用于功率轉換器控制的德爾塔西格瑪調制制造技術

描述了一種反激式轉換器，其在一些示例中包括集成電路，集成電路包括德爾塔西格瑪轉換器和級聯的積分器梳狀濾波器，級聯的積分器梳狀濾波器被配置成確定與轉換器的次級側繞組上的次級側電壓相關聯的比例因子、積分因子和微分因子。集成電路使用每個因子控制次級切換元件執行同步整流。在一些示例中，反激式轉換器包括在變壓器的初級側的輔助繞組以及拐點電壓檢測單元。拐點電壓檢測單元被配置成基于指示輔助繞組處的電壓的模擬輸入來確定積分值并且基于積分值來檢測與輔助繞組處的電壓相關聯的拐點電壓。控制器可以使用所檢測到的拐點來控制初級側開關。

Delta sigma modulation for power converter control

Describes a flyback converter, which comprises an integrated circuit in some examples, the integrator comb filter integrated circuit including delta sigma converters and cascade integrator comb filter, cascaded is configured to determine the associated secondary side winding and the secondary side voltage converter on the proportional factor, integral factor and differential factor. The integrated circuit uses each factor to control the secondary switching element to perform synchronous rectification. In some examples, the flyback converter includes an auxiliary winding at the primary side of the transformer and an inflection point voltage detection unit. The inflection point voltage detecting unit is configured to determine an integral value based on an analog input indicating the voltage at the auxiliary winding, and to detect the inflection voltage associated with the voltage at the auxiliary winding based on the integral value. The controller can control the primary side switch with the detected inflection point.

【技術實現步驟摘要】
用于功率轉換器控制的德爾塔西格瑪調制
技術介紹
關于增加開關模式功率轉換器的耐久性和/或效率，存在各種挑戰。并非必須使用更加穩健的材料和部件，開關模式功率轉換器可以通過其開關的更加精確的控制來改善性能。開關模式功率轉換器的控制器可以通過獲取與功率轉換器的部件的操作狀態或條件有關的更加準確的信息來更加精確地控制其開關。例如，一些控制器依賴于系統的不同部分處的電壓和電流電平的非常準確的模擬測量來確定是否改變開關的操作狀態。一些開關模式功率轉換器包括在功率源與負載之間提供電流隔離層的變壓器。這樣的功率轉換器的控制器還可以通過獲取與電流隔離層兩側的部件的操作狀態或條件有關的信息來改善其開關的控制。比如，控制器可以通過接收與位于變壓器的次級側的元件的操作狀態或條件有關的信息來更好地控制位于變壓器的初級側的元件。
