CN103460582B - 用于多相功率转换器的数字相位调节 - Google Patents

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Abstract

一种多相功率转换器（600）包括相位控制电路（2）和谷切换锁定电路（6）中的一个或这二者。该相位控制电路测量第一相电路和第二相电路之间的相位差，并且改变第二相电路的驱动开关的接通持续时间，以产生并保持第一相电路和第二相电路之间的预定相位差。当该多相功率转换器以不连续操作模式进行操作时，所述谷切换锁定电路对第一相电路的输入电流的过零数目进行计数，并且阻塞来自与第二相电路相关联的波形发生器（即PWM驱动器）的第二过零检测信号直到第二相电路的输入电流具有与第一相电路输入电流的过零一样多的过零为止。

Description

用于多相功率转换器的数字相位调节
技术领域
本发明总体上涉及工作在过渡或不连续模式中的多相功率转换器。更特别地，本发明涉及保持多相功率转换器的各相之间的预定相位差以及以多相功率转换器的每个相在其固有频率来对多相功率转换器的每个相进行操作，以便增加效率并且降低由多相功率转换器产生的电磁噪声。
背景技术
期望并行地操作多个功率转换器相电路以改进效率、减小电流波纹并且增加该电流波纹的频率。减小的电流波纹连同增加的频率一起使电磁适应性（即电磁噪声）滤波器的设计变得容易，同时增加的效率降低了功率转换器对于给定功率转换级别的冷却需求（例如较小的散热片、以较低风扇速度运行功率转换器冷却风扇、和/或消除对功率转换器冷却风扇的需要）。
改进效率和电磁适应性（EMC）行为的一种技术是采用具有零电压和零电流切换的转换器拓扑结构。然而，这些拓扑结构常常展示可变的切换频率，这使得更难以使多个相同步（即以预定相位差（诸如异相180度）操作各相）。与此相反，固定切换频率功率转换器可以仅仅通过在各时间基础之间建立固定时间延迟而成为相控的。然而，因为相电路中的变化，所以在固定频率与多相功率转换器的所有相的固有频率不匹配的情况下，固定频率操作可以促使电磁噪声发射的稍稍增加以及非最优效率。
存在众所周知的用于校准可变频率多相功率转换器的各相（即并行转换器或相电路）的开环和闭环方法。开环方法基于对主相电路的时段的测量结果来生成固定延迟。然而，因为每个相电路的固有切换频率因为部件变化而不同，所以从转换器（即从相电路）不能以它们的固有频率运行。开环相控算法通过迫使从相以与主相相同的频率切换而使从相的固有频率超控（override）。结果，开环方法可以恶化多相功率转换器的EMC行为和转换效率，因为零电压和零电流切换条件在从相电路中不总被满足。
闭环方法调节从相电路的接通持续时间以获得固定相位关系。在闭环方法中，所有相以它们的固有频率进行操作，从而保持零电压和零电流切换。因此，使用相位校准的闭合方法的多相功率转换器保持软切换转换器的期望特性，诸如功率转换效率和EMC行为，但是如果各转换器中的一个以箝位频率模式运行则出现困难。为了确保谷切换，多相功率转换器的固有频率可以因为从一个谷到另一个谷的跳变而突然改变，这使相位关系失真并且促使到多相功率转换器的输入电流波动。
发明内容
在一个方面，一种多相功率转换器包括第一相电路、第二相电路和控制器。该第一相电路包括第一输入电感器、第一驱动开关和第一输出二极管。该第一输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源，例如整流器的输出端被连接到交流电电源。该第一驱动开关被连接在第一输入电感器的第二端和地（例如电路地）之间。第一输出二极管使其阳极连接到输入电感器的第二端并且使其阴极连接到功率转换器的输出端。
该第二相电路包括第二输入电感器、第二驱动开关和第二输出二极管。该第二输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源。该第二驱动开关被连接在第二输入电感器的第二端和地之间。第二输出二极管的阳极被连接到第二输入电感器的第二端并且阴极被连接到功率转换器的输出端。所述控制器包括电压控制环路和相位控制电路。该控制器操作用来选择性地接通和断开第一相电路的第一驱动开关以使该第一相电路的第一驱动开关循环并且选择性地接通和断开第二驱动电路的第二驱动开关以使该第二驱动电路的第二驱动开关循环。所述电压控制环路操作用来根据所述功率转换器的输出端处的电压来提供默认接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来选择性地接通和断开所述第一驱动开关。所述相位控制电路操作用来根据所述默认接通持续时间以及第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定第二驱动开关的接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据第二驱动开关的接通持续时间来选择性地接通和断开第二驱动开关。
在一个方面中，一种多相功率转换器包括第一相电路、第二相电路和控制器。该第一相电路包括第一输入电感器、第一驱动开关和第一输出二极管。该第一输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源（例如整流器的输出端被连接到交流电电源）。该第一驱动开关被连接在第一输入电感器的第二端和地（例如电路地）之间。第一输出二极管的阳极被连接到输入电感器的第二端并且阴极被连接到功率转换器的输出端。
第二相电路包括第二输入电感器、第二驱动开关和第二输出二极管。该第二输入电感器具有第一端和第二端，其中所述第一端被连接到电源。该第二驱动开关被连接在第二输入电感器的第二端和地之间。第二输出二极管的阳极被连接到第二输入电感器的第二端并且阴极被连接到功率转换器的输出端。
