用于零電壓轉變功率轉換器的自適應計時的方法及設備與流程

相關申請案的交叉參考

本申請案依據35u.s.c.§119(e)主張發明人為班德亞帕德耶(bandyopadhyay)的于2016年4月15日提出申請的標題為“用于zvt功率轉換器的多級高側fet驅動器(multi-stagehigh-sidefetdriversforzvtpowerconverters)”的共同擁有的第62/323,101號美國臨時專利申請案的優先權的益處，所述申請案特此以其全文引用的方式并入本文中。另外，本申請案與以下申請案有關：共同擁有且共同讓與的第14/982,750號美國專利申請案(“‘750申請案”)，其標題為“用于零電壓轉變功率轉換器中的共振能量最小化的方法及設備(methodsandapparatusforresonantenergyminimizationinzerovoltagetransitionpowerconverters)”、發明人為拉貝拉(labella)等人；及共同擁有且共同讓與的第15/350,697號美國專利申請案，其于2016年11月12日提出申請、標題為“用于零電壓轉變功率轉換器的自適應計時的方法及設備(methodsandapparatusforadaptivetimingforzerovoltagetransitionpowerconverters)”、發明人為拉貝拉等人；及共同擁有且共同讓與的第15/396,466號美國專利申請案，其標題為“用于零電壓轉變功率轉換器的自適應計時的方法及設備(methodsandapparatusforadaptivetimingforzerovoltagetransitionpowerconverters)”、于2016年12月31日提出申請、發明人為班德亞帕德耶等人，所述申請案也特此以全文引用的方式并入本文中。

本發明一般來說涉及電子器件，且明確地說，涉及用于功率轉換的電路。

背景技術：

稱作切換式電源的一類電源始于數十年前且當前著重用于電子工業中。切換式電源常見于許多類型的電子裝備中，例如工業機械、汽車電子器件、計算機與服務器、移動消費型電子器件(移動電話、平板計算機等)、移動電子器件的電池充電器以及例如無線耳機及鑰匙鏈閃光燈的低成本/輕量型物項。許多應用包含用于便攜式電池供電裝置的切換式電源，在便攜式電池供電裝置中，初始電壓逐步降低到經減小電壓以用于給裝置的部件(例如以相當低電壓直流(dc)電平操作的集成電路)供電。切換式供應器是受歡迎的，這是因為這些電源可是輕量型且低成本的。當與使用非切換式電源(例如線性電源)的先前方法相比時，切換式供應器在電力的電壓及電流電平的轉換中是高度高效的。

切換式電源中通過僅在需要時使用高速低損耗開關(例如mosfet晶體管)來將能量從輸入電源(舉例來說，電池)轉移到被供電的電子裝備(負載)以維持負載所需的電壓及電流電平而實現高效率。

執行從在特定電壓及電流范圍內供應電能的dc輸入(例如電池)到不同dc電壓及電流范圍的轉換的切換式電源稱作“dc-dc”轉換器。許多現代dc-dc轉換器通過采用零電壓轉變(zvt)而能夠實現接近90％或90％以上的效率。zvt技術由華(hua)等人開發且描述于1994年發表的論文中(“新穎零電壓轉變pwm轉換器(novelzero-voltage-transitionpwmconverters)”，g.華(g.hua)、c.-s.呂(c.-s.leu)、y.江(y.jiang)及f.c.李(f.c.lee)，ieee電力電子學報(ieeetrans.powerelectron.)，第9卷，第2期，213-219頁，1994年3月)，所述論文以其全文引用的方式并入本文中。在dc-dc轉換器中使用zvt功能會減小否則將因切換損失而發生的能量損失。zvt還具有減小dc-dc轉換器的主要電力開關上的電壓應力的額外益處。開關上的電壓應力的減小允許開關具有較低電壓容差額定值，且因此，可能地，開關可是較小且成本較低的。

先前dc-dc轉換器所采用的zvt電路引入額外開關以及切換元件上的對應額外能量損失及電壓應力。然而，與采用zvt功能性的切換轉換器的總體性能改進相比，zvt功能的能量損失及電壓應力的影響不太顯著。仍需要用以減小zvt功能的能量損失及電壓應力的進一步改進。這些改進將準許電子裝備在增加電池壽命、降低操作成本及改進熱管理方面得以改進。

技術實現要素：

在所描述實例中，一種控制功率轉換器的方法包含執行多個循環，所述循環包含：在第一周期期間接通第一開關，所述第一開關耦合到電源及開關節點；在第二周期期間接通第二開關，所述第二開關耦合到所述開關節點；在所述第二周期期間的第一時間處接通第三開關且在所述第二周期之后的第二時間處通過第一斷開信號關斷所述第三開關，所述第一斷開信號包含高放電信號、后續的較低放電信號，所述第三開關耦合到輔助節點及第二電感器，所述第二電感器耦合到所述輔助節點；及在所述第二時間之后的第三時間處接通第四開關且在后一循環的所述第一周期期間關斷所述第四開關，所述第四開關耦合到所述輔助節點。

