TWI700879B - 高頻寬共振功率轉換器及用於功率轉換之方法 - Google Patents

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Abstract

本說明書描述一種裝置，其包含一電壓調節DC-DC轉換器，該電壓調節DC-DC轉換器包括一切換網路、一共振電路及控制電路，其中該切換網路具有一切換頻率。該DC-DC轉換器具有一輸出阻抗且該控制電路使用一控制迴路來控制該DC-DC轉換器。該控制電路使用以下來實施該控制迴路：一輸出電壓感測器，其經組態以感測該DC-DC轉換器之一輸出電壓；及一補償器，其經組態以基於由該輸出電壓感測器感測之該輸出電壓調整該DC-DC轉換器之操作。該DC-DC轉換器包括經組態以至少部分抑制該DC-DC轉換器之該輸出阻抗之增大之一輸出阻抗抑制機構。

Description

高頻寬共振功率轉換器及用於功率轉換之方法
本說明書係關於用於提供經調節功率至一負載之功率轉換器。
消費者電子裝置及資料中心之運算系統使用電源適配器來將具有一個位準之電壓及電流之電源轉換為經調適以給電子裝置及系統供電之另一功率位準。再者，此等電源適配器包含功率轉換電路，其等具有多個半導體裝置，即電阻式、電容式及電感組件。此等組件協作以(例如)將由電源適配器接收之一高電壓調整為具有更適用於給特定電子裝置供電之特性之一更低電壓。雖然存在用於產生電源適配器之各種設計方法，但此等適配器之當前功率轉換電路可略大或可具有有限功率轉換效率。
本說明書描述一種功率轉換系統，其包含用於將一交流(AC)電壓信號轉換為可用於給一負載(例如，一或多個電子裝置)供電之一直流(DC)電壓信號之硬體電路。該所描述之功率轉換系統經組態以達成高動態回應(例如，一高迴路頻寬)以及一高轉換效率。為達成一高效率，可使用共振電路(諸如一電感器-電感器-電容器(LLC)槽)。該功率轉換系統可藉由至少部分抑制處於或接近該轉換器之一切換頻率之信號之輸出阻 抗而達成一高頻寬及有利相位裕度。此可容許該功率轉換系統甚至在負載裝置之功率需求頻繁且快速改變時維持一穩定、經調節輸出電壓。
許多電源適配器(包含配合消費者電子裝置使用之該等適配器)包含在一轉換器之輸入及輸出處之大容量電容器。該輸入電容器有助於減少來自前端級(例如，一AD-DC整流器或一DC-DC轉換器)之輸入漣波。若該輸入電容過小，則該輸入漣波可通過至該輸出且降級該輸出電壓調節及功率品質。輸出電容對提供一適當小之輸出阻抗至該負載且減少暫態電壓漣波亦係重要的。典型電源適配器需要該等輸入及輸出電容器各提供一相對大量之電容。因此，當較小適配器係較佳的時，該等輸入及輸出電容器通常佔據該等適配器中之大量空間。
該等高頻寬轉換器及在此文件中論述之其他技術可促進高密度及高效率電源適配器設計。例如，藉由相對於先前設計增大該轉換器之該頻寬，可減少在該轉換器之該輸入及該輸出處所需之電容量。因此，亦可減小該等電容器之實體大小，從而容許一小得多之電源適配器。該轉換器之高回應性可維持一經調節輸出電壓且供應所需功率以回應負載中之暫態需求高頻改變。使用一高頻寬轉換器，輸入電源供應抑制比(PSRR)可經改良且覆蓋一更高頻率，使得該輸入電容可減小而不負面影響輸出漣波。在該輸出側上，一高頻寬轉換器亦可將開路輸出阻抗抑制至一更高頻率，使得可使用更小之SMT陶瓷電容器替換輸出大容量電容器。
共振轉換器(諸如LLC、串聯共振、並聯共振、串聯-並聯類型之轉換器)可提供一高轉換效率，但傳統上未提供高頻寬，此係歸因於作為該共振電路之一部分之一共振槽之變化動態。甚至憑藉改良控制，一些共振轉換器可展現處於或接近該轉換器之該切換頻率之一閉合迴路輸 出阻抗之峰值(spike)(即，該輸出阻抗隨時間之增大，尤其具有一尖銳性質及/或短持續時間)，從而導致有限迴路頻寬，否則一功率轉換系統可失穩且導致電壓調節之一故障且不恰當或波動的輸出電壓被提供至一負載裝置。
該所描述之功率轉換系統包含一共振轉換器(例如，一固定比率LLC共振轉換器)，其提供高頻寬且包含一輸出阻抗抑制機構。如下文進一步論述，一電荷控制技術可用於控制該轉換器之切換元件。該控制技術可在一不同電流位準範圍內調節該輸出電壓。此技術可提供相對於脈衝寬度調變(PWM)或頻率調變控制增大之頻寬。該共振轉換器經組態以抑制輸出阻抗峰值，使得與該DC輸出電壓信號相關聯之暫態漣波在高頻功率轉換操作期間減少。阻抗峰值抑制使該功率轉換系統能夠經設計具有相對於當前系統實質上更小之電容式裝置，藉此減小該轉換電路之大小及複雜度。
可使用下文論述之任何或所有各種技術來減少或抑制該輸出阻抗。例如，該轉換器之一控制迴路可包含一基於濾波器的抑制器，諸如針對該轉換器之該切換頻率調諧之一陷波濾波器。如另一實例，該轉換器之該控制迴路可包含一零階保持機構來避免該控制迴路中之高頻波動。 如另一實例，該轉換器可包含在該輸出處之一解耦網路，該解耦網路具有處於或接近該轉換器之該切換頻率之一共振頻率。該解耦網路可包含具有處於或接近該轉換器之該切換頻率之一自共振頻率之一或多個電容器。由於該(等)閉合迴路輸出阻抗抑制機構，該轉換器可按比無此等機構的情況高得多之頻寬及改良之相位裕度操作。例如，該轉換器可針對更高位準及頻率之負載需求波動維持該控制迴路及該輸出電壓之穩定性。該增大之頻 寬可減少在該轉換器之該輸入及該輸出處所需之電容量，此可容許使用提供相對於傳統功率轉換系統之大容量電容器之一實質上更小之組件佔用面積之表面安裝技術(SMT)電容器。
在本說明書中描述之標的物之一個態樣可在一裝置中體現，該裝置包含：一電壓調節DC-DC轉換器，其包括一切換網路、一共振電路及控制電路，其中該切換網路具有一切換頻率，且其中該電壓調節DC-DC轉換器具有一輸出阻抗；其中該控制電路使用一控制迴路來控制該電壓調節DC-DC轉換器，該控制電路使用以下來實施該控制迴路：一輸出電壓感測器，其經組態以感測該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓；及一補償器，其經組態以基於由該輸出電壓感測器感測之該輸出電壓調整該電壓調節DC-DC轉換器之操作；且其中該電壓調節DC-DC轉換器包括一輸出阻抗抑制機構，該輸出阻抗抑制機構經組態以至少部分抑制該電壓調節DC-DC轉換器之該輸出阻抗之增大。
此等及其他實施方案可各視情況包含下列特徵之一或多者。例如，在一些實施方案中，該輸出阻抗抑制機構經組態以至少部分補償在該切換頻率下發生之一輸出阻抗峰值。在一些實施方案中，該輸出阻抗抑制機構包括該控制迴路中之一陷波濾波器，該陷波濾波器針對該切換頻率調諧。例如，該陷波濾波器可具有該陷波之一中心頻率，該中心頻率在該切換頻率之15%內。如另一實例，該陷波濾波器可經組態以使處於該切換頻率之信號衰減達至少一最小量(例如，10dB、20dB等)。
在一些實施方案中，該輸出阻抗抑制機構包括提供該控制迴路之該陷波濾波器之一運算放大器及一阻抗網路。在一些實施方案中，該輸出阻抗抑制機構包括一零階保持機構。在一些實施方案中，該零階保 持機構經組態以按約為該切換頻率之兩倍之一取樣速率操作。
在一些實施方案中，該輸出阻抗抑制機構包括一解耦網路，該解耦網路與該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出負載並聯配置，其中該解耦網路具有在該切換頻率之10%內之一共振頻率。在一些實施方案中，該解耦網路包括一電容器，該電容器歸因於該電容器之一電容及該電容器之一等效串聯電感而具有在該切換頻率之10%內之一自共振頻率。在一些實施方案中，該共振電路為一LLC槽。在一些實施方案中，該共振電路為一LC或LLCC共振電路。在一些實施方案中，該補償器包括一比例-積分(PI)控制器或一比例-積分-微分(PID)控制器。
