用于具有交錯的轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備、開關(guān)調(diào)節(jié)器及對應(yīng)的控制方法
【專利摘要】一種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器(1)的控制設(shè)備(2)，開關(guān)調(diào)節(jié)器(1)具有使用交錯的操作來操作的兩個或更多個轉(zhuǎn)換器級(3)，每個轉(zhuǎn)換器級(3)包括電感元件(10)和開關(guān)元件(12)，控制設(shè)備(2)生成具有開關(guān)周期(TSW)的命令信號(VG1，VG2)以用于控制開關(guān)元件(12)的開關(guān)并且確定相應(yīng)的電感元件(10)中的能量的存儲階段和所存儲的能量到輸出元件(7)的傳送階段的交替?？刂圃O(shè)備(20)生成以開關(guān)周期(TSW)的適當(dāng)?shù)牟糠謥硐辔黄频拿钚盘?VG1，VG2)以獲得交錯的操作。特別地，同步級(32)生成同步信號(Sync)，并且控制級(26)生成由同步信號(Sync)定時用于轉(zhuǎn)換器級(3)的命令信號(VG1，VG2)。
【專利說明】
用于具有交錯的轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備、開關(guān) 調(diào)節(jié)器及對應(yīng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于功率轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，特別地涉及具有交錯的級的功率因子校 正（PFC)調(diào)節(jié)器，即包括以合適的共同相位偏移來操作的兩個或更多個轉(zhuǎn)換器級；本發(fā)明 還涉及對應(yīng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器和對應(yīng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)式電源已知被設(shè)計成將在輸入處接收的量（例如來自電氣電源的AC電壓） 轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出量（例如DC電壓）用于供應(yīng)電氣負載。
[0003] 這樣的電源通常必須滿足關(guān)于對應(yīng)的電氣性能的嚴格的要求；例如它們必須確保 高的質(zhì)量因子以及基本上統(tǒng)一的功率因子。
[0004] 出于這一原因，通常想象將開關(guān)調(diào)節(jié)器（所謂的"PFC調(diào)節(jié)器"）用在電源的輸入 級，開關(guān)調(diào)節(jié)器由合適的控制設(shè)備控制用于調(diào)節(jié)在從電網(wǎng)汲取時的功率因子。
[0005] 特別地，在需要例如用于平板電視（平板TV)或用于工業(yè)應(yīng)用的大量（例如大 約lkW)電力的汲取的應(yīng)用中，已經(jīng)提出了具有以合適的相位偏移來操作的大量交錯的 (interleaved)轉(zhuǎn)換器級的PFC調(diào)節(jié)器的使用。實際上可以示出，與單個轉(zhuǎn)換器級的使用相 比，大量交錯的轉(zhuǎn)換器級的使用使得能夠增加能夠達到的電力電平。
[0006] 圖1中描繪PFC調(diào)節(jié)器1作為示例；PFC調(diào)節(jié)器1由對應(yīng)的控制設(shè)備2來控制并 且包括交錯的并且在這種情況下以反相位（即以180°的相位偏移）來操作的兩個轉(zhuǎn)換器 級3(本文中未詳細描述）。
[0007] PFC調(diào)節(jié)器1具有：輸入端子IN，其上存在由整流器級5生成的輸入電壓VIN，輸入 電壓VIN從例如由電源線6從電網(wǎng)供應(yīng)的AC線電壓V AC開始；以及輸出端子0UT，電荷存儲 元件7連接到輸出端子，輸出端子特別地是電容器，其上存在輸出電壓ν_，例如DC電壓，輸 出電壓在期望值處被調(diào)節(jié)。
[0008] 以本文中未詳細描述并且圖1中未圖示的方式，每個轉(zhuǎn)換器級3包括開關(guān)元件和 至少一個電感元件，開關(guān)元件在操作上耦合到電感元件并且通過控制設(shè)備2在脈沖寬度調(diào) 制（PWM)開關(guān)中被控制，用于在開關(guān)周期的第一間隔（例如所謂的導(dǎo)通間隔TJ在電感元 件中循環(huán)地存儲能量，并且用于在開關(guān)周期的第二間隔（在示例中為所謂的關(guān)斷間隔W 向電荷存儲元件7釋放所存儲的能量。
[0009] 控制設(shè)備2被制成為集成電路，并且具有封裝件以及對應(yīng)的輸入和輸出引腳，并 且可以安裝在具有形成PFC調(diào)節(jié)器1的電路部件的相同的印刷電路板（PCB)上。
[0010] 以本文中未詳細描述的方式，控制設(shè)備2向轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件供應(yīng)命令信號， 并且從相同的轉(zhuǎn)換器級3接收反饋信號，以經(jīng)由適當(dāng)?shù)目刂苹芈穪硖峁┹敵鲭妷篤out的調(diào) To
[0011] 控制設(shè)備2的目的是在轉(zhuǎn)換器級3的電感元件中獲取以期望的相位偏移（在示例 中為180° )被相位偏移的電流。在這點上，圖2示出相位偏移180°的用UP I ^表示的 轉(zhuǎn)換器級3的電感元件中的電流的期望的圖。