技術實現思路
通常，描述以下電路和技術，其用于使得功率轉換器能夠使用德爾塔西格瑪(delta-sigma)調制技術用于遍及系統在內部中繼信息。通過使用德爾塔西格瑪調制技術，控制器可以能夠更快地獲得與功率轉換器的各種部件的操作狀態或條件有關的非常準確的信息，從而使得控制器能夠更加精確地控制系統的不同部分。在一個示例中，本公開涉及一種方法，其包括：由集成電路接收一個或多個模擬輸入，該一個或多個模擬輸入指示反激式功率轉換器的變壓器的次級側繞組上的次級側電壓；集成電路的德爾塔西格瑪轉換器將一個或多個模擬輸入轉換成指示次級側電壓的數字比特流；由集成電路的級聯的積分器梳狀濾波器確定與數字比特流相關聯的比例因子、與數字比特流相關聯的積分因子、以及與數字比特流相關聯的微分因子；以及由集成電路基于比例因子、積分因子和微分因子來控制被耦合至反激式功率轉換器的次級側繞組的同步整流切換元件。在另一示例中，本公開涉及一種反激式轉換器，其包括：具有初級側繞組和次級側繞組的變壓器；被配置成將初級側繞組耦合至電壓源以及從電壓源解耦合初級側繞組的初級切換元件；耦合至次級側繞組并且被配置成在初級側繞組被從電壓源解耦合時執行同步整流的次級切換元件；以及用于控制次級切換元件執行同步整流的集成電路，其中集成電路包括：被配置成接收指示次級側繞組上的次級側電壓的一個或多個模擬輸入并且將一個或多個模擬輸入轉換成指示次級側電壓的數字比特流的德爾塔西格瑪調制器；以及被配置成確定與數字比特流相關聯的比例因子、與數字比特流相關聯的積分因子、以及與數字比特流相關聯的微分因子的級聯的積分器梳狀濾波器，其中集成電路被配置成基于比例因子、積分因子和微分因子來控制次級切換元件。在另一示例中，本公開涉及一種方法，其包括：在初始地接通反激式轉換器的初級切換元件以對變壓器充電之后，反激式轉換器的初級側控制器接收模擬輸入，該模擬輸入指示變壓器的初級側輔助繞組處的電壓；由初級側控制器基于模擬輸入確定初級側輔助繞組處的電壓的積分；在斷開初級切換元件之后，由初級側控制器基于積分來檢測與初級側輔助繞組處的電壓相關聯的拐點電壓；以及響應于檢測到拐點電壓，由初級側控制器隨后接通初級切換元件以對變壓器充電。在另一示例中，本公開涉及一種反激式轉換器，其包括：具有初級側繞組、初級側輔助繞組和次級側繞組的變壓器；被配置成將所述初級側繞組耦合至電壓源以及從電壓源解耦合所述初級側繞組的初級切換元件；拐點電壓檢測單元；以及控制器，拐點電壓檢測單元被配置成：基于指示初級側輔助繞組處的電壓的模擬輸入來確定初級側輔助繞組處的電壓的積分；以及基于積分來檢測與初級側輔助繞組處的電壓相關聯的拐點電壓，控制器被配置成：在初始地接通初級切換元件以將初級側繞組耦合至電壓源以對變壓器充電之后，斷開初級切換元件；以及響應于拐點電壓檢測單元檢測到與初級側輔助繞組處的電壓相關聯的拐點電壓，隨后接通初級切換元件以將初級側繞組耦合至電壓源以對變壓器充電。下面在附圖和描述中給出一個或多個示例的細節。本公開的其他特征、目的和優點根據描述和附圖并且根據權利要求將很清楚。附圖說明圖1是圖示根據本公開的一個或多個方面的用于轉換來自功率源的功率的示例系統的框圖；圖2是圖示根據本公開的一個或多個方面的圖1所示的示例系統的示例功率轉換器的框圖，其被配置成執行同步整流；圖3是圖示根據本公開的一個或多個方面的圖2所示的示例功率轉換器的各種電氣特性的時序圖；圖4A-4C是圖示圖2的示例功率轉換器的示例同步整流積分電路的各種部件的詳細視圖的概念圖；圖5是圖示根據本公開的一個或多個方面的由圖2的示例功率轉換器執行的示例操作的流程圖；圖6是圖示根據本公開的一個或多個方面的圖1所示的示例系統的示例功率轉換器的電路圖，其被配置成執行反激式控制；圖7是圖示根據本公開的一個或多個方面的圖6所示的示例功率轉換器的各種電氣特性的時序圖；圖8是圖示圖6的示例功率轉換器的示例控制單元的示例拐點電壓檢測單元的概念圖；圖9是圖示根據本公開的技術的使用圖8的示例拐點電壓檢測單元的圖6的示例控制單元的示例操作的流程圖；圖10是圖示圖6的示例功率轉換器的示例控制單元的附加示例拐點電壓檢測單元的概念圖；以及圖11是圖示根據本公開的技術的使用圖10的示例拐點電壓檢測單元的圖6的示例控制單元的示例操作的流程圖。