所述控制器包括谷切换锁定电路。该控制器操作用来选择性地接通和断开第一相电路的第一驱动开关以使该第一相电路的第一驱动开关循环并且选择性地接通和断开第二驱动电路的第二驱动开关以使该第二驱动电路的第二驱动开关循环。该谷切换锁定电路包括第一计数器、第二计数器和比较器。该第一计数器操作用来对第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第一过零信号与第一相电路的输入电流相关联。第二计数器操作用来对第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第二过零信号与第二相电路的输入电流相关联。该比较器操作用来在第二过零信号在与第一驱动开关的切换时段或循环相对应（即相关联）的第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数的情况下阻塞第二过零信号。
在另一方面中，一种对具有第一相电路和第二相电路的多相功率转换器进行操作的方法包括根据该多相功率转换器的输出端处的输出电压来经由该多相功率转换器的控制器的电压控制环路来提供默认接通持续时间。该控制器根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来接通和断开第一相电路的第一驱动开关。该控制器的相位控制电路根据该默认接通持续时间和第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定用于第二相电路的第二驱动开关的接通持续时间。该控制器根据所确定的第二驱动开关的接通持续时间来接通和断开第二相电路的第二驱动开关。当第一驱动开关的切换时段小于最小时段时，该多相功率转换器从过渡操作模式切换到不连续操作模式。
控制器的谷切换锁定电路的第一计数器对第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第一过零信号与第一相电路的输入电流相关联。该谷切换锁定电路的第二计数器对第二过零信号在与第一驱动开关的切换时段或循环相对应（即相关联）的第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第二过零信号与第二相电路的输入电流相关联。
如果第二过零信号在与第一驱动开关的切换时段或循环相对应（即相关联）的第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数，则该谷切换锁定电路的比较器阻塞第二过零信号。该控制器根据默认接通持续时间并进一步根据最小时段和第一过零信号来接通和断开第一相电路的第一驱动开关。当第二过零信号没有被比较器阻塞时，该控制器根据所确定的第二驱动开关的接通持续时间并进一步根据最小时段和第二过零信号来接通和断开第二相电路的第二驱动开关。
附图说明
参考附图描述了非限制性且非穷举实施例，其中相似的参考标号指代遍及各个附图的相似部件，除非以其他方式指出。
图1是包括相位控制电路和谷切换锁定电路的多相功率转换器的示意性框图。
图2是实施用于多相功率转换器的比例控制的相位控制电路的框图。
图3是实施用于多相功率转换器的比例和积分控制的相位控制电路的框图。
图4是多相功率转换器以过渡模式开始并且建立预定相位差的时序图。
图5是用于多相功率转换器的谷切换锁定电路的框图。
图6是以不连续模式进行操作并且展示谷切换锁定的多相功率转换器的时序图。
图7是用于4相多相功率转换器的谷切换锁定电路的框图。
图8是实施用于4相的多相功率转换器的比例控制的相位控制电路的框图。
图9是操作包括相位控制和谷切换锁定的多相功率转换器的方法的流程图。
具体实施方式
尽管下面详细地讨论了本发明各种实施例的制造和使用，但是应该认识到本发明提供可以在各种各样特定上下文中具体化的许多可适用发明概念。这里讨论的特定实施例仅以特定方式说明本发明的制造和使用并且不对本发明的范围划界。
为了促进对这里描述的实施例的理解，下面定义多个术语。这里定义的术语具有同与本发明相关的领域中的普通技术人员通常所理解的相同的含义。诸如“一”、“一个”和“该”的术语不意图指代仅单个实体，而是包括用于说明的特定示例所属的普通种类。这里的术语用于描述本发明的特定实施例，但是其使用不对本发明划界，除非权利要求中那样阐述。
本公开提供一种根据闭环原理使多个可变频率功率转换器的频率和相位同步的系统和方法。在一个实施例中，比例和/或积分控制器调节从相的接通持续时间以获得与主相的期望相位关系。公开了包括对于箝位频率的可变滞后的谷切换锁定电路，其避免在箝位频率操作期间相位控制的不稳定行为（例如具有最小频率或时段的不连续操作模式）。
在一个实施例中，相位检测器提供多相功率转换器的各相之间的相位偏差或相位差的比例测量。相位控制电路实施比例算法，其修改从相的接通持续时间以保持与主相的期望相位关系（即相位差或与期望相位差的偏差）。可以调节相位控制电路的增益以获得最佳可能动态行为。
在另一实施例中，该相位控制电路实施积分算法以减小期望相位关系中的误差。还预期到，比例算法和积分算法可以被组合在相位控制电路内以获得具有优良的动态特性的所谓的比例/积分控制器。
在一个实施例中，可以进一步经由谷切换锁定电路来改进多相功率转换器的性能，所述谷切换锁定电路确保从相在与多相功率转换器的主相相同的谷中切换。在一个实施例中，该谷切换锁定电路包括对箝位频率的可变滞后以改进抗干扰性。
预期多相功率转换器可以包括任何数目的相（即相电路）并且该相电路可以存在于单个外壳中，或者存在于多个分开的外壳中（例如在高功率应用中）。一般来说，各相之间的期望或预定相位差或相位偏差是360度除以相的数目（例如2相功率转换器中各相之间180度和4相功率转换器中各相之间90度），但是预期经由本公开的实施例来实现任何相位差或偏差。