[0012] 然而，假定系統(tǒng)以連續(xù)可變的開關(guān)頻率來工作，實現(xiàn)這一目的不是那么簡單，因為 工作條件由于例如以下原因而變化：連續(xù)的線周期或循環(huán)之間的線電壓V AC的變化；電源線 6上存在噪聲；負載上的電力的變化；存在開始和停止過渡；或者存在所謂的"切相"事件 (以便優(yōu)化系統(tǒng)的整體效率，可以開始或停止各個級以修改活躍的級的數(shù)目以便適應(yīng)負載 的要求）。另外，開關(guān)頻率可以由于可能的公差而是可變的并且在電氣部件中漂移。
[0013] 目前已經(jīng)提出了幾種實現(xiàn)先前提及的控制目標(biāo)的解決方案。
[0014] 比如，已經(jīng)提出了主從類型的開環(huán)控制方法。在這點上，可以引用例如：
[0015] L. Huber、Β· T. Irving 和 Μ· M. Jovanovic 的 "Open-loop control methods for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters'，，IEEE Trans. , Power Electron.，July，2008 ;以及
[0016] L. Huber、Β· T. Irving、C. Adragna 和 Μ· M. Jovanovic 的 " Implementation of Open-loop-control for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters'，，IEEE Applied Power Electronics Conf. APEC, February 2008。
[0017] 在這一解決方案中，一個轉(zhuǎn)換器級以所謂的過渡模式（TM)操作，而其他轉(zhuǎn)換器級 以非連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM)操作。這一操作模式產(chǎn)生系統(tǒng)的性能的劣化。在DCM中，實際上 存在系統(tǒng)的整體效率的降低以及電磁干擾（EMI)的增加。
[0018] 所提出的另外的解決方案設(shè)想基于鎖相環(huán)（PLL)的閉合回路控制。在這一點上， 可以引用例如以下內(nèi)容：
[0019] L. Huber、Β· T. Irving 和 Μ· M. Jovanovic 的 "Closed-loop control methods for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters'，Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf.，F(xiàn)ebruary,2009。
[0020] 所謂的自然交錯技術(shù)屬于例如在以下中所描述的這一種類：
[0021] B. Lu 的"A novel control method for Interleaved Transition Mode PFC"，IEEE 2008 - TI UCC28060。
[0022] 在這一解決方案中，兩個轉(zhuǎn)換器級都作為主機來操作，并且基于相位與頻率的關(guān) 系來調(diào)制每個級的開關(guān)周期中的導(dǎo)通間隔（TJ的時長。以這一方式，針對兩個階段確保了 過渡模式（TM)操作。
[0023] 由于閉合回路方法需要低通濾波，所以它們能夠以相對較慢的方式來響應(yīng)于擾動 和過渡。在一些情況下，工作模式的變化以及隨后的交錯損失可以引起各個相位的電流之 間的嚴重的不平衡。
[0024] 所提出的另外的解決方案設(shè)想交叉耦合的主從關(guān)系；參見例如：
[0025] H. Choi 和 L. Balogh 的 "A cross-coupled master-slave Interleaving Method for boundary conduction Mode PFC converters'，，IEEE Trans. Power Electron. , October 20, 2012 - Fairchild FAN9611〇
[0026] 在以上解決方案中，測量每個相位的自然周期，并且在下一循環(huán)中，與所謂的過零 檢測（ZCD)信號一起來使用這一周期，用于確定轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)元件的導(dǎo)通時刻。因此，每 個相位每次可以是主機或從機，并且可以動態(tài)地修改交錯定時使得解決方案能夠魯棒地過 渡。
[0027] 然而，本
【申請人】已經(jīng)認識到，這一解決方案也不是有利的，至少因為其沒有為兩個 相位確保過渡操作模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 因此，必然感到需要提供一種用于控制具有交錯的轉(zhuǎn)換器級的PFC調(diào)節(jié)器的解決 方案，其使得能夠克服已知的解決方案的限制。本發(fā)明的目的是解決先前強調(diào)的問題并且 滿足這一需要。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，因此提供如所附權(quán)利要求中所限定的用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備、 對應(yīng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器和對應(yīng)的控制方法。
【附圖說明】
[0030] 為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅通過非限制性示例并且參考附圖來描述其優(yōu)選實 施例，在附圖中：
[0031] 圖1示出已知類型的PFC調(diào)節(jié)器和對應(yīng)的控制設(shè)備的示意性框圖；
[0032] 圖2示出圖1的PFC調(diào)節(jié)器中的電氣量的圖；
