用于升压功率因数校正转换器中的多模式操作的自主模式转变制造技术

本公开的实施例涉及用于升压PFC转换器中的多模式操作的自主模式转变。一种用于升压功率因数校正PFC转换器的控制器。控制器经配置以在包含连续传导模式CCM、转变模式TM及混合模式的多个操作模式中操作升压PFC转换器，在混合模式中控制器在同一线路周期内在CCM及TM两者中操作转换器。实例控制器包含电流控制回路及模式转变电路。电流控制回路经配置以基于例如在转换器的升压同步整流器传导周期期间获取的电流样本计算第一及第二操作模式中的每一者的电感器电流。模式转变电路包含数字逻辑电路且经配置以产生指示以下中的一者、两者或全部三者的脉冲：已实现零电压切换ZVS；同步整流器传导周期是活动的；及/或TM或混合模式中的一者是活动的。中的一者是活动的。中的一者是活动的。

【技术实现步骤摘要】
用于升压功率因数校正转换器中的多模式操作的自主模式转变


[0001]本公开涉及升压功率因数校正(PFC)转换器且更特定来说，涉及用于升压PFC转换器中的多模式操作的自主模式转变的技术。

技术介绍

[0002]在AC转DC功率转换器的背景中，功率因数是指实际功率对视在功率的比率。实际功率是由负载消耗的功率，且视在功率是转换器在将所述实际功率输送到负载时的rms电压与rms电流的乘积。功率因数是无量纲值，介于0与1之间，其中1是最佳功率因数(无循环功率)。对于AC转DC转换器，AC输入电流不自然地跟随AC输入电压，从而导致低功率因数。因此，在此类转换器中，使用功率因数校正(PFC)来维持相对高功率因数(与无PFC相比)。高PFC不仅减小循环功率(并增加效率)，而且还促进遵守有关在公用电网之外操作的AC转DC转换器的各种法规。实例性的此转换器被称为升压PFC转换器。在操作中，升压PFC转换器通过将能量存储在电感器中并将其释放到更高电压下的负载而将输入电压“升压”(增压)到某一更高电平。升压PFC转换器可为桥接或无桥的。
[0003]桥接升压PFC转换器拓扑包含AC输入源与升压转换器之间的桥式整流器(例如，无源或有源)。无桥PFC转换器避免在输入处使用单独桥式整流器，这是因为整流被并入转换器自身的操作中。这减小在全桥整流器中正常发生的功率损耗，且因此增加整体系统效率。在桥接及无桥拓扑两者中，升压PFC转换器的切换均受到控制，使得输入电流的形状模仿输入电压的形状，且可使用硬切换或软切换两者实现。硬切换是指给定切换装置(例如，硅金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET)的实际切换，且趋于在开关的开
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关转变期间引起功率损耗且产生切换噪声。相比之下，软切换使用存在于转换器内的电感
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电容(LC)谐振电路以在零(或接近零)电流或电压下开启及关闭给定开关。以这种方式，可使用软切换来减小切换损耗及噪声。然而，软切换并非在全部操作模式中均可用。
[0004]更详细来说，现有PFC(桥接及无桥)升压转换器被设计为在全功率下在连续传导模式(CCM)或转变模式(TM，也称为临界传导模式，CrCM)中操作。CCM及TM设计两者可利用不连续传导模式(DCM)作为其低功率模式。CCM操作具有低RMS电流电平，但无法在全部切换转变期间实现软切换。因此，CCM设计趋于具有较低传导损耗，但具有较高切换损耗。相反情况适用于TM操作，所述操作具有相对较高RMS电流电平，但使用软切换(低切换损耗)操作。因此，CCM设计趋于用于高功率电平的AC
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DC应用，其中输入电流电平高且设计获益于减小的传导损耗。另一方面，TM设计趋于用于较低功率AC
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DC应用，其中输入电流电平相对低且设计获益于低切换损耗。
[0005]仍存在与此类升压PFC转换器设计相关联的若干重要问题。

