用于切换有源箝位反激转换器的系统和方法与流程

用于切换有源箝位反激转换器的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2021年6月4日提交的美国临时申请号63/202,304的权益。
技术领域
3.本公开涉及开关模式电源，并且更具体地涉及用于控制由于切换引起的损耗的系统和方法。


背景技术：

4.在开关模式电源(smps)中，效率可能是非常理想的。例如，非常高效的smps可以利用较小的部件，这可以有助于在即使功率需求增加的情况下，也能为电池充电等应用维持合理尺寸的设备。与smps效率有关的一个因素是与smps的切换晶体管相关联的切换损耗。可以使用被称为零伏特切换(zvs)的技术来提高切换晶体管的效率。


技术实现要素：

5.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，所述电源转换器系统包括：有源箝位反激(即，acf)转换器，所述acf转换器包括：耦接在正输入与开关节点之间的变压器的初级绕组；耦接在所述开关节点与所述acf转换器的负输入之间的主开关；以及耦接在正输入与所述开关节点之间的有源箝位，所述有源箝位包括与箝位开关串联耦接的箝位电容器；脉宽调制(pwm)控制器，所述pwm控制器被配置为根据以pwm循环频率操作的pwm循环控制所述箝位开关和所述主开关的接通/断开状态；以及频率控制器，所述频率控制器被配置为：将开关节点电压的下降时段与零伏特切换阈值进行比较，以确定所述开关节点处的负电流条件；以及当pwm循环序列中的至少一个pwm循环的所述负电流条件是硬切换条件时，调整所述零伏特切换阈值。
6.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述频率控制器进一步被配置为：基于所述负电流条件而调整所述pwm控制器的所述pwm循环频率。
7.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中：所述pwm循环频率以内环频率进行周期性调整；并且所述零伏特切换阈值以外环频率进行周期性调整，所述内环频率大于所述外环频率。
8.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述acf转换器进一步包括：具有与所述初级绕组相反的极性的次级绕组；耦接在所述次级绕组的第一端子与所述acf转换器的正输出之间的二极管；以及耦接在所述acf转换器的所述正输出与所述acf转换器的负输出之间的输出电容器。
9.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述频率控制器进一步被配置为：确定当所述下降时段小于所述零伏特切换阈值时所述负电流条件为高负电流条件；以及确定当所述下降时段大于所述零伏特切换阈值时所述负电流条件为低负电流条件。
10.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述频率控制器进一步被配置为：当所述负电流条件为所述高负电流条件时提高所述pwm控制器的所述pwm循环频率；以及当所述负电流条件为所述低负电流条件时，降低所述pwm控制器的所述pwm循环频率。
11.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述频率控制器进一步被配置为：检测到在所述下降时段能够被确定为所述硬切换条件之前达到超时时段；
12.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种电源转换器系统，其中所述频率控制器进一步被配置为：在达到所述超时时段之后硬切换所述主开关，否则软交换所述主开关。
13.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换电源转换器的方法，所述方法包括：在pwm循环期间感测所述电源转换器的开关节点处的开关节点电压，所述pwm循环是pwm循环序列中的一个pwm循环；在所述pwm循环期间测量所述开关节点电压的下降时段；将所述下降时段与零伏特切换阈值进行比较，以确定所述pwm循环的负电流条件；基于所述pwm循环的所述负电流条件而改变所述pwm循环序列中的后续pwm循环的pwm频率；以及在已发生硬切换条件之后调整所述零伏特切换阈值。
14.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中将所述下降时段与所述零伏特切换阈值进行比较以确定所述pwm循环的所述负电流条件包括：当超时时段在所述下降时段能够被测量之前发生时，确定所述硬切换条件。
