CN111884634A - H桥转换器的软转换技术 - Google Patents

H桥转换器的软转换技术 Download PDF

Info

Publication number
CN111884634A
CN111884634A CN202010361069.2A CN202010361069A CN111884634A CN 111884634 A CN111884634 A CN 111884634A CN 202010361069 A CN202010361069 A CN 202010361069A CN 111884634 A CN111884634 A CN 111884634A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
interval
voltage
during
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010361069.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111884634B (zh
Inventor
陈海
G·J·休吉斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Analog Devices International ULC
Original Assignee
Analog Devices International ULC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Analog Devices International ULC filed Critical Analog Devices International ULC
Publication of CN111884634A publication Critical patent/CN111884634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111884634B publication Critical patent/CN111884634B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本公开涉及H桥转换器的软转换技术。提供了用于启动和关闭H桥的技术。在一个示例中，一种方法可以包括在第一间隔期间在第一电平与第二电平之间使H桥的内部参考电压倾斜，在第一间隔期间，基于参考电压独立地控制H桥的第一半桥和H桥的第二半桥的每个的输出电压，并在第二定时间隔期间将第一半桥和第二半桥作为全H桥进行控制。

Description

H桥转换器的软转换技术
技术领域
本公开涉及开关电路，并且更具体地涉及启动和关闭H桥开关电路。
背景技术
H桥转换器可用于许多不同的应用，诸如但不限于低压差开关电源的驱动器电路、负载(诸如电动机负载、其他电感性负载、电阻性负载、电容性负载或其组合)的驱动器。在H桥的启动和关闭期间，***可能会遇到电压或电流尖峰。在关闭期间，***的剩余能量在无控制的情况下会耗散。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供有一种用于终端控制和切换耦合到负载的H桥转换器的方法，所述H桥转换器具有在第一节点耦合到所述负载的第一半桥和在第二节点耦合到所述负载的第二半桥，每个半桥具有在第一桥节点处与第二开关串联耦合的第一开关，并且每个半桥耦合在第一电源轨和第二电源轨之间，所述方法包含：在第一间隔期间使参考电压在第一电平和第二电平之间倾斜；在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个的输出电压；以及在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制。
根据本公开的另一个方面，提供有一种H桥转换器，其具有被配置成耦合到负载的第一半桥和被配置成耦合到所述负载的第二半桥，每个半桥具有在桥节点处在第一电源轨与第二电源轨之间与第二开关串联耦合的第一开关，所述H桥转换器进一步包含：第一误差放大器，其被配置成接收所述第一半桥的第一输出电压和第一参考的表示；第二误差放大器，其被配置成接收所述第二半桥的第二输出电压和所述第一参考的表示；以及控制器，其被配置成基于所述第一误差放大器的输出和所述第二误差放大器的输出来控制所述H桥转换器的所述第一半桥和所述第二半桥的所述第一和第二开关。
根据本公开的再一个方面，提供有一种H桥转换器***，其包含：第一半桥，其包括在第一桥节点处与第二开关串联耦合的第一开关，所述第一半桥被配置成在第一电源轨与第二电源轨之间耦合，所述第一桥节点被配置成向负载供电；第二半桥，其包括在第二桥节点处与第四开关串联耦合的第三开关，所述第二半桥被配置成在所述第一电源轨与所述第二电源轨之间耦合，所述第二桥节点被配置成向所述负载供电；用于在第一间隔期间在第一电平与第二电平之间转换参考电压的装置；用于在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个的第一装置，其中用于控制的所述第一装置包括：用于在所述第一间隔期间将所述第一半桥的第一输出节点的电压电平伺服到所述参考电压的装置；用于在所述第一间隔期间将所述第二半桥的第二输出节点的电压电平伺服到所述参考电压的装置；用于在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制的第二装置；以及用于在所述第二间隔期间将所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的差分电压伺服到零电压的装置。
