[发明专利]用于控制多相同步转换器的方法

说明书

本发明涉及一种多相同步转换器，该多相同步转换器取决于从0至100％的范围内的预定占空比的脉宽调制来控制，该多相同步转换器由多个半桥构成，而半桥又由一个上部功率开关和一个下部功率开关组成。该多相同步转换器生成输出电流并且在正常模式中操作，在该正常模式中，所述功率开关以由预定的正常开关频率定义的正常开关周期和取决于当前占空比的正常脉冲历时来切换。一旦占空比超过上占空比阈值或低于下占空比阈值，该多相同步转换器就从正常模式切换到操作模式，在该操作模式中至少一个半桥的至少一个功率开关在大于正常开关周期的时间段上被持久地停用。

本发明涉及一种用于通过取决于从0至100％的范围内的预定占空比的脉宽调制来控制多相同步转换器的方法，该多相同步转换器由多个半桥构成，半桥又分别由一个上部功率开关和一个下部功率组成，其中从该同步转换器生成输出电流并且该多相同步转换器在正常模式下操作，在该正常模式中，所述功率开关以由预定的正常开关频率定义的正常开关周期和取决于当前占空比的正常脉冲历时来切换。

为了将直流电压转换到其他直流电压范围内，已知各种直流电压转换器(有时也称为直流电压变压器)。对于某些应用，例如电池充电器或电池测试仪，需要强大的还可以双向操作的直流电压转换器。双向直流电压转换器的一种可能实现是同步转换器，其是降压转换器，即，将输入电压转换成小于或最大等于输入电压的输出电压，或者反过来。为此使用半桥，其中半桥的两个功率开关由具有脉宽调制(PWM控制)的控制器来控制，以使得它们在由预定的开关频率确定的开关周期内与反相的开关脉冲交替地切换。因此，基本上总是半桥的一个功率开关导通，而另一个功率开关禁用。同步转换器的输出电压的电平由PWM控制的占空比规定来设定。占空比表示半桥的上部功率开关的脉冲历时与开关周期的比值。这些同步转换器也可以实施为多相转换器。在该实施例中，如已知的那样，各自具有两个功率开关的多个半桥通过半桥的输出扼流器并联连接并且通过PWM控制来顺序控制。因此，通常以开关周期的一小部分的偏移来对功率开关进行时钟控制，这主要是为了减少输出电流纹波。输出电流由具有固定采样率的多相同步转换器确定。为了确保每个采样点都落在电流平均值上，功率开关的时钟(控制)发生开关周期历时除以半桥数量的偏移。通过多相控制，可以在较小电流纹波的情况下生成较大的输出电流，或者可以减少这种多相转换器的总输出电流的开关频率，这实现了更简单的滤波器尺寸设计。最后但并非最不重要的一点是，在多相转换器中针对相同的功率范围可以使用更小的电容器。

然而，众所周知，半桥的上部功率开关和下部功率开关不能同时导通，因为否则同步转换器的电压输入端会短路。由于这个原因，不可能同时或直接相继地接通半桥的两个功率开关，因为否则例如由于纳秒/微秒范围内的切换延迟会导致两个开关短时间导通并且因此使输入端短路。补救措施是在半桥的上部功率开关和下部功率开关的切换之间插入死区时间。由此可以确保一个开关在另一个开关接通之前断开。然而，由于插入死区时间，总是会出现可达成的占空比的减小，因为可达成的最小和最大占空比以及因此最小和最大输出电压受到限制。因此，当用反相PWM信号进行控制时，同步转换器的覆盖电压范围减小，并且不可能输出非常小或非常高的电压。用反相PWM信号来控制半桥基本上具有电流在脉冲周期内可以在正值和负值之间连续变化的意义。由于在正常操作中两个功率开关总是交替地接通，因而不能精确地调节到或达到高或低输出电压，这是因为电压受到另一个功率开关的所需脉冲和由此产生的死区时间的影响。因此，没有理论上最大或最小可能的电压可以在输出侧输出而不会有一定的误差。虽然已知PWM控制至少使得能够产生100％的占空比，但是存在刚好低于100％的值的空隙。

因此，本发明的目的在于扩展直流电压转换器的可达成的电压范围。

该目的是通过以下方式来达成的：一旦占空比超过第一上占空比阈值或低于第一下占空比阈值，就从正常模式切换到操作模式，在该操作模式中至少一个半桥的至少一个功率开关在大于正常开关周期的时间段上被持久地停用。由此消除了原本必需的死区时间，该死区时间将导致占空比范围的减小以及电压范围的减小。