[0033] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的PFC調(diào)節(jié)器和對應(yīng)的控制設(shè)備的示意性框圖；
[0034] 圖4和5示出圖3的PFC調(diào)節(jié)器的更詳細的電路圖；
[0035] 圖6a_6e示出圖5的PFC調(diào)節(jié)器中的控制量的圖；
[0036] 圖7a和7b示出關(guān)于圖3的PFC調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備的性能的圖；
[0037] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的PFC調(diào)節(jié)器和對應(yīng)的控制設(shè)備的示意性框 圖；以及
[0038] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另外的方面的包括圖3的PFC調(diào)節(jié)器的電源的示意性框 圖。
【具體實施方式】
[0039] 如下文中將詳細地描述的，本解決方案的一方面設(shè)想，在過渡模式下使用占空比 的導(dǎo)通間隔（TJ的相同的時長控制具有交錯的轉(zhuǎn)換器級的PFC調(diào)節(jié)器的每個轉(zhuǎn)換器級，這 一時長對于電力線電壓的每個線循環(huán)而言基本上恒定。
[0040] 特別地，本解決方案設(shè)想，生成適當(dāng)?shù)耐叫盘?，并且基于這一同步信號來對用于 轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)元件的開關(guān)的PWM命令信號定時，用于獲取和維持期望的多相偏移（例如 在兩個轉(zhuǎn)換器級的情況下，相位偏移為180° )。
[0041] 控制方法因此沒有設(shè)想主或從轉(zhuǎn)換器級的存在，而是可以被定義為"民主"的方 法，其中所有轉(zhuǎn)換器級通過共同同步信號被同步。
[0042] 特別地，基于開關(guān)周期的適當(dāng)?shù)牟糠值臅r長的估計（在兩個轉(zhuǎn)換器級的情況下， 基于用于生成180°期望相位偏移的開關(guān)半周期的估計）來生成這一同步信號。
[0043] 本解決方案的特別的方面出于這一目的而設(shè)想，首先確定占空比的第一間隔的時 長的對應(yīng)部分（特別地是導(dǎo)通間隔??;例如其半時長T _/2)，并且然后，基于這一確定，估 計占空比的剩余間隔的對應(yīng)部分的時長（關(guān)斷間隔T。#在示例中為其半時長Τ_/2)，用于 在整體上估計開關(guān)周期的期望部分，基于此來生成同步信號。
[0044] 已知，可以將轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)頻率表示為輸入電壓VIN、輸出電壓ν_和導(dǎo)通間隔 TQN的函數(shù)（如先前所提及地，假定對于轉(zhuǎn)換器級基本上恒定并且相同）。
[0045] 作為非限制性示例，考慮升壓類型的轉(zhuǎn)換器用于在過渡模式下操作的轉(zhuǎn)換器級， 以下用于估計開關(guān)頻率f sw(隨時間可變，出于先前提出的原因）的關(guān)系式成立：
[0046]
[0047] 在開關(guān)周期期間采用每個轉(zhuǎn)換器級的能量平衡關(guān)系（即對應(yīng)的電感元件的充放 電關(guān)系），能夠根據(jù)導(dǎo)通間隔??的時長的確定以及基于以下關(guān)系式的輸入電壓V IN和輸出 電壓的值的檢測來預(yù)測關(guān)斷間隔T _的時長：
[0048]
[0049] 間隔(或其適當(dāng)?shù)牟糠郑┢陂g的充電電流與輸入電壓VIN成比例，而間隔T _ (或 其適當(dāng)?shù)牟糠郑┢陂g的對應(yīng)的放電電流與輸出電壓和輸入電壓VIN之差成比例。所得 到的放電時間是間隔(或其適當(dāng)?shù)牟糠郑┑臅r長的估計，可以根據(jù)其來估計開關(guān)周期。
[0050] 如下文中將詳細地描述的，本解決方案的一方面因此設(shè)想，PFC調(diào)節(jié)器的控制設(shè)備 包括：用于生成占空比的第一間隔的時長的期望部分的級（例如半時長1^/2);以及用于基 于轉(zhuǎn)換器級的能量平衡關(guān)系來估計開關(guān)周期T sw(即同步信號的周期的開關(guān)周期Tsw)的對應(yīng) 部分的級。
[0051] 接著，根據(jù)所做出的估計來生成用于確保轉(zhuǎn)換器級的交錯的操作的同步信號，并 且基于這一同步信號來使各個轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)元件的PWM命令信號同步，特別地在共同同 步信號的上升和下降沿處。
[0052] 因此基于相同的同步信號來確定每個開關(guān)循環(huán)的定時，以確保所有轉(zhuǎn)換器級的過 渡模式下的正確的交錯的操作。
[0053] 參考圖3,現(xiàn)在關(guān)于再次用1表示的PFC調(diào)節(jié)器來呈現(xiàn)本解決方案的實施例的作為 非限制性示例而提供的詳細描述。
[0054] 在示例中，PFC調(diào)節(jié)器1包括兩個轉(zhuǎn)換器級3,兩個轉(zhuǎn)換器級3具有升壓拓撲結(jié)構(gòu) 并且使用導(dǎo)通間隔??的基本上恒定的時長（沿著一個或多個電力線循環(huán)）在過渡模式下 操作。
[0055] 如先前所提及的，PFC調(diào)節(jié)器1具有：輸入端子IN，其上存在由整流器級5生成的 輸入電壓V IN，輸入電壓VIN從由電源線6從電網(wǎng)供應(yīng)的線電壓VAC開始；以及輸出端子0UT， 電荷存儲元件（在此未圖示）連接到其并且其上存在輸出電壓V QUT。
