具有可變輸出級的后調節(jié)回掃轉換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了包括設置用以存儲能量的變壓器的一種電力電路。電力電路進一步包括與變壓器的次級側繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置。
【專利說明】具有可變輸出級的后調節(jié)回掃轉換器

【技術領域】
[0001]本公開涉及功率轉換器，并且更具體地涉及用于調節(jié)基于回掃的功率轉換器的輸出級的技術。

【背景技術】
[0002]功率轉換器廣泛用于電子裝置中以將來自電源的電輸入電壓在目的地負載處轉換為合適量的輸出電壓。此外，功率轉換器可以將AC電壓轉換為DC電壓，因為電子裝置經常需要DC電源。例如，功率轉換器可以將來自主電網(例如從壁式插座的AC電力插頭獲取)的電壓轉換至合適量的DC電壓和/或電流以用于向電子裝置(例如膝上型電腦、移動電話等等)供電。
[0003]功率轉換器可以具有某些特定缺點。一個缺點是不同的電子裝置可以具有不同的電壓需求而單個功率轉換器可能無法滿足所有不同裝置的所有需求。例如，膝上型計算機在操作期間可以需要比移動電話所需功率量(例如十瓦特)更高的功率量(例如六十瓦特)。用于操作移動電話的功率轉換器可以無法提供足夠的電壓量以操作膝上型電腦，而用于操作膝上型電腦的功率轉換器可以提供太多電壓并且向移動電話過度供電。另一缺點是轉換器的物理尺寸可以取決于目的地裝置的功率需求而變化。例如，因為膝上型電腦可以通常需要更大量電壓，所以膝上型功率轉換器中的電子電路系統(tǒng)可以比用于向移動電話充電的合適的轉換器(例如“插頭尺寸”適配器)中找到的電子電路系統(tǒng)更大并且更復雜。功率轉換器的另一缺點是一些轉換器僅具有單個輸出端口能力，也即單個輸出端口轉換器僅可以一次向一個裝置提供電壓量。即便轉換器提供多個輸出端口，多個輸出端口轉換器僅可以向共用了相同電壓需求的多個裝置同時提供相等量的電壓。


【發(fā)明內容】

[0004]總體而言，描述了用于調節(jié)在基于回掃轉換器的功率轉換器一個或多個輸出端口處的輸出電壓的技術和電路。功率轉換器包括:輸入端口，耦合至一個或多個變壓器的初級側繞組；以及一個或多個輸出端口，耦合至一個或多個變壓器的次級側繞組?？梢钥刂婆c一個或多個變壓器的次級側繞組并聯(lián)設置的一個或多個并聯(lián)開關裝置，以調節(jié)和/或調整從一個或多個變壓器轉移至一個或多個輸出端口中的每一個的能量的量。
[0005]在一個示例中，本公開涉及一種電力電路，包括設置用于存儲能量的變壓器。變壓器具有初級側繞組和次級側繞組。電力電路也包括與變壓器的次級側繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置。
[0006]在另一示例中，本公開涉及一種方法，包括在耦合至電力電路的變壓器的初級側繞組的輸入端口處接收輸入電壓。方法進一步包括，控制串聯(lián)設置在輸入端口與初級側繞組之間的初級開關，以在變壓器處存儲基于輸入電壓的量的能量。方法進一步包括，控制與變壓器的次級繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置，以在耦合至變壓器的次級側繞組的輸出端口處調節(jié)輸出電壓或輸出電流。
[0007]在一個示例中，本公開涉及一種裝置，具有用于在耦合至變壓器的初級側繞組的輸入端口處接收輸入電壓的裝置。裝置進一步包括用于控制串聯(lián)設置在輸入端口與初級側繞組之間的初級開關以在變壓器處存儲基于輸入電壓的量的能量的裝置。裝置進一步包括用于控制與變壓器的次級繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置以在耦合至變壓器的次級側繞組的輸出端口處調節(jié)輸出電壓或輸出電流的裝置。在附圖以及以下說明書中闡述了一個或多個示例的細節(jié)。從說明書和附圖以及從權利要求，本公開的其他特征、目的和優(yōu)點將是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據本公開一個或多個方面示出了用于從電源轉換功率的一個示例性系統(tǒng)的概念不意圖。
[0009]圖2是示出了圖1所示示例性系統(tǒng)的功率轉換器的一個示例的示意圖。
[0010]圖3是根據本公開一個或多個方面示出了用于提供經調節(jié)的輸出電壓或經調節(jié)的輸出電流的一個示例性轉換器單元的示意圖。
[0011]圖4是根據本公開一個或多個方面示出了用于提供經調節(jié)的輸出電壓或經調節(jié)的輸出電流的另一示例性轉換器單元的示意圖。
[0012]圖5是根據本公開一個或多個方面示出了用于在單個輸出端口處提供多個輸出電壓或輸出電流的一個示例性轉換器單元的示意圖。
[0013]圖6是根據本公開一個或多個方面示出了用于在多個輸出端口處提供多個輸出電壓或輸出電流的一個示例性轉換器單元的示意圖。
[0014]圖7是根據本公開一個或多個方面示出了示例性轉換器的示例性操作的流程圖。
[0015]圖8至圖12是根據本公開一個或多個方面示出了示例性功率轉換器的時序特性的時序圖。

【具體實施方式】
[0016]在一些功率轉換器應用例如其中所需的功率輸出是在七十五瓦特的量級的應用中，基于回掃轉換器的功率轉換器可以為應用的功率轉換需求提供通用的和成本有效的解決方案。基于回掃轉換器的功率轉換器可以以間斷斷開模式(DCM)、連續(xù)斷開模式(CCM)或者多模式的操作而驅動電流。在基于回掃轉換器的功率轉換器的初級側上的零電壓或低電壓切換，可以通過具有與初級側開關元件等效的電容的變壓器的泄漏電感的無源共振而獲得，或者通過將能量從基于回掃轉換器的功率轉換器的次級側主動地轉移至初級側而獲得。
[0017]一些基于回掃轉換器的功率轉換器可以能夠通過控制初級側開關的占空比(例如初級側占空比)而提供多個輸出電壓電平。然而在高切換頻率下，輸出電壓的調節(jié)精度可能下降。例如，運行在兩百千赫茲頻率下、具有多個輸出電壓(例如二十伏、十二伏、五伏等等)的六十瓦特的基于回掃轉換器的功率轉換器可以具有大約百分之二的調節(jié)精度。
[0018]此外，提供多個輸出電壓電平的一些基于回掃轉換器的功率轉換器可以僅具有一個次級繞組。單個次級側繞組回掃轉換器的缺點在于，初級側繞組與單個次級側繞組之間的變壓比基于回掃轉換器支持的最大輸出電壓。換言之，變壓器的初級側繞組是根據有回掃轉換器支持的最大電壓而設置的。這些形式的回掃轉換器可以經受短“斷開”時期以及長“閉合”時期。此外，初級側占空比的改變(例如以一納秒)可能成比例的并且相反地改變輸出電壓(例如以百分之二)，并且從而使得調節(jié)精度也低。
[0019]可以將后調節(jié)降壓轉換器添加至許多種類的回掃轉換器以增加調節(jié)精度。然而，后調節(jié)降壓轉換器增添了次級磁性元件(例如輸出扼流圈)。次級磁性元件增大了功率轉換器的物理空間和/或封裝的量，并且可能也不利地增大功率密度，并且可能不適用于需要小型緊湊的應用例如插頭尺寸適配器。
[0020]一些基于回掃轉換器的功率轉換器可以通過采用多個次級側繞組來支持多個輸出電壓和/或多個輸出端口。每個次級繞組可以在不同輸出端口處支持不同輸出電壓。多個次級側繞組的缺點在于，次級側繞組之間可以發(fā)生交叉耦合，并且多個次級側繞組無法提供單端口且多輸出電壓電平的功率轉換器。當在一個輸出端口從繞組吸取能量時，能量也從其他繞組轉移至其他輸出端口。換言之，無法精確地調節(jié)每個端口處的輸出電壓，特別是如果僅一個輸出端口耦合至負載而其余輸出端口未耦合至負載(或者具有零的負載量)。這種類型回掃轉換器可能無法支持在單個端口處需要多個輸出電壓的一些應用(例如需要支持范圍從五至二十伏特的電壓的一端口通用串行總線(USB)應用)。
[0021]單獨的或者與后調節(jié)降壓轉換器組合一起的基于回掃轉換器的功率轉換器，可能無法提供這樣的一或多端口且多輸出電壓的功率轉換器解決方案:其具有高調節(jié)精度，在一些情形下具有大于十瓦特的輸出，并且也落入一些緊湊型插頭尺寸適配器的尺寸和重量需求內。因此，這類功率轉換器可能不能同時適用于向膝上型計算機(其可能需要大于十瓦特的不同電壓水平)以及一些移動電話(其可能需要小于十瓦特)兩者供電。
[0022]總體而言，本發(fā)明描述了用于在基于回掃轉換器的功率轉換器的一個或多個相應的輸出端口處調節(jié)輸出電壓的技術和電路。該功率轉換器包括一個或多個的改進型回掃轉換器單元。與其他回掃轉換器單元不同，一個或多個改進型回掃轉換器單元的每一個都包括“后調節(jié)”電路。每個改進型回掃轉換器單元的都包括與設置用于存儲能量的變壓器的次級側繞組并聯(lián)地設置的并聯(lián)開關裝置。通過根據這些技術來控制功率轉換器的一個或多個并聯(lián)開關裝置，功率轉換器可以比一些基于回掃轉換器的功率轉換器以更高的調節(jié)精度調節(jié)在一個或多個輸出端口處的輸出電壓。
[0023]在一些示例中，功率轉換器可以包括單端口或多端口的功率轉換器，并且在每個端口處提供單電平和/或多電平輸出電壓。也即，不論功率轉換器具有一個還是多個輸出端口，根據這些技術和電路的功率轉換器都可以在每個輸出端口處同時提供獨立的且/或可變的輸出電壓。功率轉換器可以在一個輸出端口處提供一個可變電平電壓，而同時在不同輸出端口處提供不同的可變電平電壓。
[0024]在一些示例中，功率轉換器可以自動地(例如用戶不干涉)檢測到在一個輸出端口處的負載的量，并且相應地基于負載的量調整輸出電壓。例如，當功率轉換器檢測到一個量的負載時(例如當連接至膝上型計算機時)功率轉換器可以提供20V/3A的輸出，而當功率轉換器檢測到不同量的負載時(例如當連接至移動電話時)提供5V/1A的輸出。
[0025]通過利用根據這些技術和電路的一個或多個改進型回掃轉換器單元，功率轉換器可以用于高性能(例如高切換頻率)應用，這類應用需要比其他基于回掃轉換器的功率轉換器能夠提供的電壓調節(jié)精度更高的電壓調節(jié)精度的。此外，單個功率轉換器可以適用于需要不同和相沖突電壓需求的多個應用。此外，根據這些技術和電路的功率轉換器可以提供大量的功率(例如大于十瓦特)并且仍然能被容納在通常保留用于更少功耗(例如小于十瓦特)的功率轉換器的更小的(例如插頭尺寸的)封裝內。
[0026]圖1是根據本公開一個或多個方面示出了用于從電源2轉換功率的系統(tǒng)I的示意圖。圖1示出了系統(tǒng)I，如具有示出為電源2、功率轉換器6和裝置4的三個分立并且遠離的部件，然而系統(tǒng)I可以包括額外的或更少的部件。例如，電源2、功率轉換器6和裝置4可以是三個單獨部件，或者可以表示了一個或多個部件的這樣的組合，其提供如在此所描述的系統(tǒng)I的功能。
[0027]系統(tǒng)I包括向系統(tǒng)I提供電能(也即電力)的電源2。存在大量電源2的示例，并且可以包括但不限于電網、發(fā)電機、電源變壓器、電池、太陽能電池板、風車、負反饋制動系統(tǒng)、水電發(fā)電機、AC源、DC源、或者能夠向系統(tǒng)I提供電能(例如電壓、電流等等)的任何其他形式電功率裝置。
[0028]系統(tǒng)I包括將電源2所提供的電能轉換為裝置4可使用的形式的電功率的功率轉換器6。功率轉換器6的示例包括但不限于固定和便攜式功率適配器、DC/DC轉換器、AC/DC轉換器、插頭尺寸的轉換器等等。
