CN1820405A - 开关式电源 - Google Patents

Abstract

描述了一种开关式电源组件(1)，包括至少两个电源模块(10)。每个电源模块(10)彼此循环地耦合。每个电源模块(10_i)包括同步控制装置，用来产生用于下一相邻模块(10_i+1)的同步控制信号，并且用于从前一相邻模块(10_i+1)接收同步控制信号以便确保所有模块的交错操作。低功率模块相对易于制造为高容量。

Description

开关式电源

本发明总体上涉及开关式电源。特别地是，本发明涉及DC/DC转换级或DC/AC反相级，接收基本上恒定的输入电压或电流并且产生DC或AC输出电压或电流。在本发明的下列解释中，假定转换器接收恒定的输入电压并且产生输出电流，但是这仅仅是以举例形式而并不意在限制本发明。

背景技术

上述类型的开关式电源通常是已知的，并且对于一些应用来说，它们是可以买到的。

在一个例子中，开关式电源被实现为升压转换器，用于把太阳能电池组的输出电压(数量级为100V)转换为数量级大约为420V的更高的恒定DC电平，即比标准电源电压的最高电压要高。利用这种转换器，可以把能量从太阳能电池转送到所述电源。

在另一例子中，开关式电源被实现为DC/AC反相器，用于由DC电压产生AC电流。这种反相器例如可以用于灯驱动器，所述灯驱动器具有连接到AC电源的输入端并且具有用于驱动放电灯的驱动器输出端。通常，这种驱动器包括根据交变输入电压产生基本恒定电压的级，后面是基于所述恒定电压产生交变电流的级。在又一例子中，开关式电源实现为跨导放大器，用于驱动在传动控制设备中的致动器。

一般说来，已经开发出用于特定输出功率的开关式电源。一般说来，对于较高输出功率，在电源中所使用的部件大小必须更大。这可以通过使用包括两个或更多并联连接的电源单元的电源组件来避免。在该情况下，每个单个的电源单元只须提供相对低的功率，从而单个部件的大小可以相对较小，这意味着降低了成本。可能的优点还在于可以在不需要开发全新的高功率转换器的情况下使用低功率电源单元，所述低功率电源单元已经被开发出来并且已经证明其可以实现。优点还在于可以容易地制造低功率电源单元，并且已经存在大量生产设施。

使用并联连接的多个电源单元的进一步优点在于以下事实：可以产生具有较低波纹振幅的输出电流。图1图示了典型电源输出电流I的时距图，所述输出电流I在上限I_H(线103)和下限I_L(线104)之间连续地上升(线101)和下降(线102)。在足够大的时间尺度上，这种电流可以被认为是幅度为I_AV＝0.5·(I_H+I_L)并且波纹振幅为0.5·(I_H-I_L)的恒定电流。原则上，往往可以使电源组件的每个电源单元完全独立于所有其它电源单元工作。然而，希望电源组件的总体输出电流的波纹振幅是单个电源单元的单个输出波纹振幅的总和。通常其目标在于使所述波纹尽可能小。因此，优选电源单元同步工作，使得它们的输出峰值在时间上均匀地分布。图2是图示两个电源单元时这种情况的图，分别以相对于彼此180°的相位关系提供输出电流I1和I2。可以容易地看出，如果单个电流I1和I2具有相同的幅度，并且如果从较低峰值到较高峰值的增长率dI/dt等于从较高峰值到较低峰值的降低率dI/dt，所产生的电流I_total基本上是恒定的，没有波纹或只有非常小的波纹。即使所述单个电流不具有理想的匹配，一般不管怎样波纹振幅也会减小。

操作电源组件中的电源单元使得它们同步工作但具有偏移的相位，被称为“交错”操作。

与这里所考虑的应用领域有关的交错操作已经在J.S.Batchvarov等人的“interleaved converters based on hysteresiscurrent control”(2000，I.E.E.E.31st Annual Power ElectronicsSpecialist Conference，第655页)中提出。在此方案中，涉及具有两个转换单元的组件，一个转换单元具有主状态，而另一个转换单元具有从属状态。在此方案中所提出的控制电路相当复杂。

发明内容

本发明的总目标是提供一种改进的电源组件。

特别地是，本发明的重要目的是提供一种包括两个或更多电源单元的电源组件，所述两个或更多电源单元依照交错方式操作，且该电源组件具有相对简单的控制电路系统。

本发明的进一步特定的目的是提供一种包括依照模块化设计的两个或更多电源单元的电源组件，使得可以容易地添加一个或多个电源单元。

依照本发明的一个重要方面，本发明的电源组件的电源单元具有等同的状态：每个电源单元为线上的下一电源单元产生控制信号，并且从线上的前一电源单元接收控制信号。最后一个电源单元为线上的第一电源单元产生控制信号，以便依照环形结构来布置该电源组件的电源单元。控制信号使得交错操作自动地得到确保。