15.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中在所述硬切换条件已发生之后调整所述零伏特切换阈值包括：对具有所述硬切换条件的pwm循环的数目进行计数；以及当具有所述硬切换条件的pwm循环的所述数目超过一定量时，调整所述零伏特切换阈值。
16.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中在所述硬切换条件已发生之后调整所述零伏特切换阈值进一步包括：当具有所述硬切换条件的pwm循环的所述数目超过所述量时，减小所述零伏特切换阈值。
17.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中将所述下降时段与所述零伏特切换阈值进行比较以确定所述pwm循环的所述负电流条件包括：当所述下降时段大于所述零伏特切换阈值时确定低负电流条件。
18.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中基于所述pwm循环的所述负电流条件而改变所述pwm循环序列中的后续pwm循环的所述pwm频率包括：当已确定所述低负电流条件时降低所述pwm频率。
19.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中将所述下降时段与所述零伏特切换阈值进行比较以确定所述pwm循环的所述负电流条件包括：当所述下降时段小于所述零伏特切换阈值时确定高负电流条件。
20.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种方法，其中基于所述pwm循环的所述负电流条件而改变所述pwm循环序列中的后续pwm循环的所述pwm频率包括：当已确定所述高负电流条件时提高所述pwm频率。
21.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换电源转换器的方法，所述方法包括：根据频率更新速率：测量pwm循环序列中的pwm循环的开关节点电压的下降时段；将所述下降时段与零伏特切换阈值进行比较以确定负电流条件；以及基于所述负电流条件而
调整所述pwm循环序列中的后续pwm循环的pwm循环频率；以及根据阈值更新速率：检测具有硬切换条件的pwm循环的发生；以及基于所述发生而调整所述零伏特切换阈值。
22.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换所述电源转换器的方法，其中检测具有所述硬切换条件的所述pwm循环的所述发生包括：检测到在所述下降时段能够被确定为所述硬切换条件之前达到超时时段。
23.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换所述电源转换器的方法，其中：所述频率更新速率大于所述阈值更新速率。
24.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换电源转换器的方法，其中：当所述下降时段小于所述零伏特切换阈值时，所述负电流条件为高负电流；以及当所述下降时段大于所述零伏特切换阈值时，所述负电流条件为低负电流。
25.在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种用于切换电源转换器的方法，其中基于所述负电流条件而调整后续pwm循环的所述pwm循环频率包括：当所述负电流条件为所述高负电流时，提高所述pwm循环频率；以及当所述负电流条件为所述低负电流时，降低所述pwm循环频率。
26.在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。
附图说明
27.图1是根据本公开的实施方式的包括有源箝位反激(acf)转换器的电源转换器系统的示意图。
28.图2是示出与图1的acf转换器相关联的可能信号的曲线图。
29.图3是示出根据本公开的实施方式的用于不同负载条件的acf转换器的磁化电流的曲线图。
30.图4是根据本公开的可能实施方式的开关节点电压和可能的负电流条件的曲线图。
31.图5是示出根据本公开的实施方式的用于切换电源转换器的方法的流程图。
32.图6示出根据本公开的实施方式的脉宽调制(pwm)循环序列的一部分。
33.图7是根据本公开的实施方式的包括有源箝位反激转换器的电源转换器系统的示意图。
34.图8是示出根据本公开的实施方式的用于切换电源转换器的方法的流程图。
