用于多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的设备和方法

摘要

本文公开了用于多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的设备和方法。通过使用第一功率转换器级(102)内的可控网络(111‑113)，递送到随后的或第二功率转换器级(104)的中间功率可以被改变，使得所述多级功率转换系统(100)可以响应于满负载阶跃，同时提供改善的轻负载功率转换效率。所述第二功率转换器级(104)内的功率估计电路(122)可以向所述可控网络(111‑113)中的每个提供控制信号(C1‑CN)；所述可控网络(111‑113)进而可以提供网络信号(S1,S2)来控制递送到所述第二功率转换器级(104)的所述中间功率。

说明书

本申请要求享有于2018年12月13日提交的第62/779,352号美国临时申请的权益，所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递(transfer)的可控网络，并且更具体地，涉及多级交流(ac)到直流(dc)功率转换系统中的用以调整递送到串联电感器-电感器电容器(LLC)转换器的功率的可控网络。

背景技术

许多电子设备，诸如蜂窝电话、膝上型计算机等，由从电源(power supply)获得的直流(dc)电力供电。常规的壁式插座通常递送高压交流(ac)电力，该高压交流电力需要被转换为经调节的直流电力以便用作消费电子设备的电力源(power source)。在一些应用中，功率转换系统可以级联一个或多个功率转换器级——包括具有功率因数校正(PFC)的第一级和具有开关模式功率转换器的第二级。开关模式功率转换器由于其效率高、体积小、重量轻而被普遍用来将高压交流电力转换为经调节的直流电力。

一种类型的开关模式功率转换器是谐振转换器，其包括作为功率模块的一部分的谐振电路(例如，电感器和电容器)。谐振电路可以通过利用零电流开关(zero-currentswitching)和/或零电压开关(zero-voltage switching)来有利地提高功率转换效率。

谐振转换器的子集——串联电感器-电感器电容器(LLC)转换器——使用具有串联连接以形成LLC谐振电路的两个电感器和一个电容器的谐振电路。通常，LLC转换器被控制使得功率开关执行零电压开关。

附图说明

参考以下附图描述了多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。

图1例示了根据本文的教导的用以将输出功率递送到负载的多级功率转换系统。

图2A例示了根据一实施方案的具有可控网络的第一功率转换器级。

图2B例示了根据另一实施方案的具有可控网络的第一功率转换器级。

图3A例示了根据一实施方案的第二功率转换器级。

图3B例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级。

图3C例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级。

图3D例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级。

图4A例示了根据第一实施方案的用以检测突发模式的突发模式检测电路的电路实现。

图4B例示了根据第二实施方案的用以检测突发模式的突发模式检测电路的电路实现。

图5A例示了根据一实施方案的在连续导通模式期间的开关波形。

图5B例示了根据一实施方案的在突发模式期间的开关波形。

图5C例示了根据另一实施方案的在连续导通模式期间的开关波形。

图5D例示了根据另一实施方案的在突发模式期间的开关波形。

图6A例示了根据一实施方案的在负载阶跃期间的信号波形。

图6B例示了根据另一实施方案的在负载阶跃期间的信号波形。

图7比较了根据一多级功率转换系统实施方案的效率与相对输出功率的关系的曲线。

图8例示了根据一实施方案的用于使用可控网络来控制递送到功率转换器级的中间功率的概念流程图。

在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本文的教导的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的这些各实施方案的查看。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本文的教导。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本公开内容。

贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征，结构或特性被包括在多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。

在本申请的上下文中，当晶体管处于“断开(off)状态”或“断开”时，晶体管阻挡电流和/或基本不传导电流。相反，当晶体管处于“导通(on)状态”或“导通”时，晶体管能够显著地传导电流。举例来说，在一个实施方案中，高压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)场效应晶体管(FET)，其中高压被支承在第一端子即漏极和第二端子即源极之间。在一些实施方案中，当调节提供给负载的能量时，可以使用集成控制器电路来驱动功率开关。另外，出于本公开内容的目的，“接地”或“接地电势”是指如下参考电压或电势，相对于该参考电压或电势来定义或测量电子电路或集成电路(IC)的所有其他电压或电势。

如上文所讨论的，多级功率转换系统可以使用不止一个功率转换器级来实现功率转换系统(例如，电源)。在多级功率转换系统中，第一功率转换器级可以接收交流输入功率并且向级联连接的随后的级提供中间功率。例如，第一功率转换器级可以包括功率因数校正(PFC)电路，以预调节递送到第二功率转换器级的功率。该PFC电路可以对交流(ac)整流信号进行调节和整形，以有利地改善(即，增加)总功率因数。