附圖說明

圖1是圖解說明zvtdc-dc降壓功率轉換器的電路圖。

圖2是用以操作zvt功能性的開關轉變事件的順序的時序圖。

圖3是針對本申請案的實例性布置的用以操作zvt功能性的開關轉變事件的順序的時序圖。

圖4是一組波形圖，其中具有圖3的時序圖。

圖5是zvt共振電路的理想等效電路圖的電路圖。

圖6是替代布置中的zvt共振電路的理想等效電路圖的電路圖。

圖7是實施例zvt降壓轉換器電路的簡化電路圖。

圖8是實施例開關控制的簡化電路圖。

圖9是展示對例如圖8的實施例的實施例的模擬的圖。

圖10是在具有及不具有圖8的電路的情況下的模擬結果的圖。

圖11是方法實施例的流程圖。

圖12是另一電路實施例的電路圖。

具體實施方式

不同圖中的對應編號及符號通常是指對應部分，除非另有指示。所述各圖未必按比例繪制。

術語“經耦合”可包含利用介入元件做出的連接，且在“經耦合”的任何元件之間可存在額外元件及各種連接。

為更好地圖解說明先前zvt方法的缺點，圖1的電路100圖解說明布置成降壓轉換器電路拓撲的zvtdc-dc轉換器。降壓dc-dc轉換器提供處于比輸入電壓低的電壓的輸出電壓。可受益于zvt切換的使用的其它類型的dc-dc轉換器包含但不限于：升壓轉換器，其將到負載的電壓增大到大于輸入電壓的電壓；及降壓-升壓dc-dc轉換器，其在降壓與升壓功能之間動態地轉變以適于各種輸入電壓電平(具有可能大于或小于輸出電壓的輸入電壓)以將輸出電壓提供到負載。

圖1是zvtdc-dc降壓轉換器電路100的切換元件、關鍵無源組件及關鍵寄生元件的簡化電路圖。為使闡釋簡單化，圖1省略了次要組件、次要寄生元件、用于監視輸出電壓的電路及用于控制實例性zvtdc-dc降壓功率轉換器中利用的開關計時的控制電路。

在圖1中，電路100包含連同輸出電感器106(lo)及電容器108(co)一起執行降壓轉換器的主要功能的兩個主要電力開關102(s1)及104(s2)。降壓轉換器電路100以輸出電壓電平vo向負載(表示為電阻器110(ro))供應能量，所述輸出電壓電平vo是來自dc輸入電壓供應器112(vin)的經減小電壓。vin表示以下兩者：為到zvt功率轉換器的輸入電壓源(例如，電池或另一電源)的外部元件，及跨越vin輸入電壓源的正及負端子的電壓電平。

輔助開關sa1及sa2以及輔助電感器la是為實現zvt功能性而添加到常規切換轉換器拓撲的組件。促成開關s2上的電壓應力的主要寄生電感在圖1中由寄生電感114(lbyp)表示。晶體管102的源極端子、晶體管104的漏極端子以及每一輔助電感器116(la)及輸出電感器106(lo)的一個端子耦合到共同開關節點118(開關節點)，如圖1中所圖解說明。第一輔助開關120(sa1)、第二輔助開關122(sa2)及輔助電感器116一起耦合在輔助節點124(aux節點)處。圖1的實例性電路100中的全部四個開關(s1、s2、sa1及sa2)展示為實施為增強模式n溝道mosfet。開關s1及s2的漏極到源極寄生電容對于電路描述是重要的且在圖1中分別圖解說明為電容126(cds1)及電容128(cds2)。mosfet開關的固有體二極管還展示為耦合在圖1的所有開關(s1、s2、sa1及sa2)的源極與漏極之間。

雖然通常使用增強模式n溝道mosfet作為dc-dc轉換器中的開關，如圖1中的實例中所展示，但其它類型的晶體管開關以及二極管開關已被采用且可用于形成電路100。圖1中的開關還可用于形成其它類型的切換式功率轉換器。

電路100通過在兩種主要狀態之間交替地進行切換而向負載供應經減小電壓(使輸出電壓(vo)跨越電阻器110(ro))。在主要狀態中的一者(通過將開關s1閉合且將開關s2斷開而定義，此意指開關s1是被接通的晶體管，而開關s2是被關斷的晶體管)中，輸入電壓源(vin)向負載供應能量，而且還在電感器lo中存儲用以維持或增加磁能的能量。在另一主要狀態(通過將開關s1斷開且將開關s2閉合而定義，此意指開關s1是被關斷的晶體管，而開關s2是被接通的晶體管)中，來自輸入電壓(vin)的電流流動被阻斷。在此狀態中，先前存儲于電感器lo中的磁能被轉換為電能，且在輸出端子處將能量供應給負載(電阻器ro)。通過使電路在主要狀態中的每一者中花費的相對時間量變化而使跨越負載ro的輸出電壓vo維持處于預定義范圍內。