35.附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。
具体实施方式
36.本公开描述了用于调整有源箝位反激电源转换器(即，acf转换器)的切换控制以实现零伏特切换(zvs)从而减少损耗(例如，传导损耗和/或电容性(c
oss
)损耗)的系统和方法。该控制基于对负电流条件的确定来调整acf转换器的切换频率。该确定可以通过在脉宽调制(pwm)循环期间测量开关节点电压的下降时段并将所测得的下降时段与阈值进行比较来进行。在一些情况下，超时时段在可以测量下降时段之前到期。在这些情况下，检测到硬
切换条件，并且acf转换器被硬切换。所公开的控制进一步包括在发生一个或多个硬切换pwm循环之后调整阈值。
37.可以实施所公开的系统和方法来解决必须选择一个阈值以确定所有可能应用的负电流条件的技术问题。以此方式，所公开的系统和方法可以应用于多个操作条件(例如，负载条件)和多种装置技术(例如，si、超级结(sj)、gan和sic)，该多个操作条件和该多种装置技术可以具有不同的零电流切换要求。
38.所公开的系统和方法可以通过在pwm循环中收集负电流以有助于对acf转换器的晶体管的切换电容充电，使得该acf转换器可以使用较少功率进行切换(例如，接通)，来提供减少acf转换器中的损耗的技术效果。所公开的技术可以有助于防止切换电容随着负载条件变化而过度充电或充电不足，切换电容过度充电或充电不足可能会降低效率。
39.acf转换器的零伏特切换(zvs)可以通过使smps的开关节点处电容两端的电压接近零(例如，-0.1v≤v
sw
≤ 0.1v)来实现。这种方法被称为零伏特切换(zvs)。如本文所用，zvs可能不意味着使用精确为零的电压。例如，关于零的小变化仍可以允许高效切换。因此，术语“软切换”和“零伏特切换”能够互换使用。这些术语包括以高于某一值的效率(例如，效率》50％)切换晶体管。术语“硬切换”包括以低于某一值的效率(例如，效率《50％)切换晶体管。虽然软切换每个pwm循环可以提供高效率(例如，最大效率、最佳效率)，但是可能存在某一序列中的几个pwm循环需要硬切换的情况。该硬切换可能会降低整体效率，但可能是不可避免的，并且系统通常仍可以用合适的效率进行操作。本公开说明了这些硬切换事件，并且可以有助于在每次硬切换事件发生或硬切换事件变得普遍时调整软切换算法。
40.图1是根据本公开的实施方式的包括acf转换器101的电源转换器系统100的示意图。acf转换器包括反激变压器(即，变压器110)，该变压器具有初级绕组111和具有相反极性的次级绕组114，如虚线所示。变压器的初级绕组111可以用作电源转换器(例如，降压转换器)中的储能电感器。acf包括用于电压转换的初级侧开关(即，主开关117)。
41.当主开关117接通(即，短路)时，初级绕组111可以由输入电压(v
in
)充电。由于初级绕组111与次级绕组114之间的极性差，因此对初级绕组111的充电会反向偏置次级侧电路中的二极管113。经反向偏置的二极管113使输出电容器115与变压器110解耦。因此，当主开关117接通时，输出功率通过输出电容器115供应到负载130。
42.当主开关117断开(即，打开)时，初级绕组改变极性并开始放电。极性的改变正向偏置将输出电容器115耦接到变压器110的二极管113。因此，当主开关断开时，输出电容器115进行再充电，并且输出功率通过变压器110供应到负载130。
43.主开关117关闭时极性的改变可生成较大的瞬时电压，这可能会引起主开关117和二极管113上的应力。acf转换器包括被配置为限制该瞬时电压的有源箝位120。通过限制瞬时电压，可以减小主开关117和二极管113的额定功率，这可有助于减小acf转换器101的物理尺寸。
44.有源箝位120的操作可以如下文所解释。当主开关117接通时，开关节点112处的电压(即，开关节点电压(v
sw
))可以是acf转换器101的负输入102的电压(例如，零伏特、接地)。然而，当主开关117断开时，开关节点112处的开关节点电压(v
sw
)可以改变为输入电压(v
in
)加上由于acf转换器101中的电感(例如，泄漏电感)和电容(例如，箝位电容)生成的谐振而产生的瞬时电压振铃。通过将开关节点112耦接到acf转换器101的正输入103，有源箝位120
接通以箝位该瞬时电压。有源箝位120为初级绕组111的放电电流提供电流路径，并且可以存储该能量以供将来使用，这可以提高acf转换器101的效率。
45.有源箝位120包括箝位开关123。当主开关117断开时，箝位开关123可以接通(即，短路)以为初级线圈电流(即，磁化电流(i
lm
