本發(fā)明涉及多相直流/直流(DC/DC)轉換器。

背景技術：
本章節(jié)提供與本公開相關的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術。多相DC/DC轉換器包括并聯(lián)連接并且以在其間具有相移的相同頻率工作的多個轉換器。轉換器可以是在多相DC/DC轉換器的輸出端處產生交疊電流的獨立的諧振轉換器。這些交疊電流可以幫助降低輸出電容器中的紋波電流。另外，多相DC/DC轉換器可以包括耦接到轉換器以促進轉換器之間的電流共享的電感器。這也幫助降低輸出電容器中的紋波電流。

技術實現(xiàn)要素：
本章節(jié)提供本公開的一般概述，而不是對整個范圍或所有其特征的全面公開。根據(jù)本公開的一個方面，多相DC/DC電力轉換器包括輸入端、輸出端、并聯(lián)耦接在輸入端與輸出端之間的至少第一轉換器和第二轉換器、耦接到第一轉換器和第二轉換器的電感器、耦接在輸出端與參考電勢之間的輸出電容器、以及耦接到第一轉換器和第二轉換器的控制電路。第一轉換器和第二轉換器每個都包括電力開關。控制電路被配置成以在其間具有相移的頻率來開關電力開關、并且變化電力開關的頻率以變化多相DC/DC電力轉換器的增益并且調節(jié)輸出端處的電壓。根據(jù)本公開的另一方面，多相DC/DC電力轉換器包括輸入端、輸出端、并聯(lián)耦接在輸入端與輸出端之間的至少第一轉換器和第二轉換器、耦接到第一轉換器和第二轉換器的電感器、耦接在輸出端與參考電勢之間的輸出電容器、以及耦接到第一轉換器和第二轉換器的控制電路。第一轉換器和第二轉換器每個都包括電力開關?？刂齐娐繁慌渲贸稍诙嘞郉C/DC電力轉換器的啟動期間以在其間沒有相移的固定頻率來開關電力開關、并且在多相DC/DC電力轉換器的啟動之后以在其間具有所定義的相移的可變頻率來開關電力開關。根據(jù)本公開的另一方面，公開了一種用于多相DC/DC電力轉換器的控制電路。多相DC/DC電力轉換器具有輸入端、輸出端、并聯(lián)耦接在輸入端與輸出端之間的至少第一轉換器和第二轉換器、耦接到第一轉換器和第二轉換器的電感器、以及耦接在輸出端與參考電勢之間的輸出電容器。第一轉換器和第二轉換器每個都包括電力開關?？刂齐娐繁慌渲贸稍诙嘞郉C/DC電力轉換器的啟動期間以在其間沒有相移的固定頻率來開關電力開關、并且在多相DC/DC電力轉換器的啟動之后以在其間具有所定義的相移的可變頻率來開關電力開關。從本文中所提供的描述中，將容易明白更多的方面和適用領域。應當理解，可以單獨地實施或者與一個或多個其它方面相組合地實施本公開的各種方面。還應當理解，本文中的描述和特定例子僅意在用于說明的目的，而不意在限制本公開的范圍。附圖說明本文中所描述的附圖僅用于所選擇的實施例、而不是所有可能的實施的說明性目的，并且不意在限制本公開的范圍。圖1是根據(jù)本公開的一個示例實施例的包括三個轉換器和控制電路的多相DC/DC電力轉換器的框圖；圖2是根據(jù)另一個示例實施例的包括兩個半橋轉換器的多相DC/DC電力轉換器的示意圖；圖3是示出了圖2的兩個半橋轉換器中的電流的三角形波形的曲線圖；圖4是示出了圖2的電力轉換器的輸出電容器中的紋波電流的波形的曲線圖；圖5是根據(jù)另一個示例實施例的包括兩個半橋轉換器的多相DC/DC電力轉換器的示意圖；圖6是示出了用于圖2的半橋轉換器之一的零電流開關區(qū)和零電壓開關區(qū)的示例的曲線圖；以及圖7是示出了圖2的半橋轉換器之一的示例DC特性的曲線圖。在附圖的全部視圖中，對應的標號表示對應的部分。具體實施方式現(xiàn)在，將參照附圖更全面地描述示例實施例。提供示例實施例，使得本公開是全面的并且完整地將其范圍傳達給本領域技術人員。提出了多個具體細節(jié)如具體的部件、裝置和方法的例子，以提供對本公開的實施例的徹底理解。對本領域技術人員來說顯然的是，不需要采用具體的細節(jié)，示例實施例可以以很多不同的形式來實施，并且二者都不應當被理解為限制本公開的范圍。在一些示例實施例中，沒有詳細描述公知的過程、公知的裝置結構和公知的技術。本文中所使用的技術僅為了描述具體的示例實施例的目的，而非意在限制。