專利名稱：自動零電壓開關(guān)模式控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
D類功率變換器可用于開關(guān)模式音頻放大器。近年中，由于優(yōu)于 Legacy(遺留)放大器的優(yōu)勢，D類信號放大器在語音應(yīng)用中十分流行。更低 效的放大器包括A類、B類、AB類和H類。
A類放大器復(fù)制和放大整個輸入信號，且因此是絕對線性的。因此，它 們一般是低效的。即使最有效的理論A類放大器也僅以約50%的效率工作。 一般而言，對于A類放大器的每一個瓦特的功率輸出能力，有另一瓦特作為 熱量被浪費。A類放大器中的實際效率小于10%。
B類放大器以分段線性的方式復(fù)制且僅放大部分輸入信號。兩個放大元 件其中之一每隔半個周期交替關(guān)斷。最有效的理論B類放大器將以78.5%的 效率工作。與音樂相關(guān)的實際效率小于30%。 AB類放大器平衡了 B類放大 器的較高效率和A類放大器的線性之間的直接折衷。
H類放大器類似于A類或AB類放大器，但是其具有在電源電壓之間切 換的電源以增加輸出級效率。這種設(shè)計的底層是復(fù)雜的且存在電源開關(guān)瞬態(tài) 現(xiàn)象并不能從輸出信號完全移除的風(fēng)險。對于音樂而言，效率可以達到50%。
D類放大器一般描述為開關(guān)放大器，因為所有的功率開關(guān)器件要么全開 要么全關(guān)。D類放大器可以使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)或其他形式的調(diào)制。 因為D類放大器的輸入信號被轉(zhuǎn)換為脈沖序列，功率并不像以線性方式放大 信號的其他類放大器那樣被浪費。除了較大的相對效率之外，相對小的熱損 耗可以導(dǎo)致相對小的散熱器的使用。D類放大器的理論效率為100%。 D類;故大器的實際效率可達95%。通過工作在零電壓開關(guān)(ZVS)工作模式，用在開關(guān)模式音頻放大器以 及其他DC-AC功率變換應(yīng)用中的D類半橋功率變換器可以實現(xiàn)較高的效率 和較低的電磁干擾(EMI)。使用ZVS模式，在工作期間，功率變換器的開 關(guān)級中的開關(guān)器件可以在它們的主端子電壓的零交叉點激活以最小化導(dǎo)通 損耗。開關(guān)器件關(guān)閉或?qū)ㄐ枰獣r間。這些瞬態(tài)現(xiàn)象之間的交疊可以被認為 是死區(qū)時間(dead-time )。需要最小量的死區(qū)時間以避免兩個開關(guān)器件同時 閉合。如果兩個開關(guān)器件同時閉合，可能導(dǎo)致從電源軌到軌(rail to rail)直 接傳輸?shù)臐撛诘钠茐?性)的直通電流。太多的死區(qū)時間可能導(dǎo)致輸出信號中 的失真。發(fā)明內(nèi)容諸如音頻放大器之類的DC-AC功率變換器或放大器可包括產(chǎn)生脈沖寬 度調(diào)制信號的脈沖寬度調(diào)制器、自動調(diào)節(jié)ZVS死區(qū)時間的自動零電壓開關(guān) 模式控制器、產(chǎn)生放大器輸出信號的輸出開關(guān)級以及濾波輸出信號的輸出濾 波器。該變換器接收輸入信號且向負載供應(yīng)放大的輸出信號。功率變換器可 以是全橋變換器或半橋變換器。功率變換器至少可以部分地構(gòu)建為集成電路。變換器可以利用動態(tài)可變 ZVS死區(qū)時間工作以在靜止信號條件向脈沖寬度調(diào)制信號插入大的ZVS死 區(qū)時間。當(dāng)大于靜止信號條件的信號條件出現(xiàn)時，插入的ZVS死區(qū)時間可 以自動逐漸變小。自動零電壓開關(guān)模式控制器可以基于表示變換器的負載電 流的測量參數(shù)信號動態(tài)地調(diào)節(jié)ZVS死區(qū)時間。在一個示例中，當(dāng)負載電流 超過預(yù)定范圍時，可以通過自動零電壓開關(guān)模式控制器使可變ZVS死區(qū)時 間失效。在另 一示例中，當(dāng)負載電流增加時，可變ZVS死區(qū)時間可以繼續(xù) 被最小化，直到使用固定ZVS死區(qū)時間的溫度補償計時器超馳(over ridden) 為止。由于ZVS死區(qū)時間的自動控制，在靜止條件中，效率被最大化。因而， 在大放大器中，諸如在具有IC上形成的雙通道開關(guān)級的放大器(能夠以每 通道125或150瓦工作)中，在靜止條件中，輸出開關(guān)級產(chǎn)生的熱被量最小 化。因而，獨立的輸出級開關(guān)可以相對靠近的方式布置在具有相對小或可忽 略的散熱器的集成電路(IC)中。另外，因為在負載電流處于預(yù)定范圍外的工作條件下，ZVS死區(qū)時間失效或被最小化，放大器工作的線性被優(yōu)化。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，當(dāng)檢查下面的附圖和詳細描述時，本發(fā)明的 其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢將顯見或變得顯見。旨在表明，所有這種附加 系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點都被包括在本描述內(nèi)、本發(fā)明的范圍內(nèi)，且受到所 附權(quán)利要求的保護。


參考下面的附圖和描述可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的組件沒有必要 按比例，相反，重點放在解釋本發(fā)明的原理上。而且，在附圖中，貫穿不同 視圖，相同的參考標號表示相應(yīng)的部件。圖l是示例音頻系統(tǒng)的框圖。圖2是圖1的放大器的示例的框圖。圖3是圖2的自動零電壓開關(guān)模式控制器的一個示例的電路圖。 圖4是圖2的自動零電壓開關(guān)模式控制器的另一個示例的電路圖。 圖5是說明圖l-4的零電壓開關(guān)模式控制器的工作的流程圖。 圖6是圖5的工作流程圖的第二部分。
具體實施方式
圖1是示例性音頻系統(tǒng)100的框圖，該音頻系統(tǒng)100包括音頻源102、 音頻放大器104和負載106。音頻源102可以向音頻放大器104提供輸入音 頻信號。音頻放大器104可作為DC-AC功率變換器工作以使用DC電源電 壓放大輸入音頻信號。在其他示例中，音頻源102可以是提供將被放大的輸 入信號的任意其他源，且音頻放大器104可以是功率放大器或能夠放大輸入 信號的任意形式的DC-AC功率變換器。音頻放大器104可以產(chǎn)生提供到負 載106的放大調(diào)制輸出信號。負載106可以是一個或多個揚聲器或能夠接收 放大輸出信號的任意其他設(shè)備。圖2是示例音頻放大器104和負載106的框圖。音頻放大器104包括脈 沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)制器202、自動零電壓開關(guān)(ZVS)模式控制器204、 輸出開關(guān)級206和輸出濾波器208。 PWM調(diào)制器202可以是能夠基于連續(xù) 可變輸入信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號的任意電路或設(shè)備。在一個示例中，PWM 調(diào)制器202可以使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)數(shù)字地調(diào)制輸入信號為三角波形以形成開關(guān)控制信號。