[发明专利]基于变压器的电源转换器的滞环控制

说明书

技术领域

本申请涉及电源转换，并且更具体地涉及针对电源转换器的滞环控制机构。

背景技术

复杂的电子系统通常包含在印制电路板(PCB)或其他模块上的一些子组件，这些子组件通常位于并且互连在经由背板(back plane)连接的机柜(rack)中或经由线路连接的外壳中。由于集成的电路的核心电压已经连续降到低于3.3伏特到2伏特并且甚至更低，对于这些子组件的电源分布通常使用其中每个子组件使用中间系统电源作为输入创建自己特定的电源的架构。这通常被称为分布式电源架构(DPA)，并且当与传统组件的集中式电源架构(CPA)相比时，其为获得到各种子组件的调节电源的更有效的架构。

在用于DPA的传统方法中，初级系统电源将接收输入电压并将其减小至一个或更多个中间系统电压，以被运送到每个PCB子组件。每个PCB子组件通常包括DC-DC转换器，其针对子组件PCB将系统供电电压转换为一个(或更多个)调整好的供电电压。随着电源调节的增加，DC-DC转换器通常被称为开关调整器(SR)或负载点(PoL)转换器。电气隔离或由初级系统电源提供或由各个开关调整器提供。开关调整器是常用多功能元件，其允许各种子组件部件接收所需的电源电压，而不需要增加特定的电压和到系统电源架构的总线。在高电流的情况下，低电压PoL转换器，诸如在30A、1V额定的转换器，PoL转换器明显降低了线路的损耗和成本，这些损耗和成本在通过允许电源作为高电压、低电流，如3A、12V分配而分配30A的电流给各种子组件时会需要。这种方法允许电源以比其它情况所需的更小尺寸、更低成本和更轻重量线路或总线进行分配，。

图1描述了一种分布式电源构架。DPA 100具有输入电压101，其馈送系统电源103。系统电源连接到电源总线105，其(在这个示例中)在系统内分配电压诸如24V和12V。位于子组件PCB(未显示)上的DC-DC开关调整器107a，107b…107n连接到系统电源总线105，并可以使用一个或两个系统电源。说明板上(onboard)开关调整器的多功能性，调整器107a具有10V和3.3V的输出；调整器107b具有1.0V和1.5V的输出；并且调整器107n具有8V的单一输出。在消费和商业电子应用中，输入电压101可以是100Vac到240Vac。在电信应用中，诸如系统从标准电池电压运行的地方，输入电压可在36Vdc至72Vdc之间，在传统系统中48V DC输入是典型的输入电压。

在提高两级DPA的效率方面已经取得了进展，其包括允许中间电压为半未调节的电压，并以开环方式运行。在美国专利号7187562，标题为“两级电源转换电路”，作者为Stojcic等人(U.S.Pat.No.7,187,562,titled“Two Stage Power Conversion Circuit”to Stojcic et.Al.)(“’562专利”)中公开了这种方法。如在’562专利中所解释，允许分布式电源构架中的半未调节的中间电压降低第一级的复杂性，并且不会对子组件上的各个开关调整器产生不利影响，因为每个子组件被配置为调节输出电压。对于第二级开关调整器，多相降压转换器已经成为负载点(PoL)转换器的常用转换器构架，其中需要高电流和低电压，诸如40A处1V。

图2是具有同步整流器、电流倍增器输出级和控制器的两相降压转换器200的简单示意图。图2说明一种降压转换器200，该降压转换器200是使用晶体管开关Q1、Q2作为高侧驱动器和使用晶体管开关Q3和Q4作为同步整流器的整流器。输出电压VOUT通过两个电感器L3和L4耦合到开关节点，电感器L3和L4用于将输出电流加倍，同时将电压减半(与具有单电感器和单相的降压转换器相比)。开关控制器201在反馈回路中接收输出电压信息，该反馈回路允许控制器201同步开关Q1、Q2，并使用Q3、Q4作为同步整流器并调节输出电压或电流。

调整模式分为两种基本类型，该基本类型为：脉宽调制(PWM)和滞环。PWM型包括电压模式控制(VMC)和电流模式控制(CMC)控制器。来自不同的制造商的各种现成的集成电路实施这些传统的转换器控制模式。例如，VMC由从微半导体公司(Microsemi.)商业可获得的SG3524“脉冲宽度IC”实施。CMC由Unitrode制造的UC3843电流模式PWM控制器(现在可从德克萨斯仪器股份有限公司(Texas Instruments Incorporated)获得)实施。滞环控制由可从德克萨斯仪器股份有限公司获得的TPS53632集成电路实施。