在上文中所描述的兩種狀態之間進行交替的轉換器有時描述為經脈沖寬度調制(pwm)切換轉換器。使用此描述是因為輸出電壓vo與輸入電壓vin乘以開關s1的工作循環(開關s1的接通時間與總循環周期的比率)成比例。通常，先前已知的降壓轉換器在這些狀態之間進行循環(通常以例如數百khz到1mhz及1mhz以上的頻率進行)。除兩種主要狀態之外，在兩種主要狀態之間的轉變期間存在短暫空載時間。在空載時間期間，開關s1及s2同時斷開，即，實施開關s1及s2的晶體管被同時關斷。空載時間用于確保不存在跨越輸入電壓源(vin)直接到接地的高電流路徑，所述高電流路徑可在開關s1及s2兩者被同時閉合的情況下發生。常規pwm切換式電源在每一操作循環期間采用兩個空載時間：第一空載時間在開關s1斷開時發生且在開關s2閉合時結束；且第二空載時間在開關s2斷開時發生且在開關s1閉合時結束。

在zvt轉換器(例如電路100)中，zvt功能在第二空載時間隨s2斷開而開始之前開始，且zvt功能在第二空載時間隨開關s1閉合而結束之后結束。zvt功能在上文所描述的降壓轉換器循環的第一空載時間(開關s1斷開與s2閉合之間的時間)中不操作。

圖2以時序圖圖解說明用于操作降壓轉換器電路100中的zvt功能性的開關轉變事件的順序。在圖2中，切換事件標示為t0、t1、t3及t4。(注意，在將常規zvtdc-dc降壓轉換器的切換事件順序與實例性實施例的切換事件順序進行比較時，為增加闡釋的簡單性，圖2中不存在標示為t2的事件。)在圖2中，上文中所描述的在開關s2斷開與開關s1閉合之間的時間間隔期間的空載時間在事件t1處開始且在事件t3處結束。

圖1中所圖解說明的四個開關(主要s1、s2以及輔助開關sa1及sa2)中的每一者的斷開及閉合狀態在圖2中由施加到開關柵極的電壓(分別為vg1、vg2、vga1及vga2)表示且以四個圖232、234、236及238展示。圖232圖解說明開關s1的柵極上的電壓，圖234圖解說明開關s2的柵極上的電壓，圖236圖解說明開關sa1的柵極上的電壓，且圖238圖解說明開關sa2的柵極上的電壓。施加到開關柵極的標注為von的電壓指示開關是閉合的(對應晶體管接通)，且標注為voff的電壓指示開關是斷開的(對應晶體管關斷)。圖2圖解說明切換事件的順序且不圖解說明特定電壓電平、波形形狀及時間增量。

先前已知方法的zvt功能性在圖2中標示為t0的事件處開始，其中開關sa1接通，如圖236中所展示。在事件t0之前的時間中，開關s2已閉合且開關s1及sa2已斷開達當前降壓轉換器循環的顯著部分。時間從圖2中所圖解說明的事件t0前進到事件t1。在時間t1處，開關s2斷開，如圖234中所展示。在下一事件t3處，開關s1及sa2閉合，如圖232、238兩者中所展示。開關sa1在時間t3處斷開，如圖236中所展示，且在用以提供空載時間的短延遲之后，sa2僅在事件t3之后閉合，如圖238中所展示。在事件t4處，sa2斷開，如圖238中所展示，以在降壓轉換器的當前循環內完成zvt功能性。

圖1中所圖解說明的實例性常規zvt降壓轉換器電路100在主要電力開關s1于圖2中所圖解說明的標示為t3的事件處從斷開轉變為閉合(s1接通，如圖232中所展示)時實現zvt。開關s1在t3處接通，其中跨越開關s1為零伏或接近零伏。對于電路100，為在s1接通(或閉合)之前達到跨越開關s1為零伏或接近零伏的條件，使用l-c共振電路。所述l-c共振電路增大開關s1的源極端子(耦合到圖1的節點“開關節點”)處的電壓，直到所述電壓大約等于s1的漏極端子處的電壓為止，所述漏極端子處的電壓耦合到輸入電壓vin且大約等于輸入電壓vin。所述l-c共振電路包含輔助電感器la以及電容cds1與cds2(分別為開關s1及s2的漏極到源極寄生電容，參見圖1)的并聯組合。此l-c共振電路在本文中稱為“zvt共振電路”。zvt共振電路是電路100的一部分。在一些方法中，zvt共振電路僅在開關sa1閉合且開關s1、s2及sa2斷開時發生共振，此發生于圖2中的事件t1與t3之間的時間跨度期間。對于一些方法，事件t1與t3之間的時間跨度等于zvt共振電路的共振頻率的四分之一循環。

雖然在與經形成不具有zvt功能的dc-dc轉換器相比時，并入有zvt功能的一些常規dc-dc轉換器在晶體管開關上通常具有較低能量損失及較低電壓應力，但zvt功能本身引入額外能量損失及電壓應力。

存在兩個促成先前已知zvt功能的能量損失的關鍵因素，所述能量損失通過使用實施例得以減小。首先，在輔助開關sa1關斷時正傳導峰值電流時能量被損耗，這是因為峰值電流穿過mosfet線性區域而轉變。在zvt操作期間促成能量損失的第二關鍵因素是穿過輔助開關sa1、sa2、主要開關s1及電感器la的傳導損失的總和。