))提供电流路径，从而限制瞬时电压。有源箝位120包括可以存储该能量而不是耗散该电流的箝位电容器121。所存储的能量可以在后续脉宽调制循环(即，pwm循环)中递送到负载，并且可以用于有助于切换主开关117。箝位电容器121可以与箝位开关123串联耦接。
46.acf转换器101的切换可以由脉宽调制控制器(即，pwm控制器150)控制。pwm控制器被配置为接收对应于所感测到的负载条件(例如，负载电流和/或负载电压)的反馈信号(fb)并相应地控制切换。例如，在轻负载条件下，负载130可以汲取的负载电流(i
负载
)少于在重负载条件下可以汲取的负载电流。因此，在轻负载条件下，存储在初级绕组111中的电流量可以小于在重负载条件下所存储的电流量。
47.当检测到轻负载条件时，pwm控制器150可以缩短主开关117接通的时间。所存储的能量的该减少可以防止浪费能量并提高效率。可以通过调整切换信号的占空比(即，脉宽)来进行对主开关的接通时间的调整。因此，用以解决负载要求(即，负载条件)的对切换信号的该控制可以被称为pwm控制。
48.有源箝位120可以在接通时从初级绕组汲取电流(即，磁化电流(i
lm
))。实际上，如果有源箝位120保持接通的时间长于从初级绕组汲取电流所需的时间，则线圈电流将改变方向。换句话说，当箝位开关123先接通时，电流(i
lm
)将从开关节点112流出到箝位电容器121(即，正电流)。一段时间之后，电流将改变方向并从箝位电容器121流向开关节点112(即，负电流)。电流的该反向可以用于在主开关117实施为晶体管时辅助切换(例如，接通)该主开关。
49.主开关117(和箝位开关123)可以实施为使用各种技术构造的n型晶体管或p型晶体管，该各种技术例如硅(si)(例如，超级结)、氮化镓(gan)或碳化硅(sic)。例如，主开关可以是si场效应晶体管(fet)或gan fet。fet可以是金属氧化物半导体fet(即，mosfet)。如图7所示，主开关117和箝位开关123可以实施为n型mosfet。
50.切换主开关mosfet可能会引入损耗，这可能会限制acf转换器101的最大切换速率和/或切换效率。切换损耗可能与mosfet的输出电容(c
oss
)有关，该输出电容为开关充电以改变状态(例如，从断开改变到接通)。pwm循环结束时的磁化电流(i
lm
)的反向可以有助于对主开关117的输出电容进行充电，这可以减少损耗，从而使得切换更高效。这种形式的切换被称为零伏特切换(zvs)或软切换。
51.所公开的acf可以生成负磁化电流以实现zvs。zvs需要对应于mosfet的输出电容的负磁化电流(即，负电流(i
neg
))量。生成比zvs所需的负电流更多的负电流可能不会改善切换，并且可能会增加系统中的损耗。因此，可能期望最小化或消除zvs所需的负电流以外的负电流。可以通过箝位开关123保持处于接通状态的时间来配置所生成的负电流量。
52.图2是示出与图1的acf转换器101相关联的可能信号的曲线图。由于信号是针对相同的特定时间持续时间(即，针对相同的时间窗口)以相同的时间比例绘制的，因此可以推断信号之间的关系。示出了五个信号。
53.图2所示的第一信号是由pwm控制器生成的振荡器信号(即，osc信号201)。osc信号
是pwm切换的参考信号，并且可以被称为pwm信号。osc信号201在osc信号的循环(即，pwm循环)中从高变为低(以及从低变为高)。循环速率是osc信号的频率(即，pwm频率)。osc的时段(即，t
osc
)是osc信号的pwm循环所需的时间。
54.图2所示的第二信号是高驱动信号(hdrv信号202)。当箝位开关实施为n型mosfet时，hdrv信号202可由pwm控制器150生成并且施加到箝位开关123的控制端子(例如，栅极端子)。换句话说，当hdrv信号202为高时，箝位开关123将接通(即，导电)，并且当hdrv信号202为低时，箝位开关123将断开(即，不导电)。
55.图2所示的第三信号是低驱动信号(ldrv信号203)。当主开关实施为n型mosfet时，ldrv信号203可由pwm控制器150生成并且施加到主开关117的控制端子(例如，栅极端子)。换句话说，当ldrv信号203为高时，主开关117将接通(即，导电)，并且当ldrv信号203为低时，主开关117将断开(即，不导电)。
56.hdrv信号202和ldrv信号203受控制，因此它们不同时为高。hdrv信号202和ldrv信号203可以同时为低。如图2所示，每当osc信号201从低转变为高时，hdrv信号202从高转变为低。
57.如图2所示，在hdrv信号202转变为低之后的下降时段(即，t
sw_fall
)，ldrv信号203从低转变为高。ldrv信号203保持为高，持续由占空比(即，d)和osc信号201(即，d