[0056] 每個轉(zhuǎn)換器級3可以以本身已知的方式包括：連接在輸入端子IN與第一內(nèi)部節(jié)點 &之間的電感元件10 ;連接在第一內(nèi)部節(jié)點叱與第二內(nèi)部節(jié)點化之間的開關(guān)元件12,特別 是M0SFET ;以及其陽極連接到第一內(nèi)部節(jié)點&并且其陰極連接到輸出端子OUT的二極管元 件14〇
[0057] 開關(guān)元件12具有：連接到第一內(nèi)部節(jié)點&的第一電流傳導(dǎo)端子（特別地是相應(yīng) 的M0SFET的漏極端子）、連接到第一內(nèi)部節(jié)點N 2的第二電流傳導(dǎo)端子（特別地是相應(yīng)的 M0SFET的源極端子）、以及定義相應(yīng)的M0SFET的柵極端子的控制端子。第二內(nèi)部節(jié)點隊在 示例中連接到參考電勢，例如連接到接地。
[0058] PFC調(diào)節(jié)器1的每個轉(zhuǎn)換器級3還包括輔助繞組15,輔助繞組15磁耦合到電感元 件10并且輔助繞組15上存在控制電壓（下文中，用V zmdP 乂^表示的是兩個轉(zhuǎn)換器級3 的控制電壓）。
[0059] 控制設(shè)備2具有：被設(shè)計成從感測級16a(例如包括電阻分壓器）接收指示輸入電 壓V IN的感測電壓V IN__J勺輸入引腳，輸入引腳耦合到輸入端子IN ;被設(shè)計成從相應(yīng)的感 測級16b (例如包括相應(yīng)的電阻分壓器）接收指示輸出電壓的感測電壓V 勺另 外的輸入引腳，另外的輸入引腳耦合到輸出端子OUT ;被設(shè)計成連接到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器級3的 輔助繞組15并且從相應(yīng)的輸入級17、18接收根據(jù)輔助繞組15兩端的電壓的相應(yīng)的控制電 HVzmi、Vzm2的另外的輸入引腳；以及被設(shè)計成連接到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12的 相應(yīng)的控制端子以供應(yīng)用于在脈沖寬度調(diào)制（PWM)中驅(qū)動開關(guān)元件12的開關(guān)的相應(yīng)的驅(qū) 動電壓V(； DRV1、ν_2的輸出引腳。
[0060] 控制設(shè)備2被配置成控制在過渡模式（也被定義為"臨界傳導(dǎo)模式"或"邊界傳導(dǎo) 模式"）下轉(zhuǎn)換器級3的操作。
[0061] 特別地，在每個開關(guān)循環(huán)，控制設(shè)備2在導(dǎo)通間隔（占空比的TJ期間驅(qū)動開關(guān)元 件12的閉合，在導(dǎo)通間隔期間，來自電源的電流在電感元件10和開關(guān)元件12中朝著接地 流動，引起電感元件10中的能量的存儲。
[0062] 由控制設(shè)備2通過適當(dāng)?shù)姆答伩刂苹芈坊谳敵鲭妷旱闹?、特別地基于指示 輸出電壓的感測電壓V 勺值來確定導(dǎo)通間隔T _的時長，輸出電壓V _與適當(dāng)?shù)?參考電壓VREF相比較。
[0063] 詳細地，控制設(shè)備2出于這一目的而包括放大器級22,放大器級22在輸入處接收 感測電壓和參考電壓V REF并且根據(jù)其差異來生成指示PFC調(diào)節(jié)器1的輸出功率的 用于電壓控制回路的補償信號C0MP。
[0064] 控制設(shè)備2還包括第一生成器24和第二生成器25,第一生成器24和第二生成器 25基于上述補償信號C0MP來生成指示相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12的導(dǎo)通間隔的時長 的相應(yīng)的時間信號?^、!^。
[0065] 接著，控制設(shè)備2在占空比的關(guān)斷間隔1^期間驅(qū)動每個轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件 12的斷開，在占空比的關(guān)斷間隔期間向負載傳送先前在電感元件10中所存儲的能量。
[0066] 特別地，在能量傳送完成時，電感元件10中的電流為零。輸入電壓VIN的值周圍的 諧振條件由于第一內(nèi)部節(jié)點K上存在的電容而出現(xiàn)在相同的第一內(nèi)部節(jié)點叱處的電壓上， 這主要是由于開關(guān)元件12的M0SFET的漏極端子上的寄生電容和二極管元件14的寄生電 容（在關(guān)斷情況下）。
[0067] 這一諧振階段在第一內(nèi)部節(jié)點&上的電壓達到下限（例如零）時終止（給出下 一能量存儲階段的出現(xiàn)）。
[0068] 如果開關(guān)元件12在這一時刻閉合（并且對應(yīng)的M0SFET接通），即對應(yīng)的M0SFET 的漏極電壓上存在諧振振蕩的最小值，則當(dāng)能量傳送完成時，轉(zhuǎn)換器在具有零電流和電壓 的開關(guān)條件下操作，以實現(xiàn)很高的效率，這一控制被定義為"零電流檢測"（ZCD)。
[0069] 由控制設(shè)備2基于控制電壓執(zhí)行關(guān)斷間隔時長的確定所需要的 零電流條件的檢測，控制電壓V zmi、Vzm2是輔助繞組15兩端的電壓的函數(shù)?？刂齐妷篤 ZCD1、 VZCD2實際上指示相應(yīng)的電感元件10中的零電流（和零電壓）條件。
[0070] 特別地，確定控制電壓Vzm在諧振期間變?yōu)榱愕臅r刻，其對應(yīng)于第一內(nèi)部節(jié)點叭處 的電壓等于輸入電壓VIN的時刻。