参考图1，多相功率转换器600包括第一相电路和第二相电路。多相功率转换器600经由全波整流器602从AC电源34接收功率并且提供输出电容器604高侧的输出端54处的输出电压。输出电容器604的低侧被连接到电路地。第一相电路包括第一输入电感器42、第一驱动开关46和第一输出二极管52。第一输入电容器42的第一端被连接到整流器602的输出端（即电源）以接收输入电压606。第一输入电感器42的第二端被连接到第一输出二极管52的阳极。第一输出二极管52的阴极被连接到多相功率转换器600的输出端54。第一驱动开关46被连接在第一输出二极管52的阳极和地之间。预期第一输出二极管52可以是常规二极管或者包括执行二极管的功能的有源电路的整流部件。该整流部件可以是例如可选择地接通和断开的开关（例如MOSFET或晶体管）以在防止电流从输出端54流到第一输入电感器42的第二端的同时允许电流流到输出端54。整流部件可以实施有源或同步整流。在一个实施例中，根据去到第一输入电感器42的输入电流来选择性地接通和断开该整流部件。基于整流部件的操作来确定包括开关的整流部件的阳极和阴极以使得该整流部件的阳极和阴极与用作整流部件的常规二极管的阳极和阴极相对应。包括有源电路或开关的整流部件可以提供较低切换和功率损耗，从而导致比作为常规二极管的整流部件更高的效率和更小的热产生。
第二相电路包括第二输入电感器44、第二驱动开关48和第二输出二极管56。第二输入电容器44的第一端被连接到电源以接收输入电压606。第二输入电感器44的第二端被连接到第二输出二极管56的阳极。第二输出二极管56的阴极被连接到多相功率转换器600的输出端54。预期第二输出二极管56可以是常规二极管或者包括执行二极管的功能的有源电路的整流部件。该整流部件可以是例如可选择地接通和断开的开关（例如MOSFET或晶体管）以在防止电流从输出端54流到第二输入电感器44的第二端的同时允许电流流到输出端54。整流部件可以实施有源或同步整流。在一个实施例中，根据去到第二输入电感器44的输入电流来选择性地接通和断开该整流部件。基于整流部件的操作来确定包括开关的整流部件的阳极和阴极以使得该整流部件的阳极和阴极与用作整流部件的常规二极管的阳极和阴极相对应。包括有源电路或开关的整流部件可以提供较低切换和功率损耗，从而导致比作为常规二极管的整流部件更高的效率和更小的热产生。
第一比较器40将指示去到第一输入电感器42的输入电流58的信号与基准电压36进行比较以提供第一输入电流过零检测信号28。第二比较器38将指示输入电流60的信号与基准电压36进行比较以提供第二输入电流过零检测信号30。所示的检测去到第一和第二相电路的输入电流的过零的电路仅用作过零检测器的一个示例。预期去到第一电感器42的输入电流58的过零和去到第二电感器44的输入电流60的过零可以通过其他措施来检测，诸如通过将辅助绕组添加到第一输入电感器42和第二输入电感器44。
多相功率转换器600的控制器620包括电压控制环路58、相位控制电路2、谷切换锁定电路6、第一波形发生器4（例如相1PWM模块）和第二波形发生器8（例如相2PWM模块）。该电压控制环路58接收输入电压606和输出端54处的输出电压，并根据所接收到的输入将默认接通持续时间提供给相位控制电路2。
该相位控制电路2接收来自第一波形发生器4的第一重新加载信号12、来自第二波形发生器8的第二重新加载信号10和来自电压控制环路58的默认接通持续时间26，并且根据所接收到的输入将第一相电路的接通持续时间14提供给第一波形发生器4且将第二相电路的接通持续时间16提供给第二波形发生器8。
谷切换锁定电路6接收来自第一比较器40的第一输入电流过零检测信号28、来自第二比较器38的第二输入电流过零检测信号30、第一驱动开关46的第一控制信号22和第二驱动开关48的第二控制信号24。该谷切换锁定电路6根据所接收到的输入将第一过零信号18提供给第一波形发生器4、将第二过零信号20提供给第二波形发生器8，并且将最小时段32提供给第一波形发生器4和第二波形发生器8二者。
该第一波形发生器4接收第一相电路的接通持续时间14、第一过零信号18和最小时段32，并且根据所接收到输入提供第一相重新加载信号12和第一控制信号22。该第一相重新加载信号12包括在第一驱动开关46的每个时段或循环中的预定点处的重新加载脉冲。第一控制信号22被耦合到第一驱动开关46的控制端子并且确定该第一驱动开关46是接通的以使得该第一驱动开关46导电，还是断开的以使得该第一驱动开关46不导电。第二波形发生器8接收第二相电路的接通持续时间16、第二过零信号20和最小时段32，并且根据所接收到输入提供第二相重新加载信号10和第二控制信号24。该第二控制信号24被耦合到第二驱动开关48的控制端子并且确定该第二驱动开关48是接通的以使得该第二驱动开关48导电，还是断开的以使得该第二驱动开关48不导电。该第二相重新加载信号10包括在第二驱动开关48的每个时段或循环中的预定点处的重新加载脉冲。
默认接通持续时间26由外部电压控制环路58提供以通过改变该默认接通持续时间26来调整输出电压54。不是仅电压控制，而是也可以实施具有外部电压控制环路的内部电流控制环路。相位控制电路2调节第二相26的接通持续时间以保持第一相电路和第二相电路之间的期望相位关系。在一个实施例中，第一相是主相，并且第二相是从相。主相的接通持续时间14等于默认接通持续时间26，并且仅修改从相的接通持续时间16（即第二相）。两个PWM模块（即第一波形发生器4和第二波形发生器8）的重新加载信号10和12被馈入相位控制电路2以考虑相位误差、相位差和/或与目标相位差的相位偏差的测量结果。
参考图2，实施比例控制的相位控制电路2的一个实施例包括连接到带符号计数器26的触发器124。该触发器124具有连接到第二相重新加载信号10的设置端子、连接到第一相重新加载信号12的重置端子、以及连接到带符号计数器126的定向输入端的输出端。带符号计数器126还接收时钟信号188、初始信号182和带符号计数器126的负载端子处的第二相重新加载信号10。作为第一相和第二相之间的相位差的测量结果的带符号计数器126的输出被提供给增益电路128，其将带符号计数器的输出乘以增益常数以便将与从带符号计数器126测得的相位差的输出比例提供给门控D锁存器130的D输入端。锁存器130的启用输入端接收相2重新加载信号10。与在对应于第二相的时段的第一相的时段期间第一相电路和第二相电路之间的相位或时间差成比例的锁存器130的输出被提供给限制器132，其确保相位控制电路2的稳定性。该限制器132将受限的、成比例且测得的相位差184传递到加法器134。该加法器134也接收默认接通持续时间26并且将受限的、成比例且测得的相位差184与默认接通持续时间26的和提供给第二波形发生器8以作为第二相的接通持续时间16。相位控制电路2将默认接通持续时间26提供给第一波形发生器4以作为第一相的接通持续时间14。
