[发明专利]在没有电流传感器的情况下对开关式边界模式功率转换器进行数字控制

说明书

本发明提供了一种用于开关边界模式功率转换的电路布置、相对应的信号处理器和一种开关边界模式功率转换的方法。该电路布置包括用于接收来自电源的输入电压的输入端、向负载提供输出电压的输出端、储能设备、可控开关设备和信号处理器。该信号处理器被连接到可控开关设备并且被配置用于开关设备的零电流开关，其中信号处理器被进一步配置为根据第一电压信号和第二电压信号确定用于零电流开关的至少一个开关点，其中第一电压信号对应于输入电压并且第二电压信号对应于输出电压。

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62/543,225的优先权，该申请的全部内容出于所有目的以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及功率转换器，并且更具体地涉及对边界模式功率转换器进行控制。

背景技术

功率转换器以及特别是开关模式功率转换器用于多种应用以提供AC/DC转换和DC/DC转换。例如，开关模式功率转换器(也称为开关模式电源(SMPS))广泛用于计算机和手机电源单元，以从典型的120V/240V AC电源线路提供必要的工作电压。

设计功率转换器时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产生，根据设计和相应的应用该热量可能难以消散。

已知在边界传导模式或短路“边界模式”(BCM)下操作开关模式功率转换器。与CCM(连续传导模式)中的连续操作不同，在边界传导模式中，其旨在在没有电流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开关损耗，并且还由于没有反向恢复损耗而允许在升压开关模式功率转换器设置中使用较便宜的部件，例如，较便宜的升压二极管。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的副产物是转换器固有地使用可变开关频率。该频率主要取决于所选择的输出电压、输入电压的瞬时值、所使用的储能器的参数，例如，电感或电容以及递送到负载的输出功率。最低频率发生在正弦线电压的峰值处。

为了在边界传导模式下正常操作，有必要确定通过开关的电流达到零的确切时刻。在典型电路中，例如，使用电流变压器、使用耦合电感(诸如，靠近主电感的另外的绕组)或者使用CT或霍尔效应传感器来使用电流感测。然而，所有这些方法都增加了电路的成本和复杂性。

发明内容

因此，存在这样的目的，即提供一种用于开关模式功率转换的具有成本效益的电路布置和方法，该电路布置和方法允许在边界传导模式下有效地操作。

该目的通过用于开关边界模式功率转换的电路布置、信号处理器和方法来解决。从属权利要求以及以下描述包含本发明的各种实施方案。

在一个方面，提供了一种用于开关边界模式功率转换的电路布置，其包括用于从电源接收输入电压的输入端；用于向负载提供输出电压的输出端；储能设备；可控开关设备；以及信号处理器。该信号处理器连接到可控开关设备并且被配置用于开关设备的零电流开关；其中信号处理器被进一步配置为根据第一电压信号和第二电压信号确定用于零电流开关的至少一个开关点，其中第一电压信号对应于输入电压并且第二电压信号对应于输出电压。

本发明的基本构思是允许通过消除电流感测在边界传导模式下有效地操作开关模式功率转换器。这允许降低相对应的转换器的成本。如本发明的发明人已确定的那样，消除边界传导模式转换器中的电流感测还去除了检测的问题，因为使用用于电流感测的磁性部件引入了显著延迟。该延迟使得难以对零电流点进行正确检测。最后，一些实施方案允许增加的功率密度，即，较小的转换器尺寸。

附图说明

通过以下对各种实施方案的讨论，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得显而易见。在附图中，

图1示出了用于开关边界模式功率转换的电路布置的实施方案的示意性框图；