附图说明
在未必按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似部件的不同实例。附图通过示例的方式而非限制的方式总体上示出了本文件中所讨论的各种实施例。
图1总体上示出了根据本主题的包括示例控制电路的***。
图2A总体上示出了用于提供H桥的软启动或软停止的示例控制电路或控制器。
图2B示出了斜坡信号发生器的一个示例。
图3图形化地示出了示例H桥转换器的工作间隔上的斜坡信号的绘图。
图4总体上示出了示例PWM控制器。
图5A和图5B示出了H桥在包括全H桥控制模式与双半桥控制模式之间的转换的间隔上的示例电感器波形。
图6总体上示出了用于操作H桥转换器的示例方法的流程图。
具体实施方式
本发明人已经认识到用于操作H桥转换器的改进技术。在某些示例中，该技术可以减少或消除与启动和关闭H桥转换器的常规方法相关联的混沌电压和电流瞬变。在某些示例中，在启动期间、关闭期间、或者在启动和关闭两者期间，对H桥转换器的电桥的控制可以在双半桥控制和全桥控制之间转换。在某些示例中，在启动和关闭期间，H桥可以向负载施加并维持预定的差分电压和电流，同时将负载的每个电源轨倾斜到预定电压。在某些示例中，在启动结束时的预定电压可以是H桥转换器的电源电压的一半。在某些示例中，在关闭结束时的预定电压可以是零电压或***接地。
图1总体上示出了根据本主题的包括示例控制电路的***100。该***可以包括H桥转换器101和耦合至H桥转换器101的负载电源轨或输出电压节点(VOUT1、VOUT2)的负载102。H桥转换器101可以包括H桥103和控制电路106，所述H桥包括第一半桥104和第二半桥105。每个半桥104、105可以包括第一或顶部功率晶体管(M1、M3)、第二或底部功率晶体管(M2、M4)以及可选的电感电容(LC)滤波器107、108。每个顶部功率晶体管(M1、M3)可以与H桥转换器101的电源轨(VIN1、VIN2)之间的相对应的底部功率晶体管(M2、M4)串联耦合。与顶部和底部晶体管(M1和M2、M3和M4)的每个耦合对共用的节点(A、B)可以耦合到负载102。在某些示例中，共用节点(A、B)可以经由相应的LC滤波器107、108的电感器(L1、L2)耦合到负载。
控制电路106可以包括用于功率晶体管的驱动器110、111、112、113，控制器114和用于向控制器114提供反馈信息的感测电路。在某些示例中，感测电路可以包括例如分压器115、116以在H桥103的每个输出电压节点上提供输出电压(VOUT1、VOUT2)的表示(VFB1、VFB2)。在某些示例中，感测电路可包括放大器117，以在H桥103的输出电压节点之间提供差分电压的表示(VFB)。在某些示例中，放大器117的输入可以耦合到分压器115、116。在某些示例中，感测电路可以包括电流传感器118，用于提供负载102处的电流电平、负载102处的电流方向、或负载102处的电流电平和负载102处的电流方向的表示(IFB)。
控制器114可以从感测电路接收信息，并且可以经由驱动器110、111、112、113向功率开关(M1、M2、M3、M4)提供控制信号。在某些示例中，控制器114可以从主机(未示出)接收命令信息以施加到负载102。在某些示例中，推荐信息可以采取施加到负载102的期望电压或施加到负载102的期望电流的形式。控制器114可以响应于命令信息、响应于源自命令信息的反馈错误或其组合来控制驱动器110、111、112、113。在某些示例中，诸如在H桥103的启动或关闭时，控制器114可以将控制与主机隔离以提供有序的启动或关闭序列，并且避免或减少用能量猛击负载102及处理可能常见的产生的电压尖峰、电流尖峰和振铃。
在某些示例中，示例控制器114可以通过将输出节点处的电压(VOUT1、VOUT2)一起斜坡上升到第一电源轨(VIN1)的电压电平与第二电源轨(VIN2)的电压电平之间的预定电压电平来启动H桥。可以实现斜坡使得没有电压或电流施加到负载102。在输出节点稳定在预定电压电平之后，控制器114可以耦合到主机的命令信息并对其作出响应。
在某些示例中，示例控制器114可以通过以下步骤关闭H桥103：将控制设定点与主机隔离；将输出节点控制为不向负载102施加电压或电流的预定电压；容许***稳定在预定的电压；然后将输出节点上的电压一起倾斜到地、到电源轨(VIN1、VIN2)之一的电压电平或到减轻***中存储电能的电压电平。在某些示例中，可以通过主机的命令或信号或***条件(诸如电源轨(VIN1、VIN2)的欠压条件)来启动关闭序列。
在某些示例中，可以使用对第一半桥104和第二半桥105的独立半桥控制来执行每个启动和关闭序列的一部分。每个启动和关闭序列的第二部分可以使用H桥103的全桥控制来执行。在半桥控制中，可以仅使用第一半桥104的电源开关(M1、M2)来控制第一半桥104的输出节点(例如，VOUT1)上的电压或电流。在某些示例中，可以使用反馈信息(诸如源自第一分压器115的反馈信息(VFB1))将第一半桥104的输出节点(例如VOUT1)的输出电压或电流伺服或控制到参考信号，诸如由H桥转换器生成的参考信号。此外，在半桥控制中，仅使用第二半桥105的电源开关(M3、M4)可以控制第二半桥105的输出节点的电压或电流(例如VOUT2)。在某些示例中，可以使用反馈信息(诸如源自第二分压器116的反馈信息(VFB2))将第二半桥105的输出节点的输出电压或电流(例如VOUT2)伺服或控制到参考信号，诸如H桥转换器生成的参考信号。在某些示例中，在半桥104、105的独立控制共享一个共用时钟信号的情况下，可以通过以下使输出节点上的电压(VOUT1、VOUT2)同步：例如基于PWM信号的第一状态，将第一和第四电源开关(M1、M4)一起切换；并且例如基于PWM信号的第二状态，将第二和第三电源开关(M2、M3)一起切换。