在一些實施方案中，該電壓調節DC-DC轉換器具有為該切換網路之該切換頻率之約1/3之一閉合迴路頻寬及至少45度之一相位裕度。在一些實施方案中，該共振電路具有在該切換網路之該切換頻率之15%內之一共振頻率。在一些實施方案中，該電壓調節DC-DC轉換器之該控制電路實施基於該共振電路之一電容器之一電壓控制該等切換網路組件之切換之電荷控制。
在一些實施方案中，該控制電路控制該切換網路以輸出一脈衝輸出至該共振電路；其中該共振電路係一LLC槽；其中該電容器係該LLC槽之一電容器；且其中該控制電路經組態使得在該電壓調節DC-DC轉換器中之MOSFET之切換時間，該電容器之該電壓直接控制至該電容器之每週期輸入電荷。在一些實施方案中，該切換網路包括按該切換頻率操作之一切換整流器。
亦可考慮一種提供及/或操作根據本發明之一裝置之方法。此態樣及其他態樣之其他實施方案包含對應系統、設備及在電腦儲存裝置 上編碼之經組態以執行方法之動作之電腦程式。一或多個電腦之一系統可憑藉安裝於該系統上之在操作中使該系統執行該等動作之軟體、韌體、硬體或其等之一組合如此組態。一或多個電腦程式可憑藉具有當藉由資料處理設備執行時使該設備執行該等動作之指令而如此組態。
本說明書中描述之標的物可實施於特定實施例中且可實現下列優點中之一或多者。該等所描述電路組態可經實施於電壓調節電源供應中以獲得具有當與現有電路設計比較時減小之電路複雜度之快速動態效能。可最小化使該等電源供應之輸出電壓信號失真之阻抗峰值以改良輸出電壓穩定性。使用電荷控制來操作該等電源供應之切換組件可進一步增大該等電源供應之頻寬。該等電源供應亦可包含用於減小源自高頻負載波動之閉合迴路輸出阻抗峰值之機構。此等輸出阻抗抑制機構可增大該等電源供應之該控制迴路之穩定性且實現具有更高頻寬及改良之相位裕度(相對於習知電源適配器)之電壓調節。例如，在一些實施方案中，一共振轉換器可具有高達該轉換器之該切換頻率之1/3之一頻寬同時亦配合改良之相位裕度操作。
在下文之附圖及描述中陳述在此說明書中描述之標的物之一或多個實施方案之細節。自描述、圖式及發明申請專利範圍將瞭解標的物之其他特徵、態樣及優勢。
100A:環境
100B:環境
102:電壓源
104:電壓源
106:負載裝置/伺服器機架
107:運算伺服器
108:負載裝置
112A:功率轉換器
112B:功率轉換器
200:轉換電路
202:電壓源
204:輸入濾波器
206:整流器
208:電容器
210:共振轉換器
212:轉換器
214:電壓調節器
216:電容器
218:負載
220:負載裝置
300:共振轉換器
302:DC電壓源
304:切換電路/閘極驅動器電路
306:共振電路
308:變壓器
310:切換電路
312:驅動器
314:解耦電容器
315:感測區塊
316:加總器/加法器
318:電壓迴路補償器
319:隔離障壁
320:控制電路
322:加總器/加法器
324A:邏輯比較器
324B:邏輯比較器
326:正反器
400A:電路
400B:電路
400C:電路
402:陷波濾波器
404:計時器裝置
406:信號取樣區塊
408:時脈產生器
414:OR閘
416:解耦網路
418:電容器
419:解耦電容器
420:電阻器
422:電感器
500:運算裝置
502:處理器
504:記憶體
506:儲存裝置
508:高速介面
510:高速擴充埠
512:低速介面/低速控制器
514:低速匯流排
516:顯示器
520:標準伺服器
522:膝上型電腦
524:機架伺服器系統
550:運算裝置
552:處理器
554:顯示器
556:顯示介面
558:控制介面
560:音訊編解碼器
562:外部介面
564:記憶體
566:通信介面
568:收發器
570:GPS接收器模組
572:擴充介面
574:擴充記憶體
580:蜂巢式電話
582:智慧型電話
圖1係繪示用於提供經調節功率至一例示性負載裝置之功率轉換器之實例之一圖。
圖2係繪示用於提供經調節功率至一負載之一功率轉換器之一例示性轉換電路之一圖。
圖3係繪示包含LLC電路及電荷控制電路之一共振轉換器之一實例之一圖。
圖4A至圖4C係繪示圖3之共振轉換器及用於抑制共振轉換器之一輸出阻抗之各自電路之實例之圖。
圖5係可用於結合在此文件中描述之電腦實施方法使用之一運算系統之一方塊圖。
在各種圖式中之類似元件符號及命名指示類似元件。
圖1係繪示用於提供經調節功率至例示性負載裝置之功率轉換器112A/B之實例之一圖。在圖1描繪一環境100A及一環境100B，其中各環境100A/B包含在一電壓源與一例示性電子裝置之間的一功率轉換器112A/B。如由兩個環境100A/B展示，本文揭示之功率轉換技術可應用於大型系統(諸如伺服器及資料中心)以及小型裝置(諸如消費者裝置、行動裝置等)。
環境100A包含一電壓源102，該電壓源102提供可用於給一負載裝置106供電之一交流(AC)電壓信號。環境100A亦包含一轉換器112A，該轉換器112A接收AC電壓信號且將AC信號轉換為一直流(DC)電壓。雖然描繪為一插頭或插座，但電壓源102可為一整流器裝置(包含一DC-DC轉換器)，該整流器裝置經定位於一例示性負載裝置(例如，一伺服器機架)內側。例如，電壓源102可為存在於包含一個或多個伺服器機架之一運算環境中之分散式源。電壓源102可經由連接至一或多個接線盒之電力電纜之管線分散於運算環境中。
負載裝置106從轉換器112A接收經轉換之DC電壓信號且使 用經轉換之信號來給負載裝置106之電路組件供電。在一些實施方案中，負載裝置106係包含多個運算伺服器107之一機架安裝式伺服器系統，其中各運算伺服器包含可使用經轉換之DC電壓信號供電之多個電路組件。 在一些例項中，轉換器112A提供由多個運算伺服器107之各者接收之各種電壓輸出以用於給各伺服器107之電路組件供電。各自電壓信號之信號特性可取決於一接收電路組件之功率需求而不同。
類似地，環境100B包含一電壓源104，該電壓源104亦提供可用於給一負載裝置108供電之一AC電壓信號。環境100B亦包含一轉換器112B，該轉換器112B接收AC電壓信號且將AC信號轉換為一直流(DC)電壓。負載裝置108從轉換器112B接收經轉換之DC電壓信號且使用經轉換之信號來給負載裝置108之電路組件供電。
負載裝置108可為一電子裝置，諸如一智慧型電話、一膝上型電腦、一桌上型電腦、一平板裝置、一串流裝置、一遊戲控制台、一智慧型電視、一顯示裝置或任何其他電子裝置。在一些實施方案中，電壓源102及104各提供具有相同(或實質上相同)信號特性(例如，120V、60Hz)之AC電壓信號。在其他實施方案中，源102提供具有不同於由源104提供之一AC電壓信號之信號特性(例如，220V、50Hz)之信號特性(例如，120V、60Hz)之一AC電壓信號。
如在下文更詳細描述，轉換器112A/B係具有經配置用於轉換具有高頻寬(例如，高回應性)且具有相對於傳統電源適配器更大之效率之電壓信號之電路組件之節能電源適配器。再者，轉換器112A/B各提供在一更寬泛範圍之負載條件內之改良電壓調節。例如，相對於傳統電源適配器，轉換器112A/B之共振轉換器之控制迴路可具有針對處於或接近轉 換器112A/B之切換頻率之頻率之改良穩定性。此可容許轉換器112A/B在供應電力至具有功率需求之暫態及高頻變化之負載時提供恆定、經調節輸出電壓。