图2图示2相相位控制电路2的一种可能实施方式。数字相位检测器由连接到带符号计数器126的触发器124来实现。来自第一相12的第一重新加载信号被连接到触发器124的重置输入端，而来自第二相10的第二重新加载信号被连接到触发器124的设置输入端。触发器124的输出端被连接到带符号计数器126的定向输入端，由时钟信号188来为所述带符号计数器126计时。所述时钟信号188限定相位检测的分辨率并且因此应该具有比第一和第二相电路的切换频率显著更高的时钟频率。在由第一重新加载信号12表示的一个相的切换时段期间，由第二相10的第二重新加载信号来控制计数器的累加和累减，以使得在计数时段结束时与期望相角的相位差（可以使用带符号计数器126的init（初始）端口182来对其进行设置）的比例测量在带符号计数器126的输出端处。在所示的实施例中，期望相角被设置成180度，这导致初始值182为0。带符号计数器126的输出端被连接到增益电路128，其引入比例控制器的增益。锁存器130锁存在下一切换循环期间比例控制器的状态，在这种情况下再次评估两个相之间的相位差。限制器132限制比例控制器的输出信号，以避免可能导致不稳定行为的各相之间的接通持续时间中的大偏差。加法器134将来自限制器132的受限输出184与默认接通持续时间26相加，以根据在带符号计数器126的初始输入端182处的期望角度设置来控制相位。应该认识到，限制器132和加法器134是可选的，因为将有可能直接使用锁存器130的输出来控制从相（即第二相）接通持续时间16。
参考图3，实施比例和积分控制的相位控制电路2的一个实施例包括增益电路128和锁存器130之间的第二加法器150。该第二加法器150将限制器132的输出（即当前循环或时段的相位误差时间）与增益电路128的输出（即前一循环或时段的相位误差时间）相加并且将该和提供给锁存器130的D输入端。还将限制器132的输出158提供给加法器134。因此，形成除了提供比例控制之外还提供积分控制的反馈环路。
图3描绘相位控制电路2的一个实施例，在其中公开积分和比例控制器。通过将限制器132的受限输出158返回馈送给第二加法器150来实现积分行为。可以通过增益电路128来修改积分控制器的增益。此外预期到，可以通过省略增益电路128来实现积分控制，而没有比例控制。
参考图4，时序图示出归因于相位控制电路2在多相功率转换器600的过渡操作模式中的启动期间的相位校准过程。在启动时，第一相电路和第二相电路同相。第一相300的接通持续时间相对恒定，而第二相302的接通持续时间被相位控制电路2减小以便实现期望的180度相位差。因为包括限制器132，所以多相功率转换器600需要若干个切换循环来获得期望的相位关系。当达到180度的期望相位差时，相位控制电路2将与第一相接通持续时间300更接近或相等的增加后的接通持续时间314提供给第二驱动电路的第二驱动开关48。该多相功率转换器60过渡到不连续操作模式。
参考图5，一旦多相功率转换器600以箝位频率模式运行（即不连续操作模式），谷切换锁定电路6就会确保第一相电路和第二相电路二者总是在同一谷中切换。当第一过零检测信号28从低状态变为高状态，从而指示去到第一输入电感器42的输入电流58已经从正过渡到负时，第一过零检测电路980将脉冲提供给第一计数器64的时钟输入端。该脉冲还被提供给第一波形发生器4以作为第一相过零检测信号18。第一计数器64的重置输入端接收第一控制信号22。第一计数器64的输出被提供给第二锁存器68的D输入端，并且第二锁存器68的启用输入端接收第一相重新加载信号12。第二锁存器68的输出84被提供给数字比较器70。第二计数器66在重置输入端处接收第二控制信号24并且在第二计数器66的时钟输入端处接收来自第二过零检测器62的第二过零信号。数字比较器70还接收第二计数器66的输出86并且在第二计数器66的输出86等于或大于第二锁存器68的输出84时提供数字高输出。AND逻辑门72接收数字比较器70的输出和第二过零信号，并且当该数字比较器70的输出为数字高时将第二过零信号传递给第二波形发生器8。
一旦第一相电路工作在箝位频率模式中，多相功率转换器600就将其操作模式切换到不连续模式，并且第一波形发生器4使第一过零信号无效。为了确保第一和第二驱动开关46和48在不连续模式期间的零电压切换，根据下一过零来触发下一切换循环，这意味着第一相电路的固有频率跳到由第一输入电感器42内的电流的振荡特性限定的值。因为第一和第二相电路（即主相和从相）因为部分变化而具有不同固有频率，所以一个相将首先过渡到较高次谷切换模式。为了避免各谷切换模式之间不受控制的跳变，通过所公开的谷切换锁定电路6将从相锁定到主相。通过第一过零检测器980和第二过零检测器62来捕获来自第一比较器40和第二比较器38的过零信号的边缘。第一过零检测器980驱动第一计数器64，并且第二过零检测器62驱动第二计数器66。在每个重新加载事件之后主相借助于第二锁存器68锁存其计数值（即第一重新加载信号12中的重新加载脉冲）。比较器70将主相84的计数值与第二计数器66的计数值86相比较。第二计数器66的计数值86与主相84的计数值无关。如果从相86的过零数目小于主相84的，则通过AND逻辑门72使从相的过零信号无效。在该实施例中，主控制器64（即第一计数器64）以零开始计数，而从计数器66（即第二计数器66）以1开始计数。预期可在谷切换锁定电路6内操作其他计数方案。