·
t
osc
)的时段确定的时段。占空比(d)可以由pwm控制器150基于负载130的功率需求(即，负载条件)来确定。负载的功率需求可以被感测为反馈信号(fb)。例如，fb信号可以是对应于负载130处的电压和/或负载130所汲取的电流的电压和/或电流。
58.如图2所示，在ldrv信号转变为低之后的上升时段(即，t
sw_rise
)，hdrv信号202从低转变为高。hdrv信号202保持为高，直到osc信号201在上述pwm循环重复时从低转变为高。在上升时段(t
sw_rise
)和下降时段(t
sw_fall
)期间，主开关117和箝位开关123可以断开(即，不导电)。
59.图2所示的第四信号是开关节点信号(即，开关节点电压204)。开关节点电压204(v
sw
)可以根据开关条件交替。例如，当主开关117接通(即，ldrv信号203为高)时，开关节点112可以耦接到初级侧的负输入102，从而使得开关节点电压204为低。另外，当箝位开关123接通(即，hdrv信号202为高)时，开关节点112可以经由箝位电容器121耦接到初级侧的正输入103，从而使得开关节点电压204为高。上升时段(t
sw_rise
)是开关节点电压204从低转变为高的时间，并且下降时段(t
sw_fall
)是开关节点电压204从高转变为低的时间段。
60.图2所示的第五信号是磁化电流信号(即，磁化电流205)。磁化电流(i
lm
)是开关节点处的电流。正磁化电流从开关节点112流向有源箝位120(例如，用以对箝位电容器121进行充电)。负磁化电流流入开关节点112(例如，用以对zvs的主开关117的电容进行充电)。当磁化电流增加时，变压器110的初级侧电感器进行充电并且通过断开的二极管113与负载130解耦。当磁化电流减小时，变压器110的初级侧电感器进行放电并且通过接通的二极管113耦接到负载130。因此，该磁化电流可以在增加时被称为处于充电阶段，以及在减小时被称为处于放电阶段。在acf转换器操作中，磁化电流根据上述pwm信号和切换动态在充电阶段与放电阶段之间循环。
61.如图2所示，每个pwm循环206包括充电时段207和放电时段208。例如，当ldrv信号203在第一pwm循环开始时从低转变为高(即，主开关接通)时，充电时段207可开始。当ldrv
信号在第二(后续)pwm循环开始时从低转变为高时，第一pwm循环的放电时段208可能结束。放电时段208可以包括负电流部分，该负电流部分对应于开关节点电压(v
sw
)的下降时段(t
sw_fall
)。
62.可以通过调整初级侧电感器的充电时间以匹配负载条件来满足负载130的功率要求。重负载条件可以对应于需要高电流以维持acf转换器的输出处的电压的负载(例如，低电阻负载)。轻负载条件可以对应于需要低电流以维持acf转换器的输出处的电压的负载(例如，高电阻负载)。
63.当osc信号频率固定时，改变的负载条件可以改变负电流量。负电流可以计算为i
lm
迹线下方的负面积。负电流可以被称为负i
lm
电流或简称为负电流(即，i
neg
)。重负载条件可能几乎没有负电流，因为负载可能会从初级绕组111汲取几乎所有所存储的能量。然而，在轻负载条件下，负电流量可能更大，并且可能会超过zvs所需的负电流。在轻负载条件下增加osc信号频率可以减少过量负电流的量，但不会影响递送到负载130的功率。
64.图3说明了三个负载条件的磁化电流(i
lm
)，该负载条件为：轻负载条件310、半负载条件320和全负载条件330(即，重负载条件)。在轻负载条件310下，负载汲取的电流比在半负载条件320下汲取的电流少，并且在半负载条件320下，负载汲取的电流比在全负载条件330下汲取的电流少。针对每个负载条件调整i
lm
的充电/放电频率，以便使得每个负载条件下的负电流量大致相同。例如，轻负载条件310具有比半负载条件320或全负载条件330更高的频率。另外，半负载条件320具有比全负载条件330更高但比轻负载条件310更低的频率。另外，全负载条件330具有比半负载条件320和轻负载条件310更低的频率。提高轻负载条件310中的频率(即，pwm频率、循环频率)缩短了充电阶段所花费的时间(即，减少了所存储的能量的量)，这是可接受的，因为轻负载在放电阶段所需的电流较少(即，相比于其他条件)。
65.电源转换器系统100包括频率控制器300，该频率控制器被配置为确定循环中的负电流量。然后，频率控制器300可以调整pwm频率(即，osc信号频率)以使得负电流量与软切换(即zvs)所需的负电流量几乎一致(例如，浮动量在10％以内)。
66.负电流量可以对应于开关节点电压(v