[0071 ] 控制設(shè)備2因此包括：PWM邏輯級26, PWM邏輯級26被配置用于根據(jù)轉(zhuǎn)換器級3 的控制電壓Vzmi、Vzm2以及時間信號T 、來生成用于相同的轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12 的PWM命令電壓VS1、VS2;以及驅(qū)動級27、28,驅(qū)動級27、28包括例如相應(yīng)的緩沖器，緩沖器 接收上述PWM命令電壓VS1、VS2并且生成用于每個轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12的M0SFET的 控制端子的對應(yīng)的驅(qū)動信號 VcDRVl、V(；DRV2。
[0072] 根據(jù)本解決方案的特別的方面，如先前所提及的，由PWM邏輯級26生成PWM命令 電壓V、V G2不僅基于控制電壓V履和V謂還基于被適當(dāng)?shù)厣捎糜谑罐D(zhuǎn)換器級3的交錯 的操作同步并且出于這一目的由PWM邏輯級26來接收的同步信號Sync。特別地，使用于每 個轉(zhuǎn)換器級3的占空比的關(guān)斷間隔'^的結(jié)束與下一導(dǎo)通間隔T _的開始與同步信號Sync 的上升和下降沿適當(dāng)?shù)赝健?br>[0073] 詳細地，控制設(shè)備2因此包括：確定級30,確定級30接收補償信號C0MP和啟用信 號EN并且被配置成在被啟用信號EN啟用時生成指示占空比的第一間隔（在示例中為導(dǎo)通 間隔）（其構(gòu)成活躍的交錯間隔）的時長的期望部分的信號T。；；以及同步級32,同步級32 被配置成基于上述活躍的交錯間隔以及轉(zhuǎn)換器級的能量平衡關(guān)系來估計開關(guān)周期T sw的對 應(yīng)部分。
[0074] 特別地，同步（或估計器）級32在輸入處接收感測電壓VIN s_、感測電壓V。^^、 指示活躍的交錯間隔T。；的信號、以及PWM命令信號，并且在輸出處生成用于PWM邏 輯級26的同步信號Sync。
[0075] 更詳細地，并且關(guān)于圖4,第一和第二生成器24、25每個包括相應(yīng)的比較器35,比 較器35將補償信號C0MP與相應(yīng)的斜坡信號S_ p2相比較，以生成指示相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器 級3的開關(guān)元件12的導(dǎo)通間隔的時長的相應(yīng)的時間信號(其在各個轉(zhuǎn)換器級3中 基本上相同）。
[0076] 通過使用適當(dāng)?shù)暮愣ǖ某潆婋娏?_對具有電容C _的電容器36充電來生成斜坡 信號S_pl、。根據(jù)相應(yīng)的PWM命令電壓νω、Vm來被驅(qū)動的開關(guān)元件37另外并聯(lián)連接 到電容器元件36以引起充電和隨后的放電的開始。特別地，開關(guān)元件37使用控制端子連 接到反相器38的輸出的晶體管來制作，反相器38在輸入處接收相應(yīng)的PWM命令電壓V S1、 V(；20
[0077] 同樣，確定級30包括相應(yīng)的比較器39,比較器39將補償信號COMP與相應(yīng)的斜坡 信號S_ p相比較以生成指示活躍的交錯間隔的時間信號T _'。
[0078] 通過使用充電電流1_對電容器元件41充電來生成斜坡信號S _，電容器元件41 具有等于電容器36的電容C?的一半的電容C _/2,使得活躍的交錯間隔在示例中對應(yīng)于導(dǎo) 通間隔??的一半（以便生成導(dǎo)通間隔T?的不同部分，其因此足以合適地修改電容器元件 41的電容值）。
[0079] 斜坡信號S_p由啟用信號EN來開始。
[0080] 確定級30還包括交錯邏輯塊42,交錯邏輯塊42接收啟用信號EN和指示活躍的交 錯間隔的時間信號??'并且在輸出處向同步級32供應(yīng)充電啟用信號ΕΝ_?； η和放電啟用信 號(其功能在下文中詳細描述）。
[0081] 交錯邏輯塊42還被配置成生成停用信號以控制與電容器元件41并聯(lián)連接 的開關(guān)元件44(其因此控制其充放電）。
[0082] 有利地，可以在確定級30以及第一和第二生成器24、25的電路部件（特別地是對 應(yīng)的電容器元件36和41)之間實現(xiàn)匹配，使得活躍的交錯間隔有效地對應(yīng)于轉(zhuǎn)換器級3的 導(dǎo)通間隔！^的一半。
[0083] PWM邏輯級26包括分別用于PWM命令電壓VS1和V S2的生成的第一生成塊46和第 二生成塊47。
[0084] 每個生成塊46、47包括相應(yīng)的S/R觸發(fā)電路48，S/R觸發(fā)電路具有：連接到相應(yīng)的 比較器35的輸出以接收相應(yīng)的時間信號T QN1、TQN2的重置輸入；連接到AND邏輯門49的輸 出的設(shè)置輸入，其在輸入處接收相應(yīng)的控制電壓V zmi、Vzm2，并且另外在第一生成塊46的情 況下接收同步信號Sync，而在第二生成塊47的情況下接收相同的但是被反相器塊50適當(dāng) 地反相的同步信號Sync ;以及輸出，其供應(yīng)相應(yīng)的PWM命令電壓νω、Vm。
[0085] 每個生成塊46、47因此根據(jù)相應(yīng)的比較器35的輸出和相應(yīng)的控制電壓Vzmi、V ZCD2 以及同步信號Sync來生成相應(yīng)的PWM命令電壓Vm。特別地，比較器35的輸出通過給 出（assert)相應(yīng)的S/R觸發(fā)電路48的重置輸入來引起相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12 的閉合，而控制電壓V zmi、Vzm2與同步信號Sync適當(dāng)?shù)亟M合以引起相同的開關(guān)元件12的導(dǎo) 通（在過渡模式TM下，并且確保期望的交錯）。