如本文中所使用的，除非上下文另外明確地指出，否則，單數(shù)也可以意在包括復數(shù)形式。術語“包括”和“具有”是包括性的，并且因此指出所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它其特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或增加。除非明確地被確定為執(zhí)行的順序，否則，本文中所描述的步驟、過程和操作不被理解為必要地要求其以所討論的或所示出的具體的順序執(zhí)行。同樣應當理解的是，可以使用另外的或可替選的步驟。盡管在本文中使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、范圍、層和/或部分，然而，這些術語不應當限制這些元件、部件、范圍、層和/或部分。這些術語可以僅用于區(qū)分一個元件、部件、范圍、層和/或部分與另一個范圍、層和/或部分。當在本文中使用時，除非明確地由上下文指出，否則，術語如“第一”、“第二”和其它數(shù)字術語不意味著次序或順序。因而，下面所討論的第一元件、第一部件、第一范圍、第一層和/或第一部分可以被稱為第二元件、第二部件、第二范圍、第二層和/或第二部分而不偏離示例實施例的教導。在本文中，可以使用空間相關的術語如“內部的”、“外部的”、“在下方”、“在下”、“較低的”、“在上方”、“上部的”等，以便于描述附圖中示出的一個元件或特征與另一個元件或特征的關系?？臻g相關的術語可以意在包含除附圖中所描繪的方向之外的處于使用或工作狀態(tài)的裝置的不同的方向。例如，如果附圖中的裝置被倒置，則描述為在其它元件或特征的“下方”的元件將在其它元件或特征的“上方”。因而，示例術語“在下”可以包括在上和在下的兩個方向。裝置可以指向另外的方向(旋轉90度或在其它方向)并且本文中使用的空間相關描述符相應地被解釋。根據(jù)本公開的一個示例實施例的多相DC/DC電力轉換器在圖1中示出，并且總體上由參考標號100表示。如圖1所示，多相DC/DC電力轉換器100包括輸入端Vin、輸出端Vout、并聯(lián)耦接在輸入端Vin與輸出端Vout之間的多個轉換器102、104、106、電感器L、輸出電容器C、以及耦接到每個轉換器102、104、106的控制電路108。每個轉換器包括電力開關S。如在下面所進一步解釋的，控制電路108以在其間具有相移的頻率來開關電力開關S。另外，控制電路108變化該頻率以調節(jié)輸出端Vout處的電壓。另外，控制電路108可以在多相DC/DC電力轉換器100的啟動期間以在其間基本上沒有相移的固定頻率來開關電力開關S。然后，控制電路108在多相DC/DC電力轉換器100的啟動之后以在其間具有相移的可變頻率來開關電力開關S。如圖1所示，電感器L耦接在輸出電容器C與轉換器102、104、106之間?？商孢x地，電感器L可以耦接在轉換器102、104、106的輸入側。例如，在一些實施例中，電感器L可以耦接在輸入端Vin與轉換器102、104、106之間。對于本領域技術人員明顯的是，電感器L的值可以取決于例如電感器L、其它諧振元件在電力轉換器100內的位置等而不同。如下面所進一步描述的，多相DC/DC電力轉換器100中的電感器L(例如，耦接在轉換器102、104、106與輸出電容器C之間)可以降低輸出電容器C中的紋波電流、平衡多個轉換器102、104、106中的電流并且/或者幫助實現(xiàn)無損開關轉變。這可以提高多相DC/DC轉換器100的效率。在圖1的示例中，輸出電容器C耦接在輸出端與參考電勢之間。參考電勢可以包括參考電壓如大地、機殼地等、或者其它合適的參考電勢。如圖1所示，輸出電容器耦接到電感器L以構成LC濾波器。具體地，輸出電容器C耦接在電感器L的輸出側，使得輸出電容器C通過電感器L與轉換器102、104、106隔離?？商孢x地，如果電感器L耦接在轉換器102、104、106的輸入側，則輸出電容器C可以耦接到每個轉換器102、104、106的輸出端。此外，盡管示出了一個輸出電容器C，但也可以采用任何合適數(shù)目的電容器。如圖1所示，轉換器102、104、106并聯(lián)耦接在輸入端Vin與輸出端Vout之間。