电感耦合多级功率转换器的制作方法

背景技术：

1、数据中心向许多公司提供服务并且消耗大约全球耗电量的2-3％。因此，数据中心运营商不断寻求提高从ac到负载点的功率转换效率或提高现有数据中心cpu/gpu/asic等的计算能力。机器学习和人工智能(并且特别是训练系统)的实现方式需要非常强大的gpu或定制设计的asic来满足最高的计算能力要求。

2、数据中心设备通常以48vdc输入电压或替代地以40vdc到60vdc输入电压操作，而不是以常用的12vdc总线操作，因为更高的dc电压提供若干优点，例如更低的在机架(rack)内和主板上的配电损耗。存在多种常规方法来提供每机架更高的功率和每电路板更高的功率，例如基于将相应输入电压转换成一个或多个输出电压。

3、一种常规的功率转换器是所谓的跨电感器电压调整器(tlvr)。一般来说，所谓的tlvr可以包括多个功率转换器相位，每个相位包括多绕组变压器。每个功率转换器相位的第一绕组(例如降压(buck)转换器配置)串联连接，以在多个相位之间提供耦合。每个相位的第二绕组对生成为负载供电的相应输出电压做出贡献。

技术实现思路

1、清洁能量(或绿色科技)的实现方式对减少人类对环境的影响非常重要。一般来说，清洁能量包括用以减少能量消耗对环境的总体毒性的任何不断发展的方法和材料。

2、本公开包括以下观点：诸如从绿色能量源或非绿色能量源接收的原始能量通常需要在其用于向诸如服务器、电脑、移动通信设备、无线基站等终端装置供电之前转换成适当的形式(例如期望的ac电压、dc电压等)。不论能量是否从绿色能量源或非绿色能量源接收，都期望最有效地利用由该系统提供的原始能量来减少我们对环境的影响。本公开有助于经由更有效的能量转换来减少我们的碳足迹并且更好地利用能量。

3、见于上述对提供更有效的功率转换的需求，本公开包括提供可操作以产生对应输出电压的电压转换器的改进性能的新颖方式。

4、更具体地，根据一个实施例，一种装置(例如电源)包括一个或多个第一功率转换器级、第二功率转换器级和电路路径。第一功率转换器级包括用于将输入电压转换成中间电压的第一变压器绕组。第二功率转换器级包括第二变压器绕组并且接收中间电压。经由接收的中间电压，第二功率转换器级产生输出电压来为负载供电。电路路径提供第一功率转换器级中的第一变压器绕组到第二功率转换器级中的第二变压器绕组的耦合。

5、第一变压器绕组可以是被设置在第一功率转换器级中的第一变压器的次级绕组。第一变压器的对应初级绕组(磁耦合到第一变压器的次级绕组)可操作以生成中间电压。第二变压器绕组可以是被设置在第二功率转换器级中的第二变压器的次级绕组。第二变压器的初级绕组(磁耦合到第二变压器的次级绕组)可操作以生成输出电压。

6、电路路径可以将第一变压器绕组与第二变压器绕组串联连接。电路路径可以在第一功率转换器级和第二功率转换器级之间提供跨电感电压调节。

7、如上文所讨论的电路路径可以将第一电流从第二功率转换器级中的第二绕组传输到第一功率转换器级中的第一绕组。第一电流的幅度可以根据由输出电压提供到负载的输出电流的幅度的变化而变化，电路路径所传输的第一电流的幅度可以至少部分地控制由第一功率转换器级生成中间电压。

8、还应当注意，第二功率转换器级可以包括并联连接以接收中间电压并且将中间电压转换成输出电压的第一子级和第二子级。第二子级可以包括第二绕组。在本文中进一步讨论的装置可以包括控制器，控制器可操作以调整由第一子级提供的第一功率(例如电流)和由第二子级提供的第二功率的分配，以根据由输出电压提供的输出电流的幅度的变化来产生输出电压，从而为负载供电。换言之，如本文中进一步所讨论的，在暂态条件期间，控制器可以被配置为操作第二子级来向负载提供附加的电流。相反地，在负载消耗的电流相对恒定的稳态条件期间，控制器可以被配置为操作第一子级来提供大部分(如果不是全部)的输出电流以为负载供电。

9、由第一功率转换器级接收的输入电压可以是第一输入电压；第二功率转换器级可以包括可操作以接收中间电压并且将中间电压转换成输出电压的第一子级。第二功率转换器级还可以包括可操作以接收第二输入电压并且将第二输入电压转换成输出电压的第二子级(例如包括第二变压器绕组)，第二输入电压可以独立于第一输入电压。第二输入电压的幅度可以大于第一输入电压的幅度。

10、如本文所讨论的装置还可以包括被设置在第一功率转换器级中的第三变压器绕组。第三变压器绕组可以电耦合到第一绕组。第三变压器绕组可以为经由第三变压器绕组所提供的第一电流来产生中间电压做出贡献。装置还可以包括被设置在第二功率转换器级中的第四变压器绕组。第四变压器绕组可以电耦合到第二变压器绕组；第四变压器绕组可以被配置为经由第四变压器绕组所提供的第二电流来产生输出电压。

11、如本文所讨论的装置可以包括任何数目的变压器绕组，例如第一变压器绕组、第二变压器绕组、第三变压器绕组和第四变压器绕组。第三变压器绕组可以被设置为与第一变压器绕组串联。第四变压器绕组可以被设置为与第二变压器绕组串联。在这种情况中，电路路径提供第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组的串联连接。应当注意，不同的变压器绕组中的每个变压器绕组可以与相应不同的功率转换器相位相关联。

