的脉冲宽度等于第(i-1)开关驱动信号的脉冲宽度，其中T(i-1)是第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
在本申请的一个实施例中，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括：相移控制模块，耦接至所述第i个功率开关控制器的所述第一端子，并用于基于所述第(i-1)开关驱动信号生成置位控制信号和复位控制信号；所述置位控制信号被配置为延迟T(i-1)/N后响应于第(i-1)开关驱动信号的每个上升沿而将第i开关驱动信号置位为逻辑高电平；所述复位控制信号被配置为延迟T(i-1)/N响应于第(i-1)开关驱动信号的每个下降沿而将第i开关驱动信号复位为逻辑低电平；其中，T(i-1)是所述第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
在本申请的一个实施例中，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器的所述相移控制模块还被配置为检测所述第(i-1)开关驱动信号的所述开关周期T(i-1)。
在本申请的一个实施例中，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器的所述相移控制模块还被配置为对相移量T(i-1)/N进行设置。
在本申请的一个实施例中，N个功率转换相中的每一个功率转换相均包括一个功率开关。
在本申请的一个实施例中，所述功率开关控制器，用于驱动多相功率转换器的其中一个功率转换相中的功率开关。
在本申请的一个实施例中涉及一种功率开关控制器，用于驱动多相功率转换器的其中一个功率转换相，所述功率开关控制器包括：第一端子，用于接收输入开关驱动信号，该输入开关驱动信号用于驱动所述多相功率转换器中的另一个功率转换相；以及第二端子，用于提供输出开关驱动信号以驱动所述多相功率转换器的所述其中一个功率转换相；其中，该功率开关控制器被配置为从其第一端子处接收的输入开关驱动信号获取电能，并基于所述输入开关驱动信号提供所述输出开关驱动信号。
在本申请的一个实施例中涉及一种功率转换器，包括：第一功率开关控制器，其被配置为主功率开关控制器以提供第一开关驱动信号用以驱动所述功率转换器的主功率转换相；以及第二功率开关控制器，其被配置为从功率开关控制器，还被配置为接收来自主功率开关控制器的第一开关驱动信号并从该第一开关驱动信号获取能量；第二功率开关控制器还被进一步配置为基于该第一开关驱动信号来提供第二开关驱动信号。
附图说明
本发明可以参照以下详细描述和附图进一步理解，其中设置有相似的附图标记。
图1示意性地示出了根据本申请的示例性实施例的功率转换器100。
图2示意性地示出了根据本申请实施例的用于驱动多相功率转换器的其中一个功率转换相中的功率开关的功率开关控制器200。
图3示意性地示出了根据本申请实施例的相移控制模块300，根据本申请实施例，其可用作功率开关控制器200的相移控制模块202。
图4示出了根据本申请实施例的相移控制模块300和功率开关控制器200中的几个信号的波形图400。
图5示意性地示出了根据本申请另一实施例的功率转换器500。
具体实施方式
现将就附图中示意的本申请的优选实施例进行详细说明。虽然将结合优选实施例描述本申请，但是应当理解，它们并不旨在将本申请限制于这些实施例。相反，本申请旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的本申请的精神和范围内的替代、修改和等同物。此外，在本申请的以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本申请的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说，显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本申请的技术方案。为避免不必要地模糊本申请，公知的方法、过程、组件和电路在此不再赘述。
“实施例”或“示例”是指：某些特征、结构或特性包含在本申请的至少一个实施例中。这些“实施例”或“示例”不一定指同一实施例。此外，特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中组合。此外，附图是为了说明而提供的，不一定是按比例绘制的。当一个元件被描述为“连接”或“耦接”到另一个元件时，它可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在一个或多个中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，是指没有中间元件。
图1示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的功率转换器100。功率转换器100可以包括整流单元101，用于对交流(“AC”)输入信号VAC整流以输出整流后的直流(“DC”)电源信号VIN。功率转换器100还包括并联耦接在第一节点IN(例如直流输入节点)和第二节点OUT(例如输出节点)之间的N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，...，N}。其中N是大于1的整数，并表示功率转换器100所包含的功率转换相的总个数。总个数N可以由客户/用户根据实际应用要求来设置和确定。也就是说，参数i是一个变量，遍历从1到N的整数。N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中的每一个功率转换相，以及它们所包含的所有子电路和元件均被配置为采用功率转换器100的第三节点GND处的参考地电位作为接地电位。输入电容CIN1可以耦接在功率转换器100的第一节点IN和第三节点GND之间。在一个实施例中，第一节点IN可以被配置为接收整流后的直流电源信号VIN。输出电容Co可以耦接在功率转换器100的第二节点OUT和第三节点GND之间。
根据本申请的实施例，整流单元101可以示例性地包括连接构成全桥结构BD1的四个二极管。全桥结构的第一端子b1通过熔丝F1耦接到交流电源的第一端子a1，全桥结构的第二端子b2耦接到第一节点IN，全桥结构的第三端子b3耦接到交流电源的第二端子a2，全桥结构的第四端子b4耦接到所述功率转换器100的第三节点GND。交流电源可以配置为提供所述交流输入信号VAC。容性器件CX1可以耦接在全桥结构BD1的第一端子b1和第三端子b3之间。
根据本申请的实施例，对于遍历从1到N的每个i，N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中的第i个功率转换相PHASE(i)可以包括含有第i个功率开关Q(i)的第i个功率级103(i)以及相应的第i个功率开关控制器102(i)。第i个功率开关控制器102(i)用于驱动或者控制与之相对应的第i个功率转换相PHASE(i)。在一个实施例中，第i个功率开关控制器102(i)用于驱动或者控制与之相对应的第i个功率转换相PHASE(i)中的第i个功率级103(i)。在一个实施例中，第i个功率开关控制器102(i)用于驱动与之相对应的第i个功率转换相PHASE(i)中的第i个功率开关Q(i)执行导通和关断切换。因此，可以理解，具有该N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}的功率转换器100包括N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}和相应的N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}。该N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}中的每一个被配置为驱动或者控制所述N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中与之相对应的一相。在一个实施例中，该N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}中的每一个被配置为驱动或者控制所述N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}中的与之相对应的一个功率开关。在一个实施例中，N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率转换相PHASE(1)可以被配置为主功率转换相，N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率开关控制器102(1)可以被配置为主功率开关控制器以提供第一开关驱动信号VG(1)。第一开关驱动信号VG(1)可以是具有开关周期T(1)的高低逻辑开关信号，其在每个开关周期T(1)内具有高逻辑脉冲和低逻辑脉冲，并且可以被配置为驱动N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率开关Q(1)。
