改进多电平转换器中的轻负载恢复的制作方法

背景技术：

1、(1)技术领域

2、本发明涉及电子电路，并且更特别地涉及电力转换器电路，包括dc-dc电力转换器电路。

3、(2)背景技术

4、许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，手机、笔记本计算机、超级本计算机、平板装置、lcd和led显示器)需要多个电压电平。例如，射频(rf)发射器功率放大器可能需要相对高的电压(例如，12v或更高)，而逻辑电路系统可能需要低的电压电平(例如，1v至3v)。还有其他电路系统可能需要中间电压电平(例如，5v至10v)。

5、直流电力转换器通常用于从例如电池、太阳能电池、燃料电池和整流ac源的公共电源生成较低或较高的电压。从较高输入电压电源生成较低输出电压电平的电力转换器通常被称为降压转换器，之所以这样称呼是因为输出电压vout小于输入电压vin，并且因此转换器使输入电压“降压”。从较低输入电压电源生成较高输出电压电平的电力转换器通常被称为升压转换器，因为vout大于vin。一些电力转换器可以是降压转换器或者升压转换器，这取决于哪些端子用于输入和输出。一些电力转换器可以提供反相输出。一些被称为多电平转换器的电力转换器使用通常被称为“飞电容器(fly capacitor)”或“泵电容器”的电荷转移电容器。

6、多电平转换器的缺点之一在于：飞电容器cfx仅可以通过使用输出负载电流以将能量移入飞电容器cfx中或从飞电容器cfx移出来改变电压。当负载轻(零或非常低，例如小于典型转换器的最大电流规范的绝对值的约10％)时，即使提供有电荷平衡电路系统，飞电容器cfx也无法使其电压重新平衡或重新调整其电压。有必要平衡飞电容器cfx上的电荷，以便维持其平均电压并避免开关上的应力。这种特性当在多电平转换器的输入vin处存在线路阶跃时尤其是个问题，所述线路阶跃例如在切换电源(例如，从一个电池到另一电池，或者从电池到整流的ac主线路源)时可能发生。如果vin突然改变，则飞电容器cfx无法重新调整它们各自的电压，直至负载电流存在足够长的时间段为止。

7、因此，需要用于改进多电平转换器中的轻负载恢复的电路和方法。本发明解决了该需求。

技术实现思路

1、本发明包括在轻负载条件期间通过在多电平转换器的控制环路中生成引起大的输出电流纹波的纹波信号来解决多电平转换器的轻负载问题的电路和方法。这种增加的电流纹波不会改变平均输出电流，但会产生临时的正电流和负电流，所述临时的正电流和负电流可以用于使多电平转换器的飞电容器平衡并对多电平转换器的飞电容器充电/放电。替选方法是在输出纹波电流接近零或过零时为飞电容器添加额外的开关周期。

2、电路实施方式包括一种多电平转换器，包括：m电平转换器单元，该m电平转换器单元被配置成响应于开关控制输入将施加至输入端子的输入电压转换成输出端子上的输出电压；耦接至m电平转换器单元的控制器，该控制器被配置成监测该m电平转换器单元的输出电压并且动态地生成到该m电平转换器单元的开关控制输入；以及次谐波信号发生器，该次谐波信号发生器耦接至该控制器并且被配置成将次谐波信号选择性地注入到该控制器的信号路径中，以便在该m电平转换器单元的输出端子处感应出次谐波纹波。

3、方法包括改进m电平多电平转换器中的轻负载恢复，该m电平多电平转换器被配置成响应于来自控制器的定义多电平转换器的充电周期和放电周期的输入信号，将施加至输入端子的输入电压转换成输出端子上的输出电压。第一种方法将次谐波信号注入至控制器的信号路径中，以便在m电平多电平转换器的输出端子处感应出次谐波纹波。第二种方法在放电周期之后在零电流交叉点处添加额外的充电周期，并且在充电周期之后在零电流交叉点处添加额外的放电周期。

4、本发明的一个或更多个实施方式的细节在以下附图和描述中进行阐述。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点应当变得明显。

技术特征：

1.一种多电平转换器，包括：

2.根据权利要求1所述的发明，其中，所述次谐波信号在所述m电平转换器单元的输出端子处感应出次谐波纹波。

3.根据权利要求1所述的发明，其中，所述m电平转换器单元包括至少一个飞电容器，并且所述次谐波信号在所述m电平转换器单元的输出端子处感应出次谐波纹波，以促进在所述至少一个飞电容器两端的电荷的平衡。

4.根据权利要求1所述的发明，其中，所述控制器包括比较装置，所述比较装置具有耦接至所述m电平转换器单元的输出端子的输入，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述输出端子与所述比较装置之间的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

5.根据权利要求1所述的发明，其中，所述控制器包括具有参考信号输入的比较装置，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述参考信号输入处选择性地注入所述次谐波信号。

6.根据权利要求1所述的发明，其中，所述控制器包括补偿电路，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述补偿电路之后的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

7.根据权利要求1所述的发明，其中，所述控制器包括补偿电路，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述补偿电路之前的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

8.根据权利要求1所述的发明，其中，所述控制器包括脉宽调制发生器，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述脉宽调制发生器之后的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

9.根据权利要求1所述的发明，其中，所述次谐波信号发生器被配置成当通过所述输出端子的平均电流近似为零安培时注入所述次谐波信号。

10.根据权利要求1所述的发明，其中，所述次谐波信号发生器被配置成当在所述输出端子上存在轻负载时注入所述次谐波信号。

11.一种多电平转换器，包括：

12.根据权利要求11所述的发明，其中，所述控制器包括比较装置，所述比较装置具有耦接至所述电感器的输入，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述电感器与所述比较装置之间的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

13.根据权利要求11所述的发明，其中，所述控制器包括具有参考电压输入的比较装置，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述参考电压输入处选择性地注入所述次谐波信号。

14.根据权利要求11所述的发明，其中，所述控制器包括补偿电路，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述补偿电路之后的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

15.根据权利要求11所述的发明，其中，所述控制器包括补偿电路，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述补偿电路之前的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

16.根据权利要求11所述的发明，其中，所述控制器包括脉宽调制发生器，并且其中，所述次谐波信号发生器被配置成在所述脉宽调制发生器之后的信号路径中选择性地注入所述次谐波信号。

17.根据权利要求11所述的发明，其中，所述次谐波信号发生器被配置成当通过所述电感器的平均电流近似为零安培时注入所述次谐波信号。

18.根据权利要求11所述的发明，其中，所述次谐波信号发生器被配置成当在所述输出端子上存在轻负载时注入所述次谐波信号。

19.根据权利要求11所述的发明，其中，所述次谐波信号发生器被配置成根据通过所述电感器的平均电流的绝对值注入经缩放的次谐波信号。

20.根据权利要求11所述的发明，其中，所述一组开关具有开关频率，并且所述次谐波信号的频率约为所述一组开关的开关频率的一半。

技术总结
在轻负载条件期间通过在多电平转换器的控制环路中生成引起大的输出电流纹波的纹波信号来解决多电平转换器的轻负载问题的电路和方法。这种增加的电流纹波不会改变平均输出电流，但会产生临时的正电流和负电流，所述临时的正电流和负电流可以用于使多电平转换器的飞电容器平衡并对多电平转换器的飞电容器充电/放电。替选方法是在输出纹波电流过零时为飞电容器添加额外的开关周期。

技术研发人员：格雷戈里·什琴斯钦斯基
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11