第二功率转换器级可以将中间功率转换成输出功率。例如，如上文所描述的，第二级可以包括开关模式功率转换器。开关模式功率转换器的一种类型是谐振转换器。谐振转换器可以被用来通过利用零电流开关(ZCS)和/或零电压开关(ZVS)来有利地减少开关损耗。

也如上文所提到的，LLC转换器是谐振转换器的子集。LLC转换器可以被控制为以开关频率运行以便利用零电压开关。零电压开关(ZVS)是一种软开关，其特征是开关(例如，功率场效应晶体管(FET)或半导体器件)的接通和关断的转变发生在该开关两端的电压(例如，功率FET漏源电压)为零或大体上接近零时。以此方式，与电压相关的开关损耗可以在开关转变期间被最小化，或大体上为零，从而减少开关损耗。

功率转换器级的运行可以取决于负载状况。例如，在连续导通模式下运行的LLC转换器的开关频率可以取决于输出负载状况。通常，LLC转换器在谐振以上运行，使得随着输出负载增加，开关频率降低以满足更高的功率需求。

在轻负载时，LLC转换器中的更高频率连续模式运行可能被限制；因此，一旦已经检测到最小负载阈值电平，就可以利用轻负载模式来更有效率地提供功率。例如，LLC转换器可以具有能够确定输出功率需求何时达到最小功率电平的检测电路。轻负载阈值状况的检测可以被用来确定何时从在连续模式下运行转变到在突发模式下运行。

在突发模式期间，LLC转换器可以在必要时在短持续时间内以固定频率切换以维持输出电压电平。在这些短持续时间之间，切换可以被禁止。在开关模式功率级中以此方式控制开关通常被称为“突发”和/或“突发模式”。在多级功率转换系统中，经常在轻负载(例如，突发模式和/或第二功率转换器上的突发模式)状况期间，在前的第一功率转换器级可以被暂时禁用以改善整体系统效率。当第一功率转换器级被暂时禁用时，用于第二功率转换器级(例如，LLC转换器)的中间功率可以由电容器(例如，大容量电容器)提供。该电容器——通常被称为保持(hold-up)电容器——的尺寸可以被选择，使得足够的功率被递送到第二功率转换器级(例如，LLC转换器)。第一功率转换器级被暂时禁用的时间段可以被称为“保持”和/或“穿越(ride-through)”，并且仅由大容量电容器提供功率的时间的量可以被称为“保持”时间和/或“穿越”时间。

为了改善整体系统效率而关断在前的第一功率级可能成为问题。通常在较低的运行输入电压(从第一转换器输出)处减少第二转换器的功率输出功率容量。例如，当负载从轻负载(例如，突发模式)转变到中等或重负载状况时，可能发生负载阶跃。当负载阶跃突然出现在多级功率转换系统的输出处时，存在延迟时间，在该延迟时间期间第一功率转换器级(即，PFC电路)必须被重新启动(即，启用)。在此时间期间，输出电压保持低得多，并且它需要时间来足够地上升以允许第二转换器满足输出功率需求。由于启用第一功率转换器级中的时间延迟，多级功率转换系统通常不能够足够快地响应以完成从突发模式到最大负载(即，百分之一百的最大输出功率电平)的满负载阶跃。

因此，需要一种多级功率转换系统，该系统允许在轻和/或突发模式状况期间改善效率，同时还能够响应于满(百分之百)负载阶跃。

本文公开了多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的设备和方法。通过使用第一功率转换器级内的可控网络，递送到随后的或第二功率转换器级的中间功率可以被改变，使得多级功率转换系统可以响应于满负载阶跃，同时提供改善的轻负载功率转换效率。第二功率转换器级内的功率估计电路可以向该可控网络中的每个提供控制信号；该可控网络进而可以提供网络信号(例如，电压和/或电流)以控制由第一级递送到第二功率转换器级的中间功率。

图1例示了根据本文的教导的用以将输出功率递送到负载106的多级功率转换系统100。多级功率转换系统100包括第一功率转换器级102、第二功率转换器级104和保持电容器103。第一功率转换器级102与第二功率转换器级104级联电连接，并且可以将输入端子101、103处的交流输入功率(即，交流输入电压V

输出功率可以被递送到负载106，并且输出功率的量可以取决于负载状况。负载状况可以通过功率需求标准来确定。例如，轻负载状况可以包括输出电流I

第一功率转换器级102包括交流整流器108、电容器107、第一级功率电路110和可控网络111-113。交流整流器108包括连接成二极管桥的四个二极管D1-D4，以对输入端子101、103处的交流输入功率(即，交流输入电压V