sw
)的下降时段(即，t
sw_fall
)。开关节点电压随对应于负电流的速率(即，dv/dt)减小，如由等式i
neg
＝c(dv/dt)所示。根据该等式，可以确定较长的下降时段(即，较低的dv/dt)相比于较短的下降时段(即，较高的dv/dt)对应于更少的负电流。本公开可以基于下降时段(即，t
sw_fall
)与阈值(即，t
zvs_ref
)的比较来确定负电流条件。
67.阈值(即，t
zvs_ref
)可以对应于软切换(即，zvs)的最佳负电流。术语“最佳”是指对用于zvs的主开关117晶体管的输出电容进行完全充电所需的理论电流量。实际上，“最佳”可以是可提供被认为为高的切换效率(例如，》50％)的负电流范围。高于或低于最佳值的偏差可能会降低切换效率。
68.使用固定阈值的一个技术问题在于最佳负电流可能会在不同情况下变化。例如，最佳负电流可能会在acf转换器101的输入处的电压范围内变化。例如，基于固定阈值(即，t
zvs_ref
)调整pwm频率可能会引起低线处的额外负电流，以在高线和低线处均实现zvs。另外，不同的晶体管(例如，超级结、gan、si)可以具有不同的开关响应，该开关响应需要不同的阈值调整。因此，本公开提供了一种自适应阈值，该自适应阈值可以基于改变的负电流要求而进行调整。
69.图4是根据本公开的可能实施方式的开关节点电压和可能的负电流条件的曲线图。该曲线图说明了pwm循环期间acf电源转换器的开关节点处的开关节点电压(v
sw
)。在箝位开关123断开(即，当hdrv转变为低时被触发)之后，负电流(i
neg
)可以与开关节点电压(v
sw
)的下降时段(t
sw_fall
)相对应(例如，可以与之成比例)。下降时段可以测量为开关节点电压从高电平转变为低值(例如，零电压)所需的时间。
70.下降时段所指示的负电流可以高于或低于zvs所需的负电流。因此，可以将所测得的下降时段与zvs参考阈值(即，t
zvs_ref
)进行比较以确定高负电流条件410(即，高i
neg
)或低负电流条件420(即，低i
neg
)。
71.阈值415可最初基于对应于有效(例如，100％)zvs所需的负电流的所测得或所估计的数据而设定为预确定的(例如，用户选择的)。阈值可以在操作期间基于感测到的切换动态而进行调整。
72.当下降时段(即，tsw_fall)小于零伏特切换阈值(即，t
sw_fall
《t
zvs_ref
)时，则存在高负电流条件410。换句话说，对于在pwm循环的序列中测得的pwm循环，负电流条件为高(高i
neg
)。在这种情况下，生成的负电流比zvs所需的负电流更多(即，zvs具有更多
neg
)。因此，当确定高负电流条件时，频率控制器300可以使得pwm控制器150提高pwm频率(例如，提高某一增量)，以便减少后续pwm循环中的负电流量。
73.当下降时段(即，tsw_fall)大于零伏特切换阈值(即，t
sw_fall
《t
zvs_ref
)时，则存在低负电流条件420。换句话说，对于在pwm循环的序列中测得的pwm循环，负电流条件为低(低i
neg
)。在这种情况下，生成的负电流比zvs所需的负电流更少(即，zvs具有更少
neg
)。因此，当确定低负条件时，频率控制器300可以使得pwm控制器150降低pwm频率(例如，降低某一增量)，以便减少后续pwm循环中的负电流量。
74.频率控制器可能不允许下降时段延长超过某一时段。换句话说，可以对最大下降时段(即，超时时段425)进行设定(例如，用户集)，以便使下降时段达到其低电平(即，达到零伏特)。该最大下降时段(即，dtmax)可以对应于系统在主开关进行硬切换之前所允许的最小负电流。频率控制器被配置为检测到在下降时段(t
sw_fall
)可以被确定之前(例如，在v
sw
达到零伏特之前)就达到超时时段425(即，已到期)。在这种条件下，负电流可以被认为是最小负电流(最小i
neg
)。在这种条件下，zvs被认为是不实际的，并且使用硬切换来切换主开关。因此，当确定最小负电流条件时，频率控制器300可以使得pwm控制器150继续操作并在对应于超时时段425的时间(即，在dtmax)硬切换主开关。换句话说，通过检测到在v
sw
的下降时段可以被确定之前达到超时时段425来确定硬切换条件。
75.对具有硬切换条件的pwm循环的检测可用于调整阈值415(t
zvs_ref
)，以有助于防止后续pwm循环中的该硬切换情况。因此，频率控制器可以包括阈值控制器301，该阈值控制器被配置为响应于硬切换条件而调整阈值415(例如，调整某一增量)。例如，在于pwm序列中检测到一个或多个硬切换条件之后，可以减小阈值415。替代地，在于pwm序列中未检测到硬切换条件之后，可以增加阈值415。因此，阈值控制器301可以包括计数器，该计数器计算经硬切换的pwm循环的运行总计，并且在计数达到一定量之后调整阈值。在进行阈值调整之后，可以重置计数器，并且可以重新开始运行总计。