開關(guān)控制信號可以被提供到自動ZVS才莫式控制器204。自動ZVS模式控制器204可以是能夠執(zhí)行邏輯的任意器件或電路。在 一個示例中，自動ZVS模式控制器204可以是分離組件邏輯電路和/或在集 成電路(IC)中實施的邏輯電路，其被配置成執(zhí)行所描述的功能。在另一示 例中，自動ZVS模式控制器204可以是執(zhí)行存儲在存儲器中的指令以執(zhí)行 所描述功能性的處理器，其中存儲器可以是能夠以計算機代碼和/或數(shù)據(jù)形式 存儲指令以提供所描述的功能性的任意形式的存儲器件。在另一示例中，自 動ZVS模式控制204可兼有邏輯電路和具有存儲器的處理器。自動ZVS模 式控制器204可以通過控制被包括在輸出開關(guān)級206中的輸出級開關(guān)的零電 壓開關(guān)死區(qū)時間，選擇性地調(diào)節(jié)開關(guān)控制信號的時間，以提供自動零電壓開 關(guān)(ZVS)。輸出開關(guān)級206可以包括門驅(qū)動器210和開關(guān)模塊212。當(dāng)選擇性地使 用自動ZVS模式控制器204調(diào)節(jié)時，門驅(qū)動器210可以基于PWM調(diào)制器 202提供的開關(guān)控制信號來控制被包括在開關(guān)模塊212中的輸出級開關(guān)。使 用調(diào)整導(dǎo)通事件的dV/dt和dl/dt的開關(guān)驅(qū)動方法，輸出級開關(guān)的導(dǎo)通速率可 以使用門驅(qū)動器210控制。關(guān)斷也可以達到最快。在一個示例中，音頻放大 器104可以在功率集成電路(IC)中實施。該示例的功率IC在其達到關(guān)斷 速率時具有優(yōu)于分離設(shè)計的本質(zhì)優(yōu)點，因為限制關(guān)斷速率的開關(guān)公共導(dǎo)線電 感(MOSFET源極電感)在很大程度上不存在。源極引線電感的減小還可以 使導(dǎo)通速率的dV/dt (dVds/dt)電壓反饋控制的穩(wěn)定性最大化?？梢允褂瞄_關(guān)控制信號控制被包括在開關(guān)模塊212中的輸出級開關(guān)，以 產(chǎn)生交流輸出信號。在一個示例中，輸出級開關(guān)可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在另一示例中，任意其他類型的晶體管或其他開 關(guān)器件可以用作輸出級開關(guān)。交流輸出信號可以從電源正軌(+Vcc)和電源 負軌(-Vcc)產(chǎn)生，從而以增加的幅度復(fù)制音頻輸入信號。輸出濾波器208可以包括解調(diào)制濾波器以最小化來自輸出信號的脈沖寬 度調(diào)制譜，使得輸出信號的AC輸出電壓(Vout)的波形基本不含有可見波 紋電壓。輸出濾波器208可以包括形成為任意類型的電感電容(L C )低通濾 波器的電容和電感。在工作中，PWM調(diào)制器202可以通過比較來自音頻源102 (圖1)的輸入音頻信號和三角波形來產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。自動ZVS模式 控制器204可工作，以基于表示輸出到負載106的預(yù)定范圍的輸出信號的交 流電流的測量參數(shù)，選擇性地執(zhí)行自動ZVS控制?；赑WM信號和測量參 數(shù)，自動ZVS模式控制器204可以選擇性地對開關(guān)控制信號強加計時以提 供門驅(qū)動器210的動態(tài)調(diào)制的零電壓開關(guān)控制。門驅(qū)動器210可以控制開關(guān) 模塊212。輸出濾波器208可以從被包括在開關(guān)模塊212中的輸出級開關(guān)產(chǎn) 生的輸出信號中移除開關(guān)頻率。為實現(xiàn)低損耗開關(guān)模式，自動ZVS模式控制器204可以選擇性地在開 關(guān)先開后合周期之間加入足夠的ZVS死區(qū)時間，以允許用于下一導(dǎo)通輸出 級開關(guān)的主端子電壓的完全塌陷。當(dāng)輸出級開關(guān)使用零主端子電壓(零損耗) 激勵時，它工作在ZVS工作模式。ZVS模式不僅使效率最大化，ZVS模式 還可以使電磁干擾(EMI)噪聲最小化?？梢酝ㄟ^自動ZVS模式控制器204選擇性實施的ZVS死區(qū)時間間隔導(dǎo) 致能量和相關(guān)循環(huán)電流從被包括在輸出濾波器208中的電感器傳輸?shù)奖话?在輸出濾波器208中的開關(guān)節(jié)點電容。在一個示例中，被包括在輸出濾波器 208中的電感器和電容器是低損耗器件。循環(huán)電流越大，將開關(guān)節(jié)點從一個 電源電勢回轉(zhuǎn)到另一電勢所需的死區(qū)時間越小。為了使開關(guān)循環(huán)具有最小損 耗，需要關(guān)斷的輸出級開關(guān)被配置以快速且完全關(guān)斷。需要關(guān)斷的輸出級開 關(guān)保持導(dǎo)通的時間越長，開關(guān)損耗增加得越多，且在下一導(dǎo)通輸出級開關(guān)上 實5見歸零電壓變4奐的時間延長。自動ZVS模式控制器204可以自動變化ZVS死區(qū)時間以最大化工作效 率。使用自動ZVS模式控制器的ZVS死區(qū)時間的調(diào)節(jié)可能涉及自動增加ZVS 死區(qū)時間到最大量，該最大量在當(dāng)音頻放大器處于靜止條件或沒有負載條件 時仍能避免非線性。當(dāng)在此使用時，術(shù)語"靜止"或"無負載"表示這種條 件音頻輸入信號基本是小DC信號，使得存在從輸出開關(guān)級206產(chǎn)生且通 過輸出濾波器208供給到負載106的最小信號引起的負載電流。另外，ZVS 死區(qū)時間的調(diào)制可能涉及減小ZVS死區(qū)時間以在輸入信號引起的負載電流 增加時減小開關(guān)損耗。因而，可以基于輸出到負載106的相應(yīng)預(yù)定范圍的電 流，在預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)制ZVS死區(qū)時間。預(yù)定范圍的負載電流可以從靜止條 件(例如，基本沒有電流流向負載106且出現(xiàn)最大波紋電流)擴展到流向負 載106的預(yù)定量的電流。電流的預(yù)定量可以很大程度上處于比靜止波紋電流10大的任意水平。在大多數(shù)情況，該范圍的上限將適當(dāng)?shù)卮笥陟o止波紋電流。因為當(dāng)負載循環(huán)電流增加時，可換向ZVS周期的循環(huán)電流可以減小， 當(dāng)輸入信號引起的負載電流被添加到輸出濾波器208的電感器電流時，自動 ZVS模式控制器204可以自動減小ZVS死區(qū)時間。當(dāng)輸入信號引起的負載 電流增加到負載電流的預(yù)定范圍之外時，根據(jù)用于輸出級開關(guān)的靜止條件， 換向電流不再存在或可以充分地被減小。因而，此時，下一導(dǎo)通開關(guān)可能需 要強迫節(jié)點電壓為下一狀態(tài)，導(dǎo)致在下一導(dǎo)通開關(guān)消耗用于換向開關(guān)輸出節(jié) 點所需的能量之后，主端子電壓電勢的減小。當(dāng)換向電流不再存在或充分地被減小時，開關(guān)損耗具有兩個主要分量。 第一分量是把輸出級開關(guān)上存在的電荷對開關(guān)電壓進行積分的積分結(jié)果，這 是把輸出級開關(guān)的電容對開關(guān)電壓的第二電壓積分。