技术实现思路

[0006]公开用于功率转换器中的多模式操作的自主模式转变的技术。所述技术可体现于
(例如)控制器或集成电路中。
[0007]一个实例是一种用于升压功率因数校正(PFC)转换器的控制器，所述控制器经配置以在多个操作模式中操作所述升压PFC转换器。所述多个操作模式包含连续传导模式(CCM)、转变模式(TM)及其中所述控制器在同一线路周期内在CCM及TM两者中操作所述转换器的混合模式。
[0008]另一实例是一种用于升压功率因数校正(PFC)转换器的控制器。所述控制器包含经配置以基于在所述升压PFC转换器的升压同步整流器传导周期期间获取的电流样本计算用于所述升压PFC转换器的第一操作模式及所述升压PFC转换器的第二操作模式中的每一者的平均电感器电流的电流控制回路。所述控制器进一步包含模式转变电路，所述模式转变电路包含数字逻辑电路且经配置以产生指示已实现零电压切换(ZVS)的脉冲。
[0009]另一实例是一种集成电路。所述集成电路包含具有第一、第二及第三输入以及第一及第二输出的模拟前端，所述第一输入用于接收代表升压功率因数校正(PFC)AC转DC转换器的AC输入电压的第一模拟感测信号，所述第二输入用于接收代表所述转换器的DC输出电压的第二模拟感测信号，所述第三输入用于接收代表所述转换器的电感器电流的第三模拟感测信号，所述第一输出用于提供第一及第二数字信号，且所述第二输出用于提供第三数字信号，所述第一数字信号代表所述转换器的所述AC输入电压，所述第二数字信号代表所述转换器的所述DC输出电压，且所述第三数字信号代表所述转换器的所述电感器电流。所述集成电路进一步包含具有第四及第五输入及第三输出的数字核心，所述第四输入用于接收所述第一及第二数字信号，所述第五输入用于接收所述第三数字信号，且所述第三输出用于提供脉冲宽度调制(PWM)控制信号。所述集成电路进一步包含具有第六输入及第四输出的输出缓冲器，所述第六输入用于接收所述PWM控制信号，且所述第四输出用于提供所述PWM控制信号以用于控制所述转换器的切换装置。
[0010]另一实例是一种用于升压功率因数校正(PFC)AC转DC转换器中的自主模式选择的方法，所述转换器包含电感器且具有连续传导模式(CCM)及转变模式(TM)。所述方法包含：使所述转换器在第一电感器电流电平下在CCM中操作；使所述转换器在第二电感器电流电平下在混合模式中操作，所述第二电感器电流电平低于所述第一电感器电流电平，且在所述混合模式中，所述转换器在所述转换器的AC输入信号的同一周期内在CCM及TM两者中操作；且使所述转换器在第三电感器电流电平下在TM中操作，所述第三电感器电流电平低于所述第二电感器电流电平。
附图说明
[0011]图1a是根据本公开的实施例的具有桥接升压PFC拓扑的实例AC
‑
DC功率转换器的框图。
[0012]图1b是根据本公开的实施例的具有无桥升压PFC拓扑的实例AC
‑
DC功率转换器的框图。
[0013]图2a示意性地说明根据本公开的实施例的具有单相桥接升压PFC拓扑的实例AC
‑
DC功率转换器。
[0014]图2b说明根据本公开的实施例的图2a的实例AC
‑
DC功率转换器的操作细节。
[0015]图2c示意性地说明根据本公开的实施例的具有单相桥接升压PFC拓扑的另一实例
AC
‑
DC功率转换器。
[0016]图3a示意性地说明根据本公开的实施例的具有图腾柱(totem
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pole)无桥升压PFC拓扑的实例AC
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DC功率转换器。
[0017]图3b说明根据本公开的实施例的图3a的实例AC
‑
DC功率转换器的操作细节。
[0018]图3c示意性地说明根据本公开的实施例的具有图腾柱无桥升压PFC拓扑的另一实例AC
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DC功率转换器。