在一些實施方案中，各伺服器107可包含一DC配電系統。 特定言之，一伺服器107可從轉換器112A接收48V DC輸出。DC配電系統可用於將經接收48V轉換為(例如)1V、3.3V、5V或12V。此等各自電壓信號可用於給定位於伺服器107之主機板上之不同電子組件供電。在此實施方案中，所描述之教示可用於改良此等DC配電系統(例如，板載功率轉換器)之動態效能。再者，可改良此等板載轉換器之效率且可減小輸入及輸出電容器之一大小以改良轉換器之功率密度特徵。此等改良可轉化為減小一特定工作負載之一伺服器機架之實施成本。例如，使用所描述之教示可導致每伺服器機架106裝配120個伺服器107，而非每伺服器機架106裝配100個伺服器107。
圖2係繪示用於提供電壓調節功率至一負載之一功率轉換器之一例示性轉換電路200之一圖。電路200包含一電壓源202、一轉換器212及一負載裝置220。轉換器212包含一輸入濾波器204、一整流器206、一電容器208及一共振轉換器210，其等各協作以將自源202接收之AC信號轉換為一經調節DC輸出電壓。此功率轉換器212為上文描述之功率轉換器112A/B之一實例。負載裝置220包含一電壓調節器214、一電容器216及一負載218。在一些實施方案中，負載裝置220為定位於一伺服器107或其他負載裝置108之一電路板上之一中央處理單元(CPU)模組。
如上文陳述，傳統功率轉換系統通常包含輸入及輸出大容量電容器。輸入及輸出電容器用於減少由一功率轉換器之一前端級造成之 輸入漣波。例如，一功率轉換器之一前端級可包含一AC至DC整流器或一DC至DC轉換器，且輸入及輸出電容器用於減少或抑制源自整流器或轉換操作之輸入漣波。若在輸入處之電容過小，則漣波將通過至轉換器輸出且降級一輸出電壓及功率品質。亦需要足夠之輸出電容來提供足夠低之輸出阻抗至負載以避免歸因於暫態負載需求之輸出波動。一輸出電容器亦可供應電流以回應於高於轉換器之頻寬或控制回應能力之暫態需求及需求波動。典型大容量電容器佔用電源適配器內側之電路板上之一高百分比空間。因此，對具有高電容之電容器之需要可導致電源適配器之大的總尺寸。
一些傳統功率轉換系統之低效亦可造成減小電源適配器之大小之一問題。例如，一標準返馳轉換器僅約為90%效率。電壓轉換期間之低效可要求散熱器或更大之轉換器大小以消散廢熱，否則轉換器之外部溫度可超過安全及可靠性標準。
與標準返馳轉換器比較，共振轉換器(諸如LLC轉換器)具有一優異效率(例如，>90%)及一高步階比率能力。此使LLC轉換器成為許多應用(包含伺服器系統及消費者電子設備)之一適當設計。然而，在不同負載條件下不易控制LLC轉換器型號。雖然效率通常較高，但調節LLC轉換器之輸出所需之補償通常限於轉換器之切換頻率之一小分率(例如，約切換頻率之1/30)。
仍參考圖2，共振轉換器210可組合共振轉換器之高電壓轉換效率之益處與超過先前共振轉換器之頻寬之一增大之頻寬。共振轉換器210之高頻寬容許轉換器212使用更小之輸入及輸出電容(及因此更小尺寸之電容器)來減小轉換器212之總尺寸。
共振轉換器210可達成一高頻寬之一個方式係使用本文中稱為電荷控制之一控制技術。可基於共振電路之一電容器(例如，一LLC槽之一串聯共振電容器)之一電壓控制共振轉換器210之至少一些切換元件。此技術可在最受關注之頻率範圍內將槽之階從二階降低至一階。結果係LLC轉換器之兩個低頻極變為定位在一單一頻率(例如共振轉換器210之切換頻率)下之一雙極。此可將轉換器210之頻寬增大至切換頻率之大致1/6至1/7。如下文更詳細描述，電荷控制技術可併入一調變器樣本/保持效應以達成共振轉換器210之一切換頻率下之雙極。
為達成共振轉換器210之一甚至更大之頻寬，一輸出阻抗抑制用於減小共振電路之效應(尤其為雙極)。在無抑制機構的情況下，轉換器210之回饋控制迴路增益之閉合迴路輸出阻抗可在雙極之頻率(例如，共振轉換器210之切換頻率)下達到峰值。換言之，在切換頻率下，閉合迴路輸出阻抗從開路輸出阻抗分散且明顯高於開路輸出阻抗。此意味著處於或接近極頻率之負載之切換或其他波動可例如，藉由引入損及輸出電壓調節之回饋控制迴路之振盪或不可預測行為而造成共振轉換器210之穩定性損失。
憑藉下文進一步論述之輸出阻抗抑制機構，共振轉換器210之頻寬隨著改良之相位裕度及共振轉換器210之控制迴路之穩定性亦增大而增大。例如，在一些實施方案中，共振轉換器210具有高達且包含共振轉換器210之切換頻率之1/3之一頻寬。例如，具有165kHz之一切換頻率之一共振轉換器210可具有擁有一大於45度相位裕度之55kHz之一頻寬。在一些實施方案中，相位裕度係60度或更高。
高頻寬轉換器技術實現可達成相對於習知功率轉換器之更 高密度功率輸出之適配器設計。例如，高頻寬容許輸入及輸出電容需求之一降低，從而容許在轉換器212中使用更少或更小之電容器。可改良輸入電源供應抑制比(PSRR)，且一電源適配器或電源供應可能夠跨一更高頻率帶調節輸出。此使一電源適配器之輸入電容能夠被減小而不負面影響輸出之穩定性。
如本文中使用，一功率轉換器之頻寬指代一閉合迴路增益交越頻率，例如，轉換器210之回饋控制迴路之增益達到零(例如，從正穿越至負)之一頻率。此頻寬表示變化之負載需求之一頻率範圍(例如，從0Hz至交越頻率)，針對其，若控制迴路係穩定的，則轉換器可維持經調節輸出。同樣地，若負載按(或超越)交越頻率充電，則負載將需要由足夠之輸出電容支援。除了頻寬改良外，所描述之高頻寬轉換器技術實現可針對各種操作條件達成一大於45度相位裕度之適配器設計。一般言之，相位裕度係指迴路之相位高於-180度多少度(按增益穿越0dB之交越頻率量測)。在一些實施方案中，所達成之相位裕度可大於45度或大於60度，其中一交越頻率高達轉換器之切換頻率之1/3。
本文描述之高頻寬轉換器可用於使用可具有大能量需求(例如，100+ Amps)之複雜負載裝置(諸如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、網路開關及加速器)實施之先進運算應用中。歸因於負載設定檔之高電流及動態特性，電路200之組件應經組態以達成提供滿足一動態負載設定檔中所有裝置之效能需求之經調節輸出電壓所必要之快速動態回應。若輸出電壓並不滿足效能需求，則負載裝置可異常操作或經歷損壞。
圖3係繪示表示上文關於圖2描述之一共振轉換器210之一實例之一共振轉換器300之一圖。共振轉換器300包含一切換電路304、一共 振槽電路306、一變壓器308、一(第二)切換電路310及控制電路320。共振轉換器300從一DC電壓源302接收一DC輸入。例如，共振轉換器300可接收由圖2之整流器206輸出之一DC電壓信號輸出。
由控制電路320控制切換電路304以產生一脈衝輸出。在實例中，切換電路304係一切換半橋電路，該切換半橋電路包含兩個電晶體(例如，電晶體A及電晶體B)及一閘極驅動器電路(下文描述)。脈衝輸出可為一準方波，例如，其中週期時序及脈衝寬度變化之一脈衝DC輸出。控制電路320可使用一電荷控制技術來驅動切換電路之電晶體。在共振轉換器300之操作期間，控制電路320在電晶體A及電晶體B之各自閘極處提供信號來控制電晶體A之源極處及電晶體B之源極處之電流流動。在一些實施方案中，共振轉換器300包含一或多個金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。
