用于功率转换器的控制器及其操作方法
【专利摘要】一种用于功率转换器的控制器及其操作方法。在一个实施例中，控制器包括与交错式开关调节器的功率开关的开关端子串联可耦合并且被配置为产生电流感测信号的电流感测设备。控制器也包括被配置为根据功率转换器的特性产生误差信号的误差放大器。控制器还包括被配置为在功率开关的占空比的中点处对电流感测信号采样并且根据误差信号和电流感测信号调节特性的占空比控制器。
【专利说明】用于功率转换器的控制器及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及功率电子装置，并且更具体地涉及一种用于功率转换器的控制器及其操作方法。
【背景技术】
[0002]开关模式功率转换器(也称为“功率转换器”)是将输入电压波形转换成指定的输出电压波形的功率供应或者功率处理电路。功率因数校正(“PFC”)功率转换器包括功率链，该功率链具有一般跟随有调节和隔离级的PFC级。功率转换器耦合至电功率源(交流(“ac”)功率源)并且提供直流(“dc”)输出电压。PFC级接收(来自ac功率源的)ac输入电压的整流变型并且提供dc母线电压。调节和隔离级采用母线电压以向负载提供dc输出电压。可以采用包括PFC级以及调节和隔离级的功率转换器以构造“ac适配器”以从ac功率源向笔记本计算机等提供dc输出电压。
[0003]与功率转换器关联的控制器通过控制功率转换器中采用的功率开关的导通时段来管理功率转换器的操作。一般而言，控制器I禹合于输入与输出之间或者I禹合至与内部特性关联的端子，诸如反馈回路配置(也称为“控制回路”或者“闭合控制回路”)中的功率转换器的内部母线电压。
[0004]常常用两个交错的升压开关调节器构造PFC功率转换器，该电路配置时常被采用以减少输入和输出纹波电流以及为了满足电磁干扰要求而需要的滤波器的大小。也通常采用平均电流模式控制以调节诸如其内部母线电压或输出电压的功率转换器特性。控制升压开关调节器中的电流的平均值，诸如升压电感器中的平均电流，一般产生比控制升压开关调节器中的电流峰值更好的谐波失真和功率因数校正性能。
[0005]然而，用于控制形成有两个交错式升压开关调节器的PFC功率转换器中的电流平均值的常规技术一般在两个交错式升压开关调节器中产生不相等电流。不相等电流生成输入和输出纹波电流的更高电平，这降低PFC功率转换器的电磁干扰性能。
[0006]因而，在本领域中需要一种在形成有两个交错式升压开关调节器的功率链中产生基本上相等电流以避免现有技术中的缺点的控制器。
【发明内容】
[0007]技术优点通常由本发明的有利实施例实现，这些实施例包括一种用于功率转换器的控制器及其操作方法。在一个实施例中，控制器包括电流感测设备，该电流感测设备与交错式开关调节器的功率开关的开关端子串联可耦合并且被配置为产生电流感测信号。控制器也包括被配置为根据功率转换器的特性的函数产生误差信号的误差放大器。控制器也包括被配置为在功率开关的占空比的中点对电流感测信号采样并且根据误差信号和电流感测信号的函数调节特性的占空比控制器。
[0008]前文已经相当宽泛地概括本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解本发明的以下详细描述。下文将描述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易利用公开的概念和具体实施例作为用于修改或者设计其它结构或者过程的基础，这些其它结构或者过程用于实现本发明的相同目的。本领域技术人员也应当认识到，这样的等效构造未脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了更完整理解本发明，现在参照与附图结合的下文描述，在附图中:
[0010]图1图示包括控制器的功率转换器的一个实施例的框图；
[0011]图2图示包括采用升压拓扑的示例性功率链的功率转换器的一部分的示意图；
[0012]图3图示形成有两个交错式升压开关调节器的功率转换器的实施例的示意图；
[0013]图4图示图3的功率转换器的示例操作参数的图形表示；
[0014]图5图示形成有两个交错式升压开关调节器的功率转换器的另一实施例的示意图；以及
[0015]图6图示图5的功率转换器的示例性操作参数的图形表示。
[0016]在不同图中的对应标号和符号除非另有明示则一般指代对应部分并且为了简洁可以在第一实例之后不再描述。绘制附图以图示示例性实施例的相关方面。
【具体实施方式】
[0017]下文详细讨论当前示例性实施例的实现和使用。然而应当理解，本发明提供可以在广泛多种具体情形中实施的许多可应用的发明概念。讨论的具体实施例仅举例说明用于实现和使用本发明的具体方式，并未限制本发明的范围。
[0018]将关于具体情形描述实施例，即用于功率转换器的控制器。尽管将在用于形成有两个交错式升压开关调节器的功率因数校正功率转换器的控制器的环境中描述实施例，但是可以从诸如功率放大器或者马达控制器的控制器受益的任何应用均在本发明宽泛的范围内。
[0019]起初参照图1，图示包括控制器110的功率转换器的实施例的框图。功率转换器耦合至ac电源，该ac电源由提供输入电压Vin的ac功率源代表。功率转换器包括由控制器110控制的功率链105。控制器110 —般测量诸如其输出电压Vout或者内部母线电压的功率转换器的操作特性，并且响应于所测量的操作特性而产生栅极驱动信号GD以控制功率转换器中的功率开关的占空比D以调节占空比D。功率链105可以包括多个功率级以向负载提供调节的输出电压Vout或者其它输出特性。功率转换器的功率链105 —般包括耦合至磁性设备以提供功率转换功能的多个功率开关。