在图1所示的示例性实施例中，对于遍历从1到N的每个i，第i个功率转换相PHASE(i)的第i个功率级103(i)可以被配置成具有升压功率因数校正(“PFC”)拓扑结构。例如，对于遍历从1到N的每个i，第i个功率级103(i)可以包括第i个功率开关Q(i)。功率开关Q(i)的第一端子D经第i个感性储能器件L(i)耦接到第一节点IN并通过第i个二极管D(i)耦接到第二节点OUT，功率开关Q(i)的第二端子S耦接到第三节点GND，功率开关Q(i)的控制端G可经栅极电阻器件RG(i)耦接到第i个功率开关控制器102(i)，在一些实施例中，功率开关Q(i)的控制端G也可不经栅极电阻器件RG(i)耦接到第i个功率开关控制器102(i)。栅极电阻器件RG(i)可以包括寄生电阻。配置成主功率开关控制器的第一功率开关控制器102(1)可以包括任何适合于产生主开关驱动信号(即第一开关驱动信号VG(1))的功率开关控制器，该主开关驱动信号用于驱动具有升压PFC拓扑结构的第一功率级103(1)。例如，由芯源系统公司制造的市售功率开关控制器MP44018A可用作第一功率开关控制器102(1)。在图1的示例中，第一功率开关控制器102(1)可以具有第一端子(例如反馈端子)FB，第二端子(例如驱动器输出端子)DRV(1)，第三端子(例如稳压电源端子)VC(1)和第四端子(例如接地端子)GND(1)。该第一端子FB可以被配置为接收来自功率转换器100的第二节点OUT的用以指示输出电压VO的反馈信号，该第二端子DRV(1)可配置为提供第一开关驱动信号VG(1)，该第三端子VC(1)可以被配置为允许耦接到第一容性器件C(1)以存储能量从而产生经过调节的电压信号VCC(1)，电压信号VCC(1)可用作第一功率开关控制器102(1)的内部电源电压，该第四端子GND(1)可以配置为允许连接到第三节点GND(或功率转换器100的参考地电位)。第一功率开关控制器102(1)至少包括一个电压反馈环路，该电压反馈回路可以被配置成至少部分地基于在第一终端FB处接收到的反馈信号来产生第一开关驱动信号VG(1)。第一功率开关控制器102(1)还可以包括其它端子，例如第五端子(例如电流感测端子)CS，其可以被配置为/用于感测流过第一功率开关Q(1)的电流以产生电流感测信号。第一功率开关控制器102(1)可以进一步被配置为基于电流感测信号来调节第一开关驱动信号VG(1)。第一功率开关控制器102(1)还可以包括第六端子(例如补偿端子)COMP，其可被配置为允许连接到补偿网络(例如包括串联连接的电阻Rz和电容器Cz，与所述串联连接的电阻Rz和电容器Cz相并联的电容器Cp)以提高电压反馈环路的稳定性。第一功率开关控制器102(1)还可以包括第七端子(例如零交叉检测(“ZCD”)端子)ZCD(1)，其可以被配置为/用于允许通过第一ZCD电阻RZCD(1)连接到第一感性储能器件L(1)，以检测流过感性储能器件L(1)的电流是否越过零(或理想情况下具有零电流值)。第一功率开关控制器102(1)还可以包括第八端子(例如电源端子)MAINSIN，其可以被配置为/用于感测交流输入信号VAC经整流后的整流电压。并且，MAINSIN端子上的电压可用于提供输入信号异常比如基于输入信号对功率转换器100进行开启和关闭(brown-in and brownout)保护以及向COMP端子上的电压提供前馈补偿。在图1的示例中，示例性地说明第八端子MAINSIN经由第一输入电阻RIN1和第一输入二极管DIN1耦接到交流电源的第二端子a2，并经由第一输入电阻RIN1和第二输入二极管DIN2进一步耦接到全桥结构BD1的第一端子b1或第三端子b3，以检测交流输入信号VAC经整流后的整流电压。第二输入电容CIN2和第二输入电阻RIN2可以并联耦接在功率转换器100的第八端子MAINSIN和第三节点GND之间。第一输入电阻RIN1和第二输入电阻RIN2构成电阻分压器，用于将交流输入信号VAC的经整流后的整流电压经分压式降压后输入到第八端子MAINSIN上。本领域的普通技术人员应该明白，这只是为了提供一个示例，而不是为了限制。
对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，所述N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}中的第i个功率开关控制器102(i)可以具有第一端子(例如电源端子)G(i)，其可以被配置为/用于接收来自第(i-1)个功率开关控制器102(i-1)的第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)。第i个功率开关控制器102(i)还可以被配置为从(i-1)开关驱动信号VG(i-1)获取电能。也就是说，第i个功率开关控制器102(i)由第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)供电，或者说第i个功率开关控制器102(i)的工作电源由第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)提供。对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，N个功率开关控制器{102(i)，i＝1，2，...，N}中的第i个功率开关控制器102(i)可以配置为/用作从功率开关控制器，并且可以进一步具有第二个端子(例如驱动器输出端子)DRV(i)。该功率开关控制器102(i)还可被配置为基于第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)在第二端子DRV(i)处提供第i开关驱动信号VG(i)。本领域的普通技术人员可以理解，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)可被视为是第i个功率开关控制器102(i)的输入开关驱动信号，而第i开关驱动信号VG(i)可被视为为是第i个功率开关控制器102(i)的输出开关驱动信号并可被用于驱动第i个功率转换相PHASE(i)中的第i个功率开关Q(i)。因此，在图1的示例性实施例中，可以理解，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)一方面从第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)获取电能，另一方面，基于来自第(i-1)个功率开关控制器的第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)来产生第i开关驱动信号VG(i)。例如，第二功率开关控制器102(2)一方面从第一开关驱动信号VG(1)获取电能，另一方面基于来自主功率开关控制器102(1)的第一开关驱动信号VG(1)来产生第二开关驱动信号VG(2)。对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，通过第(i-1)个功率转换相PHASE(i-1)的第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)向第i个功率控制相PHASE(i)中的第i个功率开关控制器102(i)供电具有多个优点。所述第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)可以是具有开关周期T(i-1)的高低逻辑开关信号，在每个开关周期T(i-1)中具有高逻辑脉冲和低逻辑脉冲。由于开关驱动信号VG(i-1)相对于功率转换器100的参考地GND通常具有调整良好的例如在10V～20V范围内的电压幅值，所以根据本申请各实施例的可配置为从第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)获取电能的第i个功率开关控制器102(i)可以无需设置能耐受高压的内部电压调节器。这里的“高压”在一个示例中可以指高于低侧开关驱动信号VGL的电压幅值(例如110V～20V)的电压，在另一个示例中可以指高于20V至100V的电压，或者在另一个示例中可以指高于100V至1500V的电压。由于不需要耐受高压的器件，本申请降低了设计第i个功率开关控制器102(i)的复杂性和成本。