[0029]系統(tǒng)I包括接收由功率轉換器6轉換的電功率并且在一些示例中使用該電功率以執(zhí)行功能的裝置4。存在大量裝置4的示例，并且其可以包括但不限于計算裝置(諸如膝上型計算機、桌上型計算機、平板計算機、移動電話等)、電池充電器、燈座、電視、裝置、機械、汽車電子系統(tǒng)、實驗室測試系統(tǒng)，或者從功率轉換器接收電功率的任何其他類型電子裝置和/或電路。
[0030]電源2可以經由鏈路8提供電能，而裝置4可以經由鏈路10接收由功率轉換器6轉換的電功率。鏈路8和鏈路10代表了能夠將電能從一個位置傳導至另一位置的任何介質。鏈路8和10的不例包括但不限于物理電傳輸介質和/或無線電傳輸介質，諸如電線、電跡線、導電氣體管(gas tube)、絞合電線對等等。鏈路10提供了在功率轉換器6與裝置4之間的電耦合，而鏈路8提供了在電源2與功率轉換器6之間的電耦合。裝置4電耦合至功率轉換器6，功率轉換器6電耦合至電源2。
[0031]在系統(tǒng)I的示例中，由電源2所產生的電功率轉換至裝置4所使用的合適形式的電能。例如，在鏈路8處，電源2可以輸出并且功率轉換器6可以接收電壓和/或電流。功率轉換器6可以將接收到的電壓和/或電流轉換為裝置4所需的合適形式的電能。在鏈路10處，功率轉換器6可以輸出并且裝置4可以接收已轉換的電壓和/或電流。裝置4可以使用已轉換的電壓和/或電流以執(zhí)行功能。
[0032]圖2是示出了圖1所示的系統(tǒng)I的功率轉換器6的一個示例的示意圖。例如，圖2示出了圖1的系統(tǒng)I的功率轉換器6、以及分別由鏈路8和10提供的至電源2和裝置4的電連接的更詳細的示意圖。
[0033]功率轉換器6示出為具有兩個電學部件，控制單元12和轉換器單元14 ;功率轉換器6將這兩個電學部件用于，將經由鏈路8接收到的電功率轉換為功率轉換器6在鏈路10處輸出的不同形式或幅度的電能。功率轉換器6可以包括更多或更少電學部件。例如，在一些示例中，控制單元12和轉換器單元14是單個電學部件或電路，而在其他示例中，多于兩個部件和/或電路為功率轉換器6提供控制單元12和轉換器單元14的功能。
[0034]轉換器單元14代表了功率轉換器6的基本開關功率轉換電路(switched powerconvers1n circuit),該基本開關功率轉換電路也提供了，在稱合至鏈路8的輸入端口處接收到的輸入電壓和/或電流、與在耦合至鏈路10的一個或多個輸出端口處傳輸?shù)囊粋€或多個互易輸出電壓和/或電流之間的隔離。以下詳細描述轉換器單元14，然而總體而言，轉換器單元14可以在耦合至鏈路8的連接(例如輸入端口)處接收輸入電壓和/或電流。轉換器單元14可以至少部分地基于輸入電壓和/或電流，而在耦合至鏈路10的不同連接(例如輸出端口)處傳輸輸出電壓和/或電流。轉換器單元14可以經由鏈路16從控制單元12接收一個或多個控制命令或信號，該控制命令或信號控制了轉換器單元14在何時以及以輸出電壓的何種形式或幅度，在鏈路10處提供。
[0035]轉換器單元14可以包括一個或多個回掃轉換器單元，該一個或多個回掃轉換器單元進一步包括一個或多個開關、電容器、電阻器、二極管、變壓器、以及/或者設置在轉換器單元14內以基于在鏈路8處的輸入電壓而在鏈路10處提供輸出電壓的其他電學部件、元件或電路。例如，轉換器單元14可以包括一個或多個變壓器，其中每一個變壓器均具有初級側繞組和次級側繞組。此外，轉換器單元14可以包括一個或多個初級開關和/或一個或多個并聯(lián)開關裝置，其控制了變壓器是否正在存儲經由鏈路8所接收到的能量或者變壓器是否正在將所存儲能量輸出至鏈路10。
[0036]功率轉換器6的控制單元12可以經由鏈路16向轉換器14提供命令和控制信號，以控制轉換器單元14在何時以及以輸出電壓的何種形式或幅度在鏈路10處提供?？刂茊卧?2可以基于鏈路8處的輸入電壓和/或電流以及在鏈路10處測得的輸出電壓、電流和/或負載的量，而提供命令和控制信號。換言之，控制單元12可以為功率轉換器6提供反饋控制電路系統(tǒng)，功率轉換器6可以使用該反饋控制電路系統(tǒng)，以基于在鏈路8和10處測得的電壓、電流、和/或負載的量，而調整由轉換器單元14在鏈路10處產生的輸出電壓和/或電流。例如，控制單元12可以經由鏈路16提供電信號或命令，以控制轉換器單元14的一個或多個初級開關、并聯(lián)開關裝置和/或次級元件。響應于在鏈路8和10處的電壓、電流、和/或負載的量，控制單元12可以調整轉換器單元14的一個或多個初級開關、并聯(lián)開關裝置和/或次級元件，以改變在鏈路10處的電流和/或輸出電壓的幅度。
[0037]控制單元12可以包括硬件、軟件、固件或其組合的任何合適的設置，以在執(zhí)行屬于此處控制單元12的技術。例如，控制單元12可以包括任何一個或多個微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、或者任何其他等同的集成的或分立的邏輯電路系統(tǒng)，以及這些部件的任意組合。當控制單元12包括軟件或固件時，控制單元12進一步包括用于存儲和運行軟件或固件的任何必需的硬件，諸如一個或多個處理器或處理單元。通常，處理單元可以包括一個或多個微處理器、DSP、ASIC、FPGA，或者任何其他等同的集成的或分立的邏輯電路，以及這些部件的任意組合。盡管圖2中未示出，控制單元12可以包括配置用于存儲數(shù)據的存儲器。存儲器可以包括任何易失性或非易失性介質，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、電可擦除可編程ROM (EEPROM)、閃存等等。在一些示例中，存儲器可以位于控制單元12和/或功率轉換器6的外部，例如可以位于其中容納了控制單元12和/或功率轉換器6的封裝的外部。
[0038]圖3是根據本公開一個或多個方面示出了用于提供經調節(jié)的輸出電壓或者經調節(jié)的輸出電流的轉換器單元14A的示意圖。例如，圖3示出了來自圖2的功率轉換器6的轉換器單元14的更詳細示意圖。圖3的轉換器單元14A包括設置并且互連在連接28A、28B、28C、28D、和28E (共同稱作“連接28”)處的一個或多個電學部件。每個連接28表示在轉換器單元14A的部件的兩個或多個端子之間的電耦合。
[0039]轉換器單元14A包括輸入端口 18、輸出端口 20、變壓器22、初級元件25、和并聯(lián)開關裝置26。轉換器單元14A可以包括圖3中未示出的額外部件、元件和/或電路。輸入端口 18可以在鏈路8處耦合至電壓源(例如電源2)，而輸出端口 20可以在鏈路10處耦合至負載(例如裝置4)。輸入端口 18的第一端子對應于連接28A，而輸入端口 18的第二端子對應于連接28C。由系統(tǒng)I的電源2所產生的輸入電壓Vin可以在28A和28C處經由鏈路8而在輸入端口 18處進入轉換器單元14A。輸出端口 20的第一端子對應于連接28D，而輸出端口 20的第二端子對應于連接28E。轉換器單元14A可以產生輸出電壓Vqut (或者在一些情形下產生輸出電流)，該輸出電壓Vqut可以在連接28D和28E處經由鏈路10在輸出端口20處從轉換器單元14A引出。
[0040]變壓器22在連接28A處耦合至輸入端口 18，并且經由在連接28B處的與初級元件25的串聯(lián)連接，而在連接28C處耦合至輸入端口 18。換言之，初級元件25可以是這樣的開關裝置(或者適用于使得變壓器22基于在此所描述的技術而存儲基于輸入端口 18處輸入電壓的量的能量的一些其他元件)，其設置為串聯(lián)在輸入端口 18與變壓器22之間并且耦合至連接28C和28B，以使得變壓器22經由變壓器22在連接28B處與初級元件25共用的串聯(lián)連接而在連接28A和28C處“耦合”至輸入端口 18。變壓器22在連接28D和28E處耦合至輸出端口 20。變壓器22設置在輸入端口 18和輸出端口 20的中間，以存儲能量。變壓器22包括初級側繞組24A和次級側繞組24B。初級側繞組24A的第一端子在連接28A處耦合至輸入端口 18的第一端子。初級側繞組24A的第二端子經由與初級元件25的串聯(lián)連接而在連接28B處耦合至輸入端口 18的第二端子。次級側繞組24B的第一端子在連接28D處耦合至輸出端口 20的第一端子。次級側繞組24B的第二端子在連接28E處耦合至輸出端口 20的第二端子。
[0041]轉換器單元14A進一步包括與變壓器22的次級側繞組24A并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置26。并聯(lián)開關裝置26的第一端子在連接28D處耦合至次級繞組24B的第一端子，而并聯(lián)開關裝置26的第二端子在連接28E處耦合至次級繞組24B的第二端子。
[0042]并聯(lián)開關裝置26可以包括一個或多個雙向阻斷開關。圖3示出了作為雙向阻斷開關裝置的并聯(lián)開關26，該雙向阻斷開關裝置包括與第二阻斷開關(例如四十伏M0SFET)串聯(lián)設置的第一阻斷開關(例如一百五十伏M0SFET)?？梢耘渲玫谝蛔钄嚅_關以阻斷在并聯(lián)開關裝置26的第一端子處阻斷第一電壓，并且可以配置第二阻斷開關以阻斷在并聯(lián)開關裝置26的第二端子處阻斷第二電壓。
[0043]換言之，并聯(lián)開關裝置26包括其中柵極可以參考在兩個開關之間的中間電位的兩個反串聯(lián)(ant1-serial)開關。并聯(lián)開關裝置26的耦合至連接28D的反串聯(lián)開關可以配置用以阻斷可以發(fā)生在輸出端口 20處的輸出電壓的最高電平，并且可以稱作“主動(active)”開關，其確定了是否將存儲在變壓器22處的能量輸送至輸出端口 20。并聯(lián)開關裝置26的耦合至連接28E的另一反串聯(lián)開關可以配置用以阻斷在次級側繞組24B處反映的(reflected)輸入電壓(例如在輸入電壓Vin與變壓器22的繞組比之間的比例)；并且可以稱作“同步”或者“非主動(inactive)”開關，其用于防止傳導損失；并且如果“關斷”，可以不中斷電流。在一些示例中，同步開關可以是二極管。
[0044]在一些示例中，并聯(lián)開關裝置26可以包括一個或多個氮化鎵(GaN)基開關裝置。例如，并聯(lián)開關裝置26可以是雙向阻斷的并且常斷的GaN基開關裝置，具有大約一百五十伏的擊穿電壓。
[0045]初級元件25可以是適用于根據在此所描述的技術以在變壓器22處存儲基于輸入端口 18處的輸入電壓的量的能量的任何合適的開關裝置或元件。存在初級元件25的許多示例。例如初級元件25在一些示例中可以是硅(Si)、氮化鎵(GaN)和/或碳化硅(SiC)基的開關裝置。在一些示例中，初級元件是單向的或者非雙向的開關裝置。在一些示例中，初級元件25可以是常斷型GaN基開關裝置，具有大約七百伏的擊穿電壓以及大約一百五十毫歐的電阻。存在許多初級元件25的其他示例，并且可以使用S1、GaN和SiC基開關裝置的許多其他組合。
[0046]轉換器單元14A可以經由鏈路16接收一個或多個命令以用于控制并聯(lián)開關裝置26，并且在一些示例中用于控制初級元件25。例如，轉換器單元14A可以經由鏈路16從控制單元12接收命令，造成并聯(lián)開關裝置26和/或初級元件25循環(huán)(例如斷開和/或閉合)?？刂茊卧?2可以配置用以循環(huán)初級元件25和/或轉換器單元14A的并聯(lián)開關裝置26以控制在輸出端口 20處的輸出電壓。輸出電壓可以基于存儲在變壓器22處的能量的量。
