用於AC/DC功率轉換器中的功率因數校正的遲滯控制器的製作方法

2023-12-03 15:41:06

本公開涉及AC/DC轉換器中的功率因數校正(PFC)，具體地，涉及用於AC/DC轉換器的PFC控制器。

背景技術：

AC/DC功率轉換被用於許多工業、商業和個人電子應用。AC/DC轉換涉及在AC輸入和DC輸出之間的功率損失方面的一些固有的低效率。雖然該低效率中的一些是不可避免的，但一些低效率還會是由反抗交變電流的電感和/或電容所引起，這可利用功率因數校正器(PFC)來減少或消除。PFC可以以各種控制模式(諸如臨界傳導模式(CrCM)或連續傳導模式(CCM))中的一種來控制，這可以通過PFC控制來管理。

CrCM通常提供較低的平均輸出電流，並且通常可以用於低功率應用，諸如約300瓦特(W)以下。CrCM提供用於門信號的可變切換頻率和恆定的接通時間，其中每當電感器的電感器電流達到零時就切換門信號。因此，CrCM要求相對較少的計算，並且易於實施。CCM通常提供較高的平均輸出電流，並且通常用於較高的功率應用，諸如約300瓦特(W)以上。CCM提供用於門信號的恆定切換頻率和可變接通時間，其中門信號切換基於平均電流控制方法。因此，CCM要求比CrCM更多的計算。

技術實現要素：

一般來說，本公開的各個實例針對用於功率因數校正器(PFC)的遲滯控制器。在本公開的各個實施例中，遲滯PFC控制器可以橫跨任何功率範圍提供PFC，其具有如CrCM一樣的僅施加低處理負擔或 低CPU負荷的簡單計算，並且還具有如CCM一樣的對門開關的低應力。因此，除其他優勢外，本公開的遲滯PFC控制器可以在低或高功率應用中結合CrCM和CCM PFC控制器的優勢。

在本公開的各個實施例中，遲滯PFC控制器可以實施為數字遲滯PFC控制器或者單比較器遲滯PFC控制器，這二者均可以提供諸如對門開關的低應力和低處理負荷的優勢。數字遲滯PFC控制器可以控制門開關以在峰值電流參考和谷值電流參考之間接通和斷開，這二者均是數字可控的。單比較器遲滯PFC控制器可以利用單個比較器來實施，其被配置為向連接至峰值參考和谷值參考的多路復用器提供反饋，其中多路復用器的輸出通過數模轉換器(DAC)饋送至轉換器的輸入，使得基於比較器輸出，單個參考信號在提供峰值參考和谷值參考之間交替。

一個實例針對一種用於功率轉換器的控制器。該控制器包括被配置為輸出峰值電流參考的峰值電流參考模塊。該控制器還包括被配置為輸出谷值電流參考的谷值電流參考模塊。控制器還包括一個或多個比較器，其被配置為將通過功率轉換器的電流與峰值電流參考和谷值電流參考進行比較，從而在通過功率轉換器的電流落到谷值電流參考時使功率轉換器的門開關接通，而當通過功率轉換器的電流上升到峰值電流參考時使功率轉換器的門開關斷開。

另一個實例針對一種用於控制功率轉換器的方法。該方法包括基於功率轉換器的感應的平均電流和預選的峰值參考函數輸出峰值電流參考。該方法還包括基於功率轉換器的感應的平均電流和預選的谷值參考函數輸出谷值電流參考。該方法還包括將通過功率轉換器的電流與峰值電流參考和谷值電流參考進行比較。該方法還包括：當通過功率轉換器的電流落到谷值電流參考時，接通功率轉換器的門開關，而當通過功率轉換器的電流上升到峰值電流參考時，斷開功率轉換器的門開關。

另一實例針對一種用於控制功率轉換器的設備。該設備包括被配置為感應由功率轉換器輸出的值的多路復用器。該設備還包括峰值電 流參考模塊，其連接至多路復用器的輸出並被配置為基於功率輸出和預選的峰值電流參考值輸出峰值電流參考。該設備還包括谷值電流參考模塊，其連接至多路復用器的輸出並被配置為基於功率輸出和預選的谷值電流參考值輸出谷值電流參考。該設備還包括一個或多個比較器，其被配置為將通過功率轉換器的電流與峰值電流參考和谷值電流參考進行比較，從而當通過功率轉換器的電流落到谷值電流參考時接通功率轉換器的門開關，而當通過功率轉換器的電流上升到峰值電流參考時斷開功率轉換器的門開關。

以下在附圖和描述中闡述本公開的一個或多個實例的細節。本公開的其他特徵、目的和優勢將從描述和附圖以及權利要求中顯而易見。

附圖說明

圖1是示出根據一個實例的具有數字遲滯PFC控制器的AC/DC功率轉換器的框圖。

圖2示出了根據一個實例的具有平均電流的在數字遲滯PFC控制器的控制下在峰值電流參考和谷值電流參考之間交替的圖1的AC/DC功率轉換器的輸出電流的電流波形。

圖3示出了在圖1的數字遲滯PFC控制器的控制下AC/DC功率轉換器的示例性輸出電流的各種不同的電流波形，並且示範了在數字遲滯PFC控制器的控制下的用於峰值電流參考、谷值電流參考、紋波電流和過電流保護(OCP)的各種可選受控值。