[0019]图4a示意性地说明根据本公开的实施例的具有AC开关无桥升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于升压功率因数校正PFC转换器的控制器，所述控制器经配置以在多个操作模式中操作所述升压PFC转换器，所述操作模式包含连续传导模式CCM、转变模式TM及其中所述控制器在同一线路周期内在CCM及TM两者中操作所述转换器的混合模式。2.根据权利要求1所述的控制器，其中在所述混合模式中，所述控制器在CCM频率下操作所述转换器直到TM频率变得高于所述CCM频率，此时所述控制器自主地将所述转换器转变到TM操作。3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器利用用于所述CCM、TM及混合模式中的每一者的平均电流控制。4.根据权利要求3所述的控制器，其中在所述平均电流控制中使用的电流由无源电阻式分压器电流传感器感测。5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器包含：电流控制回路，其经配置以基于在所述升压PFC转换器的升压同步整流器传导周期期间获取的电流样本计算用于所述CCM、TM及混合模式中的每一者的平均电感器电流；模式转变电路，其包含数字逻辑电路且经配置以产生指示以下中的一者、两者或全部三者的脉冲：已实现零电压切换ZVS，所述同步整流器传导周期是活动的及/或所述TM或混合模式是活动的；及数字计数器，其中由所述模式转变电路产生的所述脉冲使所述计数器复位。6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器包含模式转变电路，所述模式转变电路包含数字逻辑电路且经配置以产生指示以下的脉冲：已实现零电压切换ZVS；所述同步整流器传导周期是活动的；及所述TM或混合模式是活动的。7.一种用于升压功率因数校正PFC转换器的控制器，所述控制器包括：电流控制回路，其经配置以基于在所述升压PFC转换器的升压同步整流器传导周期期间获取的电流样本计算用于所述升压PFC转换器的第一操作模式及所述升压PFC转换器的第二操作模式中的每一者的平均电感器电流；及模式转变电路，其包含数字逻辑电路且经配置以产生指示已实现零电压切换ZVS的脉冲。8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述第一或第二操作模式中的一者是在同一半线路周期内包含连续传导模式CCM操作及转变模式TM操作两者的混合模式。9.根据权利要求7所述的控制器，其中所述第一操作模式是连续传导模式CCM，且所述第二操作模式是转变模式TM、不连续传导模式DCM或在同一半线路周期内包含CCM及TM操作两者的混合模式。10.根据权利要求7所述的控制器，其中所述电流控制回路包含：第一模块，其经配置以计算用于所述升压PFC转换器的所述第一操作模式的平均电感器电流；第二模块，其经配置以计算用于所述升压PFC转换器的所述第二操作模式的平均电感器电流；及多路复用器电路，其经配置以基于所述升压PFC转换器的操作模式选择由所述第一及第二模块中的一者计算的平均电流。11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述第一或第二模块中的一者经配置以根据
计算平均电感器电流，其中：t
PRD
对应于所述升压PFC转换器的切换频率周期；t
duty
对应于所述升压PFC转换器的电感器电流的上升部分的持续时间；t
fall
对应于所述升压PFC转换器的ZVS的发生与过零的发生之间的持续时间；I
sample
对应于所述电流样本；V
Out
对应于所述升压PFC转换器的输出电压；C
r
对应于所述升压PFC转换器的谐振电容；L
Boost
对应于所述升压PFC转换器的升压电感；V
ac
对应于所述升压PFC转换器的输入电压；且t
SR
对应于所述升压同步整流器传导周期。12.根据权利要求10所述的控制器，其中所述第一或第二模块中的一者经配置以根据计算平均电感器电流，其中：t
PRD
对应于所述升压PFC转换器的切换频率周期；t
duty
对应于所述升压PFC转换器的电感器电流的上升部分的持续时间；I
sample
对应于所述电流样本；V
Out
对应于所述升压PFC转换器的输出电压；C
r
对应于所述升压PFC转换器的谐振电容；L
Boost
对应于所述升压PFC转换器的升压电感；V
ac
对应于所述升压PFC转换器的输入电压；且t
SR
对应于所述升压同步整流器传导周期。13.根据权利要求7所述的控制器，其中所述电流控制回路经配置以计算用于包含于所述升压PFC转换器的N个循序切换周期的群组中的每一切换周期的平均电感器电流，其中N是2或更大的整数。14.根据权利要求7所述的控制器，其中由所述模式转变电路产生的所述脉冲进一步指示所述同步整流器传导周期是活动的。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨阿德，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：