附图说明

参考附图通过对依照本发明电源部件的优选实施例的以下描绘将要进一步解释本发明的这些及其它方面、特征和优点，其中相同的附图标记表明相同的或相似的部分，并且其中：

图1是示意地图示了较小时间尺度上的AC信号可能在较大的时间尺度上产生恒定信号的时距图；

图2是示意地图示了两个信号的波纹分量相加起来可以彼此补偿的时距图；

图3是示意地图示了电源组件的框图；

图4是示意地图示了电源模块的框图；

图5是示意地图示了窗口比较器操作的时距图；

图6A和6B是示意地图示了边界产生器操作的时距图；

图7是示意地图示了依照本发明的电源模块细节的框图；

图8是示意地图示了电源模块的斜坡电压产生器操作的时距图；

图9是以较大比例示意地图示了图8的部分图的时距图；

图10是示意地图示了窗口比较器和门驱动器的可能实施例的框图。

在下面，除非特别指定，否则将针对转换器组件来详细解释本发明。然而应当注意，此解释并不意在把本发明只限制为转换器；特别应当注意，对本领域技术人员来说清楚地是，相同或相似的原理也适用于反相器。

图3是示意地示出了包括多个转换器单元10的转换器组件1的一部分的框图。在下面，单个转换器单元的相同部件将由相同的附图标记表示，以下标1、2、3等来区分。在图3中，只示出了三个转换器单元101、102和103，但是通过添加转换器单元可以容易地扩展组件1。此外，通过取走一个转换器单元，转换器组件1还可以只包括两个转换器单元。

在下面解释中，假定转换器单元10接收输入DC电压V_IN并且产生输出电流I_OUT。每个转换器单元10_i具有分别连接到电压源线2a和2b的两个输入端11_i和12_i，用于接收输入电压V_IN，和连接到输出线3的输出端13_i，用于提供输出电流I_OUT，i。这里，i＝1，2，3...等。转换器单元10并联连接，即它们各自的第一输入端11_i都连接到一个电压源线2a，它们各自的第二输入端12_i都连接到一个电压源线2b，并且它们各自的输出端13_i都连接到一个输出线3，所述输出线3连接到负载L。可以按照下列公式写出负载电流I_L：

$I_L=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{OUT},i}$

其中N是用于表明转换器单元10总数的整数，在图3的例子中N是3。

依照本发明的一个重要方面，每个控制单元10具有控制输入端14和控制输出端15。每个控制单元10_i的控制输入端14_i连接到其前面的邻居10_i-1的控制输出端15_i-1，并且其控制输出端15_i连接到其后面邻居10_i+1的控制输入端14_i+1。最后一个控制单元10_N的控制输出端15_N连接到第一控制单元101的控制输入端14₁。从而，依照环形结构来布置控制单元10。

可以看出通过取走一个控制单元可以容易地修正所述转换器组件1的模块化设计。例如，可以取走控制单元102，在这种情况下第一控制单元10₁的控制输出端15₁连接到第三控制单元10₃的控制输入端14₃。

还可以通过例如在第二控制单元102和第三控制单元103之间添加另一控制单元10_X(在图3中未示出)来容易地扩展控制组件1，在这种情况下断开第二控制输出端15₂和第三控制输入端14₃之间的连接，第二控制输出端15₂连接到所添加的控制单元10_X的控制输入端14_X，并且所添加的转换单元10_X的控制输出端15_X连接到第三控制输入端14₃。

转换器单元本身的一般设计是公知的。参考图4将要描述已知转换单元的可能的实施例，所述已知转换单元适于用作本发明的转换器单元的基础。此例子的转换器单元10包括半桥开关放大器60，其核心由一对受控开关61和62形成，通常被实现为一对MOSFET，所述MOSFET在连接到高电源电压电平V_HIGH的第一输入端11和连接到低电源电压电平V_LOW的第二电源输入端12之间串联连接。在这两个可控开关61和62之间的节点A通过串联连接的负载电感器64连接到输出端13。在图4中，对于此例子示出了连接到输出端13的负载L可以是电压源，例如可充电电池或如图所示的标准电源。在这种情况下，输出端13的电压恒定，这由电源来确定。通常情况下，滤波电容器63并联连接到输出端13。