[0086] 在可能的實施例（在圖5中圖示）中，同步級32包括：電容器元件51 ;充電電流 生成器52，被設(shè)計成在被充電啟用信號ΕΝ_?；η啟用時根據(jù)感測電壓V INs_來生成用于電容 器元件51的適當(dāng)?shù)某潆婋娏鳎灰约胺烹婋娏魃善?4 ;被設(shè)計成在被放電啟用信號 啟用時根據(jù)感測電壓￥_ _%與V IN__SJ通過減法器塊55獲得的）的差來生成用于電容器 元件51的適當(dāng)?shù)姆烹婋娏鳌?br>[0087] 同步級32還包括：比較器56，比較器56將用VSET表示的電容器元件51上的電壓 與參考電壓（在示例中為接地電勢）相比較并且在輸出處生成定時信號Temp ;以及同步化 級57,同步化級57接收定時信號Temp并且基于相同的定時信號Temp來生成用于轉(zhuǎn)換器級 3的交錯的控制的同步信號Sync。
[0088] 特別地，比較器56的輸出在示例中在電容器元件51的完全放電時刻從低值切換 為高值。如先前所強調(diào)的，電容器元件51的放電時間因此表示占空比的關(guān)斷間隔的期 望部分的時長的估計（在示例中為半時長Τ_/2)，其使得能夠在整體上估計開關(guān)周期T sw的 期望部分。
[0089] 同步信號Sync因此在本示例中具有適當(dāng)?shù)叵辔黄?80°的上升沿和下降沿，基 于此，有可能使PWM命令電壓ν ω、Vm同步。通常，同步信號Sync在以開關(guān)周期Tsw的期望 部分間隔開的時刻切換。
[0090] 同步級32還包括被配置成根據(jù)PWM命令信號VS1、VS2來生成啟用信號EN的定時 管理單元60。
[0091] 詳細地，定時管理單元60包括：第一上升沿檢測器61和第二上升沿檢測器62,其 分別接收PWM命令信號V S1和V S2并且生成相應(yīng)的上升沿檢測信號S fl、Sf2;0R邏輯門64,其 在輸入處接收上升沿檢測信號Sfl、S f2;以及S/R觸發(fā)電路65,其具有連接到0R邏輯門64的 輸出的重置輸入、供應(yīng)啟用信號ΕΝ的輸出Q以及接收定時信號Temp的設(shè)置輸入。
[0092] 啟用信號EN因此在PWM命令信號Vm的任何上升沿具有高邏輯值，從而啟用 確定級30。啟用信號EN因此使得同步級32的操作能夠被鎖定為轉(zhuǎn)換器級3的定時。
[0093] 圖6a_6e示出關(guān)于控制設(shè)備2的操作的先前描述的信號中的一些信號的圖；以及 特別地涉及：轉(zhuǎn)換器級3的電感元件10中的電流I u、Iu (圖6a)(其在示例中近似相位偏 移180° );同步級32的電容器元件52上的電壓VEST(圖6b);用于轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件 12的控制端子的驅(qū)動信號(圖6c和6d)(其也近似相位偏移180° );以及同步 信號Sync (圖6e)，其根據(jù)其上升沿和下降沿來生成期望的相位偏移。
[0094] 圖7a和7b另外分別示出電流IU、L之和以及遍及線路循環(huán)的交錯誤差的百分比 (% err)。特別地，這些圖示出，所描述的解決方案使得百分比誤差遍及要獲得的線路循環(huán) 不高于近似20%。
[0095] 本解決方案的替選實施例（圖8中所圖示的）設(shè)想控制設(shè)備2的數(shù)字實現(xiàn)，其在 任何情況下根據(jù)先前詳細描述的模態(tài)來操作。
[0096] 在這種情況下，控制設(shè)備2包括：分別被設(shè)計成將感測電壓VIN__M和V _ 轉(zhuǎn)換 成數(shù)字形式的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器級70和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器級71 ;執(zhí)行感測電壓與參考 電壓Vraf之間的減法并且生成差值信號Diff的減法器塊72 ;在輸入處接收差值信號Diff 的比例積分（PI)控制級73 ;連接到PI控制級73的輸出并且被設(shè)計成基于比例積分控制 動作來確定開關(guān)周期Tsw中的導(dǎo)通間隔（TJ的時長的確定級30 ;PWM邏輯級26,在輸入處 接收指示導(dǎo)通間隔??的時長的信號T。；、指示對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器級3的電感元件12的去磁化 的情況的控制信號ZOTp Zra2、以及用于生成用于轉(zhuǎn)換器級3的開關(guān)元件12的PWM命令信 號（再次用來表示）的同步信號Sync ;以及同步級32,接收數(shù)字感測電壓VINs_和 、指示間隔??的時長的信號、和命令信號并且特別地使用用于估計開關(guān)周期 Tsw的以下表達式（其表示能量平衡的表達）來生成用于PWM邏輯級26的同步信號Sync :
[0097]
[0098] 如先前所提及的，PFC調(diào)節(jié)器1和對應(yīng)的控制設(shè)備2可以有利地在開關(guān)電源80中 使用，如圖9中示意性地圖示的。
[0099] 特別地，開關(guān)電源80包括在示例中通過EMI濾波器83連接到電氣電源16的整流 器級5 (例如是二極管橋類型）以及連接到整流器級5的輸出并且其上存在輸入電壓VIN的 輸入電容器元件84。
[0100] 開關(guān)電源80還包括PFC調(diào)節(jié)器1，PFC調(diào)節(jié)器1的輸入端子IN連接到輸入電容器 元件84并且其輸出端子OUT連接到輸出電容器元件85 (與先前定義的電荷存儲元件7 - 致）。
[0101] 控制設(shè)備2控制PFC調(diào)節(jié)器1的操作以確保來自電網(wǎng)16的吸收中的期望的功率 因子。
[0102] 開關(guān)電源80還包括在示例中為DC/DC類型的輸出功率轉(zhuǎn)換器86，輸出功率轉(zhuǎn)換器 86的輸入連接到輸出電容器元件85并且被設(shè)計成向負載（未圖示）供應(yīng)期望值的輸出電 壓，例如其值近似地低于輸出電壓的值。
[0103] 所提出的解決方案的優(yōu)點根據(jù)以下描述會更清楚。