在全桥控制期间，可以使用半桥104、105两者的功率晶体管(M1、M2、M3、M4)控制H桥103的输出节点的差分电压(VOUT1-VOUT2)或电流。在某些示例中，在全桥控制或全H桥控制中，可以基于PWM信号的第一状态将第一和第三电源开关(M1、M3)一起切换并且可以基于PWM信号的第二状态将第二和第四电源开关(M2、M4)一起切换。
图2A总体上示出了用于提供H桥的软启动或软停止的示例控制电路或控制器114。控制器114可以包括诸如脉冲宽度调制(PWM)控制器的开关控制器220，一个或多个放大器221、222、223，一个或多个比较器224、225以及振荡器电路226。第一放大器221可以提供源自主机的命令信息(VREF)和来自H桥的反馈信息(VFB或IFB)的第一命令错误信号。当开关控制器220将H桥作为全H桥进行控制并且在上述示例启动和关闭序列之外时，开关控制器220可以响应于第一命令错误信号(EF)。第二和第三放大器222、223以及第一和第二比较器224、225可以为开关控制器220提供状态信号，以在启动和关闭序列期间对H桥进行序列控制。
每个启动和关闭序列的一部分都包括单独控制H桥的每一半，有时称为双半桥控制。每个启动和关闭序列的第二部分都包括以预定的差分输出电压将H桥作为全H桥进行控制。在某些示例中，由第一比较器224和第二比较器225接收的斜坡信号(SS)可以提供定序信号，用于H桥在双半桥控制、使用预定义命令信号(0V)的全H桥控制和响应于主机命令信息(VREF)的全H桥控制之间的转换控制。
图2B示出了斜坡信号发生器230的一个示例。斜坡信号发生器230可以是控制器114或控制电路的一部分。在某些示例中，斜坡信号发生器230可以包括第一电流源231、第二电流源232、第一开关233、第二开关234和电容器235。在启动序列期间，第一开关233可以将第一电流源231耦合到电容器235的第一节点以开始对电容器235充电。随着电容器235充电，电容器两端的电压，斜坡信号(SS)的电压可以斜坡上升。在启动序列之后但在关闭序列之前，电容器235的第一节点可以与第一电流源231和第二电流源232两者隔离，并且电容器235两端的电压可以保持在充电电压电平，或者电容器235在启动序列结束时被充电到的电压电平。在一些示例中，电容器235可以在启动序列结束时保持连接到第一电流源231，以在电容器235上维持一定的充电电压。
在关闭序列期间，第一开关233可以将电容器235与尚未被隔离的第一电流源231隔离，并且第二开关234可以将第二电流源232耦合到电容器235的第一节点以开始使电容器235放电，并在电容器两端产生电压，斜坡信号(SS)电压斜坡下降。在关闭序列之后，电容器235的第一节点可以与第一电流源231和第二电流源232都隔离，并且电容器235两端的电压可以保持在放电电压电平或在关闭序列结束时电容器235被放电到的电压电平。在一些示例中，电容器235可以在关闭序列结束时保持连接到第二电流源232，以在电容器235上维持一定的放电电压。
图3图形化地示出了示例H桥转换器的操作间隔上的斜坡信号(SS)的绘图。在t0处，控制器可能已经通电，或者可以接收使能信号，所述使能信号指示例如主机试图控制负载以对启动序列进行启动。在t0处，斜坡信号发生器的第一开关可以关闭，并且第一电流源可以开始为电容器充电。参考图2A，斜坡信号(SS)可以由第二和第三误差放大器222、223接收，并且与每个半桥的输出节点电压(VOUT1、VOUT2)的表示相加。放大器222、223的所得误差信号(E1、E2)可以由开关控制器220用来单独控制每个半桥，使得每个半桥的输出电压(VOUT1、VOUT2)追踪斜坡信号(SS)。在某些示例中，半桥的反馈控制确保负载接收非常小的电压或电流，因为每个半桥的输出节点都由斜坡信号(SS)调节。在t1处，控制电路的第一比较器可以在斜坡信号(SS)的电平达到第一阈值(Vth1)时提供指示。在某些示例中，第一阈值(Vth1)可以对应于启动序列的第一部分的结束和第二部分的开始。在某些示例中，尽管不限于此，但是当参考电源轨时，第一阈值(Vth1)可以表示半桥的每个输出节点的电压(VOUT1、VOUT2)约为H桥转换器的差分电源电压(Vin1–Vin2)的一半。
在t1处，响应于等于或高于第一阈值(Vth1)的斜坡信号(SS)，控制器可以将控制切换到全H桥控制，并且可以进行调节以向负载提供零电压。经由通过第二比较器225的输出控制的开关227，零电压参考(0V)可以耦合至第一误差放大器221的输入，以在全H桥控制期间为开关控制器提供命令设定点。在某些示例中，振荡器电路226可以包括第一时钟信号(CLK)和第二时钟信号(CLK25)。第二时钟信号(CLK25)可以从第一时钟信号(CLK)偏移H桥的开关频率的周期的四分之一。当H桥处于双半桥控制模式时，第一时钟信号(CLK)可以用于同步和调整每个半桥的开关逻辑。当控制器响应于等于或高于第一阈值(Vth1)的斜坡信号(SS)而切换到全H桥控制时，控制器114可以使用第一时钟信号(CLK)和第二时钟信号(CLK25)两者以转换和调整开关逻辑以进入和退出全桥控制。
在一些示例中，斜坡信号(SS)可以在启动序列的第一部分的结束处继续增加，并且可以用于对启动序列的第二部分进行计时。参考图2和图3，在t2处，当斜坡信号(SS)达到第二阈值(Vth2)时，第二比较器225的输出经由开关227可以将零电压参考与第一误差放大器221的输入隔离，并且可以将主机命令信息(VREF)耦合到第一误差放大器221的输入以结束启动序列。经由主机命令信息(VREF)，主机可以在全H桥控制下使用H桥经由输出电压控制或输出电流控制来控制负载。
