[實用新型]用于多相轉換器的控制器與系統

有效

• 申請號: 201520946135.7
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN205283403U
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: A·比安科;G·斯卡帕圖拉
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/42
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開涉及控制多相功率因數校正(PFC)轉換器，并且特別地涉及適應性地交錯多個多相PFC轉換器。

背景技術

通常公知的是使用PFC裝置用于主動地校正開關式電源(SMPS)的功率因數，開關式電源用于供應電子設備(例如計算機、電視、監視器等)以及諸如熒光燈之類的照明裝置。典型的SMPS包括全波二極管整流器橋，其具有連接到AC功率分配線的輸入和連接在下游的電容器，從而根據AC供電電壓產生DC電壓。與DC電平相比，電容器具有足夠大的電容，使得相對小的紋波出現在其端子處。因此，電橋的整流器二極管將僅在供電電壓的每個半周期的短部分上導通，因為其瞬時值在周期的大部分上小于電容器的電壓。結果是從電力線吸收的電流包括一系列短脈沖，其幅度是所產生的平均值的5-10倍。

這具有明顯的結果：

從電力線吸收的電流具有遠高于正弦電流吸收的情況的峰值和rms(均方根)值，

由于連接到電力線的所有公用設施幾乎同時脈沖吸收，供電電壓失真，

在三相體系的情況下中性導體中的電流極大地提高，以及

較少使用電力系統的能量潛力。

事實上，脈沖電流的波形包括許多奇次諧波，雖然不構成提供至負載的電力，但是它們增加了由電力線吸收的rms電流，并因此增加了能量耗散。

在數量上，這可以用功率因數(PF)和總諧波失真(THD)表示，功率因數是實際功率(電源發送至負載的功率加上在其中以熱量形式耗散的功率)與視在功率(rms電壓與吸收的rms電流的乘積)的比值，總諧波失真通常是與所有較大諧波相關的能量與基波相關的能量的百分比。通常，具有電容濾波器的電源具有0.4和0.6之間的PF和比100％高的THD。設置在整流器橋和輸出之間的PFC允許從網絡吸收準正弦并與電壓同相的電流，因而使PF接近1并降低了THD。

圖1示出了單相PFC轉換器20和控制裝置22的示意圖。控制裝置22可具有可變頻率并可以在連續(CCM)和不連續(DCM)模式之間操作，通常被稱為“過渡模式”(TM)。輸入電壓(Vin)從全波二極管整流器橋24的電壓供應端子被提供給轉換器20。整流器橋24的第二端子又連接到接地端子。整流器橋24接收由交流(AC)電源26所提供的輸入供電電壓。轉換器20可以被實施為升壓轉換器。轉換器20包括變壓器的電感28、金屬氧化物半導體(MOS)功率晶體管30以及二極管32。電感28的第一端子連接到整流器橋24的電壓供應端子，并且晶體管30的漏極端子連接到電感28的在第一端子的下游的第二端子。另一方面，晶體管30的源極端子經由電阻器34連接到接地端子。

二極管32具有連接到電感28的第二端子的陽極。此外，二極管32具有連接到輸出電容器36的第一端子的陰極，輸出電容器36具有連接到接地端子的另一端子。轉換器20產生輸出電容器36兩端的直流(DC)輸出電壓(標記為Vout)，由此Vout高于Vin的最大峰值電壓供應。

控制裝置22使用反饋控制使輸出電壓Vout保持在常數值。在過渡模式中，高效轉換通過在零電壓和零電流條件下轉換實現。圖1的控制裝置22被示為具有四個輸入端口和一個輸出端口。四個輸入端口包括接收由整流器橋24所提供的輸入電壓的輸入電壓端口38、接收由轉換器20所提供的輸出電壓的輸出電壓端口40、過零檢測(ZCD)端口42、以及電流感測(CS)端口44。ZCD端口42電耦合到包括電感28的變壓器的輔助繞組46，并用于感測通過電感28的電流何時達到0安培。CS端口44用于監測通過晶體管30的電流。

控制裝置22的作為柵極驅動(GD)端口的輸出端口48使晶體管30導通和斷開，因此控制轉換器20的操作。控制裝置22可以說是一種變頻控制裝置，因為切換晶體管30的頻率以及相應的切換周期都是基于由轉換器20的操作觸發的外部事件。然而，通過確保晶體管30在接近電感28的零電流時導通，實現了高效操作。

此外，控制裝置22可以是恒定導通時間(COT)類型的。在恒定導通時間操作中，轉換器20的功率晶體管30的導通周期被用作控制變量，并且在電壓供應的每一個周期期間，它被保持恒定在適當值，以便從轉換器20獲得電壓輸出的調節。