[发明专利]开关电压转换器的自适应控制

说明书

本公开的实施例涉及开关电压转换器的自适应控制。一种电源系统，包括：开关电容转换器、控制器、监测器。经由控制信号的生成，控制器控制开关电容转换器中开关的设置，将接收到的输入电压转换为输出电压，该输出电压为负载供电。在电源系统中的监测器至少偶尔地确定与开关电容转换器相关联的阻抗。所确定的阻抗的大小提供了开关电容转换器是否正在有效地操作的指示。为了确保开关电容转换器的有效操作，基于来自监测器的输入，控制器根据所确定的阻抗调整控制开关电容转换器中的开关的控制信号。

技术领域

本公开的实施例一般地涉及开关电压转换器。

背景技术

顾名思义，传统开关电容DC-DC转换器将接收到的输入电压转换成输出电压。

在一个传统应用中，传统开关电容转换器的输入电压落在40VDC到60VDC之间的范围中。在这种情况下，开关电容转换器中的开关被控制，以在还在开关电容转换器中的电容之间转移电荷，对于4：1开关电容转换器，导致输入电压(诸如48VDC)到输出电压(诸如12VDC)的转换。

为避免开关电容转换器中所谓的硬开关，开关电容转换器中的开关优选地在非零电压穿过它们或非零电流流过它们时被切换。

通过在开关电容转换器的每个级中放置与电容串联的电感，传统开关电容转换器中的不期望的硬开关可以被减轻。这导致谐振(或半谐振)开关转换器。这样的开关电容转换器有时被称为开关储能转换器(switched tank converter，STC)。通过电感和电容的串联连接而形成的谐振储能电路具有相关联的谐振频率，该谐振频率基于这些组件的电感和电容。传统开关电容转换器中的开关在相应的谐振频率下的切换导致所谓的零电流开关(ZCS)，其减少了开关损耗并提供了良好的功率转换效率。

发明内容

本公开包括相应的传统开关电容转换器中的电子组件(电容、电感、电阻，等)会随时间退化的观察。例如，由于组件的劣化，电容的电容量、电感器的电感值、电阻的电阻值可能会随时间改变。

因此，即使开关电容转换器的相应的开关频率在初始操作时被适当地设置，由于电容的改变、电感的改变、热环境等的改变等，开关电容转换器的谐振频率可能发生改变。在这种情况下，开关电容转换器不再有效地操作，以将输入电压转换为相应的输出电压。

本文中的实施例包括提供开关电容转换器的改进的性能和对应的输出电压的有效生成的新颖方式。

例如，根据一个实施例，电源系统包括：开关电容转换器、控制器以及监测器。电源组件，诸如开关电容转换器、监测器、控制器等，可以被实现为硬件(诸如电路)、软件或两者的结合。

经由控制信号的生成，控制器控制开关电容转换器的开关的设置以将接收到的输入电压转换为输出电压，该输出电压为负载供电。电源系统中的监测器，至少偶尔地确定(诸如预测、识别、计算等)与开关电容转换器相关联的阻抗。在一个实施例中，所确定阻抗的大小提供了开关电容转换器是否正在有效地操作的指示。为了确保开关电容转换器的有效操作，控制器根据所确定的阻抗调整控制信号。

根据另一实施例，为了促使开关电容转换器以期望的最佳效率进行操作，控制器控制控制信号的一个或多个参数设置，该控制信号控制开关电容转换器。例如，在一个实施例中，控制器根据所确定的阻抗，设置(修改)控制信号的频率，该控制信号被用于控制开关电容转换器中相应的开关。通过控制器生成的经调整的控制信号的最终频率对应于开关电容转换器的基本上最小的阻抗设置。换句话说，最终控制信号(包括任何调整)在基本上最小的阻抗处操作开关电容转换器。