專利名稱：開關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及開關(guān)式電源。特別地是，本發(fā)明涉及DC/DC轉(zhuǎn)換級或DC/AC反相級，接收基本上恒定的輸入電壓或電流并且產(chǎn)生DC或AC輸出電壓或電流。在本發(fā)明的下列解釋中，假定轉(zhuǎn)換器接收恒定的輸入電壓并且產(chǎn)生輸出電流，但是這僅僅是以舉例形式而并不意在限制本發(fā)明。
背景技術(shù)：
上述類型的開關(guān)式電源通常是已知的，并且對于一些應(yīng)用來說，它們是可以買到的。
在一個例子中，開關(guān)式電源被實現(xiàn)為升壓轉(zhuǎn)換器，用于把太陽能電池組的輸出電壓(數(shù)量級為100V)轉(zhuǎn)換為數(shù)量級大約為420V的更高的恒定DC電平，即比標(biāo)準(zhǔn)電源電壓的最高電壓要高。利用這種轉(zhuǎn)換器，可以把能量從太陽能電池轉(zhuǎn)送到所述電源。
在另一例子中，開關(guān)式電源被實現(xiàn)為DC/AC反相器，用于由DC電壓產(chǎn)生AC電流。這種反相器例如可以用于燈驅(qū)動器，所述燈驅(qū)動器具有連接到AC電源的輸入端并且具有用于驅(qū)動放電燈的驅(qū)動器輸出端。通常，這種驅(qū)動器包括根據(jù)交變輸入電壓產(chǎn)生基本恒定電壓的級，后面是基于所述恒定電壓產(chǎn)生交變電流的級。在又一例子中，開關(guān)式電源實現(xiàn)為跨導(dǎo)放大器，用于驅(qū)動在傳動控制設(shè)備中的致動器。
一般說來，已經(jīng)開發(fā)出用于特定輸出功率的開關(guān)式電源。一般說來，對于較高輸出功率，在電源中所使用的部件大小必須更大。這可以通過使用包括兩個或更多并聯(lián)連接的電源單元的電源組件來避免。在該情況下，每個單個的電源單元只須提供相對低的功率，從而單個部件的大小可以相對較小，這意味著降低了成本。可能的優(yōu)點還在于可以在不需要開發(fā)全新的高功率轉(zhuǎn)換器的情況下使用低功率電源單元，所述低功率電源單元已經(jīng)被開發(fā)出來并且已經(jīng)證明其可以實現(xiàn)。優(yōu)點還在于可以容易地制造低功率電源單元，并且已經(jīng)存在大量生產(chǎn)設(shè)施。
使用并聯(lián)連接的多個電源單元的進(jìn)一步優(yōu)點在于以下事實可以產(chǎn)生具有較低波紋振幅的輸出電流。圖1圖示了典型電源輸出電流I的時距圖，所述輸出電流I在上限IH(線103)和下限IL(線104)之間連續(xù)地上升(線101)和下降(線102)。在足夠大的時間尺度上，這種電流可以被認(rèn)為是幅度為IAV＝0.5·(IH+IL)并且波紋振幅為0.5·(IH-IL)的恒定電流。原則上，往往可以使電源組件的每個電源單元完全獨立于所有其它電源單元工作。然而，希望電源組件的總體輸出電流的波紋振幅是單個電源單元的單個輸出波紋振幅的總和。通常其目標(biāo)在于使所述波紋盡可能小。因此，優(yōu)選電源單元同步工作，使得它們的輸出峰值在時間上均勻地分布。圖2是圖示兩個電源單元時這種情況的圖，分別以相對于彼此180°的相位關(guān)系提供輸出電流I1和I2。可以容易地看出，如果單個電流I1和I2具有相同的幅度，并且如果從較低峰值到較高峰值的增長率dI/dt等于從較高峰值到較低峰值的降低率dI/dt，所產(chǎn)生的電流Itotal基本上是恒定的，沒有波紋或只有非常小的波紋。即使所述單個電流不具有理想的匹配，一般不管怎樣波紋振幅也會減小。
操作電源組件中的電源單元使得它們同步工作但具有偏移的相位，被稱為“交錯”操作。
與這里所考慮的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的交錯操作已經(jīng)在J.S.Batchvarov等人的“interleaved converters based on hysteresiscurrent control”(2000，I.E.E.E.31st Annual Power ElectronicsSpecialist Conference，第655頁)中提出。在此方案中，涉及具有兩個轉(zhuǎn)換單元的組件，一個轉(zhuǎn)換單元具有主狀態(tài)，而另一個轉(zhuǎn)換單元具有從屬狀態(tài)。在此方案中所提出的控制電路相當(dāng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的電源組件。
特別地是，本發(fā)明的重要目的是提供一種包括兩個或更多電源單元的電源組件，所述兩個或更多電源單元依照交錯方式操作，且該電源組件具有相對簡單的控制電路系統(tǒng)。
本發(fā)明的進(jìn)一步特定的目的是提供一種包括依照模塊化設(shè)計的兩個或更多電源單元的電源組件，使得可以容易地添加一個或多個電源單元。
依照本發(fā)明的一個重要方面，本發(fā)明的電源組件的電源單元具有等同的狀態(tài)每個電源單元為線上的下一電源單元產(chǎn)生控制信號，并且從線上的前一電源單元接收控制信號。最后一個電源單元為線上的第一電源單元產(chǎn)生控制信號，以便依照環(huán)形結(jié)構(gòu)來布置該電源組件的電源單元?？刂菩盘柺沟媒诲e操作自動地得到確保。