更一般地，第一相28的过零信号通过过零检测器980并且驱动对第一过零的数目进行计数的第一计数器64。如果第一相电路以过渡模式进行操作，则对第二相电路的第二过零信号30不设置约束，并且第二波形发生器8接收第二过零信号20并且像第一相电路一样切换到过渡模式中。如果在第二次出现第一过零之后第一相电路正在切换，则将迫使第二相电路也忽略第一过零信号30，这将迫使第二相电路切换到与第一相电路相同的谷中。这在第一相电路正切换到第三谷中等等的情况下也适用。该谷切换锁定电路6可以被扩展到任何数目的从相。
如果噪声耦合到第一过零检测器980中，则第一相（即主相）将快速改变其正切入的谷。也就是说，第一相电路将从第二谷跳到第三谷。为了避免该现象，对于频率箝位的可变滞后被包括在谷切换锁定电路6中。该可变滞后电路根据第一相（即主相）的谷切换模式来调节最小时段32以及因此对于所有相的最大频率。例如，如果第一相将其切换模式从过渡模式变到第一谷，则将使得最小时段32稍稍更大预定滞后值，以便避免因为噪声过零检测电平而落回到过渡模式中。可变滞后电路包括多路复用器76和第三加法器74。通过第二锁存器68的输出84来选择滞后级别82，并且多路复用器76将滞后值88提供给第三加法器74。第三加法器74将所提供的滞后值88与默认最小时段80相加以生成最小时段32。
不是将滞后值88与默认最小时段相加，而是还有可能将绝对最小时段值（即最小时段32）直接馈送到多路复用器76并省略第三加法器74。滞后级别82可以针对每个附加的谷而稍稍增加，以便在不需要适应滞后的情况下获得每个谷处的最佳抗干扰性或者保持恒定。谷切换锁定电路6可以被扩展以便选择性地将对应过零信号阻塞或传递给任何数目的相。
参考图6，时序图示出所公开的谷切换锁定电路6的切换波形。去到第一相58的输入电流工作在由最小时段32确定的箝位频率操作中。只要最小时段32还没有逝去，第一波形发生器4内的每个过零检测信号都被忽略。因此，在所示波形中，第一过零信号18的第一过零脉冲102被第一波形发生器4忽略。在该状态中，多相功率转换器600工作在不连续模式中，并且等待不处于最小时段32内的下一过零信号。在该时间期间，第一相电路的输入电流因为第一驱动开关46的寄生电容而振荡。在时刻110处，不处于最小时段需求32内的另一过零106出现并且重启第一PWM模块4。
在所示的波形内，从相（即第二相电路）具有较大的接通持续时间值，并且结果最小时段需求32将不捕获去到第二相电路的输入电流的第一过零脉冲104。因此，在没有谷切换锁定电路6的情况下，从相将工作在过渡模式中。为了避免该情况，所公开的谷切换锁定电路6不允许从相（即第二相）在检测到过零脉冲104时重启第二PWM模块8，因为从相必须等待与主相相同数目的过零。从相PWM模块8然后在第二过零信号脉冲处重启并且因此工作在与主相（即第一相）相同的谷切换模式中。这可应用于多个从相，并且不限于单个从相。
参考图7，谷切换锁定电路6的一个实施例被适配成与四相电路一起使用。三个从相（即第二相电路、第三相电路和第四相电路）将它们的过零计数值与主相（即第一相电路）的过零计数值相比较。最小时段32源自主相过零计数值并且被分配给波形发生器用于所有四个相。
参考图8，相位控制电路2提供四个相的接通持续时间。该相位控制电路2与图2中的相位控制电路相似，除了图8的相位控制电路2具有与用于图2的相位控制电路2的第二相的接通持续时间确定通道相似的用于第三相和第四相的接通持续时间确定通道。然而，因为基于时间来确定相位差，所以通过针对每个切换时段的相位控制电路2来计算第二、第三和第四相接通持续时间确定通道中的每一个的带符号计数器的偏移（即初始值）。第五计数器502接收第一相重新加载信号12和时钟信号并且将输出提供给第三锁存器516的D输入端。第三锁存器516的输出556被提供给乘法器组中的每个乘法器。第四相乘法器530将输出信号556乘以0.5以获得第四相的偏移544。第三相乘法器532将输出信号556乘以0以获得第三相的偏移546。第二相乘法器534将输出信号556乘以-0.5以获得第二相偏移548。分别将相位偏移544、546和548提供给对应带符号计数器508、506和126的初始输入端。通过使用第五计数器502测量主相的时间段来确定对于从相的适当相位偏移544、546和548。利用第三锁存器516来锁存第五计数器502的输出（其表示主相的切换时段）。考虑第三锁存器516的输出556以得到对于计数器126、506和508的适当偏移。在该实施例中，使用乘法器530、532和534来确定计数器偏移以获得所有四个相之间的90度相位关系。预期也可以通过使用乘法器530、532和534的不同的功能来实现其他相位关系。
参考图9，对具有第一相电路和第二相电路的多相功率转换器进行操作的方法以提供默认接通持续时间（在902处）开始。根据该多相功率转换器的输出端处的输出电压来经由电压控制环路提供所述默认接通持续时间。在904处，该多相功率转换器的控制器根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来接通和断开第一相电路的第一驱动开关。在906处，根据所述默认接通持续时间以及第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定第二相电路的第二驱动开关的接通持续时间。在908处，控制器根据所确定的第二驱动开关的接通持续时间来接通和断开第二相电路的第二驱动开关。在910处，当第一相电路的切换时段小于最小时段时，该多相功率转换器从过渡操作模式切换到不连续操作模式。在912处，第一计数器对第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第一过零信号与第一相电路的输入电流相关联。在914处，第二计数器对第二过零信号在与第一驱动开关的切换时段相对应的第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数。该第二过零信号与第二相电路的输入电流相关联。在916处，如果第二过零信号在与第一驱动开关的切换时段相对应的第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数，则控制器的比较器阻塞第二过零信号（即指示过零的第二过零信号的脉冲）。该控制器还根据最小时段和第一过零信号来接通和断开第一相电路的第一驱动开关。当第二过零信号没有被比较器阻塞时，该控制器还根据最小时段和第二过零信号来接通和断开第二相电路的第二驱动开关。