可控开关61和62的控制端分别连接到门驱动器50的控制输出端52和53。门驱动器50被设计成依照两种可能的操作状态进行操作。

*在第一操作状态中，门驱动器50产生用于可控开关61和62的控制信号，使得当第二开关62处于不导电状态时第一开关61处于导电状态。

*在第二操作状态中，门驱动器50产生用于可控开关61和62的控制信号，使得当第一开关61处于不导电状态时第二开关62处于导电状态。

从而，在第一操作状态中，节点A连接到高电源电压电平V_HIGH，且在第一电源输入端11和输出端13之间产生电流I_H。借助电感器64滤波，并且根据相对于高电源电压电平V_HIGH的输出端13的电压电平，通常情况下这产生上升的输出电流I_OUT，在图5中由线65a和65b表示。在第二操作状态中，节点A连接到低电源电压V_LOW，且在第二电源输入端12和输出端13之间产生电流I_L。借助电感器64滤波，通常情况下这产生下降的输出电流I_OUT，在图5中由线66a和66b表示。应当注意在图4所示出的设置中，输出电流I_OUT能够经过零并且改变方向。也可以操作驱动器50，使得输出电流I_OUT总是正的或负的，即不改变方向。在该情况下，一个开关可以总是保持OFF，或者可以由不可控开关代替，甚至可以由二极管代替。参照图4，假定电流是正的(即从第一电源输入端11向输出端13流动)，并且当第二开关62处于不导电状态时第一开关61处于导电状态。那么，电流幅度将增加(图5中的线65b)。现在当第一开关61切换到不导电状态时，而第二开关62保持在不导电状态，具有减小幅度的正电流从第二电源输入端12经由开关62的二极管流到输出端13。显然如果用二极管来代替第二开关62可以实现相同的效果。同样，显然如果第二开关62切换到导电状态那么可以更有效地实现相同的效果。

例如由输出电流传感器67测量输出电流I_OUT，所述输出电流传感器67产生用于表明所测量输出电流的信号S_M，其被提供给窗口比较器30的测得信号输入端36。

窗口比较器30具有用于接收第一边界输入信号S_BH的第一输入端32，和用于接收第二边界输入信号S_BL的第二输入端33，其中所述第一边界电平S_BH比第二边界电平S_BL要高。在下面，这两个边界电平将分别被表示为高边界电平S_BH和低边界电平S_BL。

窗口比较器30把所测量的信号S_M与分别在第一和第二输入端32和33所接收的两个边界电平S_BH和S_BL相比较。应当注意，为了窗口比较器30能把所测量的输出信号S_M与边界电平S_BH和S_BL相比较，所测量的输出信号S_M应当具有与所述边界电平相同的维数，即它们应当都是电流信号或电压信号。因此，例如如果边界电平S_BH和S_BL被定义为电压域中的信号，那么输出传感器67也应当将其输出信号S_M作为电压域中的信号提供。

参考图5，操作如下。假定所测量的输出电流I_OUT在由边界S_BH和S_BL所定义的窗口之内，并且门驱动器50处于第一操作状态，从而输出电流I_OUT是上升的，如图5中的线65a所表示。这种情况继续，直到在时间t1所测量的输出信号S_M变为等于高边界电平S_BH。在那时，窗口比较器30产生用于门驱动器50的输出信号，使得所述门驱动器50切换到第二操作状态。因此，输出电流I_OUT下降，如图5中的线66a所表示。

这种情况继续，直到在时间t2到达低边界电平S_BL。现在窗口比较器30产生用于门驱动器50的输出信号，使得所述门驱动器50再次切换其操作状态，即再次进入第一操作状态，从而输出电流I_OUT再次上升，由图5中的线65b表示。

在大于输出电流I_OUT的周期的时间尺度上，输出电流I_OUT具有近似对应于0.5·(S_BH+S_BL)的平均值I_OUT，AV，不过I_OUT，AV的确切值将取决于负载的特性。

在已知的转换器单元中，窗口比较器30具有分别连接到边界产生器20的输出端22和23的输入端32和33，所述边界产生器20的输入端21与所述转换器单元10的目标输入端16耦合。边界产生器20被设计成根据在其输入端21所接收的目标信号STARGET，来分别在其输出端22和23产生高边界电平信号SBH和低边界电平信号SBL。这可以依照多种方式来完成。在图6A中所图示的第一示例性实施例中，边界产生器20适于依照公式

                S_BH＝S_TARGET+S1；S_BL＝S_TARGET-S2

来产生其输出信号，其中S1和S2是可以彼此相等的恒定值。从而在此例子中，如图6A中所图示，窗口边界S_BH和S_BL遵循目标信号S_TARGET的形状。此图还示出了所产生的输出电流I_OUT的波形。可以看出平均值I_OUT，AV基本上等于目标信号S_TARGET。

在图6B中所图示的另一示例性实施例中，边界产生器20保证高边界电平S_BH总是正的并且低边界S_BL总是负的。只要目标信号S_TARGET在零之上，那么低边界电平S_BL具有在零以下的恒定值S2C，同时选择高边界电平S1使得S1和S2C的平均值对应于目标信号S_TARGET。当目标信号S_TARGET是负的时，反过来也是成立的，即高边界电平S_BH具有恒定的正值S1C，而低边界电平S_BL具有值S2，值S2被选择成使得S2和S1C的平均值对应于目标信号S_TARGET。在这种情况下，输出电流I_OUT的平均值I_OUT，AV也将基本上对应于目标信号S_TARGET。