因zvt功能而產生的電壓應力的最顯著影響是對開關s2所需的電壓容差的影響。開關s2上的電壓應力影響s2晶體管大小及潛在成本。開關s2上的電壓應力是在開關sa1關斷時有峰值電流流動穿過開關sa1從而產生由寄生電感114(圖1中的lbyp)誘發的跨越開關s2的電壓尖峰的結果。另外，在sa1關斷時有電流流動穿過sa1的情況下跨越sa1存在電壓尖峰，此歸因于因寄生電感而發生的振鈴。然而，為實現較高電壓容差而對sa1進行大小設定不會對潛在轉換器成本造成顯著影響，這是因為sa1已是相對小的晶體管(當與主要功率晶體管s1及s2相比時)。

如上文所論述，圖1以簡化電路圖圖解說明zvtdc-dc降壓功率轉換器的切換元件、關鍵無源組件及關鍵寄生元件。出于簡化目的，圖1省略了次要組件、次要寄生元件以及用于監視輸出電壓及控制先前方法及本申請案的實例性布置中存在的開關計時的電路。實施例包含對電路100中所描繪的開關的轉變的排序及計時。因此，本文中使用電路100來闡釋zvtdc-dc降壓功率轉換器的切換事件以及圖解說明本申請案的布置。

在實例性實施例中，所采用的開關轉變排序及計時產生經改進功率效率。使用實施例的布置還實現開關實施方案的具有經減小半導體裸片面積的經改進zvt功率轉換器。

本申請案的實施例中所采用的開關轉變排序及計時發生于zvt功能的操作期間且并不顯著影響電路100在電源循環的其余部分期間的操作。因此，不包含對完整電源循環的描述。

圖3以時序圖圖解說明針對‘750申請案的實例性布置的用以操作zvt功能性的開關轉變事件的順序。注意，雖然所述實施例可連同例如‘750申請案中所描述的zvt轉換器一起使用，但所述實施例不限于此且可與其它zvt轉換器電路一起使用。在zvt轉換器中，使用所述實施例會增加效率且產生較低晶體管成本，所述實施例包含但不限于本文中所論述的說明性實例。在圖3中，切換事件標示為t0、t1、t2、t3及t4。

圖1中所圖解說明的四個開關(s1、s2、sa1及sa2)中的每一者的斷開及閉合狀態在圖3中由施加到開關柵極的電壓(分別為vg1、vg2、vga1及vga2)表示。圖332圖解說明開關s1的柵極端子處的電壓vg1。圖334圖解說明開關s2的柵極端子處的電壓vg2。圖336圖解說明開關sa1的柵極端子處的電壓。圖338圖解說明開關sa2的柵極端子處的電壓。施加到開關柵極的標注為von的電壓指示開關是閉合的，這是因為晶體接通，且標注為voff的電壓指示開關是斷開的，這是因為晶體管。圖3中的圖332、334、336及338圖解說明切換事件的順序。圖3不圖解說明特定電壓電平、波形形狀及時間增量。對于所述實施例及其它zvt方法兩者，開關sa1關斷與開關sa2接通之間存在短暫空載時間。此空載時間用于確保跨越輸入電壓源vin不存在高電流路徑。開關sa1關斷與開關sa2接通之間的空載時間不顯著影響電路100的功能性。因此，為使闡釋進一步簡單化，開關sa1關斷、介入空載時間及開關sa2接通在圖3中圖解說明為發生于單個事件中(時間t2處)。

‘750申請案的實例性布置的zvt功能性在圖3中以標示為t0的事件開始，其中開關sa1接通，如圖336中所展示，而開關s2保持閉合(接通)且開關s1及sa2保持斷開。在圖3中，時間前進到事件t1。在事件t1處，開關s2斷開，如圖334中所展示。在下一事件t2處，如圖3中所展示，開關sa1斷開，如圖336中所圖解說明，且在滿足空載時間要求的短延遲之后，開關sa2閉合，如圖338中所展示。(與本申請案的布置形成鮮明對比，在先前方法中，zvt電路在時間t2處不采用切換事件，如先前所述。)如圖3中所展示，針對本申請案的布置，在事件t3處，開關s1閉合，如圖332中所圖解說明。在事件t4處，開關sa2斷開，如圖338中所展示，以在降壓轉換器的當前循環內實現zvt功能性。

另外，本文中所提供的波形及時序圖未標注有電壓及電流值以及時間增量，這是因為特定值取決于如何實施特定實例性布置。當在本文中對波形進行比較時，使用相同相對電壓、電流及時間標度。

針對上述切換事件之間的每一連續時間跨度，接著描述在相應時間跨度內本申請案的布置所采用的zvt功能性以及開關轉變排序及計時以及本布置與先前方法的比較。另外，下文中提供對用以控制本申請案的布置的開關排序及計時的電路功能性的描述。

