[发明专利]用于零电压切换的装置和方法

说明书

本申请公开用于零电压切换的装置和方法。在描述的示例中，功率因数校正即PFC装置、控制器(8)、以及用于操作无桥图腾柱功率因数校正转换器(2)的方法，其中检测AC即直流输入电压极性用于图腾柱电路的有源开关和续流开关的指定，标称的续流开关接通时间根据伏特乘以秒的平衡关系确定，以及感测指定的有源开关两端的电压并将其用于选择性地修改或偏移标称的续流开关接通时间，以提供用于下个切换周期期间的计算的续流开关接通时间以促进有源开关的零电压切换。

本申请是国际申请日为2014年12月19日、进入国家阶段日为2016年06月20日的名称为“用于零电压切换的装置和方法”的中国专利申请201480070081.0(PCT/US2014/071482)的分案申请。

背景技术

功率因数校正即PFC转换器常用作前端级，其后跟被调控的DC-DC转换器，用PFC级转换AC输入功率以提供DC输出电压。无桥PFC转换器省略输入整流桥并为许多消费品提供成本效率和高效的功率供应方案，例如服务器和电信功率设备、机顶盒、电视机以及显示器。使用过渡模式切换工作的图腾柱型PFC电路提供针对高效率的可能性，其中一个开关作为有源(active)开关操作，其用二极管或MOSFET返回电路形成初级电流通路，而第二图腾柱开关作为续流(freewheeling)开关或同步开关操作，并且有源开关和续流开关的作用随着输入电压在正极性和负极性之间切换而改变。然而高效率的可能性被有源器件的非零切换降低，当器件电压大于零时有源开关操作导致切换损耗，并且当器件电压为负时切换有源器件出现额外的传导损耗。氮化镓(GaN)图腾柱器件提供关于高频切换速度、低开态电阻(RDSON)和低反向恢复电荷的某些效益，其可用于改善PFC效率。然而，基于硅的MOSFET器件类型更常见，并且期望改善的控制技术和图腾柱PFC系统用于改善的效率，而不需要与使用GaN器件相关的附加成本和过程复杂性。

发明内容

在描述的示例中，提供控制技术和电路用于无桥图腾柱功率因数校正转换器以促进有源开关零电压切换，其中标称的续流开关接通时间根据每个切换周期中伏特乘以秒的平衡关系确定，并且基于有源开关两端的电压有选择地调整或偏移以用于下个切换周期。在某些实施例中，如果有源开关电压高于阈值，则续流开关接通时间增加，以及如果有源开关电压为负，则续流开关接通时间在下个切换周期减小。以这种方式，本公开的控制装置和方法促进围绕零电压切换操作的调节，并且可通过有选择地延迟有源开关的接通直到负的有源开关电压返回零来促进零电流切换。AC输入电压极性在某些实施例中被感测并用于指定有源开关和续流开关，并用于操作在每个AC输入半周期中所包括的任何返回电路开关。某些实施例基于感测单相有源开关电压为交错的多相PFC转换器提供有选择性的续流开关接通时间调整。

附图说明

图1为无桥图腾柱功率因数校正即PFC转换器的原理图，其具有使用可调整的续流开关接通时间控制的自适应零电压切换控制。

图2为另外的无桥图腾柱功率因数校正PFC转换器实施例的原理图，其使用MOSFET晶体管用于半周期线路整流。

图3为图1的PFC转换器中的电流流动原理图，其中用正的AC输入操作，有源下部开关接通和上部续流开关断开。

图4为图1的PFC转换器中的电流流动原理图，其中用正的AC输入操作，有源下部开关断开和上部续流开关接通。

图5为图1的PFC转换器中的电流流动原理图，其中用负的AC输入操作，有源上部开关接通和下部续流开关断开。

图6为图1的PFC转换器中的电流流动原理图，其中用负的AC输入操作，有源上部开关断开和下部续流开关接通。

图7为图1的无桥PFC转换器控制器中实施的过程的流程图，其用于自适应零电压切换。

图8为图1用于正AC输入半周期的具有PFC转换器的恒定有源开关接通时间控制的过渡模式操作的波形图。