另外，如图1中所示出的，第一级功率电路110电连接到直流接地GND，并且它从交流整流器108接收经整流的交流输入功率(即，经整流的交流输入电压V

如图1中所示出的，第二功率转换器级104还包括连接到负载106的输出，并且可以连接到直流接地GND和隔离接地RTN。以此方式，递送到负载106的输出功率可以与中间功率(即，中间电压V

此外，第二功率转换器级104包括第二级功率电路120。第二级功率电路120包括功率估计电路122，该功率估计电路可以基于负载状况生成控制信号C1-C3、-CN。在一些实施方案中，控制信号C1-C3、CN可以是数字信号，并且可以具有取决于一个或多个负载状况的取决于负载的逻辑值(即，逻辑高和/或逻辑低)。例如，如果功率估计电路122检测到负载106处的输出功率(即，输出电压V

第二功率转换器级104将控制信号C1-C3、CN中的一个或多个提供给第一功率转换器级102，在该第一功率转换器级处它们可以被施加到可控网络111-113以调整中间功率(即，中间电压V

可控网络111-113在控制中间功率(即，中间电压V

可控网络113还可以被配置为响应于控制信号C3而控制中间功率。可控网络113被电连接在输入端子103和交流整流器之间、在二极管D2的阳极和二极管D4的阴极处。基于控制信号C3，可控网络113可以被用来控制和/或调整经整流的交流输入功率(即，经整流的交流输入电压V

此外，如图1中所示出的，可以提供控制信号C4以启用和/或禁用第一级功率电路110。控制信号C4可以是控制第一级功率电路110内的内部可控网络(未示出)的逻辑信号。该内部可控网络可以提供内部网络信号(也未示出)，该内部网络信号导致第一级功率电路110提供大体上为零的输出功率。例如，第一级功率电路110可以响应于控制信号C4而以高输出阻抗和/或在保持状况下运行。在保持期间，第二级功率转换器102可以从保持电容器103接收中间功率。

尽管图1的多级功率转换系统100示出了使用来自多个控制信号C1、C2、C3、...、CN的四个控制信号C1-C4的具有第一级功率转换器102和第二级功率转换器104的一实施方案，但是其他配置是可能的。例如，多级功率转换系统100可以具有不止两个功率转换器级，并且可以使用更多或更少的控制信号来调整中间功率。

图2A例示了根据一实施方案的具有可控网络111、112、113和212的第一功率转换器级102。第一功率转换器级102包括第一级功率电路110，该第一级功率电路包括升压(boost)PFC控制器208、升压开关206、电感器202、旁路二极管203和升压二极管204。电感器202、升压开关206和升压二极管204被电连接在第一级功率电路110的输入和输出之间。PFC控制器208可以从GATE输出提供栅极信号以控制升压开关206，使得中间电压V

也如图2A中所示出的，可控网络111可以被用来控制和/或改变由第一功率转换器级102递送的中间功率(即，中间电压V

类似地，可控网络112和可控网络212可以被用来控制和/或改变中间功率。可控网络112被电连接以接收经整流的交流输入电压V

可控网络113还可以被用来通过控制交流输入电流I

在一个实施方案中，当控制信号C3控制开关224闭合时，在激活网络信号S3时可能消耗功率；并且这进而可能在轻负载下对系统效率具有可测量的影响。相反地，在轻负载(例如，轻负载状况)期间，到交流输入电流I

另外，与网络信号S3的激活相关联的功率损耗可能大于与浪涌限制电阻器222中的能量耗散相关联的功率损耗。因此，使网络信号S3去激活可以在轻负载状况期间有利地增强性能。

此外，如上文所讨论的，可以提供控制信号C4以启用和/或禁用第一级功率电路110。如图2A中所示出的，控制信号C4可以被提供给PFC控制器208的启用EN输入。PFC控制器208可以包括内部网络(未示出)，该内部网络可以提供内部网络信号(也未示出)，该内部网络信号导致第一级功率电路110提供大体上为零的输出功率。例如，控制信号C4可以被施加以通过阻止来自PFC控制器208的GATE输出的栅极信号来禁用功率流。

尽管图2A示出了第一功率转换器级102包括使用升压PFC控制器208的第一级功率电路110的一实施方案，但是其他配置和/或拓扑是可能的。例如，代替使用升压PFC控制器208，第一级功率电路110可以使用降压(buck)PFC控制器；或在一些配置中，第一级功率电路110可以使用不具有PFC的升压转换器。

图2B例示了根据另一实施方案的具有可控网络111-113的第一功率转换器级102。除了图2B的PFC控制器259不包括启用EN输入和电流感测ISEN输入之外，图2B的实施方案类似于图2A的实施方案。因此，图2B的第一级功率转换器102也不包括可控网络212，并且不接收控制信号C4-C5。