根据本公开的实施例，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)还可以具有第三端子(例如稳压电源端子)VC(i)和第四端子(例如接地端子)GND(i)。其中，第i个功率开关控制器102(i)还可以被配置为允许在其第三端子VC(i)和第四端子GND(i)之间连接第i个容性器件C(i)，用于存储能量以提供经调节的电压信号VCC(i)。例如，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个容性器件C(i)耦接在第i个功率开关控制器102(i)的第三端子VC(i)和第四端子GND(i)之间，当第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)在第i个功率开关控制器102(i)的第一端子G(i)处提供经调节的电压信号VCC(i)时，容性器件C(i)可以被充电。
根据本申请的实施例，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)还可以被配置为将第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)相移T(i-1)/N以产生第i开关驱动信号VG(i)。也就是说，在理论上和技术上，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)可以被配置为通过复制第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)并在第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)上叠加T(i-1)/N时间延迟来产生第i开关驱动信号VG(i)。因此，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i开关驱动信号VG(i)可以具有开关周期T(i)以及在每个开关周期T(i)中的高低逻辑脉冲，并且第i开关驱动信号VG(i)的开关周期T(i)可以基本等于第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)的开关周期T(i-1)，脉冲宽度ton(i)也可基本等于第(i-1)个开关的脉冲宽度ton(i)，而第i开关驱动信号VG(i)的每个上升沿则相对于第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)存在T(i-1)/N的时间延迟。在本说明书中，对于遍历从1到N的每个i，第i开关驱动信号VG(i)的脉冲宽度ton(i)可以指在第i开关驱动信号VG(i)的每个开关周期T(i)期间内高逻辑脉冲的宽度(或持续时间)。根据示例性实施例，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)还可以包括第五个端子(例如设置端子)SET(i)，其可以被配置为对第i开关驱动信号VG(i)设置相对于第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)具有T(i-1)/N的相移(即T(i-1)/N的时间延迟)。例如，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，第i个功率开关控制器102(i)可以被配置成，允许客户或用户通过将外部设置设备连接到设置端子SET(i)或通过向设置端子SET(i)提供配置信号来设置T(i-1)/N时间延迟。通过这种方式，除了作为主功率开关控制器的第一功率开关控制器102(1)之外，其余的(N-1)个功率开关控制器{102(i)，i＝2，...，N}可以是区别于主功率开关控制器102(1)的彼此相同的从功率开关控制器(即具有相同的端子/引脚，相同的功能，相同的内部电路和配置等)。例如，每个从功率开关控制器{102(i)，i＝2，...，N}可以包括相同的功率开关控制器，该功率开关控制器可以形成在单个集成电路芯片或单个集成电路管芯中。从功率开关控制器{102(i)，i＝2，...，N}可以“通用”于与其它主功率开关控制器协作并配置为/形成其它包含交叉多相功率转换器的任意拓扑。因此，在本申请的下文中称之为“通用”功率开关控制器。尽管根据各种应用要求，功率转换器拓扑可能具有不同的拓扑，上述方式可以极大地方便客户/用户在实际应用中形成任意数量的N相(N≥2)的功率转换器。此外，这种用作从功率开关控制器的“通用”功率开关控制器，例如所述第i个功率开关控制器102(i)(i从2到N)，可以无需如主功率开关控制器(例如上述第一功率开关控制器102(1))那样具有复杂的内部电路来形成调节反馈环路。从功率开关控制器可以简单地从前一个(i-1)功率转换器PHASE(i-1)那里复制并相移第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)来提供第i开关驱动信号VG(i)以驱动当前的第i个功率转换相PHASE(i)中的第i个功率开关Q(i)。因此，根据本发明各种实施例的“通用”功率开关控制器允许更大的灵活性，并降低了客户/用户配置交叉多相功率转换器的设计复杂性和成本。
图2示意性地示出了用于驱动根据本申请实施例的多相功率转换器(例如，如图1所示的功率转换器100或图5所示的功率转换器500)的其中一个功率转换相的功率开关的功率开关控制器200。功率开关控制器200可用作上述“通用”功率开关控制器，该功率开关控制器可以“通用”于与其它主功率开关控制器协作并配置为/形成其它包含N个功率转换相的功率转换器(N≥2)的任意拓扑。例如，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，功率开关控制器200可以被配置成功率转换器100的第i个从功率开关控制器102(i)。即，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)可以包括完全相同的功率开关控制器，例如功率开关控制器200。功率开关控制器200可以形成在单个集成电路芯片或单个集成电路管芯中，并可以“通用”于与其它主功率开关控制器协作并配置为/形成其它交叉多相功率转换器。功率开关控制器200可具有被配置为/用于接收输入开关驱动信号VG(i-1)的第一端子(例如电源端子)G(i)，其中驱动信号VG(i-1)用于驱动另一个功率转换相的功率开关。功率开关控制器200还可以具有第二端子(例如驱动器输出端子)DRV(i)，其可以被配置为/用于提供输出开关驱动信号VG(i)以驱动当前的功率转换相中的功率开关。功率开关控制器200还可被配置为从第一端子G(i)处接收到的输入开关驱动信号VG(i-1)获取电能，并基于输入开关驱动信号VG(i-1)提供输出开关驱动信号VG(i)。功率开关控制器200还可以具有第三端子(例如调节电源端子)VC(i)和第四端子(例如接地端子)GND，并且可进一步配置成当容性器件(例如C(i))耦接在其第三端子VC(i)和其第四端子GND(i)之间时提供调节电压信号(例如VCC(i))。功率开关控制器200还可被配置成将输入开关驱动信号VG(i-1)相移T(i-1)/N以产生输出开关驱动信号VG(i)，其中T(i-1)是输入开关驱动信号VG(i-1)的开关周期，N是多相功率转换器所包含的功率转换相的总个数。也就是说，在理论上和技术上，功率开关控制器200可被配置为通过复制第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)并在第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)上叠加T(i-1)/N的时间延迟来产生第i开关驱动信号VG(i)。功率开关控制器200还可包括第五端子(例如设置端子)SET(i)，该第五端子可以被配置为设置第i开关驱动信号VG(i)相对于第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)的相移量T(i-1)/N(即T(i-1)/N的时间延迟)。例如在图1的示例中，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，当功率开关控制器200被用作多相功率转换器100的第i相的第i个功率开关Q(i)的第i个功率开关控制器102(i)时，功率开关控制器200可被配置成接收来自第(i-1)个功率开关控制器102(i-1)的第(i-1)开关驱动信号VG(i-1)作为输入开关驱动信号，其中所述第(i-1)个功率开关控制器102(i-1)用于驱动另一个功率转换相(即第(i-1)相)中的第(i-1)个功率开关Q(i-1)。
