占空比控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于确定用于开关功率转换设备的脉宽调制器的占空比的控制 器，包括适合于基于来自开关功率转换设备的功率输出的电压反馈信号和参考电压来确定 电压控制器输出的电压控制器和适合于确定占空比的电流控制器。本发明还设及一种用于 确定开关功率转换设备的脉宽调制器的占空比的方法和相应开关功率转换设备。
【背景技术】
[0002] 转换器通常被用来将电能从一种形式转换成另一种。转换器拓扑可W例如分类为 升压、降压或降压-升压转换器，其中，可W将全部的S种拓扑实现为DC至DC或AC至DC 转换器。除非另外提及，如在本描述中使用的术语升压转换器、降压转换器和降压-升压转 换器应包括DC/DC拓扑W及AC/DC拓扑。
[0003]AC/DC升压转换器常常被用于多级开关模式功率转换器的第一级中的功率因数修 正（PFC)。此类升压转换器通常被设计成在不连续（DQO或连续传导模式（CQO下工作。由 于当前控制环路的增益在那些模式之间显著地移位，所W混合传导模式（MQO在转移时导 致电流阶跃，其负面地影响输入电流的谐波失真。另一方面，混合模式操作导致尤其是对于 中和较高功率水平而言的在相当磁力大小的情况下的较高效率。
[0004] 此类AC/DC升压转换器被用来将来自AC供应网络的能量传输到其输出，使得电流 遵循输入电压。可采用模拟或数字控制器设计来控制此类转换器。已知控制器设计常常包 括内电流环路、外电压环路且可能还包括具有输入电压前馈的连接两个环路的乘法器。
[0005]文档"DigitalConholofBoostPFCConvertersOperatinginboth ContinuousandDiscontinuousConductionMode''（Gussemeetal. ;35化AnnualIEEE PowerElectronicsSpecialistsConference,Aachen2004，p2346_2352)设及了可W在 连续传导模式（CCM)化及不连续传导模式（DQO下操作的升压PFC转换器的数字控制。为 了当在CCM与DCM之间切换时避免输入电流失真，提出了一种占空比前馈，其中，将最佳占 空比计算为用于两种传导模式的占空比的组合，并且然后加到控制器的输出。然而，由于仅 在电流补偿器之后将前馈信号相加，所W控制器对噪声并不免疫，因此其在商用产品中不 能使用。
[0006] 文献"Digital control for improved efficiency and reduced harmonic distortion over wide load range in boost PFC rectifiers'^Chen et al. ；2009 ；Power Electronics, I邸E)公开了用于采用预测性电流控制技术W用于CCM操作的升压PFC整流 器的另一控制器。提出了通过引入电流修正因数来修改用于DCM操作的此控制技术。通过 添加辅助电感器绕组和电压比较器W便检测电感器电压的过零，使得能够实现修正因数的 简单计算。然而，提出的解决方案导致复杂的附加网络，不仅增加此类控制器的体积，而且 增加此类控制器的成本。
[0007] 文献"Adaptive tuning of switched-mode power supplies operating in discontinuous and continuous conduction modes" (Morroni et al. ；2009 ；Power Electronics,IE邸Transactions,p. 2603-2611)公开了一种用于SMPS、特别是用于CCM和DCM操作之间的转移的自适应控制器。数字稳定裕度监视器向补偿器与PWM之间的闭合 环路馈送方波信号，其中，此方波信号的频率被选择成使得交叉频率等于其频率。测量环路 增益相位裕度，并且自适应控制器确定比较器系数，使得该些频率满足期望值。
[0008] 已知控制器设计通常具有令人不满意的总谐波失真（T皿）和/或功率因数（PF)， 易于有噪声和/或在设计方面复杂且是昂贵的。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是创建一种关于最初提及的技术领域的控制器，其具有改进的T皿 和PF，在设计方面是简单的且可用低成本硬件来实现。本发明的另一目的是提供一种相应 的开关功率转换设备W及一种用于确定此类开关功率转换设备的脉宽调制器的占空比的 相应方法。
[0010] 由权利要求1的特征来指定关于控制器的本发明的解决方案。用于确定用于开关 功率转换设备的脉宽调制器（PWM)的占空比的控制器包括适合于基于来自开关功率转换设 备的功率输出的电压反馈信号和参考电压中的至少一个来确定电压控制器输出的电压控 制器，和适合于确定占空比的电流控制器(也表示为电流补偿器)。根据本发明，控制器还包 括适合于确定修正信号的预测单元和适合于基于修正信号和电压控制器输出来确定加法 器输出的加法器。与加法器相结合，术语"基于"意指加法器将修正信号直接地与电压控制 器输出或与从电压控制器输出导出的另一信号相加巧日例如下面针对其中提供乘法器的情 况概述的)。
[0011] 此外，电流控制器适合于基于加法器输出和来自功率输出的电流反馈信号来确定 占空比，并基于占空比、即基于电流控制器的输出来确定修正信号。
[0012] 虽然上述现有技术主要针对AC/DC转换器，但本发明还涵盖用于DC/DC转换器的 控制器。
[0013] 参考电压是功率转换设备应遵循的电压。其通常由例如后续转换器级的诸如上级 控制器之类的外部设备给定。但是，还可能的是由控制器本身来确定或提供参考电压或表 示参考电压的值。
[0014] 通过采用具有用于电流占空比的反馈环路的此类误差受控占空比(也称为占空 度)预测，动态地修正了下一占空比，该导致改进的T皿W及改进的PF。根据本发明的控制 器基于已知控制器设计，其中，仅添加了某些另外的功能性。因此其可W基于非常成本有效 的现有解决方案来实现。
[0015] 在DC/DC转换器的情况下，如上所述，电压控制器输出通常在将其与修正信号相 加之后被直接地馈送到电流控制器输入。在某些类型的DC/DC转换器(例如包括如下所述 的输入电压前馈的那些)和AC/DC转换器中，控制器优选地还包括乘法器。此乘法器适合于 基于电压控制器输出、开关功率转换设备的输入电压和可选地所述输入电压前馈(在包括 此类前馈的DC/DC转换器的情况下)来确定乘法器输出。或者换言之，为了确定用于电流控 制器的参考电流，乘法器将电压控制器输出和输入电压相乘。
[0016] 相应地，加法器适合于通过将修正信号与乘法器输出相加来确定加法器输出。并 且电流控制器基于加法器输出和来自功率输出的电流反馈信号来确定占空比。
[0017] 在下文中且只要未另外提及，术语转换器被用于指定SMPS(开关模式电源)，其中 由PWM控制信号来控制可控开关。
[0018] 此类PWM控制器广泛地在升压转换器中使用，因此，该控制器优选地适合于确定 AC/DC升压转换器、例如PFC升压转换器的占空比。
[001引但是如已提到的，还可在其他转换器拓扑中采用本发明，诸如在DC/DC或AC/DC升 压、降压和降压-升压转换器且特别是在PFC降压和PFC-降压-升压转换器中。
[0020] 在本发明的优选实施例中，预测单元不仅基于占空比而且基于至少一个另外的信 号来确定修正信号。此至少一个另外的信号是参考电压或电压反馈信号。附加地考虑参考 电压或电压反馈信号允许W较高的精度确定修正信号。当然，还有可能的是参考电压和电 压反馈信号二者被预测单元用来确定修正信号。
[0021] 在甚至更加优选实施例中，预测单元还基于转换器的输入电压来确定修正信号。
[0022] 理想占空比取决于许多不同的因素，诸如例如输入电导、转换器的输出扼流圈的 阻抗(所述扼流圈例如在升压转换器的情况下是