本领域技术人员将会理解到，可以使用各种不同科技和技术中的任一个来表示信息和信号（例如可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光学场或粒子、或者其任何组合来表示数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片（chip））。同样地，这里描述的各种图示的逻辑框、模块、电路和算法步骤可以根据应用和功能而被实施为电子硬件、计算机软件或二者的组合。此外，可以利用通用处理器（例如微处理器、常规处理器、控制器、微控制器、状态机或计算设备的组合）、数字信号处理器（“DSP”）、专用集成电路（“ASIC”）、现场可编程门阵列（“FPGA”）或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或设计成执行本文描述的功能的其任何组合来实施或执行本文描述的各种逻辑框、模块和电路。类似地，本文描述的方法或过程的步骤可以直接以硬件、由处理器执行的软件模块或二者的组合来具体化。软件模块可以存在于RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员将会理解到在不偏离所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围的情况下可以在其中进行各种修改。
诸如本文描述的控制器、计算设备或计算机包括至少一个或多个处理器或处理单元和系统存储器。控制器还可以包括至少某一形式的计算机可读介质。以示例且非限制的方式，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读存储介质可以包括以实现信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的存储的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。通信介质可以使计算机可读指令、数据结构、程序模块或已调制数据信号（诸如载波或其他传送机构）中的其他数据具体化并且包括任何信息递送介质。本领域技术人员应该熟悉已调制数据信号，其具有其特性集中的一个或多个或者以关于对信号中的信息进行编码的这种方式来改变。上述的任何组合也包括在计算机可读介质的范围内。
该编写的描述使用示例来公开本发明并且也使得本领域中的任何技术人员能够实行本发明，包括制造和使用任何设备或系统且执行任何合并的方法。本发明可受专利保护的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想起的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言不同的结构元件或者如果这样的其他示例包括具有与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意图使它们处于权利要求的范围内。
将会理解，本文描述的特定实施例以说明的方式示出并且不作为本发明的限制。在不偏离本发明范围的情况下，可以在各种实施例中采用本发明的原理特征。本领域普通技术人员将会认识本文描述的具体进程的许多等同物。这样的等同物被看作在本发明的范围内并且由权利要求覆盖。
在没有根据本公开的不适当实验的情况下，可以完成和/或执行本文公开且要求保护的所有组成和/或方法。尽管已经就本文包括的实施例描述了本发明的组成和方法，但是本领域普通技术人员将会认识到，在不偏离本发明的概念、精神和范围的情况下，可以将变化应用于该组成和/或方法以及本文描述的方法的步骤或步骤序列中。对本领域技术人员来说显而易见的所有这样的类似替换和修改被认为在由所附权利要求限定的本发明的精神、范围和概念内。
因此，尽管这里已经描述了本发明的特定实施例，但是不意图将这样的参考构造为对本发明的范围的限制，除非随后的权利要求那样阐述。

Claims (23)

1.一种多相功率转换器，包括：
第一相电路，其包括：
具有第一端和第二端的第一输入电感器，其中所述第一端被连接到电源，
连接在所述第一输入电感器的第二端和地之间的第一驱动开关，以及
第一整流部件，其具有被连接到所述输入电感器的第二端的阳极和被连接到所述功率转换器的输出端的阴极；
第二相电路，其包括：
具有第一端和第二端的第二输入电感器，其中所述第一端被连接到所述电源，
连接在所述第二输入电感器的第二端和地之间的第二驱动开关，以及
第二整流部件，其具有被连接到所述第二输入电感器的第二端的阳极和被连接到所述功率转换器的输出端的阴极；以及
控制器，其包括：
电压控制环路，其操作用来根据所述功率转换器的输出端处的电压来提供默认接通持续时间，
第一波形发生器，其操作用来将第一控制信号提供给所述第一相电路的第一驱动开关以控制将所述第一驱动开关接通还是断开，以及提供所述第一控制信号的每个时段中的预定点处的第一重新加载脉冲，其中所述第一波形发生器基于所述默认接通持续时间将所述第一控制信号提供给所述第一驱动开关；
第二波形发生器，其操作用来将第二控制信号提供给所述第二相电路的第二驱动开关以控制将所述第二驱动开关接通还是断开，以及提供所述第二控制信号的每个时段中的预定点处的第二重新加载脉冲；以及
相位控制电路，其包括：
带符号计数器，其操作用来测量从接收到所述第一和第二重新加载脉冲的一个重新加载脉冲一直到接收到所述第一和第二重新加载脉冲的其他重新加载脉冲为止的相位误差时间，以及
加法器，其操作用来将所述相位误差时间与所述默认接通持续时间相加以提供所述第二相电路的第二接通持续时间，其中所述第二波形发生器基于第二接通持续时间来将所述第二控制信号提供给所述第二驱动开关。