根据示例性实施例，仍参考图2，功率开关控制器200可包括耦接在功率开关控制器200的第一端子G(i)和第三端子VC(i)之间的内部调节模块201，其被配置为当容性储能器件耦接在第三端子和第四端子GND(i)之间时，将输入开关驱动信号VG(i-1)转换为经调节的电压信号VCC(i)。在实施例中，内部调节模块201可以包括例如整流器(例如MOSFET或二极管)，其被配置为在从功率开关控制器200的第一端子G(i)至第三端子VC(i)的方向上单向导通，并且在从功率开关控制器200的第三端子VC(i)至第一端子G(i)的方向上反向截止(非导电)。在替代性实施例中，内部调节模块201可包括调节器(例如LDO调节器)，而不是整流器。由于输入开关驱动信号VG(i-1)相对于功率转换器100第三节点GND处的参考地通常具有例如在10V～20V范围内的电压幅值，所以功率开关控制器200可不需要其内部调节模块201能够耐受高压。这里的“高压”在一个示例中可以指高于低侧开关驱动信号VGL的电压幅值(例如10V～20V)的电压，在另一个示例中可以指甚至高于20V至100V的电压，或者在另一个示例中可以指高于100V至1500V的电压。例如，内部调节模块201可以由低压器件组成(例如具有低于输入开关驱动信号VG(i-1)的电压幅值的击穿电压)。低压器件不仅具有低成本和小尺寸的优势，还有助于降低设计复杂性和功耗。
根据示例性实施例，仍参考图2，功率开关控制器200还可以包括耦接到第一端子G(i)的相移控制模块202，其被配置为基于输入开关驱动信号VG(i-1)生成置位控制信号G(i)_S和复位控制信号G(i)_R。置位控制信号G(i)_S可配置为延迟T(i-1)/N后响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿而将输出开关驱动信号VG(i)置位为逻辑高电平，复位控制信号G(i)_R可配置为延迟T(i-1)/N时间后响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个下降沿而将输出开关驱动信号VG(i)复位为逻辑低电平。其中T(i-1)是输入开关驱动信号VG(i-1)的开关周期，N是多相功率变换器所包含的功率转换相的总个数。也就是说，响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿，置位控制信号G(i)_S可配置为一旦输入开关驱动信号VG(i-1)的上升沿过去了T(i-1)/N时间，就将输出开关驱动信号VG(i)置位为逻辑高电平。响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个下降沿，复位控制信号G(i)_R可配置为一旦输入开关驱动信号VG(i-1)的下降沿过去了T(i-1)/N时间，就将输出开关驱动信号VG(i)复位为逻辑低电平。根据实施例，相移控制模块202可进一步耦接到第五端子(例如设置端子)SET(i)，并且可被配置为允许客户/用户通过将外部设置设备连接到设置端子SET(i)或通过向设置端子SET(i)提供配置信号来设置相移量T(i-1)/N(即T(i-1)/N的时间延迟)。根据示例性实施例，仍参考图2，功率开关控制器200还可以包括逻辑控制模块203和驱动器204。逻辑控制模块203可以被配置成至少直接或间接地接收置位控制信号G(i)_S和复位控制信号G(i)_R并且至少部分地基于置位控制信号G(i)_S和复位控制信号G(i)_R来提供输出控制信号CTRL(i)。驱动器204可以由经调节的电压信号VCC(i)供电，并且可被配置为放大输出控制信号CTRL(i)的驱动能力以提供输出开关驱动信号VG(i)。在一个实施例中，逻辑控制模块203可以具有置位输入端S、复位输入端R和同相输出端Q。在一个实施例中，置位控制信号G(i)_S可以直接馈送到逻辑控制模块203的置位输入端S，并且逻辑控制模块203可被配置为响应于置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401而将输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))置位为逻辑高电平。仅用于举例而非限制，在其它实施例中，可以对置位控制信号G(i)_S和其它参与置位输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))的信号执行简单的逻辑操作(例如图2中所示的逻辑与)从而向逻辑控制模块203的置位输入端S提供置位信号ST。例如，在一个实施例中，其它参与置位输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))的信号可以包括谷值控制信号Valley(i)。对于这种情况，功率开关控制器200还可以包括第六端子(例如零交叉检测端子)ZCD(i)。对于遍历从2到N每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，当功率开关控制器200被用作功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)时，第六端子ZCD(i)可以经由例如第i个零交叉检测电阻RZCD(i)耦接到第i个功率级103(i)的第i个感性储能器件L(i)。对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，当功率开关控制器200被用于充当驱动功率转换器100的第i个功率转换相PHASE(i)的第i个功率开关Q(i)的第i个功率开关控制器102(i)时，第六端子ZCD(i)可被配置为/用于感测流过第i个感性储能器件L(i)的零电流以提供零交叉指示信号，并且可进一步被配置为/用于感测第i个功率开关Q(i)两端的准谐振电压谷。功率开关控制器200还可包括耦接到第六端子(例如零交叉检测终端)ZCD(i)的谷值锁定模块205，用以接收指示第i个功率开关Q(i)两端的准谐振电压谷信号。谷值锁定模块205可以被配置成将第i个功率开关Q(i)上的电压到达准谐振电压谷的次数锁定到预设值(例如，根据实际应用要求，预设值可以从1到7或更多)，以避免由于第i个功率开关Q(i)上的电压谷值来回跳变引起的可听噪声。在替代性实施例中，其它参与置位输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))的信号可以包括最小关断时间控制信号Toff_min。最小关断时间控制信号Toff_min可被配置为限制输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))在一个开关周期T(i)内逻辑低脉冲的最小脉冲宽度。对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，当功率开关控制器200被用于充当驱动功率转换器100的第i个功率转换相PHASE(i)的第i个功率开关Q(i)的第i个功率开关控制器102(i)时，最小关断时间控制信号Toff_min可以帮助限制由输出开关驱动信号VG(i)驱动的第i个功率开关的最大开关频率并确保第i个感性储能器件L(i)的放电时间足够长。最小关断时间控制信号Toff_min也有助于增强抗噪能力并防止误触发(例如，在实际电路中，可能由于寄生电容、电感和电阻等多种原因引起零交叉指示信号的误触发)。在一个实施例中，复位控制信号G(i)_R可以直接馈送到逻辑控制模块203的复位输入端R，并且逻辑控制模块203可被配置为响应于复位控制信号G(i)_R的每个复位脉冲403而将输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))复位为逻辑低电平。仅用于举例而非限制，在其它实施例中，可以对复位控制信号G(i)_R和其它参与复位输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))的信号执行简单的逻辑操作(例如图2中示例所示的逻辑或)从而向逻辑控制模块203的复位输入端R提供复位信号RST。例如，在一个实施例中，其它参与复位输出控制信号CTRL(i)(或输出开关驱动信号VG(i))的信号可以包括故障指示信号Fault(i)。例如，故障指示信号Fault(i)可以指示功率转换器系统(例如，将功率开关控制器200用作第i个功率开关控制器102(i)的功率转换器100，i从2到N)的任何类型的异常条件，例如过压条件、过流条件、过温条件、系统空闲条件等。
