升压功率变换器系统及升压方法技术方案

本申请涉及升压功率变换器系统及升压方法。根据一个实施例的一种升压功率变换器系统包括：输入电压高压侧节点；电感器，其在所述电感器的第一端部处耦合到所述输入电压高压侧节点；功率开关，其在所述电感器的第二端部处耦合到所述电感器；驱动电路，其被配置成对所述功率开关进行控制，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器系统在不连续导通模式下进行操作；以及阻尼开关，其被配置成使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种升压功率变换器系统以及升压方法，并且更为具体地，涉及一种在不连续导通模式中具有高压侧有源阻尼的升压功率变换器。
技术介绍
升压功率变换器是开关型电源的一种类型，其将输入直流(DC)电压转换为更高的、具有相同极性的输出DC电压。升压功率变换器可以在不连续导通模式下工作，其中，在开关循环的一部分，流过电感器的电流为零。当电感器的电流达到零时，由于功率开关和整流二极管中的寄生电容的影响，功率变换器将产生环流(ring)或振荡。这个环流使得变换器的控制回路变得不稳定并且降低变换效率。此外，当升压变换器用于有效功率因数修正时，这个环流可以在线路电流中引入杂散谐波，从而导致所不期望的功率因数的 减少。针对这个问题的一种解决方式是使用无源电阻-电容(RC)网络，无源RC将变换器开关节点接地，其减弱该振荡。然而，在集成解决方案的情况下，这种方法需要相对大的电容器，从而占用很多芯片面积，或者在分立元件解决方案的情况下，这种方法需要额外的外部元件。另一种方法是在变换器开关节点和地之间使用有源阻尼(即，低侧阻尼开关)，但是这种方法浪费了功率并且降低了变换器效率。
技术实现思路
本申请提供一种升压功率变换器系统，包括输入电压高压侧节点；电感器，其在所述电感器的第一端部处耦合到所述输入电压高压侧节点；功率开关，其在所述电感器的第二端部处耦合到所述电感器；驱动电路，其被配置成对所述功率开关进行控制，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器系统在不连续导通模式下进行操作；以及阻尼开关，其被配置成使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。本申请提供一种升压方法，包括为升压功率变换器提供输入电压高压侧节点；将电感器与所述输入电压高压侧节点在所述电感器的第一端部处耦合；将功率开关与所述电感器在所述电感器的第二端部处耦合；将驱动电路配置为控制所述功率开关，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器在不连续导通模式下进行操作；以及将阻尼开关配置为使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。一种电子设备，包括输入电压高压侧节点；电感器，其与所述输入电压高压侧节点在所述电感器的第一端部处耦合；功率开关，其与所述电感器在所述电感器的第二端部处耦合；驱动电路，其被配置成对所述功率开关进行控制，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述电子设备在不连续导通模式下进行操作；以及阻尼开关，其被配置成使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。本申请提供一种工作在不连续导通模式(DCM)下的升压功率变换器，该升压功率变换器具有高压侧有源阻尼以减少环流并且增加变换器的稳定性和效率。有利地，本申请的升压功率变换器可以达到振荡的临界阻尼，这是因为通过使用高压侧有源阻尼，避免了现有解决方案所具有的对变换器效率的不利影响。附图说明通过下文的描述并且参考附图，本申请主题的实施例的特征和优点将变得更为明显，其中类似的附图标记表示类似的部件，并且其中 图I示出了与本申请一致的一个示例性实施例的电路框图；图2示出了将与本申请一致的一个示例性实施例和现有技术实现方式进行比较的电感器电流波形；图3示出了将与本申请一致的一个示例性实施例与现有技术实现方式进行比较的阻尼开关功率波形；图4示出了与本申请示例性实施例一致的具有临界阻尼的电感器电流波形；以及图5示出了与本申请一致的一个示例性实施例的操作流程图。虽然下文的详细描述将参考说明性的实施例来进行，但是对于本领域技术人员而言，对于这些实施例的许多改变、修改以及变化是显而易见的。具体实施例方式概括而言，本申请提供一种工作在不连续导通模式(DCM)下的升压功率变换器，该升压功率变换器具有高压侧有源阻尼以减少环流并且增加变换器的稳定性和效率。有利地，本申请的升压功率变换器可以达到振荡的临界阻尼，这是因为通过使用高压侧有源阻尼，避免了现有解决方案所具有的对变换器效率的不利影响。升压功率变换器是开关型电源的一种类型，并且通常包括功率开关、整流器和滤波器；滤波器进一步包括电感器-电容网络。在驱动电路的控制下，功率开关断开和闭合，以便产生脉冲串，对脉冲串的脉冲宽度或者脉冲频率进行调制的以实现对变换器的控制，例如，以响应于变化的输出负载条件。整流器和滤波器将脉冲串变换为DC输出电压。在某些输出负载条件下，负载电流超过临界导通阈值并且变换器在连续导通模式下进行操作，但是，在其他输出负载条件期间，负载电流下降到临界导通阈值以下并且变换器在不连续导通模式下进行操作。