[0047]轉換器單元14A可以在耦合至變壓器22的初級側繞組24A的輸入端口 18處接收輸入電壓?？刂茊卧?2可以經由鏈路16而提供命令以循環(huán)初級元件25，以造成變壓器22在變壓器22的芯的空氣間隙處基于輸入電壓存儲能量。轉換器單元14A可以在耦合至變壓器22的次級側繞組24B的輸出端口 20處基于存儲的能量提供輸出電壓。
[0048]響應于經由鏈路8而接收的輸入電壓，控制單元12可以在鏈路16處提供命令，以斷開或者閉合并聯(lián)開關裝置26?？刂茊卧?2可以斷開并聯(lián)開關裝置26以允許將存儲在變壓器22處的能量引出轉換器單元14A，作為在輸出端口 20處的輸出電壓。相反地控制單元12可以閉合并聯(lián)開關裝置26，以防止存儲的能量從輸出端口 20處引出，并且替代地在變壓器22的次級繞組24B處造成了續(xù)流電流通路。
[0049]控制單元12可以循環(huán)(例如斷開和閉合)并聯(lián)開關裝置26并且利用在次級繞組24B處的續(xù)流電流通路以改進轉換器14A的在輸出端口 20處的輸出電壓的調節(jié)精度。例如，與向輸出端口 20連續(xù)地提供存儲在變壓器22的空氣間隙中的能量不同，控制單元12可以通過一旦存儲在變壓器22處的能量的量達到特定水平則循環(huán)并聯(lián)開關裝置26，而對輸出端口 20處的輸出電壓進行脈沖寬度調制。
[0050]圖4是根據本公開一個或多個方面示出了用于提供經調節(jié)的輸出電壓或經調節(jié)的輸出電流的轉換器單元14B的示意圖。例如圖4示出了圖2的功率轉換器6的轉換器單元14的更詳細示意圖。圖3的轉換器單元14B包括在連接42A — 42F(共同稱作“連接42”)處設置并且互連的一個或多個電學部件。連接42中的每一個表示在轉換器單元14B的部件的兩個或更多端子之間的電耦合。
[0051]轉換器單元14B包括在鏈路8處耦合至電壓源的輸入端口 18，以及在鏈路10處耦合至負載的輸出端口 20。轉換器單元14B可以在連接42A和42C處在輸入端口 18處經由鏈路8接收輸入電壓(例如由系統(tǒng)I的電源2產生的)。轉換器單元14B可以在耦合至輸出端口 20的連接42D和42F處跨過鏈路10產生輸出電壓(例如在諸如系統(tǒng)I的裝置4的負載處)。在一些不例中，輸入端口 18可以與輸入電容器40A并聯(lián)設置,并且輸出電容器40B可以與輸出端口 20并聯(lián)設置。
[0052]除了輸入端口 18和輸出端口 20之外，轉換器單元14B還包括并聯(lián)開關裝置34、初級開關36、次級元件38和變壓器30。變壓器30可以設置在轉換器單元14B內，以在變壓器30的芯的空氣間隙內存儲能量。初級側繞組32A的第一端子可以在連接42A處耦合至輸入端口 18。同樣地，次級側繞組32B的第一端子可以在連接42D處耦合至輸出端口 20。
[0053]圖4示出了與變壓器30的次級側繞組32B并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置34。并聯(lián)開關裝置34的第一端子在連接42D處耦合至次級繞組32B的第一端子，而并聯(lián)開關裝置34的第二端子在連接42E處耦合至次級繞組32B的第二端子。存在并聯(lián)開關裝置34的許多示例。例如，并聯(lián)開關裝置34可以在一些示例中包括一個或多個硅(Si)、氮化鎵(GaN)和/或碳化硅(SiC)基開關裝置。并聯(lián)開關裝置34可以包括串聯(lián)設置的并且/或者進一步地與一個或多個二極管串聯(lián)設置的一個或多個雙向阻斷開關。在一些示例中，并聯(lián)開關裝置34可以是雙向阻斷的并且常斷的GaN基開關裝置，具有大約一百五十伏的擊穿電壓。在一些示例中，并聯(lián)開關裝置34可以是GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)或者可以作為雙向阻斷開關操作的任何其他開關裝置。
[0054]在圖4的示例中，并聯(lián)開關裝置34包括反串聯(lián)開關和二極管。并聯(lián)開關裝置34的反串聯(lián)開關耦合至連接42D并且可以配置用于阻斷可以發(fā)生在輸出端口 20處的輸出電壓的最高電平。并聯(lián)開關裝置34的二極管耦合至連接42E，并且可以配置用于阻斷反映在次級側繞組32B處的輸入電壓(例如在輸入電壓與變壓器30的繞組比之間的比例)。
[0055]圖4進一步示出了串聯(lián)設置在輸入端口 18與變壓器30的初級側繞組32A之間的初級開關36、以及串聯(lián)設置在輸出端口 20與變壓器30的次級側繞組32B之間的次級元件38。初級開關36的第一端子可以在連接42C處耦合至輸入端口 18，而初級開關36的第二端子可以在連接42B處耦合至初級側繞組32A。次級元件38的第一端子可以在連接42F處耦合至輸出端口 20，而次級元件38的第二端子可以在連接42E處耦合至次級側繞組32B。
[0056]存在初級開關36和次級元件38的許多示例。例如，初級開關36和次級元件38在一些示例中可以為硅(Si)、氮化鎵(GaN)和/或碳化硅(SiC)基開關裝置。在一些示例中，初級開關36和次級元件38中的每一個都是單向的或非雙向的開關裝置。在一些示例中，初級開關36可以是常斷型GaN基開關裝置，具有大約七百伏的擊穿電壓以及大約一百五十毫歐的電阻。在一些示例中，次級元件38可以是常斷型GaN基開關裝置，具有大約一百五十伏的擊穿電壓以及大約八至十五毫歐的電阻。在另外其他示例中，如圖4所示，次級元件38可以是用作同步整流裝置的二極管或硅基M0SFET。存在初級開關36和次級元件38的許多其他示例，并且可以使用S1、GaN和SiC基開關裝置的許多其他組合。
[0057]轉換器單元14B可以經由鏈路16接收一個或多個命令，以用于控制并聯(lián)開關裝置34、初級開關36，并且在一些情形下也控制次級元件38以將在輸入端口 18處的輸入電壓轉換為輸出端口 20處的輸出電壓。例如，轉換器單元14B可以經由鏈路16從控制單元12接收命令，該命令引起并聯(lián)開關裝置34和初級開關36中的一個或多個的任何組合斷開和/或閉合。來自控制單元12的命令可以使得轉換器單元14B在鏈路10處基于輸入電壓而提供經調節(jié)的輸出電壓。
[0058]轉換器單元14B可以在輸入端口 18處接收輸入電壓(例如來自電源2)。響應于檢測到輸入電壓，控制單元12可以控制初級開關36造成轉換器單元14B在變壓器30處以存儲基于輸入電壓的量的能量。例如，控制單元12可以閉合初級開關36以造成跨過初級側繞組32A的電流通路。隨著控制單元12繼續(xù)保持初級開關36閉合，電流可以從輸入端口 18通過初級側繞組32A而傳播，并且存儲在變壓器30的空氣間隙處的能量的量可以增大。隨著存儲在變壓器30處的能量的量積累(build up)，次級元件38可以用作同步整流裝置，次級元件38可以“阻斷”以防止電流在輸出端口 20處流過輸出電容器40B。為了防止初級開關36的短路操作，控制單元12可以在閉合初級開關36之前和/或同時，斷開并聯(lián)開關裝置34。
[0059]為了改進在輸出端口 20處輸出電壓的調節(jié)精度，控制單元12可以控制并聯(lián)開關裝置34以控制從變壓器30轉移至輸出端口 20的能量的量。換言之，一旦在變壓器30處存儲了一定量的能量，控制單元12可以控制并聯(lián)開關裝置34以調節(jié)在輸出端口 20處輸出電壓，并且防止存儲的能量自動轉移至輸出端口 20。在一些示例中，為了防止初級開關36的短路操作，控制單元12可以在閉合并聯(lián)開關裝置34之前和/或同時，斷開初級開關36。
[0060]例如，通過閉合并聯(lián)開關裝置34，控制單元12可以使得次級側繞組32B短路，并且在變壓器30的次級繞組32B處造成續(xù)流電流通路。續(xù)流電流通路保持了在變壓器30處存儲的能量，并且防止能量立刻自動地轉移至輸出端口 20。續(xù)流電流通路可以通過跨越次級側繞組32B的并聯(lián)開關裝置34而產生大約零伏。通過斷開并聯(lián)開關裝置34，存儲在變壓器30處的能量可以轉移至輸出端口 20?？刂茊卧?2可以利用該續(xù)流電流通路以調節(jié)或者限制轉換器單元14B隨時間輸出的能量的量，提高了輸出端口 20處輸出電壓的調節(jié)精度?？刂茊卧?2可以循環(huán)并聯(lián)開關裝置34，以控制輸出電容器22B隨時間接收的能量的量。換言之，控制器單元12可以循環(huán)并聯(lián)開關裝置34以對于輸出端口 20處的輸出電壓進行脈沖寬度調制。
[0061]通過以脈沖寬度調制方式驅動并聯(lián)開關裝置34，控制單元12可以精確地控制每個時間單元從變壓器30的空氣間隙轉移至輸出電容器40B和輸出端口 20的能量，這就導致對輸出端口 20處輸出電壓的高精度調節(jié)?？刂茊卧?2可以改變控制單元12對并聯(lián)開關裝置34進行脈沖調制的占空比，以增大和/或減小輸出端口 20在一個時間(at one time)接收到的所存儲的能量的量。在一些示例中，通過命令并聯(lián)開關裝置34保持閉合達特定的時間量，控制單元20可以造成輸出端口 20處輸出電壓降低至零電壓電平。
[0062]在一些示例中，圖4的轉換器單元14B可以與控制單元12結合地使用，以形成功率轉換器6的單端口且多輸出的示例。換言之，使用轉換器單元14B，功率轉換器6可以具有單個輸出端口(諸如輸出端口 20)，功率轉換器6可以通過控制并聯(lián)開關裝置34斷開和閉合的占空比而從該單個輸出端口提供輸出電壓的可變電平。
[0063]在一些示例中，控制單元12可以確定與耦合至輸出端口 20的裝置相關聯(lián)的所需電壓，并且基于所需電壓控制初級開關36和并聯(lián)開關裝置34以產生所需電壓，作為輸出端口 20處的輸出電壓。在一些示例中，控制單元12可以確定在輸出端口 20處的負載的量，并且控制并聯(lián)開關裝置34和初級開關26以自動地調整輸出端口 20的輸出電壓的電平。例如，功率轉換器(例如可以無級地(step-less)在輸出端口 20處改變輸出電壓至五伏和二十伏之間的USB連接器)可以依賴于控制單元12和轉換器單元14B以提供五伏、十二伏、或二十伏、或者在五伏于二十伏之間的任何電壓電平，取決于連接至輸出端口 20的負載的量、以及/或者連接至功率轉換器的裝置所需的電壓。
[0064]在一些示例中，控制單元12可以使用移頻鍵控技術來確定在輸出端口 20處負載的量、以及/或者與耦合至輸出端口 20的裝置相關聯(lián)的所需電壓。例如，控制單元12可以經由耦合至輸出端口 20的鏈路10而從裝置(例如裝置4)接收信息，并且基于該信息確定與裝置相關聯(lián)的所需電壓、以及/或者與裝置相關聯(lián)的負載的量。
[0065]在一些示例中，控制單元12可以確定(例如基于移頻鍵控技術)耦合至輸出端口20的裝置所需的最大電壓(例如二十伏)?？刂茊卧?2可以響應于確定所需電壓對應于與轉換器單元14B相關聯(lián)的最大電壓，而保持并聯(lián)開關裝置34斷開。控制單元12可以不論輸出端口 20處負載的量而保持并聯(lián)開關裝置34斷開。如此方式，控制單元12可以通過控制初級開關36的占空比而調節(jié)輸出端口 20處的輸出電壓(例如二十伏)?？刂茊卧?2可以使得轉換器單元14B在DCM、CCM、或DCM和CCM的任意混合、或者在零電壓開關(ZVS)操作模式下操作。