[0020]现在参照图2，图示为包括采用升压开关调节器(例如PFC升压级)的示例功率链(例如功率因数校正(“PFC”)级201)的功率转换器的一部分的示意图。功率转换器的PFC级201在其输入从诸如ac电源的电功率源接收输入电压Vin(例如未经调节的ac输入电压)，并且提供调节的dc输出电压Vout (例如母线电压)。与升压拓扑的原理一致，输出电压Vout —般高于输入电压Vin，从而其开关操作能够调节输出电压Vout。主功率开关Sai (例如η沟道金属氧化物半导体(“NM0S”)“有源”开关)在主要间隔内由栅极驱动信号⑶使能导通并且经过桥式整流器203将输入电压Vin耦合至升压电感器Lbi。在开关周期的主要间隔D期间，电感器电流iin增加并且经过升压电感器Lbi流至本地电路接地。一般升压电感器Lbi形成有单层绕组以减少邻近效应以增加功率转换器的效率。
[0021 ] 用于PFC级201的占空比在稳态下根据下式相应取决于输入电压与输出电压Vin、Vout之比:
【权利要求】
1.一种用于与形成有交错式开关调节器的功率转换器一起使用的控制器，包括: 电流感测设备，与所述交错式开关调节器的功率开关的开关端子串联可耦合并且被配置用于产生电流感测信号； 误差放大器，被配置用于根据所述功率转换器的特性产生误差信号；以及占空比控制器，被配置用于在所述功率开关的占空比的中点对所述电流感测信号采样并且根据所述误差信号和所述电流感测信号调节所述特性。
2.如权利要求1所述的控制器，其中所述电流感测设备是公共电流感测电阻器。
3.如权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器的所述特性是输出电压。
4.如权利要求1所述的控制器，其中所述误差放大器被配置用于根据参考电压产生所述误差号。
5.如权利要求1所述的控制器，进一步包括:比较器，被配置用于根据所述电流感测信号和所述误差信号产生平均电流信号。
6.如权利要求5所述的控制器，其中所述占空比控制器被配置用于产生用于所述功率开关的所述占空比的驱动信号并且根据所述平均电流信号控制所述功率开关的所述占空比。
7.如权利要求1所述的控制器，其中采样的电流感测信号代表在流过所述功率开关中的一个功率开关的开关端子的电流基本上为零时经过所述功率开关中的另一功率开关的开关端子的电流。
8.一种用于与形成有交错式开关调节器的功率转换器一起使用的方法，包括: 用与所述交错式开关调节器的功率开关的开关端子串联的电流感测设备产生电流感测信号； 根据所述功率转换器的特性产生误差信号； 在所述功率开关的占空比的中点处对所述电流感测信号采样；并且 根据所述误差信号和所述电流感测信号调节所述特性。
9.如权利要求8所述的方法，其中根据参考电压产生所述误差信号。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括根据所述电流感测信号和所述误差信号产生平均电流信号。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括产生用于所述功率开关的所述占空比的驱动信号并且根据所述平均电流信号控制所述功率开关的所述占空比。
12.如权利要求8所述的方法，其中采样的电流感测信号代表在流过所述功率开关中的一个功率开关的开关端子的电流基本上为零时经过所述功率开关中的另一功率开关的开关端子的电流。
13.—种功率转换器,包括: 包括第一功率开关的第一交错式开关调节器； 包括第二功率开关的第二交错式开关调节器；以及 控制器，包括: 电流感测设备，与所述第一和第二功率开关的开关端子串联可耦合并且被配置用于产生电流感测信号； 误差放大器，被配置用于根据所述功率转换器的特性产生误差信号；以及占空比控制器，被配置用于在所述第一和第二功率开关的占空比的中点处对所述电流感测信号采样并且根据所述误差信号和所述电流感测信号调节所述特性。
14.如权利要求13所述的功率转换器，其中所述电流感测设备是公共电流感测电阻器。
15.如权利要求13所述的功率转换器，其中所述功率转换器的所述特性是输出电压。
16.如权利要求13所述的功率转换器，其中所述误差放大器被配置用于根据参考电压产生所述误差信号。
17.如权利要求13所述的功率转换器，其中所述控制器进一步包括:比较器，被配置用于根据所述电流感测信号和所述误差信号产生平均电流信号。
18.如权利要求17所述的功率转换器，其中所述占空比控制器被配置用于产生用于所述第一和第二功率开关的所述占空比的驱动信号并且根据所述平均电流信号控制所述第一和第~ 功率开关的所述占空比。
19.如权利要求13所述的功率转换器，其中采样的电流感测信号代表在流过所述第二功率开关的开关端子的电流基本上为零时经过所述第一功率开关的开关端子的电流。
20.如权利要求13所述的功率转换器，其中用相对于所述第二交错式开关调节器异相180度的占空比控制所述第一交错式开关调节器。
【文档编号】H02M1/44GK103872895SQ201310323454
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】S·钱德拉塞卡兰 申请人:电力系统技术有限公司