具體實施方式德爾塔西格瑪調制是一種在數字信號處理(DSP)中用于將模擬信號編碼成高分辨率數字信號的技術，高分辨率數字信號然后可以被傳送、解碼和轉換回模擬形式。例如，在傳統的模數轉換器(ADC)中，ADC對模擬信號積分或者以特定采樣頻率采樣，并且然后將采樣得到的模擬信號量化成數字形式。德爾塔西格瑪調制執行兩個步驟以減小ADC過程中的誤差噪聲。首先，德爾塔西格瑪調制器計算模擬信號的當前樣本與模擬信號的先前樣本之間的增量(例如差異)。然后，德爾塔西格瑪調制器對增量求積分并且以過采樣頻率將積分后的增量數字化成數字比特流(例如使用比較器的1比特)，過采樣頻率通常遠高于最高數字頻率。接著，德爾塔西格瑪調制器將數字比特流轉換回模擬信號以便從模擬輸入信號中減去該模擬信號。在一些示例中，可以擴展德爾塔西格瑪調制過程以覆蓋多個迭代(更高階的德爾塔西格瑪轉換器)或比特(例如使用四個比較器將增加轉換成兩個比特并且采用兩比特DAC)。德爾塔西格瑪ADC可以將數字濾波器應用于德爾塔西格瑪調制器的數字輸出以產生更高分辨率但是更低采樣頻率的數字比特流作為其輸出。德爾塔西格瑪調制的原理也可以應用于將高頻數字比特流轉換回模擬信號。通常，描述以下電路和技術：其用于使得功率轉換器系統能夠使用德爾塔西格瑪調制技術用于得到與功率轉換器系統的一個或多個部件的操作狀態或條件有關的信息。通過使用德爾塔西格瑪調制，可以使用數字部件來代替系統的模擬部分以使得系統能夠以更高的準確性并且以更高的分辨率更加快速地獲得與功率轉換器系統的操作狀態或條件有關的信息，從而使得控制器能夠更加精確地控制系統。使用數字操作代替模擬部件還可以減小系統的大小(例如通過使用較小的硅襯底)，并且可以產生更加穩健和靈活的實現方式，該實現方式可以通過改變或修改數字邏輯和控件而非斷開模擬部件以及使用不同的模擬部件代替模擬部件來被改變或修改。圖1是圖示根據本公開的一個或多個方面的用于轉換來自功率源2的功率的系統1的框圖。圖1將系統1示出為具有三個單獨的并且不同的部件，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方法，包括：由集成電路接收一個或多個模擬輸入，所述一個或多個模擬輸入指示反激式功率轉換器的變壓器的次級側繞組上的次級側電壓；由所述集成電路的德爾塔西格瑪轉換器將所述一個或多個模擬輸入轉換成指示所述次級側電壓的數字比特流；由所述集成電路的級聯的積分器梳狀濾波器確定與所述數字比特流相關聯的比例因子、與所述數字比特流相關聯的積分因子以及與所述數字比特流相關聯的微分因子；以及由所述集成電路基于所述比例因子、所述積分因子和所述微分因子來控制被耦合至所述反激式功率轉換器的所述次級側繞組的同步整流切換元件。

【技術特征摘要】
2015.10.23 US 14/921,2481.一種方法，包括：由集成電路接收一個或多個模擬輸入，所述一個或多個模擬輸入指示反激式功率轉換器的變壓器的次級側繞組上的次級側電壓；由所述集成電路的德爾塔西格瑪轉換器將所述一個或多個模擬輸入轉換成指示所述次級側電壓的數字比特流；由所述集成電路的級聯的積分器梳狀濾波器確定與所述數字比特流相關聯的比例因子、與所述數字比特流相關聯的積分因子以及與所述數字比特流相關聯的微分因子；以及由所述集成電路基于所述比例因子、所述積分因子和所述微分因子來控制被耦合至所述反激式功率轉換器的所述次級側繞組的同步整流切換元件。2.