图2B还示出了可控网络111和可控网络112的电路部件。可控网络111包括电阻器261-263、N沟道FET 260和滤波电容器209。N沟道FET 260在其栅极处接收控制信号C1，并且可以作为开关运行以响应于控制信号C1而控制网络信号S1的值。此外，电阻器263和261电连接在第一级功率电路110的输出和直流接地GND之间，以创造电阻分压器，并且以提供与中间电压V

此外，如图2B中所示出的，N沟道FET 260和电阻器262电连接在电阻器261两端，使得当N沟道FET 260闭合时(即，当N沟道FET 260具有高栅极信号时)，那么电阻器261和262并联连接。替代地，当N沟道FET 260断开时(即，当N沟道FET 260具有低栅极信号时)，那么电阻器262不与电阻器261并联连接。以此方式，控制信号C1可以被用来通过将栅极驱动信号施加到N沟道FET 260来改变电阻分压器比(例如，与电阻器261-263的值有关的反馈比K

可控网络112包括电阻器256-258、N沟道FET 255和滤波电容器207。N沟道FET 255在其栅极处接收控制信号C2，并且可以作为开关运行以响应于控制信号C2而控制网络信号S2的值。此外，电阻器258和257电连接在第一级功率电路110的输出和直流接地GND之间，以创造电阻分压器，并且以提供与经整流的交流输入电压V

此外，如图2B中所示出的，N沟道FET 255和电阻器256电连接在电阻器257两端，使得当N沟道FET 255闭合时(即，当N沟道FET 255具有高栅极信号时)，那么电阻器256和257并联连接。替代地，当N沟道FET 255断开时(即，当N沟道FET 255具有低栅极信号时)，那么电阻器256不与电阻器257并联连接。以此方式，控制信号C2可以被用来通过控制N沟道FET255的栅极来改变电阻分压器比(例如，与电阻器256-258的值相关的控制比K

图3A例示了根据一实施方案的第二功率转换器级104。第二功率转换器级104是将直流接地GND与隔离接地RTN隔离的谐振转换器拓扑。第二功率转换器级104包括初级电路306、谐振变压器308、次级电路309和控制器318。

初级电路306包括N沟道功率FET 326、N沟道功率FET 328和初级驱动块304。初级驱动块304从控制器318接收开关驱动控制信号S

谐振变压器308包括谐振电感器322、磁化电感器324、谐振电容器326、初级绕组327、次级绕组328和次级绕组329。谐振电感器322、磁化电感器324和谐振电容器326串联连接，从而形成串联电感器-电感器电容器(LLC)网络。因此，谐振转换器拓扑可以被称为LLC转换器。功率从初级绕组327传递到次级绕组328和329，其中次级电路309可以被用来提供输出功率(即，输出电压V

次级电路309包括输出电容器314、N沟道FET 310、N沟道FET 312和电阻分压器316。电阻分压器316可以提供与输出功率(例如，输出电压V

如图3A中所示出的，控制器318可以是LLC控制器，该LLC控制器被配置为提供栅极信号G1、G2并且至少部分地基于反馈信号FB提供开关驱动控制信号S

此外，尽管图3A示出了第二功率转换器级104使用LLC功率转换器拓扑的一实施方案，但是其他配置和/或拓扑是可能的。例如，第二功率转换器级104可以使用包括升压、降压、降压-升压、反激等的拓扑。另外，尽管图3A将功率估计电路320示出为提供三个控制信号C1-C3，但是提供多于或少于三个控制信号C1-C3的其他配置也是可能的。如本领域普通技术人员可以理解的，功率估计电路320可以使用一个或多个信号(例如，来自谐振变压器308的绕组感测信号)；并且尽管未例示输入信号(例如，来自谐振变压器308的绕组感测信号)，但是可以理解，功率估计电路320可以使用一个或多个信号来估计功率，如在申请人的第16/219,529号美国专利申请中所描述的，出于所有目的，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

图3B例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级104。第二功率转换器级104使用控制器330，该控制器除了功率估计电路320包括突发模式检测电路331之外类似于控制器318。突发模式检测电路331可以被用来提供突发模式信号BM。突发模式信号BM可以是响应于检测到突发模式(例如，轻负载)状况而改变状态(即，高或低逻辑电平)的逻辑信号。例如，当输出功率和或输出电流I

此外，如图3B中所示出的，功率估计电路320包括电阻器332-334。电阻器332-334连接到突发模式检测电路331的输出，以各自接收突发模式信号BM。可以从电阻器332-334并行地得到控制信号C1-C3，并且电阻器332-334可以具有电阻以在与信号C1-C3相关联的信号路径之间提供信号隔离(即，阻抗)。