图3示意性地示出了根据本申请实施例的相移控制模块300，其可用作功率开关控制器200的相移控制模块202。相移控制模块300可以包括置位控制模块301和复位控制模块302。图4示出了根据本申请实施例的波形图400，示出了相移控制模块300和功率开关控制器200中的几个信号的波形。
置位控制模块301可以耦接到功率开关控制器200的第一端子G(i)并且可被配置为检测输入开关驱动信号VG(i-1)(例如，当功率开关控制器200被用于充当功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)时的第(i-1)开关驱动信号VG(i-1))的开关周期T(i-1)。置位控制模块301还可被配置为延迟T(i-1)/N后响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿而产生置位控制信号G(i)_S的置位脉冲401。也就是说，从输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿到来的那一刻开始，一旦经过T(i-1)/N的时间延迟，置位控制模块301就产生置位控制信号G(i)_S的一个置位脉冲401。置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401可被配置为将输出开关驱动信号VG(i)(例如，当功率开关控制器200用作功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)时的第i开关驱动信号VG(i))置位为逻辑高电平。即，置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401触发一开关驱动信号VG(i)的上升沿。置位控制模块301可进一步耦接到第五端子(例如设置端子)SET(i)，并且可被配置为允许客户/用户通过将外部设置设备连接到设置端子SET(i)或通过向设置端子SET(i)提供配置信号来设置相移量T(i-1)/N(即T(i-1)/N的时间延迟)。只要能够实现检测输入开关驱动信号VG(i-1)的开关周期T(i-1)并延迟T(i-1)/N时间后响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿而产生置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401_S，置位控制模块301可包括任何适当的电路。
为了提供如图3所示的示例，置位控制模块301可以包括开关周期检测电路303、相移编程电路304和置位脉冲发生电路305。开关周期检测电路303可以被配置为接收输入开关驱动信号VG(i-1)并检测输入开关驱动信号VG(i-1)的开关周期T(i-1)，以提供指示开关周期T(i-1)的第一电压信号VL_T(i-1)。开关周期检测电路303还可以被配置成提供第一周期性斜坡信号Vramp1，该第一周期性斜坡信号Vramp1的斜坡电压幅值指示所述输入开关驱动信号VG(i-1)的每个开关周期T(i-1)所经过的从0到T(i-1)的时间。在图3的示例中，开关周期检测电路303可包括第一脉冲发生器3011，其被配置为响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿而产生单个脉冲402以提供第一采样控制信号SH1。因此，在输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿处，第一采样控制信号SH1具有一个脉冲402。开关周期检测电路303还可以包括第一延迟电路3012，其被配置为对输入开关驱动信号VG(i-1)叠加第一预设延迟时间td1(例如，根据开关周期T(i-1)的范围通常为10ns至100ns，并且不应超过开关周期T(i-1)的最小值的5％)，以输出经延迟的输入开关驱动信号VG(i-1)_td1。第二脉冲发生器3013被配置为响应于经延迟的输入开关驱动信号VG(i-1)_td1的每个上升沿而产生单个脉冲以提供第一充电控制信号CH1。因此，经延迟的输入开关驱动信号VG(i-1)_td1的每个上升沿处，第一充电控制信号CH1具有一个脉冲。开关周期检测电路303还可以包括第一充电控制开关3014、第一电容器3015和第一电流源3016。第一充电控制开关3014和第一电容器3015可以并联在第一电流源3016和地电位(GND)之间，并且第一充电控制开关3014可具有用于接收第一充电控制信号CH1的控制端子。因此，在经延迟的输入开关驱动信号VG(i-1)_td1的每个上升沿处，第一充电控制信号CH1的一个单脉冲信号将第一充电控制开关3014导通从而对第一电容器3015放电。第一电容器3015两端的电压信号可以作为第一周期性斜坡信号Vramp1。开关周期检测电路303还可以包括第一采样保持电路3017，第一采样保持电路3017被配置为在其输入端接收第一周期性斜坡信号Vramp1，在其控制端接收第一采样控制信号SH1，并在其输出端耦接第二电容器3018。第一采样保持电路3017响应于第一采样控制信号SH1的每个脉冲402对第一周期性斜坡信号Vramp1的电压幅值进行采样，这可以理解为在输入开关驱动信号VG(i-1)每个上升沿处，第一采样保持电路3017对第一周期斜坡信号Vramp1的电压幅值进行采样，然后保持该采样电压幅值，以在第一采样保持电路3017的输出端提供第一电压信号VL_T(i-1)。
相移编程电路304可以耦接至开关周期检测电路303以接收第一电压信号VL_T(i-1)，并且可以进一步耦接至功率开关控制器200的第五端子(例如设置端子)SET(i)，以便连接到外部设置设备或接收配置信号。在例如具有N个功率转换相的多相应用中使用功率开关控制器200(例如在N相功率转换器100中使用)时，相移编程电路304可以被配置为允许客户/用户对第一电压信号VL_T(i-1)进行N等分，从而提供指示T(i-1)/N时间延迟的分压信号VL_T(i-1)/N(由图4中的虚线示出)。仅用于举例而非限制，在图3的示例中，相移编程电路304被简单地示出为包括具有R(i)电阻值的电阻器，客户/用户可以连接具有RSET(i)电阻值的外设电阻器，其中RSET(i)＝(N-1)*R(i)。本领域普通技术人员应当理解，只要能允许客户/用户根据使用了功率开关控制器200的功率转换器所包含的功率转换相的总个数N而将第一电压信号VL_T(i-1)进行N等分并提供分压信号VL_T(i-1)/N，相移编程电路304可以包括任何适当的电路。
置位脉冲发生电路305可以被配置成接收分压信号VL_T(i-1)/N和第一周期性斜坡信号Vramp1。每当第一周期性斜坡信号Vramp1上升到分压信号VL_T(i-1)/N的幅值时，置位脉冲发生电路305就产生一个脉冲401从而提供置位控制信号G(i)_S。因此，每当第一周期性斜坡信号Vramp1上升到分压信号VL_T(i-1)/N的幅值时，置位控制信号G(i)_S就具有一个脉冲401(用于置位脉冲401)。本领域普通技术人员会明白，每个第一周期性斜坡信号Vramp1上升到分压信号VL_T(i-1)/N的幅值的时刻实际上对应于每个输入开关驱动信号VG(i-1)的上升沿被延时T(i-1)/N的时刻，即输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿相移/延迟T(i-1)/N的时刻。在图3的示例中，置位脉冲发生电路305可以包括第一比较器3051。第一比较器3051被配置为在其第一端子(例如图3中的反相输入端子“-”)处接收分压信号VL_T(i-1)/N，在其第二端子(例如图3中的同相输入端子“+”)处接收第一周期性斜坡信号Vramp1并将第一周期性斜坡信号Vramp1与分压信号VL_T(i-1)/N进行比较以在第一比较器3051的输出端提供第一比较信号CMP1。置位脉冲发生电路305还可以包括第三脉冲发生器3052，第三脉冲发生器3052被配置为响应于第一比较信号CMP1，每当第一周期性斜坡信号Vramp1上升到分压信号VL_T(i-1)/N的幅值时就产生一个脉冲(例如用作置位脉冲401)从而提供置位控制信号G(i)_S。