對于諸如MOSFET之 類的輸出級開關(guān)，電容可能是高度非線性的。當(dāng)換向電流不再存在時損耗的第二原因可能是主導(dǎo)原因，且可能隨著電 流和溫度極大地增加。需要關(guān)斷的輸出級開關(guān)在其電路分支中具有反向電 流。當(dāng)該電流反向流過關(guān)斷的輸出級開關(guān)(諸如MOSFET )時，體二極管(body diode)和/或基板二極管(substrate diode)可以被正向偏置和反向恢復(fù)以允 許下一導(dǎo)通輸出級開關(guān)換向節(jié)點(commute the node)。該反向恢復(fù)事件可能需 要在下一導(dǎo)通輸出級開關(guān)上使用全電源電壓維持的大電流。在某些應(yīng)用中， 可以使用較好恢復(fù)類型的續(xù)流二極管補充輸出級開關(guān)(諸如MOSFET)的體 二極管，但是即使是最好的恢復(fù)二極管，恢復(fù)中發(fā)生的損耗也是顯著的。當(dāng)音頻放大器104工作在負載電流的預(yù)定范圍之外的信號引入的負載電 流時，自動ZVS模式控制器204可以將ZVS死區(qū)時間最小化為優(yōu)化的最小 值，或簡單地使得ZVS工作模式失效。在負載電流的預(yù)定范圍之外，音頻 放大器104以相對高的信號引入的負載電流工作，且不再能夠有利地工作在 ZVS模式。因而，ZVS模式的附加的死區(qū)時間不再有用。ZVS死區(qū)時間越 長，越多的電荷可以在續(xù)流二極管器件上積累，而無論二極管構(gòu)造如何。在 續(xù)流二極管是MOSFET體二極管的情況，恢復(fù)可能是費力的且對于被恢復(fù) 的器件潛在有害。動態(tài)雪崩可以在高速恢復(fù)時看到，這導(dǎo)致災(zāi)難性故障。 MOSFET中的寄生雙極晶體管(BJT)可被使能且其安全操作區(qū)域和足夠擊 穿電壓的缺乏可能先于MOSFET中的微觀熱點感應(yīng)故障之前發(fā)生。高溫可 以通過增加存儲的電荷、減小BJT中導(dǎo)通的基極-發(fā)射極電壓閾值和/或減小用于熱點形成過程的熱冗余，而使得情況惡化。一般而言，輸出級開關(guān)在不導(dǎo)通時看見反向電流模式的時間越少，越少 的存儲電荷可以在任意形式的續(xù)流二極管中積累。(少子機制(minority-carrier)是最不好的行為)。例如，和主端子被正常偏置(正向電 流)時一樣，在反向主端子工作條件過程中，MOSFET僅在其受控多子溝道 中是導(dǎo)電的。當(dāng)這樣使能時，它看上去是并聯(lián)的兩個器件，MOSFET和二極 管。MOSFET的電阻越低，通過二極管轉(zhuǎn)向的電流越多。在某些情況下，具 有正常偏置的多子溝道的結(jié)果可能多于簡單的電流轉(zhuǎn)向，且有時還可能在多 子電流活動時導(dǎo)致MOSFET中的電荷的更期望的物理分布。實施為集成電路(IC )的輸出開關(guān)級206還可能具有與掩埋的N阱和基 板中流動的續(xù)流電流相關(guān)的問題。不僅體二極管用于存儲電荷，電荷還可能 位于IC的構(gòu)造中的位置中，這可能干擾IC的功能和可靠性。這些附加的電 荷存儲位置還可能進一步降低效率，因為它們是每個開關(guān)周期的恢復(fù)能量損 耗的一部分。另外， 一旦負載信號電流超過波紋電流，死區(qū)時間可能是輸出開關(guān)級206 (諸如D類輸出級)中的開路循環(huán)(open-loop)非線性的主要原因。只要負 載信號電流維持得小于或基本等于靜態(tài)波紋電流，則不存在大的誤差。因而，自動ZVS模式控制器204被配置以在靜止條件期間最大化的ZVS 死區(qū)時間范圍上自動管理ZVS死區(qū)時間。當(dāng)信號引入的負載電流增加時， 自動ZVS模式控制器204可以相應(yīng)地降低ZVS死區(qū)時間以使反向電流最小 化且維持輸出開關(guān)級206中的線性。另外，當(dāng)ZVS死區(qū)時間不再有用時， 自動ZVS模式控制器204可以被最小化成優(yōu)選小值或者簡單地失效。因而， 當(dāng)輸出音頻電流處于負載電流的預(yù)定范圍之外時，在負載電流的預(yù)定范圍之 內(nèi)，大信號的線性被優(yōu)化，且損耗被最小化。另外，通過避免直通電流改善 可靠性。圖3是作為死區(qū)時間控制器工作的舉例說明的自動ZVS模式控制器204 的電路示意圖。自動ZVS模式控制器204包括輸入處理電路302、第一計時 器電路304、第二計時器電路306、控制器308和開關(guān)控制信號輸出電路310。 在該示例中，與自動ZVS模式控制器204耦合的輸出開關(guān)級是全橋輸出開 關(guān)級，其包括兩個半橋輸出級(A和B),每個半橋輸出級具有高端開關(guān)級 和低端開關(guān)級。在另一示例中，輸出開關(guān)級可以是包括高端開關(guān)級和低端開關(guān)級的單個半橋輸出開關(guān)級(A),且與包括在圖3中的另一半橋輸出級(B) 相關(guān)的電路可以省略。在其他示例中，自動ZVS模式控制器204可以作為 用于兩個或多個并聯(lián)交替全橋輸出開關(guān)級的死區(qū)時間控制器來工作。兩個半橋輸出級(A和B)可以使用兩個單獨的調(diào)制流(PWMA和 PWMB)交替工作，該調(diào)制流經(jīng)由相應(yīng)門驅(qū)動器從開關(guān)控制信號輸出電路 310提供到相應(yīng)半橋輸出級。在圖3中，PWMA可以是沿著第一調(diào)制路徑處 理的第一脈沖寬度調(diào)制信號，且PWMB可以是沿著第二調(diào)制路徑處理的分 離且獨立的第二脈沖寬度調(diào)制信號。交替操作使得輸出級開關(guān)在時間中心附 近切換第一和第二脈沖寬度調(diào)制信號。在不使用交替的另一示例中，可以使 用一個計時器代替第一計時器304和第二計時器306。在該示例中，當(dāng)兩個 半橋(A或B)其中一個使用PWM數(shù)據(jù)流工作時，則半橋(A或B)其中 另 一個使用相同的PWM數(shù)據(jù)流或者PWM數(shù)據(jù)流的補體(complement)工 作。在圖3中，輸入處理電路302可以從PWM調(diào)制器202 (圖2 )接收第 一PWM (PWMA)信號314和第二PWM (PWMB)信號316。另外，輸入 處理電路302可以從一個或多個傳感器或檢測器接收測量參數(shù)信號318。測 量參數(shù)信號318可以是表示一個或多個相應(yīng)測量參數(shù)的一個或多個信號。該 一個或多個測量參數(shù)可以表示從音頻放大器104 (圖2 )流向負載106 (圖2 ) 的交流電流。這些測量參數(shù)可以包括提高的輸出電流和/或基本反向的電流， 和/或輸出級204 (圖2)中的電荷。在圖3中，測量參數(shù)從低端電流或電荷檢測器320和高端電流或電荷檢 測器322被提供。高端電流/電荷檢測器322和低端電流/電荷檢測器320檢 測和提供的測量參數(shù)可以被從音頻放大器104的共享電源檢測到、從輸出級 開關(guān)中MOSFET的正向電流檢測到、從MOSFET中的反向續(xù)流電流檢測到、 從感應(yīng)輸出場的輸出電流檢測到或者從其任意組合4皮檢測到。在其他示例 中，測量參數(shù)可以是表示供應(yīng)到負載106的交流電流的大小的音頻放大器 104的任意其他操作參數(shù)。