[0066]在一些示例中，控制單元12可以確定(例如基于頻移鍵控技術)由耦合至輸出端口 20的裝置所需的中等電平電壓(例如十二伏)。換言之，控制單元12可以確定在輸出端口 20處所需的輸出電壓既不是最大電壓電平(例如二十伏)、最小電壓電平(例如五伏)，也不是零電壓電平。在其中控制單元12確定所需電壓對應于中等電平電壓的情形中，控制單元12可以取決于輸出端口 20處負載的量而使得并聯(lián)開關裝置34保持斷開、閉合或者循環(huán)。
[0067]例如，如果輸出端口 20處的負載量滿足負載數(shù)值閾值，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34保持斷開(例如控制單元12可以保持并聯(lián)開關裝置34斷開)，并且允許存儲在變壓器30處的能量自動流至輸出端口 20。如果控制單元12確定負載的量大于或等于轉換器單元14B所支持最大負載量的百分之五十，則控制單元12可以確定輸出端口 20處負載的量滿足閾值。在該情形下，控制單元12可以通過控制初級開關36的占空比而調節(jié)輸出端口 20處的輸出電壓(例如十二伏)。換言之，當輸出端口 20處負載的量超過某一閾值數(shù)值時，控制單元12可以響應于確定負載的量滿足閾值而保持并聯(lián)開關裝置34斷開，并且允許存儲在變壓器30處的能量自動轉移至輸出端口 20 (例如以在輸出端口 20處產生中等電平電壓)。
[0068]如果輸出端口 20處的負載的量不滿足負載數(shù)值閾值(例如，如果控制單元12確定負載的量小于或等于最大負載數(shù)值的百分之五十)，則控制單元12可以采用足以調節(jié)輸出端口 20處輸出電壓(例如十二伏)的占空比而循環(huán)并聯(lián)開關裝置34。換言之，控制單元12可以響應于確定輸出端口 20處負載的量不滿足閾值，而循環(huán)并聯(lián)開關裝置34以調節(jié)輸出電壓。如果負載的量小于或等于最大負載量的百分之五十，則控制單元12可以循環(huán)并聯(lián)開關裝置34以對輸出端口 20處的中等電平電壓進行脈沖寬度調制?？刂茊卧?2可以使得轉換器單元14B在DCM、CCM、或DCM和CCM的任意混合下、或者在零電壓開關(ZVS)操作模式下操作。
[0069]在一些示例中，控制單元12可以確定(例如基于頻移鍵控技術)在輸出端口 20處需要最小電壓(例如五伏)。在該示例中，控制單元12可以控制并聯(lián)開關裝置34的占空比，以對輸出端口 20處的最小輸出電壓進行脈沖寬度調制和調節(jié)，而不論輸出端口 20處負載的數(shù)值。在該情形下，輸出電壓可以降低在最小電壓(例如五伏)處，并且控制單元12可以使得轉換器單元14B在CCM模式下操作，以在輸出端口 20處允許幾乎恒定的電流。
[0070]在一些示例中，控制單元12可以確定(例如基于頻移鍵控技術)耦合至輸出端口20的裝置需要零電壓電平。在該示例中，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34保持閉合(例如控制單元12可以保持并聯(lián)開關裝置34閉合)以在輸出端口 20處提供零電壓電平。此外，控制單元12可以使得初級開關36斷開，以防止另外的能量輸送至變壓器30并由該變壓器30存儲。
[0071]在一些示例中，諸如如上所描述的，控制單元12可以至少部分地基于輸出端口 20處負載的量、以及/或者耦合至輸出端口 20的裝置所需的電壓，而選擇占空比以用于控制(例如脈沖寬度調制)并聯(lián)開關裝置34和/或初級開關36。例如，控制單元12可以確定耦合至輸出端口 20的負載的量?？刂茊卧?2可以至少部分地基于負載的量、以及/或者輸入端口 18處輸入電壓而選擇第一占空比，以用于控制初級開關36。此外，控制單元12可以至少部分地基于負載的量、以及/或者輸入端口 18處輸入電壓而選擇第二占空比，以用于控制并聯(lián)開關裝置34。在一些示例中，控制單元12可以使用效率算法而選擇用于控制初級開關36的第一占空比以及用于控制并聯(lián)開關裝置34的第二占空比。
[0072]可以存在控制單元12可以用于產生特定輸出電壓以用于在輸出端口 20處的特定負載量的、第二占空比和第一占空比組合的多個對。然而，特定的第一和第二占空比對可以比其他對更有效?？刂茊卧?2可以包括控制單元可以用于基于特定輸出電壓電平和輸出端口 20處負載的量而選擇最有效的第一和第二占空比對的、一個或多個查找表或者運行時間效率調整算法。
[0073]例如，在一個示例性效率算法中，控制單元12可以對于每個對確定初級開關36和并聯(lián)開關裝置34的溫度?；跍囟龋刂茊卧?2可以確定品質因數(shù)(例如用于基于溫度而對于該對將轉換器單元14B的性能特征化的量)?？刂茊卧?2可以以這樣的方式改變第一和第二占空比，以便調整該品質因數(shù)以對于特定輸出電壓和負載量而確定最有效的占空比對。在另一示例中，控制單元12可以確定流過初級開關36的電流，并且在查找表內查找電流數(shù)值以確定合適的占空比對。在又一示例中，在沒有確定溫度和/或電流的情況下，控制單元12可以在基于輸出端口 20處所需輸出電壓和/或負載條件，而在表格內執(zhí)行對于有效的第一和第二占空比對的查找。
[0074]通過允許基于對第一和第二占空比選擇的調整或改變，轉換器單元14B可以比依賴于其他類型回掃轉換器配置的其他轉換器更易于為了效率而配置?？梢赃x擇第一占空比以在變壓器30內提供足夠的存儲能量，并且可以選擇第二占空比以提高調節(jié)精度。可以在轉換器單元14B的設計、制造、安裝和/或操作使用期間選擇這些第一和第二占空比。在其他類型的基于回掃轉換器的轉換器中，調整或改變可能需要調節(jié)初級側切換頻率、以及在設計或制造期間(例如并非在安裝或操作使用期間)適當?shù)仡A先選擇在變壓器內的繞組兩方面。
[0075]圖5是根據本公開一個或多個方面示出了用于在輸出端口 20處提供多個輸出電壓或輸出電流的轉換器單元14C的示意圖。例如，圖5示出了圖2的功率轉換器6的轉換器單元14的更詳細示意圖。圖5的轉換器單元14C包括圖4的轉換器14B的一些部件。然而，與圖4的轉換器單元14B不同，圖5的轉換器單元14C包括兩個變壓器和兩個并聯(lián)開關裝置，以用于在輸出端口 20處提供多個輸出電壓。以下，以圖1的系統(tǒng)I以及圖2的功率轉換器6為背景描述圖5的轉換器單元14C。
[0076]圖5的轉換器單元14C可以稱作“具有單輸出端口及多輸出電平的交錯回掃(Interleaved Flyback)電力電路”,并且可以在輸出端口 20處提供對輸出電壓的甚至更大的調節(jié)精度。轉換器單元14C包括由與多個變壓器并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置的多個組合分離的輸入端口 18和輸出端口 20?？刂茊卧?2可以使得轉換器單元14C的并聯(lián)開關裝置48A和48B以及/或者初級開關50A和50B相互以一百八十度異相地操作。例如，控制單元12可以使得一個變壓器從輸入端口 18積累能量，而使得另一個變壓器在輸出端口 20處泄放所存儲的能量。
[0077]如此方式，當轉換器單元IC切換一個變壓器使其從充電模式變?yōu)樾狗拍Ｊ綍r，轉換器單元14C可以操作作為近乎恒定的電壓或電流源，并且在輸出端口 20處提供不可觀測到或者幾乎不可觀測到電壓和/或電流下降的輸出電壓。除了提供近恒定電壓和/或電流源之外，在一個變壓器處引出的剩余能量可以用于在輸出端口處改進輸出電壓的調節(jié)精度。
[0078]轉換器單元14C包括與變壓器46A的次級側繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置48A，串聯(lián)設置在變壓器46A的初級側繞組與輸入端口 18之間的初級開關50A，以及串聯(lián)設置在變壓器46A的次級側繞組與輸出端口 20之間的次級元件52A。轉換器單元14C也包括設置用于存儲能量的變壓器46B。輸入端口 18可以耦合至電壓源(例如電源2)，并且耦合至每個變壓器46A和變壓器46B的初級側繞組。輸出端口 20可以耦合至負載(例如裝置4)，并且耦合至每個變壓器46A和變壓器46B的次級側繞組。初級開關50B串聯(lián)設置在輸入端口 18與變壓器46B的初級側繞組之間。次級元件52B串聯(lián)設置在變壓器46B的次級側繞組與輸出端口 20之間?？刂茊卧?2可以控制初級開關50A和50B中的每一個、并聯(lián)開關裝置48A和48B中的每一個，并且在一些情形下經由鏈路16控制次級元件52A和52B的每一個。
[0079]在一些示例中，次級元件52A和52B可以用作同步開關，當在第三象限操作時，也即當在負漏-源電壓下支持負電流時，減小了跨越次級元件52A和52B的電壓降。此外，用于控制次級元件52A和52B的柵極信號(例如在鏈路16之上來自控制單元12的信號)可以是可選的，例如在其中次級元件52A和52B是二極管的情形下(例如如圖4的次級元件38所示)ο
[0080]控制單元12控制初級開關50A以基于輸入端口 18處的輸入電壓而在變壓器46A處存儲第一量的能量，并且進一步控制并聯(lián)開關裝置48A以基于能量的第一量而調節(jié)在輸出端口 20處的輸出電壓。此外，控制單元12可以控制初級開關50B以在變壓器46B處存儲第二量的能量，并且可用基于變壓器46B處存儲的能量的第二量而控制并聯(lián)開關裝置48B以調節(jié)在輸出端口 20處的輸出電壓。如此方式，在轉換器單元14C的輸出端口 20處的輸出電壓可以基于存儲在變壓器46A處的能量的第一量以及存儲在變壓器46B處的能量的第二量兩者。
[0081]例如在一些示例中，控制單元12用于控制初級開關50B和并聯(lián)開關裝置48B的初級和次級占空比可以與用于控制初級開關50A和并聯(lián)開關裝置48A的初級和次級占空比一百八十度異相。在一些示例中，控制單元12用于控制初級開關50B和并聯(lián)開關裝置48B的初級和次級占空比可以與用于控制初級開關50A和并聯(lián)開關裝置48A的初級和次級占空比同相或者至少部分重疊地同相，以使得在輸出端口 20處的輸出電壓同時地基于來自變壓器46A和46B的存儲的能量。在一些示例中，例如當?shù)谝缓偷诙伎毡戎械拿恳粋€大于百分之五十時，次級元件52A和52B的導通時間例如可以重疊以在輸出端口 20處提供恒定的輸出電流。
[0082]例如，為了在輸出端口 20處調節(jié)恒定輸出電流，控制單元12可以采用大約百分之五十的占空比來控制并聯(lián)開關裝置52A和52B，以使得來自變壓器46A和46B中的至少一個的存儲的能量連續(xù)地提供為在輸出端口 20處的電流。換言之，采用大約百分之五十占空比操作并聯(lián)開關裝置52A和52B可以確保在輸出端口 20處驅動的電流的量的大約一半來自個變壓器46A和46B中的每一個，并且在充電期間(例如當初級開關50A和50B閉合時)由不正在充電的變壓器46A和46B所提供的能量可以用于補充由正在充電的變壓器46A和46B所損失的能量。換言之，隨著存儲在變壓器46A處的能量的量變得耗減，可以控制并聯(lián)開關裝置48B以造成存儲在變壓器46B處的能量的量增大，將要用于在輸出端口 20處提供電流，以使得在輸出端口 20處電流的量保持恒定。同樣地，隨著存儲在變壓器46B處的能量的量變得耗減，可以控制并聯(lián)開關裝置48A以造成將要用于在輸出端口 20處提供電流的、存儲在變壓器46A處的能量的量增大。