在zvt功能的操作期間的第一時間跨度介于事件t0與t1之間，如圖3中所展示。zvt功能在每一降壓轉換器循環期間于事件t0處開始。在t0之前的時間中，zvt功能以如下狀態開始：開關s1斷開且開關s2閉合，并且開關sa1及sa2斷開。在事件t0處，開關sa1閉合，從而允許電流流動穿過輔助電感器la，所述電流從零安培斜升直到電感器la中流動的電流大約等于流動穿過電感器lo的電流為止。同時，閉合開關s2中流動的電流斜升到零或接近零。針對所述實施例的布置及其它zvt方法兩者的電路100的行為對于在事件t0處開始且在事件t1處結束的時間間隔是類似的，只不過事件t1在事件t0之后發生的時間由本申請案的布置的控制電路調整。下文中進一步描述所述調整。

對事件t1發生的時間的調整可經執行以修改zvt共振電路的共振軌線，使得開關節點電壓在事件t3處將等于或幾乎等于輸入電壓vin(以下描述后續事件的zvt功能性)。持續地調整共振軌線允許zvt功能適于負載中的動態改變及其它操作條件。對t1(在t0處的事件之后)發生的時間的調整在所述布置中通過監視及調整在s2于事件t1處被關斷時流動穿過開關s2的電流is2而間接實現。為實現對s2關斷電流的調整，在事件t3處測量開關節點電壓。如果開關節點電壓在時間t3處等于或大于vin，那么s2關斷電流的目標值(在s2關斷時穿過s2的電流或is2-off)逐步減小。如果開關節點電壓在時間t3處小于vin，那么is2-off逐步增加。在緊跟著的降壓轉換器循環的zvt功能的操作期間，在事件t0與t1之間監視開關s2中的電流且將所述電流與is2-off(前一循環中所設定)進行比較。在所述布置中，當電流is2等于或小于is2-off時，開關s2關斷。

如圖3中所展示，在zvt功能的操作期間的第二時間跨度介于事件t1與t2之間。針對本申請案的布置及其它zvt方法兩者，開關s2在事件t1處斷開，其中流動穿過開關s2的電流為零或接近零，如圖334中所展示。開關s1及sa2在t1處保持斷開。在僅閉合開關sa1的情況下，電感器la與開關s1及s2分別的寄生漏極到源極電容cds1及cds2的并聯組合共振(zvt共振電路)。在實施例的實例性布置中，事件t2在事件t1之后的1/6tr的時間處發生(其中“tr”是zvt共振電路的共振周期)。在1/6tr處，開關節點達到大于1/2vin的電壓。在時間t2處，sa1斷開且sa2閉合(在斷開sa1與閉合sa2之間的短空載時間延遲之后)，如圖3中的圖336、338中所展示。

圖4以圖440、442及444圖解說明針對‘750申請案的實例性布置的標示為i(la)的輔助電感器116(la，圖1)中的電流且還呈現將所獲得的電流與針對常規zvt轉換器以其它方法獲得的對應電流進行比較的圖。為圖解的清晰起見，圖4中所展示的切換事件t0、t1、t2、t3及t4分別從圖3復制于圖432、434、436及438中。圖4的針對i(la)波形的時間標度對于本申請案的布置及出于比較目的所圖解說明的先前方法兩者是相同的。

圖4的圖432、434、436及438分別對應于圖3中的圖332、334、336及338，且分別描繪關于圖1中的電路100的開關s1、s2、sa1及sa2上的柵極電壓。在圖4中，以事件t0、t1、t2、t3及t4圖解說明‘750申請案的實例性排序布置。

在圖4中，電感器la(圖1中標示為116)中流動的電流展示于針對在進行事件時間t2調整情況下的i(la)的單獨圖440及針對在不進行t2調整情況下的i(la)的單獨圖442以及將兩種布置組合于相同軸系上的圖444上。圖444經呈現以圖解說明其中進行t2調整的布置在事件t2與t4之間的時間跨度期間以較低電感器la電流操作達較短時間周期。針對圖444中的重疊波形圖，使用虛線來圖解說明在不進行t2調整情況下的電流i(la)以展示波形顯著不同的位置。在圖4的圖440、442及444中，穿過lo的電流由標示為i(lo)的固定網格線表示。實際上，i(lo)并非固定值且是負載相依的。為使闡釋簡單化，i(lo)展示為固定值。

調整t2或不調整t2的方法之間的額外差異在于：在其中調整t2的布置中，在于事件t2處斷開開關sa1時有電流流動穿過開關sa1的情況下發生電壓尖峰，此歸因于因寄生電感而發生的振鈴。在其中t2與t3一致的其它zvt降壓轉換器中，此電壓尖峰僅跨越開關s2而出現，這是因為在尖峰發生時開關s2斷開且開關s1閉合。相比之下，在其中調整t2的布置中，所述布置通過在s1及s2兩者均斷開的情況下且在s1的漏極到源極電容(cds1)被完全放電之前斷開開關sa1而操作，從而跨越串聯的開關s1及s2兩者分布電壓尖峰。具體來說，在其中調整t2的方法中，開關s1及s2分別的寄生漏極到源極電容cds1及cds1的串聯組合形成跨越其發生電壓尖峰的電容式分壓器。跨越s1及s2兩者分配電壓尖峰會減小開關s2的電壓容差要求(當與在其它方法中針對相同開關的電壓容差要求相比時)。在進行t2調整情況下不增大開關s1的電壓容差要求，這是因為在實例性布置中發生于sa1斷開時的跨越s1的尖峰小于在降壓轉換器的操作期間的其它時間處跨越s1的電壓。減小開關s2的電壓容差要求允許使用較小且較廉價晶體管來實施開關s2。