取樣電流被放大或抑制以在控制器308與比較器 一起工作時做出模擬判斷。在其他示例中，電阻可用于將取樣的電流轉(zhuǎn)換為 與另一參考電勢電壓做比較的電壓，控制信號輸出可以此參考電勢電壓為基 石出。在一個示例中，希望快速地檢測電流，然而，使用太大的速度檢測電流13也是需要避免的事情。例如，對于MOSFET， sub lOOnS的檢測速度將被避 免，因為MOSFET體二極管的正常反向恢復(fù)電流可以通過自動ZVS模式控 制器204檢測且會產(chǎn)生不希望的作用。自動ZVS模式控制器204中的電3各 或邏輯可用于調(diào)整最小死區(qū)時間值，以試圖避免所謂的直通電流 (shoot-through current )。然而，在某些情況下，在必須連接相對輸出級開關(guān) 且反向電流必須仍然在至少該續(xù)流二極管器件和體二極管中流動時，為了恢 復(fù)續(xù)流二極管，直通電流可能是必須的。在一個示例中，輸出級開關(guān)中的正向電流可用作判斷ZVS死區(qū)時間的 自動變化和判斷何時使ZVS失效的基礎(chǔ)。當(dāng)高端開關(guān)中的正向電流很大時， 則低端開關(guān)中的反向電流很大，反之亦然。因而，正向電流可以從反向電流 推斷，反之亦然。因此，反向電流檢測可以直接被自動ZVS模式控制器204用來揭示減 小死區(qū)時間的需要。例如，當(dāng)輸出開關(guān)級包括高端和4氐端時，在被檢測的專敘 出開關(guān)級的一半中死區(qū)時間可以減小。在另一示例中，當(dāng)積分器用于檢測暗 示少子導(dǎo)電模式的位置中的電荷或電流時，這種積分器可用作傳感器以4是供 測量參數(shù)。從可靠性觀點來看，辨別IC (諸如NMOSIC)的低端FET中的 電荷存儲是有用的。只要電流限制在范圍內(nèi)，可在低端形成的寄生雙極晶體 管(BJT)也是有用的電荷檢測器?？梢允褂酶魇礁鳂拥钠渌麥y量技術(shù)其中任意一種來測量電流或電荷。電 荷測量是電流相對于時間的積分。在開關(guān)模式功率IC中，可以使用除了用 在IC構(gòu)造中的那些材料之外不需要附加材料的測量技術(shù)。其他測量技術(shù)可 能需要磁性材料或所需屬性的其他材料(諸如具有強霍爾系數(shù)的材料)以測 量電S?；螂姾?。一種測量纟支術(shù)是電阻性電流分流(resistive current shunt)。電阻性電;危 分流可以通過在輸出級開關(guān)(諸如MOSFET)的源極引線中或者在通向功率 級的電源上放置電阻而形成。使用在電源引線被測量時從電源到負載的正向 電流或者從輸出濾波器208的電感返回的續(xù)流電流的歐姆定律，電阻性電流 分流可以提供直接檢測。在用于IC的電阻性電流分流構(gòu)造中使用的材料可 以是高摻硅(highly doped silicon)或者金屬化，諸如在IC的互連中使用的 鋁或銅。對于高電流應(yīng)用，使用金屬化的電阻性電流分流構(gòu)造可以提供相對 低的損耗。除了電阻性電流分流測量技術(shù)，功率MOSFET允許使用少量MOSFET單元作為檢測FET的電路檢測的機會。在該測量技術(shù)中，器件電 流的少量的取樣可以與主電流共享?？梢允褂萌我怆娏鳂O性。在另一測量技術(shù)中，可以使用置于結(jié)點中的電荷實現(xiàn)電荷檢測。雙極晶 體管(BJT)可用作電荷放大器件。例如，當(dāng)基極-發(fā)射極結(jié)與MOSFET的 體二極管中的電流相鄰布置時，體二極管上的正向?qū)щ婋姾赡鼙粰z測且被用 作BJT的輸入。無論使用什么檢測機制，包括輸出開關(guān)級206的靜止和小信號操作的減 小的電流將不會導(dǎo)致自動ZVS模式控制器204檢測ZVS工作模式和太早地 使得ZVS工作模式失效。在一個示例中，正向電流檢測的邊界可約為負載 的峰值操作/限制電流的25%。在某些示例中，靜止波紋電流可約為峰值負 載電流的10%。在這些示例中，如果用于正向電流檢測的邊界被設(shè)置為25%， 則，在所有較高負載電流過程中將沒有ZVS,不過仍存在足夠的電流來實現(xiàn) 各種設(shè)計，其中波紋電路容差不會太早使得ZVS失效。因而，靜止模式中 的循環(huán)電流可以被設(shè)計為不超過預(yù)定限制。輸入處理電路302包括對于第一門驅(qū)動器電路(門Drvr-圖2， 210)和 第二門驅(qū)動器電路(門Drvr-圖2， 210)而言是相同的計數(shù)器326和邏輯門 328。另外，輸入處理電路302包括可與第一門驅(qū)動器電路一起工作的第一 邊沿檢測器330和第一延時電路332,以及可與第二門驅(qū)動器電路一起工作 的第二邊沿檢測器334和第二延時電路336。在音頻;改大器104僅包括半橋 的其他示例中，第二邊沿檢測器334和第二延時電路336可以省略。控制器308可以是能夠執(zhí)行邏輯的任意電路或器件。在一個示例中，控 制器308可以是能夠執(zhí)行指令或代碼以接收輸入、產(chǎn)生輸出且執(zhí)行相關(guān)處理 的處理器或其他器件。本示例的控制器308可以包括存儲器，其中指令和代 碼被處理器存儲和訪問。另外，存儲器可以存儲數(shù)據(jù)和與控制器308的工作 相關(guān)的任意其他操作參數(shù)。在另一示例中，控制器308可以是能夠執(zhí)行所述 功能性的分離組件電路或者集成電路。在另一示例中，控制器308可以包括 處理器和電路。一般而言，控制器308可以接收測量參數(shù)信號作為控制循環(huán)中的反饋信 號，且相應(yīng)地調(diào)節(jié)第二計時器342?？刂破?08取樣的測量參數(shù)信號可以^皮 放大或者抑制以使得控制器308例如能夠使用比較器做出模擬判斷。在一個 示例中，控制器308還可以包括電阻，用于將取樣電流轉(zhuǎn)換成與另一參考電15勢進行比較的電壓。高端電流/電荷檢測器322和低端電流/電荷檢測器320可以向控制器308 提供表示信號引入的負載電流的測量參數(shù)。另外，測量參數(shù)經(jīng)由邏輯門328 提供到計數(shù)器326。為簡單起見，且用于差分均衡，自動ZVS模式控制器 204可以使得所有輸出級開關(guān)的ZVS模式同時失效。對于全橋，這暗示著所 有4個輸出級開關(guān)同時使用相同的模式。在其他示例中，自動ZVS模式控 制器204可以通過添加ZVS死區(qū)時間使得某些輸出級開關(guān)序列使用ZVS模 式工作，而其他輸出級開關(guān)序列不使用ZVS模式。計數(shù)器326可以是能夠在約6毫秒(ms )到約18ms的范圍中進行計數(shù) 的任意形式的器件或電路。在其他示例中，其他范圍也是可行的，只要所述 范圍足夠長以防止負載電路的音頻頻率上的快速模式切換，但又并不長得折 衷了整體放大操作。在圖3中，計數(shù)器326是10ms數(shù)字計數(shù)器，其包括清 零輸入端(Clr)，最終計數(shù)輸出端(TC)、 -使能輸入端(EN)和時鐘輸入端 (C)。在圖3中，第一和第二計時器電路304和306均與相應(yīng)的半橋一起使 用。另外，第一和第二計數(shù)器電路304和306均可包括以第一時間間隔工作 的第 一計時器340和以第二時間間隔工作的第二計時器342。第 一計時器340 可工作為基于固定時間間隔的固定單次計時器(fixed one shot timer)。另一 方面，第二計時器342可工作為具有可變時間間隔的ZVS單次計時器。第 一和第二計時器340和342均可以是向高和低端輸出級開關(guān)提供計時信號的 單次觸發(fā)器。