[發明專利]在非連續導通模式下使用耦合電感器的多相DC-DC轉換器的方法以及裝置

有效

• 申請號: 202010547145.9
• 申請日: 2016-10-10
• 公開（公告）號: CN111682765B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 周鑫;J·M·伯克哈特;B·A·三和
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 鄔少俊

本公開內容消除了在DCM下操作的DC?DC轉換器的耦合相中不期望的低側開關的體二極管的導通或者不期望的低側開關的導通，以提高效率。具體而言，在一個實施方式中，通過檢測強耦合或弱耦合，本公開內容在強耦合的情況下通過接通低側開關從而避免了體二極管導通，并且在弱耦合的情況下通過關斷低側開關從而避免了負的體二極管電流。此外，對于在輕負載下(即，在DCM下)操作的具有耦合電感器的多相開關DC?DC轉換器，當第一相的高側開關被接通時，如果需要則第二相的低側開關的體二極管被適應性地繞過、被特定設計阻止或者通過減小體二極管兩端的正向電壓而被防止導通。

本申請是申請日為2016年10月10日、申請號為201611127040.8、發明名稱為“在非連續導通模式下使用耦合電感器的多相DC-DC轉換器的方法以及裝置”的申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有于2015年10月5日提交的美國臨時申請No.62/237,318的權益。該申請以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本公開內容總體上涉及一種開關電源，并且更具體而言，涉及在非連續導通模式下使用耦合電感器來提高多相開關轉換器的輕負載功率效率。

背景技術

這里提供的背景技術描述是出于概括地呈現本公開內容的背景的目的。當前發明人的工作，至本背景技術部分中所描述的程度，以及在提交時可能未被稱為現有技術的本說明書的方面，既不明確地也不暗示承認作為相對于本公開內容的現有技術。

多相耦合電感器DC-DC轉換器在輸出功率需求為高時在連續導通模式(CCM)下進行操作，而在輸出功率需求為低時在非連續導通模式(DCM)下進行操作。輸送高電流的大多數DC-DC轉換器在CCM下進行操作，其中DC-DC轉換器的高側開關和低側開關交替地接通和關斷，并且DC-DC轉換器的耦合電感器中的電流連續地上升和下降。CCM使得DC-DC轉換器能夠以高效率來輸送高電流。

在DCM下，DC-DC轉換器僅在需要時向負載輸送能量。當需要能量時，高側開關被接通一定量的時間。在高側開關被關斷后，低側開關被接通。當電感器電流下降到零時，低側開關被關斷。當不需要能量時，DC-DC轉換器的開關停止切換并保持關斷直到需要能量為止。當開關被關斷時，電感器電流保持為零；并且當開關兩者都關斷時，輸出濾波電容器維持電流。因此，在DCM下，開關損耗和AC電流相關的損耗隨著負載電流的降低而減小，并且DC-DC轉換器即使在輕負載時也維持高效率。

發明內容

多相DC-DC轉換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側開關和第一低側開關的第一相；包括連接到第二電感器的第二高側開關和第二低側開關的第二相；以及驅動第一高側開關和第二高側開關以及第一低側開關和第二低側開關以在非連續導通模式下操作DC-DC轉換器的控制器。貫穿本公開內容，第一相和第二相僅用作示例，并且本公開內容的教導適用于包括多于兩相的多相轉換器。類似地，雖然所描述的示例包括以正輸出電流操作的降壓(步降)轉換器，但本公開內容的教導同樣適用于具有負輸出電流或高側體二極管導通的降壓轉換器，并且適用于升壓轉換器、升降壓轉換器以及耦合電感器可適用的其它拓撲結構。響應于第一高側開關被接通并且第二低側開關被關斷，控制器基于第二低側開關的體二極管是否導通，來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合是強還是弱。還可以基于當第一相高側開關被接通并且第二相低側開關被接通時第二相低側開關中的電感器電流為正極性或負極性來檢測強耦合或弱耦合。控制器取決于耦合是強還是弱來執行以下功能：如果耦合為強，如果第一相的高側開關被接通并且第二相的低側開關被關斷，則接通第二相的低側開關；如果第二相的低側開關被接通，則保持其接通。如果耦合為弱，如果第一相的高側開關被接通并且第二相的低側開關被關斷，則不接通第二相的低側開關；如果第一相的高側開關被接通并且第二相的低側開關被接通，則保持第二相的低側開關被接通。該操作擴展到相之間的耦合是一個問題的以下公開的所有情況。