上述说明描述了独立的转换器单元10的操作。照此，上面给出的说明可以被认为是现有技术。

为了转换器单元10能够应用于如在图3中所图示的依照本发明的转换器组件1中，所述转换器单元10具有控制输入端14、控制输出端15和滞后控制级70，如在图7的一部分中所图示。转换器单元10设计成在其控制输出端15产生同步控制输出信号S_C，OUT，所述同步控制输出信号S_C，OUT表示所测量的输出信号SM分别变为等于高边界电平S_BH或低边界电平S_BL的时刻t1、t2，或者一般说来用于表明所测量输出信号SM改变符号的时间导数。在图7所图示的实施例中，控制输出端15与窗口比较器30的控制输出端35耦合；然而，也可以从另一源(例如门驱动器50，或例如电流传感器67)中导出所述控制输出信号S_{C， OUT}。

控制输出端15可以是单个的输出端，而控制输出信号S_C，OUT可以是示出用于表明不同事件的不同值的信号。例如，除t1和t2之外输出信号S_C，OUT可以具有恒定值，例如零值，并且可以在时间t1表现出具有第一特性的信号脉冲，而在时间t2表现出具有第二特性的信号脉冲。例如，在时间t1所述脉冲可以是正的，而在时间t2所述脉冲可以是负的，反之亦然。或者，这些脉冲可以具有相同的符号但是高度不同。或者，这些脉冲可以具有相同的符号但是持续时间不同。

控制输出端15实际上也可以由两条线构成，一条线承载表示时间t1的信号，而另一条线承载表示时间t2的信号，在这种情况下在这两条线上的控制信号可以是相同的，这是因为它们被不同的线所承载，所以可以被区分。

同样，控制输入端14可以是单个输入端，或对应于控制输出端15的配置，是包括两条输入线的输入端，这对本领域技术人员来说是显然的。

在下面对滞后控制级70的示例性实施例的说明中，假定信号S_BH、S_BL和S_M是电压域中的信号。图7图示了滞后控制级70包括第一斜坡电压产生器71和第二斜坡电压产生器72。滞后控制级70还包括第一加法器73和第二加法器74。第一加法器73具有与边界产生器20的第一输出端22耦合的一个输入端，用于接收高边界信号S_BH，还具有与第一斜坡电压产生器71的输出端耦合的第二输入端，用于接收第一斜坡电压V_RH，并且具有与窗口比较器30的第一输入端32耦合的输出端，用于提供倾斜高边界信号S’_BH。同样，第二加法器74具有与边界产生器20的第二输出端23耦合的输入端，用于接收低边界信号S_BL，与第二斜坡电压产生器72的输出端耦合的第二输入端，用于接收第二斜坡电压V_RL，和与窗口比较器30的第二输入端33耦合的输出端，用于提供倾斜低边界信号S’_BL。从而在窗口比较器30的第一输入端32所接收的斜坡高边界信号S’_BH是在边界产生器20的第一输出端22所产生的原始高边界电平信号S_BH与由第一斜坡电压产生器71所输出的第一倾斜电压V_RH的总和，而在所述窗口比较器30的第二输入端33所接收的低边界电平S’_BL是在所述边界产生器20的第二输出端23所产生的原始低边界电平信号S_BL与由所述第二斜坡电压产生器72所产生的第二倾斜电压V_RL的总和。

每个斜坡电压产生器能够产生缓慢增加或降低的输出信号，当所述斜坡电压产生器接收第一命令信号或触发信号时开始，并且当所述斜坡电压产生器接收第二命令信号或复位信号时复位。从而，所产生的信号具有锯齿形状，据此斜坡电压产生器还可以被表示为锯齿波产生器。

图8图示了在特定转换器单元(例如10_i；参见图3)中的斜坡电压产生器71和72的操作与时间的关系。

曲线81表明在被表示为S_M ^-1的组件中前一转换器单元(例如10_i-1；参见图3)的所测量的输出信号。当此测量的信号显然遇到前一转换器单元的高边界电平并且从增加转为降低时的时间被表示为t₁ ^-1，而当所测量的前一级输出信号S_M遇到前一转换器单元的低边界电平并且从降低转为增加时的时间被表示为t₂ ^-1。应当注意，为了简明起见，在图8中没有示出前一转换单元的高和低边界电平。