复位控制模块302可以耦接至功率开关控制器200的第一端子G(i)并且可以配置为检测输入开关驱动信号VG(i-1)(例如，当功率开关控制器200用作功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)时，第(i-1)开关驱动信号VG(i-1))的脉冲宽度ton(i-1)。复位控制模块302还可进一步被配置为当输出开关驱动信号VG(i)的每个上升沿经过脉冲宽度ton(i-1)时间后，响应于每个上升沿(或可响应于置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401)而产生复位控制信号G(i)_R的复位脉冲403。也就是说，从输出开关驱动信号VG(i)(或置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401)的每个上升沿到来的那一刻开始，一旦经过输入开关驱动信号VG(i-1)的脉冲宽度ton(i-1)时间后，复位控制模块302便产生复位控制信号G(i)_R的一个复位脉冲403。复位控制信号G(i)的每个复位脉冲403_R可被配置为将输出开关驱动信号VG(i)(例如，当功率开关控制器200用作功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)时，第i开关驱动信号VG(i))复位为逻辑低电平。即，复位控制信号G(i)_R的每个复位脉冲403触发输出开关驱动信号VG(i)的一个下降沿。只要能实现检测输入开关驱动信号VG(i-1)的脉冲宽度ton(i-1)以及在延迟ton(i-1)时间后响应于输出开关驱动信号VG(i)的每个上升沿并产生复位控制信号G(i)_R的复位脉冲403，复位控制模块302可以包括任何适当的电路。
为了提供如图3所示的示例，复位控制模块302可以包括脉宽检测电路306和复位脉冲发生电路307。脉宽检测电路306可被配置为接收输入开关驱动信号VG(i-1)并检测输入开关驱动信号VG(i-1)的脉冲宽度ton(i-1)以提供指示脉冲宽度ton(i-1)的第二电压信号VL_ton(i-1)(由图4中的虚线示出)。在图3的示例中，脉宽检测电路306可以包括下降沿触发脉冲发生器3061，该下降沿触发脉冲发生器3061被配置为响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个下降沿而产生一个脉冲404以提供第二采样控制信号SH2。因此，在输入开关驱动信号VG(i-1)的每个下降沿处，第二采样控制信号SH2具有单脉冲404。脉宽检测电路306还可以包括第二采样保持电路3062。第二采样保持电路3062可配置为在其输入端接收第一周期性斜坡信号Vramp1，在其控制端接收第二采样控制信号SH2，在其输出端耦接第三电容器3063。第二采样保持电路3062响应于第二采样控制信号SH2的每个脉冲404对第一周期性斜坡信号Vramp1的电压幅值进行采样，这可以理解为在输入开关驱动信号VG(i-1)的每个下降沿处，第二采样保持电路3062对第一周期性斜坡信号Vramp1的电压幅值进行采样，然后保持采样电压幅值，以在第二采样保持电路3062的输出端提供第二电压信号VL_ton(i-1)。
复位脉冲发生电路307可被配置成接收输出开关驱动信号VG(i)或输出控制信号CTRL(i)并提供第二周期性斜坡信号Vramp2。该第二周期性斜坡信号Vramp2的斜坡电压幅值指示输出开关驱动信号VG(i)的每个开关周期T(i)经过的从0到T(i)的时间。复位脉冲发生电路307还可以被配置为接收第二电压信号VL_ton(i-1)并在第二周期性斜坡信号Vramp2上升到第二电压信号VL_ton(i-1)的幅值时产生一次脉冲，以提供复位控制信号G(i)_R。因此，在第二周期性斜坡信号Vramp2上升到第二电压信号VL_ton(i-1)的幅值的每个时刻，复位控制信号G(i)_R具有一次脉冲(用作复位脉冲403)。本领域普通技术人员可以理解，每个第二周期性斜坡信号Vramp2上升到第二电压信号VL_ton(i-1)的时刻实际上对应于输出开关驱动信号VG(i)的每个上升沿经延迟ton(i-1)的时刻，即输出开关驱动信号VG(i)的每个上升沿相移/延迟ton(i-1)的时刻。
在图3的示例中，复位脉冲发生电路307可以包括第二延迟电路3021，该电路被配置为对输出开关驱动信号VG(i)或输出控制信号CTRL(i)叠加第二预设延迟时间td2(例如可以在10ns至100ns范围内，并且理想地应与第一预设延迟时间td1匹配，即td2＝td1)以输出经延迟的输出开关驱动信号VG(i)_td2。第四脉冲发生器3022被配置为响应于经延迟的输出开关驱动信号VG(i)_td2的每个上升沿而产生一次脉冲以提供第二充电控制信号CH2。
因此，第二充电控制信号CH2在经延迟的输出开关驱动信号VG(i)_td2的每个上升沿处具有一个脉冲。复位脉冲发生电路307还可以包括第二充电控制开关3023、第四电容器3024和第二电流源3025。第二充电控制开关3023和第四电容器3024可以并联在第二电流源3016和地之间，并且第二充电控制开关3023可以具有用于接收第二充电控制信号CH2的控制端子。因此，在经延迟的输出开关驱动信号VG(i)_td2的每个上升沿处，第二充电控制信号CH2的一个脉冲信号将第二充电控制开关3023导通以对第四电容器3024放电。第四电容器3024两端的电压信号可以作为第二周期性斜坡信Vramp2。复位脉冲发生电路307还可以包括第五脉冲发生器3027。第五脉冲发生器3027被配置为响应于第二比较信号CMP2，每当第二周期性斜坡信号Vramp2上升到第二电压信号VL_ton(i-1)的幅值时就产生一次脉冲(例如用作复位脉冲403)从而提供复位控制信号G(i)_R。
本领域普通技术人员应当理解，附图3是为了实例性地描述相移控制模块300，并不用于进行限制。根据上述教导，可以对相移控制模块进行许多修改和变型。相移控制模块300可以包括任何能够实现以下功能的适当电路：能够检测开关周期T(i-1)并且延迟T(i-1)/N的时间后响应于输入开关驱动信号VG(i-1)的每个上升沿以产生置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401，能够检测输入开关驱动信号VG(i-1)的脉冲宽度ton(i-1)并且在输入开关驱动信号VG(i-1)经过脉冲宽度ton(i-1)时间后，响应于输出开关驱动信号VG(i)的每个上升沿(或响应于置位控制信号G(i)_S的每个置位脉冲401)以产生复位控制信号G(i)_R的每个复位脉冲403。本领域的普通技术人员还应该理解，上述描述中提到的与图3相关的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”不是指任何顺序/序列，而只是用于区分不同的电路组件和不同的信号。例如，使用“第一”和“第二”来区分第一周期性斜坡信号Vramp1和第二周期性斜坡信号Vramp2、第一电压信号VL_T(i-1)和第二电压信号VL_ton(i-1)、第一采样保持电路3017和第二采样保持电路3062、第一延迟电路3012和第二延迟电路3021，第一比较器3051和第二比较器3026、第一采样控制信号SH1和第二采样控制信号SH2、第一充电控制开关3014和第二充电控制开关3023、第一电流源3016和第二电流源3025、第一充电控制信号CH1和第二充电控制信号CH2；使用“第一”、“第二”和“第三”和“第四”来区分第一电容器3015、第二电容器3018、第三电容器3063和第四电容器3024；使用“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”来区分第一脉冲发生器3011、第二脉冲发生器3013、第三脉冲发生器3052、第四脉冲发生器3022和第五脉冲发生器3027。
图5示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的功率转换器500，其使用“通用”功率开关控制器(诸如功率开关控制器200)作为从功率开关控制器与主功率开关控制器502(1)协同工作。功率转换器500可以包括整流单元501，用于对交流(“AC”)输入信号VAC整流以输出经整流后的直流(“DC”)电源信号VIN。功率转换器500还包括并联在第一节点(例如直流输入节点)IN和第二节点(例如输出节点)OUT之间的N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，...，N}，其中N是大于1的整数，其表示功率转换器500所包含的功率转换相的总个数，总个数N可以由客户/用户根据实际应用要求来设置和确定。也就是说，参数i是一个变量，遍历从1到N的整数。N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中的每一相所包含的所有子电路和元件被配置为使用功率转换器500的第三节点GND处的参考地电位作为每个功率转换相PHASE(i)的接地电位。输入电容CIN1可以耦接在功率转换器500的第一节点IN和第三节点GND之间。在一个实施例中，第一节点IN可以被配置为接收整流后的直流电源信号VIN。输出电容Co可以耦接在功率转换器500的第二节点OUT和第三节点GND之间。
