[发明专利]具有最大电流模式控制的改进的开关功率转换器

说明书

转换器(110)包括开关(S1)和用于产生开关(S1)的指令信号(SC1)的“峰值电荷”模式控制装置(120)，并且该控制装置(120)包括：输出电压(Vout)和参考电压(Vcons)之间的误差校正器(22)；用于在参考电荷(Qcons)和由对在开关(S1)中流动的电流(IL)进行时间积分而得到的测量电荷(Qmes)之间进行比较以产生指令信号(SC1)的比较设备(24,28)。误差校正器的输出端的误差信号为参考功率(Pcons)，控制装置(120)包括包含有将参考功率(Pcons)除以输入电压(Vin)以得到参考电荷(Qcons)的除法器(132,232)的转换单元(130)。

技术领域

本发明涉及开关功率转换器。本发明尤其涉及峰值电荷控制模式的开关功率转换器。

背景技术

功率开关转换器基于切换可控开关，向由电感性和电容性组件组成的滤波电路施加斩波电压。通过与连接在转换器的输出端的电荷的相互作用，控制该开关或每一个开关的打开和闭合时刻以使得在转换器的输出端产生更大的或更小的电压和/或电流成为可能。

图1示例性示出基于“降压-升压”拓扑结构的无源整流非逆变转换器10。

已知的转换器具有两个可控开关S1和S2(优选MOSFET开关)；两个无源整流器R1和R2(优选二极管)；一个电感性的开关元件L(优选电感)。

正是通过改变晶体管S1的指令信号SC1和晶体管S2的指令信号SC2的占空比，调整电感L中的电流IL，从而对输出端子13和14之间的输出电压Vout进行调整。

整流是无源的，即由二极管而不是晶体管实现的这一事实使得转换器为单向的，以避免在电感L中出现反向电流并且使其在间歇流中工作成为可能。

用于连续流(例如对于有足够大的电荷连接在输出端的情况，这样通过电感L的电流IL可不被抵消)的转换器10的操作阶段在图2和图4中显示为电感L两端的电压VL随时间t变化的函数以及在图3和图5中显示为通过电感L的电流IL随时间t变化的函数：

“升压”阶段：在t1时刻和t2时刻之间，晶体管S1和S2两者都受控闭合。因此，端点11和端点12之间的输入电压Vin被施加于电感L上。电压VL为正，电流IL增加。

“降压”阶段：在t2时刻和t3时刻之间，接着晶体管S2受控打开，整流器R2开始工作。正是输入电压Vin和输出电压Vout之间的差值被施加于电感L。作为这两个电压之间差值的函数，施加于电感的电压可能为正性(图2)或负性(图4)。因此，电流IL将增加(图3)或减小(图5)。

“自由续流”阶段：在t3时刻和t4时刻之间，这两个晶体管S1和S2受控打开。接着，整流器R1和R2均开始工作。输出电压Vout则反向施加在电感L上。电流IL则减小。

考虑到状态是稳定的，在降压阶段开始时的电流与在自由续流阶段结束时的电流相等，并且各阶段周期性地相互接续。

转换器10包括控制装置20。该控制装置20使得确定在哪个时刻控制闭合以及在哪个时刻控制打开晶体管S1和S2成为可能，并且使得产生分别施加于晶体管S1和晶体管S2上的指令信号SC1和SC2成为可能。

在下文中，考虑采用专利EP2,432,108A1中描述的原理来连续地控制该转换器。因此，开关S2的状态作为输入电压Vin的函数而由控制装置20进行连续地控制，而开关S1的状态作为输出电压Vout的函数而由控制装置20进行连续地控制。因此，开关S1和S2以不同于0和1的占空比工作。换句话说，不考虑输入电压和输出电压之间的比率，开关S1和S2连续工作以切换转换器增加或是降低电压的工作状态。在下文中，我们更具体地研究开关S1和指令信号SC1的产生。