針對其中進行t2調整的方法，在zvt功能的操作期間的第三時間跨度介于事件t2與t3之間。如上文中所述，在對圖3的描述中，‘750申請案的布置的事件t2發生于發生開關sa1從閉合到斷開的轉變及隨后發生的開關sa2從斷開到閉合的轉變時，其中開關s1及s2保持斷開。當開關sa1斷開且開關sa2閉合時，zvt共振電路配置被改變且跨越電感器la的電壓發生反向。穿過電感器la的電流流動將沿相同方向繼續進行，且共振將在不同軌線上繼續進行，其中la中的電流朝向零共振，從而致使開關節點繼續進行充電。在事件t2處存儲于la中的能量繼續對開關節點進行充電直到其變得大約等于輸入電壓vin為止，假設時間t2處的事件在開關節點電壓仍充分高于vin電壓電平的1/2的情況下發生。應注意，對于理想電路，如果t2將發生于開關節點恰好為1/2vin時，那么存儲于電感器la中的能量將把開關節點電壓充電到vin。然而，在實例性布置中，t2應在開關節點處于大于1/2vin的電壓的情況下發生以適應組件參數變化及非理想電路特性。開關節點電壓在事件t2之后的1/12tr的時間處變得大約等于vin，此時，事件t3發生，其中s1閉合。此順序展示于時間t3處的圖432、434、436及438中。

圖5以簡化電路圖圖解說明在上文中所描述的從事件t1到t2的時間跨度期間操作的實例性配置的等效理想zvt共振電路500。圖6以另一簡化電路圖圖解說明在上文中所描述的從事件t2到t3的時間跨度內的實例性配置的等效理想zvt共振電路600。等效電路500及600兩者均圖解說明圖1的電路100的一部分，其中開關s1、s2、sa1及sa2在相應時間跨度內呈上文中所描述的狀態。為簡單起見，在電路500及600的圖式中，開關sa1及sa2在閉合時被視為理想的且展示為互連導體，且簡單地未展示斷開時。

如上文中所描述，針對本申請案的布置，在事件t2與t3之間的時間周期期間，電感器la中的所存儲能量用于將開關節點從大于1/2vin的電平充電到vin。與本布置形成鮮明對比，針對使用其它方法的zvt轉換器，轉換器利用來自功率轉換器輸入電壓源vin的能量來將開關節點充電到大約等于輸入電壓vin。因此，較多能量被存儲于la中且因此la中的電流在開關s1于先前方法的操作期間的t3處閉合時較高(與針對本申請案的布置相比)。針對其它方法，la中所存儲的較多能量及穿過la的較高電流產生較大能量損失。

如上文中所述，本布置的事件t2并非其它方法轉換器的操作的一部分。因此，其它方法zvt共振電路繼續在相同軌線上進行共振達從t1到t3的整個時間跨度。相比之下，針對本文中所描述的實例性布置，共振軌線在事件t2處被修改，如上文中所描述。

如圖4中所圖解說明，與其它方法相比，在‘750申請案的實例性布置的操作期間，穿過開關sa1的電流在sa1關斷時較低。由于使開關節點電壓斜升到大于1/2vin的電平，因此穿過sa1的電流較低。開關sa1的關斷被提早執行(當與其它方法相比時)，而非等到開關節點電壓變得大約等于vin之后執行。因此，針對本申請案的布置，當能量在晶體管線性區域中傳導時(在從接通到關斷的轉變期間)被開關sa1損失的能量低得多。

在zvt功能的操作期間的第四及最后時間跨度介于事件t3與t4之間。在事件t3與t4之間的時間周期期間，開關s1在事件t3處接通且電感器la中的電流斜降到零，此時，sa2在事件t4處關斷，從而結束zvt功能在當前降壓轉換器循環內的操作。在開關s1閉合之后，存儲于電感器la中的電流的超過lo中的電流的部分被傳回到源極，且la中的電流的其余部分流動到lo中以給負載供電。

在事件t3與t4之間的時間周期中其它方法的操作與‘750申請案的布置的操作之間存在至少三個差異。第一差異是：在其它方法中，在t3處，開關sa1斷開且開關sa2閉合。對于‘750申請案的方法，在事件t3之前(在t2處)，sa1斷開且sa2閉合，如上文中所描述。第二差異是：存儲于電感器la中的能量的較小部分被傳回到源極(當與其它方法相比時)，從而減小能量損失。第三差異是：對于其它方法，電感器la的電流在t3處達到其峰值。替代地，對于‘750申請案的方法，穿過la的峰值電流較低且在較早時間(在事件t2處)實現峰值電流，從而致使從t3到t4的時間周期針對所描述布置顯著較短。另外，針對所描述布置的從t2到t4的時間比針對其它方法的從t3到t4的時間短。

