[發明專利]用于DCX轉換器的閉環控制的控制器及其方法

在審

• 申請號: 202010072151.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111697834A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 亞歷山德羅·扎法拉納
• 申請（專利權）人: 半導體組件工業公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 章蕾

本申請涉及用于DCX轉換器的閉環控制的控制器及其方法。該控制器包括：SR控制器，其響應于第一和第二SR晶體管相應的導通條件來控制該第一和第二SR晶體管的導通時間；以及初級側控制器，其提供控制第一和第二晶體管的第一和第二初級相位信號，測量作為在第一SR晶體管的柵極電壓下降到低于第一閾值和第二初級相位信號的激活之間的時間的第一感測信號、與SR晶體管中在SR晶體管相應的有效時間期間傳導的電流的平均值成比例的自適應死區時間、作為預定延遲時間加上自適應死區時間的第一參考信號、以及作為第一感測信號和第一參考信號之間的平均差的第一誤差信號，并且控制第一和第二初級相位信號的開關速度以減小第一誤差信號。

技術領域

本公開整體涉及電源轉換電路，并且更具體地涉及未調節的DC-DC(DCX)轉換器。

背景技術

直流-直流(DC-DC)轉換器用于在各種電源應用中提供輸出電壓。例如，在用于云計算的服務器中，DC-DC轉換器可以在沒有輸出調節的開環配置中使用。這種轉換器類型被稱為“DCX轉換器”，可以接收相對較大的輸入電壓，例如40至60伏(V)之間的電壓，并提供適合于第二級負載點(POL)調節器的較低電壓。DCX轉換器級注重效率，將其輸出電壓V_OUT設置在有限范圍內。例如，DCX級可以以10:1的比率降低輸入電壓，以提供3.6V-6.5V范圍內的V_OUT，并且提供通常在250瓦(W)-500W的范圍內的持續功率。每個POL調節器都足夠魯棒，以將降低的、未調節的輸入電壓精確地調節到適合其供電的電子電路的電壓。

DCX轉換器需要保持高效率，而不管轉換器中使用的諧振部件的值的變化和板布局的寄生效應。典型的DCX轉換器在變壓器的初級側使用諧振網絡來實現初級側的零電壓開關(ZVS)以及次級側的ZVS和零電流開關(ZCS)。為了實現高電壓降低比，DCX轉換器使用變壓器基于繞組比設置輸出，但不需要初級側和次級側電路之間的電隔離。一般來講，為了實現高效率，初級側的晶體管的開關頻率應該大約等于初級側的電抗元件的諧振頻率。變壓器通常以相對較高的頻率操作，例如大于700KHz的頻率，并且橫跨印刷電路板(PCB)分布以減小其尺寸。在這些相對較高的頻率下，當在通過次級繞組輸送高電流的同時布局寄生電感可能顯著變化時，很難保持效率。此外，同步整流器(SR)晶體管驅動器必須自主工作以導通和關斷SR晶體管來整流SR晶體管，盡管SR晶體管的寄生電感可變。

發明內容

在一個方面，一種DCX電源轉換器包括變壓器、初級側驅動器、第一和第二同步整流器晶體管以及控制器。變壓器具有初級繞組和提供輸出電壓的次級繞組。初級側驅動器用于使用第一和第二初級相位信號將變壓器交替耦接到輸入電壓端子和參考電壓端子。第一和第二同步整流器(SR)晶體管各自具有耦接到次級繞組的第一端和第二端中相應的一者的漏極。控制器用于當相應漏極電流小于零電流檢測閾值時去激活第一和第二SR晶體管中相應的一者，用于測量在第一SR晶體管的柵極上的電壓下降到低于導通閾值和第二初級相位信號的激活之間的感測時間、與第一和第二SR晶體管中在其相應的有效時間期間傳導的電流的平均值成比例的自適應死區時間、作為預定延遲時間加上自適應死區時間的參考時間、以及作為感測時間和參考時間之間的平均差的誤差信號，并且用于控制第一和第二初級相位信號的開關速度以減小誤差信號。

在另一個方面，一種用于DCX電源轉換器的控制器包括同步整流器(SR)控制器和初級側控制器。SR控制器用于響應于其相應的導通條件來控制耦接到變壓器的次級繞組的第一SR晶體管和第二SR晶體管的導通時間。初級側控制器用于提供用于控制第一和第二晶體管的第一和第二初級相位信號，初級側控制器測量作為在第一SR晶體管的柵極電壓下降到低于第一閾值和第二初級相位信號的激活之間的時間的第一感測信號、與第一和第二SR晶體管中在其相應的有效時間期間傳導的電流的平均值成比例的自適應死區時間、作為預定延遲時間加上自適應死區時間的第一參考信號、以及作為第一感測信號和第一參考信號之間的平均差的第一誤差信號，并且控制第一和第二初級相位信號的開關速度以減小第一誤差信號。