參考附圖通過對依照本發(fā)明電源部件的優(yōu)選實施例的以下描繪將要進(jìn)一步解釋本發(fā)明的這些及其它方面、特征和優(yōu)點，其中相同的附圖標(biāo)記表明相同的或相似的部分，并且其中圖1是示意地圖示了較小時間尺度上的AC信號可能在較大的時間尺度上產(chǎn)生恒定信號的時距圖；圖2是示意地圖示了兩個信號的波紋分量相加起來可以彼此補(bǔ)償?shù)臅r距圖；圖3是示意地圖示了電源組件的框圖；圖4是示意地圖示了電源模塊的框圖；圖5是示意地圖示了窗口比較器操作的時距圖；圖6A和6B是示意地圖示了邊界產(chǎn)生器操作的時距圖；圖7是示意地圖示了依照本發(fā)明的電源模塊細(xì)節(jié)的框圖；圖8是示意地圖示了電源模塊的斜坡電壓產(chǎn)生器操作的時距圖；圖9是以較大比例示意地圖示了圖8的部分圖的時距圖；圖10是示意地圖示了窗口比較器和門驅(qū)動器的可能實施例的框圖。
在下面，除非特別指定，否則將針對轉(zhuǎn)換器組件來詳細(xì)解釋本發(fā)明。然而應(yīng)當(dāng)注意，此解釋并不意在把本發(fā)明只限制為轉(zhuǎn)換器；特別應(yīng)當(dāng)注意，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚地是，相同或相似的原理也適用于反相器。
圖3是示意地示出了包括多個轉(zhuǎn)換器單元10的轉(zhuǎn)換器組件1的一部分的框圖。在下面，單個轉(zhuǎn)換器單元的相同部件將由相同的附圖標(biāo)記表示，以下標(biāo)1、2、3等來區(qū)分。在圖3中，只示出了三個轉(zhuǎn)換器單元101、102和103，但是通過添加轉(zhuǎn)換器單元可以容易地擴(kuò)展組件1。此外，通過取走一個轉(zhuǎn)換器單元，轉(zhuǎn)換器組件1還可以只包括兩個轉(zhuǎn)換器單元。
在下面解釋中，假定轉(zhuǎn)換器單元10接收輸入DC電壓VIN并且產(chǎn)生輸出電流IOUT。每個轉(zhuǎn)換器單元10i具有分別連接到電壓源線2a和2b的兩個輸入端11i和12i，用于接收輸入電壓VIN，和連接到輸出線3的輸出端13i，用于提供輸出電流IOUT，i。這里，i＝1，2，3...等。轉(zhuǎn)換器單元10并聯(lián)連接，即它們各自的第一輸入端11i都連接到一個電壓源線2a，它們各自的第二輸入端12i都連接到一個電壓源線2b，并且它們各自的輸出端13i都連接到一個輸出線3，所述輸出線3連接到負(fù)載L?？梢园凑障铝泄綄懗鲐?fù)載電流ILIL=Σi=1NIOUT,i]]>其中N是用于表明轉(zhuǎn)換器單元10總數(shù)的整數(shù)，在圖3的例子中N是3。
依照本發(fā)明的一個重要方面，每個控制單元10具有控制輸入端14和控制輸出端15。每個控制單元10i的控制輸入端14i連接到其前面的鄰居10i-1的控制輸出端15i-1，并且其控制輸出端15i連接到其后面鄰居10i+1的控制輸入端14i+1。最后一個控制單元10N的控制輸出端15N連接到第一控制單元101的控制輸入端141。從而，依照環(huán)形結(jié)構(gòu)來布置控制單元10。
可以看出通過取走一個控制單元可以容易地修正所述轉(zhuǎn)換器組件1的模塊化設(shè)計。例如，可以取走控制單元102，在這種情況下第一控制單元101的控制輸出端151連接到第三控制單元103的控制輸入端143。
還可以通過例如在第二控制單元102和第三控制單元103之間添加另一控制單元10X(在圖3中未示出)來容易地擴(kuò)展控制組件1，在這種情況下斷開第二控制輸出端152和第三控制輸入端143之間的連接，第二控制輸出端152連接到所添加的控制單元10X的控制輸入端14X，并且所添加的轉(zhuǎn)換單元10X的控制輸出端15X連接到第三控制輸入端143。
轉(zhuǎn)換器單元本身的一般設(shè)計是公知的。參考圖4將要描述已知轉(zhuǎn)換單元的可能的實施例，所述已知轉(zhuǎn)換單元適于用作本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器單元的基礎(chǔ)。此例子的轉(zhuǎn)換器單元10包括半橋開關(guān)放大器60，其核心由一對受控開關(guān)61和62形成，通常被實現(xiàn)為一對MOSFET，所述MOSFET在連接到高電源電壓電平VHIGH的第一輸入端11和連接到低電源電壓電平VLOW的第二電源輸入端12之間串聯(lián)連接。在這兩個可控開關(guān)61和62之間的節(jié)點A通過串聯(lián)連接的負(fù)載電感器64連接到輸出端13。在圖4中，對于此例子示出了連接到輸出端13的負(fù)載L可以是電壓源，例如可充電電池或如圖所示的標(biāo)準(zhǔn)電源。在這種情況下，輸出端13的電壓恒定，這由電源來確定。通常情況下，濾波電容器63并聯(lián)連接到輸出端13。
可控開關(guān)61和62的控制端分別連接到門驅(qū)動器50的控制輸出端52和53。門驅(qū)動器50被設(shè)計成依照兩種可能的操作狀態(tài)進(jìn)行操作。
*在第一操作狀態(tài)中，門驅(qū)動器50產(chǎn)生用于可控開關(guān)61和62的控制信號，使得當(dāng)?shù)诙_關(guān)62處于不導(dǎo)電狀態(tài)時第一開關(guān)61處于導(dǎo)電狀態(tài)。
*在第二操作狀態(tài)中，門驅(qū)動器50產(chǎn)生用于可控開關(guān)61和62的控制信號，使得當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)61處于不導(dǎo)電狀態(tài)時第二開關(guān)62處于導(dǎo)電狀態(tài)。