在音頻放大器僅包括半橋的其他示例中，第二計時器電路306 可以省略。邊沿檢測器330和334可以是能夠檢測脈沖信號的上升沿或下降沿的任 意電路或器件。在圖3中，邊沿檢測器330和334均使用包括XOR門344 和NOT門346的邏輯形成。邊沿檢測器330和334可以在PWMA和PWMB 信號314和316的上升和下降沿上輸出窄的峰值以觸發(fā)相應(yīng)第一和第二計時 器304和306的輸出。第一和第二延時電^各332和336可以包括提供PWMA 和PWMB信號314和316的預(yù)定信號傳播延時的任意邏輯。在圖3中，信號傳播延時被設(shè)置得基本等于或者稍大于相應(yīng)第一和第二 邊沿4企測器330和334以及相應(yīng)計時器電路304和306的傳播延時。在圖3 中，延時電路332和336包括4個反相器。在其他示例中，任意數(shù)目的反相 器或者其他延時機制可用于提供合適的傳播延時。當(dāng)傳播延時超過邊沿4企測16器和計時器路徑的延時，結(jié)果是，輸出級開關(guān)的導(dǎo)通相位較早關(guān)斷，而不是 使得死區(qū)時間的整體影響是輸出級開關(guān)的延時的導(dǎo)通。來自第 一 和第二計時器304和306的輸出信號和延時的PWMA和PWMB信號314和316可以被 提供到開關(guān)控制信號輸出電路310。開關(guān)控制信號輸出電路310可以是提供選擇性地包括ZVS的門驅(qū)動信 號到門驅(qū)動器210 (圖2)的任意形式的電路或邏輯。在圖3中，開關(guān)控制 信號輸出電路310包括第一調(diào)制路徑中的第一 ZVS使能348和第二調(diào)制^各 徑中的第二ZVS使能350。另外，開關(guān)控制信號輸出電路310包括第一調(diào)制 路徑中的第 一高端邏輯354和第一低端邏輯356以及第二調(diào)制路徑中的第二 高端邏輯358和第二低端邏輯360。來自第一和第二高端邏輯和低端邏輯 354、 356、 358和360的輸出提供開關(guān)控制輸出信號以驅(qū)動輸出開關(guān)級206 (圖2)。第一計時器340可被自動ZVS模式控制器204使用以維持溫度補償最 小化ZVS死區(qū)時間以防止在所有工作條件下的明顯直通。第二計時器342 可以經(jīng)由控制器308提供的計時器調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)以提供可變ZVS死區(qū)時間。 在控制器308處于包含第一和第二計時器304和306的IC的外部的一個示 例中，使用控制器308控制的編程電阻器可以應(yīng)用于IC的外部引腳以提供 第二計時器342的可變ZVS死區(qū)時間的自動調(diào)節(jié)能力。在其他示例中，可 以通過控制器308提供模擬輸出、脈沖或任意其他形式的控制信號，以控制 第二計時器342的可變ZVS死區(qū)時間。取樣電流可以被放大或抑制以使用 比較器做出模擬判斷。電阻器可用于將取樣電流轉(zhuǎn)換成與另 一參考電勢比較 的電壓。包含在開關(guān)控制信號輸出電路310中的第 一和第二高端邏輯和低端邏輯 354、 356、 358和360,基于PWMA和PWMB信號314和316、來自計凄史 器326的輸出以及來自計時器電路304和306的輸出，提供開關(guān)控制輸出信 號。因而，即使控制器308將第二計時器342調(diào)節(jié)到可變ZVS死區(qū)時間的 極小值，其將對實際工作的死區(qū)時間沒有影響。因為第一計時器340可用作 固定計時器以確立最小ZVS死區(qū)時間，當(dāng)來自第二計時器342的可變ZVS 死區(qū)時間信號被調(diào)節(jié)以提供小于第一計時器340提供的最小ZVS死區(qū)時間 時，最小ZVS死區(qū)時間可以一皮邏輯配置成否決可變ZVS死區(qū)時間。在使用圖3的示例的工作中， 一旦預(yù)定范圍之外的電流/電荷事件被高端檢測器322或低端檢測器320檢測到，基于從邏輯328到清零輸入端(Clr) 的信號，計數(shù)器326可以被清零(設(shè)置為零)。最終計數(shù)輸出端(Tc)可以 基本同時被清零，使得使用ZVS使能348和350的第二計時器342的輸出 信號失效。只要計數(shù)器326被清零，則計數(shù)器326歸零。當(dāng)從邏輯328到清 零輸入端(Clr)的信號由于預(yù)定范圍之外的事件已經(jīng)過去而不復(fù)存在時，計 數(shù)器326開始計數(shù)，因為時鐘信號輸入端(C )使用使能輸入(En )而被使 能。在圖3中，提供到時鐘輸入端(C)的信號是PWMA信號314。在另一 示例中，PWMB信號316可以設(shè)為時鐘信號輸入(C)。在其他示例中，可 以使用不同于PWMA和PWMB 314和316的信號。計數(shù)器326可以在進入 的PWMA信號314的上升沿計時。在另一示例中，計數(shù)器326可以在進入 的PWMA信號314的下降沿計時。因為延時電路322,計數(shù)器326可以計 數(shù)到最終計數(shù)(TC )且在相關(guān)的上升沿到達位于下游的低端邏輯358和360 之前，使用ZVS使能348和350，使能來自第二計數(shù)器342的可變ZVS死 區(qū)時間。當(dāng)ZVS被使能且假設(shè)提供可變ZVS死區(qū)時間或者固定ZVS死區(qū)時 間時，工作條件可以是被抑制的負載電流條件。通過在使用ZVS使能348和350的ZVS抑制模式的激活和ZVS計時的 再激活之間設(shè)置相當(dāng)大的時間延時，基于開關(guān)級輸出中的任意未校準的誤 差，人為聽見抑制和再激活之間的模式轉(zhuǎn)化的風(fēng)險被最小化。這是因為存在 的產(chǎn)生ZVS模式之外的模式開關(guān)輸出的大信號可以聽覺上屏蔽在對信號進 行大反饋校正之后殘留的小誤差。例如，為了使用250kHz的PWM信號計 數(shù)到10ms，需要具有適當(dāng)解碼最終計數(shù)狀態(tài)的12位計數(shù)器(2500)。在另 一示例中，11位計數(shù)器將計數(shù)到2047或8.188 ms。在PWMA信號314的削 波過程中的計數(shù)的損耗可以忽略，因為削波花費的時間的百分比將保持相對 小。另一方面，如果削波百分比大，可以在削波過程中提供備選計數(shù)機制， 諸如用于形成三角波形的三角波形時鐘(輸入信號通過PWM調(diào)制器202數(shù) 字調(diào)制成該三角波形)或者可以多個三角波形時鐘操作的任意其他時鐘。在一個示例中，計數(shù)器326可以在加電之后清零以復(fù)位自動ZVS模式 控制器204。復(fù)位自動ZVS模式控制器204可以被實施以改善均衡或關(guān)4建啟 動時間。可替換地，計數(shù)器326可以在加電時使能ZVS模式，直到檢測的 條件和測量參數(shù)信號指示信號引入的負載電流處于預(yù)定范圍之外。在IC中，由于相鄰的門驅(qū)動信號和電流/電荷信息的相互可用性，自動ZVS模式控制器204可以位于負軌(-Vcc)或者IC的基板電平。在門驅(qū)動 信號用于驅(qū)動低端輸出級開關(guān)(諸如FET)或者被轉(zhuǎn)換以驅(qū)動高端輸出級開關(guān) (諸如NMOS高端FET)之前，門驅(qū)動信號可以轉(zhuǎn)換成負軌或基板電平。 