曲线82表示在输入端14从前一转换器单元所接收的可能的控制输入信号S_C，IN，其是前一转换器单元的输出端15_i-1的输出信号。在此例子中，输入控制信号S_C，IN具有表示第一时间t₁ ^-1的负脉冲，并且在时间t₂ ^-1具有正脉冲。

曲线83图示了由窗口比较器30在其第一输入端32所接收的高边界电平信号S’_BH。曲线83表示此高边界电平S’_BH是恒定的直到时间t₁ ^-1，在时间t₁ ^-1第一斜坡电压产生器71被触发并且高边界电平S’_BH开始下降。

曲线85图示了在窗口比较器30的第二输入端33所接收的低边界电平S’_BL。可以看出此低边界电平S_BL是恒定的直到时间t₂ ^-1，在时间t₂ ^-1第二斜坡电压产生器72被触发并且低边界电平S’_BL开始上升。

曲线84图示了由输出电流传感器67所生成并且在窗口比较器30的测量信号输入端36所接收的测量输出信号S_M。可以看出所测量的输出信号S_M是上升的，直到时间t1，此时所测量的输出信号S_M变为等于下降的高边界电平S’_BH。在此时，如先前所解释，窗口比较器30向门驱动器50发送命令信号，所述门驱动器50改变其操作状态，使得输出电流I_OUT的斜率转变方向，即所测量的输出信号S_M开始下降。

在时间t2，下降的输出信号S_M遇见上升的低边界电平S’_BL，此时窗口比较器30向门驱动器50发送第二命令信号，所述门驱动器50再次改变其操作状态，使得输出信号SM开始再次上升。

在时间t1，当上升的输出信号S_M遇见下降的高边界电平S’_BH时，可以把第一斜坡电压产生器71复位为零直到下次出现负的输入控制脉冲S_C，IN，如曲线83中的A所表示。然而，所述斜坡电压产生器71也可以在时间t₂ ^-1时停止，并且在时间t₁ ^-1时由S_C，IN的起始脉冲复位，如曲线83中的B所表示。或者，斜坡电压产生器71可以在时间t1继续，直到它被S_C，IN的触发脉冲复位，如曲线83中的C所图示。加以必要的变更，对于第二斜坡电压产生器72情况也一样，但是这在图8中并没有图示。

由第一和第二斜坡电压产生器71、72所产生的斜坡电压V_RH和V_RL的斜率可以彼此相等，但是这些斜率也可以彼此不等。

由第一斜坡电压产生器71所产生的斜坡电压V_RH的斜率可以是恒定的。然而优选地是，此斜率与输入电压V_HIGH和输出端13处的输出电压之间的差成比例。对于由第二斜坡电压产生器72所产生的第二斜坡电压V_RL情况也一样。为此，斜坡电压产生器71和72可以具有与电源输入端11、12和输出端13耦合的输入端，但是为了简明在图7中并没有示出。

图7和8图示了怎样由前一转换器单元10_i-1的控制信号S_C，IN来控制转换器单元10_i的门驱动器50_i的定时。在稳态中，两个邻近转换器单元10_i和10_i-1将表现出近乎固定的相位关系，如由图9所解释，图9以较大比例示出了图8的信号S_M、S’_BH和S’_BL。在图9中，实线84图示了稳态的测量输出信号S_M，而实线83图示了稳态的高边界电平S’_BH。假定前一控制单元略先于目前的转换器单元，或者目前的转换器单元10略滞后于前一转换器单元。这种情况由图9中的短划线93图示，所述短划线93表明了第一斜坡电压产生器比稳态情况被更早地触发。现在，上升的输出信号(线84a)将在时间t3遇见高边界电平S’_BH，所述时间t3比稳态情况的时间t1略早。从而，输出信号将比在稳态情况中更早下降(短划线94)。于是输出信号短暂地具有略低的幅度以及略高的频率，这减小了相对于前一转换器单元的滞后。加以必要的变更，当前一转换器单元相对于目前转换器单元滞后时，情况也是如此。

参考图7、8和9，已经解释了怎样由前一转换器单元来控制一个转换器单元10的门驱动器50的定时。也解释了结果将是这两个转换器单元的输出电流之间基本上固定的相位关系。此解释适用于在转换器组件中每对两个邻近的转换器单元，但是为了简明在图8中没有示出。从而，在起动阶段之后，所有转换器单元彼此将具有基本上固定的相位关系。可以示出，在稳态情况中，假定转换器组件中的所有转换器单元基本上是相同的，两个相邻转换器单元之间的相位差基本上等于360°/N，N是转换器组件中转换器单元的数目。所产生的转换器组件的整体输出电流-所有单个转换器单元的单个输出电流的总和-将只有非常小的波纹振幅。

