用于开关转换器的具有输入电学量的估计器的控制模块以及用于控制开关转换器的方法技术

本发明专利技术的各个实施例涉及用于开关转换器的具有输入电学量的估计器的控制模块以及用于控制开关转换器的方法。本说明书中所述的是一种用于控制开关转换器(60；90；120)的模块，该模块包括至少一个电感器元件(Lp；L1)以及一个开关元件(M)，并且从输入电学量(Vin)产生输出电学量(Vout)。该控制模块产生用于控制开关元件的切换的命令信号(sGD)，并且包括估计器级(24、67；167)，该估计器级基于命令信号(sGD)以及基于指示电感器元件去磁的时间间隔的输入信号(sZCD)而产生与输入电学量(Vin)成比例的估计信号(Ve)。控制模块基于估计信号(Ve)而产生命令信号(sGD)。

Control module of an estimator with input electrical quantities for switching converters and method for controlling switching converters

【技术实现步骤摘要】
用于开关转换器的具有输入电学量的估计器的控制模块以及用于控制开关转换器的方法本申请是于2015年11月30日提交的申请号为201510859780.X、题为“用于开关转换器的具有输入电学量的估计器的控制模块以及用于控制开关转换器的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于开关转换器的控制模块，该控制模块包括输入电学量的估计器。此外，本专利技术还涉及一种用于控制开关转换器的方法。
技术介绍
众所周知，存在多种类型的开关转换器，例如，其中可以包括回扫转换器、升压转换器和降压转换器。通常，在开关转换器的领域中，特别需要提供其特征在于高的功率因数以及低的总谐波失真(THD)和低的无载功率耗散的转换器。为了获得上述特性，例如，开关转换器被公知地采用如图1中所示的电路布局。具体而言，图1示出了回扫型开关电源1，以下称“回扫电源1”。更详细地说，该回扫电源1包括：桥式整流器2，该桥式整流器具有两个输入端子，这两个输入端子被设计成从电源线接收交流电压；以及第一输出端子和第二输出端子，该第一输出端子和第二输出端子分别连接到第一接地以及滤波电容器Cin的第一端子，该滤波电容器Cin的第二端子连接到第一接地。桥式整流器2独自向第二输出端子供应电压Vin(θ)，该电压以下称“输入电压Vin(θ)”，其中θ是电源线上存在的交流电压的相位。回扫电源1还包括回扫转换器3，该回扫转换器3在初级侧上除了滤波电容器Cin之外还包括：变压器4，该变压器包括第一电感器Lp和第二电感器Ls，该第一电感器和第二电感器分别作为初级绕组Lp和次级绕组Ls，并且共用同一磁芯，该磁芯在以下称为“变压器4的芯”。此外，变压器4包括辅助绕组Laux。初级绕组Lp的第一端子连接到滤波电容器Cin的第一端子。回扫转换器3还包括：控制模块15；电阻分压器16，该电阻分压器包括第一电阻器Ra和第二电阻器Rb；以及晶体管M，例如，该晶体管M由功率MOSFET构成。第一电阻器Ra具有第一端子和第二端子，该第一端子和第二端子分别连接到滤波电容器Cin的第一端子以及第二电阻器Rb的第一端子，该第二电阻器Rb的第二端子连接到第一接地。在实践中，第一电阻器Ra的第二端子以及第二电阻器Rb的第一端子形成与控制模块15的第一输入端子MULT电相同的节点。回扫转换器3进一步包括第三电阻器RZCD和第四电阻器Rs。第三电阻器RZCD的第一端子和第二端子分别连接到：辅助绕组Laux的第一端子，该辅助绕组Laux的第二端子连接到第一接地；以及控制模块15的第二输入端子ZCD。第四电阻器Rs的第一端子和第二端子分别连接到晶体管M的源极端子以及第一接地。此外，第四电阻器Rs的第一端子连接到控制模块15的第三输入端子CS。再次参照晶体管M，漏极端子连接到初级绕组Lp的第二端子，而栅极端子连接到控制模块15的输出端子GD，该控制模块还包括反馈端子FB，如下所述，以及第四输入端子GND，该第四输入端子GND连接到第一接地。在实践中，第四电阻器Rs使得能够检测，当晶体管M导通时在初级绕组Lp中流动的电流。在图1中，在第四电阻器Rs中流动的电流用Ip(t,θ)表示。回扫转换器3还包括箝位电路20，该箝位电路布置在初级绕组Lp的第一端子与第二端子之间，以限制晶体管M的漏极端子上存在的由例如寄生电感引起的的电压的尖峰。在其自身的次级侧上，回扫转换器3包括：反馈电路22；二极管D，以下称“输出二极管D”；以及另一个电容器Cout，以下称“输出电容器Cout”；通常，该输出电容器Cout是电解型电容器。输出二极管D的阳极连接到次级绕组Ls的第一端子，而阴极连接到输出电容器Cout的第一端子，该输出电容器Cout的第二端子连接到第二接地，另一方面，次级绕组Ls的第二端子也连接到第二接地。通常，跨输出电容器Cout的电压在下文中称为“输出电压Vout”。此外，输出电压Vout在本文中表示由回扫转换器3调节的电压。在图1中，在输出二极管D中流动的电流用Is(t,θ)表示。反馈电路22连接到输出电容器Cout的第一端子以及控制模块15的反馈端子FB。此外，反馈电路22被配置成生成与输出电压Vout与参考电压之间的差值成比例的误差信号、并且被配置成通常通过使用光耦合器而在回扫转换器3的初级侧上传输误差信号。该传输必然伴有：在初级侧上，特别是控制模块15的反馈端子FB上，产生控制电压Vc。就此而论，控制模块15在自身的节点上产生内部电压Vint，并且还具有第五电阻器Rc，该第五电阻器Rc布置在控制模块15的上述节点与反馈端子FB之间。此外，控制模块15和反馈电路22以这样的方式耦合，使得在控制模块15的反馈端子FB的输出处存在取决于上述误差信号的电流IFB。电流IFB致使在第五电阻器Rc上存在电压降。准确地说，上述控制电压Vc是存在于控制模块15的反馈端子FB上的电压，并且以这样的方式取决于误差信号，以便调节输出电压Vout。对于第一级近似，控制电压Vc可以视作恒定，这是因为控制环路的频带远小于输入电压Vin(θ)的频率。控制模块15还包括乘法器24、比较器26、置位复位型触发器28、驱动器30、启动电路32、OR型第一逻辑门34、以及电路36，该电路36在下文中称为“零电流检测电路36”。具体而言，乘法器24具有：第一输入，该第一输入连接到控制模块15的反馈端子FB，以接收控制电压Vc；以及第二输入，该第二输入连接到第一输入端子MULT，以接收其上存在的电压，该电压通过由电阻分压器16引入的分压比R2/(R1+R2)与输入电压Vin(θ)成比例，其中R1和R2是第一电阻器Ra和第二电阻器Rb的电阻值。乘法器24在其自身的输出上产生电压VcsREF(θ)，该输出连接到比较器26的负输入端子。电压VcsREF(θ)具有经整流的正弦波形式，其幅度取决于电源线上存在的有效电压和控制电压Vc。比较器26的正输入端子连接到控制模块15的第三输入端子CS，以接收第四电阻器Rs上存在的电压(用Vcs(t,θ)表示)。当晶体管M处于导通状态时，即，在初级绕组Lp本身的磁化过程中，电压Vcs(t,θ)与初级绕组Lp上存在的电流成正比。比较器26的输出连接到触发器28的复位输入，该触发器的输出(用Q表示)连接到驱动器30的输入，该驱动器的输出形成控制模块15的输出端子GD。触发器28的输出进一步通过启动电路32的插入而连接到触发器28本身的设定输入。具体而言，启动电路32的输入连接到触发器28的输出Q，而启动电路32的输出连接到第一逻辑门34的第一输入。第一逻辑门34的第二输入和输出分别连接到：零电流检测电路36的输出，该零电流检测电路的输入连接到控制模块15的第二输入端子ZCD；以及触发器28的设定输入。在使用中，假设晶体管M导通，则初级绕组Lp中的电流Ip(t,θ)发生线性增长，并且因此电压Vcs(t,θ)发生线性增长。当电压Vcs(t,θ)变得与电压VcsREF(θ)相等时，比较器26对触发器28的输出进行复位，并且晶体管M关断。因此，电阻分压器16提供的、具有经整流的正弦波的形式的电压，决定了初级绕组Lp中的电流的峰值，该峰值因此而由经整流的正弦波而包络地形成。当晶体管M关断时，储存在初级绕组Lp中的能量通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制开关转换器的控制模块，所述开关转换器包括电感器元件以及开关元件、并且被配置成从输入电学量生成输出电学量，所述控制模块包括：开关控制电路，所述开关控制电路被配置成生成用于控制所述开关元件的切换的命令信号；以及估计器级，所述估计器级被配置成至少部分地基于所述命令信号指示所述开关元件被切换到非导通状态并且第一控制信号指示所述电感器元件被磁化的时间的长度而生成估计所述输入电学量的估计信号；所述开关控制电路被配置成基于所述估计信号而生成所述命令信号。

【技术特征摘要】
2015.02.25 IT TO2015A0001341.一种用于控制开关转换器的控制模块，所述开关转换器包括电感器元件以及开关元件、并且被配置成从输入电学量生成输出电学量，所述控制模块包括：开关控制电路，所述开关控制电路被配置成生成用于控制所述开关元件的切换的命令信号；以及估计器级，所述估计器级被配置成至少部分地基于所述命令信号指示所述开关元件被切换到非导通状态并且第一控制信号指示所述电感器元件被磁化的时间的长度而生成估计所述输入电学量的估计信号；所述开关控制电路被配置成基于所述估计信号而生成所述命令信号。2.根据权利要求1所述的控制模块，包括参考级，所述参考级包括所述估计器级、并且被配置成接收根据所述输出电学量和参考电学量的第二控制信号，所述参考级被配置成生成取决于所述第二控制信号并且是所述输入电学量的比较信号；所述开关控制电路进一步被配置成基于所述比较信号而生成所述命令信号。3.根据权利要求2所述的控制模块，还包括过零检测器，所述过零检测器被配置成接收指示通过所述电感器元件的电流的第一输入信号，并且被配置成基于所述第一输入信号与指示零电流或接近零电流的阈值的比较而产生所述第一控制信号，其中所述开关控制电路被配置成接收所述比较信号、所述第一控制信号以及第二输入信号，所述第二输入信号取决于所述开关元件中存在的电流，所述开关控制电路被配置成生成指示所述第二输入信号与所述比较信号之间的比较的内部信号，并且被配置成根据所述内部信号和所述第一控制信号而生成所述命令信号。4.根据权利要求1所述的控制模块，其中所述估计器级包括：电流发生器，被耦合在所述估计器级的第一参考电位端子与输出节点之间；第一开关，被耦合在所述电流发生器与所述输出节点之间；电容器，被耦合在所述输出节点与第二参考电位端子之间；以及串联电路，包括电阻器和第二开关，所述串联电路被耦合在所述输出节点与所述第二参考电位端子之间；其中所述第一开关和所述第二开关被配置成基于所述第一控制信号和所述命令信号而被控制。5.根据权利要求4所述的控制模块，包括参考级，所述参考级包括所述估计器级、并且被配置成接收根据所述输出电学量和参考电学量的第二控制信号，所述参考级被配置成生成取决于所述第二控制信号并且与所述输入电学量成比例的比较信号；所述开关控制电路进一步被配置成基于所述比较信号而生成所述命令信号，其中所述电流发生器是可变型的、并且被配置成生成取决于所述第二控制信号的电流。6.根据权利要求4所述的控制模块，包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置成基于所述第一控制信号和所述命令信号而产生第三控制信号，所述第三控制信号指示所述电感器元件去磁的时间间隔；所述逻辑电路被配置成使用所述第三控制信号以在所述电感器元件去磁的所述时间间隔期间闭合所述第一开关；并且其中所述开关控制电路被配置成使用所述命令信号以在所述开关元件导通的时间间隔期间闭合所述第二开关、并且在所述开关元件不导通时断开所述第二开关。7.根据权利要求4所述的控制模块，包括：过零检测器，被配置成接收指示通过所述电感器元件的电流的第一输入信号，并且被配置成基于所述第一输入信号与指示零电流或接近零电流的阈值的比较而产生所述第一控制信号；以及逻辑电路，被配置成基于所述第一控制信号和所述命令信号而产生第三控制信号，所述第三控制信号指示所述电感器元件去磁的时间间隔；所述逻辑电路被配置成使用所述第三控制信号以在所述电感器元件去磁的时间间隔期间闭合所述第一开关，否则断开所述第一开关；并且其中所述逻辑电路被配置成使用所述命令信号以在所述电感器元件至少部分地被磁化的时间间隔期间闭合所述第二开关，并且在所述电感器元件被去磁的所述时间间隔期间断开所述第二开关。8.根据权利要求4所述的控制模块，包括：过零检测器，被配置成接收指示通过所述电感器元件的电流的第一输入信号，并且被配置成基于所述第一输入信号与指示零电流或接近零电流的阈值的比较而产生所述第一控制信号，所述逻辑电路检测器被配置成使用所述第一控制信号以在所述电感器元件至少部分地被磁化的时间间隔期间闭合所述第一开关，并且在所述电感器元件被去磁的所述时间间隔期间断开所述第一开关；并且其中所述开关控制电路被配置成使用所述命令信号以在所述开关元件导通的时间间隔期间闭合所述第二开关，否则断开所述第二开关。9.一种开关转换器，被配置成从输入电学量生成输出电学量，所述开关转换器包括：电感器元件；开关元件，被耦合到所述电感器元件；控制模块，包括：开关控制电路，被配置成生成用于控制所述开关元件的切换的命令信号；以及估计器级，被配置成至少部分地基于所述命令信号指示所述开关元件被切换到非导通状态并且第一控制信号指示所述电感器元件被磁化的时间的长度而生成估计所述输入电学量的估计信号；所述开关控制电路被配置成基于所述估计信号而生成所述命令信号。10.根据权利要求9所述的开关转换器，其中所述控制模块包括参考级，所述参考级包括所述估计器级、并且被配置成接收根据所述输出电学量和参考电学量的第二控制信号，所述参考级被配置成生成取决于所述第二控制信号并且与所述输入电学量成比例的比较信号；所述开关控制电路还被配置成基于所述比较信号而生成所述命令信号。11.根据权利要求9所述的开关转换器，其中所述控制模块包括过零检测器，所述过零检测器被配置成接收指示通过所述电感器元件的电流的第一输入信号，并且被配置成基于所述第一输入信号与指示零电流或接近零电流的阈值的比较而产生所述第一控制信号，其中所述开关控制电路被配置成接收所述比较信号、所述第一控制信号以及第二输入信号，所述第二输入信号取决于所述开关元件中存在的电流，所述开关控制电路被配置成生成指示所述第二输入信号与所述比较信号之间的比较的内部信号，并且被配置成根据所述内部信号和所述第一控制信号而生成所述命令信号。12.根据权利要求9所述的开关转换器，其中所述估计器级包括：电流发生器，被耦合在所述估计器级的第一参考电位端子与输出节点之间；第一开关，被耦合在所述电流发生器与所述输出节点之间；电容器，被耦合在所述输出节点与第二参考电位端子之间；以及串联电路，包括电阻器和第二开关，所述串联电路被耦合在所述输出节点与所述第二参考电位端子之间；其中所述第一开关和所述第二开关被配置成基于所述第一控制信号和所述命令信号而被控制。13.根据权利要求12所述的开关转换器，其中所述控制模块包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置成基于所述第一控制信号和所述命令信号而产生第三控制信号，所述第三控制信号指示所述电感器元件去磁的时间间隔；所述逻辑电路被配置成使用所述第三控制信号以在所述电感器元件去磁的所述时间间隔期间闭合所述第一开关；并且其中所述开关控制电路被配置成使用所述命令信号以在所述开关元件导通的时间间隔期间闭合所述第二开关，并且在所述开关元件不导通时断开所述第二开关。14.根据权利要求12所述的开关转换器，其中所述控制模块包括：过零检测器，被配置成接收指示通过所述电感器元件的电流的第一输入信号，并且被配置成基于所述第一输入信号与指示零电流或接近零电流的阈值的比较而产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·格里蒂，C·阿德拉格纳，
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