根據權利要求1所述的方法，其中控制所述同步整流切換元件包括：響應于確定所述比例因子超過第一閾值或者所述微分因子超過第二閾值，由所述集成電路將所述同步整流切換元件驅動到斷開狀態。3.根據權利要求1所述的方法，其中控制所述同步整流切換元件包括：響應于確定所述比例因子沒有超過第一閾值或者所述微分因子沒有超過第二閾值，由所述集成電路將所述同步整流切換元件驅動到接通狀態。4.根據權利要求3所述的方法，還包括：在將所述同步整流切換元件驅動到所述接通狀態之后并且響應于確定所述積分因子超過最小閾值，由所述集成電路將所述同步整流切換元件驅動到斷開狀態。5.根據權利要求1所述的方法，其中：指示所述次級側的所述一個或多個模擬輸入還指示所述同步整流切換元件的晶體管的漏極電壓以及所述反激式轉換器的輸出電壓；以及將所述一個或多個模擬輸入轉換成指示所述次級側電壓的所述數字比特流包括：由所述德爾塔西格瑪轉換器確定所述漏極電壓與所述輸出電壓之間的差分電壓電平；以及由所述德爾塔西格瑪轉換器將所述差分電壓轉換成指示所述次級側電壓的所述數字比特流。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述德爾塔西格瑪轉換器是n階德爾塔西格瑪轉換器，其中n是大于或等于1的整數。7.根據權利要求6所述的方法，其中所述德爾塔西格瑪轉換器是二階德爾塔西格瑪轉換器。8.一種反激式轉換器，包括：變壓器，具有初級側繞組和次級側繞組；初級切換元件，被配置成將所述初級側繞組耦合至電壓源以及從電壓源解耦合所述初級側繞組；次級切換元件，耦合至所述次級側繞組并且被配置成在所述初級側繞組被從所述電壓源解耦合時執行同步整流；以及集成電路，用于控制所述次級切換元件執行同步整流，其中所述集成電路包括：德爾塔西格瑪調制器，被配置成接收指示所述次級側繞組上的次級側電壓的一個或多個模擬輸入并且將所述一個或多個模擬輸入轉換成指示所述次級側電壓的數字比特流；以及濾波器，被配置成確定與所述數字比特流相關聯的比例因子、與所述數字比特流相關聯的積分因子以及與所述數字比特流相關聯的微分因子，其中所述集成電路被配置成基于所述比例因子、所述積分因子和所述微分因子來控制所述次級切換元件。9.根據權利要求8所述的反激式轉換器，其中所述集成電路還被配置成至少通過以下方式來控制所述次級切換元件：響應于確定所述比例因子超過第一閾值或者所述微分因子超過第二閾值而將所述次級切換元件驅動到斷開狀態。10.根據權利要求8所述的反激式轉換器，其中所述集成電路還被配置成至少通過以下方式來控制所述次級切換元件：響應于確定所述比例因子沒有超過第一閾值或者所述微分因子沒有超過第二閾值而將所述次級切換元件驅動到接通狀態。11.根據權利要求10所述的反激式轉換器，其中所述集成電路還被配置成至少通過以下方式來控制所述次級切換元件：在將所述同步整流切換元件驅動到所述接通狀態之后并且響應于確定所述積分因子接近并且超過最小閾值而將所述次級切換元件驅動到斷開狀態。12.根據權利要求8所述的反激式轉換器，還包括輸出電容器，其中：指示所述次級側電壓的所述一個或多個模擬輸入包括指示所述次級切換元件的晶體管的漏極電壓的第一模擬輸入以及指示所述輸出電容器上的輸出電壓的第二模擬輸入；并且所述德爾塔西格瑪調制器還被配置成至少通過以下方式來將所述一個或多個模擬輸入轉換成指示所述次級側電壓的所述數字比特流：確定所述漏極電壓與所述輸出電壓之間的差分電壓電平；以及將所述差分電壓轉換成指示所述次級側電壓的所述數字比特流。13.根據權利要求8所述的反激式轉換器，其中所述德爾塔西格瑪轉換器是二階德爾塔西格瑪調制器。14.根據權利要求8所述的反激式轉換器，其中所述德爾塔西格瑪轉換器是n階德爾塔西格瑪調制器，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·福特納，弓小武，
申請(專利權)人：英飛凌科技奧地利有限公司，
類型：發明
國別省市：奧地利,AT