與使用基于大地的信號處理器時在放大器的負軌(-Vcc )進行控制編程相比， 基于接地電平轉(zhuǎn)換計時器電路304和306的可調(diào)節(jié)計時電流可能更加有效。在另一IC示例中，自動ZVS模式控制器204的構(gòu)造可以處于IC中的 接地電平。當(dāng)自動ZVS模式控制器204實施在接地電平時，PWM信號可以 從基于接地的邏輯轉(zhuǎn)換為放大器的負軌(-Vcc)。然而，在該示例中，在ZVS 死區(qū)時間的插入之后，更多的信號需要被轉(zhuǎn)換，這可能增加轉(zhuǎn)換器的數(shù)目且 增加了將蔓延到死區(qū)時間臨界點的附加容差或誤差的風(fēng)險。自動ZVS模式控制器204還可以被配置成基于放大器中看到的電流連 續(xù)地調(diào)制ZVS死區(qū)時間。正向或者反向電流均可以^皮;險測為測量參數(shù)信號， 且用作控制變量。例如，可以使用獨立開關(guān)電流或者共享電源電流。在一個 示例中，可以使用包括具有可用即時模擬電源電流信息的全橋放大器、峰值 獲取和保持檢測器的放大器代替控制器308來處理電流信號。圖4是工作為連續(xù)可變自動ZVS模式控制器以調(diào)制ZVS死區(qū)時間的示 例的自動ZVS模式控制器204的電路圖。與圖3的自動ZVS模式控制器204 相似，該自動ZVS模式控制器204包括輸入處理電路302、第一計時器電路 304、第二計時器電路306、控制器308以及開關(guān)控制信號輸出電路310。因 此，出于簡潔目的，下面的討論主要集中于與前述自動ZVS模式控制器204 的不同之處。在圖4中，控制器308被配置為峰值獲取和保持檢測器。在該示例中， 不像前一示例中那樣用ZVS使能348和350使得第二計時器342 (圖3 )失 效，而是，第二計時器342的調(diào)制的ZVS死區(qū)時間在時間上減小，使得調(diào) 制的ZVS死區(qū)時間最終在第 一計時器340提供的固定ZVS死區(qū)時間之后消 失，且ZVS模式使用最小死區(qū)時間操作以避免直通。圖4的示例控制器308包括高端電流緩沖放大器402和低端電流緩沖放 大器404，其被配置以接收相應(yīng)的高端電流406和低端電流408作為測量參 數(shù)信號。當(dāng)?shù)投穗娏骰蚋叨穗娏鞒^預(yù)定峰值時，控制器308獲取并保持該 值一預(yù)定時間周期?？刂破?08還包括誤差箝位(error damp) 410、反饋電19阻412、電流電阻414、測量信號門418、放電開關(guān)420、比較器422、電容 緩沖放大器424、放電電阻428以及計時電容430。在其他示例中，其他邏 輯拓樸或者處理器可用于實現(xiàn)相似的功能性。工作中，低端電流和高端電流作為測量參數(shù)被接收。在測量參數(shù)大于計 時電容430上的代表性電荷電流時，高端電流緩沖放大器402和低端電流緩 沖放大器404經(jīng)由測量信號門418對計時電容430充電。計時電容430可以 與計時電阻414聯(lián)合操作為RC電路。在一個示例中，計時電阻414的大小 經(jīng)過調(diào)整且與計時電容430串聯(lián)以允許音頻放大器104 (圖2)在充電間隔 期間維持穩(wěn)定。比較器422可以通過比較來自測量信號門418的漏極電壓與 供給到比較器422的預(yù)定偏置電壓432，監(jiān)控流向計時電容430的電荷電流。 當(dāng)漏極電壓被拉到偏置電壓432之下時，比較器422被觸發(fā)，以在計數(shù)器326 的清零輸入端(Clr)處產(chǎn)生信號，以開始對存儲有計數(shù)器326中的計數(shù)的寄 存器的清零。換句話說，比較器422被觸發(fā)以在計時電容430從測量參數(shù)信 號充電時復(fù)位計數(shù)器326。因而，只要測量參數(shù)信號超過表示計時電容430 被充電的負載電流的原先的峰值，計數(shù)器326可以復(fù)位。一旦計數(shù)PWMA信號314的上升或下降沿的計數(shù)器326達到最終計數(shù) (TC),計時電容430上存儲的電荷可以通過放電開關(guān)420緩慢地放電。因 而，隨著時間的流逝，作為超過表示原先檢測的負載電流的峰值電流的替換， 只要測量參數(shù)信號超過計時電容430的放電值，計數(shù)器326可以類似地被復(fù) 位。電容緩沖放大器424給第二計時器342供給電壓以調(diào)制ZVS死區(qū)時間。 相應(yīng)地，控制器308以階梯方式操作以在負載電流增加時增加計時電容430 上存儲的電荷?；谠O(shè)為反饋信號的高端電流406和低端電流408以及存儲在計時電容 430中的電荷，電容緩沖放大器424產(chǎn)生的電壓對應(yīng)于存在的負載電流。因 而，第二計時器342的可變ZVS死區(qū)時間正比于測量參數(shù)的電壓。因此，第二計時器342是自動可變的，使得隨著測量參數(shù)的電壓的增加， 死區(qū)時間減小，類似于前一示例。在工作中，只要表示峰值負載電流的測量 信號被獲取且被保持為計時電容430上的存儲電荷，計數(shù)器326通過來自比 較器422的信號被清零。當(dāng)計數(shù)器326處于最終計數(shù)(TC)時，通過放電開 關(guān)420,計時電容430可以以預(yù)定速度放電，該放電開關(guān)420釋放存儲的電 荷使其下降到測量參數(shù)信號的電流跟蹤水平。每次負載電流看上去增加時，基于測量參數(shù)信號，計時電容430可以被充電到約等于新檢測的電流水平的 大小且計數(shù)器326可以被清零?？刂破?08可以作為峰值獲取和保持電路工作，該電路設(shè)計為具有較低 的幾百ns的信號電平上升速度(attack speed )，該速度足夠快，遠可以滿足 該應(yīng)用的需要。因為輸出濾波器308的電感限制了輸出開關(guān)級206的電流上 升的速度，在某些示例中，響應(yīng)速度可以是微秒量級。電容緩沖放大器424 可以與高端電流緩沖放大器402和低端電流緩沖放大器404以及計時電容 430形成控制循環(huán)。高端電流緩沖放大器402和低端電流緩沖放大器404示 出為具有誤差箝位410。誤差箝位410可以例如是使恢復(fù)時間最小化的二極 管，否則，該恢復(fù)時間將是每次輸出電流峰值檢測事件之前的飽和錯誤條件。 換句話說，當(dāng)高端電流406和低端電流408變得小于電容緩沖放大器404的 輸出時，相應(yīng)的高端電流緩沖放大器402和低端電流緩沖放大器404可以通 過由相應(yīng)的誤差箝位410的箝位來維持控制以防止飽和。在該示例中，在峰值保持檢測器的控制循環(huán)中可以存在足夠的增益，以 允許第二計時器342的可變死區(qū)時間最小化，以在負載的電流水平處于對音 頻放大器104產(chǎn)生壓力的水平之前，使得ZVS死區(qū)時間小于第 一計時器340 的固定死區(qū)時間(圖2)。盡管不同于參考圖3描述的自動ZVS控制器204， 圖4的連續(xù)可變系統(tǒng)可以通過允許插入可變量的ZVS死區(qū)時間來最大化效 率，以在小輸入信號和大輸入信號之間發(fā)生調(diào)制時更精確地跟蹤操作音頻放 大器104 (圖1)的需要。在一個示例中，內(nèi)部控制電壓可以與預(yù)定編程的 計時相乘，以允許用戶設(shè)置用于基本連續(xù)可變ZVS死區(qū)時間操作的ZVS模 式的時間尺度變化。而且，如果可變ZVS死區(qū)時間在音頻放大器104 (圖2)的靜止信號條 件之上不遠的值處開始縮短，則輸出功率級在負載電流值的連續(xù)范圍上的線 性將更加理想。在一個示例中，當(dāng)供給到負載的峰值電流小于供給到負載的 最大峰值電流約25%時，可變ZVS死區(qū)時間可以通過自動ZVS模式控制器 204增加到最大死區(qū)時間。自動ZVS模式控制器204可以在約25%的最大 峰值電流供給到負載時開始縮短或減小ZVS死區(qū)時間。ZVS死區(qū)時間可以 在約80%的最大峰值電流供給到負載時通過自動ZVS模式控制器完全縮短 至ZVS死區(qū)時間的最小值。在其他示例中，ZVS死區(qū)時間可以是能夠在可 靠功能輸出濾波器208包括的濾波組件的容差范圍內(nèi)和傳感器或檢測器的檢測器閾值范圍內(nèi)實現(xiàn)可靠功能的任意范圍內(nèi)。