切換電路304之輸出經提供至共振電路306。一般言之，共振電路306可為包含按一特定頻率共振之電感器及電容器之一網路之一電路。在實例中，共振電路306係一LLC共振槽電路，即兩個電感器(「LL」)及一個電容器(「C」)。特定言之，共振電路306包含一串聯共振電容器Cs、一串聯共振電感器Ls及一並聯電感器Lm。可使用其他類型之共振電路，諸如LC電路、一LLCC電路等。電路之共振產生變壓器308之一實質上交流電源。
在操作中，共振槽電路306使用來自切換電路304之脈衝輸出電壓激發，使得一電流(Ip)在一切換週期期間共振。槽電路306之一共振電流與一磁化電流之間的一差通過變壓器308至轉換器300之二次側處之整流器電路，且將功率遞送至上文描述之一例示性負載218。
變壓器308具有從共振電路306接收AC輸入之一一次繞組。例如，一次繞組可並聯耦合至並聯電感器Lm。在一些實施方案中，並聯電感器Lm對應於變壓器308之磁化電流且可表示變壓器308之部分而非包含於轉換器300中作為一單獨組件。變壓器308按一單一固定比率(例如，一輸入比率20：1、30：1或40：1等)執行電壓轉換。因此，可調整(例如，降壓)變壓器308之一次繞組處之AC輸入電壓以在變壓器308之次級繞組處產生一更低AC輸出電壓。可使用其他類型的變壓器，包含具有一中心分接頭之變壓器。
將變壓器308之次級繞組處之AC輸出提供至切換電路310。第二切換電路310可為用以從變壓器之次級繞組處之AC輸出產生一DC輸出之一整流器。例如，切換電路310可為如繪示之一全橋同步整流器。技術方案1之切換電路包含四個電晶體SRA、SRB、SRC及SRD，其等各由一驅動器312所產生之電壓信號驅動。可替代所繪示之整流器組態使用其他類型之整流器(諸如一中心分接頭整流器)。驅動器312可操作用於處於或接近共振電路306之共振頻率之第二切換電路310之同步整流器或其他配置。例如，第二切換電路310之切換頻率可為一切換頻率fsw，其可在共振電路306之共振頻率之約15%內且較佳地略高於共振頻率。第二切換電路之此切換頻率fsw可為固定或可變的。在一些例項中，其由電荷控制系統設定，使得第一切換電路304及第二切換電路310之切換頻率係相同的。切換頻率可指代一開/關週期重複之頻率(例如，其中一週期開始於一脈衝之各上升邊緣)。
切換電路310之輸出藉由一或多個解耦電容器314濾波且經提供作為轉換器300之輸出Vo。轉換器300之二次側處之全橋電路可為具 有切換電路310之一同步整流器(SR)。電容器314可對經整流電流進行濾波且轉換器300可基於源302之DC電壓(Vin)輸出一經轉換DC電壓(Vo)。為概括轉換器300之操作，切換電路304使用來自電路320之控制信號來產生一脈衝或準方波電壓信號來激發共振電路306。作為回應，共振電路306產生一輸出共振正弦電流。使用變壓器308及一切換電路310在轉換器300之二次側處按比例調整且整流此共振正弦電流。切換電路310之一輸出經濾波且被提供至一負載。
控制電路320調整轉換器300之操作以跨不同位準電流且針對電流需求可改變之不同頻率調節輸出電壓(Vo)。控制電路320使用一回饋控制迴路來偵測且補償負載之不同輸出特性。
如上文描述，若補償共振轉換器300以具有接近切換頻率之一迴路頻寬，則轉換器300可經歷高阻抗峰值及其他諧波條件。轉換器之切換頻率較佳地接近LLC槽之串聯共振頻率(例如，在其15%內)且略高於串聯共振頻率。當使用本文論述之電荷控制時，頻寬相對於切換頻率增大，但一雙極之存在限制迴路穩定性。歸因於雙極之阻抗峰值可使輸出電壓Vo之信號特性失真，降級經轉換DC輸出電壓之穩定性，且損及一功率轉換器在高頻切換負載操作期間提供全標度功率之能力。共振轉換器300可包含用於在高頻切換應用期間控制共振電路306之充電特性，使得當操作頻率接近切換頻率時可抑制阻抗峰值之一控制電路320。
針對電荷控制操作，在感測區塊315感測輸出電壓Vo，且使用一加總器(summer)/加法器(adder)316來將輸出電壓Vo與一參考電壓Vref加總。加總器/加法器316藉由將Vo電壓信號之一電壓參數值與Vref電壓信號之一電壓參數值相加以產生一電壓Ve而執行一加總運算。將電壓信 號Ve提供至一電壓迴路補償器318。補償器318可為一比例-積分(PI)或一比例-積分-微分(PID)控制器，其提供用於建立一經連續調變控制迴路之一控制迴路回饋機構。
在一些實施方案中，使用一例示性光耦合器實施補償器318，該光耦合器經組態以提供用於隔離轉換器300之一次側及二次側之一隔離障壁319。例如，形成補償器318之光耦合器之一應用係提供兩個接地參考之間(例如，在轉換器300之一次側之一接地參考與轉換器300之二次側之一接地參考之間)的隔離障壁319。補償器318實現基於一特定控制功能對共振電路306之充電特性之精確及回應校正。特定言之，使用電荷控制電路320來實施且控制對充電特性之校正。
控制電路320提供電荷模式控制且相對於隔離障壁319定位於共振轉換器300之一次側處。控制電路320可使用電荷模式控制(其使用一串聯共振電容器Cs電壓信號(下文描述為VCs_sen)來觸發半橋電晶體A及B之切換動作)，而非實施頻率調變控制或脈衝寬度調變控制以達成電壓調節。使用控制電路320提供包含快速動態效能及具有相對於其他電源適配器之減小之複雜度之電路實施方案之優勢。
關於動態效能，使用電路320，轉換器300可達成針對所有(或實質上所有)操作條件高達切換頻率之約
Figure 107117483-A0305-02-0018-1
之一頻寬屬性。再者，針對高頻切換應用，包含共振轉換器300之功率轉換器可在特定輸入電壓條件下(例如，300或400VDC)達成一寬範圍之電流負載步階暫態(例如，5安培至25安培)。
控制電路320包含一加總器/加法器322、一邏輯比較器324A、一邏輯比較器324B及一正反器326。在一些實施方案中，感測特 徵部315、加總器/加法器316及補償器318可包含於控制電路320中。在轉換器300之圖3之電路中，加總器/加法器316之輸出電壓Ve基於Vo及Vref判定或運算且被提供至補償器318。補償器318之輸出電壓信號對應於控制電路320中之Vth_H。在共振轉換器300中，比較一經感測串聯共振電容器電壓Vcs_sen與Vth_L及Vth_H以動態變化切換開關A及B之有效速率或切換頻率。通常，可變速率以切換頻率fsw為中心，不過電荷控制臨限值可變化開關A及B之各切換週期之脈衝時序及脈衝持續時間。
在一些實施方案中，控制電路320中之信號Vth_H用作用於產生另一參考電壓Vth_L之一比較器電壓信號，其中基於在感測區塊感測之源302之經感測電壓之間的一差分電壓(Vin_sen)產生Vth_L(Vth_L=Vin_sen-Vth_H)。
比較表示跨串聯共振電容器Cs之電壓之經感測電壓VCs_sen與臨限值Vth_L及Vth_H以切換電晶體A及B。比較器324A及324B之各者接收指示電容器Cs處之電壓之經感測電壓信號VCs_sen。例如，比較器324A經組態以比較電壓信號Vth_L與電壓信號VCs_sen以產生由正反器326接收之一輸入電壓信號。類似地，比較器324B經組態以比較電壓信號Vth_H與電壓信號VCs_sen以產生由正反器326接收之一輸入電壓信號。