在图5的示例中，整流单元501可以示例性地包括连接构成全桥结构BD1的四个二极管，全桥结构的第一端子b1耦接至感性器件(例如变压器)LCM1的第一绕组，全桥结构的第二端子b2耦接至第一节点IN，全桥结构的第三端子b3耦接至感性器件LCM1的第二绕组，全桥结构的第四端子b4耦接至功率转换器500的第三节点GND。对于整流单元501而言，交流源的第一端子a1可以经熔丝F1耦接至感性器件LCM1的第二绕组，交流源的第二端子a2可以耦接至感性器件LCM1的第一绕组，容性器件CX1可以耦接在交流源的第一端子a1和第二端子a2之间，另一容性器件CX2可以耦接在全桥结构BD1的第一端子b1和第三端子b3之间。交流电源可以配置为提供交流输入信号VAC。
与功率转换器100类似，对于遍历从1到N的每个i，功率转换器500所具有的N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中第i个功率转换相PHASE(i)可以包括第i个功率级503(i)，第i个功率级503(i)具有第i个功率开关Q(i)和相应的用于驱动第i个功率开关Q执行导通或关断切换的第i个功率开关控制器502(i)。所述第i个功率开关控制器502(i)被配置为驱动或者控制所述第i个功率转换相PHASE(i)，在一个实施例中，所述第i个功率开关控制器502(i)被配置为驱动或者控制第i个功率级503(i)，在一个实施例中，所述第i个功率开关控制器502(i)被配置为驱动或者控制所述第i个功率开关Q(i)。因此，可以理解，具有N个功率转换器相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}的功率转换器500可以包括N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}和N个功率开关控制器{502(i)，i＝1，2，...，N}，其中N个功率开关控制器{502(i)，i＝1，2，...，N}的其中一个被配置为驱动或者控制所述N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中与之对应的一个功率转换相，在一个实施例中，所述N个功率开关控制器{502(i)，i＝1，2，...，N}的其中一个被配置为驱动或者控制N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}中与之对应的一个功率开关。在一个实施例中，N个功率转换相{PHASE(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率转换相PHASE(1)可以被配置为主功率转换相，并且N个功率开关控制器{502(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率开关控制器502(1)可以被配置为主功率开关控制器以提供第一开关驱动信号VG(1)。第一开关驱动信号VG(1)可以是具有开关周期T(1)的高低逻辑开关信号，其在每个开关周期T(1)内具有高逻辑脉冲和低逻辑脉冲，并且可以被配置为驱动N个功率开关{Q(i)，i＝1，2，...，N}中的第一功率开关Q(1)。
在图5所示的示例性实施例中，对于遍历从1到N的每个i，第i个功率转换相PHASE(i)中的第i个功率级503(i)可以被配置成具有反激式拓扑结构。例如，对于遍历从1到N的每个i，第i个功率级503(i)可以包括第i个功率开关，第i个功率开关具有经第i个感性储能器件L(i)的初级绕组w1耦接至第一节点IN的第一端子D，还具有耦接至第三节点GND的第二端子S以及经由(或者不经由)门控电阻器件RG(i)耦接至第i个功率开关控制器502(i)的控制端子G。门控电阻器件RG(i)可以包括寄生电阻。在一个实施例中，对于遍历从1到N的每个i，第i个功率开关Q(i)的第一端子D还可以经第i个初级二极管DP(i)耦接至节点NP，该节点NP经由在第一节点IN和节点NP之间并联连接的第二输入电容CIN2和第二输入电阻RIN2耦接至功率转换器500的第一节点IN。对于遍历从1到N的每个i，第i个感性储能器件L(i)的次级绕组w2可以经例如第i个次级二极管DS(i)耦接至功率转换器500的第二节点OUT。配置为主功率开关控制器的第一功率开关控制器502(1)可包括适于产生具有反激拓扑结构的第一功率级503(i)所需要的主开关驱动信号(即第一开关驱动信号VG(1))的任何功率开关控制器。例如，由芯源系统公司制造的商用功率开关控制器MPX2001/2/3、HFC0300、HFC0310、HFC0500、HFC0650可用作第一功率开关控制器502(1)。在图5的示例中，第一功率开关控制器502(1)可以具有第一端子(例如反馈端子)FB，第二端子(例如驱动器输出端子)DRV(1)，第三端子(例如稳压电源端子)VC(1)以及第四端子(例如接地端子)GND。其中该第一端子FB可以被配置接收来自功率转换器500的第二节点OUT的用以指示输出电压(为了简洁起见，也用VO标记)的反馈信号，该第二端子DRV(1)可配置为提供第一开关驱动信号VG(1)，该第三端子VC(1)可配置为/用于允许耦接至第一感性储能器件L(1)的辅助绕组w3，用于获取能量以产生用作第一功率开关控制器502(1)的内部电源电压的经调节的电压信号VCC(1)，第四端子GND可被配置为/用于允许耦接至功率转换器500的参考地电位。二极管DVC可以耦接在第一功率开关控制器502(1)的第三端子VC(1)和第一感性储能器件L(1)的辅助绕组w3之间，以防止从第三端子VC(1)反向充电到辅助绕组w3。第一功率开关控制器502(1)可以至少包括电压反馈环路，该电压反馈环路可被配置为至少部分地基于在第一端子FB处接收到的反馈信号产生第一开关驱动信号VG(1)。第一功率开关控制器502(1)还可以包括其它端子，例如第五端子(例如电流感测端子)CS，第五端子CS可被配置为/用于感测流过第一功率开关Q(1)的电流并产生电流感测信号。对于这种情况，第一电流检测电阻器RS1可以耦接在第一功率开关控制器502(1)的第五端子CS和第一功率开关Q(1)的第二端子S之间，并且第二电流检测电阻RS2可以耦接在第一功率开关Q(1)的第二端子S和功率转换器500的第三节点GND之间。第一功率开关控制器502(1)还可以被配置成基于电流检测信号来调节第一开关驱动信号VG(1)。第一功率开关控制器502(1)还可以包括第六端子(例如零交叉检测(“ZCD”)端子)ZCD(1)，其可以被配置为/用于允许例如经第一ZCD电阻RZCL(1)耦接至第一感性储能器件L(1)的辅助绕组w3，以检测流过第一感性储能器件L(1)的电流是否越过零。电阻RZCR(1)可以耦接在二极管DVC和第一个ZCD电阻RZCL(1)之间。第一功率开关控制器502(1)还可以包括第七端子(例如电源端子)HV，其可配置为/用于检测交流输入信号VAC的整流电压，并且第七端子上的电压HV可用于为AC-DC应用提供基于输入信号对功率转换器500进行开启和关闭(brown-in and brownout)保护、高压启动和超级电容(X-cap)放电功能。在图1的示例中，示例性的说明第七端HV经第一输入电阻RIN1和第一输入二极管DIN1耦接至感性器件LCM1的第一绕组，并进一步经第一输入电阻RIN1和第二输入二极管DIN2耦接至全桥结构BD1的第一端子b1或第三端子b3以检测交流输入信号VAC经整流后的整流电压。本领域的普通技术人员应该明白，这只是为了提供一个示例，而不是为了限制。
在图5所示的示例性实施例中，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，N个功率开关控制器{502(i)，i＝1，2，...，N}中的第i个功率开关控制器502(i)可以被配置为/用作从功率开关控制器，并且可以与图1描述的第i个功率开关控制器102(i)具有相同的结构和相似的功能。因此，对于遍历从2到N的每个i(即，这里i是一个变量，其可以遍历从2到N的整数)，对功率转换器100的第i个功率开关控制器102(i)的所有描述都适用于功率转换器500的第i个功率开关控制器502(i)，在此不再赘述。
显然，根据上述教导，可以对本申请进行许多修改和变型。因此应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以说明书以外的方式实施。当然，应当理解，上述公开的内容仅涉及本申请的优选实施例，并且可以在不偏离所附权利要求所限定的发明构思和范围的前提下对其做许多修改。因为本申请仅公开了其优选实施例，本领域技术人员显然可以在不偏离所附权利要求的所述的发明构思和范围的情况下考虑和实施各种修改的技术方案。