76.图5是说明根据本公开的实施方式的用于切换电源转换器的方法的流程图。方法500包括重复执行pwm循环510，如图2所述。pwm循环可以在开关节点电压(v
sw
)达到低电平
(例如，零伏特)之后或在超时时段(dtmax)已过去之后进行重复。换句话说，pwm控制器150可以被配置为在vsw达到其低值(例如，零伏特)时将主开关软切换(zvs)为接通，或者在vsw达到其低值(例如，零伏特)之前达到dtmax时将主开关硬切换为接通。
77.方法500进一步包括周期性地调整(即，更新)pwm循环频率(即，pwm频率)。如图5所示，频率的周期性调整可以在pwm序列的每第n个pwm循环发生，其中n≥1。换句话说，周期性频率调整可以根据频率更新速率(即，内环频率(inner loop frequency))。每第n个pwm循环511，频率控制器300可以被配置为确定520一i
neg
条件。可以通过测量开关节点电压的下降时段并将该下降时段与零伏特切换阈值(即，t
zvs_ref
)进行比较来确定i
neg
条件。基于负电流条件，可以在pwm循环序列中调整530pwm循环频率以用于后续pwm循环。
78.方法500进一步包括周期性地调整(即，更新)零伏特切换阈值。如图5所示，阈值的调整可以在频率控制的每第m个循环发生，其中m≥1。换句话说，频率控制器300和阈值控制器301可以形成两个控制环。两个控制环被布置为对应于频率控制的内环531和对应于阈值控制的外环532。频率更新速率(即，内环频率)可以大于或等于阈值更新速率(外环频率)。
79.每第m个pwm循环540，阈值控制器301可以被配置为检测550具有硬切换条件的pwm循环的发生。检测硬切换条件(即，参见图4，最小i
neg
)可以包括确定自外环的最后一次迭代以来已硬切换了多少pwm循环，并且如果该数目(n)大于或等于某一量(例如，1或更大值)，则检测外环的该迭代的硬切换条件。基于硬切换条件的发生，阈值控制器可以被配置为调整560(例如，增加或减小)零伏特切换阈值。例如，零伏特切换阈值可以减小某一增量，或者可以减小对应于经硬切换的pwm循环的数目的某一量。
80.图6示出根据本公开的实施方式的pwm循环序列的一部分。pwm序列600包括pwm循环(1、2、3、...、11)。所示的示例仅用于帮助理解，并且不旨在进行限制。如图所示，频率调整可以每其他数目个循环发生(即，n＝2)。例如，第2个pwm循环处的频率调整可以基于第2个pwm循环的负电流条件，如阴影所示。如图所示，阈值调整可以每频率调整的其他数目个交互发生(即，m＝2)。该速率可以对应于每4个pwm循环。例如，第8个pwm循环处的阈值调整可以基于包括硬切换负电流条件的pwm循环5、6、7和8的数目，如阴影所示。当pwm循环(5、6、7、8)中没有一者包括硬切换条件时，则可能会发生零伏特切换阈值的调整。替代地，当pwm循环(5、6、7、8)中的一个pwm循环或多个pwm循环包括硬切换条件时，则可能会发生零伏特切换阈值的调整。
81.图7是根据本公开的实施方式的包括有源箝位反激转换器的电源转换器系统的示意图。系统700包括耦接到负载的acf转换器101。该系统进一步包括pwm控制器150，该pwm控制器被配置为将切换信号供应到acf转换器101。具体地，pwm控制器被配置为将ldrv信号传输到作为主开关操作的主晶体管的栅极，并且将hdrv信号传输到作为箝位开关操作的箝位晶体管的栅极。
82.系统700进一步包括频率控制器300，该频率控制器被配置为控制切换信号的频率。频率控制器300被配置为从acf转换器101的开关节点接收信号(sw)。频率控制器300包括sw检测电路710，该sw检测电路被配置为感测零伏特信号(zvs_sense)。零伏特信号可以对应于开关节点电压的下降时段。频率控制器300进一步包括比较器720，该比较器可以将零伏特信号与阈值(t
zvs_ref
)进行比较。频率控制器300进一步包括频率控制电路730，该频率控制电路被配置为基于比较器720的输出而提高或降低pwm控制器150的pwm频率。
83.系统700进一步包括阈值控制器301，该阈值控制器被配置为控制用于对切换信号进行频率控制的阈值。阈值控制器301被配置为从频率控制器300接收零伏特信号。阈值控制器进一步包括被配置为检测硬切换条件的硬切换检测电路750。阈值控制器301进一步包括阈值控制电路760，该阈值控制电路被配置为增加或减小频率控制器300所使用的阈值(t