[0083]當控制單元12造成變壓器46A或46B中的任一個存儲能量并且不輸送功率時(例如當相應的初級開關50A或50B閉合時)，控制單元12可以使得變壓器46A和46B中的另一個接替提供能量的過程，為了在輸出端口 20處的電流恒定?？刂茊卧?2可以控制并聯(lián)開關裝置48A和48B以確保在輸出端口 20處的輸出電流的加載在變壓器46A與46B之間相等。如此方式，控制單元12可以在輸出20處造成基本上不具有或者幾乎不具有波動的恒定電流，并且從而轉換器單元14C可以在輸出端口 20處提供恒定電流而無需在輸出端口20處的輸出電容器。
[0084]換言之，在一些示例中，控制單元12可以根據第一占空比控制初級開關50A，并且可以根據第二占空比控制初級開關50B。第一占空比和第二占空比可以是至少百分之五十的占空比?？刂茊卧?2可以根據第一和第二占空比來控制初級開關50A和初級開關50B兩者，以在輸出端口處提供恒定輸出電流。輸出端口 20可以不包括輸出電容器。
[0085]在一些示例中，控制單元12可以根據第一占空比控制并聯(lián)開關裝置48A，并且控制單元12可以根據第二占空比控制并聯(lián)開關裝置48B。第一占空比和第二占空比可以兩者都是至少百分之五十的占空比?？刂茊卧?2可以根據第一和第二占空比來控制并聯(lián)開關裝置48A和并聯(lián)開關裝置48B兩者，以在輸出端口 20處提供恒定輸出電流。輸出端口 20可以不包括輸出電容器。
[0086]圖6是根據本公開一個或多個方面示出了用于在多個輸出端口處提供多個輸出電壓或輸出電流的轉換器單元14D的示意圖。例如，圖6示出了圖2的功率轉換器6的轉換器單元14的更詳細示意圖?？梢栽谶@樣的背景下描述轉換器單元14D:圖1的系統(tǒng)I的功率轉換器6與圖3的控制單元12結合地操作，以形成組合多輸出端口且多輸出電壓功率轉換器。
[0087]轉換器單元14D包括可以在鏈路8處耦合至電源2的輸入端口 18。轉換器單元14D進一步包括初級開關62，其串聯(lián)設置在變壓器58的初級側繞組與輸入端口 18之間并且配置用以基于在輸入端口 18處的輸入電壓而在變壓器58處積累能量。轉換器單元14D進一步包括并聯(lián)開關裝置60，其與變壓器58的次級側繞組并聯(lián)設置并且配置用以調節(jié)隨時間從變壓器58泄放出能量的量。
[0088]轉換器單元14D進一步包括多個輸出端口，包括輸出端口 54A和54N，在鏈路10處耦合至裝置4。輸出端口 54A耦合至電容器66A，而輸出端口 54N耦合至輸出電容器66N。在一些示例中，從轉換器單元14D中省略了輸出電容器66A和66N。換言之，多個輸出端口中的每一個可以耦合至對應的輸出電容器或者沒有對應的輸出電容器。轉換器單元14D進一步包括多個次級元件；多個次級元件中的每一個串聯(lián)設置在變壓器58的次級繞組與多個輸出端口中的對應的一個輸出端口之間。
[0089]例如，次級元件64A串聯(lián)設置在變壓器58的次級繞組與輸出端口 54A之間，并且次級元件64N串聯(lián)設置在變壓器58的次級繞組與輸出端口 54N之間。包括輸出端口 54A和54N的多個輸出端口可以經由與次級元件64A和64N的串聯(lián)連接而耦合至變壓器58的次級側繞組。換言之，多個輸出端口 54A和54N中的每一個的第一端子可以耦合至變壓器58的次級側繞組的第一端子，并且多個輸出端口 54A和54N中的每一個的第二端子可以經由至次級元件64A和64N的連接而耦合至變壓器58的次級側繞組的第二端子。在一些示例中，當轉換器單元14D在輸出端口 54A處提供比在輸出端口 54N處的輸出電壓電平更高的輸出電壓電平時，次級元件64A可以是單向阻斷開關，而不是如圖6所示的由兩個反串聯(lián)開關組成的更復雜的配置。在一些示例中，次級元件64A和64N中的每一個可以是整流二極管，類似于如圖4所示的用作次級元件38的整流二極管。
[0090]控制單元12可以控制并聯(lián)開關裝置60和多個次級元件(例如次級元件64A和64B)，以在多個輸出端口中的每一個處(例如輸出端口 54A和54B)調節(jié)相應的輸出電壓。也即，在多個輸出端口中的每一個(例如輸出端口 54A和54B)處的相應輸出電壓可以基于在變壓器58處存儲的能量的量。
[0091]例如，控制單元12可以開通初級開關62，而同時控制單元12關斷并聯(lián)開關裝置60和次級元件64A和64B。接著，一旦已經在變壓器58處積累了一定量的能量，控制單元12可以關斷初級開關62并且開通次級元件64A而不開通并聯(lián)開關裝置60或者次級元件64B中的任一。隨后，控制單元12可以關斷次級元件64A并且開通并聯(lián)開關裝置60而不開通初級開關62或者次級元件64B中的任一。接著，控制單元12可以關斷并聯(lián)開關裝置60并且開通次級元件64B而不開通初級開關62或次級元件64A中的任一。接著，控制單元12可以關斷并聯(lián)開關裝置60以及次級元件64A和64B兩者并且開通初級開關62以再次對變壓器58充電。通過以如此方式控制轉換器單元14D，控制單元12可以在多個輸出端口(例如輸出端口 54A和54B)之間造成電流的平緩轉變(例如電流換向)。
[0092]在一些示例中，控制單元12可以改變用于控制多個次級元件(例如次級元件64A和64B)的占空比，以在多個輸出端口(例如輸出端口 54A和54B)中的每一個處調整相應的輸出電壓。例如，控制單元12可以造成次級元件64A比次級元件64B開通更長時間量，以在輸出端口 54A處造成比輸出端口 54B處電壓電平更高的輸出電壓。
[0093]圖7是根據本公開一個或多個方面示出了功率轉換器6的示例性操作的流程圖。以下在圖1的系統(tǒng)1、圖2的控制單元12和功率轉換器6、以及圖4的轉換器單元14B的背景下描述圖6。
[0094]在圖7的示例中，功率轉換器6可以在耦合至電力電路的變壓器的初級側繞組的輸入端口處接收輸入電壓(200)。例如，功率轉換器6的轉換器單元14B可以接收由電源2在輸入端口 18施加至鏈路8的輸入電壓。
[0095]功率轉換器6可以確定在耦合至變壓器次級側的輸出端口處的負載的量(210)。例如，功率轉換器6的轉換器單元14B可以使用頻移鍵控技術經由鏈路10而接收來自裝置4的信息，該信息指示了與裝置4相關聯(lián)的負載的量以及/或者當裝置4耦合至輸出端口20時裝置4所需要的輸出電壓。
[0096]在圖7的示例中，功率轉換器6可以選擇第一占空比以用于控制串聯(lián)設置在輸入端口與變壓器的初級側繞組之間的初級開關(220)。此外，功率轉換器6可以選擇第二占空比以用于控制與變壓器的次級側繞組和輸出端口并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置(230)。例如，控制單元12可以采用一個或多個效率算法和/或一個或多個查找表以確定，用于控制轉換器單元14B的初級開關36的占空比、以及用于控制轉換器單元14B的并聯(lián)開關裝置34的占空比，以對于輸入端口 18的特定輸入電壓和輸出端口 20的確定量的負載而生成輸出端口20的輸出電壓或輸出電流。用于并聯(lián)開關裝置34的占空比對于一些時間間隔可以是零，并且用于初級開關36的占空比對于一些時間間隔可以是零(例如當功率轉換器6在“脈沖串模式”下操作時)。
[0097]在圖7的示例中，轉換器單元14B可以根據第一占空比控制初級開關以在變壓器處存儲基于輸入電壓的量的能量(240)。例如，控制單元12可以經由鏈路16提供命令，該命令造成根據第一占空比而閉合(例如“開通”)轉換器單元14B的初級開關36達一定時間量以積累在變壓器30處存儲的能量的量。
[0098]在圖7的示例中，轉換器單元14B可以根據第二占空比控制并聯(lián)開關裝置以在輸出端口處調節(jié)輸出電壓或輸出電流(250)。例如，控制單元12可以經由鏈路16而提供命令，該命令造成根據第二占空比而閉合(例如“開通”)并聯(lián)開關裝置34達一定時間量以將變壓器30處存儲的能量轉移至輸出端口 20。
[0099]圖8至圖12是根據本公開一個或多個方面示出了圖1的系統(tǒng)I的功率轉換器6的時序特性的時序圖。以下在圖2的控制單元12和圖4的轉換器單元14B以及圖5的轉換器單元14C的背景下描述圖8至圖12。在圖8至圖12的描述中，配置控制單元12以檢測并且測量在轉換器單元14B和14C的每一個部件處的電流水平和/或電壓水平。
[0100]圖8示出了造成圖4的轉換器單元14B在連續(xù)電流模式(CCM)下操作的控制單元12的一個示例。CCM的一些特性在于，變壓器30的初級側繞組32A和變壓器30的次級側繞組32B上的電流兩者均在最小正閾值和更高的電流之間振蕩?！伴_通”電流和“關斷”電流均是非零的?？刂茊卧?2可以使用CCM以造成最大量的能量傳播通過轉換器單元14B而不造成變壓器30飽和。
[0101]曲線302 — 310示出了在控制單元12造成轉換器單元14B在CCM下操作相同時間期間穿過圖4的轉換器單元14B的部件的不同電壓和/或電流水平。曲線302表示隨時間的流過初級開關36的電流。曲線304示出了隨時間的跨越初級開關36的電壓。曲線306示出了隨時間的流過變壓器30的次級側繞組32B的電流。曲線308示出了并聯(lián)開關裝置34的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的命令)。曲線310示出了對于初級開關36的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至初級開關36的命令)。在圖8的示例中，并聯(lián)開關裝置34或者初級開關36的柵極處的高電平表示其中對應元件為“開通”的狀態(tài)，而低電平表示其中對應開關元件為“關斷”的狀態(tài)。
[0102]曲線302 - 310示出了，采用由控制單元12開通的初級開關36，流過初級側繞組32A的電流可以線性增大，并且從而可以增大磁通量以及存儲在變壓器30的空氣間隙中的能量的量。由控制單元12關斷初級開關36可以造成跨越初級開關36的電壓電平的增大，直至次級元件38 (例如二極管)變得導通。換言之，當跨越初級開關36的電壓電平等于ViN+(V0uT*n)時，次級元件38可以導通，其中η是變壓器30的繞組比，Vin是輸入端口 18處的輸入電壓，而Vqut是輸出端口 20處的輸出電壓。在一些不例中，(Vqut*)也可以稱作“回掃電壓”或Vflot。
[0103]一旦次級元件38開始導通，則次級側繞組32Β處的電流開始降低。一旦控制單元12造成并聯(lián)開關裝置34斷開，則出現(xiàn)通過次級側繞組32Β和并聯(lián)開關裝置34的續(xù)流電流。續(xù)流電流可以例如有效地短路次級側繞組32Β?？缭酱渭墏壤@組32Β的電壓可以大約為零伏。結果，控制單元12僅可以檢測到來自初級側繞組32Α的Vin，但是控制單元12不再能檢測到在初級側繞組32Α處的VFUB。在一些示例中，控制單元12可以依賴于在初級側繞組32A處的電壓以確定并聯(lián)開關裝置34是否開通(例如通過首先關斷初級開關36)。由控制單元12關斷并聯(lián)開關裝置34可以造成電流流過輸出電容器40B和次級元件38。一旦次級元件38(例如體二極管)導通，與導通的體二極管并聯(lián)的次級元件38的通道可以開通。該技術可能需要在電流流過體二極管之后的時間緩沖(例如停滯時間)，以及在控制單元12開通開關裝置34之前的緩沖時間。在一些示例中，通過選擇用于并聯(lián)開關裝置34的特定的占空比，控制單元12可以精確地調節(jié)在輸出端口 20處的輸出電壓VTOT。以下參照圖9詳細描述用于控制轉換器單元14B的其他技術。
