具有对于快速动态负载响应的适应性输出电压极限的高功率因数功率变换器制造技术

提供了一种开关功率变换器，其响应于输出电压与上输出电压极限和下输出电压极限的比较以在输出电压的低带宽PI控制和高速控制之间切换。所述开关功率变换器响应于负载需求调适上电压极限和下电压极限。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有对于快速动态负载响应的适应性输出电压极限的高功率因数功率变换器
本申请涉及开关功率变换器，更具体地，涉及具有适应性输出电压极限的开关功率变换器。
技术介绍
单级AC-DC功率变换是低成本并且因此受欢迎的电源拓扑。单级AC-DC功率开关变换器的一个重要参数是其功率因数，功率因数是由交流干线输送到单级AC-DC开关功率变换器的实际功率相比于输送到AC-DC开关功率变换器的视在功率的比率。与实际功率相反，视在功率对输入电流和电压之间的定相不敏感。因此，如果输入电流和电压是异相的，则会降低功率因数。到单级AC-DC开关功率变换器的整流的输入电压以对于AC干线两倍的频率从约零伏循环到峰值线路电压(例如，在美国为120V*1.414)。考虑到整流的输入电压的这种正弦脉动或循环，输入电流应当具有类似的分布以例如通过使用合适的峰值电流或恒定导通时间控制方法来取得高功率因数。尽管单级AC-DC功率变换可因此提供高功率因数，但是为匹配整流的输入电压循环而对输入电流的整形使得输出电压在某个标称输出值左右形成纹波。如果单级AC-DC开关功率变换器中的控制环路具有大于AC干线频率的两倍的带宽，则其将采取行动以抑制这种输出电压纹波。但是在该情形中，由于输入电流将不再具有与整流的输入电压的正弦分布相同的整流的正弦分布，因此功率因数将下降。因此，单级AC-DC开关功率变换器中控制环路的带宽必须小于线路频率的两倍以取得高功率因数。产生的控制环路通常使用比例-积分(PI)控制器来实现。然而，对于负载瞬变的响应来说，PI控制器的相对缓慢的响应速度是成问题的。例如，负载可能从对于功率相对轻的需求突然增加到相对高的需求。相反，在负载处高需求可能突然改变到低功率需求。为了适应这些瞬态改变，常规地将输出电压与上输出电压极限及下输出电压极限进行比较。输出电压极限也可以表示为输出电压阈值。如果输出电压反馈信号指示输出电压已经下降到下输出电压极限之下或上升到上输出电压极限之上，则显著增加控制器响应速度。例如，如果越过下输出电压极限，则可对每个功率开关循环使用最大开关导通时间。类似地，如果超出上输出电压极限，则可以对每个功率开关循环使用最小导通时间。在输出电压恢复成使得输出电压反馈信号处于上电压极限和下电压极限之间之后，可以重新开始低带宽PI控制。尽管通过使用上电压极限和下电压极限实现的控制上的改变因此适应单级高PFCAC-DC功率变换器中的负载瞬变，但是输出电压将趋于下冲超过下输出电压极限并过冲超过上输出电压极限。例如，图1示出了用于常规的高PFCAC-DC功率变换器的输出电压，其用于初始轻负载电流，该初始轻负载电流之后突然需求重负载电流。在重负载时段期间输出电压的上极限和下极限必须提供充足裕量以进行正常操作。例如，常规地，峰值输出电压和上输出电压极限之间的裕量至少为标称输出电压(输出电压的DC平均值)的5％。同样，常规地，最小输出电压与下输出电压极限之间的裕量至少为标称输出电压的5％。在重负载操作期间，输出电压纹波自己可以为标称输出电压的5％。但是在轻负载操作期间，输出纹波明显小于在重负载操作期间观察到的5％纹波。在低负载操作期间下输出电压极限和V输出的最小值之间的裕量将因此是重要的。在V输出因重负载的施加而改变时，V输出因此趋于下冲过下输出电压极限。在这个点处，将常规的PI控制停止，以使得可以按上面讨论地应用最大功率循环(或响应增益的增加)。输出电压将最终会恢复，因此常规PI控制可重新开始。当输出电压摆动到其期望最小值之下时，这种下冲是成问题的。因此，在本
中存在对于单级AC-DC功率变换器的改善瞬态响应的需要。
技术实现思路
提供了一种单级开关功率变换器，其适应性地改变用于区分输出电压的低带宽PI控制和高速控制的上输出电压极限和下输出电压极限。产生的适应性输出电压极限减轻了常规的高功率因数单级AC-DC功率变换器遭受的输出电压过冲和下冲的问题。通过考虑下面的详细描述可以更好地理解这些有利特征。附图说明图1描绘了现有技术的单级AC-DC功率变换器的相比于其上输出电压极限和下输出电压极限的输出电压波形，该上输出电压极限和下输出电压极限用于在常规PI控制和响应于低负载电流调节快速转变到重负载电流而增加的响应速度之间进行切换。图2描绘了根据本公开的实施方式的相比于其适应性的上输出电压极限和下输出电压极限的输出电压波形，该上输出电压极限和下输出电压极限用于在低带宽PI控制和从低负载条件快速改变到高负载条件的快速响应模式之间的切换。图3描绘了根据本公开的实施方式的相比于其适应性的上输出电压极限和下输出电压极限的输出电压波形，该上输出电压极限和下输出电压极限用于在低带宽PI控制和从高负载条件瞬态改变到低负载条件的快速响应模式之间的切换。