正反器326可為一設定-重設(SR)鎖存器裝置，其經組態以儲存使用一經施加輸入電壓指示正反器裝置之一特定資訊狀態之資料參數或變數。例如，正反器326可基於輸入電壓信號(例如，來自比較器324A/B之各自信號)設定且改變狀態且可基於一特定狀態產生各自輸出信號。由轉換器300使用各自輸出信號來驅動在轉換器300之一次側處之電晶體A及電晶體B。例如，一第一信號Q由正反器326產生且被提供至一閘 極驅動器電路304以控制電晶體A。一第二信號/Q由正反器326產生且被提供至閘極驅動器電路304以控制電晶體B。第二信號/Q可為信號Q之倒數或補數。
閘極驅動器電路304基於正反器326之第一信號(Q)提供一閘極驅動信號至電晶體A。為產生此驅動信號，閘極驅動器電路304參考電晶體A之源極電壓而非參考接地。此可稱為一浮動閘極驅動機構。
閘極驅動器電路304亦基於正反器326之第二信號(/Q)提供一閘極驅動信號至電晶體B。電晶體B之驅動信號不需要一浮動閘極驅動，但驅動器電路304可執行相對於正反器326之輸出(/Q)之一位準偏移。 例如，驅動器電路304可運用用於按比例調整或偏移信號之一信號放大裝置使第二信號(/Q)位準偏移。閘極B基於經位準偏移(例如，從5V至10V之一位準偏移)信號驅動電晶體B。
使用電荷控制技術，可藉由使用串聯共振電容器電壓(VCs_sen)來產生驅動器信號以切換電晶體A及B切換點而直接控制共振電路306之一每週期輸入電荷。
習知頻率控制具有一變化動態模型，在一些操作條件中，該模型可展現一雙極效應。如上文陳述，雙極可引入快速迴路相位降低且對補償且達成高頻寬提出挑戰。在習知頻率控制中，極之位置可隨著負載條件及至轉換器之輸入電壓改變而變化，此使控制及補償更困難。此外，憑藉習知頻率控制，極有時處於低於切換頻率之一頻率，此高度限制頻寬，此係由於一轉換器之頻寬非常難以超過雙極頻率。
憑藉電荷控制，轉換器充當高達切換頻率之一階系統，而非充當如同習知頻率控制之二階系統。因此，憑藉電荷控制，雙極保持固 定在切換頻率下，而無關於負載或輸入電壓之改變。控制電路320使共振電路306之一共振功率級能夠變為高達切換頻率之一階系統，此有利於使用一高頻寬迴路補償之阻抗抑制且可具有一改良相位裕度。
所描述之電荷控制模式包含控制電路320之兩個電壓臨限值Vth_H(高臨限值)及Vth_L(低臨限值)以界定切換電晶體A及B之關閉點處之期望高及低共振電容器電壓(Vcs)臨限值位準。例如，如上文描述，比較Vcs與兩個臨限電壓信號Vth_H及Vth_L。當一經感測電壓信號Vcs穿越至高於高臨限電壓Vth_H時，關閉電晶體A且開啟電晶體B。根據此操作狀態，當經感測電壓信號Vcs穿越至低於低臨限電壓Vth_L時，開啟電晶體A且關閉電晶體B。此容許可藉由電壓臨限值Vth_H及Vth_L直接控制每週期輸入電荷。如上文論述，補償器可視需要動態調整電壓臨限值Vth_H及Vth_L以滿足負載需求。
在一些實施方案中，使用各自比較器324A及324B比較Vth_H及Vth_L兩者與經感測Vcs。當經感測Vcs低於Vth_L時，設定正反器326(例如，設定-重設(SR)鎖存器)，因此關閉低側閘極B且開啟高側閘極A。 然而，當經感測Vcs高於Vth_H時，重設正反器326，因此關閉高側閘極A且開啟低側閘極B。當經感測Vcs在Vth_L與Vth_H之間時，比較器324A及324B兩者輸出邏輯低，且正反器326維持先前狀態。
在一些實施方案中，電路320可用於具有串聯共振電感器及電容器之其他類型共振轉換器(諸如LC或LLCC轉換器)。為使用由電路320實現之電荷模式控制進一步改良共振轉換器300之動態效能，此說明書提議使用多種技術來抑制閉合迴路輸出阻抗中之阻抗峰值之一概念。再者，所描述之技術可用於針對具有維持穩定性之一相位裕度(例如，至少 45度且在一些實施方案中，60度或60度以上)之所有或實質上所有操作條 件達成至少為切換頻率(fsw)之
Figure 107117483-A0305-02-0022-2
或
Figure 107117483-A0305-02-0022-3
之操作頻寬。
圖4A至圖4C係繪示圖3之共振轉換器300之不同組態之圖。圖4A至圖4C之各者展示用於抑制可在共振轉換器300當用於一開關模式電源供應中時之切換應用期間發生之輸出阻抗峰值之一不同類型之電路。
參考圖4A，電路400A之轉換器300包含接收差分電壓信號Ve之一陷波濾波器402。可將陷波濾波器402調諧至切換頻率(或相對於切換頻率，例如，fsw之+/- 10%調諧)以降低在其中共振電路306之一切換頻率接近fsw之例項期間量測為Zout之輸出阻抗峰值。例如，在電晶體閘極A及/或電晶體閘極B處接收之各自信號可用於基於陷波濾波器402之調諧獲得共振轉換器300之切換頻率。
例如，此等各自信號可用於實施或驅動一計時器裝置404。在一些實施方案中，計時器裝置404可為計數一特定數目個時脈週期之一計數器。或者，計時器裝置404可為一電阻器電容器(RC)計時器，其使用用於給電容器充電之一電壓或電流源。基於電容器之電壓且使用電流*時間=電容*電壓(I×T=C×V)之方程式，可使用一已知電容、電壓及電流來計算一時間。
在一些實施方案中，可使用一例示性放大器電路(諸如一運算放大器(Op Amp)或高速放大器)來實施陷波濾波器402。一般言之，陷波濾波器402經組態以對對應於上文描述之阻抗峰值之一特定干擾頻率進行濾波(或以其他方式剔除)。例如，閉合迴路輸出阻抗峰值可具有表示信號干擾之一頻率及量值特性且陷波濾波器402可經調諧以對此等干擾信號 峰值進行濾波(或抑制)。
陷波濾波器402可經組態以基於一特定轉移函數
Figure 107117483-A0305-02-0023-10
執行信號濾波操作。針對此轉移函數，可選擇
Figure 107117483-A0305-02-0023-11
之比率來控制用於對一特 定干擾信號進行濾波之一陷波深度。例如，陷波深度可對應於用於對干擾峰值或信號進行充分陷波、抑制或以其他方式濾波之一特定信號寬度(例如，以Hz為單位)及一特定信號量值(例如，以分貝(dB)為單位)。在一些實施方案中，D1之更大值及N1之更小值導致更大之陷波濾波深度(例如， 陷波量值)，而且導致陷波函數之寬度變窄。在一個例示性應用中，
Figure 107117483-A0305-02-0023-6
Figure 107117483-A0305-02-0023-9
可提供用於取決於設計需求之陷波運算之一充分比率。在一些實施方案 中，使用陷波濾波器402可導致干擾信號之量值降低達至少20dB。
現參考圖4B，電路400B包含用於實施一零階保持(ZOH)信號處理方案以抑制在共振轉換器300之一輸出處之阻抗峰值之電路。電路400B包含一信號取樣區塊406，該信號取樣區塊406接收電壓信號Ve及一時脈信號(CLK_OUT)以用於控制取樣區塊406之一取樣及ZOH功能。如在圖4B處展示，在SR正反器326接收之各自輸入信號(例如，用於控制設定/重設(SR)功能)可用於產生一觸發輸入信號(TRIG)至一時脈產生器408。在一些實施方案中，設定功能之一信號之一頻率及重設之一信號可經設定為切換頻率fsw。
一OR閘414將設定及重設功能之各自信號處理為具有為fsw之兩倍(2*fsw)之一信號頻率之一觸發信號。由時脈產生器408產生之CLK OUT信號亦為fsw之兩倍，且被提供至取樣區塊406作為用於控制區塊406之信號取樣及ZOH功能之一時脈信號。在電路400B中，迴路補償器318之輸出電壓Ve將在每一切換週期中被取樣且保持兩次。換言之，取樣 區塊406之取樣及保持(S&H)功能之一取樣速率將被設定為2*fsw。S&H功能包含一混疊效應，其轉化為在fsw下實現以對在接近fsw之轉換器操作頻率發生之特定輸出阻抗信號特性進行濾波之一濾波效應。因此，取樣區塊406可基於切換頻率fsw調諧以在其中共振電路306之切換頻率接近fsw之切換操作期間降低量測為Zout之輸出阻抗峰值。