在圖4中，在IC的示例中，如前面所討論的，自動ZVS模式控制器208 建于負軌(-Vcc )。由于容易存取PWM信號、高端電流406和低端電流408, 自動ZVS模式控制器208可以建于負軌(-Vcc)?？商鎿Q地，也如前面所討 論的那樣，自動ZVS模式控制器208可以建于基板上。
在另一示例中，可以形成圖3和圖4的系統(tǒng)的混合體。在該自動ZVS 模式控制器208中，在負載電流的某些預(yù)定高值，如參考圖4描述的第二計 時器342的自動調(diào)制的ZVS死區(qū)時間可以像參考圖3討論的那樣失效。
圖5是說明參考圖1-4討論的自動ZVS模式控制器204的示例操作的方 法流程圖。在其他示例中，如前面所討論的，步驟的順序和/或數(shù)目可以變化。 在方框520,音頻放大器104被力。電且從音頻源102接收音頻輸入信號。在 方框504，計數(shù)器326基于加電而復(fù)位。在方框506，計數(shù)器326開始計數(shù) PWMA信號314的PWM脈沖。在方框508,判斷計數(shù)器326是否到達最終 計數(shù)。如果沒有，操作繼續(xù)檢測以判斷是否到達最終計數(shù)。如果在方框508 已經(jīng)到達最終計數(shù)，則在方框512，計數(shù)器326向開關(guān)控制信號輸出電路310 中的ZVS使能348和350 (圖3 )或者控制器308 (圖4 )輸出TC信號。在 方框514，輸入處理電路302中的邊沿檢測器330和334檢測相應(yīng)的PWMA 信號314和PWMB信號316的邊沿。
在方框516，檢測的邊沿信號被作為輸入以觸發(fā)第一計時器340和第二 計時器342。在框520，指示音頻放大器104向負載106供給的負載電流的 測量參數(shù)信號被檢測到且被提供到控制器308作為反饋信號。在方框522， 取決于負載電流的量，控制器308判斷第二計時器342應(yīng)用于PWMA信號 314的和PWMB信號316的可變ZVS死區(qū)時間是否需要被調(diào)整成更長(方 框524)或者更短(方框526)。在方框530，第一和第二計時器340和342 的輸出脈沖被提供到開關(guān)控制信號輸出電路310。
現(xiàn)在參考圖6，開關(guān)控制信號輸出電路310中的邏輯延遲PWMA信號 314和PWMB信號316,防止其被輸出到門驅(qū)動器210,直到來自第一計時 器340 (溫度補償固定ZVS死區(qū)時間)和/或第二計時器342 (自動可變ZVS 死區(qū)時間)的輸出脈沖已經(jīng)完成了循環(huán)(諸如從"邏輯1"狀態(tài)返回到"邏 輯0"狀態(tài))。因而，在方框534，判斷來自第二計時器340的輸出脈沖是否 已經(jīng)循環(huán)回靜止?fàn)顟B(tài)。如果沒有，在方框536,判斷是否已經(jīng)通過使用ZVS
22使能348和350從而使得第二計時器342 (圖3 )失效。如果還沒有通過使 用ZVS使能348和350使得第二計時器342失效，操作返回到方框534。
如果在方框534第二計時器342已經(jīng)循環(huán)或者在方框536第二計時器 342失效，則在方框538，判斷第一計時器340是否已經(jīng)循環(huán)。如果在方框 538第一計時器340沒有循環(huán)，操作繼續(xù)監(jiān)控第一計時器340的輸出脈沖的 循環(huán)。如果第一計時器340已經(jīng)循環(huán)，則在方框542,開關(guān)控制信號輸出電 路310中的邏輯利用此處插入的死區(qū)時間釋放PWMA信號314和PWMB信 號316到相應(yīng)門驅(qū)動器210。
如參考圖3所討論的，在方框544，測量參數(shù)信號被作為反饋信號，其 指示信號引入的負載電流已經(jīng)增加到超過流向負載106的預(yù)定電流范圍。在 方框546，計數(shù)器326響應(yīng)于清零信號(Clr)的接收而被復(fù)位。在方框548, 在計數(shù)器326復(fù)位的同時，ZVS使能348和350使得第二計時器342的ZVS 死區(qū)時間輸出失效，防止其被提供到開關(guān)控制信號輸出電路310,且在計數(shù) 器復(fù)位且可變ZVS死區(qū)時間失效之后，操作返回到方框506。
可替換地，如參考圖4所討論的，在方框560，控制器308接收指示峰 值負載電流的測量參數(shù)信號作為反饋信號。在方框562，相應(yīng)電荷量被存儲 在計時電容430中。在方框564，計數(shù)器326復(fù)位。在計數(shù)器326復(fù)位的同 時，在方框566，開始計時電容430上存儲的電荷對地的緩慢放電，且在計 數(shù)器復(fù)位和存儲的電荷的放電開始之后，操作返回到方框506。
在原先描述的示例中，在工作條件中，自動ZVS模式控制器208可以 優(yōu)化ZVS死區(qū)時間，其中當(dāng)ZVS的使用變得較不優(yōu)化時，ZVS有助于減小 ZVS死區(qū)時間和/或使得ZVS模式完全失效。使用自動ZVS模式控制器208, 可以快速從音頻放大器104移除ZVS死區(qū)時間延時以優(yōu)化高負載電流水平 時輸出開關(guān)級的魯棒性，且在靜止工作條件中ZVS死區(qū)時間可以被動態(tài)調(diào) 制到最大ZVS死區(qū)時間以在相對低的負載電流水平使效率最大化。另外， 由于動態(tài)和自動地使得ZVS模式失效或者將ZVS死區(qū)時間減小到最小水平 的能力，輸出負載電流的線性可以被最大化。
盡管描述了本發(fā)明的各種實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很明顯， 本發(fā)明范圍內(nèi)的很多其他實施例和實施方式是可行的。因此，除了依照所附 權(quán)利要求和它們的等同物之外，本發(fā)明并不受限。
權(quán)利要求