[0104]圖9示出了造成圖4的轉換器單元14B在連續(xù)電流模式(CCM)下操作的控制單元12的額外示例。在圖9的示例中，并聯(lián)開關裝置34描述為雙向阻斷開關裝置，包括與第二阻斷開關(例如四十伏M0SFET)串聯(lián)設置的第一阻斷開關(例如一百五十伏M0SFET)(例如類似于圖3的轉換器單元14A的并聯(lián)開關裝置26)。此外，次級元件38描述為常斷型GaN基開關裝置，類似于圖5的次級元件52A和52B。
[0105]曲線312 - 318示出了在控制單元12使得轉換器單元14B在CCM下操作的相同時間期間，穿過圖4的轉換器單元14B的不同部件的不同電壓和/或電流水平。曲線312表示隨時間的流過次級側繞組32B的電流。曲線314示出了隨時間的在次級元件38處的柵極電壓(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至次級元件38的命令)。曲線316示出了在并聯(lián)開關裝置34的第一阻斷開關(例如主動開關)處的柵極信號，而曲線318示出了在并聯(lián)開關裝置34的第二開關(例如非主動或同步開關)處的柵極信號(例如曲線316和318表示由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的命令)。
[0106]在圖9的示例中，控制單元12可以開通并聯(lián)開關裝置34的主動開關(例如開關34A)以形成續(xù)流電流通路，用于電流從次級側繞組32B流過并聯(lián)開關裝置34?？刂茊卧?2可以使得并聯(lián)開關裝置34的次級開關(例如非主動或同步開關)以開通延遲時間開關，并且/或者比當控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34的第一開關(例如主動開關)關斷時稍早地關斷。在圖9的示例中，控制單元12可以以比初級開關36更高的切換頻率來操作并聯(lián)開關裝置34。
[0107]圖9進一步示出了控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34的第一(例如主動)開關斷開而同時初級開關36也斷開。在控制單元12使得初級開關36關斷之后，并聯(lián)開關裝置34的第二開關(例如非主動或同步開關)的體二極管可以將跨越并聯(lián)開關裝置34的電壓鉗位至VIN?？刂茊卧?2可以使得并聯(lián)開關裝置34的第一開關(例如主動開關)開關切換于零伏條件，這可以改進開關損耗。在圖9的示例中，并聯(lián)開關裝置34的第一開關可以在與初級開關36相同的切換頻率下操作。換言之，控制單元12可以控制初級開關36和并聯(lián)開關裝置34兩者，以減小在輸出端口 20處的輸出電壓的電平。輸出端口 20的輸出電壓可以基于存儲在變壓器30處的能量的量的一部分。
[0108]圖10示出了使得圖4的轉換器單元14B在間斷電流模式(DCM)和準共振(QR)操作模式下操作的控制單元12的一個示例。在圖10的示例中，次級元件38描述為常斷型GaN基開關裝置，類似于圖5的次級元件52A和52B。在其中控制單元12使得轉換器單元14B在DCM下操作的一些示例中，控制單元12可以使得次級元件38和并聯(lián)開關裝置34循環(huán)，直至在變壓器30的次級側繞組32B處的電流達到大約零電流。在次級側繞組32B處的零電流下，控制單元12可以使得次級元件38和并聯(lián)開關裝置34關斷。當流過次級側繞組32B的電流達到零之時，或者緊隨其后，控制單元12可以使得初級開關36開通。如果在流過次級側繞組32B的電流達到零之后控制單元12使得初級開關36開通，跨越初級開關36上的電壓可能由于由初級開關36的輸出電容以及變壓器30的泄漏電感所產生的串聯(lián)諧振振蕩器的作用，而諧振。如果控制單元12使得初級開關36在最低電壓下開通，控制單元12可以使得轉換器單元14B在準諧振操作(QR)模式下操作。控制單元12可以使得初級開關36在可變頻率下操作，并且使得次級元件38和并聯(lián)開關裝置在比初級開關36更高的頻率下操作。
[0109]曲線32 - 330示出了在控制單元12使得轉換器單元14B在DCM下操作的相同時間期間，穿過圖4的轉換器單元14B的不同部件的不同電壓和/或電流水平。曲線320表示隨時間的流過初級開關36上的電流。曲線322示出了隨時間的跨越初級開關36的電壓。曲線324示出了隨時間的流過變壓器30的次級側繞組32B的電流。曲線326示出了并聯(lián)開關裝置34的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的命令)。曲線328示出了用于初級開關36的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至初級開關36的命令)。曲線330示出了用于次級元件38的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至次級元件38的命令)。在圖10的示例中，在并聯(lián)開關裝置34、初級開關36、或次級元件38中的任一的柵極處的高電平表示了其中對應元件“開通”的狀態(tài)，以及低電平表示其中對應開關元件“關斷”的狀態(tài)。
[0110]在圖10的示例中，曲線320 - 330示出了 CCM和DCM之間的一個差別在于，在DCM中，控制單元12可以允許穿過次級繞組32B的電流達到零。一旦次級繞組32B上的電流達到零，次級元件38的體二極管可以恢復為阻斷元件，因為二極管可能無法允許電流沿相反方向流過。在當次級繞組32B上電流達到零的時刻之前，或之時，控制單元12可以使得次級元件38的通道閉合。次級元件38的電壓可以增大。在初級開關36處，回掃電壓可以崩潰，因為輸出電壓可以不再在初級開關36處反映(例如因為次級元件38的體二極管在阻斷模式下操作)。初級開關36處的電壓可以降低至大約等于輸入電壓與回掃電壓之間差值的數(shù)值，并且隨后再次增大。在初級開關36處的電壓的該振蕩可以展現(xiàn)串聯(lián)諧振，其中轉換器單元14B通過利用變壓器30的泄漏電感和初級開關36的輸出電容而操作。在一些示例中，如果控制單元12在靠近當在串聯(lián)諧振的“波谷”中操作的時刻的時刻，使得初級開關36開通，則控制單元12可以使得轉換器單元14B在準諧振模式下操作。
[0111]當控制單元12使得轉換器單元14B在準諧振模式下操作時，控制單元12可以采用可變頻率控制初級開關36(例如通過在第一、第二、第三電壓波谷等等中的任一中開通初級開關36)?？刂茊卧?2可以在稍后發(fā)生的波谷(例如時間上的第三波谷，替代了時間上的第一波谷)中使得初級開關36開通，以減小功率轉換器6的切換頻率，并且可能減小當輸出端口 20處負載量小時可能發(fā)生的損耗的量。通過在次級繞組32B處電流達到零的時刻開通初級開關36，控制單元12可以使得轉換器單元14B在CCM下操作。通過在任意時刻開通初級開關36 (例如對初級開關36使用固定頻率)，控制單元12可以使得轉換器單元14B在DCM下操作。
[0112]圖11示出了使得圖4的轉換器單元14B在零電壓開關操作(ZVS)模式下操作的控制單元12的一個示例。在圖10的示例中，次級元件38描述為常斷型GaN基開關裝置，類似于圖5的次級元件52A和52B。
[0113]當使得轉換器單元14B在ZVS模式下操作時，控制單元12可以使得次級元件38保持斷開，甚至在變壓器30的次級側32B處的電流達到零電流水平之后。在使得轉換器單元14B在ZVS模式下操作時，控制單元12可以使得次級元件38在第一象限導通(例如在正漏極源極電壓下的正電流)中，并且可以將能量從次級側繞組32B轉移回至初級側繞組32A。從次級側繞組32B流至初級側繞組32A的該電流可以使得初級開關36的輸出電容放電至或靠近零電壓電平，并且可以使得轉換器單元14B操作具有在初級開關36處的零電壓切換。控制單元12可以使得可變頻率將用于控制初級開關36。當在ZVS模式下操作時，功率轉換器6可以具有比在其他模式下操作時更高的效率程度。
[0114]曲線332 - 340示出了在控制單元12使得轉換器單元14B在ZVS模式下操作的相同時間期間，穿過圖4的轉換器單元14B的不同部件的不同電壓和/或電流水平。曲線332表示了隨時間的初級開關36上的電流。曲線334示出了隨時間的初級開關36上的電壓。曲線336示出了隨時間的流過變壓器30的次級側繞組32B的電流。曲線338示出了并聯(lián)開關裝置34的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的命令)。曲線340示出了用于次級元件38的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至次級元件38的命令)。在圖11的示例中，在并聯(lián)開關裝置34、初級開關36或次級元件38的柵極處的高電平表示其中對應元件“開通”的狀態(tài)，而低電平表示其中對應開關元件“關斷”的狀態(tài)。
[0115]在圖10的示例中，曲線332 - 340示出了功率轉換器6的ZVS模式和其他操作模式(例如DCM、CCM等)之間的不同之處在于，控制單元12可以在次級側繞組32B處發(fā)生零電流水平之后使得次級元件38保持斷開。如果控制單元12使得次級元件保持斷開甚至在次級側繞組32B處發(fā)生零電流水平之后，則次級側繞組32B的電流可以改變方向(例如從正電流變?yōu)樨撾娏?，或者從負電流變?yōu)檎娏?。
[0116]當次級側繞組32B處電流沿相反方向移動時，電流從輸出電容器48B吸出并且流過次級側繞組32B，并且流過次級元件38。在一些示例中，當流過次級元件38的電流方向為正時，控制單元12可以使得轉換器單元14B在第一象限中操作，并且控制單元12可能能夠通過經由鏈路16發(fā)送命令來關斷次級元件38的通道來主動地切斷電流。次級側繞組32B處的電流可以在初級側繞組32A處反映，并且電流可以進一步在初級開關36的輸出電容處放電?？刂茊卧?2可以使得次級元件保持斷開一定時間量，該時間量足以在初級側繞組32A處實現(xiàn)ZVS操作模式。
[0117]控制單元12可以確定關斷次級元件38的時刻是初級開關36的電壓“向下擺動”時的時刻。換言之，一旦初級開關36的電壓達到零，控制單元12可以使得初級開關36開通。在一些示例中，控制單元12可以僅在一定量的緩沖(例如一定量停滯時間)之后開通初級開關36。在一些示例中，緩沖可以確?？刂茊卧?2使得次級元件38關斷早于控制單元12使得初級開關36開通。控制單元12可以使得初級開關36在可變頻率下操作。此外，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34在實際上與初級開關36相同的切換頻率下操作，或者在比初級開關36更高的切換頻率下操作?？刂茊卧?2可以控制初級開關36和并聯(lián)開關裝置34兩者，以使得功率轉換器6在零電壓頻率操作模式下操作。