图4描绘了根据本公开的实施方式的相比于其适应性的上输出电压极限和下输出电压极限的输出电压波形，该上输出电压极限和下输出电压极限用于在低带宽PI控制和从低负载条件逐渐改变到高负载条件的快速响应模式之间的切换。图5是根据本公开的实施方式的配置为调适上输出电压极限和下输出电压极限的控制器的图。图6是根据本公开的实施方式的包括图5的控制器的反激式变换器的图。通过参考下面的详细描述，将最佳地理解本公开的实施方式及其优点。应当理解，相同的参考标记用于识别在一个或多个附图中示意的相同元件。具体实施方式为了满足改善单级AC-DC开关功率变换器中的瞬态响应的需要，对于当前输出电压纹波，适应性地确定触发从低带宽控制到快速响应控制的转变的上输出电压极限和下输出电压极限。以这种方式，上输出电压极限和下输出电压极限将取决于当前负载条件。在输出电流需求为轻的时段期间，在其标称值左右的输出电压纹波相对较小。本文公开的单态AC-DC开关功率变换器控制器通过与高输出电流需求时段期间使用的上输出电压极限相比降低上输出电压极限来响应于该减少的输出电压纹波。类似地，控制器在轻负载时段期间相比于在重负载条件期间使用的下输出电压极限增加下输出电压极限。在重负载时段期间，输出电压纹波相对于输出电压的标称值(平均DC值)增加。因此响应于该增加的输出电压纹波，上输出电压极限增加。类似地，响应于增加的输出电压纹波，下输出电压极限降低。考虑到输出电压极限对当前负载需求的这种适应，控制器可以更快速地响应于欠电压或过电压条件。例如，图2示出了当负载从低负载需求的稳态时段突然改变到高负载需求的时段时的输出电压波形。由于在轻负载条件期间输出电压纹波相对于标称输出电压的减少，归因于与高负载时段期间使用的裕量相比的上输出电压极限的适应，上输出电压极限和标称输出电压之间的分离或裕量在轻负载条件期间被减小。类似地，相比于在高负载时段期间使用的裕量，在轻负载条件期间下输出电压极限和标称输出电压之间的裕量被适应性地减小。在时间t0，负载突然改变到重负载条件以使得输出电压被拉低到低输出电压极限之下。随后可以例如通过使用最大导通时间循环功率来将控制方法从常规的低速PI控制改变到高速控制。备选地，可以以充分增加的增益保持PI控制，以使得充分地响应于欠电压条件。如果在高速控制模式期间功率开关的循环在其最大导通时间饱和，则高速控制模式也可表示为开环控制模式，原因是导通时间不变化。备选地，切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路；包括：比例‑积分(PI)控制器；上输出电压极限适应电路，配置为响应于负载需求调适上输出电压极限；下输出电压极限适应电路，配置为响应于所述负载需求调适下输出电压极限；以及模式控制电路，配置为在输出电压小于所述上输出电压极限并且大于所述下输出电压极限时允许PI控制器控制功率开关的循环，并在输出电压大于所述上输出电压极限或小于所述下输出电压极限时防止PI控制器控制功率开关的循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电路；包括：比例-积分(PI)控制器；上输出电压极限适应电路，配置为响应于负载需求调适上输出电压极限；下输出电压极限适应电路，配置为响应于所述负载需求调适下输出电压极限；以及模式控制电路，配置为在输出电压小于所述上输出电压极限并且大于所述下输出电压极限时允许PI控制器控制功率开关的循环，并在输出电压大于所述上输出电压极限或小于所述下输出电压极限时防止PI控制器控制功率开关的循环。2.根据权利要求1所述的电路，其中PI控制器是峰值电流模式控制器。3.根据权利要求1所述的电路，其中PI控制器是恒定导通时间控制器。4.根据权利要求2所述的电路，其中所述上输出电压极限适应电路配置为响应于负载需求，通过使用输出电压的输出电压纹波的百分比调适所述上输出电压极限，并且其中所述上输出电压极限适应电路还配置为将所述百分比加到输出电压的峰值以调适所述上输出电压极限。5.根据权利要求2所述的电路，其中所述下输出电压极限适应电路配置为响应于负载需求，通过使用输出电压的输出电压纹波的百分比调适所述下输出电压极限，并且其中所述下输出电压极限适应电路还配置为从输出电压的最小值减去所述百分比以调适所述下输出电压极限。6.根据权利要求2所述的电路，其中所述上输出电压极限适应电路配置为响应于负载需求，通过将偏移值加到用于调适所述上输出电压极限的输出电压的峰值以调适所述上输出电压极限。7.根据权利要求2所述的电路，其中所述下输出电压极限适应电路配置为响应于负载需求，通过从用于调适所述下输出电压极限的输出电压的最小值减去偏移值以调适所述下输出电压极限。8.根据权利要求2所述的电路，其中所述峰值电流模式控制器包括响应于倍乘的误差信号与代表AC-DC功率变换器的输入电流的I感应信号的比较生成切断命令的比较器。9.根据权利要求8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶知秋，陈一民，王乃龙，高小林，
申请(专利权)人：戴洛格半导体公司，戴洛格半导体英国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US