2.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述相位控制电路还包括操作用来限制提供给所述加法器的相位差时间的限制器。
3.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述相位控制电路还包括增益电路，其操作用来通过将相位差时间与增益常数相乘来修改相位差时间。
4.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述相位控制电路还包括第二加法器，其操作用来通过将来自前一循环的相位误差时间与当前循环的相位误差时间相加来修改相位误差时间。
5.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述多相功率转换器准确地包括两个相电路，并且其中所述相位控制电路操作用来根据所述默认接通持续时间和所述第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定所述第二驱动开关的接通持续时间，以便操作与第一相电路异相180度的第二相电路。
6.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述多相功率转换器还包括具有第三驱动开关的第三相电路和具有第四驱动开关的第四相电路，所述多相功率转换器准确地包括四个相电路，并且所述相位控制电路操作用来：
根据所述默认接通持续时间和所述第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定所述第二驱动开关的接通持续时间，以便操作与第一相电路异相180度的第二相电路，
根据所述默认接通持续时间和所述第一相电路和第三相电路之间的相位差来确定所述第三相电路的第三驱动开关的接通持续时间，以便操作与第一相电路异相90度的第三相电路，以及
根据所述默认接通持续时间和所述第一相电路和第四相电路之间的相位差来确定所述第四相电路的第四驱动开关的接通持续时间，以便操作与第一相电路异相270度的第四相电路。
7.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述多相功率转换器操作在过渡模式中直到所述第一相电路和第二相电路之间的相位差达到预定相位差为止。
8.根据权利要求1的多相功率转换器，其中当所述第一驱动开关被所述控制器接通时所述第一驱动开关是导电的，且当所述第一驱动开关被所述控制器断开时所述第一驱动开关是不导电的，并且当所述第二驱动开关被所述控制器接通时所述第二驱动开关是导电的，且当所述第二驱动开关被所述控制器断开时所述第二驱动开关是不导电的。
9.根据权利要求1的多相功率转换器，其中所述控制器还包括：
谷切换锁定电路，其包括：
第一计数器，其操作用来对第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第一过零信号与第一相电路的输入电流相关联，
第二计数器，其操作用来对第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第二过零信号与第二相电路的输入电流相关联，以及
比较器，其操作用来在所述第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于所述第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数的情况下阻塞所述第二过零信号。
10.根据权利要求1的多相功率转换器，还包括具有第三驱动开关的第三相电路和具有第四驱动开关的第四相电路，其中所述控制器操作用来选择性地接通和断开所述第三驱动开关以使所述第三相电路的第三驱动开关循环并且选择性地接通和断开所述第四驱动开关以使所述第四驱动电路的第四驱动开关循环。
11.一种多相功率转换器，包括：
第一相电路，其包括：
具有第一端和第二端的第一输入电感器，其中所述第一端被连接到电源，
连接在所述第一输入电感器的第二端和地之间的第一驱动开关，以及
第一输出二极管，其具有被连接到所述输入电感器的第二端的阳极和被连接到所述功率转换器的输出端的阴极；
第二相电路，其包括：
具有第一端和第二端的第二输入电感器，其中所述第一端被连接到所述电源，
连接在所述第二输入电感器的第二端和地之间的第二驱动开关，以及
第二输出二极管，其具有被连接到所述第二输入电感器的第二端的阳极和被连接到所述功率转换器的输出端的阴极；以及
控制器，其操作用来选择性地接通和断开所述第一相电路的第一驱动开关以使所述第一相电路的第一驱动开关循环并且选择性地接通和断开所述第二相电路的第二驱动开关以使所述第二相电路的第二驱动开关循环，所述控制器包括：
谷切换锁定电路，其包括：
第一计数器，其操作用来对第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第一过零信号与第一相电路的输入电流相关联，
第二计数器，其操作用来对第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第二过零信号与第二相电路的输入电流相关联，以及
比较器，其操作用来在所述第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于所述第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数的情况下阻塞所述第二过零信号。
12.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述控制器还包括：
第一过零检测器，其操作用来提供所述第一过零信号，其中所述第一过零信号指示所述第一相电路的输入电流从正变为负；以及
第二过零检测器，其操作用来提供所述第二过零信号，其中所述第二过零信号指示所述第二相电路的输入电流从正变为负。