另外，每個轉換器102、104、106可以包括耦接到電力開關S的整流電路(圖1中未示出)。整流電路可以包括例如中間分接式全波整流器、橋整流器、或者用于從AC電力產生DC電力的任何其它合適的整流電路。另外，可以根據(jù)所采用的轉換器的數(shù)目來變化轉換器102、104、106之間的相移以控制經整流的脈沖的交疊。例如，相移可以等于360/(2*N)，其中N是多相DC/DC電力轉換器100中的轉換器的數(shù)目。如圖1所示，控制電路108分別向轉換器102、104、106提供控制信號110A、110B、110C?？刂齐娐?08以可變頻率來開關(經由控制信號110A、110B、110C開關)電力開關S以調節(jié)輸出端Vout處的電壓。以此方式，不需要預調節(jié)電路來調節(jié)輸出端Vout處的電壓。因而，如圖1所示，輸入端Vin不耦接到用于調節(jié)輸出端Vout處的電壓的預調節(jié)電路。另外，在圖1的示例中，控制電路108接收表示多相DC/DC電力轉換器100的輸出端Vout處的電壓的信號112。以此方式，控制電路108可以提供用于調節(jié)多相DC/DC電力轉換器100的輸出電壓的閉環(huán)控制。另外地和/或可替選地，盡管未在圖1中示出，控制電路108可以接收表示多相DC/DC電力轉換器100的參數(shù)(包括例如輸入端Vin處的電壓)的其它信號。如圖1的示例所示，每個轉換器102、104、106的輸出端在電感器L的輸入側短接在一起。這樣的具有如上所述的適當相移的互連導致交疊的輸出。交疊的輸出以及電感器L和/或每個轉換器102、104、106中諧振元件的存在可以幫助強迫來自每個轉換器102、104、106的電流以諧振方式增大或減小。以此方式，一個轉換器的諧振條件可以由其它轉換器強加。因此，來自一個或多個轉換器的電流增大或減小的速率與其它轉換器中的電流增大或減小的速率基本上相同。因此，流過電感器L的電流(即，由每個轉換器102、104、106提供的電流的總和)基本上恒定。另外，如上面所解釋的，轉換器102、104、106作為諧振轉換器來同時工作。然而，如果轉換器中的一個或多個被禁用，則其它轉換器將不作為諧振轉換器來工作。這是由于如上面所解釋的那樣耦接到轉換器102、104、106的電感器L。在這樣的條件下，控制電路108將向啟用的轉換器提供固定頻率的脈沖寬度調制信號以實現(xiàn)輸出端Vout處的電壓調節(jié)。如上面所解釋的，在其它條件期間也可以采用利用固定頻率的脈沖寬度調制信號控制轉換器102、104、106這一特征來控制電力轉換器100。例如，控制電路108在多相DC/DC電力轉換器100的啟動期間以固定頻率(基本上沒有相移)來開關電力開關S。因此，為了調節(jié)輸出端Vout處的電壓，可以變化每個轉換器102、104、106的電力開關S的工作周期。通過在啟動期間采用固定頻率，可以軟啟動電力轉換器100以降低電力開關S上的電流應力。例如，在電力轉換器100的啟動期間，輸出電容器C可以被放電。通過以固定頻率來開關電力開關S，可以實現(xiàn)輸出電容器C的充電的閉環(huán)單調上升。以此方式，電力轉換器100被軟啟動。然后，在電力轉換器100啟動之后的某個時間點處，控制電路108可以在輸出端Vout處的電壓基本上被調節(jié)之后以在其間具有所定義的相移的可變頻率來開關電力開關S。在一些實施例中，該轉變可以包括在所定義的時間段內將電力開關S之間的相移從基本上沒有相移(如上面所解釋的)增大到所定義的相移。所定義的時間段可以是任何合適的時間，包括例如電力轉換器100的一個開關周期等?？商孢x地，該轉變可以包括直到實現(xiàn)所定義的相移時轉換器中的一些轉換器的多個遞增相移。在圖1的示例中，多相DC/DC電力轉換器100包括三個轉換器102、104、106。然而，應當理解，在本公開的任何給定的應用中可以采用兩個或更多個轉換器。例如，可以向具體的實施添加額外的轉換器以實現(xiàn)更高的效率和/或增大的輸出電力。無論數(shù)目如何，多個轉換器優(yōu)選地均采用相同的拓撲。