图3C例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级104。除了第二功率转换器级104使用控制器353和初级电路350之外，第二功率转换器级104类似于图3B的第二功率转换器级104。除了如何生成突发模式信号BM之外，控制器353和初级电路350类似于控制器330和初级电路306。代替在控制器353内生成，突发模式信号BM是从初级电路350提供的。

初级电路350包括类似于初级驱动块304的初级驱动块352，该初级驱动块具有类似于功率估计电路320的功率估计电路354。功率估计电路354还包括类似于突发模式检测电路331的突发模式检测电路356，用于向电阻器332-334提供突发模式信号BM。

尽管图3C的实施方案将初级驱动块352例示为包括功率估计电路354；但是其他配置是可能的。例如，图3D例示了根据另一实施方案的第二功率转换器级104，其中初级驱动块352包括突发模式检测电路356，用于向电阻器332-334提供突发模式信号BM。然而，如图3D中所例示的，控制器353可以包括初级估计电路354。如上文和本文所讨论的，初级估计电路354的各方面也可以在申请人的第16/219,529号美国专利申请中呈现的材料中找到。

图4A例示了根据第一实施方案的用以检测突发模式的突发模式检测电路331的电路实现。突发模式检测电路331包括误差放大器402、补偿网络403和比较器404，并且可以是如上文关于功率估计电路320所描述的突发模式检测电路331的电路实现。误差放大器402在非反相输入处接收反馈信号FB，并且将它与反相输入处的参考REF1进行比较。参考REF1和反馈信号FB可以是电压，并且对于一阶，误差放大器402可以起作用以减少参考REF1与反馈信号FB之间的误差电压(即，差电压)。

此外，补偿网络403可以被用来稳定和/或补偿误差放大器输出电压V

比较器404在非反相输入处接收误差放大器输出电压V

当输出功率降低导致输出电压V

图4B例示了根据第二实施方案的用以检测突发模式的突发模式检测电路431的电路实现。除了信号被配置为使得当误差放大器输出电压V

尽管突发模式检测电路331和431示出了仅使用误差放大器402、补偿网络403和比较器404的电路实现实施方案，但是其他模拟和/或数字实现是可能的。例如，如本领域普通技术人员可以理解的，电路实现可以包括具有模拟、混合和/或数字信号(例如，电压信号和/或电流信号)的附加模拟和/或数字部件。

图5A例示了根据一实施方案的在连续导通模式期间的开关波形500a；并且图5B例示了根据一实施方案的在突发模式期间的开关波形500b。开关波形500a和500b示出了分别对应于突发模式信号BM、栅极驱动信号GH和栅极驱动信号GL与时间的关系的波形502、504和506。如上文关于图3A-图3C所描述的，栅极驱动信号GH和GL可以分别被应用于N沟道功率FET 326和328以驱动呈半桥配置的N沟道功率FET 326和328。

如所例示的，在连续导通模式期间，突发模式信号BM可以是逻辑低值VL3(例如，大体上等于0)；并且栅极驱动信号GH和GL连续地切换，以驱动呈半桥配置的N沟道功率FET326和328。例如，栅极驱动信号GH从其低值VL2切换(即，转变)到其高值VH2，同时栅极驱动信号GL从其高值VH1切换到其低值VL1。当栅极驱动信号GH(GL)达到其低值VL2(VL1)时，那么对应的N沟道功率FET 326(328)关断；类似地，当栅极驱动信号GH(GL)达到其高值VH2(VH1)时，那么对应的N沟道功率FET 326(328)接通。

如图5B中所示出的，在突发模式期间，突发模式信号BM可以是逻辑高值VH3(例如，大体上等于数字逻辑高电压)。此外，如图5B中所示的，在突发模式期间，切换可以被周期性地禁止。例如，在时间512和514之间以及在时间516和518之间，栅极驱动信号GH和GL正在切换。然而，在时间514和516之间，切换被禁止(即，断开)。切换的周期性禁止可以是在突发模式期间波形504和506的特征行为。

尽管图5A和图5B示出了其中突发模式信号BM在连续导通模式期间可以是逻辑低值VL3并且在突发模式期间可以是逻辑高值VH3的一实施方案；但是其他实施方案是可能的。如本领域普通技术人员可以理解的，反相逻辑可以被用来完成相同的和/或类似的逻辑功能。例如，图5C和图5D示出了其中突发模式信号BM在连续导通模式期间可以是逻辑高值VH3并且在突发模式期间可以是逻辑低值VL3的一实施方案。

图5C例示了根据另一实施方案的在连续导通模式期间的开关波形500c；并且图5D例示了根据另一实施方案的在突发模式期间的开关波形500d。除了突发模式信号BM遵循可以相对于波形502反相的波形582之外，开关波形500c和500d分别类似于开关波形500a和500b。例如，当波形582是逻辑高值VHS时，那么波形502可以是逻辑低值VL3——相对于波形582反相。