[0118]圖12示出了通過采用高切換頻率來控制初級開關36使得圖4的轉換器單元14B操作的控制單元12的一個示例。在圖12的示例中，次級元件38描述為常斷型GaN基開關裝置，類似于圖5的次級元件52A和52B。此外，在圖12的示例中，并聯(lián)開關裝置34描述為雙向阻斷開關裝置，包括與第二阻斷開關(例如四十伏M0SFET)串聯(lián)設置的第一阻斷開關(例如一百五十伏M0SFET)(例如類似于圖3的轉換器單元14A的并聯(lián)開關裝置26)。
[0119]在圖12的示例中，控制單元12可以控制并聯(lián)開關裝置34，而不采用落入初級開關36的一個切換循環(huán)內的占空比；而是替代地控制并聯(lián)開關裝置34，以允許并聯(lián)開關裝置34“無效(blank out) ”，或者使得對并聯(lián)控制裝置34的控制跳過來自初級側繞組32A的完整的脈沖或脈沖群。換言之，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34在比初級開關36更低的頻率切換模式下操作。
[0120]曲線342 - 352示出了在控制單元12采用高切換頻率控制初級開關36的相同時間期間，穿過圖4的轉換器單元14B的不同部件的不同電壓和/或電流水平。曲線342表示了隨時間的流過初級開關36的電流。曲線344示出了隨時間的初級開關36上的電壓。曲線346示出了隨時間的流過變壓器30的次級側繞組32B的電流。曲線348示出了初級開關36的柵極信號(例如由控制單元12經由鏈路16發(fā)送至初級開關36的命令)。曲線350和352示出了并聯(lián)開關裝置34的柵極信號(例如由控制單元12分別經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的主動開關的、以及經由鏈路16發(fā)送至并聯(lián)開關裝置34的非主動或同步開關的命令)。在圖12的示例中，并聯(lián)開關裝置34或初級開關36中的任一的柵極處的高電平表示其中對應元件“開通”的狀態(tài)，而低電平表示其中對應元件“關斷”的狀態(tài)。
[0121]曲線342 - 352示出了當控制單元12在比初級開關36更低切換頻率下操作并聯(lián)開關裝置34時，轉換器單元14B的特性的一個示例。在一些示例中，控制單元12可以采用固定頻率(例如由諧振電路限定)來控制初級開關26。
[0122]控制單元12可以以兩種不同模式操作初級開關36，在一個稱作“規(guī)則操作模式”的模式下，控制單元12可以使得初級開關規(guī)則地在固定占空比下開通并且/或者跳過一個或多個循環(huán)。在稱作“脈沖跳過模式”另一模式下，控制單元12可以使得初級開關36在主動的猝發(fā)(burst)模式下操作，并且使得初級開關36跳過數(shù)百個循環(huán)。對于這兩個不同模式的每一個，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34要么開通要么關斷，并且從而控制單元12可以使得轉換器單元14B在總共四個不同操作模式下操作:其中并聯(lián)開關裝置34開通的規(guī)則操作模式、其中并聯(lián)開關裝置34關斷的規(guī)則操作模式、其中并聯(lián)開關裝置34開通的脈沖跳過操作模式、以及其中并聯(lián)開關裝置34關斷的脈沖跳過操作模式。采用這些四個不同操作模式，轉換器單元12可以控制初級開關36和并聯(lián)開關裝置34，以使得功率轉換器6利用了由初級開關26的占空比所提供的整個脈沖能量，以便或者輸出能量至輸出端口 20，或者在次級側繞組32B內保存和“續(xù)流”能量。
[0123]當在其中并聯(lián)開關裝置34關斷的規(guī)則操作模式的操作狀態(tài)下控制轉換器單元14B時，控制單元12可以使得在初級開關36處以及流過次級側繞組32B的電流可以逐個周期地逐漸增大，如在曲線342、346和348的三個第一脈沖中所示。當流過初級開關36和次級側繞組32B的電流水平在變壓器30的電流飽和水平之下時，控制單元12可以使得轉換器單元14B在該操作模式下操作。在其中并聯(lián)開關裝置34關斷的規(guī)則操作模式下，并聯(lián)開關裝置34的主動開關可以開通，通過非主動或同步開關將電壓鉗位至輸入電壓，并且沒有回掃電壓積累。
[0124]當在其中并聯(lián)開關裝置34開通的規(guī)則操作模式的操作狀態(tài)下控制轉換器單元14B時，并聯(lián)開關裝置34的主動開關可以關斷。例如，曲線342、344和346的下兩個周期(例如從左側的第四和第五周期)示出了其中并聯(lián)開關裝置34開通的規(guī)則操作模式的操作狀態(tài)。在該操作狀態(tài)下，脈沖能量從變壓器30通過次級元件38的體二極管轉移至輸出端子，并且與之前的操作模式相比較，流過次級側繞組32B的電流的量減小。
[0125]在接下來兩個操作狀態(tài)下，也即，當在其中并聯(lián)開關裝置34關斷或開通的脈沖跳過操作模式的操作狀態(tài)下控制轉換器單元14B時，控制單元12可以使得轉換器單元14B跳過來自初級側繞組32A和初級開關36的脈沖。例如，取決于并聯(lián)開關裝置34的主動開關是否切換為開通或關斷，流過次級側繞組32B的電流可以續(xù)流(圖12中未示出)或者減小(例如接下來3個周期所示)，兩者任取其一。在圖12的示例中，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34的非主動或同步開關操作作為同步FET。此外，在圖12的示例中，控制單元12可以使得并聯(lián)開關裝置34的主動開關在遠低于初級開關36的切換頻率下操作。通過以如此方式控制轉換器單元14B，功率轉換器6的變壓器結構可以制作得很小；并且在一些示例中，優(yōu)化以獲得高切換頻率，而不必須通過在對初級開關36的控制中的占空比的變化而調節(jié)輸出電壓。控制單元12可以以非常簡單、具有固定頻率和/或具有固定占空比的方式來操作初級開關36。
[0126]在一個或多個示例中，所描述的功能可以以件、軟件、固件或者其任意組合的形式來實施。如果以軟件實施，功能可以作為一個或多個指令或代碼而存儲在計算機可讀介質上或者經由計算機可讀介質傳輸，并且由基于硬件的處理單元執(zhí)行。計算機可讀介質可以包括:對應于有形介質(諸如數(shù)據存儲介質)的計算機可讀存儲介質、或者包括協(xié)助將計算機程序從一處傳輸至另一處(例如根據通信協(xié)議)的任何介質的通信介質。如此方式，計算機可讀介質通?？梢詫?I)非短時間的、有形的計算機可讀存儲介質或者(2)諸如信號或載波的通信介質。數(shù)據存儲介質可以是由一個或多個計算機或者一個或多個處理器可以訪問以檢索用于實施本公開所描述的技術的指令、代碼和/或數(shù)據結構的任何可獲得的介質。計算機程序產品可以包括計算機可讀介質。
[0127]作為示例而非限定，這類計算機可讀存儲介質可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盤存儲、磁盤存儲、或者其他磁性存儲裝置、閃存、或者可以用于以可以由計算機訪問的指令或數(shù)據結構的形式而存儲所需程序代碼的任何其他介質。而且，任何連接被適當?shù)胤Q作計算機可讀介質。例如，如果使用共軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字用戶線(DSL)或諸如紅外、無線電和微波的無線技術，從網站、服務器或其他遠程來源，來傳輸指令，則共軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或者諸如紅外、無線電和微波的無線技術包括在介質的限定內。然而應該理解的是，計算機可讀存儲介質和數(shù)據存儲介質不包括連接、載波、信號或其他瞬變介質，而是替代地關注于非瞬變的、有形的存儲介質。如此處所使用的盤和碟片包括壓縮碟片(⑶)、激光碟片、光學碟片、數(shù)字通用碟片(DVD)、軟盤和藍光碟片，其中盤通常磁性地復制數(shù)據，而碟片采用激光來光學地復制數(shù)據。以上組合也應該包括在計算機可讀介質范圍內。
[0128]可以由一個或多個處理器執(zhí)行指令，諸如一個或多個數(shù)字信號處理器(DSP)、通用微處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)、或其他等價的集成或分立邏輯電路。因此，如在此使用的術語“處理器”可以指任何前述結構或適用于實施在此所描述的技術的任何其他結構。此外，在一些方面，在此所描述的的功能可以提供在專用的硬件的和/或軟件的模塊內。此外，技術可以完全實施在一個或多個電路或邏輯元件中。
[0129]本公開的技術可以以種類繁多的裝置或裝備來實施，包括無線手持裝備、集成電路(IC)或一組IC(例如芯片組)。本公開中描述了各種部件、模塊或單元以強調裝置的配置用于執(zhí)行所描述的技術的功能性方面，但是不必須由不同硬件單元實現(xiàn)。相反地，如上所描述的，各種單元可以組合在硬件單元中，或者由協(xié)同合作的硬件單元的集合所提供，包括與合適的軟件和/或固件結合使用的一個或多個如上所描述的處理器。
[0130]已經描述了各種示例。這些和其他示例落入以下權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種電力電路，包括: 變壓器，設置用以存儲能量，所述變壓器包括初級側繞組和次級側繞組；以及 并聯(lián)開關裝置，與所述變壓器的次級側繞組并聯(lián)設置。
2.根據權利要求1所述的電力電路， 其中所述并聯(lián)開關裝置包括一個或多個雙向阻斷開關。
3.根據權利要求2所述的電力電路， 其中所述并聯(lián)開關裝置包括一個或多個基于氮化鎵的開關裝置。
4.根據權利要求2所述的電力電路， 其中所述一個或多個雙向阻斷開關包括與第二阻斷開關串聯(lián)設置的第一阻斷開關，其中所述第一阻斷開關配置用以阻斷在所述并聯(lián)開關裝置的第一端子處的第一電壓，而所述第二阻斷開關配置用以阻斷在所述并聯(lián)開關裝置的第二端子處的第二電壓。
5.根據權利要求1所述的電力電路， 其中所述并聯(lián)開關裝置配置用以，在所述并聯(lián)開關裝置閉合時在所述變壓器的次級繞組處造成續(xù)流電流通路。
6.根據權利要求1所述的電力電路， 其中所述并聯(lián)開關裝置的第一端子耦合至所述次級繞組的第一端子，并且所述并聯(lián)開關裝置的第二端子耦合至所述次級繞組的第二端子。
7.根據權利要求1所述的電力電路，進一步包括: 輸入端口，耦合至電壓源；以及 初級開關，串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述變壓器的初級側繞組之間。
8.根據權利要求7所述的電力電路， 其中所述初級開關包括基于氮化鎵的開關裝置。
9.根據權利要求1所述的電力電路，進一步包括: 輸出端口，耦合至負載；以及 次級元件，串聯(lián)設置在所述變壓器的次級側繞組與所述輸出端口之間。