[0104] 特別地，以上解決方案實現(xiàn)了在兩個或更多個功率轉(zhuǎn)換器級的交錯的過渡模式下 的操作，以在可能的啟動和停止操作過渡期間維持向各個轉(zhuǎn)換器級供應(yīng)的PffM命令信號之 間的期望的同步或相位比率。
[0105] 換言之，所提出的解決方案能夠確保交錯的相位的過渡模式（TM)下的操作。交錯 誤差在穩(wěn)定條件下非常低，并且也在過渡條件下維持了相位鎖定。
[0106] 本
【申請人】已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在各個轉(zhuǎn)換器級的電感元件的電感值的高度失配的情況下， 交錯誤差的水平也非常低，例如在+/-10%的區(qū)域中。
[0107] 所討論的解決方案因此使得能夠完全采用通過轉(zhuǎn)換器級的交錯提供的優(yōu)點，例如 能夠獲得的高的功率或者低的輸出波紋等。
[0108] 解決方案進一步被集成在一起而不需要求助于外部電路或?qū)Ｓ靡_。
[0109] 最后，清楚的是，可以對本文中已經(jīng)描述和說明的內(nèi)容做出修改和變化而沒有偏 離如所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍。
[0110] 作為示例，可以使用其他方法來獲得與估計器級32所需要的輸入和輸出電壓相 關(guān)的信息。能夠通過對由相應(yīng)的輔助繞組15生成的電流適當(dāng)?shù)夭蓸觼碇苯咏?jīng)由引腳Z⑶1 和ZCD2獲得用于對估計器級32的電容器元件51充放電的電流。
[0111] 還可以在適當(dāng)?shù)那闆r下通過根據(jù)眾所周知的波谷跳過技術(shù)對信號Vzmi、V zm2定時 來將所提出的方法擴展到非連續(xù)的操作。在低電平的負載處，交錯的級可以以這一方式非 連續(xù)地操作同時確保交錯。
[0112] 所描述的控制設(shè)備和方法通?？梢杂糜诳刂迫魏谓诲e的開關(guān)調(diào)節(jié)器，而非僅用于 以上描述中明確參考的功率因子控制的應(yīng)用。
[0113] 另外，明確地參考升壓轉(zhuǎn)換器來做出以上描述，然而本解決方案也可以適用于其 他類型的轉(zhuǎn)換器，例如反激式轉(zhuǎn)換器、降壓升壓轉(zhuǎn)換器及其變型。
[0114] 還證明，轉(zhuǎn)換器也可以由不同于電氣電源的電源來供應(yīng)。
[0115] 最后，需要強調(diào)的是，根據(jù)本解決方案的轉(zhuǎn)換器可以有利地提供以上處理已經(jīng)明 確地參考作為非限制性示例的電壓調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器或者電流調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器（例如在LED 驅(qū)動器或電池充電器中）。
【主權(quán)項】
1. 一種用于控制開關(guān)調(diào)節(jié)器（I)的控制設(shè)備（2)，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器（I)包括使用交錯 的操作來操作的兩個或更多個轉(zhuǎn)換器級（3)，每個轉(zhuǎn)換器級（3)包括電感元件（10)和開關(guān) 元件（12)，所述控制設(shè)備似被配置成生成具有開關(guān)周期（TJ的命令信號（Vu，V;2) W用 于控制每個轉(zhuǎn)換器級（3)的所述開關(guān)元件（12)的開關(guān)并且確定來自相應(yīng)的所述電感元件 (10)中的輸入量（ViJ的能量的存儲階段和所存儲的能量到其上存在輸出量（VeJ的輸出 元件（7)的傳送階段的交替；所述控制設(shè)備（20)被配置成生成W所述開關(guān)周期CU的適 當(dāng)?shù)牟糠謥硐辔黄频乃雒钚盘枺╒u，V(；2) W獲得所述交錯的操作， 其特征在于，包括被配置成生成同步信號（Sync)的同步級（32) W及被配置成生成由 所述同步信號（Sync)定時的用于所述轉(zhuǎn)換器級（3)的所述命令信號（Vw，V(；2)的控制級 (26)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述同步信號（Sync)具有W所述開關(guān)周期（TJ 的期望的部分間隔開的開關(guān)邊緣，并且所述控制級（26)被配置成生成所述命令信號（Vu， V<；2)使得所述命令信號（Vu，V(；2)在所述同步信號（Sync)的所述開關(guān)邊緣處進行開關(guān)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，包括定時級（30)，所述定時級（30)被配置成通過 基于所述輸出量（VeJ的值進行的控制來生成指示所述開關(guān)周期（TJ的占空比的導(dǎo)通間 隔（TJ的交錯信號燈。,'）；并且其中所述同步級（32)被配置成接收所述交錯信號OV) 并且基于所述導(dǎo)通間隔（TJ、所述輸入量（Viw)和所述輸出量（VeuT)來估計所述開關(guān)周期 (TJ的所述期望的部分。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述同步級（32)被配置成：基于在所述開關(guān)周期 (TJ期間在所述電感元件（10)中的能量平衡關(guān)系來估計所述開關(guān)周期（TJ的所述期望 的部分，所述關(guān)系將在所述占空比的所述導(dǎo)通間隔（TJ的對應(yīng)部分期間在所述電感元件 (10)中所存儲的能量與在所述占空比的所述關(guān)斷間隔（Tew)的對應(yīng)部分期間向所述輸出 元件（7)傳送的能量相聯(lián)系；W及基于所述開關(guān)周期（TJ的所述期望的部分的所述估計來 生成所述同步信號（Sync)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述能量平衡關(guān)系為：6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)換器級（3)中的每個轉(zhuǎn)換器包 括輔助繞組（15)，所述輔助繞組（15)磁禪合到所述電感元件（10)并且所述輔助繞組（15) 上存在控制電壓（Vzou，VzcD2);并且其中所述同步級（32)被配置成接收所述命令信號（Vu， Ve2)并且根據(jù)所述控制電壓（Vz?