上文中所描述的‘750申請案的實例性布置的操作致使開關sa1、sa2及s1以及電感器la各自以較低rms電流電平傳導電流達較短時間量(當與其它方法相比時)，從而產生顯著較低能量損失。通過使用所述布置可獲得的益處包含：穿過sa1、sa2、s1及la的rms電流被降低，這是因為sa1在開關節點電壓達到vin之前關斷，從而在la、sa1及sa2中產生較低峰值電流；開關sa1的傳導時間被減少，這是因為開關sa1比在先前方法中更早關斷，從而在開關節點電壓達到vin之前關斷；及由于la中的峰值電流針對上文中所描述的布置較低，因此la中的電流在較少時間內斜升到零，從而在開關s1中產生較低rms電流。另外，由于la中的電流較迅速地斜升到零，因此開關sa2、開關s1及電感器la的傳導時間也被減少。

應注意，雖然所述實施例可并入有‘750申請案的電路及方法且應用于‘750申請案的電路及方法，但所述實施例不限于此且可應用于其它zvt轉換器布置及在其它zvt轉換器布置中使用。即，雖然本文中的實例將‘750申請案的電路及方法論述為實例性zvt電路及方法，但所述實施例可與其它zvt布置一起使用且還將獲得那些申請案的優點。所附權利要求書的實施例及范圍不限于本文中所描述的說明性實例。

圖7是zvt降壓轉換器電路的實施例的簡化電路圖。圖7的類似地標示的元件執行與圖1的元件類似的功能。即，元件702、704、706、708、710、712、714、716、718、720、722、724、726及728分別執行與圖1中的元件102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126及128類似的功能。電路700在從s2關斷時直到s1接通的間隔期間的操作的時序展示于圖3中。在圖7中，控制件752控制開關702(s1)，控制件754控制開關704(s2)，控制件756控制開關720(sa1)，且控制件758控制開關722(sa2)。由控制件752、754、756及758施加的接通/關斷信號的時序分別根據圖3中所展示的時序而控制開關702、704、720及722。

在圖7的電路中，開關720(sa1)在具有高于穿過負載電阻710的電流的電流的情況下關斷，這是因為在關斷時(t2，圖3)，開關720載運負載電流加上zvt操作的共振電流。此指示需要低驅動電流來關斷開關720以限制電流(di/dt)的改變，明確地說米勒平坦區(millerplateau)及較低柵極電壓的改變，這是因為低di/dt使在關斷期間由寄生回路電感及裝置電容所致的跨越開關的振鈴最小化。具有受控且持續的關斷電流的單級驅動器可減小振鈴，但代價是增大開關720的柵極信號的有效脈沖寬度及較高有效開關電阻(尤其對于窄脈沖寬度)。增大的有效脈沖寬度會增加輔助半橋及電感器中的循環電流。連同較高有效開關電阻，所述實施方案會遭受較高傳導損失。

圖8是開關控制的實施例的簡化電路圖。圖8的類似地標示的元件執行與圖7的元件類似的功能。即，元件816、820、824及856分別執行與圖7中的元件716、720、724及756類似的功能。晶體管862是p型晶體管，其中所述晶體管的源極耦合到標示為“boot”的經升壓節點(即，高于vin)。晶體管862由信號870驅動。由于晶體管862為p型，因此晶體管862在信號870為低時接通。晶體管864是從開關820的柵極耦合到開關820的源極的n型晶體管。晶體管864由信號872驅動。由于晶體管864為n型，因此晶體管864在信號872為高時接通。如圖8中可見，從晶體管864關斷的時間到晶體管862接通的時間之間存在間隙tg。另外，在晶體管862關斷的時間與晶體管864接通的時間之間存在間隙tg。此將確保晶體管862及864不同時接通，從而防止boot節點到aux節點824的傳導路徑。除晶體管864之外，晶體管866也從開關820的柵極耦合到開關820的源極。晶體管866的通道寬度(n*w)是晶體管864的通道寬度(w)的數倍。晶體管866由信號874控制。晶體管866在晶體管864接通的時間的開始處接通達周期tp。因此，在時間tp期間，晶體管864及866兩者均接通，從而提供極大下拉電流以將開關820的柵極放電。

時間周期tp經選擇以將晶體管820的柵極電壓迅速地驅動到米勒平坦區。在tp過去之后，晶體管866關斷以提供低得多的關斷電流及因此穿過開關820的較低di/dt。因此控制件856在米勒平坦區之前提供對開關820的迅速關斷(與在米勒平坦區期間的較慢關斷相組合)以減小振鈴。控制件856比恒定電流或恒定阻抗驅動更好地執行，這是因為控制件856提供甚至更快轉變(在米勒區域之前)以及良好阻尼(此歸因于米勒區域開始之后的緩慢關斷)的優點，且使開關820的有效接通電阻在關斷期間保持為低。

圖9是展示類似圖8的電路的電路的模擬的結果的圖。跡線901是開關820(圖8)的柵極上的電壓。跡線903是對開關820(圖8)的柵極進行充電或放電的電流。跡線974是施加到晶體管866(圖8)的信號，所述信號類似于信號874。跡線972是施加到晶體管864(圖8)的信號，所述信號類似于信號872。在點905處，開關820的柵極在信號870(圖8)的控制下被晶體管862充電到高值。在點909處，高放電電流被施加到開關820(圖8)的柵極，這是因為晶體管864及866(圖8)兩者分別因信號972及974而接通。信號974的接通時間的持續時間tp經選擇使得開關820(圖8)的柵極迅速地達到米勒平坦區911，但在米勒平坦區911開始時便結束。此提供對開關820(圖8)的迅速關斷從而對振鈴具有良好阻尼，此歸因于在米勒平坦區911期間具有較低放電電平。