图6A例示了根据一实施方案的在负载阶跃期间的信号波形600a。信号波形600a分别示出了对应于突发模式信号BM、误差放大器输出电压V

如由输出电流I

此外，如图6A中所例示的，波形600a与图3B和图4A的突发模式检测电路331一致地在时间612和614改变状态并且变化。例如，在时间612处在从突发模式到最大重负载的阶跃期间，突发模式信号BM从高改变到低(即，从VH3改变到VL3)；并且在时间614处在从最大重负载到突发模式的阶跃期间，突发模式信号BM从低改变到高(即，从VL3改变到VH3)。

在时间612处，误差放大器输出电压V

如上文所讨论的，突发模式信号BM可以对应于如先前的图3B和图4A中所描述的突发模式信号BM，并且可以指示输出功率。根据本文的教导，图1的控制信号C1-C3、CN在一些实施方案中可以通过突发模式信号得到，并且可以被用来增强多级功率转换系统100的效率，同时允许多级转换器100动态地经历如在时间612处所例示的满负载阶跃(即，从突发模式到最大负载的满负载阶跃)。

如本领域普通技术人员可以理解的，信号可以具有响应时间，该响应时间进而可以被反映在波形502、602、606和610的行为中。例如，图6B例示了根据类似于图6A的实施方案的另一实施方案的信号波形600b。信号波形600b示出了分别对应于突发模式信号BM、误差放大器输出电压V

如所例示的，突发模式信号BM在相对于时间614延迟的时间624处从低转变到高(即，从VL3转变到VH3)。这可能是部分由于根据负载和/或模式变化(例如，根据连续导通模式下的操作和/或突发模式下的操作变化)的系统响应时间中的不对称。例如，在时间612处当经历满负载阶跃时，系统(例如，多级功率转换系统100)可以被配置为以比在时间614处更高的响应速率(即，以更低的响应时间)进行响应。

图7比较了根据一多级功率转换系统实施方案的效率与相对输出功率的关系的曲线704、708。曲线708可以对应于使用图2B的第一级功率转换器102的多级功率转换系统的效率与相对输出功率的关系。第一级功率转换器102可以被配置为在标称负载状况下从经整流的交流输入电压V

根据本文的教导，对应于曲线708的多级功率转换器系统100可以正如对应于曲线704的多级功率转换器系统一样经历如图6A所例示的满负载阶跃；并且如图7中所示出的，对应于曲线708的多级功率转换器系统100有利地在突发模式期间(即，在轻负载状况期间)并且在相对输出功率小于1.5％的同时获得更高的效率。

图8例示了根据一实施方案的用于使用可控网络来控制递送到功率转换器级的中间功率的概念流程图800。流程图800中的步骤中的一些或全部的顺序不应被认为是限制性的。而是，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解，过程块中的一些可以按未示出的各种各样的顺序或甚至并行地执行。

步骤802可以对应于使用第一功率转换器级102将交流输入功率转换成直流中间功率。直流中间功率可以对应于如上文所描述的中间功率(即，中间电压V

步骤804可以对应于提供网络信号(例如，包括网络信号S1-S3中的至少一个的网络信号)。步骤806可以对应于与网络信号相关地调节中间功率。例如，如上文关于图2B的实施方案所描述的，中间功率和/或电压V

步骤810可以对应于使用功率估计电路320和/或功率估计电路354来估计输出功率。例如，突发模式检测电路331和/或突发模式检测电路356可以检测突发模式并且可以提供突发模式信号BM。突发模式信号BM可以被用来生成网络信号S1-S3中的一个或多个，如上文关于图3B和图3C所描述的。然后，步骤812可以对应于响应于控制信号(例如，控制信号C1-C3)对网络信号(例如，网络信号S1-S3中的一个或多个)的调整。

采用上文所描述的多级功率转换器系统的设备可以被实施到各种电子设备中。电子设备的实施例可以包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的部分、电子测试装备等。

根据多级功率转换系统的概念，多级功率转换系统100可以具有多个配置，由此系统参数、信号、电压和运行状况可以至少部分地确定其效率和性能。此外，根据本文的教导，控制信号C1-C3和CN可以被用来通过控制所述多个配置来增强多输入功率转换系统100的效率。例如，如本文所描述的，控制信号C1-C3可以被调整以在利用满负载阶跃的同时获得更高的效率(例如，图7的曲线708)。

可以通过使用控制信号C1-C3和CN来调整和/或控制的运行状况的实施例可以包括但不限于输入和输出电压。例如，参考图1，多级功率转换系统100的效率可以至少部分地取决于交流输入电压V