例如，多個轉換器可以是正向轉換器、橋轉換器(包括全橋轉換器、如圖2所示的半橋轉換器等)、推挽式轉換器等。圖2是包括輸入端Vin、兩個轉換器202、204、電感器L2、輸出電容器C6和輸出端Vout的多相DC/DC電力轉換器200的一個示例。轉換器202和204并聯(lián)耦接在輸入端Vin與電感器L2之間。此外，輸出電容器C6耦接在電感器L2與輸出端Vout之間。如圖2所示，電力轉換器200可以包括耦接到輸入端Vin的濾波器。在圖2的示例中，濾波器是電容器C1?？商孢x地，濾波器在需要時可以包括不同的和/或額外的濾波元件。在圖2的示例實施例中，轉換器202、204、206采用相同的拓撲。每個都是具有其自己的耦接到整流電路206、208的隔離變壓器TX1、TX2的半橋轉換器。每個整流電路206、208耦接到電感器L2。如圖2所示，整流電路206和208是中間分接式全波整流器并且分別包括二極管D1、D2和D3、D4。盡管圖2的示例將整流電路206、208示出為包括二極管整流器，但是也可以使用同步整流器FET(例如，MOSFET)來進一步提高效率。另外，轉換器202包括耦接到變壓器TX1的初級繞組P1的電力開關Q1、Q2。變壓器TX1的次級繞組S1、S2經由整流電路206耦接到輸出端Vout。轉換器204包括耦接到變壓器TX2的初級繞組P2的電力開關Q3、Q4。變壓器TX2的次級繞組S3、S4經由整流電路208耦接到輸出端Vout。除了變壓器TX1、TX2以外，轉換器202可以采用耦接到初級繞阻P1、P2的額外的諧振元件。在圖2的示例中，轉換器202包括分別耦接到電力開關Q1、Q2的電容器C2、C3、以及耦接在電容器C2、C3與變壓器TX1的初級繞阻P1之間的電感器L1。同樣地，轉換器204包括分別耦接到電力開關Q3、Q4的電容器C4、C5、以及耦接在電容器C4、C5與變壓器TX2的初級繞阻P2之間的電感器L3。為清楚起見，電感器L1、L3被示出為與變壓器TX1、TX2分開的外部電感器。然而，應當明顯的是，電感器L1、L3可以包括與變壓器TX1、TX2分開的外部電感(例如來自電感器)以及漏電感和/或寄生電感。取決于設計和期望結果，諧振元件可以是任何合適的值。例如，對應諧振元件的值可以被選擇為基本相等。取決于設計，電力開關Q1、Q2、Q3、Q4可以能夠進行軟開關。例如，可以選擇每個變壓器TX1、TX2的磁化電感、電感器L1、L3、以及電容器C2、C3、C4、C5的值以實現(xiàn)電力開關Q1、Q2、Q3、Q4的基本上零電壓和/或電流開關。以此方式，當變化頻率時，如果頻率變化低于諧振頻率，則可以能夠進行電力開關Q1、Q2、Q3、Q4的軟開關。然而，如果頻率變化高于諧振頻率，則電力開關Q1、Q2、Q3、Q4的零電流開關可能被危害。圖6示出了用于轉換器202、204之一的零電流開關區(qū)和零電壓開關區(qū)的示例。諧振頻率由虛線600示出。再參照圖2，盡管諧振元件中可能存在不均等(例如，來自容差相關變化等)，電感器L2也可以幫助實現(xiàn)轉換器202、204中的電流平衡。以此方式，電感器L2可以使流向輸出端Vout的負載電流穩(wěn)定于穩(wěn)態(tài)條件。為了使負載電流穩(wěn)定，來自每個轉換器202、204的電流的總和保持基本上恒定(如上所述)。因此，當來自轉換器202的到電感器L2的電流斜升時，來自轉換器204的電流以相同的速率斜降(反之亦然)以維持流過電感器L2的基本上恒定的負載電流。來自每個轉換器202、204的電流之間的這種關系導致每個變壓器TX1、TX2的初級繞阻和次級繞阻中的具有基本上三角形的電流波形。例如，圖3示出了每個變壓器TX1、TX2的初級繞阻中的電流的三角形波形。再次參照圖2，作為來自轉換器202、204的電流關系的結果，輸出電容器C6中的紋波電流可以被降低，并且在一些情形中基本上為零。在一些實施例中，紋波可以是輸出負載電流的約2％rms。同樣地，該相同結果可以通過耦接在輸入端Vin與轉換器202、204之間的電容器C1來實現(xiàn)。然而，應當理解，紋波電流可以根據(jù)轉換器202、204的諧振元件的值來變化。圖4示出了用于12V/180A額定電力軌的輸出電容器C6中的紋波電流的示例波形。