現參考圖4C，電路400C包含用於實施一解耦網路416以抑制在共振轉換器300之一輸出處之阻抗峰值之電路。解耦網路416可具有處於或接近(例如，在10%，在5%內等)切換頻率fsw之一共振頻率且因此可充當減少處於或接近切換頻率之雜訊之一濾波器。
解耦網路416可包含一或多個組件。解耦網路416可與負載並聯連接。可使用整合組件或離散組件實施解耦網路416。例如，可使用離散組件實施解耦網路416，其中組件可為電容器418、一電阻器420及電感器422。串聯連接之此等組件可與一解耦電容器419並聯放置於共振轉換器300之一輸出處。
在一些實施方案中，可使用一單一電容器或使用各個別具有適當共振性質(基於特定設計需求選擇)之多個電容器實施解耦網路416。一電容器可被視為具有一特定量之電阻及電感(例如，作為電容器之寄生或串聯等效特性)。具有適當量之等效電阻及電感之一電容器可具有所繪示之解耦網路416之共振特性。因此，所繪示之電容器418、電阻器420及電感器422(統稱為解耦網路416)可經實施為一多層陶瓷晶片電容器(MLCC)，其可為一電容器418，該電容器418具有產生處於或接近共振轉換器之切換頻率fsw之共振或濾波之一內部串聯電阻420及串聯電感422。
例如，網路416可為一MLCC，其具有分別如電阻器420及 電感器422之一等效串聯電阻(ESR)及一等效串聯電感器(ESL)。由適當選擇之MLCC實現之信號調節功能容許網路416達成降低切換頻率下之轉換器300之閉合迴路輸出阻抗之一濾波效應。例如，電容器418可經選擇為具有一自共振頻率(例如，源自特定電容418及ESL 422之共振頻率)，該自共振頻率足夠接近切換頻率fsw以將切換頻率fsw下之信號衰減達至少一最小量，例如，3dB、10dB、20dB等。因此，在電路400C之實施方案中，上文描述之電荷模式控制方案保持大致相同於參考圖3論述之方案，而輸出解耦網路416之存在減小閉合迴路輸出阻抗，例如，此係由於共振轉換器300之負載處之信號接近fsw。
圖4A至圖4C各描述用於降低共振轉換器300之閉合迴路輸出阻抗之一不同技術。可個別使用此等技術之各者，如在各自圖中繪示，或可使用此等技術之組合。例如，一共振轉換器300可包含如在圖4A中展示之一濾波器、如在圖4B中展示之實施一零階保持或其他取樣技術之電路及如在圖4C中展示之一共振解耦網路。亦可使用此等技術之任何子組合。除了單獨使用之個別技術外，在圖4A至圖4C中展示之技術之組合可一起增大控制迴路之穩定性且減小閉合迴路輸出阻抗。此外，由於各種技術之累積效應在抑制輸出阻抗峰值方面係累加的，故使用多個技術可容許適當權衡。例如，若對於控制迴路中在fsw下之信號而言至少20dB之衰減係期望的，則此可藉由迴路中濾波器、解耦網路及/或取樣保持之一組合或子組合達成以達成適當信號衰減，且因此避免一輸出阻抗峰值。類似地，由於各種技術可對不同頻率之信號具有略有不同之效應，故技術之一組合可在一更寬範圍之信號內提供一適當衰減效應。
在另一態樣中，可考慮一裝置，其包括：一電壓調節DC- DC轉換器，其包括：一脈衝產生電路，其經組態以接收一DC輸入且提供一脈衝輸出；一LLC槽，其經耦合以接收脈衝輸出；一變壓器，其具有一一次線圈及一二次線圈，該變壓器經耦合以在一次線圈處從LLC槽接收一信號且在二次線圈處輸出一信號；一切換整流器，其具有一切換頻率，該整流器經組態以將在二次線圈處輸出之信號轉換為一DC電壓；控制電路，其經組態以調節電壓調節DC-DC轉換器之電壓輸出，其中控制電路使用以下來使用一電壓模式回饋控制迴路：一輸出電壓感測器，其經組態以感測電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓；及一補償器，其經組態以基於由輸出電壓感測器感測之輸出電壓調整電壓調節DC-DC轉換器之操作；其中電壓調節DC-DC轉換器包括經組態以至少部分抑制電壓調節DC-DC轉換器之輸出阻抗之增大之一輸出阻抗抑制機構。
視情況而言，脈衝產生電路包括經組態以回應於來自控制電路之控制信號產生一脈衝輸出之MOSFET之一半橋或全橋組態。接著，控制電路可使用電壓模式回饋控制迴路來調整驅動脈衝產生電路之MOSFET之參數。另外或替代地，輸出阻抗抑制機構經組態以至少部分補償在該切換頻率下發生之一輸出阻抗峰值。
在一進一步態樣中，可提供一方法，其包括：接收至一電壓調節DC-DC轉換器之一DC輸入，該電壓調節DC-DC轉換器包括一切換網路、一共振電路及控制電路，其中該切換網路具有一切換頻率，且其中該電壓調節DC-DC轉換器具有一輸出阻抗；藉由感測該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓且基於由輸出電壓感測器感測之輸出電壓調整電壓調節DC-DC轉換器之操作而使用一控制迴路調節該電壓調節DC-DC轉換器之電壓輸出；且使用一輸出阻抗抑制機構來至少部分抑制該電壓調節DC- DC轉換器之該輸出阻抗之增大。
圖5係運算裝置500、550之一方塊圖，且在此文件中描述之系統及方法可用於實施此等裝置作為一用戶端或作為一伺服器或複數個伺服器。運算裝置500意在表示各種形式之數位電腦，諸如膝上型電腦、桌上型電腦、工作站、個人數位助手、伺服器、刀鋒型伺服器、主機及其他適當電腦。運算裝置550意在表示各種形式之行動裝置，諸如個人數位助手、蜂巢式電話、智慧型電話、智慧型手錶、頭戴式裝置、及其他類似運算裝置。此處展示之組件、其等之連接及關係及其等之功能意在僅為例示性的，且不意在限制此文件中描述及/或主張之實施方案。
運算裝置500包含一處理器502、記憶體504、一儲存裝置506、連接至記憶體504及高速擴充埠510之一高速介面508及連接至低速匯流排514及儲存裝置506之一低速介面512。組件502、504、506、508、510及512之各者使用各種匯流排互連，且可安裝於一共同主機板上或酌情以其他方式安裝。處理器502可處理用於在運算裝置500中執行之指令，該等指令包含儲存於記憶體504中或儲存裝置506上以在一外部輸入/輸出裝置(諸如耦合至高速介面508之顯示器516)上顯示一GUI之圖形資訊之指令。在其他實施方案中，可酌情使用多個處理器及/或多個匯流排以及多個記憶體及多個類型之記憶體。同樣地，可連接多個運算裝置500，其中各裝置提供必要操作之部分，例如，作為一伺服器庫、一刀鋒型伺服器群組或一多處理器系統。
記憶體504將資訊儲存於運算裝置500內。在一項實施方案中，記憶體504係一電腦可讀媒體。在一項實施方案中，記憶體504係一揮發性記憶體單元或諸單元。在另一實施方案中，記憶體504係一非揮發 性記憶體單元或諸單元。
儲存裝置506能夠提供用於運算裝置500之大容量儲存器。 在一項實施方案中，儲存裝置506係一電腦可讀媒體。在各種不同實施方案中，儲存裝置506可為一軟碟裝置、一硬碟裝置、一光碟裝置或一磁帶裝置、一快閃記憶體或其他類似固態記憶體裝置或一裝置陣列(包含一儲存區域網路或其他組態中之裝置)。在一項實施方案中，一電腦程式產品經有形體現於一資訊載體中。電腦程式產品含有當被執行時執行一或多個方法(諸如上文描述之該等方法)之指令。資訊載體係一電腦或機器可讀媒體，諸如記憶體504、儲存裝置506或處理器502上記憶體。