從而，在第一操作狀態(tài)中，節(jié)點A連接到高電源電壓電平VHIGH，且在第一電源輸入端11和輸出端13之間產(chǎn)生電流IH。借助電感器64濾波，并且根據(jù)相對于高電源電壓電平VHIGH的輸出端13的電壓電平，通常情況下這產(chǎn)生上升的輸出電流IOUT，在圖5中由線65a和65b表示。在第二操作狀態(tài)中，節(jié)點A連接到低電源電壓VLOW，且在第二電源輸入端12和輸出端13之間產(chǎn)生電流IL。借助電感器64濾波，通常情況下這產(chǎn)生下降的輸出電流IOUT，在圖5中由線66a和66b表示。應(yīng)當(dāng)注意在圖4所示出的設(shè)置中，輸出電流IOUT能夠經(jīng)過零并且改變方向。也可以操作驅(qū)動器50，使得輸出電流IOUT總是正的或負(fù)的，即不改變方向。在該情況下，一個開關(guān)可以總是保持OFF，或者可以由不可控開關(guān)代替，甚至可以由二極管代替。參照圖4，假定電流是正的(即從第一電源輸入端11向輸出端13流動)，并且當(dāng)?shù)诙_關(guān)62處于不導(dǎo)電狀態(tài)時第一開關(guān)61處于導(dǎo)電狀態(tài)。那么，電流幅度將增加(圖5中的線65b)?，F(xiàn)在當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)61切換到不導(dǎo)電狀態(tài)時，而第二開關(guān)62保持在不導(dǎo)電狀態(tài)，具有減小幅度的正電流從第二電源輸入端12經(jīng)由開關(guān)62的二極管流到輸出端13。顯然如果用二極管來代替第二開關(guān)62可以實現(xiàn)相同的效果。同樣，顯然如果第二開關(guān)62切換到導(dǎo)電狀態(tài)那么可以更有效地實現(xiàn)相同的效果。
例如由輸出電流傳感器67測量輸出電流IOUT，所述輸出電流傳感器67產(chǎn)生用于表明所測量輸出電流的信號SM，其被提供給窗口比較器30的測得信號輸入端36。
窗口比較器30具有用于接收第一邊界輸入信號SBH的第一輸入端32，和用于接收第二邊界輸入信號SBL的第二輸入端33，其中所述第一邊界電平SBH比第二邊界電平SBL要高。在下面，這兩個邊界電平將分別被表示為高邊界電平SBH和低邊界電平SBL。
窗口比較器30把所測量的信號SM與分別在第一和第二輸入端32和33所接收的兩個邊界電平SBH和SBL相比較。應(yīng)當(dāng)注意，為了窗口比較器30能把所測量的輸出信號SM與邊界電平SBH和SBL相比較，所測量的輸出信號SM應(yīng)當(dāng)具有與所述邊界電平相同的維數(shù)，即它們應(yīng)當(dāng)都是電流信號或電壓信號。因此，例如如果邊界電平SBH和SBL被定義為電壓域中的信號，那么輸出傳感器67也應(yīng)當(dāng)將其輸出信號SM作為電壓域中的信號提供。
參考圖5，操作如下。假定所測量的輸出電流IOUT在由邊界SBH和SBL所定義的窗口之內(nèi)，并且門驅(qū)動器50處于第一操作狀態(tài)，從而輸出電流IOUT是上升的，如圖5中的線65a所表示。這種情況繼續(xù)，直到在時間t1所測量的輸出信號SM變?yōu)榈扔诟哌吔珉娖絊BH。在那時，窗口比較器30產(chǎn)生用于門驅(qū)動器50的輸出信號，使得所述門驅(qū)動器50切換到第二操作狀態(tài)。因此，輸出電流IOUT下降，如圖5中的線66a所表示。
這種情況繼續(xù)，直到在時間t2到達(dá)低邊界電平SBL?，F(xiàn)在窗口比較器30產(chǎn)生用于門驅(qū)動器50的輸出信號，使得所述門驅(qū)動器50再次切換其操作狀態(tài)，即再次進(jìn)入第一操作狀態(tài)，從而輸出電流IOUT再次上升，由圖5中的線65b表示。
在大于輸出電流IOUT的周期的時間尺度上，輸出電流IOUT具有近似對應(yīng)于0.5·(SBH+SBL)的平均值IOUT，AV，不過IOUT，AV的確切值將取決于負(fù)載的特性。
在已知的轉(zhuǎn)換器單元中，窗口比較器30具有分別連接到邊界產(chǎn)生器20的輸出端22和23的輸入端32和33，所述邊界產(chǎn)生器20的輸入端21與所述轉(zhuǎn)換器單元10的目標(biāo)輸入端16耦合。邊界產(chǎn)生器20被設(shè)計成根據(jù)在其輸入端21所接收的目標(biāo)信號STARGET，來分別在其輸出端22和23產(chǎn)生高邊界電平信號SBH和低邊界電平信號SBL。這可以依照多種方式來完成。在圖6A中所圖示的第一示例性實施例中，邊界產(chǎn)生器20適于依照公式SBH＝STARGET+S1；SBL＝STARGET-S2來產(chǎn)生其輸出信號，其中S1和S2是可以彼此相等的恒定值。從而在此例子中，如圖6A中所圖示，窗口邊界SBH和SBL遵循目標(biāo)信號STARGET的形狀。此圖還示出了所產(chǎn)生的輸出電流IOUT的波形?？梢钥闯銎骄礗OUT，AV基本上等于目標(biāo)信號STARGET。
在圖6B中所圖示的另一示例性實施例中，邊界產(chǎn)生器20保證高邊界電平SBH總是正的并且低邊界SBL總是負(fù)的。只要目標(biāo)信號STARGET在零之上，那么低邊界電平SBL具有在零以下的恒定值S2C，同時選擇高邊界電平S1使得S1和S2C的平均值對應(yīng)于目標(biāo)信號STARGET。當(dāng)目標(biāo)信號STARGET是負(fù)的時，反過來也是成立的，即高邊界電平SBH具有恒定的正值S1C，而低邊界電平SBL具有值S2，值S2被選擇成使得S2和S1C的平均值對應(yīng)于目標(biāo)信號STARGET。在這種情況下，輸出電流IOUT的平均值IOUT，AV也將基本上對應(yīng)于目標(biāo)信號STARGET。
上述說明描述了獨立的轉(zhuǎn)換器單元10的操作。照此，上面給出的說明可以被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。
