用于具有交错的转换器级的开关调节器的控制设备、开关调节器及对应的控制方法技术

一种用于开关调节器(1)的控制设备(2)，开关调节器(1)具有使用交错的操作来操作的两个或更多个转换器级(3)，每个转换器级(3)包括电感元件(10)和开关元件(12)，控制设备(2)生成具有开关周期(TSW)的命令信号(VG1，VG2)以用于控制开关元件(12)的开关并且确定相应的电感元件(10)中的能量的存储阶段和所存储的能量到输出元件(7)的传送阶段的交替。控制设备(20)生成以开关周期(TSW)的适当的部分来相位偏移的命令信号(VG1，VG2)以获得交错的操作。特别地，同步级(32)生成同步信号(Sync)，并且控制级(26)生成由同步信号(Sync)定时用于转换器级(3)的命令信号(VG1，VG2)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于功率转换器的控制设备，特别地涉及具有交错的级的功率因子校正(PFC)调节器，即包括以合适的共同相位偏移来操作的两个或更多个转换器级；本专利技术还涉及对应的开关调节器和对应的控制方法。
技术介绍
开关式电源已知被设计成将在输入处接收的量(例如来自电气电源的AC电压)转换成经调节的输出量(例如DC电压)用于供应电气负载。这样的电源通常必须满足关于对应的电气性能的严格的要求；例如它们必须确保高的质量因子以及基本上统一的功率因子。出于这一原因，通常想象将开关调节器(所谓的“PFC调节器”)用在电源的输入级，开关调节器由合适的控制设备控制用于调节在从电网汲取时的功率因子。特别地，在需要例如用于平板电视(平板TV)或用于工业应用的大量(例如大约1kW)电力的汲取的应用中，已经提出了具有以合适的相位偏移来操作的大量交错的(interleaved)转换器级的PFC调节器的使用。实际上可以示出，与单个转换器级的使用相比，大量交错的转换器级的使用使得能够增加能够达到的电力电平。图1中描绘PFC调节器1作为示例；PFC调节器1由对应的控制设备2来控制并且包括交错的并且在这种情况下以反相位(即以180°的相位偏移)来操作的两个转换器级3(本文中未详细描述)。PFC调节器1具有：输入端子IN，其上存在由整流器级5生成的输入电压VIN，输入电压VIN从例如由电源线6从电网供应的AC线
电压VAC开始；以及输出端子OUT，电荷存储元件7连接到输出端子，输出端子特别地是电容器，其上存在输出电压VOUT，例如DC电压，输出电压VOUT在期望值处被调节。以本文中未详细描述并且图1中未图示的方式，每个转换器级3包括开关元件和至少一个电感元件，开关元件在操作上耦合到电感元件并且通过控制设备2在脉冲宽度调制(PWM)开关中被控制，用于在开关周期的第一间隔(例如所谓的导通间隔TON)在电感元件中循环地存储能量，并且用于在开关周期的第二间隔(在示例中为所谓的关断间隔TOFF)向电荷存储元件7释放所存储的能量。控制设备2被制成为集成电路，并且具有封装件以及对应的输入和输出引脚，并且可以安装在具有形成PFC调节器1的电路部件的相同的印刷电路板(PCB)上。以本文中未详细描述的方式，控制设备2向转换器级3的开关元件供应命令信号，并且从相同的转换器级3接收反馈信号，以经由适当的控制回路来提供输出电压Vout的调节。控制设备2的目的是在转换器级3的电感元件中获取以期望的相位偏移(在示例中为180°)被相位偏移的电流。在这点上，图2示出相位偏移180°的用IL1和IL2表示的转换器级3的电感元件中的电流的期望的图。然而，假定系统以连续可变的开关频率来工作，实现这一目的不是那么简单，因为工作条件由于例如以下原因而变化：连续的线周期或循环之间的线电压VAC的变化；电源线6上存在噪声；负载上的电力的变化；存在开始和停止过渡；或者存在所谓的“切相”事件(以便优化系统的整体效率，可以开始或停止各个级以修改活跃的级的数目以便适应负载的要求)。另外，开关频率可以由于可能的公差而是可变的并且在电气部件中漂移。目前已经提出了几种实现先前提及的控制目标的解决方案。比如，已经提出了主从类型的开环控制方法。在这点上，可以引用例如：L.Huber、B.T.Irving和M.M.Jovanovic的“Open-loop control methods for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters”，IEEE Trans.，Power Electron.，July，2008；以及L.Huber、B.T.Irving、C.Adragna和M.M.Jovanovic的“Implementation of Open-loop-control for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters”,IEEE Applied Power Electronics Conf.APEC,February 2008。在这一解决方案中，一个转换器级以所谓的过渡模式(TM)操作，而其他转换器级以非连续传导模式(DCM)操作。这一操作模式产生系统的性能的劣化。在DCM中，实际上存在系统的整体效率的降低以及电磁干扰(EMI)的增加。所提出的另外的解决方案设想基于锁相环(PLL)的闭合回路控制。在这一点上，可以引用例如以下内容：L.Huber、B.T.Irving和M.M.Jovanovic的“Closed-loop control methods for Interleaved DCM/CCM Boundary Boost PFC converters’,Proc.IEEE Appl.Power Electron.Conf.,February,2009。所谓的自然交错技术属于例如在以下中所描述的这一种类：B.Lu的“A novel control method for Interleaved Transition Mode PFC”,IEEE 2008–TI UCC28060。在这一解决方案中，两个转换器级都作为主机来操作，并且基于相位与频率的关系来调制每个级的开关周期中的导通间隔(TON)的时长。以这一方式，针对两个阶段确保了过渡模式(TM)操作。由于闭合回路方法需要低通滤波，所以它们能够以相对较慢的方式来响应于扰动和过渡。在一些情况下，工作模式的变化以及随后的交错损失可以引起各个相位的电流之间的严重的不平衡。所提出的另外的解决方案设想交叉耦合的主从关系；参见例如：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。在以上解决方案中，测量每个相位的自然周期，并且在下一循环中，与所谓的过零检测(ZCD)信号一起来使用这一周期，用于确定转换器级的开关元件的导通时刻。因此，每个相位每次可以是主机或从机，并且可以动态地修改交错定时使得解决方案能够鲁棒地过渡。然而，本申请人已经认识到，这一解决方案也不是有利的，至少因为其没有为两个相位确保过渡操作模式。
