[发明专利]用于多相功率转换器的数字相位调节

说明书

技术领域

本发明总体上涉及工作在过渡或不连续模式中的多相功率转换器。更特别地，本发明涉及保持多相功率转换器的各相之间的预定相位差以及以多相功率转换器的每个相在其固有频率来对多相功率转换器的每个相进行操作，以便增加效率并且降低由多相功率转换器产生的电磁噪声。

背景技术

期望并行地操作多个功率转换器相电路以改进效率、减小电流波纹并且增加该电流波纹的频率。减小的电流波纹连同增加的频率一起使电磁适应性（即电磁噪声）滤波器的设计变得容易，同时增加的效率降低了功率转换器对于给定功率转换级别的冷却需求（例如较小的散热片、以较低风扇速度运行功率转换器冷却风扇、和/或消除对功率转换器冷却风扇的需要）。

改进效率和电磁适应性（EMC）行为的一种技术是采用具有零电压和零电流切换的转换器拓扑结构。然而，这些拓扑结构常常展示可变的切换频率，这使得更难以使多个相同步（即以预定相位差（诸如异相180度）操作各相）。与此相反，固定切换频率功率转换器可以仅仅通过在各时间基础之间建立固定时间延迟而成为相控的。然而，因为相电路中的变化，所以在固定频率与多相功率转换器的所有相的固有频率不匹配的情况下，固定频率操作可以促使电磁噪声发射的稍稍增加以及非最优效率。

存在众所周知的用于校准可变频率多相功率转换器的各相（即并行转换器或相电路）的开环和闭环方法。开环方法基于对主相电路的时段的测量结果来生成固定延迟。然而，因为每个相电路的固有切换频率因为部件变化而不同，所以从转换器（即从相电路）不能以它们的固有频率运行。开环相控算法通过迫使从相以与主相相同的频率切换而使从相的固有频率超控（override）。结果，开环方法可以恶化多相功率转换器的EMC行为和转换效率，因为零电压和零电流切换条件在从相电路中不总被满足。

闭环方法调节从相电路的接通持续时间以获得固定相位关系。在闭环方法中，所有相以它们的固有频率进行操作，从而保持零电压和零电流切换。因此，使用相位校准的闭合方法的多相功率转换器保持软切换转换器的期望特性，诸如功率转换效率和EMC行为，但是如果各转换器中的一个以箝位频率模式运行则出现困难。为了确保谷切换，多相功率转换器的固有频率可以因为从一个谷到另一个谷的跳变而突然改变，这使相位关系失真并且促使到多相功率转换器的输入电流波动。

发明内容

在一个方面，一种多相功率转换器包括第一相电路、第二相电路和控制器。该第一相电路包括第一输入电感器、第一驱动开关和第一输出二极管。该第一输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源，例如整流器的输出端被连接到交流电电源。该第一驱动开关被连接在第一输入电感器的第二端和地（例如电路地）之间。第一输出二极管使其阳极连接到输入电感器的第二端并且使其阴极连接到功率转换器的输出端。

该第二相电路包括第二输入电感器、第二驱动开关和第二输出二极管。该第二输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源。该第二驱动开关被连接在第二输入电感器的第二端和地之间。第二输出二极管的阳极被连接到第二输入电感器的第二端并且阴极被连接到功率转换器的输出端。所述控制器包括电压控制环路和相位控制电路。该控制器操作用来选择性地接通和断开第一相电路的第一驱动开关以使该第一相电路的第一驱动开关循环并且选择性地接通和断开第二驱动电路的第二驱动开关以使该第二驱动电路的第二驱动开关循环。所述电压控制环路操作用来根据所述功率转换器的输出端处的电压来提供默认接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来选择性地接通和断开所述第一驱动开关。所述相位控制电路操作用来根据所述默认接通持续时间以及第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定第二驱动开关的接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据第二驱动开关的接通持续时间来选择性地接通和断开第二驱动开关。

在一个方面中，一种多相功率转换器包括第一相电路、第二相电路和控制器。该第一相电路包括第一输入电感器、第一驱动开关和第一输出二极管。该第一输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源（例如整流器的输出端被连接到交流电电源）。该第一驱动开关被连接在第一输入电感器的第二端和地（例如电路地）之间。第一输出二极管的阳极被连接到输入电感器的第二端并且阴极被连接到功率转换器的输出端。