zvs_ref
)。
84.图8是示出根据本公开的实施方式的用于切换电源转换器的方法的流程图。方法800包括根据pwm循环而循环810电源转换器，包括以pwm频率切换电源转换器。方法800进一步包括在pwm循环期间感测820电源转换器的开关节点处的开关节点电压(v
sw
)。方法800进一步包括在pwm循环期间测量830开关节点电压的下降时段，并且将下降时段与阈值进行比较840以确定负电流条件。方法800进一步包括基于pwm循环的负电流条件改变850pwm循环序列中的后续pwm循环的pwm频率。方法800进一步包括如果已发生860硬切换条件，则调整870阈值。
85.除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。可以在本公开的实践或测试中使用与本文所述的那些类似或等同的方法和材料。如本说明书中以及所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”、“该”包括多个指代物，除非上下文另有明确规定。如本文所用的术语“包括”及其变型形式与术语“包括”及其变型形式同义地使用，并且是开放式的非限制性术语。本文所用术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的特征、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述特征、事件或情况发生的实例和不发生的实例。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，一个方面包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当值通过使用先行词“约”表达为近似值时，应当理解，该特定值形成另一个方面。还应当理解，每个范围的端点相对于另一个端点是重要的，并且独立于另一个端点。
86.一些具体实施可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包含但不限于，例如硅(si)、砷化镓(gaas)、氮化镓(gan)、碳化硅(sic)等。
87.虽然所描述的具体实施的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入具体实施的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以举例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种变化。除了相互排斥的组合以外，本文所述的设备和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的具体实施可包括所描述的不同具体实施的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。
88.将理解，在前述描述中，当元件被提及为在另一个元件上、连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件或电耦接到另一个元件时，该元件可以是直接地在另一个元件上、连接或耦接到另一个元件，或可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件上、直接连接到另一个元件、或直接耦接到另一个元件时，不存在中间元件。虽然在整个具体实施方式中可能不会使用术语直接在
…
上、直接连接到
…
、或直接耦接到
…
，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件能以此类方式提及。本
申请的权利要求书(如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例关系。
89.如在本说明书中所使用的，除非根据上下文明确地指出特定情况，否则单数形式可包括复数形式。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语(例如，在
…
上方、在
…
上面、在
…
之上、在
…
下方、在
…
下面、在
…
之下、在
…
之以下等)旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。在一些具体实施中，在
…
上面和在
…
下面的相对术语可分别包括竖直地在
…
上面和竖直地在
…
下面。在一些具体实施中，术语邻近能包括横向邻近或水平邻近。