1.一種自動零電壓開關(guān)模式控制器，包括以第一時間間隔工作的第一計時器；以第二時間間隔工作的第二計時器；開關(guān)控制信號輸出電路，被配置成根據(jù)所述第一時間間隔和第二時間間隔其中之一，選擇性地驅(qū)動具有零電壓開關(guān)的開關(guān)模式功率變換器的開關(guān)級；以及控制器，與所述第二計時器連接，其中該控制器被配置成基于測量參數(shù)自動調(diào)節(jié)所述第二計時器的第二時間間隔，從而調(diào)節(jié)零電壓開關(guān)死區(qū)時間，所述測量參數(shù)表示流向負載的預(yù)定范圍的交流電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，還包括計數(shù)器， 該計數(shù)器被配置成響應(yīng)于表示流向負栽的電流大于預(yù)定量的測量信號，使得 所述第二計時器失效。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述控制 器被進一步配置成基于表示流向負載的電流大于預(yù)定量的測量信號，調(diào)節(jié)所 述第二計時器的第二時間間隔，使其小于所述第 一時間間隔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述第一 計時器的第 一時間間隔是固定時間間隔，其被設(shè)置為總是保持最'J、開關(guān)死區(qū) 時間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述第一 計時器被配置成自動調(diào)節(jié)所述固定時間間隔，以補償所述開關(guān)級的溫度中的 變化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述控制 器被配置成響應(yīng)于表示流向所述負載的電流增加的測量參數(shù)，減小所述第二 時間間隔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述控制器被配置成響應(yīng)于表示流向所述負載的電流減小的測量參數(shù)，增加所述第二 時間間隔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述自動 零電壓開關(guān)模式控制器包括集成電路，該集成電路包括所述第一計時器、第 二計時器和開關(guān)控制信號輸出電路。
9. 一種自動零電壓開關(guān)模式控制器，包括 輸入處理電路，被配置成接收脈沖寬度信號；計時器電路，被配置成在所述脈沖寬度調(diào)制信號上選擇性地強加具有可 變時間周期的零電壓開關(guān)死區(qū)時間；以及控制器，被配置成接收表示功率變換器的負載電流的測量參數(shù)，該控制 器與所述計時器電路連接，且還被配置成響應(yīng)于處于靜止條件的負載電流， 動態(tài)地將所述可變時間周期調(diào)節(jié)為最大化的時間周期，且該控制器還被配置 成根據(jù)增加的負載電流逐漸減d、所述可變時間周期。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述功率 變換器是半橋D類DC-AC功率變換器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述功率 變換器是全橋D類DC-AC功率變換器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述輸入 處理電路被配置成響應(yīng)于負載電流超過預(yù)定量的情況，使得動態(tài)可調(diào)可變時 間周期失效。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述控制 器包括峰值獲取和保持檢測器，該峰值獲取和保持檢測器被配置成獲取和保 持表示負載電流的測量參數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述輸 入處理電路包括計數(shù)器，該計數(shù)器被配置成計數(shù)所述脈沖寬度調(diào)制信號，且 所述峰值獲取和保持檢測器包括計時電容，該計時電容被配置成存儲表示電 流峰值負載電流的電荷，所述峰值獲取和保持檢測器被配置成在所述計數(shù)器 達到預(yù)定計數(shù)時使得所述計時電容放電。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動零電壓開關(guān)模式控制器，其中所述計時 器電路包括第 一計時器和第二計時器，其中所述第 一計時器被配置成提供代 表最小零電壓開關(guān)死區(qū)時間的固定時間周期，且所述第二計時器被配置成提 供可變時間周期，所述可變時間周期和所述固定時間周期其中之一是零電壓 開關(guān)死區(qū)時間。
16. —種控制自動零電壓開關(guān)的方法，該方法包括 接收脈沖寬度調(diào)制信號； 檢測表示功率變換器的負載電流的測量參數(shù)； 根據(jù)所述負載電流的大小調(diào)節(jié)可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間；以及 將所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間插入到所述脈沖寬度調(diào)制信號中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時 間插入到所述脈沖寬度調(diào)制信號的步驟包括在所述負載電流處于預(yù)定范圍 內(nèi)時插入所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間，所述預(yù)定范圍包括所述功率變換器 的靜止工作條件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中調(diào)節(jié)可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間 的步驟包括在所述負載電流表示所述功率變換器的靜止條件時將所述可變 零電壓開關(guān)死區(qū)時間的時間周期增大到最大時間周期，且在所述負載電流表 示增加的負載電流時減小所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間。
19. 才艮據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中調(diào)節(jié)可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間 的步驟包括在所述負載電流超過預(yù)定量時使得所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時 間失效。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中調(diào)節(jié)可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間的步驟包括在所述負載電流超過預(yù)定量時使用最小零電壓開關(guān)死區(qū)時間代替所述可變零電壓開關(guān)死區(qū)時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種DC-AC功率變換器，包括自動零電壓開關(guān)(ZVS)模式控制器。該自動零電壓開關(guān)模式控制器可以根據(jù)該功率變換器供應(yīng)的負載電流的范圍調(diào)節(jié)ZVS死區(qū)時間，該范圍從靜止條件到功率變換器的預(yù)定負載水平。該可變ZVS死區(qū)時間可以比靜止條件稍大，且在負載電流增加時逐漸減小。在負載電流的預(yù)定范圍之外，該可變ZVS死區(qū)時間可以失效或者最小化。
文檔編號H02M3/00GK101558558SQ200880001078
公開日2009年10月14日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日
發(fā)明者杰拉爾德·R·斯坦利 申請人:哈曼國際工業(yè)有限公司