在t3处，可以启动关闭序列。可以通过许多事件来启动关闭序列，这些事件包括但不限于主机命令(诸如禁用命令或信号)、电源电压丢失(例如由欠压信号指示)或其组合。启动关闭序列后，斜坡信号发生器可以开始对电容器放电。在t4处，当斜坡信号的电压电平下降到第二阈值(Vth2)以下时，主机命令信息(VREF)可以与第一误差放大器221隔离，并且可以经由通过第二比较器225的输出控制的开关227由零电压参考(0V)来代替。在t4和t5之间，斜坡信号(SS)可以用于为***提供稳定间隔。在t5处，当斜坡信号(SS)的电压下降到第一阈值(Vth1)以下时，第一比较器224的输出可以启动开关控制器220从全H桥控制模式到双半桥控制的转换。在某些示例中，全桥控制与半桥控制之间的转换可以在第二时钟信号(CLK25)的转换时发生，以帮助同步每个半桥的切换。另外，在t5处，反馈控制响应可以从第一放大器221传递到由第二和第三放大器222、223产生的误差信号(E1、E2)。在t5与t6之间，每个半桥可以被独立地控制，经由第一时钟(CLK)同步，使得每个输出节点的电压(VOUT1、VOUT2)与斜坡信号(SS)一起跟踪到从转换器释放电能的值。在某些示例中，在斜坡信号(SS)已经被完全放电之后，控制器114可以将输出节点和负载的相对应电源引线电耦合在一起。对于电感性负载(诸如电动机负载)，例如，一起耦合或短路负载的电源引线可以提供电子制动器，并且可以防止负载在关闭后产生或存储电能。
图4总体上示出了示例PWM控制器420。PWM控制器420是开关控制器的示例，并且可以包括用于单独控制至少两个半桥的第一开关逻辑431、用于全H桥控制的第二开关逻辑432、用于将开关逻辑431、432的输出与电桥的功率晶体管的控制节点或驱动器耦合的多路复用器433、以及用于控制多路复用器433的控制逻辑434。在某些示例中，第一开关逻辑431可以接收第一时钟信号(CLK)和从第二和第三放大器(图2；222、223)提供的误差信息(E1、E2)。第一开关逻辑431可以包括开关逻辑，以经由误差放大器将半桥的输出节点的电压伺服为参考信号。在一些示例中，第一开关逻辑431可以包括开关逻辑以单独地控制H桥的每个半桥。在某些示例中，使用第一时钟信号(CLK)来同步每个半桥的开关逻辑。第二开关逻辑423可以接收第一时钟信号(CLK)和从第一放大器(图2；221)提供的误差信息(EF)。第二开关逻辑432可以以全桥控制模式来控制H桥。多路复用器433可以接收来自开关逻辑431、432的输出和来自控制逻辑434的控制输入，以将适当的输入集合耦合到多路复用器433的输出。多路复用器433的输出可以提供用于功率晶体管(M1、M2、M3、M4)的控制信号(TG1、BG1、TG2、BG2)。在某些示例中，控制逻辑434可以包括响应于第一比较器(图2；224)和第二时钟信号(CLK25)的输出的触发器或锁存器。
图5A和图5B示出了H桥在包括全H桥控制模式和半桥控制模式之间的转换的间隔上的示例电感器波形(IL1、IL2)。图5A总体上示出了根据图1的示例的在H桥转换器的软启动期间的电感器波形(IL1、IL2)。软启动包括使用双半桥控制，直到每个半桥的输出电压达到与斜坡信号(SS)相比由第一阈值(Vth1)表示的预定电平。在t1处，在每个半桥的输出电压达到预定电平时，并且在第二时钟信号(CLK25)的期望转换时，H桥的控制可以转换为全H桥控制模式，并且在双半桥控制间隔期间，与每个电感器的电流(IL1、IL2)相比，每个电感器的电流(IL1、IL2)可以在相位上偏移。在图5A的示例性的示例中，偏移量可以约为开关周期的25％。
图5B总体上示出了根据图1的示例的H桥转换器的软关闭。由于H桥的差分输出电压设定点设置为零电压参考，因此软关闭可以继续稳定间隔的全H桥控制。当斜坡信号(SS)下降到第一阈值(Vth1)时，可以由斜坡信号(SS)提供稳定间隔的定时。在t5处，在斜坡信号(SS)的电压达到第一阈值(Vth1)时，并且在第二时钟信号(CLK25)的期望转换时，H桥的控制可以从全桥控制模式转换为双半桥控制模式，其中可以使用第一时钟信号(CLK)独立控制每个半桥。在半桥控制期间，斜坡信号(SS)可以用作每个半桥输出电压的代表设定点。当斜坡信号(SS)变为零时，每个半桥输出的电压可以倾斜至零电压或其他禁用电压。
图6总体上示出了用于操作H桥转换器的示例方法600的流程图。更具体地，该流程图示出了用于H桥转换器的软转换的示例技术。在601处，可以使H桥转换器的参考电压倾斜以支持转换器的软转换。当转换器上电并且在转换结束时将控制移交给主机时，软转换可以是软启动转换。当从转换器断开电源时或当诸如由于功率损耗禁用主机时，软转换可以是软关闭。在603处，可以单独地控制H桥控制器的每个半桥，并且可以在第一间隔期间将每个半桥的输出处的电压提供给斜坡参考电压或者被斜坡参考电压支配。在605处，控制可以在第一间隔的双半桥控制和第二间隔的全桥控制之间转换。在第二间隔的开始或结束时，可以在转换器的零参考和主机的命令信息之间交换全桥的差分电压或电流的设定点参考。
在软启动序列中，参考电压可以从关闭值斜坡上升，第一间隔可以在第二间隔之前，并且设定点参考从转换器的零参考到主机的命令信息的交换可以发生在第二间隔结束时。在软关闭期间，设定点参考从主机的命令信息到转换器的零参考的交换可以发生在第二间隔开始时，第二间隔可以在第一间隔之前，并且参考电压可以斜坡下降到关闭值。在某些示例中，在关闭时，负载的电源引线可以一起短路以提供电子制动器，并且可以防止负载在关闭后产生或存储电能。在某些示例中，可以使用底部开关(图1；M2、M4)将负载的电源引线短接在一起并接地。
各种注释&示例