為了轉(zhuǎn)換器單元10能夠應(yīng)用于如在圖3中所圖示的依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器組件1中，所述轉(zhuǎn)換器單元10具有控制輸入端14、控制輸出端15和滯后控制級70，如在圖7的一部分中所圖示。轉(zhuǎn)換器單元10設(shè)計成在其控制輸出端15產(chǎn)生同步控制輸出信號SC，OUT，所述同步控制輸出信號SC，OUT表示所測量的輸出信號SM分別變?yōu)榈扔诟哌吔珉娖絊BH或低邊界電平SBL的時刻t1、t2，或者一般說來用于表明所測量輸出信號SM改變符號的時間導(dǎo)數(shù)。在圖7所圖示的實施例中，控制輸出端15與窗口比較器30的控制輸出端35耦合；然而，也可以從另一源(例如門驅(qū)動器50，或例如電流傳感器67)中導(dǎo)出所述控制輸出信號SC， OUT。
控制輸出端15可以是單個的輸出端，而控制輸出信號SC，OUT可以是示出用于表明不同事件的不同值的信號。例如，除t1和t2之外輸出信號SC，OUT可以具有恒定值，例如零值，并且可以在時間t1表現(xiàn)出具有第一特性的信號脈沖，而在時間t2表現(xiàn)出具有第二特性的信號脈沖。例如，在時間t1所述脈沖可以是正的，而在時間t2所述脈沖可以是負(fù)的，反之亦然?；蛘?，這些脈沖可以具有相同的符號但是高度不同?；蛘?，這些脈沖可以具有相同的符號但是持續(xù)時間不同。
控制輸出端15實際上也可以由兩條線構(gòu)成，一條線承載表示時間t1的信號，而另一條線承載表示時間t2的信號，在這種情況下在這兩條線上的控制信號可以是相同的，這是因為它們被不同的線所承載，所以可以被區(qū)分。
同樣，控制輸入端14可以是單個輸入端，或?qū)?yīng)于控制輸出端15的配置，是包括兩條輸入線的輸入端，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。
在下面對滯后控制級70的示例性實施例的說明中，假定信號SBH、SBL和SM是電壓域中的信號。圖7圖示了滯后控制級70包括第一斜坡電壓產(chǎn)生器71和第二斜坡電壓產(chǎn)生器72。滯后控制級70還包括第一加法器73和第二加法器74。第一加法器73具有與邊界產(chǎn)生器20的第一輸出端22耦合的一個輸入端，用于接收高邊界信號SBH，還具有與第一斜坡電壓產(chǎn)生器71的輸出端耦合的第二輸入端，用于接收第一斜坡電壓VRH，并且具有與窗口比較器30的第一輸入端32耦合的輸出端，用于提供傾斜高邊界信號S’BH。同樣，第二加法器74具有與邊界產(chǎn)生器20的第二輸出端23耦合的輸入端，用于接收低邊界信號SBL，與第二斜坡電壓產(chǎn)生器72的輸出端耦合的第二輸入端，用于接收第二斜坡電壓VRL，和與窗口比較器30的第二輸入端33耦合的輸出端，用于提供傾斜低邊界信號S’BL。從而在窗口比較器30的第一輸入端32所接收的斜坡高邊界信號S’BH是在邊界產(chǎn)生器20的第一輸出端22所產(chǎn)生的原始高邊界電平信號SBH與由第一斜坡電壓產(chǎn)生器71所輸出的第一傾斜電壓VRH的總和，而在所述窗口比較器30的第二輸入端33所接收的低邊界電平S’BL是在所述邊界產(chǎn)生器20的第二輸出端23所產(chǎn)生的原始低邊界電平信號SBL與由所述第二斜坡電壓產(chǎn)生器72所產(chǎn)生的第二傾斜電壓VRL的總和。
每個斜坡電壓產(chǎn)生器能夠產(chǎn)生緩慢增加或降低的輸出信號，當(dāng)所述斜坡電壓產(chǎn)生器接收第一命令信號或觸發(fā)信號時開始，并且當(dāng)所述斜坡電壓產(chǎn)生器接收第二命令信號或復(fù)位信號時復(fù)位。從而，所產(chǎn)生的信號具有鋸齒形狀，據(jù)此斜坡電壓產(chǎn)生器還可以被表示為鋸齒波產(chǎn)生器。
圖8圖示了在特定轉(zhuǎn)換器單元(例如10i；參見圖3)中的斜坡電壓產(chǎn)生器71和72的操作與時間的關(guān)系。
曲線81表明在被表示為SM-1的組件中前一轉(zhuǎn)換器單元(例如10i-1；參見圖3)的所測量的輸出信號。當(dāng)此測量的信號顯然遇到前一轉(zhuǎn)換器單元的高邊界電平并且從增加轉(zhuǎn)為降低時的時間被表示為t1-1，而當(dāng)所測量的前一級輸出信號SM遇到前一轉(zhuǎn)換器單元的低邊界電平并且從降低轉(zhuǎn)為增加時的時間被表示為t2-1。應(yīng)當(dāng)注意，為了簡明起見，在圖8中沒有示出前一轉(zhuǎn)換單元的高和低邊界電平。
曲線82表示在輸入端14從前一轉(zhuǎn)換器單元所接收的可能的控制輸入信號SC，IN，其是前一轉(zhuǎn)換器單元的輸出端15i-1的輸出信號。在此例子中，輸入控制信號SC，IN具有表示第一時間t1-1的負(fù)脈沖，并且在時間t2-1具有正脈沖。
曲線83圖示了由窗口比較器30在其第一輸入端32所接收的高邊界電平信號S’BH。曲線83表示此高邊界電平S’BH是恒定的直到時間t1-1，在時間t1-1第一斜坡電壓產(chǎn)生器71被觸發(fā)并且高邊界電平S’BH開始下降。
曲線85圖示了在窗口比較器30的第二輸入端33所接收的低邊界電平S’BL?？梢钥闯龃说瓦吔珉娖絊BL是恒定的直到時間t2-1，在時間t2-1第二斜坡電壓產(chǎn)生器72被觸發(fā)并且低邊界電平S’BL開始上升。
曲線84圖示了由輸出電流傳感器67所生成并且在窗口比較器30的測量信號輸入端36所接收的測量輸出信號SM。可以看出所測量的輸出信號SM是上升的，直到時間t1，此時所測量的輸出信號SM變?yōu)榈扔谙陆档母哌吔珉娖絊’BH。在此時，如先前所解釋，窗口比較器30向門驅(qū)動器50發(fā)送命令信號，所述門驅(qū)動器50改變其操作狀態(tài)，使得輸出電流IOUT的斜率轉(zhuǎn)變方向，即所測量的輸出信號SM開始下降。