在一些实施方式中，对于遍历从1到N的每个i，图1中的二极管D(i)和图5中的DP(i)和DS(i)可以是可控整流开关。功率级103(i)和503(i)中的功率开关Q(i)可以是MOSFET以外的可控半导体器件。本领域技术人员还可以理解，除了前述实施例中所示的反激式和升压PFC拓扑结构外，其他可以采用“通用”功率开关控制器200作为从功率开关控制器的交错式多相功率转换器也在本申请的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种功率转换器，其包括N个功率转换相，N是大于1的整数，所述功率转换器包括：
对应于所述N个功率转换相的N个功率开关控制器，该N个功率开关控制器中的每一个被配置为驱动所述N个功率转换相中与之相对应的一相；
该N个功率开关控制器中的第一个功率开关控制器被配置为主功率开关控制器，以提供第一开关驱动信号；
对于遍历从2到N的每个i，该N个功率开关控制器中的第i个功率开关控制器被配置为在所述第i个功率开关控制器的第一端子处接收来自第(i-1)个功率开关控制器的第(i-1)开关驱动信号；该第i个功率开关控制器还被进一步配置为从该第(i-1)开关驱动信号获取能量，并基于第(i-1)开关驱动信号在该第i个功率开关控制器的第二端子处提供第i开关驱动信号。
2.如权利要求1所述的功率转换器，其中，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还被配置为将所述第(i-1)开关驱动信号相移T(i-1)/N以产生所述第i开关驱动信号，其中，T(i-1)是所述第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
3.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，第i开关驱动信号由第(i-1)开关驱动信号经相移T(i-1)/N后得到，第i开关驱动信号的脉冲宽度等于第(i-1)开关驱动信号的脉冲宽度，其中T(i-1)是第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
4.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括第三端子和第四端子，当容性储能器件耦接在所述第三端子和所述第四端子之间时，所述第i个功率开关控制器被配置为提供经调节的电压信号。
5.如权利要求4所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括：内部调节模块，耦接在第i个功率开关控制器的所述第一端子和所述第三端子之间，当所述容性储能器件耦接在所述第三端子和所述第四端子之间时，内部调节模块被配置为将第(i-1)开关驱动信号转换为所述经调节的电压信号。
6.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括：
相移控制模块，耦接至所述第i个功率开关控制器的所述第一端子，并用于基于所述第(i-1)开关驱动信号生成置位控制信号和复位控制信号；所述置位控制信号被配置为延迟T(i-1)/N后响应于第(i-1)开关驱动信号的每个上升沿而将第i开关驱动信号置位为逻辑高电平；所述复位控制信号被配置为延迟T(i-1)/N响应于第(i-1)开关驱动信号的每个下降沿而将第i开关驱动信号复位为逻辑低电平；其中，T(i-1)是所述第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
7.如权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器的所述相移控制模块还被配置为检测所述第(i-1)开关驱动信号的所述开关周期T(i-1)。
8.如权利要求7所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器的所述相移控制模块还被配置为对相移量T(i-1)/N进行设置。
9.如权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器的所述相移控制模块包括：
置位控制模块，耦接至第i个功率开关控制器的所述第一端子，用于检测第(i-1)开关驱动信号的开关周期T(i-1)，并进一步配置为延迟T(i-1)/N后响应于第(i-1)开关驱动信号的每个上升沿而产生置位控制信号的每个置位脉冲，其中，置位控制信号的每个置位脉冲被配置为将第i开关驱动信号置位为逻辑高电平；以及
复位控制模块，耦接至第i个功率开关控制器的所述第一端子，用于检测第(i-1)开关驱动信号的脉冲宽度ton(i-1)，并进一步配置为经过脉冲宽度ton(i-1)时间后响应于第i开关驱动信号的每个上升沿而产生复位控制信号的每个复位脉冲，其中，复位控制信号的每个复位脉冲被配置为将第i开关驱动信号复位为逻辑低电平。
10.如权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括：
设置端子，耦接至所述相移控制模块并被配置为连接到外部设置设备或接收配置信号以设置相移量T(i-1)/N。
11.如权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，对于遍历从2到N的每个i，所述第i个功率开关控制器还包括：
设置端子，其可以被配置为对第i开关驱动信号设置相对于第(i-1)开关驱动信号具有T(i-1)/N的相移，其中T(i-1)是第(i-1)开关驱动信号的开关周期。
12.一种功率开关控制器，用于驱动多相功率转换器的其中一个功率转换相，所述功率开关控制器包括：
第一端子，用于接收输入开关驱动信号，该输入开关驱动信号用于驱动所述多相功率转换器中的另一个功率转换相；以及
第二端子，用于提供输出开关驱动信号以驱动所述多相功率转换器的所述其中一个功率转换相；
其中，该功率开关控制器被配置为从其第一端子处接收的输入开关驱动信号获取电能，并基于所述输入开关驱动信号提供所述输出开关驱动信号。
13.如权利要求12所述的功率开关控制器，其特征在于，所述功率开关控制器还被配置为通过对所述输入开关驱动信号相移T(i-1)/N以产生所述输出开关驱动信号，其中T(i-1)是所述输入开关驱动信号的开关周期，其中N是大于1的整数，代表所述多相功率转换器所包含的功率转换相的的总个数。
14.如权利要求13所述的功率开关控制器，对于遍历从2到N的每个i，所述多相功率转换器的所述其中一个功率转换相是多相功率转换器的第i个功率转换相，所述多相功率转换器中的所述另一个功率转换相是多相功率转换器的第(i-1)个功率转换相。
15.如权利要求12所述的功率开关控制器，其特征在于，所述功率开关控制器包括第三端子和第四端子，当容性储能器件耦接在所述第三端子和所述第四端子之间时，所述功率开关控制器被配置为能够提供经调节的电压信号。
16.如权利要求15所述的功率开关控制器，还包括：
内部调节模块，耦接在所述功率开关控制器的所述第一端子和所述第三端子之间；
当容性储能器件耦接在所述第三端子和所述第四端子之间时，所述内部调节模块被配置为将输入开关驱动信号转换为所述经调节的电压信号。
17.如权利要求12所述的功率开关控制器，还包括：
相移控制模块，耦接至所述第一端子，并用于基于输入开关驱动信号生成置位控制信号和复位控制信号；其中置位控制信号配置为延迟T(i-1)/N后响应于输入开关驱动信号的每个上升沿而将输出开关驱动信号置位为逻辑高电平；复位控制信号被配置为延迟T(i-1)/N后响应于输入开关驱动信号的每个下降沿而将输出开关驱动信号复位为逻辑低电平；其中T(i-1)是输入开关驱动信号的开关周期，其中N是大于1的整数，代表所述多相功率转换器所包含的功率转换相的总个数。
18.如权利要求12所述的功率开关控制器，还包括：
设置端子，被配置为对输出开关驱动信号设置相对于输入开关驱动信号具有T(i-1)/N的相移，其中T(i-1)是输入开关驱动信号的开关周期，其中N是大于1的整数，代表所述多相功率转换器所包含的功率转换相的总个数。
19.一种功率转换器，包括：
第一功率开关控制器，其被配置为主功率开关控制器以提供第一开关驱动信号用以驱动所述功率转换器的主功率转换相；以及
第二功率开关控制器，其被配置为从功率开关控制器，还被配置为接收来自主功率开关控制器的第一开关驱动信号并从该第一开关驱动信号获取能量；第二功率开关控制器还被进一步配置为基于该第一开关驱动信号来提供第二开关驱动信号。
20.根据权利要求19所述的功率转换器，还包括：
第三功率开关控制器，被配置为接收所述第二开关驱动信号并从该第二开关驱动信号中获取能量，并且还被进一步配置为基于该第二开关驱动信号来提供第三开关驱动信号。
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