13.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述控制器还包括：
第一波形发生器，其操作用来将第一控制信号提供给所述第一相电路的第一驱动开关以用于控制将所述第一驱动开关接通还是断开，其中所述第一波形发生器基于第一驱动开关的接通持续时间、第一过零信号以及最小时段来将所述第一控制信号提供给所述第一驱动开关；
第二波形发生器，其操作用来将第二控制信号提供给所述第二相电路的第二驱动开关以用于控制将所述第二驱动开关接通还是断开，其中所述第二波形发生器基于第二驱动开关的接通持续时间、第二过零信号以及最小时段来将所述第二控制信号提供给所述第二驱动开关；以及
其中在所述第二过零信号在第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于所述第一过零信号在第一驱动开关的切换时段中过零的计数的情况下，则所述谷切换锁定电路阻塞用于所述第二波形发生器的第二过零信号。
14.根据权利要求13的多相功率转换器，其中：
当所述第一过零信号指示所述第一相电路的输入电流从正变为负且所述最小时段已逝去时，所述第一波形发生器将所述第一控制信号提供给所述第一相电路的第一驱动开关以便将所述第一驱动开关接通；以及
当所述第二过零信号没有被所述谷切换锁定电路阻塞，指示所述第二相电路的输入电流从正变为负且所述最小时段已逝去时，所述第二波形发生器将所述第二控制信号提供给所述第二相电路的第二驱动开关以便将所述第二驱动开关接通。
15.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述谷切换锁定电路还包括滞后电路，其根据所述第一过零信号在所述第一驱动开关的切换时段中过零的计数来改变所述第一相电路和第二相电路的循环的最小时段。
16.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述谷切换锁定电路不会阻塞所述第二过零信号，直到所述多相功率转换器从过渡操作模式切换到不连续操作模式为止。
17.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述多相功率转换器在过渡或不连续操作模式中进行操作，直到所述第一相电路和第二相电路之间的相位差达到预定相位差为止。
18.根据权利要求11的多相功率转换器，其中当所述第一驱动开关被所述控制器接通时所述第一驱动开关是导电的，且当所述第一驱动开关被所述控制器断开时所述第一驱动开关是不导电的，并且当所述第二驱动开关被所述控制器接通时所述第二驱动开关是导电的，且当所述第二驱动开关被所述控制器断开时所述第二驱动开关是不导电的。
19.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述比较器包括数字比较器和AND逻辑门，并且其中当所述数字比较器指示第二计数器的计数不小于第一计数器的计数时，所述AND逻辑门将所述第二过零信号提供给所述控制器的第二波形发生器。
20.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述第一计数器操作用来以零开始计数，并且所述第二计数器操作用来以1开始计数。
21.根据权利要求11的多相功率转换器，其中所述控制器还包括：
电压控制环路，其操作用来根据所述功率转换器的输出端处的电压来提供默认接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来选择性地接通和断开所述第一驱动开关，以及
相位控制电路，其操作用来根据所述默认接通持续时间以及第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定第二驱动开关的接通持续时间，其中所述控制器操作用来根据第二驱动开关的接通持续时间来选择性地接通和断开所述第二驱动开关。
22.根据权利要求11的多相功率转换器，还包括第三相电路和第四相电路，其中所述控制器操作用来选择性地接通和断开所述第三相电路的第三驱动开关以使所述第三相电路的第三驱动开关循环并且选择性地接通和断开所述第四相电路的第四驱动开关以使所述第四驱动电路的第四驱动开关循环。
23.一种对具有第一相电路和第二相电路的多相功率转换器进行操作的方法，所述方法包括：
根据所述多相功率转换器的输出端处的输出电压来经由电压控制环路提供默认接通持续时间，
根据由所述电压控制环路提供的默认接通持续时间来接通和断开所述第一相电路的第一驱动开关；
根据所述默认接通持续时间和所述第一相电路和第二相电路之间的相位差来确定用于第二相电路的第二驱动开关的接通持续时间，
根据所确定的第二驱动开关的接通持续时间来接通和断开所述第二相电路的第二驱动开关；
当所述第一相电路的切换时段比最小时段更短时，从过渡操作模式切换到不连续操作模式；
经由第一计数器对第一过零信号在所述第一驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第一过零信号与所述第一相电路的输入电流相关联；
经由第二计数器对第二过零信号在所述第二驱动开关的切换时段中的过零进行计数，其中所述第二过零信号与所述第二相电路的输入电流相关联；以及
在所述第二过零信号在所述第二驱动开关的切换时段中过零的计数小于所述第一过零信号在所述第一驱动开关的切换时段中过零的计数的情况下，则经由比较器阻塞所述第二过零信号；其中：
根据所述默认接通持续时间来接通和断开所述第一相电路的第一驱动开关包括根据最小时段和所述第一过零信号来接通所述第一相电路的第一驱动开关；以及
根据所确定的第二驱动开关的接通持续时间来接通和断开所述第二相电路的第二驱动开关包括当所述第二过零信号被所述比较器阻塞时根据所述最小时段和所述第二过零信号来接通所述第二相电路的第二驱动开关。
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