图10是示意地图示了窗口比较器30和门驱动器50的可能实施例的框图。在此实施例中，窗口比较器30包括第一电压比较器37和第二电压比较器38，而门驱动器50包括RS触发器57。第一比较器37具有与窗口比较器30的第一输入端32耦合的反相输入端，具有与所述窗口比较器30的测量信号输入端36耦合的非反相输入端，并且具有与RS触发器57的R输入端耦合的输出端。第二比较器38具有与窗口比较器30的第二输入端32耦合的非反相输入端，具有与所述窗口比较器30的测量信号输入端36耦合的反相输入端，并且具有与RS触发器57的S输入端耦合的输出端。RS触发器57的Q输出端向第一开关61提供驱动信号，而RS触发器57的Q输出端向第二开关62提供驱动信号。

对本领域技术人员来说清楚的是，本发明不局限于上述示例性实施例，在所附权利要求定义的本发明的保护范围内可以进行各种变化和修改。

例如，在参考图7和8所讨论的本优选实施例中，斜坡电压被加到高边界电平S_BH以及低边界电平S_BL。然而，尽管这是优选的，不过在备选实施例中这种斜坡电压可以只被施加于边界电平之一。

应当注意，在图7的例子中，第一斜坡电压产生器71的输出电压V_RH具有负斜率，即慢慢减小的幅度。或者，第一斜坡电压产生器71可以像第二斜坡电压产生器72一样提供具有正斜率的斜坡电压，在这种情况下第一加法器73应当由减法器代替。反之，第二斜坡电压产生器72可以像第一斜坡电压产生器71一样提供具有负斜率的斜坡电压，在这种情况下第二加法器74应当由减法器代替。

还应当注意，滞后控制级70可以被集成到边界产生器20或窗口比较器30中。边界产生器20、滞后控制级70、窗口比较器30和甚至可能开关驱动器50也可以集成到一个单元中。

此外，信号S_BH、S_BL和S_M例如可以是电流域中的信号；对滞后控制级70设计的相应修正对本领域技术人员来说是显然的。

在上述描述中，对于具有两个串联连接的可控开关61和62的转换器解释了本发明。然而，本发明不局限于具有两个串联连接的可控开关的装置；如果只有一个所述开关是可控的话，也是足够的。例如，参考图4，第二开关62可以由其阴极指向节点A的二极管(不可控的)来代替，或者第一开关61可以由其阳极指向节点A的二极管(不可控的)(反向类型(buck-type)转换器)来代替。由于此类型的转换器本身是已知的，同时对本领域技术人员来说显然本发明的要旨也适用于这种类型的转换器，所以这里不必非常详细地讨论这种转换器的操作。然而应当注意，在这种情况下相应电流并非是滞后控制的。例如，如果第二开关62由其阴极指向节点A的(不可控的)二极管代替，则只对变为等于高边界电平的上升电流执行滞后控制，同时对高边界电平或测量信号应用斜坡电压校正。下降电流的低边界电平总是为零。可以依照上述方式检测何时下降电流变为等于零，但是在特殊情况中也可以依照其它方式进行。参考图7和8，显然产生斜坡电压，以便分别减小输出电流测量信号S_M和高边界电平S_BH或低边界电平S_BL之间的差异。在所论述的实施例中，这通过分别降低高边界电平S_BH并且增加低边界电平S_BL来实现。降低高边界电平S_BH通过向高边界电平SBH增加负的斜坡电压V_RH来实现；在被认为是等效的备选实施方式中，可以从所述高边界电平S_BH中减去正的斜坡电压。增加低边界电平SBL通过向低边界电平SBL增加正的斜坡电压V_RL来实现；在被认为是等效的备选实施方式中，可以从所述低边界电平S_BL中减去负的斜坡电压。

在备选实施例中，所述差异可以通过当上升时(图5中的曲线65)增加测量信号S_M，并且当下降时(图5中的曲线66)降低测量信号S_M来减小。当上升时增加测量信号S_M可以通过减去负的斜坡电压V_RH，或等效地通过增加正的斜坡电压来实现。当下降时减小测量信号S_M可以通过减去正的斜坡电压V_RL，或等效地通过增加负的斜坡电压来实现。这种实施方式特别适用于不可以修改边界产生器的输出信号的情况，例如边界产生器和窗口比较器实现为一个集成电路的(现有)情况。在此情况下，也可以只对一个电平执行滞后控制，即只对上升电流或下降电流执行。

在上述描述中，已经对于半桥配置中的实施方式解释了本发明。然而对本领域技术人员来说清楚的是，本发明还可以在完整桥式配置中实现。

在上述中，已经参考框图解释了本发明，所述框图举例说明了依照本发明装置的功能块。应当理解，这些功能块的一个或多个可以用硬件来实现，其中这种功能块的功能由单个硬件部件来执行，但是这些功能块的一个或多个也可以用软件来实现，以便这种功能块的功能由计算机程序的一个或多个程序行或可编程装置来执行，所述可编程装置是诸如微处理器、微控制器等。

