[发明专利]半谐振电压转换器中的电流感测和过零检测

说明书

技术领域

本申请涉及半谐振电压转换器和谐振电压转换器，并且具体地涉及用于估计流过这种转换器的同步整流开关的电流的技术，以便检测该电流何时过零。

背景技术

谐振DC-DC电压转换器和半谐振DC-DC电压转换器(包括隔离拓扑和非隔离拓扑)用于多种应用(包括电信、消费者电子设备、计算机电源等)。这种转换器的使用越来越受欢迎，这是因为它们的零电压开关特点和/或零电流开关特点，以及它们利用电子电路固有的寄生电学特性的能力。与其他类型的转换器相比较，这种转换器提供了包括较低成本和更高效率在内的优点。

许多谐振电压转换器和半谐振电压转换器包括由高侧功率开关和低侧功率开关组成的功率级。此外，这样的转换器包括另一低侧功率开关，本文中被称为同步整流(SR)开关，当SR开关被启用(导通)时，采用正弦波的上半周期形状的电流流过该开关。为了实现最佳效率，当其两端的电压为零(零电压开关)时，功率级中的高侧开关应当被开关，而当通过它的电流为零(零电流开关)时，SR开关应当被开关。为了满足可以随时间变化的负载要求，通常控制这种电压转换器以使用可变开关频率来开关功率开关。因此，电源开关的开关周期不能固定。附加地，导致半周期正弦形状电流的电路谐振是由可以根据环境因素(例如，温度)而变化的电抗引起的。因而，用于通过SR开关实现零电流开关的最实际的手段是逐周期地估计流过它的电流，使得每个周期内电流过零时的时刻可以被精确地检测到，并且SR开关可以在这种时刻被禁用。

为了检测该电流过零时的时刻，用于估计SR开关电流的现有技术是基于测量SR开关两端的电压并且使用开关的漏极-源极电阻(R_dson)以导出估计的SR电流。这种技术具有以下缺点：漏极-源极电阻R_dson具有导致电流估计不准确的温度依赖性，可能需要额外的电路来阻止共模电压，并且SR开关中的噪声和体二极管导通可能导致准确性差。这些电流估计不准确的净影响是SR开关电流过零时的时刻不能被准确地检测到，其又当仍然存在流过SR开关的不可忽略的量的电流时，导致SR开关被关断。

因而，需要用于估计流过电压转换器中的SR开关的电流的改进技术，使得可以准确地检测过零点，并且可以在接近最佳时间处关断SR开关。这些技术应该提供准确的电流估计，并且应该需要最少的附加电路。此外，应当提供用于感测电压转换器除了SR开关本身以外的部分中的电流的技术，以便允许在不同应用中灵活实现电压转换器，同时还提供SR电流的准确过零检测。

发明内容

根据开关电压转换器的实施例，电压转换器包括功率级、无源电路、同步整流(SR)开关、电流估计器和控制器。功率级耦合至输入电源并且进一步耦合至无源电路。无源电路连接至输出节点，以向电压转换器的负载供电，并且无源电路通常包括谐振回路和互感器/抽头电感器。无源电路经由SR开关可切换地连接至接地，当SR开关导通时，具有半周期正弦形状的SR电流流过该SR开关。电流估计器可操作以使用通过SR开关的感测到的(测量的)电流来估计SR电流，其中使用分流电阻器或电流镜来感测SR电流。然后该SR电流估计被提供给控制器，该控制器可操作以基于估计来控制SR开关，使得SR开关响应于检测到SR电流估计达到过零状况而被关断。

根据开关电压转换器的另一实施例，电压转换器包括功率级、无源电路、同步整流(SR)开关、感测电路、电流估计器和控制器。功率级耦合至输入电源并且进一步耦合至无源电路。无源电路连接至输出节点，并且向该节点提供输出电流，以向功率转换器的负载供电。无源电路通常包括互感器/抽头电感器、以及谐振回路。无源电路经由SR开关可切换地连接至接地，当SR开关导通时，具有半周期正弦形状的SR电流流过该开关。感测电路可操作以感测(测量)电压转换器的输出电流并且将该感测到的电流提供给电流估计器，该电流估计器可操作以基于感测到的输出电流来生成SR电流的估计。然后，该SR电流估计被提供给控制器，该控制器可操作以基于估计来控制SR开关，使得SR开关响应于检测到SR电流估计达到过零状况而被关断。