圖10是展示在具有及不具有圖8的電路的情況下的模擬結果的圖。跡線1013是使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的輔助節點724(圖7)處的電壓。跡線1015是使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的開關節點718(圖7)處的電壓。另外，跡線1021是穿過使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的輔助電感器716(圖7)的電流。

相比之下，跡線1017是在不使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的情況下輔助節點724(圖7)處的電壓。跡線1019是在不使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的情況下開關節點718(圖7)處的電壓。跡線1023是在不使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的情況下穿過輔助電感器716(圖7)的電流。點1009處的跡線1015與點1010處的跡線1019的比較展示使用包含控制件856的實施例會顯著減小開關節點718(圖7)處的振鈴，同時改進開關節點718(圖7)的斜升速度。另外，跡線1023展示穿過輔助電感器716(圖7)的電流與跡線1021中所展示的電流相比更大且更持久。此展示使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的rms功率節省。雖然此數據展示使用控制件856(圖8)來控制開關720(圖7)的特定益處，但控制件856還可用作控制件752、754及758(圖7)以提供迅速關斷從而分別針對開關702、704及722(圖7)對振鈴具有良好阻尼。

圖11是方法實施例的流程圖。方法1100以在事件t0處接通sa1的步驟1102開始。步驟1104在t1處關斷s2。步驟1106在t2處使用低放電關斷sa1。大約同時，步驟1108以高放電將sa1放電達tp。步驟1110接通sa2。步驟1112在t3處接通s1。步驟1114關斷sa2。步驟1116關斷s1且步驟1118接通s2。在這些步驟之后，重復進行所述循環。

圖11的方法可應用于‘750申請案的zvt計時。另外，在替代實施例中，圖11的方法可應用于zvt計時電路而非‘750申請案的電路，且所述實施例及所附權利要求書不限于本文中所描述的說明性實例。

圖12是另一實施例電路的電路圖。電路1200包含控制器1280，所述控制器提供并入所述實施例的降壓電路拓撲中的zvt功率轉換器。在實施例中，控制器1280可形成為單片集成電路或形成為多芯片封裝，其可或可不包含圖12中所展示的其它組件。圖12的類似地標示的元件執行與圖7的元件類似的功能。即，元件1202、1204、1206、1208、1210、1212、1216、1218、1220、1222、1224、1226及1228分別執行與圖7中的元件702、704、706、708、710、712、716、718、720、722、724、726及728類似的功能。在電路1200中，再次展示圖1的實例性降壓轉換器，所述降壓轉換器具有輸入電壓vin、一對主要開關s1、s2，所述開關與輸出電感器lo、電容器co及電阻ro一起將電壓vout提供到耦合到輸出的負載ro。為提供轉換器的零電壓轉變功能，使用輔助開關sa1及sa2以及電感器la來控制開關s1的源極端子處的電壓且允許開關s1在s1的源極到漏極電壓約為零時被接通。

在圖12中，控制器1280將柵極控制電壓vg1、vg2提供到主要開關s1、s2并且將柵極控制電壓vga1、vga2提供到輔助開關sa1、sa2。除其它功能外，控制器1280還執行上文中所描述的圖7的控制件752、754、756及758的功能。控制器1280實施用以操作電路1200的降壓轉換器的切換順序。控制器1280還控制轉換器操作循環的其它部分的柵極電壓以調節輸出電壓。到控制器1280的輸入包含輸入電壓vin、輸出電壓vout及開關節點電壓vsw。

控制器1280可以多種方式實施(舉例來說，如電路，作為非限制性實例，所述電路包含微控制器、微處理器、cpu、dsp或其它可編程邏輯，如專用邏輯功能，例如狀態機)，且可包含固定或用戶可編程指令。此外，作為替代布置，控制器1280可實施于單獨集成電路上，其中開關s1、s2、sa1、sa2及其余無源模擬組件實施于獨立集成電路上。在替代方案中，開關s1、s2、sa1、sa2中的一或多者及其余無源模擬組件可實施于與控制器1280相同的襯底中。控制器1280可使用現場可編程門陣列(fpga)或復雜可編程邏輯裝置(cpld)等等實施為專用集成電路(asic)。本文中所描述的布置的排序及計時控制可實施為軟件、固件或硬編碼指令。可使用延遲線及計數器等等來確定如由特定硬件設計者所確定的延遲1/6tr、1/12tr。由于本文中的布置實施為施加到轉換器的晶體管的柵極信號的順序的改變，因此在現有轉換器電路中可通過修改軟件及某一感測硬件而利用所述布置，且因此可使用所述布置來改進先前現有系統的性能而不需要全部替換轉換器硬件。

在權利要求書的范圍內，在所描述實施例中可做出若干修改，且其它實施例是可能的。