[发明专利]用于开关功率变换器的导通时间补偿

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月15日递交的第61/611,473号美国临时申请的优先权，其公开内容通过引用的方式全部并入于此。 

技术领域

本公开内容涉及开关功率变换器，并且更具体地涉及改进的用于开关功率变换器的导通时间补偿。 

背景技术

开关功率变换器在许多不同电子设备中用于通过循环地导通和断开开关来根据输入电压生成调节的输出电压以调整所调节的输出电压的电平。一些功率变换器以断续导电模式(DCM)操作。在DCM中，导通开关允许电流流入开关功率变换器的电感器中。然后断开开关允许电流流出电感器并且朝着负载流出，由此重置电感器。在重置时间之后插入死区时间，该死区时间限制开关的开关频率。如果在开关的顶侧有电压振铃，则可以修改死区时间的长度以允许在振铃的波谷出现该开关动作。 

插入死区时间用于减少开关本身中损失的功率数量、但是具有减少开关功率变换器的功率因数的负面效果。功率变换器的功率因数影响向功率变换器供应AC功率的功率输送系统，比如电业传输线。如果变换器的功率因数低，则电业公司必须浪费更多功率以向负载输送所需的功率。为了最大化功率因数，至开关功率变换器的平均输入电流应当与输入电压成比例。在具有固定的导通时间而无死区时间的功率变换器中，平均输入电流自然地与输入电压成比例，并且可以实现良好功率因数。然而在具有死区时间的功率变换器中， 死区时间的长度影响平均输入电流的电平并且使平均输入电流从与输入电压成比例偏离。因而死区时间减少功率变换器的功率因数。 

发明内容

一种改进的DCM开关功率变换器的实施例在计算导通时间持续时间时补偿死区时间持续时间的影响。在开关周期期间测量开关功率变换器的死区时间持续时间，并且确定用于开关功率变换器的开关的基准导通时间持续时间。死区时间持续时间和基准导通时间持续时间用于计算针对后续的开关周期的期望的开关的导通时间持续时间。期望的开关导通时间持续时间将输出电压调节到期望的电压电平。期望的开关导通时间持续时间还维持至功率变换器的平均输入电流与输入电压基本上成比例，由此使功率变换器表现为电阻性负载并且提高开关功率变换器的功率因数。 

在一个实施例中，一种开关功率变换器包括：磁性组件，耦合在开关功率变换器的输入电压与输出电压之间。开关被耦合到磁性组件以控制流过磁性组件的电流。流入磁性组件中的电流在开关导通时增加并且在开关断开时降低至恒定电流电平。控制器被配置成生成用于导通或者断开该开关的控制信号，该开关响应于该控制信号处于第一状态而导通，并且该开关响应于该控制信号处于第二状态而断开。控制器还被配置成确定功率变换器的第一开关周期的死区时间持续时间，死区时间持续时间是如下的时间持续时间，在该时间的持续时间期间，流入磁性组件中的电流处在恒定电流电平。控制器还被配置成基于在第一开关周期中的死区时间持续时间确定针对功率变换器的第二开关周期的期望的开关的导通时间持续时间，第二开关周期在第一开关周期之后。附加地，控制器还被配置成针对所述第二开关周期根据所述期望的导通时间持续时间生成导通所述开关的处于所述第一状态持续一个时间持续时间的所述控制信号。 

在一个实施例中，控制器还被配置成确定开关的基准导通时间 持续时间。基准导通时间持续时间可以代表如果死区时间为零则将输出电压调节成期望电压电平的、开关的导通时间持续时间。控制器然后基于基准导通时间持续时间和在第一开关周期中的死区时间持续时间确定期望的导通时间持续时间。可以用具有平方根计算的数学函数或者无平方根计算的简化函数计算期望的导通时间持续时间，该平方根计算涉及到基准导通时间持续时间。也可以用平方根计算的线性分段逼近计算期望的导通时间以减少需要用来计算期望的导通时间持续时间的电路。 

在一个实施例中，一种在开关功率变换器中的操作方法，包括确定开关的第一开关周期的死区时间持续时间，死区时间是如下的时间的持续时间，在该时间的持续时间期间，流入磁性组件中的电流处在恒定电流电平。该方法还包括基于在第一开关周期中的死区时间持续时间确定针对第二开关周期的期望的开关的导通时间持续时间，第二开关周期在第一开关周期之后。该方法还包括针对第二开关周期根据期望的导通时间持续时间生成用于导通该开关的处于第一状态持续一个时间的时间周期的控制信号。