如圖4所示，紋波電流約為4.7Arms。盡管未在圖2中示出，電力開關Q1、Q2、Q3、Q4由控制電路(例如，類似于圖1的控制電路108)來開關。例如，控制電路可以以可變頻率來開關電力開關Q1、Q2、Q3、Q4以調節(jié)輸出端Vout處的電壓。因此，并且如圖2所示，電力轉換器200的輸入端Vin不耦接到用于調節(jié)輸出端Vout處的電壓的預調節(jié)電路。另外地和/或可替選地，在多相DC/DC電力轉換器200的啟動期間，控制電路可以以在其間基本上沒有相移的固定頻率來開關電力開關Q1、Q2、Q3、Q4。然后，在啟動之后的某個時間點處，控制電路可以以在其間具有所定義的相移的可變頻率來開關電力開關Q1、Q2、Q3、Q4。為了在具有可變頻率時調節(jié)輸出電壓，在每個轉換器202、204的諧振元件(例如，電容器C2、C3、C4、C5，電感器L1、L3等)的值與變壓器TX1、TX2的磁化電感的值之間形成關系。例如，可以基于包括例如所需最大效率(例如，在50％負載、100％負載處等)、增大的滯留容量(hold-upcapacity)、軟開關(上面所解釋的)等的設計需求來選擇變壓器TX1、TX2的磁化電感和諧振元件的值。另外，通過采用可變頻率，電力轉換器200可以以等于1的增益工作?？商孢x地，在需要時，電力轉換器可以以小于1或大于1的增益工作。例如，增益和頻率取決于耦接到輸出端Vout的負載和輸入端Vin處的電壓。以此方式，本領域技術人員能夠設計轉換器202、204以實現(xiàn)期望增益。例如，圖7示出了用于轉換器202、204之一的示例增益曲線。另外，如上面所解釋的，轉換器202、204作為諧振轉換器來同時工作。然而，當一個轉換器(例如，轉換器202)被禁用時，由于電感器L2的存在，其它啟用的轉換器(例如，轉換器204)不作為諧振轉換器來工作。在這樣的條件下，控制電路(未示出)可以向啟用的轉換器提供固定頻率的脈沖寬度調制信號以實現(xiàn)輸出端Vout處的電壓調節(jié)。另外，啟用的轉換器中的變壓器的初級繞阻和次級繞阻中的電流將具有基本上方形的波(例如，梯形、方形等)形而不是如上所述的三角形。圖5示出了基本上類似于圖2的多相DC/DC電力轉換器200的示例多相DC/DC電力轉換器500。然而，如圖5所示，多相DC/DC電力轉換器500包括轉換器502、504以及耦接在轉換器502、504的輸入側的電感器L2。例如，在圖5的示例中，電感器L2耦接在輸入電容器C1與轉換器502、504之間。另外，通過將電感器L2耦接在轉換器502、504的輸入側，可以獲得如上面關于圖1和圖2(其包括耦接在轉換器的輸入側的電感器)所描述的基本上相同的益處。例如，將電感器L2耦接在轉換器502、504的輸入側可以降低輸入電容器C1中的紋波電流。本文中所公開的多相DC/DC電力轉換器可以包括具有3kW或更大的輸出電力的高性能轉換器。另外，盡管在圖2的示例中示出了半橋轉換器，但是也可以采用任何合適的轉換器拓撲，包括正向轉換器、其它橋轉換器(例如，全橋)、推挽式轉換器等。另外，本文中所公開的電力開關可以是任何合適的電力開關，包括例如以500kHz至1MHz的范圍內的頻率來開關的氮化鎵(GaN)電力開關。此外，可以在包括例如高功率轉換器、服務器電源等的許多不同的電力應用中采用本文中所公開的教導。通過采用本文中所公開的教導，電力轉換器可以具有低的電磁干擾(EMI)、對于輸入和輸出電容而言的降低的紋波電流應力、提高的效率、無損開關轉變等。另外，通過采用本文中所公開的教導，轉換器可以處理諧振元件中的實際容差相關變化而不降低性能，實現(xiàn)啟動期間輸出電壓的基本上單調的上升而對開關裝置沒有高水平的應力，包括短路條件期間較低的電流應力等。已經為了說明和描述的目的提供了前面的實施例的描述。前面的實施例的描述不意在是詳盡的或限制本公開。具體實施例的單個元件或特征通常不限制該具體實施例，但是，即使沒有具體地示出或描述，具體的實施例的單個元件或特征在所選擇的實施例中在可應用的地方也是可替換的并且也可以使用。相同的方式也可以以許多方式變化。這樣的變化不被認為是偏離本公開，并且所有這樣的修改意在包括在本公開的范圍內。