在其他实施方案中，多级功率转换系统100的效率还可以取决于第二功率转换器级104。例如，第二功率转换器级104可以被配置为以是递送到负载106的输出功率(即，输出电压V

如本文所呈现的，教导的一个方面是包括第一功率转换器级和第二功率转换器级的多级功率转换系统。该多级功率转换系统被配置为转换交流(ac)输入功率，并且向负载提供直流(dc)输出功率。该第一功率转换器级包括可控网络。该第一功率转换器级被配置为与网络信号相关地调节直流中间功率。该可控网络被配置为基于控制信号提供该网络信号。该第二功率转换器级与该第一功率转换器级级联电耦合。该第二功率转换器级包括功率估计电路。该第二功率转换器被配置为将该直流中间功率转换成直流输出功率。该功率估计电路被配置为响应于直流输出功率状况而提供该控制信号。

在另一方面，一种多级功率转换的方法包括：使用第一功率转换器级将交流(ac)输入功率转换成直流(dc)中间功率；经由可控网络提供网络信号；与该网络信号相关地调节该直流中间功率；使用第二功率转换器级将该直流中间功率转换成用于递送到负载的直流输出功率；基于负载状况生成控制信号；以及使用该控制信号来调整该网络信号。

与该网络信号相关地调节该直流中间功率可以进一步包括：当该负载状况是突发模式负载状况时，使用第一级来调节直流中间电压；以及当该负载状况是连续导通模式负载状况时，使用第一级来将直流中间电压调节到大于第一电压的第二电压。

所述多级功率转换的方法还可以包括：将该交流输入功率转换成经整流的交流输入功率，该经整流的交流输入功率包括经整流的交流电压和经整流的交流电流。该可控网络可以是电阻器网络。该电阻器网络可以包括比例因子(例如，反馈比K

对本公开内容的所例示的实施例的以上描述，包括摘要中所描述的内容，并非意在是穷举的或是对所公开的确切形式的限制。虽然出于例示性目的在本文中描述了多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可用网络的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本公开内容的更广泛的精神和范围的前提下，各种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供具体示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释的目的而提供的，并且根据本文的教导，也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。

尽管在权利要求书中限定了本发明，但是应理解，可以根据以下实施例替代地限定本发明：

实施例1：一种多级功率转换系统，其被配置为转换交流(ac)输入功率并且向负载提供直流(dc)输出功率，所述多级功率转换系统包括：第一功率转换器级，其包括可控网络，其中所述第一功率转换器级被配置为将所述交流输入功率转换成直流中间功率并且与网络信号相关地调节所述直流中间功率，并且其中所述可控网络被配置为基于控制信号提供所述网络信号；以及第二功率转换器级，其与所述第一功率转换器级级联电耦合并且包括功率估计电路，其中所述第二功率转换器级被配置为将所述直流中间功率转换成所述直流输出功率，并且其中所述功率估计电路被配置为响应于直流输出功率状况而提供所述控制信号。

实施例2：根据实施例1所述的多级功率转换系统，其中所述第二功率转换器级包括谐振转换器。

实施例3：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一功率转换器级包括：交流(ac)整流器，其被配置为接收所述交流输入功率并且将所述交流输入功率转换成经整流的交流输入功率，所述经整流的交流输入功率包括经整流的交流电压和经整流的交流电流；以及第一级功率电路，其被配置为将所述经整流的交流输入功率转换成所述直流中间功率并且与所述网络信号相关地调节所述直流中间功率，所述直流中间功率包括直流中间电压。

实施例4：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，还包括被配置为保持所述直流中间电压的保持电容器。

实施例5：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一级功率电路包括升压功率因数校正控制器。

实施例6：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率多级功率转换系统，其中所述直流输出功率状况包括：轻负载状况，由此所述第二功率转换器级在突发模式下运行；以及标称负载状况，由此所述第二功率转换器级在连续导通模式下运行。

实施例7：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换，其中所述第一功率转换器级被配置为在所述轻负载状况下以高输出阻抗调节所述直流中间功率，并且所述第二功率转换器级被配置为从所述保持电容器接收所述直流中间功率。

实施例8：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一功率转换器级被配置为在所述轻负载状况下将所述直流中间电压调节到第一电压；以及其中所述第一功率转换器级被配置为在所述标称负载状况下将所述直流中间电压调节到第二电压。

实施例9：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一电压小于所述第二电压。

实施例10：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述可控网络包括被配置为接收所述控制信号的开关。

实施例11：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，还包括被配置为减少所述经整流的交流电流的浪涌的浪涌保护电路，其中所述开关被配置为在所述轻负载状况下将所述浪涌保护电路旁路。

