[发明专利]切换边界模式交错功率转换器的数字控制

说明书

本发明公开了一种电路布置，信号处理器和交错切换边界模式功率转换的方法。该电路布置包括用于从电源接收输入电压的至少一个输入端；用于向负载提供输出电压的输出端；第一交错电路，该第一交错电路包括第一储能设备和第一可控切换设备；一个或多个辅助交错电路，一个或多个辅助交错电路各自包括辅助储能设备，和辅助可控切换设备；和信号处理器，该信号处理器连接到所述可控切换设备。该信号处理器包括被配置用于第一可控切换设备的循环零电流切换操作的第一切换循环控制器；以及被配置用于辅助可控切换设备的循环零电流切换操作的一个或多个辅助切换循环控制器。该信号处理器被配置为在给定切换循环中控制辅助可控切换设备中的每一个辅助可控切换设备的导通时间段以对应于第一可控切换设备的导通时间段。该信号处理器还被配置为控制第一切换控制器和一个或多个辅助切换控制器的导通时间段之间的相位，使得在给定的切换循环内分布导通时间段以减小输入端处的总电流纹波。

相关专利申请

本申请要求于2017年8月9日提交的美国临时专利申请62/543,235的优先权，该申请的全部内容出于所有目的据此以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及功率转换器，并且更具体地讲，涉及交错边界模式功率转换器的控制。

背景技术

功率转换器以及具体地讲切换模式功率转换器用于多种应用以提供AC/DC和DC/DC转换。例如，切换模式功率转换器(也称为切换模式电源(SMPS))广泛用于计算机和移动电话电源单元，以从典型的120V/240VAC电源提供必要的工作电压。

设计功率转换器时所关注的典型项目涉及转换效率和成本。应当显而易见的是，应最小化功率损耗以提高转换器的总体效率并且还减少热量的生成，该热量可能难以根据设计和各自的应用而消散。

已知在边界传导模式或短“边界模式”(BCM)下操作切换模式功率转换器。与CCM(连续传导模式)中的连续操作不同，在边界传导模式中，其旨在在没有或没有实质性电流流过开关时操作功率转换器的开关。这种操作模式减少了切换损耗，并且还允许在升压切换模式功率转换器设置中使用成本较低的部件，例如成本较低的升压二极管，这是由于没有反向恢复损耗。此外，考虑到输入电流遵循输入电压波形，BCM还允许功率因数校正(PFC)。

BCM的副作用是转换器固有地使用可变切换频率。该频率主要取决于所选择的输出电压、输入电压的瞬时值、所使用的储能的参数(例如电感或电容)、以及递送至负载的输出功率。最低频率发生在正弦线电压的峰值处。

当要转换较高的电流时，使用交错功率转换器。这些类型的功率转换器包括通常彼此平行布置的多个级/电路。在本发明的上下文中，术语“交错”是指多个电路异相操作。例如，在具有两级的交错功率转换器中，该级通常以异相180度运行，即，切换循环的一半是异相的。交错功率转换器具有导致输入电流变化/纹波较少并因此导致较少的电磁干扰问题的优点。

在边界传导模式下操作交错功率转换器的问题在于，切换频率高且可变，在每个循环中都有频率变化。即使是两个相邻的切换循环都不具有相同的循环周期T，因为输入电压正在变化。因此，在多个级之间保持上述相移是复杂的。

发明内容

因此，存在这样的目的，即，提供一种用于交错切换模式功率转换的有效电路布置和方法，该电路布置和方法允许在边界传导模式下操作。

该目的通过电路布置、信号处理器和用于交错切换边界模式功率转换的方法来解决。从属权利要求以及以下描述包含本发明的各种实施方案。