高速控制器508管理運算裝置500之頻寬密集型操作，而低速控制器512管理更低頻寬密集型操作。此等職責分配僅係例示性的。在一個實施方案中，高速控制器508(例如)透過一圖形處理器或加速器耦合至記憶體504、顯示器516且耦合至高速擴充埠510，該等高速擴充埠510可接受各種擴充卡(未展示)。在實施方案中，低速控制器512經耦合至儲存裝置506及低速擴充埠514。低速擴充埠(其可包含各種通信埠(例如，USB、藍芽、乙太網路、無線乙太網路))可(例如)透過一網路適配器耦合至一或多個輸入/輸出裝置(諸如一鍵盤、一指向裝置、一掃描儀或一網路連接裝置(諸如一開關或路由器))。
可依諸多不同形式(如在圖中展示)實施運算裝置500。例如，其可經實施為一標準伺服器520或多次實施於此等伺服器之一群組中。其亦可實施為一機架伺服器系統524之部分。另外，其可經實施於一個人電腦(諸如一膝上型電腦522)中。或者，來自運算裝置500之組件可與一行動裝置(未展示)(諸如裝置550)中之其他組件組合。此等裝置之各者可 含有一或多個運算裝置500、550，且一整個系統可由彼此通信之多個運算裝置500、550組成。
運算裝置550包含一處理器552、記憶體564、一輸入/輸出裝置(諸如一顯示器554)、一通信介面566及一收發器568，以及其他組件。裝置550亦可具備提供額外儲存之一儲存裝置，諸如一微型硬碟或其他裝置。組件550、552、564、554、566及568之各者使用各種匯流排互連，且若干組件可安裝於一共同主機板上或酌情以其他方式安裝。
處理器552可處理用於在運算裝置550內執行之指令，該等指令包含儲存於記憶體564中之指令。處理器亦可包含單獨類比及數位處理器。處理器可提供(例如)裝置550之其他組件的協調(諸如使用者介面的控制)、由裝置550進行的應用程式運行且由裝置550進行的無線通信。
處理器552可透過耦合至一顯示器554之控制介面558及顯示介面556與一使用者通信。顯示器554可為(例如)一TFT LCD顯示器或一OLED顯示器或其他適當顯示技術。顯示介面556可包含用於驅動顯示器554以呈現圖形及其他資訊給一使用者之適當電路。控制介面558可從一使用者接收命令且轉換其等以用於遞交給處理器552。另外，可提供與處理器552通信之一外部介面562，以實現裝置550與其他裝置進行附近區域通信。外部介面562可(例如)經由一對接程序提供(例如)有線通信或(例如)經由藍芽或其他此等技術提供無線通信。
記憶體564將資訊儲存於運算裝置550內。在一項實施方案中，記憶體564係一電腦可讀媒體。在一項實施方案中，記憶體564係一揮發性記憶體單元或諸單元。在另一實施方案中，記憶體564係一非揮發性記憶體單元或諸單元。擴充記憶體574亦可透過擴充介面572(其可包含 (例如)一SIMM卡介面)提供且連接至裝置550。
此擴充記憶體574可提供裝置550之額外儲存空間，或亦可儲存裝置550之應用程式或其他資訊。具體言之，擴充記憶體574可包含執行或補充上文描述之程序之指令，且亦可包含安全資訊。因此，例如，擴充記憶體574可經提供為裝置550之一安全性模組，且可使用容許裝置550之安全使用之指令程式化。另外，可經由SIMM卡提供安全應用程式，以及額外資訊，諸如以一不可駭侵之方式將識別資訊放置於SIMM卡上。
記憶體可包含(例如)快閃記憶體及/或MRAM記憶體，如下文論述。在一項實施方案中，一電腦程式產品經有形體現於一資訊載體中。電腦程式產品含有當被執行時執行一或多個方法(諸如上文描述之該等方法)之指令。資訊載體係一電腦或機器可讀媒體，諸如記憶體564、擴充記憶體574或處理器552上記憶體。
裝置550可透過通信介面566無線通信，該通信介面566必要時可包含數位信號處理電路。通信介面566可提供各種模式或協定下之通信，諸如GSM語音電話、SMS、EMS或MMS訊息傳遞、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。此通信可(例如)透過射頻收發器568發生。另外，短距離通信可諸如使用一藍芽、WiFi或其他此收發器(未展示)發生。另外，GPS接收器模組570可提供額外無線資料至裝置550，該額外無線資料可酌情由在裝置550上運行之應用程式使用。
裝置550亦可使用音訊編解碼器560可聽通信，該音訊編解碼器560可從一使用者接收口語資訊且將其轉換為可使用之數位資訊。音 訊編解碼器560可類似地諸如透過(例如)裝置550之一話筒中之一揚聲器針對一使用者產生可聽聲音。此聲音可包含來自語音電話之聲音，可包含所記錄聲音(例如，語音訊息、音樂檔案等)且亦可包含由在裝置550上操作之應用程式產生之聲音。可依諸多不同形式(如在圖中展示)實施運算裝置550。例如，其可實施為一蜂巢式電話580。其亦可實施為一智慧型電話582、個人數位助手或其他類似行動裝置之部分。
此處描述之系統及技術之各種實施方案可在數位電子電路、積體電路、專門設計之ASIC、電腦硬體、韌體、軟體及/或其等之組合中實現。此等各種實施方案可包含一或多個電腦程式中之實施方案，該一或多個電腦程式可在包含至少一個可程式化處理器之一可程式化系統上執行及/或解譯，該處理器為專用或通用的，該處理器經耦合以從一儲存系統、至少一個輸入裝置及至少一個輸出裝置接收資料及指令且傳輸資料及指令至其等。
亦被稱為程式、軟體、軟體應用程式或程式碼之此等電腦程式包含一可程式化處理器之機器指令，且可依一高階程序及/或物件導向程式設計語言、及/或組裝/機器語言實施。一程式可經儲存於保存其他程式或資料(例如儲存於一標記語言文件中之一或多個指令檔)之一檔案之一部分中，儲存於專用於所述程式之一單一檔案中，或儲存於多個協調檔案(例如儲存一或多個模組、子程式或程式碼之部分之檔案)中。一電腦程式可經部署以在一個電腦上或在定位於一個位點處或跨多個位點分佈且藉由一通信網路互連之多個電腦上處理。
如本文使用，術語「機器可讀媒體」、「電腦可讀媒體」係指用於提供機器指令及/或資料至一可程式化處理器之任何電腦程式產 品、設備及/或裝置(例如磁碟、光碟、記憶體、可程式化邏輯裝置(PLD))，包含接收機器指令作為一機器可讀信號之一機器可讀媒體。術語「機器可讀信號」係指用於提供機器指令及/或資料至一可程式化處理器之任何信號。
為提供與一使用者之互動，此處描述之系統及技術可在一電腦上實施，該電腦具有一顯示裝置(例如用於顯示資訊給使用者之一陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)監視器)及一鍵盤及一指向裝置(例如一滑鼠或一軌跡球，使用者可藉由其等提供輸入至電腦)。其他類型之裝置亦可用於提供與一使用者之互動；例如，提供給使用者之回饋可為任何形式之感測回饋，例如視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋；可以任何形式接收來自使用者之輸入，包含聲學、話音或觸覺輸入。
此處描述之系統及技術可在一運算系統中實施，該運算系統包含一後端組件(例如，作為一資料伺服器)，或包含一中間軟體組件(諸如，一應用程式伺服器)，或包含一前端組件(諸如，一用戶端電腦，其具有一圖形使用者介面或一網頁瀏覽器，一使用者可透過其與此處描述之系統及技術之一實施方案互動)，或包含此等後端、中間軟體或前端組件之任何組合。系統之組件可藉由任何形式或媒體之數位資料通信(諸如一資料網路)而互連。通信網路之實例包含一區域網路(「LAN」)、一廣域網路(「WAN」)及網際網路。
運算系統可包含用戶端及伺服器。一用戶端及伺服器一般彼此遠離且通常透過一通信網路而互動。用戶端與伺服器之關係憑藉運行於各自電腦上且彼此具有一用戶端-伺服器關係之電腦程式引起。