实施例12：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述可控网络包括电阻器网络，所述电阻器网络电耦合到所述第一级功率电路并且被配置为提供所述网络信号。

实施例13：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述电阻器网络被配置为对第一级功率转换器信号进行采样，并且提供包括乘以比例因子的所述第一级功率转换器信号的所述网络信号。

实施例14：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述开关被配置为响应于所述控制信号而调整所述比例因子。

实施例15：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一级功率转换器信号包括所述经整流的交流电压。

实施例16：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一级功率转换器信号包括所述经整流的交流电流。

实施例17：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一级功率转换器信号包括所述直流中间电压。

实施例18：一种多级功率转换的方法，包括：使用第一功率转换器级将交流(ac)输入功率转换成直流(dc)中间功率；经由可控网络提供网络信号；与所述网络信号相关地调节所述直流中间功率；使用第二功率转换器级将所述直流中间功率转换成用于递送到负载的直流输出功率；基于负载状况生成控制信号；以及使用所述控制信号来调整所述网络信号。

实施例19：根据实施例18所述的方法，其中与所述网络信号相关地调节所述直流中间功率进一步包括：当所述负载状况是突发模式负载状况时，使用所述第一功率转换器级将直流中间电压调节到第一电压；以及当所述负载状况是连续导通模式负载状况时，使用所述第一功率转换器级将所述直流中间电压调节到大于所述第一电压的第二电压。

实施例20：根据前述实施例中的任一个所述的方法，还包括：将所述交流输入功率转换成经整流的交流输入功率，所述经整流的交流输入功率包括经整流的交流电压和经整流的交流电流。

实施例21：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中所述可控网络是电阻器网络，所述电阻器网络包括比例因子。

实施例22：根据前述实施例中的任一个所述的方法，还包括：对第一功率转换器级信号进行采样；以及将所述第一功率转换器级信号乘以所述比例因子。

实施例23：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中使用所述控制信号来调整所述网络信号包括：使用开关来调整所述比例因子。

实施例24：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中使用所述开关来调整所述比例因子包括：使用所述控制信号来控制所述开关。

实施例25：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中所述第一功率转换器级信号包括所述经整流的交流电流。

实施例26：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中其中所述第一功率转换器级信号包括所述经整流的交流电压。

实施例27：根据前述实施例中的任一个所述的方法，其中所述第一功率转换器级信号包括所述直流中间电压。

实施例28：一种多级功率转换系统，包括多个功率转换器级，所述多个功率转换器级包括：第一功率转换器级，其包括可控网络，其中所述第一功率转换器级被配置为提供直流中间功率并且与网络信号相关地调节所述直流中间功率，并且其中所述可控网络被配置为提供所述网络信号；以及第二功率转换器级，其与所述第一功率转换器级电耦合并且包括功率估计电路，其中所述第二功率转换器级被配置为提供直流输出功率，并且其中所述功率估计电路与所述可控网络电耦合以便基于输出功率状况调整所述网络信号。

实施例29：根据实施例28所述的多级功率转换系统，其中所述多个功率转换器级还包括与所述第一功率转换器级和第二功率转换器级级联电耦合的第三功率转换器级。

实施例30：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第二功率转换器级包括谐振转换器。

实施例31：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一功率转换器级包括：第一级功率电路，其被配置为提供所述直流中间功率并且与所述网络信号相关地调节所述直流中间功率，所述直流中间功率包括直流中间电压。

实施例32：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述输出功率状况包括：轻负载状况，由此所述第二功率转换器级在突发模式下运行；以及标称负载状况，由此所述第二功率转换器级在连续导通模式下运行。

实施例33：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述直流输出功率包括输出电流。

实施例34：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一功率转换器级在所述轻负载状况下将所述直流中间电压调节到第一电压；以及所述第一功率转换器级在所述标称负载状况下将所述直流中间电压调节到第二电压。

实施例35：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一电压小于所述第二电压。

实施例36：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第二功率转换器级被配置为将所述输出电流从第一电流转变到第二电流，所述第二电流的大小大于所述第一电流。

实施例37：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述可控网络包括被配置为接收控制信号的开关。

实施例38：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述可控网络包括电阻器网络，所述电阻器网络电耦合到所述第一级功率电路并且被配置为提供所述网络信号。

实施例39：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述电阻器网络被配置为对第一级功率转换器信号进行采样并且提供包括乘以比例因子的所述第一级功率转换器信号的所述网络信号。

实施例40：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述开关被配置为响应于所述控制信号而调整所述比例因子。

实施例41：根据前述实施例中的任一个所述的多级功率转换系统，其中所述第一级功率转换器信号包括所述直流中间电压。