[發(fā)明專利]具有減少的交越失真的切換邊界模式交錯功率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880038704.4
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN110731045B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·M·班達拉卡;A·杜梅斯
• 申請（專利權(quán)）人: 微芯片技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M3/158
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌

本發(fā)明公開了一種用于交錯切換邊界模式功率轉(zhuǎn)換的電路布置、信號處理器和方法。所述電路布置至少包括：輸入，所述輸入用于從電源接收交流輸入電壓；輸出，所述輸出用于對負載提供輸出電壓；第一交錯電路，所述第一交錯電路包括：第一能量存儲裝置；以及第一可控切換裝置；以及一個或多個次級交錯電路，每個次級交錯電路包括：次級能量存儲裝置；以及次級可控切換裝置；以及信號處理器。所述信號處理器連接到所述可控切換裝置，并且包括：至少第一切換循環(huán)控制器，其被配置用于所述第一可控切換裝置的循環(huán)/反復(fù)零電流切換操作；以及一個或多個次級切換循環(huán)控制器，所述一個或多個次級切換循環(huán)控制器被配置用于所述一個或多個次級可控切換裝置的循環(huán)零電流切換操作。所述信號處理器被配置為當(dāng)所述交流輸入電壓低于第一閾值電壓時停用所述交錯電路中的一個或多個以減少零交越時間。

相關(guān)專利申請

本申請要求2017年8月9日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/543,189的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容出于所有目的在此以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及功率轉(zhuǎn)換器，更具體地講，涉及控制具有減小的交越失真的交錯邊界模式功率轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

功率轉(zhuǎn)換器且具體地講切換模式功率轉(zhuǎn)換器用于多種應(yīng)用以提供AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換。例如，切換模式電源轉(zhuǎn)換器(也稱為切換模式電源(SMPS))廣泛用于計算機和移動電話功率單元，以從典型的120V/240V AC饋電線提供必要的操作電壓。

設(shè)計功率轉(zhuǎn)換器時所關(guān)注的典型事項涉及轉(zhuǎn)換效率和成本。應(yīng)當(dāng)容易顯而易見的是，應(yīng)最小化功率損耗以增加轉(zhuǎn)換器的總體效率并且還減少根據(jù)設(shè)計和各自的應(yīng)用而難以消散的熱的產(chǎn)生。

已知在邊界傳導(dǎo)模式或短路“邊界模式”(BCM)下操作切換模式功率轉(zhuǎn)換器。與CCM(連續(xù)傳導(dǎo)模式)中的連續(xù)操作不同，在邊界傳導(dǎo)模式中，其目的是在沒有或沒有實質(zhì)性電流流過開關(guān)時操作功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)。這種操作模式減少了切換損耗，并且還允許在升壓切換模式功率轉(zhuǎn)換器設(shè)置中由于沒有反向恢復(fù)損耗而使用較不昂貴的部件，例如較不昂貴的的升壓二極管。此外，考慮到輸入電流跟隨輸入電壓波形，BCM還允許功率因數(shù)校正(PFC)。

BCM的一個副產(chǎn)物是轉(zhuǎn)換器固有地使用可變切換頻率。頻率主要取決于所選擇的輸出電壓、輸入電壓的瞬時值、所使用的能量存儲的參數(shù)(例如電感或電容)，以及輸送至負載的輸出功率。最低頻率發(fā)生在正弦線電壓的峰值處，最高頻率在正弦線電壓的零交越附近。

當(dāng)要轉(zhuǎn)換較高的電流時，使用交錯功率轉(zhuǎn)換器。這些類型的功率轉(zhuǎn)換器包括通常彼此并聯(lián)布置的多個級/電路。在本上下文中，術(shù)語“交錯”是指多個電路異相操作。例如，在具有兩個級的交錯功率轉(zhuǎn)換器中，級通常異相180度而操作，即，切換循環(huán)的一半異相。交錯功率轉(zhuǎn)換器具有導(dǎo)致較少的輸入電流變化/波動的優(yōu)點，并且因此導(dǎo)致較少的電磁干擾問題。

在邊界傳導(dǎo)模式下操作交錯功率轉(zhuǎn)換器的問題在于輸入電壓在零交越點附近非常小的事實。在零交越點附近，輸入能量在其被用于對內(nèi)部裝置寄生(諸如例如MOSFET開關(guān)的電容)進行充電時不會被傳送到輸出側(cè)。另外，由于在輸入電壓的零交越點附近的高切換頻率，電磁干擾(EMI)的典型濾波器(EMI)使此類高頻分量衰減，造成零交越點附近有延長的零電流情況以及失真電流波形。

發(fā)明內(nèi)容

因此，存在一種提供用于交錯式切換模式功率轉(zhuǎn)換的有效電路布置和方法的目標，該電路布置和方法允許在具有減少的交越失真的邊界傳導(dǎo)模式下操作。

根據(jù)獨立權(quán)利要求，通過一種用于交錯切換邊界模式功率轉(zhuǎn)換的電路布置、信號處理器和方法來解決該目標。從屬權(quán)利要求以及以下描述包含本發(fā)明的各種實施方案。