当变换器在不连续导通模式下进行操作时，对于功率开关的开关循环一部分而言，流过电感器的电流为零，由于功率开关和整流二极管中寄生电容的影响，从而导致功率变换器产生环流或振荡。如果不提供阻尼，那么这个环流使得变换器的控制回路变得不稳定并且降低变换效率。图I示出了与本申请一致的一个示例性实施例的电路框图100。电路框图100通常包括具有高压侧节点102的输入电压端口 Vin、输出电压端口 VQUT120、电感器L 104，异步整流电路116以及脉宽调制(PWM)或者脉冲频率调制(PFM)驱动电路112。异步整流电路116进一步包括功率开关118和整流二极管D1122和D2124。功率开关118的开关时间由PWM/PFM驱动电路112进行控制。与异步整流电路116相关联的寄生电容由电容器Csw 114来表示。阻尼开关110可以串联连接在高压侧电压输入端102和异步整流电路116之间。在变换器操作期间，电流监视器106监视流过电感器L 104的电流。当功率开关108断开时，流过电感器L 104的电流减少。当所监视的流过电感器L 104的电流大体上达到零值时，过零检测器108产生触发信号。这个触发信号随后可以闭合阻尼开关110，从而使得一部分电流从功率开关节点返回到变换器的高压侧电压输入端102。这个电流反馈减少电感器L 104中的振荡。反馈回来的这部分电流，并且因此阻尼水平，取决于阻尼开关110在闭合状态下的有效阻抗(RDSw)。当况/乃…,=犯/Csw)时(其容许的误差为+/-10% )，达到临界阻尼。当功率开关118闭合时，阻尼开关110可以重新断开。 在某些实施例中，阻尼开关110的闭合仅基于功率开关118的断开，因为在功率开关118断开时，流过电感器L 104电流减少。在某些实施例中，阻尼开关110可以是可控电阻器。图2示出了将与本申请一致的一个示例性实施例和现有技术实现方式进行比较的电感器电流波形200。图206示出了在没有任何阻尼的情况下所产生的环流的幅值(mA)。图204示出了由现有技术实现方式所产生的环流的幅值(mA)，其中，电流通过阻尼开关反馈到低压侧电压输入端(即，接地)。这个阻尼开关具有大于与临界阻尼相关联的电阻约十四倍的RDSqn。图202示出了由与本申本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压功率变换器系统，包括：输入电压高压侧节点；电感器，其在所述电感器的第一端部处耦合到所述输入电压高压侧节点；功率开关，其在所述电感器的第二端部处耦合到所述电感器；驱动电路，其被配置成对所述功率开关进行控制，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器系统在不连续导通模式下进行操作；以及阻尼开关，其被配置成使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。

【技术特征摘要】
2011.07.28 US 13/193,3111.一种升压功率变换器系统，包括 输入电压高压侧节点； 电感器，其在所述电感器的第一端部处耦合到所述输入电压高压侧节点； 功率开关，其在所述电感器的第二端部处耦合到所述电感器； 驱动电路，其被配置成对所述功率开关进行控制，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器系统在不连续导通模式下进行操作；以及 阻尼开关，其被配置成使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻尼开关闭合，并且当所述功率开关闭合时，所述阻尼开关断开。2.根据权利要求I所述的升压功率变换器系统，进一步包括 电流监视电路，其被配置成对流过所述电感器的电流进行监视；以及过零检测电路，其耦合至所述电流监视电路，所述过零检测电路被配置成检测流过所述电感器的所述电流的过零，其中，当检测到所述过零时，闭合所述阻尼开关。3.根据权利要求I所述的升压功率变换器系统，其中，在闭合状态时，所述阻尼开关的电阻约为4.根据权利要求I所述的升压功率变换器系统，其中，在闭合状态时，所述阻尼开关的电阻值大于5.根据权利要求I所述的升压功率变换器系统，其中，所述功率开关被配置为整流电路的有源元件，所述整流电路与所述阻尼开关串联。6.根据权利要求5所述的升压功率变换器系统，其中，所述整流电路被配置成为异步整流电路。7.根据权利要求I所述的升压功率变换器系统，其中，所述阻尼开关是可控电阻器。8.一种升压方法，包括 为升压功率变换器提供输入电压高压侧节点； 将电感器与所述输入电压高压侧节点在所述电感器的第一端部处耦合； 将功率开关与所述电感器在所述电感器的第二端部处耦合； 将驱动电路配置为控制所述功率开关，以使得当负载电流下降到临界导通阈值以下时，所述升压功率变换器在不连续导通模式下进行操作；以及 将阻尼开关配置为使得电流从所述电感器的所述第二端部处的所述功率开关流向所述输入电压高压侧节点，其中，当所述功率开关断开时，所述阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·霍洛韦，A·翁格，H·侯，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司，快捷半导体公司，
类型：发明
国别省市：