10.根據權利要求9所述的電力電路， 其中所述次級元件包括二極管元件和基于氮化鎵的開關裝置中的至少一個。
11.根據權利要求9所述的電力電路， 其中所述次級元件的第一端子耦合至所述次級繞組的第二端子， 其中所述次級元件的第二端子耦合至所述輸出端口的第二端子，以及 其中所述輸出端口的第一端子耦合至所述次級繞組的第一端子。
12.根據權利要求1所述的電力電路，進一步包括: 輸出端口，耦合至負載以及所述變壓器的次級側繞組；以及 控制單元，配置用以循環(huán)所述并聯(lián)開關裝置以控制在所述輸出端口處的輸出電壓，其中所述輸出電壓基于存儲在所述變壓器處的能量的量。
13.根據權利要求12所述的電力電路，進一步包括: 輸入端口，耦合至電壓源以及所述變壓器的初級側繞組；以及 初級開關，串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述初級側繞組之間； 其中所述控制單元進一步配置用以循環(huán)所述電力電路的初級開關以生成存儲在所述變壓器處的所述量的能量，其中能量的所述量基于所述輸入端口處的輸入電壓。
14.根據權利要求13所述的電力電路， 其中所述控制單元進一步配置用以在循環(huán)所述初級開關時保持所述并聯(lián)開關裝置斷開。
15.根據權利要求12所述的電力電路， 其中所述控制單元進一步配置用以，響應于確定在所述輸出端口處的負載的量不滿足閾值而循環(huán)所述并聯(lián)開關裝置。
16.根據權利要求15所述的電力電路， 其中所述控制單元進一步配置用以，響應于確定所述負載的量滿足閾值而保持所述并聯(lián)開關裝置斷開。
17.根據權利要求15所述的電力電路， 其中所述閾值對應于與所述電力電路相關聯(lián)的負載的最大量。
18.根據權利要求1所述的電力電路，其中所述變壓器是第一變壓器，而所述并聯(lián)開關裝置是第一并聯(lián)開關裝置，所述電力電路進一步包括: 第二變壓器，設置用以存儲能量，所述第二變壓器包括初級側繞組和次級側繞組； 第二并聯(lián)開關裝置，與所述第二變壓器的次級側繞組并聯(lián)設置； 輸入端口，耦合至電壓源以及所述第一變壓器和所述第二變壓器中的每一個的初級側繞組；以及 輸出端口，耦合至負載以及所述第一變壓器和所述第二變壓器的每一個的次級側繞組。
19.根據權利要求18所述的電力電路，進一步包括: 第一初級開關，串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述第一變壓器的初級側繞組之間； 第二初級開關，串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述第二變壓器的初級側繞組之間； 第一次級元件，串聯(lián)設置在所述第一變壓器的次級側繞組與所述輸出端口之間；以及 第二次級元件，串聯(lián)設置在所述第二變壓器的次級側繞組與所述輸出端口之間。
20.根據權利要求1所述的電力電路，進一步包括: 輸入端口，耦合至電壓源以及所述變壓器的初級側繞組；以及 多個輸出端口，其中每個輸出端口耦合至負載以及所述變壓器的次級側繞組。
21.根據權利要求20所述的電力電路， 其中所述輸入端口的第一端子耦合至所述初級側繞組的第一端子，并且所述輸入端口的第二端子耦合至所述初級側繞組的第二端子；以及 其中，所述多個輸出端口中的每一個輸出端口的第一端子耦合至所述次級側繞組的第一端子，并且所述多個輸出端口中的每一個端口的第二端子耦合至所述次級側繞組的第二端子。
22.根據權利要求20所述的電力電路，進一步包括: 初級開關，串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述變壓器的初級側繞組之間；以及多個次級元件，其中所述多個次級元件中的每一個次級元件對應于所述多個輸出端口中的不同輸出端口，并且其中所述多個次級元件中的每一個次級元件串聯(lián)設置在所述變壓器的次級側繞組與所述多個輸出端口中的對應的不同輸出端口之間。
23.根據權利要求1所述的電力電路，進一步包括: 輸出端口，耦合至負載以及所述變壓器的次級側繞組；以及 控制單元，配置用以循環(huán)所述并聯(lián)開關裝置以控制在所述輸出端口處的輸出電流，其中所述輸出電流基于存儲在所述變壓器處的能量的量。
24.—種方法,包括: 在耦合至電力電路的變壓器的初級側繞組的輸入端口處接收輸入電壓； 控制串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述初級側繞組之間的初級開關，以在所述變壓器處存儲基于所述輸入電壓的量的能量；以及 控制與所述變壓器的次級繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置，以調節(jié)在耦合至所述變壓器的次級側繞組的輸出端口處的輸出電壓，其中所述輸出電壓基于存儲在所述變壓器處的能量的所述量。
25.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 控制所述并聯(lián)開關裝置，以調節(jié)在耦合至所述變壓器的次級側繞組的輸出端口處的輸出電流，其中所述輸出電流基于存儲在所述變壓器處的能量的所述量。
26.根據權利要求24所述的方法，其中控制所述初級開關進一步包括: 斷開所述并聯(lián)開關裝置；以及 閉合所述初級開關。
27.根據權利要求24所述的方法，其中控制所述并聯(lián)開關裝置進 一步包括: 閉合所述并聯(lián)開關裝置；以及 斷開所述初級開關。
28.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 確定在所述輸出端口處的負載的量； 至少部分地基于所述負載的量和所述輸入電壓，來選擇用于控制所述初級開關的第一占空比；以及 至少部分地基于所述負載的量和所述輸入電壓，來選擇用于控制所述阻斷開關的第二占空比。
29.根據權利要求28所述的方法， 使用效率算法選擇所述第一占空比和所述第二占空比。
30.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 確定在所述輸出端口處負載的量；以及 響應于確定所述負載的量不滿足閾值，而循環(huán)所述并聯(lián)開關裝置。
31.根據權利要求30所述的方法，進一步包括: 響應于確定所述負載的量滿足所述閾值，而保持所述并聯(lián)開關裝置斷開。
32.根據權利要求30所述的方法， 其中，所述閾值對應于與所述電力電路相關聯(lián)的負載的最大量。
33.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 確定與耦合至所述輸出端口的裝置相關聯(lián)的所需電壓，其中基于所述所需電壓來控制所述初級開關和所述并聯(lián)開關裝置，以產生作為在所述輸出端口處的所述輸出電壓的所述所需電壓。
34.根據權利要求33所述的方法，進一步包括: 響應于確定所述所需電壓對應于與所述電力電路相關聯(lián)的最大電壓，而保持所述并聯(lián)開關裝置斷開。
35.根據權利要求33所述的方法，進一步包括: 響應于確定所述所需電壓對應于零電平電壓，而保持所述并聯(lián)開關裝置閉合。
36.根據權利要求24所述的方法，其中所述變壓器是第一變壓器，其中所述初級開關是第一初級開關，其中能量的所述量是能量的第一量，以及其中所述并聯(lián)開關裝置是第一并聯(lián)開關裝置，所述方法進一步包括: 控制串聯(lián)設置在所述輸入端口與第二變壓器的初級側繞組之間的第二初級開關，以在所述第二變壓器處存儲基于所述輸入電壓的第二量的能量；以及 控制與所述第二變壓器的次級繞組并聯(lián)設置的第二并聯(lián)開關裝置，以在所述輸出端口處調節(jié)所述輸出電壓，其中所述輸出端口耦合至所述第二變壓器的次級側繞組并且所述輸出端口耦合至所述第一變壓器的次級側繞組兩者，以及其中所述輸出電壓基于存儲在所述第一變壓器處的能量的第一量以及存儲在所述第二變壓器處的能量的第二量兩者。
37.根據權利要求36所述的方法，其中根據第一占空比控制所述第一初級開關，并且根據第二占空比控制所述第二初級開關，所述第一占空比和所述第二占空比兩者都是至少百分之五十的占空比，以及控制所述第一初級開關和所述第二初級開關兩者以在所述輸出端口處提供恒定的輸出電流。
38.根據權利要求37所述的方法，其中所述輸出端口不包括輸出電容器。
39.根據權利要求36所述的方法，其中根據第一占空比控制所述第一并聯(lián)開關裝置，并且根據第二占空比控制所述第二并聯(lián)開關裝置，其中所述第一占空比和所述第二占空比兩者都是至少百分之五十的占空比，并且控制所述第一并聯(lián)開關裝置和所述第二并聯(lián)開關裝置兩者以在所述輸出端口處提供恒定的輸出電流。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述輸出端口不包括輸出電容器。
41.根據權利要求24所述的方法，其中所述輸出端口是耦合至所述變壓器的次級側繞組的多個輸出端口的第一輸出端口，所述方法進一步包括: 控制所述并聯(lián)開關裝置和多個次級元件，以調節(jié)在所述多個輸出端口中的每一個輸出端口處的相應的輸出電壓； 其中在所述多個輸出端口中的每一個輸出端口處的所述相應輸出電壓基于在所述變壓器處存儲的能量的所述量； 其中所述多個次級元件中的每一個次級元件對應于所述多個輸出端口中的不同輸出端口 ；以及 其中所述多個次級元件中的每一個次級元件串聯(lián)設置在所述變壓器的次級側繞組與所述多個輸出端口中的對應的不同輸出端口之間。
42.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 控制所述初級開關和所述并聯(lián)開關裝置兩者，以減小在所述輸出端口處的所述輸出電壓，其中所述輸出電壓基于存儲在所述變壓器處的能量的所述量的一部分。
43.根據權利要求24所述的方法，進一步包括: 控制所述初級開關和所述并聯(lián)開關裝置兩者，以使得所述電力電路在零電壓頻率操作模式下操作。
44.一種設備，包括: 用于在耦合至變壓器初級側繞組的輸入端口處接收輸入電壓的裝置； 用于控制串聯(lián)設置在所述輸入端口與所述初級側繞組之間的初級開關，以在所述變壓器處存儲基于所述輸入電壓的量的能量的裝置；以及 用于控制與所述變壓器的次級繞組并聯(lián)設置的并聯(lián)開關裝置以調節(jié)在耦合至所述變壓器的次級側繞組的輸出端口處的輸出電壓的裝置，其中所述輸出電壓基于存儲在所述變壓器處的能量的所述量。
45.根據權利要求44所述的設備，進一步包括: 用于控制所述初級開關和所述并聯(lián)開關裝置兩者以減小在所述輸出端口處的所述輸出電壓的裝置，其中所述輸出電壓基于存儲在所述變壓器處的能量的所述量的一部分。
46.根據權利要求44所述的設備，進一步包括: 用于控制所述初級開關和所述并聯(lián)開關裝置兩者以使得所述電力電路在零電壓頻率操作模式下操作的裝置。
【文檔編號】H02M7/217GK104283444SQ201410329467
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2013年7月10日
【發(fā)明者】G·德伯伊, A·桑德斯 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司