在時間t2，下降的輸出信號SM遇見上升的低邊界電平S’BL，此時窗口比較器30向門驅(qū)動器50發(fā)送第二命令信號，所述門驅(qū)動器50再次改變其操作狀態(tài)，使得輸出信號SM開始再次上升。
在時間t1，當(dāng)上升的輸出信號SM遇見下降的高邊界電平S’BH時，可以把第一斜坡電壓產(chǎn)生器71復(fù)位為零直到下次出現(xiàn)負(fù)的輸入控制脈沖SC，IN，如曲線83中的A所表示。然而，所述斜坡電壓產(chǎn)生器71也可以在時間t2-1時停止，并且在時間t1-1時由SC，IN的起始脈沖復(fù)位，如曲線83中的B所表示?；蛘撸逼码妷寒a(chǎn)生器71可以在時間t1繼續(xù)，直到它被SC，IN的觸發(fā)脈沖復(fù)位，如曲線83中的C所圖示。加以必要的變更，對于第二斜坡電壓產(chǎn)生器72情況也一樣，但是這在圖8中并沒有圖示。
由第一和第二斜坡電壓產(chǎn)生器71、72所產(chǎn)生的斜坡電壓VRH和VRL的斜率可以彼此相等，但是這些斜率也可以彼此不等。
由第一斜坡電壓產(chǎn)生器71所產(chǎn)生的斜坡電壓VRH的斜率可以是恒定的。然而優(yōu)選地是，此斜率與輸入電壓VHIGH和輸出端13處的輸出電壓之間的差成比例。對于由第二斜坡電壓產(chǎn)生器72所產(chǎn)生的第二斜坡電壓VRL情況也一樣。為此，斜坡電壓產(chǎn)生器71和72可以具有與電源輸入端11、12和輸出端13耦合的輸入端，但是為了簡明在圖7中并沒有示出。
圖7和8圖示了怎樣由前一轉(zhuǎn)換器單元10i-1的控制信號SC，IN來控制轉(zhuǎn)換器單元10i的門驅(qū)動器50i的定時。在穩(wěn)態(tài)中，兩個鄰近轉(zhuǎn)換器單元10i和10i-1將表現(xiàn)出近乎固定的相位關(guān)系，如由圖9所解釋，圖9以較大比例示出了圖8的信號SM、S’BH和S’BL。在圖9中，實線84圖示了穩(wěn)態(tài)的測量輸出信號SM，而實線83圖示了穩(wěn)態(tài)的高邊界電平S’BH。假定前一控制單元略先于目前的轉(zhuǎn)換器單元，或者目前的轉(zhuǎn)換器單元10略滯后于前一轉(zhuǎn)換器單元。這種情況由圖9中的短劃線93圖示，所述短劃線93表明了第一斜坡電壓產(chǎn)生器比穩(wěn)態(tài)情況被更早地觸發(fā)?，F(xiàn)在，上升的輸出信號(線84a)將在時間t3遇見高邊界電平S’BH，所述時間t3比穩(wěn)態(tài)情況的時間t1略早。從而，輸出信號將比在穩(wěn)態(tài)情況中更早下降(短劃線94)。于是輸出信號短暫地具有略低的幅度以及略高的頻率，這減小了相對于前一轉(zhuǎn)換器單元的滯后。加以必要的變更，當(dāng)前一轉(zhuǎn)換器單元相對于目前轉(zhuǎn)換器單元滯后時，情況也是如此。
參考圖7、8和9，已經(jīng)解釋了怎樣由前一轉(zhuǎn)換器單元來控制一個轉(zhuǎn)換器單元10的門驅(qū)動器50的定時。也解釋了結(jié)果將是這兩個轉(zhuǎn)換器單元的輸出電流之間基本上固定的相位關(guān)系。此解釋適用于在轉(zhuǎn)換器組件中每對兩個鄰近的轉(zhuǎn)換器單元，但是為了簡明在圖8中沒有示出。從而，在起動階段之后，所有轉(zhuǎn)換器單元彼此將具有基本上固定的相位關(guān)系?？梢允境?，在穩(wěn)態(tài)情況中，假定轉(zhuǎn)換器組件中的所有轉(zhuǎn)換器單元基本上是相同的，兩個相鄰轉(zhuǎn)換器單元之間的相位差基本上等于360°/N，N是轉(zhuǎn)換器組件中轉(zhuǎn)換器單元的數(shù)目。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換器組件的整體輸出電流-所有單個轉(zhuǎn)換器單元的單個輸出電流的總和-將只有非常小的波紋振幅。
圖10是示意地圖示了窗口比較器30和門驅(qū)動器50的可能實施例的框圖。在此實施例中，窗口比較器30包括第一電壓比較器37和第二電壓比較器38，而門驅(qū)動器50包括RS觸發(fā)器57。第一比較器37具有與窗口比較器30的第一輸入端32耦合的反相輸入端，具有與所述窗口比較器30的測量信號輸入端36耦合的非反相輸入端，并且具有與RS觸發(fā)器57的R輸入端耦合的輸出端。第二比較器38具有與窗口比較器30的第二輸入端32耦合的非反相輸入端，具有與所述窗口比較器30的測量信號輸入端36耦合的反相輸入端，并且具有與RS觸發(fā)器57的S輸入端耦合的輸出端。RS觸發(fā)器57的Q輸出端向第一開關(guān)61提供驅(qū)動信號，而RS觸發(fā)器57的Q輸出端向第二開關(guān)62提供驅(qū)動信號。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，本發(fā)明不局限于上述示例性實施例，在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和修改。
例如，在參考圖7和8所討論的本優(yōu)選實施例中，斜坡電壓被加到高邊界電平SBH以及低邊界電平SBL。然而，盡管這是優(yōu)選的，不過在備選實施例中這種斜坡電壓可以只被施加于邊界電平之一。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖7的例子中，第一斜坡電壓產(chǎn)生器71的輸出電壓VRH具有負(fù)斜率，即慢慢減小的幅度?；蛘撸谝恍逼码妷寒a(chǎn)生器71可以像第二斜坡電壓產(chǎn)生器72一樣提供具有正斜率的斜坡電壓，在這種情況下第一加法器73應(yīng)當(dāng)由減法器代替。反之，第二斜坡電壓產(chǎn)生器72可以像第一斜坡電壓產(chǎn)生器71一樣提供具有負(fù)斜率的斜坡電壓，在這種情況下第二加法器74應(yīng)當(dāng)由減法器代替。
還應(yīng)當(dāng)注意，滯后控制級70可以被集成到邊界產(chǎn)生器20或窗口比較器30中。邊界產(chǎn)生器20、滯后控制級70、窗口比較器30和甚至可能開關(guān)驅(qū)動器50也可以集成到一個單元中。
此外，信號SBH、SBL和SM例如可以是電流域中的信號；對滯后控制級70設(shè)計的相應(yīng)修正對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。
在上述描述中，對于具有兩個串聯(lián)連接的可控開關(guān)61和62的轉(zhuǎn)換器解釋了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不局限于具有兩個串聯(lián)連接的可控開關(guān)的裝置；如果只有一個所述開關(guān)是可控的話，也是足夠的。例如，參考圖4，第二開關(guān)62可以由其陰極指向節(jié)點A的二極管(不可控的)來代替，或者第一開關(guān)61可以由其陽極指向節(jié)點A的二極管(不可控的)(反向類型(buck-type)轉(zhuǎn)換器)來代替。由于此類型的轉(zhuǎn)換器本身是已知的，同時對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然本發(fā)明的要旨也適用于這種類型的轉(zhuǎn)換器，所以這里不必非常詳細(xì)地討論這種轉(zhuǎn)換器的操作。然而應(yīng)當(dāng)注意，在這種情況下相應(yīng)電流并非是滯后控制的。例如，如果第二開關(guān)62由其陰極指向節(jié)點A的(不可控的)二極管代替，則只對變?yōu)榈扔诟哌吔珉娖降纳仙娏鲌?zhí)行滯后控制，同時對高邊界電平或測量信號應(yīng)用斜坡電壓校正。下降電流的低邊界電平總是為零?？梢砸勒丈鲜龇绞綑z測何時下降電流變?yōu)榈扔诹悖窃谔厥馇闆r中也可以依照其它方式進(jìn)行。參考圖7和8，顯然產(chǎn)生斜坡電壓，以便分別減小輸出電流測量信號SM和高邊界電平SBH或低邊界電平SBL之間的差異。在所論述的實施例中，這通過分別降低高邊界電平SBH并且增加低邊界電平SBL來實現(xiàn)。降低高邊界電平SBH通過向高邊界電平SBH增加負(fù)的斜坡電壓VRH來實現(xiàn)；在被認(rèn)為是等效的備選實施方式中，可以從所述高邊界電平SBH中減去正的斜坡電壓。增加低邊界電平SBL通過向低邊界電平SBL增加正的斜坡電壓VRL來實現(xiàn)；在被認(rèn)為是等效的備選實施方式中，可以從所述低邊界電平SBL中減去負(fù)的斜坡電壓。
在備選實施例中，所述差異可以通過當(dāng)上升時(圖5中的曲線65)增加測量信號SM，并且當(dāng)下降時(圖5中的曲線66)降低測量信號SM來減小。當(dāng)上升時增加測量信號SM可以通過減去負(fù)的斜坡電壓VRH，或等效地通過增加正的斜坡電壓來實現(xiàn)。當(dāng)下降時減小測量信號SM可以通過減去正的斜坡電壓VRL，或等效地通過增加負(fù)的斜坡電壓來實現(xiàn)。這種實施方式特別適用于不可以修改邊界產(chǎn)生器的輸出信號的情況，例如邊界產(chǎn)生器和窗口比較器實現(xiàn)為一個集成電路的(現(xiàn)有)情況。在此情況下，也可以只對一個電平執(zhí)行滯后控制，即只對上升電流或下降電流執(zhí)行。
在上述描述中，已經(jīng)對于半橋配置中的實施方式解釋了本發(fā)明。然而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，本發(fā)明還可以在完整橋式配置中實現(xiàn)。
在上述中，已經(jīng)參考框圖解釋了本發(fā)明，所述框圖舉例說明了依照本發(fā)明裝置的功能塊。應(yīng)當(dāng)理解，這些功能塊的一個或多個可以用硬件來實現(xiàn)，其中這種功能塊的功能由單個硬件部件來執(zhí)行，但是這些功能塊的一個或多個也可以用軟件來實現(xiàn)，以便這種功能塊的功能由計算機(jī)程序的一個或多個程序行或可編程裝置來執(zhí)行，所述可編程裝置是諸如微處理器、微控制器等。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)式電源組件(1)，包括至少兩個以環(huán)形結(jié)構(gòu)彼此耦合的開關(guān)式電源模塊(10)；每個電源模塊(10i)包括同步控制裝置，用來產(chǎn)生用于下一相鄰模塊(10i+1)的同步控制信號，并且用來從前一相鄰模塊(10i-1)接收同步控制信號，以便確保所有模塊交錯操作。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所有電源模塊(10)互相都是等同的。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10i)包括目標(biāo)信號輸入端(16i)，所有電源模塊的所有目標(biāo)信號輸入端并聯(lián)連接到一個共用的目標(biāo)信號源(STARGET)。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10i)包括電流輸出端(13i)，所有電源模塊的所有電流輸出端并聯(lián)連接到一個共用的組件輸出端(3)。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10i)包括第一電源輸入端(11i)和第二電源輸入端(12i)，所有電源模塊的所有第一電源輸入端并聯(lián)連接到一個共用的高壓電源(VHIGH)，并且所有電源模塊的所有第二電源輸入端并聯(lián)連接到一個共用的低壓電源(VLOW)。
6.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10i)包括控制輸入端(14i)和控制輸出端(15i)，所有控制輸入端(14i；141)與前一相鄰模塊(10i-1；10N)的控制輸出端(15i-1；15N)耦合，并且所有控制輸出端(15i；15N)與下一相鄰模塊(10i+1；101)的控制輸入端(14i+1；141)耦合。
7.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10)還包括電流傳感器(67)，用于產(chǎn)生表示所述模塊輸出端(13)處的輸出電流的測量信號(SM)；其中每個電源模塊(10)還包括電流產(chǎn)生裝置，所述電流產(chǎn)生裝置能夠在第一操作狀態(tài)下操作，在該狀態(tài)中所述電流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生具有正導(dǎo)數(shù)的輸出電流，并且所述電流產(chǎn)生裝置能夠在第二操作狀態(tài)下操作，在該狀態(tài)中所述電流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生具有負(fù)導(dǎo)數(shù)的輸出電流；所述電流產(chǎn)生裝置適于當(dāng)上升的測量信號(SM)變?yōu)榈扔诟哌吔缧盘?S’BH)時從其第一操作狀態(tài)切換到其第二操作狀態(tài)，并且適于當(dāng)下降測量信號(SM)變?yōu)榈扔诘瓦吔缧盘?S’BL)時從其第二操作狀態(tài)切換到其第一操作狀態(tài)；其中每個電源模塊(10)還包括滯后控制級(70)。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10)包括邊界產(chǎn)生器(20)，該邊界產(chǎn)生器(20)具有與目標(biāo)信號輸入端(16)耦合的輸入端(21)，適于根據(jù)在所述輸入端(21)接收的目標(biāo)信號(STARGET)在第一邊界產(chǎn)生器輸出端(22)產(chǎn)生高邊界信號(SBH)以及在第二邊界產(chǎn)生器輸出端(23)產(chǎn)生低邊界信號(SBL)；其中所述滯后控制級(70)適于控制上升測量信號(SM)和所述高邊界信號(SBH)之間的差異，并且適于控制下降測量信號(SM)和所述低邊界信號(S’BL)之間的差異。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述滯后控制級(70)具有與邊界產(chǎn)生器(20)的第一邊界產(chǎn)生器輸出端(22)耦合的第一輸入端和與第二邊界產(chǎn)生器輸出端(23)耦合的第二輸入端，分別用于接收高邊界信號(SBH)和低邊界信號(SBL)，并且具有分別用于提供受滯后控制的高邊界信號(S’BH)的第一輸出端和用于提供受滯后控制的低邊界信號(S’BL)的第二輸出端。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述滯后控制級(70)包括第一斜坡電壓產(chǎn)生器(71)，用于產(chǎn)生具有增加幅度的第一斜坡電壓(VRH)，還包括將高邊界信號(SBH)減小所述第一斜坡電壓(VRH)的幅度的裝置(73)。
11.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述滯后控制級(70)包括第二斜坡電壓產(chǎn)生器(72)，用于產(chǎn)生具有增加幅度的第二斜坡電壓(VRL)，還包括將低邊界信號(SBL)增加所述第二斜坡電壓(VRL)的幅度的裝置(74)。
12.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中每個電源模塊(10i)包括控制輸入端(14i)和控制輸出端(15i)，每個控制輸入端(14i；141)與前一相鄰模塊(10i-1；10N)的控制輸出端(15i-1；15N)耦合，并且每個控制輸出端(15i；15N)與下一相鄰模塊(10i+1；101)的控制輸入端(14i+1；141)耦合；每個電源模塊(10)還適于在其電源輸出端(15)產(chǎn)生第一控制輸出信號(SC，OUT)，用于指示所述電流產(chǎn)生裝置從其第一操作狀態(tài)切換到其第二操作狀態(tài)的時刻(t1)，還適于產(chǎn)生第二控制輸出信號(SC， OUT)，用于指示所述電流產(chǎn)生裝置從其第二操作狀態(tài)切換到其第一操作狀態(tài)的時刻(t2)。
13.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中滯后控制級(70)包括第一加法器(73)，該第一加法器(73)具有與邊界產(chǎn)生器(20)的第一輸出端(22)耦合的一個輸入端并且具有與斜坡電壓產(chǎn)生器(71)的輸出端耦合的另一輸入端，所述斜坡電壓產(chǎn)生器(71)由在相應(yīng)電源模塊(10)的控制輸入端(14)所接收的第一控制輸入來觸發(fā)，所述第一加法器(73)具有與滯后控制級(70)的第一輸出端耦合的輸出端，用于提供受滯后控制的高邊界信號(S’BH)。
14.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中滯后控制級(70)包括第二加法器(74)，該第二加法器(74)具有與邊界產(chǎn)生器(20)的第二輸出端(23)耦合的一個輸入端并且具有與斜坡電壓產(chǎn)生器(72)的輸出端耦合的另一輸入端，所述斜坡電壓產(chǎn)生器(72)由在相應(yīng)電源模塊(10)的控制輸入端(14)所接收的第二控制輸入來觸發(fā)，所述第二加法器(74)具有與滯后控制級(70)的第二輸出端耦合的輸出端，用于提供受滯后控制的低邊界信號(S’BL)。
15.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述電流產(chǎn)生裝置包括在第一電源輸入端(11)和第二電源輸入端(12)之間串聯(lián)耦合的兩個可控開關(guān)(61，62)，所述開關(guān)之間的節(jié)點(A)與所述模塊輸出端(13)耦合；開關(guān)驅(qū)動器(50)，具有與相應(yīng)開關(guān)(61，62)的控制輸入端耦合的輸出端(52，53)，所述開關(guān)驅(qū)動器(50)能夠在第一操作狀態(tài)下操作，在所述第一操作狀態(tài)中所述開關(guān)驅(qū)動器(50)產(chǎn)生控制輸出信號使得當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)(61)處于導(dǎo)電狀態(tài)時第二開關(guān)(62)是不導(dǎo)電的，并且所述開關(guān)驅(qū)動器(50)能夠在第二操作狀態(tài)下操作，在所述第二操作狀態(tài)中所述開關(guān)驅(qū)動器(50)產(chǎn)生控制輸出信號使得當(dāng)所述第二開關(guān)(62)處于導(dǎo)電狀態(tài)時第一開關(guān)(61)是不導(dǎo)電的；窗口比較器(30)，具有高邊界輸入端(32)和低邊界輸入端(33)、與所述開關(guān)驅(qū)動器(50)的控制輸入端(51)耦合的控制輸出端(34)，和耦合成從所述電流傳感器(67)接收測量信號(SM)的測量信號輸入端(36)；其中所述窗口比較器(30)適于產(chǎn)生第一控制信號，用于當(dāng)所述下降測量信號(SM)變?yōu)榈扔谄涞瓦吔巛斎攵?33)的信號電平(S’BL)時命令所述開關(guān)驅(qū)動器(50)進(jìn)入其第一操作狀態(tài)，并且還適于產(chǎn)生第二控制信號，用于當(dāng)所述上升測量信號(SM)變?yōu)榈扔谄涓哌吔巛斎攵?32)的信號電平(S’BH)時命令所述開關(guān)驅(qū)動器(50)進(jìn)入其第二操作狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求15所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述窗口比較器(30)具有與滯后控制級(70)的輸出端耦合的輸入端(32，33)。
17.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述電流產(chǎn)生裝置包括在第一電源輸入端(11)和第二電源輸入端(12)之間串聯(lián)耦合的可控開關(guān)(61；62)和二極管，所述開關(guān)和所述二極管之間的節(jié)點(A)與所述模塊輸出端(13)耦合；開關(guān)驅(qū)動器(50)，具有與開關(guān)(61；62)的控制輸入端耦合的輸出端(52；53)，所述開關(guān)驅(qū)動器(50)能夠在第一操作狀態(tài)下操作，在所述第一操作狀態(tài)中所述開關(guān)驅(qū)動器(50)產(chǎn)生控制輸出信號，使得開關(guān)(61；62)處于導(dǎo)電狀態(tài)，并且所述開關(guān)驅(qū)動器(50)能夠在第二操作狀態(tài)下操作，在所述第二操作狀態(tài)中所述開關(guān)驅(qū)動器(50)產(chǎn)生控制輸出信號，使得所述開關(guān)(61；62)是不導(dǎo)電的；窗口比較器(30)，具有至少一個邊界輸入端(32)、與所述開關(guān)驅(qū)動器(50)的控制輸入端(51)耦合的控制輸出端(34)，和耦合成從所述電流傳感器(67)接收所述測量信號(SM)的測量信號輸入端(36)；其中所述窗口比較器(30)適于當(dāng)所述測量信號(SM)變?yōu)榈扔谄渲辽僖粋€邊界輸入端(32)處的信號電平(S’BH)時產(chǎn)生用于所述開關(guān)驅(qū)動器(50)的控制信號。
18.如先前權(quán)利要求中任何一個所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述電源模塊被實現(xiàn)為DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊。
19.如先前權(quán)利要求中任何一個所述的開關(guān)式電源組件(1)，其中所述電源模塊被實現(xiàn)為DC/AC反相器模塊。
20.一種太陽能電池組件，包括升壓轉(zhuǎn)換器，用于向上變換太陽能電池的輸出電壓，具有與DC/AC反相器耦合的輸出電壓，其中所述放大轉(zhuǎn)換器或所述反相器或此二者包括如先前權(quán)利要求中任何一個所述的開關(guān)式電源組件(1)。
21.一種用于驅(qū)動諸如氣體放電燈之類的燈的驅(qū)動器，包括如先前權(quán)利要求中任何一個所述的開關(guān)式電源組件(1)作為用于產(chǎn)生所述燈的電源電流的DC/AC反相器。
22.一種用于傳動控制設(shè)備的致動器，包括如先前權(quán)利要求中任何一個所述的開關(guān)式電源組件(1)。
全文摘要
描述了一種開關(guān)式電源組件(1)，包括至少兩個電源模塊(10)。每個電源模塊(10)彼此循環(huán)地耦合。每個電源模塊(10
文檔編號H02J1/00GK1820405SQ200480019513
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者M·A·M·亨德里西, R·凡德瓦爾, J·J·萊杰森, J·A·M·凡爾普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司