12、在其他示例中，装置包括被设置为经由电路路径与第一绕组和第二绕组串联的电感器组件。电感器组件可以控制产生输出电压的第二功率转换器级的暂态响应。

13、电路路径可以被配置为创建包括电感器组件、第一绕组和第二绕组的串联电路环。如果期望，串联电路环的一个或多个节点可以耦合到接地参考电压。

14、根据如本文所讨论的另一个示例，如果隔离需要或期望，第一功率转换器级可以与设置在电耦合到第二级次级侧处的电感器(例如变压器绕组)相隔离。电耦合在第一级与第二级之间的绕组(例如电感器)可以以公共gnd为参考。

15、第二功率转换器级可以包括第一子级和第二子级，第一子级和第二子级中的每个子级连接到第二功率转换器级的公共输出节点来产生输出电压。第一功率转换器级可以是非调节或调节电压转换器级；第二功率转换器级的第一子级可以是非调节功率转换器级。如本文所讨论的，具有dr-hsc(调节转换器)和rhsc(另一个调节转换器)的功率转换器。第一功率转换器可以是任何基于调节拓扑电感器的。第二功率转换器级的第二子级可以是电压调节的功率转换器级，该电压调节的功率转换器级提供对生成输出电压的调节。第二子级可以可操作以响应于检测到暂态负载条件，增加从第二子级输出的第一电流来产生输出电压，增加的第一电流引起通过第二绕组、电流路径和第一绕组的串联组合的第二电流的增加的流动(flow)。通过串联组合的第二电流的增加的流动可以可操作以将由中间电压提供的第三电流从第一功率转换器级增加到第二功率转换器级。增加的电流引起第二功率转换器级的第一子级向负载提供更多的输出电流。

16、本文中的其他示例包括方法，方法包括：经由包括第一变压器绕组的第一功率转换器级，将输入电压转换成中间电压；经由包括第二变压器绕组的第二功率转换器级：i)接收中间电压；以及ii)产生经由第二功率转换器的输出电压；以及经由耦合第一绕组和第二绕组的电路路径，控制由第一功率转换器级生成中间电压。

17、如前文所讨论，第二功率转换器级可以包括连接到公共输出节点的第一子级和第二子级，输出电压从公共输出节点输出，第二子级包括第二绕组。方法还可以包括：经由第二功率转换器级的第一子级，向输出节点提供稳态功率输出以生成输出电压；以及经由第二功率转换器级的第二子级，在与负载相关联的暂态电流消耗条件期间向输出节点提供暂态功率输出以生成输出电压。

18、在又进一步的示例中，方法还包括：检测由输出电压提供的输出电流的幅度的变化以为负载供电；以及响应于该变化，调整由第一子级提供的第一功率和由第二子级提供的第二功率的分配来产生输出电压。

19、这些和其他更具体的实施例将在下文中详细地公开。

20、除潜在地实现为如本文所描述的模拟控制器和对应模拟电路装置/组件外，注意，本文所讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、装置、硬件等，其执行和/或支持本文所公开的任何或所有方法操作。换言之，一个或多个计算机化设备或处理器可以编程和/或配置成如本文所解释的那样操作以执行如本文所述的不同实施例。

21、本文的其它实施例包括软件程序，从而执行上面所概述的和下面所详细公开的步骤和/或操作。一个这样的实施例包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括其上编码有用于后续执行的软件指令的非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)。当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时，指令编程和/或使处理器(硬件)执行本文公开的操作。这样的布置通常提供为软件、代码、指令、固件和/或其他数据(例如，数据结构)，其布置或编码在诸如光学介质(例如，cd-rom)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等的非暂态计算机可读存储介质上，或诸如一个或多个rom、ram、prom等的其他介质上，或提供为专用集成电路(asic)等。软件或固件或其他这样的配置可以安装到计算机化设备上，以使得计算机化设备执行本文所解释的技术。

22、因此，本文的实施例涉及支持本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。

23、一个实施例包括计算机可读存储介质和/或系统，计算机可读存储介质和/或系统具有存储在其上的指令以便于生成用于为负载供电的输出电压。当计算机处理器硬件执行时，该指令使得计算机处理器硬件：控制包括第一变压器绕组的第一功率转换器级的操作，第一功率转换器级将输入电压转换成中间电压；控制包括第二变压器绕组的第二功率转换器级的操作，其中第二功率转换器级用于：i)接收中间电压，以及ii)产生经由第二功率转换器的输出电压；以及其中耦合第一绕组和第二绕组的电路路径控制通过第一功率转换器级的中间电压的生成。

24、为清楚起见，增加了上述步骤的顺序。注意，本文讨论的任何处理步骤可以以任何合适的顺序执行。

25、本公开的其它实施例包括软件程序和/或相应硬件，以执行上面概述的和下面详细公开的任何方法实施例步骤和操作。

26、应当理解，如本文所讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地实现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合，或者诸如在处理器(硬件或软件)内或在操作系统内或在软件应用内的单独硬件。

27、还要注意，尽管本文所讨论的实施例适用于控制可操作以生成输出电压的电源中的开关，但是本文所公开的概念可以有利地应用于任何其他合适的电压转换器拓扑。

28、另外，应注意，尽管本文中的不同的特征、技术、配置等中的每一者可在本公开的不同地方论述，但在适当之处希望每个概念可视情况彼此独立地或彼此组合地执行。因此，在本文描述的一个或多个本发明可以以许多不同的方式实施和查看。

29、此外，应注意，本文中实施例的此初步论述(
技术实现要素：
)并非有意指定本公开或所请求保护的(一个或多个)发明的每个实施例和/或递增新颖的方面。相反，此简要描述仅呈现一般实施例和相对于常规技术的对应新颖点。对于本发明的附加细节和/或可能的透视图(排列)，读者可以参考下面进一步讨论的本公开的详细描述部分(具体实施方式)和相应附图。