以上详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明的方式示出了其中可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。此类示例可以包括那些示出或描述之外的元素。然而，本发明人还考虑了其中仅提供示出或描述的那些元素的示例。此外，本发明人还考虑了关于特定示例(或其一个或多个方面)或关于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)使用示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例。
如果本文件与通过引用并入的任何文件之间发生用法上的不一致，则以本文件中的用法为准。
在本文件中，如在专利文件中常见的那样，使用术语“一”或“一个”用来包括一个或多于一个，这独立于“至少一个”或者“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，除非另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性的或，使得“A或B”包括：“A但不包括B”，“B但不包括A”，以及“A和B”。在本文件中，使用术语“包括(including)”和“其中(in which)”作为相应术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。同样，术语“包括(including)”和“包含(comprising)”是开放式的，即，包括除列于此一术语之后的元素以外的元素的***、设备、物品、组合物、调配物或工艺仍视为归属于所讨论的主题的范围内。此外，诸如可能出现在权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且并不旨在对其对象施加数字要求。
本文描述的方法示例至少部分地可以是机器或计算机实现的。一些示例可以包括指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行以上示例中所述的方法。此类方法的实现方式可以包括代码，诸如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。此类代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以构成计算机程序产品的一部分。进一步地，在示例中，代码可以诸如在执行期间或其他时间有形地存储在一个或多个易失的、非瞬态的或非易失的有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，高密度磁盘和数字视频光盘)、磁带、记忆卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述是为了说明，而不是限制。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此结合使用。审查以上描述时，诸如由本领域普通技术人员可以使用其他实施例。摘要被提供以允许读者快速确定技术公开的性质。在提交时应理解，其不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上具体实施方式中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应当被解释为意图是未主张保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。在此，将以下方面作为示例或实施例并入详细说明中，每个方面作为独立的实施例而独立，并且可以想到，此类实施例可以以各种组合或排列彼此组合。

Claims (21)

1.一种用于终端控制和切换耦合到负载的H桥转换器的方法，所述H桥转换器具有在第一节点耦合到所述负载的第一半桥和在第二节点耦合到所述负载的第二半桥，每个半桥具有在第一桥节点处与第二开关串联耦合的第一开关，并且每个半桥耦合在第一电源轨和第二电源轨之间，所述方法包含：
在第一间隔期间使参考电压在第一电平和第二电平之间倾斜；
在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个的输出电压；以及
在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个的输出电压包括：
在所述第一间隔期间将所述第一节点的电压电平伺服到所述参考电压；以及
在所述第一间隔期间将所述第二节点的电压电平伺服到所述参考电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制包括在所述第二定时间隔期间将所述第一节点与所述第二节点之间的差分电压伺服为零电压。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一间隔是当所述参考电压低于第一阈值时。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二间隔是当所述参考电压高于所述第一阈值时。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一间隔在所述第二间隔之前，以提供所述H桥转换器的软启动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二间隔在所述第一间隔之前，以提供所述H桥转换器的软停止。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电源轨与所述第二电源轨之间的电压差为所述H桥转换器提供电源电压；
其中所述参考电压的所述第一电平指示所述第二电源轨的电压电平；并且
其中所述参考电压的所述第二电平指示所述电源电压的一半。