Claims (22)

1.一种开关式电源组件(1)，包括至少两个以环形结构彼此耦合的开关式电源模块(10)；每个电源模块(10_i)包括同步控制装置，用来产生用于下一相邻模块(10_i+1)的同步控制信号，并且用来从前一相邻模块(10_i-1)接收同步控制信号，以便确保所有模块交错操作。

2.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中所有电源模块(10)互相都是等同的。

3.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10_i)包括目标信号输入端(16_i)，所有电源模块的所有目标信号输入端并联连接到一个共用的目标信号源(S_TARGET)。

4.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10_i)包括电流输出端(13_i)，所有电源模块的所有电流输出端并联连接到一个共用的组件输出端(3)。

5.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10_i)包括第一电源输入端(11_i)和第二电源输入端(12_i)，所有电源模块的所有第一电源输入端并联连接到一个共用的高压电源(V_HIGH)，并且所有电源模块的所有第二电源输入端并联连接到一个共用的低压电源(V_LOW)。

6.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10_i)包括控制输入端(14_i)和控制输出端(15_i)，所有控制输入端(14_i；14₁)与前一相邻模块(10_i-1；10_N)的控制输出端(15_i-1；15_N)耦合，并且所有控制输出端(15_i；15_N)与下一相邻模块(10_i+1；10₁)的控制输入端(14_i+1；14₁)耦合。

7.如权利要求1所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10)还包括电流传感器(67)，用于产生表示所述模块输出端(13)处的输出电流的测量信号(S_M)；

其中每个电源模块(10)还包括电流产生装置，所述电流产生装置能够在第一操作状态下操作，在该状态中所述电流产生装置产生具有正导数的输出电流，并且所述电流产生装置能够在第二操作状态下操作，在该状态中所述电流产生装置产生具有负导数的输出电流；

所述电流产生装置适于当上升的测量信号(S_M)变为等于高边界信号(S’_BH)时从其第一操作状态切换到其第二操作状态，并且适于当下降测量信号(S_M)变为等于低边界信号(S’_BL)时从其第二操作状态切换到其第一操作状态；

其中每个电源模块(10)还包括滞后控制级(70)。

8.如权利要求7所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10)包括边界产生器(20)，该边界产生器(20)具有与目标信号输入端(16)耦合的输入端(21)，适于根据在所述输入端(21)接收的目标信号(S_TARGET)在第一边界产生器输出端(22)产生高边界信号(S_BH)以及在第二边界产生器输出端(23)产生低边界信号(S_BL)；

其中所述滞后控制级(70)适于控制上升测量信号(S_M)和所述高边界信号(S_BH)之间的差异，并且适于控制下降测量信号(S_M)和所述低边界信号(S’_BL)之间的差异。

9.如权利要求8所述的开关式电源组件(1)，其中所述滞后控制级(70)具有与边界产生器(20)的第一边界产生器输出端(22)耦合的第一输入端和与第二边界产生器输出端(23)耦合的第二输入端，分别用于接收高边界信号(S_BH)和低边界信号(S_BL)，并且具有分别用于提供受滞后控制的高边界信号(S’_BH)的第一输出端和用于提供受滞后控制的低边界信号(S’_BL)的第二输出端。

10.如权利要求9所述的开关式电源组件(1)，其中所述滞后控制级(70)包括第一斜坡电压产生器(71)，用于产生具有增加幅度的第一斜坡电压(V_RH)，还包括将高边界信号(S_BH)减小所述第一斜坡电压(V_RH)的幅度的装置(73)。

11.如权利要求9所述的开关式电源组件(1)，其中所述滞后控制级(70)包括第二斜坡电压产生器(72)，用于产生具有增加幅度的第二斜坡电压(V_RL)，还包括将低边界信号(S_BL)增加所述第二斜坡电压(V_RL)的幅度的装置(74)。

12.如权利要求7所述的开关式电源组件(1)，其中每个电源模块(10_i)包括控制输入端(14_i)和控制输出端(15_i)，每个控制输入端(14_i；14₁)与前一相邻模块(10_i-1；10_N)的控制输出端(15_i-1；15_N)耦合，并且每个控制输出端(15_i；15_N)与下一相邻模块(10_i+1；10₁)的控制输入端(14_i+1；14₁)耦合；

每个电源模块(10)还适于在其电源输出端(15)产生第一控制输出信号(S_C，OUT)，用于指示所述电流产生装置从其第一操作状态切换到其第二操作状态的时刻(t1)，还适于产生第二控制输出信号(S_{C， OUT})，用于指示所述电流产生装置从其第二操作状态切换到其第一操作状态的时刻(t2)。

