[发明专利]具有减少的交越失真的切换边界模式交错功率转换器的数字控制

说明书

本发明公开了一种用于交错切换边界模式功率转换的电路布置、信号处理器和方法。所述电路布置至少包括：输入，所述输入用于从电源接收交流输入电压；输出，所述输出用于对负载提供输出电压；第一交错电路，所述第一交错电路包括：第一能量存储装置；以及第一可控切换装置；以及一个或多个次级交错电路，每个次级交错电路包括：次级能量存储装置；以及次级可控切换装置；以及信号处理器。所述信号处理器连接到所述可控切换装置，并且包括：至少第一切换循环控制器，其被配置用于所述第一可控切换装置的循环/反复零电流切换操作；以及一个或多个次级切换循环控制器，所述一个或多个次级切换循环控制器被配置用于所述一个或多个次级可控切换装置的循环零电流切换操作。所述信号处理器被配置为当所述交流输入电压低于第一阈值电压时停用所述交错电路中的一个或多个以减少零交越时间。

相关专利申请

本申请要求2017年8月9日提交的美国临时专利申请号62/543,189的优先权，该申请的内容出于所有目的在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及功率转换器，更具体地讲，涉及控制具有减小的交越失真的交错边界模式功率转换器。

背景技术

功率转换器且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，切换模式电源转换器(也称为切换模式电源(SMPS))广泛用于计算机和移动电话功率单元，以从典型的120V/240V AC馈电线提供必要的操作电压。

设计功率转换器时所关注的典型事项涉及转换效率和成本。应当容易显而易见的是，应最小化功率损耗以增加转换器的总体效率并且还减少根据设计和各自的应用而难以消散的热的产生。

已知在边界传导模式或短路“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，其目的是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由于没有反向恢复损耗而使用较不昂贵的部件，例如较不昂贵的的升压二极管。此外，考虑到输入电流跟随输入电压波形，BCM还允许功率因数校正(PFC)。

BCM的一个副产物是转换器固有地使用可变切换频率。频率主要取决于所选择的输出电压、输入电压的瞬时值、所使用的能量存储的参数(例如电感或电容)，以及输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，最高频率在正弦线电压的零交越附近。

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并联布置的多个级/电路。在本上下文中，术语“交错”是指多个电路异相操作。例如，在具有两个级的交错功率转换器中，级通常异相180度而操作，即，切换循环的一半异相。交错功率转换器具有导致较少的输入电流变化/波动的优点，并且因此导致较少的电磁干扰问题。

在边界传导模式下操作交错功率转换器的问题在于输入电压在零交越点附近非常小的事实。在零交越点附近，输入能量在其被用于对内部装置寄生(诸如例如MOSFET开关的电容)进行充电时不会被传送到输出侧。另外，由于在输入电压的零交越点附近的高切换频率，电磁干扰(EMI)的典型滤波器(EMI)使此类高频分量衰减，造成零交越点附近有延长的零电流情况以及失真电流波形。

发明内容

因此，存在一种提供用于交错式切换模式功率转换的有效电路布置和方法的目标，该电路布置和方法允许在具有减少的交越失真的边界传导模式下操作。

根据独立权利要求，通过一种用于交错切换边界模式功率转换的电路布置、信号处理器和方法来解决该目标。从属权利要求以及以下描述包含本发明的各种实施方案。