，VzeD2)并且還根據(jù)所述同步信號（Sync)來確定所述命令 信號（Vu，V(；2)的所述占空比的關(guān)斷間隔Ow)的結(jié)束。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述同步級（32)被配置成確定在所述控制電壓 (VzcDi，VzcD2)的開關(guān)之后的所述同步信號（Sync)的開關(guān)邊緣處的所述關(guān)斷間隔（Tew)的結(jié) 束。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述命令信號（Vu，V(；2)基本上具有所 述開關(guān)周期的所述占空比的相同的導(dǎo)通間隔并且被設(shè)計成實現(xiàn)所述轉(zhuǎn)換器級（3)的過渡 模式控制。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)調(diào)節(jié)器（1)包括兩個轉(zhuǎn)換器 級（3)，并且其中所述開關(guān)周期（TJ的所述部分對應(yīng)于所述開關(guān)周期的一半。10. -種電氣裝置（80)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的PFC調(diào)節(jié)器（1)和控 制設(shè)備（12)。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，包括禪合到用于供應(yīng)所述輸入量（ViJ的電源化） 的輸入級巧，83) W及被設(shè)計成根據(jù)所述輸出量（V。。,）來向負載供應(yīng)經(jīng)調(diào)節(jié)的量的輸出級 (86);其中所述控制設(shè)備似被配置成通過所述PFC調(diào)節(jié)器（1)來控制來自所述電源化） 的功率吸收的功率因子校正（PFC)。12. -種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器（1)的控制方法，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器（1)包括使用交錯的操作 來操作的兩個或更多個轉(zhuǎn)換器級（3)，每個轉(zhuǎn)換器級（3)包括電感元件（10)和開關(guān)元件 (12)，所述方法包括：生成具有開關(guān)周期（TJ的命令信號（Vu，Vc2) W用于控制每個轉(zhuǎn)換器 級（3)的所述開關(guān)元件（12)的開關(guān)并且確定來自相應(yīng)的電感元件（10)中的輸入量（ViJ 的能量的存儲階段和所存儲的能量到其上存在輸出量（VeuT)的輸出元件（7)上的傳送階段 的交替的步驟；所述生成步驟包括：生成W所述開關(guān)周期（Tsw)的適當(dāng)?shù)牟糠謥硐辔黄频?所述命令信號（Vu，V(；2) W獲得所述交錯的操作， 其特征在于，所述方法包括生成同步信號（Sync)的步驟并且生成命令信號（Vw，V(；2)的 所述步驟包括生成由所述同步信號（Sync)定時的用于所述轉(zhuǎn)換器級（3)的所述命令信號 (VgI，Vg2)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述同步信號（Sync)具有W所述開關(guān)周期 (TJ的期望的部分間隔開的開關(guān)邊緣，并且生成命令信號（Vu，Ve2)的所述步驟包括生成所 述命令信號（Vu，V(；2)使得所述命令信號（Vu，V(；2)在所述同步信號（Sync)的所述開關(guān)邊緣 處進行開關(guān)。14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，包括W下步驟：通過基于所述輸出量（V WT) 的值進行控制來生成指示所述開關(guān)周期（Tsw)的所述占空比的導(dǎo)通間隔（TJ的交錯信號 0?'）； W及基于所述導(dǎo)通間隔（TJ、所述輸入量（Viw)和所述輸出量（VeJ來估計所述開 關(guān)周期（Tsw)的所述期望的部分。15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器級（3)中的每個轉(zhuǎn)換器 級包括輔助繞組（15)，所述輔助繞組（15)磁禪合到所述電感元件（10)并且所述輔助繞組 (巧）上存在控制電壓（Vzm，Vz〇)2);所述方法包括根據(jù)所述控制電壓（Vzou，VzeD2)并且還根 據(jù)所述同步信號（Sync)來確定所述命令信號（Vw，V(；2)的所述占空比的關(guān)斷間隔Ow)的 結(jié)束的步驟。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括確定在所述控制電壓（VzCDl，VzCD2)的開關(guān)之后的 所述同步信號（Sync)的開關(guān)邊緣處的所述關(guān)斷間隔（TeJ的結(jié)束的步驟。
【文檔編號】H02M1/42GK105991019SQ201510862483
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年11月30日
【發(fā)明人】C·卡斯泰利
【申請人】意法半導(dǎo)體股份有限公司