已描述數個實施例。然而，將瞭解，可在不脫離本發明之 精神及範疇之情況下作出各種修改。例如，上文展示之流程之各種形式可在步驟被重新排序、添加或移除的情況下使用。同樣地，儘管已經描述裝置、系統及方法之若干應用，但應認識到，預期許多其他應用。因此，其他實施例係在下列發明申請專利範圍之範疇內。
已描述標的物之特定實施例。其他實施例係在下列發明申請專利範圍之範疇內。例如，在發明申請專利範圍中敘述之動作可以一不同順序執行且仍達成所要結果。如一個實例，在附圖中描繪之程序不必要求所展示之特定順序或連續順序來達成所要結果。在一些情況中，多重任務處理及並行處理可為有利的。
300:共振轉換器
302:DC電壓源
304:切換電路/閘極驅動器電路
306:共振電路
308:變壓器
310:切換電路
312:驅動器
314:解耦電容器
315:感測區塊
316:加總器/加法器
318:電壓迴路補償器
319:隔離障壁
320:控制電路
322:加總器/加法器
324A:邏輯比較器
324B:邏輯比較器
326:正反器

Claims (20)

  1. 一種用於功率轉換之裝置，其包括：一電壓調節DC-DC轉換器，其包括一切換網路、一共振電路及控制電路，其中該切換網路具有一切換頻率，且其中該電壓調節DC-DC轉換器具有一輸出阻抗；其中該控制電路使用一控制迴路來控制該電壓調節DC-DC轉換器，該控制電路使用以下來實施該控制迴路：一輸出電壓感測器，其經組態以感測該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓；及一補償器，其經組態以基於由該輸出電壓感測器感測之該輸出電壓調整該電壓調節DC-DC轉換器之操作；及其中該電壓調節DC-DC轉換器包括經組態以至少部分抑制該電壓調節DC-DC轉換器之該輸出阻抗之增大之一輸出阻抗抑制機構。
  2. 如請求項1之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構經組態以至少部分補償在該切換頻率下發生之一輸出阻抗峰值。
  3. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構包括該控制迴路中之一陷波濾波器，該陷波濾波器針對該切換頻率調諧。
  4. 如請求項3之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構包括提供該控制迴路之該陷波濾波器之一運算放大器及一阻抗網路。
  5. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構包括一零階保持機構。
  6. 如請求項5之裝置，其中該零階保持機構經組態以按約為該切換頻率之兩倍之一取樣速率操作。
  7. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構包括一解耦網路，該解耦網路與該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出負載並聯配置，其中該解耦網路具有在該切換頻率之10%內之一共振頻率。
  8. 如請求項7之裝置，其中該解耦網路包括一電容器，該電容器歸因於該電容器之一電容及該電容器之一等效串聯電感而具有在該切換頻率之10%內之一自共振頻率。
  9. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該共振電路為一LLC槽。
  10. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該共振電路為一LC或LLCC共振電路。
  11. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該補償器包括一比例-積分(PI)控制器或一比例-積分-微分(PID)控制器。
  12. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該電壓調節DC-DC轉換器具有為該切換網路之該切換頻率之約1/3之一閉合迴路頻寬及至少45度之一相位裕度。
  13. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該共振電路具有在該切換網路之該切換頻率之15%內之一共振頻率。
  14. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該電壓調節DC-DC轉換器之該控制電路實施基於該共振電路之一電容器之一電壓控制該等切換網路組件之切換之電荷控制。
  15. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該控制電路控制該切換網路以輸出一脈衝輸出至該共振電路；其中該共振電路為一LLC槽；其中該電容器為該LLC槽之一電容器；及其中該控制電路經組態使得，在該電壓調節DC-DC轉換器中之MOSFET之切換時間，該電容器之該電壓直接控制至該電容器之每週期輸入電荷。
  16. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該切換網路包括按該切換頻率操作之一切換整流器。
  17. 一種用於功率轉換之裝置，該裝置包括： 一電壓調節DC-DC轉換器，其包括：一脈衝產生電路，其經組態以接收一DC輸入且提供一脈衝輸出；一LLC槽，其經耦合至該脈衝輸出；一變壓器，其具有一一次線圈及一二次線圈，該變壓器經耦合以在該一次線圈處從該LLC槽接收一信號且在該二次線圈處輸出一信號；一切換整流器，其具有一切換頻率，該切換整流器經組態以將在該二次線圈輸出之該信號轉換為一DC電壓；控制電路，其經組態以調節該電壓調節DC-DC轉換器之該電壓輸出，其中該控制電路使用以下來使用一電壓模式回饋控制迴路：一輸出電壓感測器，其經組態以感測該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓；及一補償器，其經組態以基於由該輸出電壓感測器感測之該輸出電壓調整該電壓調節DC-DC轉換器之操作；其中該電壓調節DC-DC轉換器包括經組態以至少部分抑制該電壓調節DC-DC轉換器之該輸出阻抗之增大之一輸出阻抗抑制機構。
  18. 如請求項17之裝置，其中該脈衝產生電路包括經組態以回應於來自該控制電路之控制信號產生一脈衝輸出之MOSFET之一半橋或全橋組態，其中該控制電路使用該電壓模式回饋控制迴路來調整驅動該脈衝產生電路之該等MOSFET之參數。
  19. 如請求項17或請求項18之裝置，其中該輸出阻抗抑制機構經組態以 至少部分補償在該切換頻率下發生之一輸出阻抗峰值。
  20. 一種用於功率轉換之方法，該方法包括：接收至一電壓調節DC-DC轉換器之一DC輸入，該轉換器包括一切換網路、一共振電路及控制電路，其中該切換網路具有一切換頻率，且其中該電壓調節DC-DC轉換器具有一輸出阻抗；藉由感測該電壓調節DC-DC轉換器之一輸出電壓且基於由輸出電壓感測器感測之該輸出電壓調整該電壓調節DC-DC轉換器之操作而使用一控制迴路來調節該電壓調節DC-DC轉換器之電壓輸出；及使用一輸出阻抗抑制機構來至少部分抑制該電壓調節DC-DC轉換器之該輸出阻抗之增大。
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