9.根据权利要求1所述的方法，其包括：从在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个转换到在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制时，以所述第一间隔的开关周期的偏移量来调整所述第一半桥或所述第二半桥中的一个的开关序列。
10.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一节点的所述电压电平进行伺服包括：使耦合在所述第一半桥的所述桥节点与所述负载之间的第一LC电路通电。
11.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一节点的所述电压电平进行伺服包括：使耦合在所述第二半桥的所述桥节点与所述负载之间的第二LC电路通电。
12.一种H桥转换器，其具有被配置成耦合到负载的第一半桥和被配置成耦合到所述负载的第二半桥，每个半桥具有在桥节点处在第一电源轨与第二电源轨之间与第二开关串联耦合的第一开关，所述H桥转换器进一步包含：
第一误差放大器，其被配置成接收所述第一半桥的第一输出电压和第一参考的表示；
第二误差放大器，其被配置成接收所述第二半桥的第二输出电压和所述第一参考的表示；以及
控制器，其被配置成基于所述第一误差放大器的输出和所述第二误差放大器的输出来控制所述H桥转换器的所述第一半桥和所述第二半桥的所述第一和第二开关。
13.根据权利要求12所述的H桥转换器，其中所述控制器包括斜坡电路，所述斜坡电路被配置成在所述H桥转换器启动时以及在所述H桥转换器关闭时调整所述第一参考的电平，所述斜坡电路被配置成在启动间隔期间对斜坡电容器进行充电，并且在关闭间隔期间对所述斜坡电容器进行放电；并且
其中所述斜坡电容器两端的电压是所述第一参考。
14.根据权利要求13所述的H桥转换器，其包括控制器，所述控制器被配置成在所述启动间隔期间和所述关闭间隔期间独立地控制每个半桥。
15.根据权利要求14所述的H桥转换器，其包括第一模式改变比较器，所述第一模式改变比较器被配置成接收所述第一参考和第一斜坡阈值；并且
其中所述控制器进一步被配置成响应于所述第一模式改变比较器的输出而在所述第一半桥和所述第二半桥的独立半桥控制与所述第一半桥和所述第二半桥的全H桥控制之间转换。
16.根据权利要求15所述的H桥转换器，其包括第二模式改变比较器，所述第二模式改变比较器被配置成接收所述第一参考和第二斜坡阈值；并且
其中所述控制器进一步被配置成响应于所述第二模式改变比较器的输出而在第一H桥参考与第二H桥参考之间转换；并且
其中所述第一H桥参考和所述第二H桥参考定义了由所述H桥转换器提供给所述负载的期望电流或电压。
17.根据权利要求16所述的H桥转换器，其中所述第一H桥参考是零电流或零电压参考。
18.根据权利要求12所述的H桥转换器，其包括：
耦合在所述第一半桥的所述桥节点与所述负载之间的第一电感电容电路；和
耦合在所述第二半桥的所述桥节点与所述负载之间的第二电感电容电路。
19.一种H桥转换器***，其包含：
第一半桥，其包括在第一桥节点处与第二开关串联耦合的第一开关，所述第一半桥被配置成在第一电源轨与第二电源轨之间耦合，所述第一桥节点被配置成向负载供电；
第二半桥，其包括在第二桥节点处与第四开关串联耦合的第三开关，所述第二半桥被配置成在所述第一电源轨与所述第二电源轨之间耦合，所述第二桥节点被配置成向所述负载供电；
用于在第一间隔期间在第一电平与第二电平之间转换参考电压的装置；
用于在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个的第一装置，其中用于控制的所述第一装置包括：
用于在所述第一间隔期间将所述第一半桥的第一输出节点的电压电平伺服到所述参考电压的装置；
用于在所述第一间隔期间将所述第二半桥的第二输出节点的电压电平伺服到所述参考电压的装置；
用于在第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制的第二装置；以及
用于在所述第二间隔期间将所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的差分电压伺服到零电压的装置。
20.根据权利要求19所述的H桥转换器***，其包括用于在第三间隔期间将所述第一输出节点和所述第二输出节点的电压差伺服为命令输入的装置。
21.根据权利要求20所述的H桥转换器***，其包括：从在所述第一间隔期间独立地控制所述第一半桥和所述第二半桥中的每个转换到在所述第二定时间隔期间将所述第一半桥和所述第二半桥作为全H桥进行控制时，用于以所述第一间隔的开关周期的偏移量来调整所述第一半桥或所述第二半桥中的一个的开关序列的装置。
CN202010361069.2A 2019-05-02 2020-04-30 H桥转换器的软转换技术 Active CN111884634B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/401,633 US10651726B1 (en) 2019-05-02 2019-05-02 Soft transition techniques for H-bridge converter
US16/401,633 2019-05-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111884634A true CN111884634A (zh) 2020-11-03
CN111884634B CN111884634B (zh) 2024-02-27

Family