技术实现思路
因此，必然感到需要提供一种用于控制具有交错的转换器级的PFC调节器的解决方案，其使得能够克服已知的解决方案的限制。本专利技术的目的是解决先前强调的问题并且满足这一需要。根据本专利技术，因此提供如所附权利要求中所限定的用于开关调节器的控制设备、对应的开关调节器和对应的控制方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅通过非限制性示例并且参考附图来描述其优选实施例，在附图中：图1示出已知类型的PFC调节器和对应的控制设备的示意性框图；图2示出图1的PFC调节器中的电气量的图；图3是根据本专利技术的一个实施例的PFC调节器和对应的控制设备的示意性框图；图4和5示出图3的PFC调节器的更详细的电路图；图6a-6e示出图5的PFC调节器中的控制量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制开关调节器(1)的控制设备(2)，所述开关调节器(1)包括使用交错的操作来操作的两个或更多个转换器级(3)，每个转换器级(3)包括电感元件(10)和开关元件(12)，所述控制设备(2)被配置成生成具有开关周期(TSW)的命令信号(VG1，VG2)以用于控制每个转换器级(3)的所述开关元件(12)的开关并且确定来自相应的所述电感元件(10)中的输入量(VIN)的能量的存储阶段和所存储的能量到其上存在输出量(VOUT)的输出元件(7)的传送阶段的交替；所述控制设备(20)被配置成生成以所述开关周期(TSW)的适当的部分来相位偏移的所述命令信号(VG1，VG2)以获得所述交错的操作，其特征在于，包括被配置成生成同步信号(Sync)的同步级(32)以及被配置成生成由所述同步信号(Sync)定时的用于所述转换器级(3)的所述命令信号(VG1，VG2)的控制级(26)。

【技术特征摘要】
2015.03.17 IT 1020150000088761.一种用于控制开关调节器(1)的控制设备(2)，所述开关调节器(1)包括使用交错的操作来操作的两个或更多个转换器级(3)，每个转换器级(3)包括电感元件(10)和开关元件(12)，所述控制设备(2)被配置成生成具有开关周期(TSW)的命令信号(VG1，VG2)以用于控制每个转换器级(3)的所述开关元件(12)的开关并且确定来自相应的所述电感元件(10)中的输入量(VIN)的能量的存储阶段和所存储的能量到其上存在输出量(VOUT)的输出元件(7)的传送阶段的交替；所述控制设备(20)被配置成生成以所述开关周期(TSW)的适当的部分来相位偏移的所述命令信号(VG1，VG2)以获得所述交错的操作，其特征在于，包括被配置成生成同步信号(Sync)的同步级(32)以及被配置成生成由所述同步信号(Sync)定时的用于所述转换器级(3)的所述命令信号(VG1，VG2)的控制级(26)。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述同步信号(Sync)具有以所述开关周期(TSW)的期望的部分间隔开的开关边缘，并且所述控制级(26)被配置成生成所述命令信号(VG1，VG2)使得所述命令信号(VG1，VG2)在所述同步信号(Sync)的所述开关边缘处进行开关。3.根据权利要求1或2所述的设备，包括定时级(30)，所述定时级(30)被配置成通过基于所述输出量(VOUT)的值进行的控制来生成指示所述开关周期(TSW)的占空比的导通间隔(TON)的交错信号(TON')；并且其中所述同步级(32)被配置成接收所述交错信号(TON')并且基于所述导通间隔(TON)、所述输入量(VIN)和所述输出量(VOUT)来估计所述开关周期(TSW)的所述期望的部分。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述同步级(32)被配置成：基于在所述开关周期(TSW)期间在所述电感元件(10)中的能量平衡关系来估计所述开关周期(TSW)的所述期望的部分，所述关系将
\t在所述占空比的所述导通间隔(TON)的对应部分期间在所述电感元件(10)中所存储的能量与在所述占空比的所述关断间隔(TOFF)的对应部分期间向所述输出元件(7)传送的能量相联系；以及基于所述开关周期(TSW)的所述期望的部分的所述估计来生成所述同步信号(Sync)。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述能量平衡关系为：6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述转换器级(3)中的每个转换器包括辅助绕组(15)，所述辅助绕组(15)磁耦合到所述电感元件(10)并且所述辅助绕组(15)上存在控制电压(VZCD1，VZCD2)；并且其中所述同步级(32)被配置成接收所述命令信号(VG1，VG2)并且根据所述控制电压(VZCD1，VZCD2)并且还根据所述同步信号(Sync)来确定所述命令信号(VG1，VG2)的所述占空比的关断间隔(TOFF)的结束。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述同步级(32)被配置成确定在所述控制电压(VZCD1，VZCD2)的开关之后的所述同步信号(Sync)的开关边缘处的所述关断间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卡斯泰利，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT