[发明专利]交流/直流或直流/交流多相电源转换器的控制器

说明书

描述了一种用于具有N个电源转换器相的类型的交流转直流或直流转交流多相电源转换器的控制器，其中N大于或等于2。该控制器包括控制模块，控制模块被配置为改变或变化N个电源转换器相中的每一个的输入电流或输出电流的相移角，以使得所述N个电源转换器相中的每一个在控制模块交流线路周期内的平均相移值约为、接近或基本为相同的值。在具有并联布置的N个电源转换器相的类型的交流/直流或直流/交流多相电源转换器的实施例中，将每个电源转换器相的平均相移值设置为在交流线路周期内基本相等或大约相等的优点是减少或消除了N个电源转换器相的输入电流或输出电流中的任何不平衡。在优选的布置中，控制模块使用相应的脉宽调制开关控制信号在每个交流线路周期上变化N个电源转换器相中的每一个的输入电流或输出电流的相移角。

技术领域

本发明总体上涉及用于交流转直流或直流转交流多相电源转换器的控制器，更具体地涉及一种用于在多个电源转换器相之间共享或平衡电流的交流转直流或直流转交流多相电源转换器的控制器。

背景技术

传统上，单相电源转换器已被普遍使用。但是，这样的转换器越来越不能满足许多现代电子设备的高功率额定值和高功率密度要求。多相电源转换器是功率额定值和功率密度问题的主要解决方案之一，但是多相电源转换器遇到的一个问题是，各相之间可能会出现电流不平衡，从而导致电源转换器故障。

现在，多相电源转换器被广泛用作诸如计算机系统之类的电子设备的电源，以例如为微处理器提供稳定的电压。可以发现以并联布置的两相或更多相运行的多相电源转换器拓扑结构布置在功耗随时间增加的系统中。例如计算机服务器和大型通信系统，其中可能会添加新的系统块(单元)以增强系统的功能，因而需要增加电源容量。

与传统的转换器相比，多相电源转换器具有许多优点，例如体积减小和高效率。多相电源转换器通常由N个并联排列的相同拓扑(相)组成，所述拓扑(相)的脉宽调制(PWM)开关控制信号相对彼此的固定相移为360°/N，其中N为相数。电源转换器相的交错操作可带来诸多好处，包括降低电流纹波和减小电感器体积。N相转换器中的元件的额定值应为电源转换器电流的1/N。但是，由于不同相之间可能存在的元件和/或开关周期偏差，如果不使用某些有源电流平衡/共享方案，则电流可能无法平均分配。因此，在许多现有可用的多相电源转换器中，构成级的元件的额定值必须远高于电源转换器电流的1/N，这导致需要使用比没有相之间准确而有效的电流平衡/共享时所需的元件更大、更昂贵的元件。

实现电流平衡/共享的常规方法是使用N个电流传感器，即每个相一个，每个相中的电流是独立控制的。但是，这大大增加了每个相所需的元件数量，并增加了控制相的计算复杂性。

US2009/167080是使用多个电流传感器的电源转换器的示例，每个电流传感器被配置为检测电源转换器的相应相的电流。多相转换器系统包括平衡电路，该平衡电路可以通过独立地调制多个相中的电流来平衡不同相中的电流。

US6246222描述了一种具有多个功率通道(相)的直流转直流(DC-DC)电源转换器和为每个功率通道生成脉宽调制控制信号的开关控制器。每个通道的相移角每隔相应个开关周期便会切换一次，但在开关周期内不会改变。该解决方案仅适用于直流转直流转换器，并且需要N个脉宽调制器来执行电流平衡。

M.Soldano等人的发表在2012年第二十七届IEEE年度应用电力电子会议及展览会(APEC)上的题为“A New Current Balancing Method for Digitally ControlledInterleaved PFC”的出版物描述了一个具有两个电流传感器的N相电源转换器，一个电流传感器用于电流整形，一个电流传感器用于电流平衡，但是每个相的相移角是固定的。此外，电源转换器需要N-1个附加控制环路来执行电流平衡。