ID=70612989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010361069.2A Active CN111884634B (zh) 2019-05-02 2020-04-30 H桥转换器的软转换技术

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10651726B1 (zh)
KR (1) KR20200128352A (zh)
CN (1) CN111884634B (zh)
DE (1) DE102020110676A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020215383B4 (de) 2020-12-04 2023-05-25 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zum Bestimmen einer Ausgangsspannung einer Halbbrücke, Verwendung eines derartigen Verfahrens, sowie Ansteuereinrichtung für einen Stromrichter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200311A1 (de) * 2014-01-10 2015-07-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Schellentladen eines Zwischenkreises einer Halbleiterbrückenschaltung
US20150349772A1 (en) * 2013-04-26 2015-12-03 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method and Device for Switching an Electronic Component on or off
CN205961068U (zh) * 2015-12-07 2017-02-15 意法半导体股份有限公司 D类音频放大器装置
US20180013422A1 (en) * 2016-07-08 2018-01-11 Infineon Technologies Austria Ag Half bridge coupled resonant gate drivers

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6380694B1 (en) * 2000-09-22 2002-04-30 Matsushita Electric Works R & D Laboratory Variable structure circuit topology for HID lamp electronic ballasts
US7615979B2 (en) * 2005-11-28 2009-11-10 David J. Caldwell Flexible power converter and simplified process controller
WO2014012159A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Frost Damien Multi-mode control of a full bridge resonant converter
US9318946B2 (en) * 2013-04-23 2016-04-19 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Optimal trajectory control for LLC resonant converter for soft start-up
US9812903B2 (en) * 2014-09-09 2017-11-07 Integrated Device Technology, Inc. System and method for wireless power transfer using a two half-bridge to one full-bridge switchover
CN104953881B (zh) * 2015-07-17 2018-12-25 南京矽力杰半导体技术有限公司 驱动电路及应用其的无线电能发射端
DE102016116630A1 (de) * 2016-09-06 2018-03-08 Sma Solar Technology Ag Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters und Wechselrichter
WO2018105915A1 (ko) * 2016-12-06 2018-06-14 엘지이노텍(주) 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치
CN110383663B (zh) * 2017-03-01 2020-04-24 株式会社村田制作所 Dc-dc变换器
US11038374B2 (en) * 2017-04-18 2021-06-15 Infineon Technologies Austria Ag Flexible bridge amplifier for wireless power
