[發明專利]開關電壓轉換器的自適應控制

在審

• 申請號: 201911319035.0
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111355375A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: B·L·施瓦貝;D·加利波;C·雷納
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 傅遠

本公開的實施例涉及開關電壓轉換器的自適應控制。一種電源系統，包括：開關電容轉換器、控制器、監測器。經由控制信號的生成，控制器控制開關電容轉換器中開關的設置，將接收到的輸入電壓轉換為輸出電壓，該輸出電壓為負載供電。在電源系統中的監測器至少偶爾地確定與開關電容轉換器相關聯的阻抗。所確定的阻抗的大小提供了開關電容轉換器是否正在有效地操作的指示。為了確保開關電容轉換器的有效操作，基于來自監測器的輸入，控制器根據所確定的阻抗調整控制開關電容轉換器中的開關的控制信號。

技術領域

本公開的實施例一般地涉及開關電壓轉換器。

背景技術

顧名思義，傳統開關電容DC-DC轉換器將接收到的輸入電壓轉換成輸出電壓。

在一個傳統應用中，傳統開關電容轉換器的輸入電壓落在40VDC到60VDC之間的范圍中。在這種情況下，開關電容轉換器中的開關被控制，以在還在開關電容轉換器中的電容之間轉移電荷，對于4：1開關電容轉換器，導致輸入電壓(諸如48VDC)到輸出電壓(諸如12VDC)的轉換。

為避免開關電容轉換器中所謂的硬開關，開關電容轉換器中的開關優選地在非零電壓穿過它們或非零電流流過它們時被切換。

通過在開關電容轉換器的每個級中放置與電容串聯的電感，傳統開關電容轉換器中的不期望的硬開關可以被減輕。這導致諧振(或半諧振)開關轉換器。這樣的開關電容轉換器有時被稱為開關儲能轉換器(switched tank converter，STC)。通過電感和電容的串聯連接而形成的諧振儲能電路具有相關聯的諧振頻率，該諧振頻率基于這些組件的電感和電容。傳統開關電容轉換器中的開關在相應的諧振頻率下的切換導致所謂的零電流開關(ZCS)，其減少了開關損耗并提供了良好的功率轉換效率。

發明內容

本公開包括相應的傳統開關電容轉換器中的電子組件(電容、電感、電阻，等)會隨時間退化的觀察。例如，由于組件的劣化，電容的電容量、電感器的電感值、電阻的電阻值可能會隨時間改變。

因此，即使開關電容轉換器的相應的開關頻率在初始操作時被適當地設置，由于電容的改變、電感的改變、熱環境等的改變等，開關電容轉換器的諧振頻率可能發生改變。在這種情況下，開關電容轉換器不再有效地操作，以將輸入電壓轉換為相應的輸出電壓。

本文中的實施例包括提供開關電容轉換器的改進的性能和對應的輸出電壓的有效生成的新穎方式。

例如，根據一個實施例，電源系統包括：開關電容轉換器、控制器以及監測器。電源組件，諸如開關電容轉換器、監測器、控制器等，可以被實現為硬件(諸如電路)、軟件或兩者的結合。

經由控制信號的生成，控制器控制開關電容轉換器的開關的設置以將接收到的輸入電壓轉換為輸出電壓，該輸出電壓為負載供電。電源系統中的監測器，至少偶爾地確定(諸如預測、識別、計算等)與開關電容轉換器相關聯的阻抗。在一個實施例中，所確定阻抗的大小提供了開關電容轉換器是否正在有效地操作的指示。為了確保開關電容轉換器的有效操作，控制器根據所確定的阻抗調整控制信號。

根據另一實施例，為了促使開關電容轉換器以期望的最佳效率進行操作，控制器控制控制信號的一個或多個參數設置，該控制信號控制開關電容轉換器。例如，在一個實施例中，控制器根據所確定的阻抗，設置(修改)控制信號的頻率，該控制信號被用于控制開關電容轉換器中相應的開關。通過控制器生成的經調整的控制信號的最終頻率對應于開關電容轉換器的基本上最小的阻抗設置。換句話說，最終控制信號(包括任何調整)在基本上最小的阻抗處操作開關電容轉換器。