13.如权利要求12所述的开关式电源组件(1)，其中滞后控制级(70)包括第一加法器(73)，该第一加法器(73)具有与边界产生器(20)的第一输出端(22)耦合的一个输入端并且具有与斜坡电压产生器(71)的输出端耦合的另一输入端，所述斜坡电压产生器(71)由在相应电源模块(10)的控制输入端(14)所接收的第一控制输入来触发，所述第一加法器(73)具有与滞后控制级(70)的第一输出端耦合的输出端，用于提供受滞后控制的高边界信号(S’_BH)。

14.如权利要求12所述的开关式电源组件(1)，其中滞后控制级(70)包括第二加法器(74)，该第二加法器(74)具有与边界产生器(20)的第二输出端(23)耦合的一个输入端并且具有与斜坡电压产生器(72)的输出端耦合的另一输入端，所述斜坡电压产生器(72)由在相应电源模块(10)的控制输入端(14)所接收的第二控制输入来触发，所述第二加法器(74)具有与滞后控制级(70)的第二输出端耦合的输出端，用于提供受滞后控制的低边界信号(S’_BL)。

15.如权利要求7所述的开关式电源组件(1)，其中所述电流产生装置包括：

在第一电源输入端(11)和第二电源输入端(12)之间串联耦合的两个可控开关(61，62)，所述开关之间的节点(A)与所述模块输出端(13)耦合；

开关驱动器(50)，具有与相应开关(61，62)的控制输入端耦合的输出端(52，53)，所述开关驱动器(50)能够在第一操作状态下操作，在所述第一操作状态中所述开关驱动器(50)产生控制输出信号使得当第一开关(61)处于导电状态时第二开关(62)是不导电的，并且所述开关驱动器(50)能够在第二操作状态下操作，在所述第二操作状态中所述开关驱动器(50)产生控制输出信号使得当所述第二开关(62)处于导电状态时第一开关(61)是不导电的；

窗口比较器(30)，具有高边界输入端(32)和低边界输入端(33)、与所述开关驱动器(50)的控制输入端(51)耦合的控制输出端(34)，和耦合成从所述电流传感器(67)接收测量信号(S_M)的测量信号输入端(36)；

其中所述窗口比较器(30)适于产生第一控制信号，用于当所述下降测量信号(S_M)变为等于其低边界输入端(33)的信号电平(S’_BL)时命令所述开关驱动器(50)进入其第一操作状态，并且还适于产生第二控制信号，用于当所述上升测量信号(SM)变为等于其高边界输入端(32)的信号电平(S’_BH)时命令所述开关驱动器(50)进入其第二操作状态。

16.如权利要求15所述的开关式电源组件(1)，其中所述窗口比较器(30)具有与滞后控制级(70)的输出端耦合的输入端(32，33)。

17.如权利要求7所述的开关式电源组件(1)，其中所述电流产生装置包括：

在第一电源输入端(11)和第二电源输入端(12)之间串联耦合的可控开关(61；62)和二极管，所述开关和所述二极管之间的节点(A)与所述模块输出端(13)耦合；

开关驱动器(50)，具有与开关(61；62)的控制输入端耦合的输出端(52；53)，所述开关驱动器(50)能够在第一操作状态下操作，在所述第一操作状态中所述开关驱动器(50)产生控制输出信号，使得开关(61；62)处于导电状态，并且所述开关驱动器(50)能够在第二操作状态下操作，在所述第二操作状态中所述开关驱动器(50)产生控制输出信号，使得所述开关(61；62)是不导电的；

窗口比较器(30)，具有至少一个边界输入端(32)、与所述开关驱动器(50)的控制输入端(51)耦合的控制输出端(34)，和耦合成从所述电流传感器(67)接收所述测量信号(S_M)的测量信号输入端(36)；

其中所述窗口比较器(30)适于当所述测量信号(S_M)变为等于其至少一个边界输入端(32)处的信号电平(S’_BH)时产生用于所述开关驱动器(50)的控制信号。

18.如先前权利要求中任何一个所述的开关式电源组件(1)，其中所述电源模块被实现为DC/DC转换器模块。

19.如先前权利要求中任何一个所述的开关式电源组件(1)，其中所述电源模块被实现为DC/AC反相器模块。

20.一种太阳能电池组件，包括升压转换器，用于向上变换太阳能电池的输出电压，具有与DC/AC反相器耦合的输出电压，其中所述放大转换器或所述反相器或此二者包括如先前权利要求中任何一个所述的开关式电源组件(1)。

21.一种用于驱动诸如气体放电灯之类的灯的驱动器，包括如先前权利要求中任何一个所述的开关式电源组件(1)作为用于产生所述灯的电源电流的DC/AC反相器。

22.一种用于传动控制设备的致动器，包括如先前权利要求中任何一个所述的开关式电源组件(1)。

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