US10181804B1 (en) * 2017-08-11 2019-01-15 Linear Technology Holding Llc Soft-start circuit for switched resonant power converters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150349772A1 (en) * 2013-04-26 2015-12-03 Conti Temic Microelectronic Gmbh Method and Device for Switching an Electronic Component on or off
DE102014200311A1 (de) * 2014-01-10 2015-07-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Schellentladen eines Zwischenkreises einer Halbleiterbrückenschaltung
CN205961068U (zh) * 2015-12-07 2017-02-15 意法半导体股份有限公司 D类音频放大器装置
US20180013422A1 (en) * 2016-07-08 2018-01-11 Infineon Technologies Austria Ag Half bridge coupled resonant gate drivers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏守行: ""自举式半桥级联型五电平逆变器"", 《太阳能学报》, pages 841 - 848 *
岳伟，等: ""基于全半桥混连拓扑换流阀的交流侧可控充电方法"", 《电气技术》, pages 46 - 50 *

Also Published As

Publication number Publication date
US10651726B1 (en) 2020-05-12
CN111884634B (zh) 2024-02-27
DE102020110676A1 (de) 2020-11-05
KR20200128352A (ko) 2020-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1519474B1 (en) Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator
CN107660324B (zh) 用于串联并联谐振功率转换器的初级侧启动方法及电路布置
JP3981110B2 (ja) マルチ位相合成リプル電圧レギュレータの同期
US8773084B2 (en) Buck-boost converter using timers for mode transition control
US9287781B2 (en) Single inductor multiple output converter
CN111478585B (zh) 多相开关电容器电感器升压转换器技术
CN100463343C (zh) 电源装置
EP1681760A2 (en) Dual mode buck regulator with improved transition between LDO and PWM operation
GB2466953A (en) Multiple-output power supply
CN103532391A (zh) 用于功率变换器的控制器及其操作方法
CN102882371A (zh) 用于降压-升压转换器的高效率pfm控制
CN107636947A (zh) 用于控制三电平降压转换器的电路和方法
CN107342695A (zh) 同步整流器
US9960669B2 (en) Hybrid soft-start for isolated converter
WO2020055787A1 (en) Control of four-switch, single inductor, non-inverting buck-boost converters
KR102334175B1 (ko) Ｄｃ-ｄｃ 변환기들을 위한 스위치 결함 검출 기술들
US9407142B2 (en) Method and apparatus for controlling programmable power converter
US20080018321A1 (en) Headroom compensation circuit for voltage converter
US11973424B2 (en) Spur free switching regulator with self-adaptive cancellation of coil current ripple
KR20160130511A (ko) 플로팅 레일들을 갖는 스위칭 전력 스테이지들을 포함하는 차지-리사이클링 회로들
CN111884634B (zh) H桥转换器的软转换技术
US20220263406A1 (en) Converter and method for starting a switching power supply
US20160072380A1 (en) Charge pump power supply with output voltage sensing using residual charge on a flying capacitor
TW202034109A (zh) 電壓產生器
US10931204B1 (en) Isolated resonant converter with fixed output ripple

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant