操作于连续传导和峰值电流控制模式的开关变换器的控制单元制造技术

一种操作于连续传导和峰值电流控制模式的开关变换器的控制单元。该控制单元具有耦合到输入的电感器元件和耦合到电感器元件的开关元件，生成具有开关周期的命令信号以对开关元件进行开关，并且确定第一时间周期和第二时间周期，在第一时间周期中电感器电流在电感器元件中流动用于存储能量，在第二时间段中能量被传递到负载。输入电流相对于正弦曲线按照由电感器电流上的电流纹波引起的失真因子而失真。第一时间周期的持续时间基于电感器电流的峰值的值与取决于所述电压变换器的输出电压的电流参考之间的比较而被确定。参考修改级修改电流参考以补偿按照失真因子而对输入电流引入的失真。引入的失真。引入的失真。

【技术实现步骤摘要】
操作于连续传导和峰值电流控制模式的开关变换器的控制单元
[0001]分案申请说明
[0002]本申请是申请日为2017年09月30日、申请号为201710919667.5、名称为“操作于连续传导和峰值电流控制模式的开关变换器的控制单元”的中国专利申请的分案申请。


[0003]本公开涉及开关变换器的控制电路或单元，特别地(但不限于)涉及功率因子校正(PFC)变换器。特别地，控制单元是操作于连续传导模式(CCM)和峰值电流控制模式的电压变换器。

技术介绍

[0004]在已知的方式中，例如台式计算机、LED照明设备或电子医疗设备中的以开关模式操作的电源(开关模式电源或SMPS)中所使用的电压变换器通常需要满足与相关的电气性能有关的严格要求。
[0005]特别地，这样的变换器必须保证高质量因素，其具有基本上为单位1的功率因子(PF)(例如大于0.9)和理想地为零的输入电流的总谐波失真(THD)。
[0006]通常，这样的电压变换器能够将接收到的输入量，例如来自电网的交流电压(AC)，变换成经调节的输出量，例如直流电压(DC)，其继而用于为电气负载供电。
[0007]特别地，已知的是在例如需要高输出功率的情况下，使用具有两级架构的功率变换器，其中第一级是PFC变换器，典型地是升压或升压型PFC变换器。本PFC变换器对线路交流电压进行升压操作，从而生成连续调节的输出电压。PFC变换器由合适的控制单元或模块(“控制器”)控制，以在电线吸收时调节功率因子。
[0008]图1示出了电压变换器的接线图，该电压变换器特别地是整体上使用附图标记1指示的PFC升压变换器，其由使用附图标记2指示的相关的控制单元或电路或模块控制。
[0009]控制单元2是集成电路，并且具有其自己的封装以及相关的输入和输出引脚。该集成电路可以安装在具有形成电压变换器1的电路部件或相应的集成电路的单个印刷电路板(PCB)上。
[0010]特别地，在这种配置中，电压变换器1具有输入端子IN和输出端子OUT，在输入端子IN上存在由(示意性地示出的)整流器级3(例如二极管桥式整流器)根据例如由电网供应的交流电压V
AC
生成的输入电压V
IN
(具有整流后的正弦波形式)，在输出端子OUT上存在大于输入电压V
IN
并且被调节为期望值的连续的输出电压V
OUT
。
[0011]执行高频滤波功能的滤波电容器4a连接到输入端子IN，而执行电荷存储功能的存储电容器4b连接到输出端子OUT。滤波电容器4a和存储电容器4b二者还都连接到参考或接地端子(GND)。
[0012]电压变换器1包括连接在输入端子IN与第一内部节点N1之间的电感器元件5、连接在第一内部节点N1与第二内部节点N2之间的开关元件6(特别地是MOSFET功率晶体管)、以及
具有连接到第一内部节点N1的正极和连接到输出端子OUT的负极的二极管元件7。
[0013]开关元件6具有连接到第一内部节点N1的第一电流导通端子(特别地是相应的MOSFET晶体管的漏极端子)、连接到第二内部节点N2的第二电流导通端子(特别地是相应的MOSFET晶体管的源极端子)、和作为相应的MOSFET晶体管的栅极端子的控制端子。
[0014]第一电压分压器8连接在输入端子IN与参考端子之间，由第一分压器电阻器8a与第二分压器电阻器8b串联连接而形成，从而形成第一分压节点P1，等于K
p
·
V
IN
的第一分压电压V
P1
从第一分压节点P1被汲取，其中K
p
是第一电压分压器8的分压因子。
[0015]此外，第二电压分压器9连接在输出端子OUT与参考端子之间，由相应的第一分压器电阻器9a与相应的第二分压器电阻器9b串联连接而形成，从而形成第二分压节点P2，第二分压电压V
P2
从第二分压节点P2被汲取。
[0016]电压变换器1还包括与开关元件6串联连接在第二内部节点N2与参考端子之间的感测电阻器11，上述感测电阻器11的端部处的电压指示开关元件6闭合时在经过电感器元件5之后流过开关元件6的电流I
L
(为了简洁起见，该电流被称为电感器电流I
L
)。因此，上述电压由R
s
·
I
L
给出，其中Rs是感测电阻器11的电阻。
[0017]控制单元2具有被设计为连接到第一分压节点P1并且接收第一分压电压V
P1
的输入(或引脚)MULT、被设计为经由补偿网络12连接到第二分压节点P2的输入COMP、连接到相同的第二分压节点P2并且被设计为接收第二分压电压V
P2
的输入FB、被设计为耦合到第二内部节点N2并且其上存在感测电压V
CS
(其在这种情况下与感测电阻器11的端部处的电压相同)的输入CS、以及被设计为连接到开关元件6的控制端子并且提供命令电压V
GD
的输出GD，命令电压V
GD
用于按照适当的时序使用脉冲宽度调制(PWM)来命令上述开关元件6进行开关。
[0018]控制单元2包括误差放大器10，误差放大器10具有连接到输入FB从而接收第二分压电压V
P2
的第一输入、接收电压参考V
REF
的第二输入、以及其上生成比较电压V
C
的输出，比较电压V
C
取决于上述分压电压V
P2
与上述电压参考V
REF
之差(或误差)。
[0019]控制单元2可以被配置为利用峰值电流控制来控制电压变换器1在连续传导模式(CCM)下的操作。
[0020]特别地，利用每个开关周期，控制单元2命令开关元件6在时间周期T
ON
(占空比的“ON”周期)闭合，在此期间来自输入端子IN的电流在电感器元件5和开关元件6中流动直到接地，从而导致能量被存储在所述电感器元件5中。
[0021]在峰值电流控制模式中，由控制单元2基于在感测电阻器11的端部处的电压使用合适的反馈控制回路来使导通时间周期T
ON
的持续时间(或期限)稳定，其指示电感器电流I
L
的值，其与合适的参考电压相比较(如下面详细地描述的)。该参考电压确定要与上述电感器电流I
L
的峰值的值相比较的期望的电流参考。
[0022]控制单元2继而命令开关元件6在断开时间周期T
OFF
(占空比的“OFF”周期)打开，在此期间先前存储在电感器元件5中的能量经由二极管元件7被传递到负载和电荷存储元件4b。
[0023]特别地，断开时间周期T
OFF
的持续时间可以是固定的(在被称为固定断开时间或FOT的控制模式中)，或者被确定为使得其为固定的PWM开关频率(在称为PWM固定频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：变换器，包括电感器和开关；以及控制器，被配置为通过在第一状态与第二状态之间操作上述开关来驱动所述变换器，所述控制器包括：第一输入，被配置为接收表示所述电感器的电流的第一电压；第二输入，被配置为接收表示所述开关的状态的信号；以及参考修改级，包括充电电容器和维持电容器以及电流源，所述参考修改级被配置为：在与所述第一状态的持续时间相对应的持续时间内，对所述充电电容器充电；将所述充电电容器的电荷传递到所述维持电容器；通过所述电流源吸收与所述电感器的电流的电流纹波成比例的电流，其中所述电流源基于所述维持电容器的电荷来吸收电流以产生偏移电压；以及基于所述偏移电压降低所述第一电压，其中所述控制器被配置为基于降低的所述第一电压来控制所述变换器。2.根据权利要求1所述的系统，包括：第三输入，被配置为接收表示所述变换器的输入电压的第二电压；以及第一压控电流源，具有耦合到所述第三输入的控制输入，并且具有用于输出充电电流的输出，所述第一压控电流源被配置为产生具有与所述第二电压相关的电平的充电电流。3.根据权利要求1所述的系统，包括：延迟元件，具有耦合到第二输入端的输入端，并且所述延迟元件被配置为：接收所述信号；延迟所述信号并产生延迟信号；以及经过输出来输出所述延迟信号。4.根据权利要求3所述的系统，包括：充电/放电开关，与所述充电电容器并联，并且具有耦合到所述延迟元件的输出的控制输入，所述充电/放电开关被配置为基于所述延迟信号在导通状态与非导通状态之间操作。5.根据权利要求1所述的系统，包括：单稳态元件，具有耦合到第二输入的输入，并且所述单稳态元件被配置为：接收所述信号；基于所述信号检测在所述第一状态与所述第二状态之间的转换；响应于检测到在所述第一状态与所述第二状态之间的转换，产生具有激活状态的开关信号；以及经过所述单稳态元件的输出来输出所述开关信号。6.根据权利要求5所述的系统，包括：电荷传递开关，具有耦合在所述充电电容器与所述维持电容器之间的导通端子，并且所述电荷传递开关具有耦合到所述单稳态元件的输出的控制输入，所述电荷传递开关被配置为响应于具有激活状态的开关信号而转换到导通状态，以将所述充电电容器的电荷传递到所述维持电容器。7.一种方法，包括：由控制器通过在第一状态与第二状态之间操作开关来驱动包括电感器的变换器；
由所述控制器接收表示所述电感器的电流的第一电压；由所述控制器接收表示所述开关的状态的信号；在与所述第一状态的持续时间相对应的持续时间内，对充电电容器充电；将所述充电电容器的电荷传递到维持电容；通过电流源吸收与所述电感器的电流的电流纹波成比例的电流，其中所述电流源基于所述维持电容器的电荷来吸收电流以产生偏移电压；基于所述偏移电压降低所述第一电压；以及基于降低的所述第一电压来控制所述变换器。8.根据权利要求7所述的方法，包括：接收表示所述变换器的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
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：