圖4示出了如圖2的示例性輸出電流的數字波形部分的特寫圖以及由數字遲滯PFC控制器的各個部件發出的時間協調信號的曲線，其進一步示出了一個實施方式中的數字遲滯PFC控制器的功能。

圖5示出了在一個實例中AC/DC功率轉換器如何在數字遲滯PFC控制器的控制下根據在任何給定時刻要求的功率並利用在操作模式之間改變時的遲滯來在連續傳導模式(CCM)和臨界傳導模式(CrCM)之間切換操作模式的曲線。

圖6示出了具有與數字遲滯PFC控制器不同的作為本公開的遲滯PFC控制器的不同示例性實施方式的單比較器遲滯PFC控制器的AC/DC功率轉換器，同時還提供了上述遲滯PFC控制器的相似優勢。

圖7示出了在一個實例中如上所述在單比較器PFC控制器的控制下利用在峰值電流參考值和谷值電流參考值之間交替的交變電流參考控制的AC/DC功率轉換器的電流輸出的曲線。

圖8是示出根據本公開的實例的操作遲滯PFC控制器以有利地控制AC/DC功率轉換器的輸出的方法的流程圖，例如根據輸出功率在任何給定時間在CCM或CrCM模式下靈活操作以及除了其它優勢之外如上所述靈活控制峰值電流參考和谷值電流參考、紋波電流和過電流保護。

具體實施方式

圖1是示出根據一個實例的具有數字遲滯PFC控制器110的AC/DC功率轉換器100的框圖。數字遲滯PFC控制器110包括輸入電壓(Vin)電壓模數轉換器(VADC)112、輸出電壓(Vout)VADC114、電壓補償器116、多路復用器118、峰值電流參考模塊120、谷值電流參考模塊122、數模轉換器(DAC)124和126、比較器130和132、脈寬調製(PAM)邏輯電路134以及輸出管腳136。在一些實例中，數字遲滯PFC控制器110可以實施為微控制器。在一些實例中，Vin VADC 112、Vout VADC 114、DAC 124和126、比較器130和132以及PWM邏輯模塊134可以實施為硬體部件，並且電壓補償器116、多路復用器118、峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122可以實施為模塊或軟體的一部分。電壓補償器116、多路復用器118、峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122的軟體實施方式可以實施為固件，並且可以存儲在一個或多個存儲部件上和/或被一個或多個處理單元(諸如數字遲滯PFC控制器10的中央處理單元(CPU))執行。在其他實例中，可以以各種類型的硬體元件和/或軟體元件中的任何元件來實施數字遲滯PFC控制器110的不同特徵。 AC/DC功率轉換器100還包括電壓輸入Vin端子102、電感器104、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)門開關106和電壓輸出Vout端子108。

數字遲滯PFC控制器110包括來自AC/DC功率轉換器100的三個輸入以及去向AC/DC功率轉換器100的一個輸出。作為三個輸入，Vin VADC 112連接至電壓輸入Vin端子102以接收AC/DC功率轉換器的輸入電壓；Vout VADC 114連接至電壓輸出Vout端子108以接收AC/DC功率轉換器100的輸出電壓；以及比較器130和132的反相輸入管腳連接至電感器104處的電流傳感器以接收來自電感器104的電感器電流的指示。作為輸出，PWM邏輯模塊134連接至門開關106的控制端子，並且被配置為將調製信號遞送至門開關106以接通和斷開門開關106，由此控制AC/DC功率轉換器100的操作。

乘法器118基於AC/DC功率轉換器100的輸入電壓和輸出電壓(由來自Vin VADC 112和Vout VADC 114的輸入表示)來生成參考電流信號Ym。乘法器118可以處理器執行的軟體來實施，以執行來自電壓補償器116的電壓補償值與來自Vin VADC 112的VADC Vin值之間的乘法指令，從而生成Ym參考值。在其他實例中，乘法器18可以類似地在使用運算放大器(op-amps)和電晶體電路的模擬部件中實施。峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122接收來自乘法器118的平均電壓值Ym，並分別生成峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv。DAC 124和126分別將峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv轉換為模擬形式用於輸入至比較器130和132的非反相輸入管腳。如上所述，比較器130和132的反相輸入管腳連接至電感器104以測量電感器104處的電感器電流。因此，比較器130和132被配置為將電感器104處的電感器電流與分別由峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122提供的峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv進行比較，並將它們的比較結果輸出至PWM邏輯電路134。

PWM邏輯電路134由此被配置為基於電感器104處的電感器電流與峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv的比較來將開關調製信號輸 出至門開關106。因此，數字遲滯PFC控制器110被配置為在數字控制下控制門開關106在峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv之間接通和斷開，其中對數字遲滯PFC控制器110具有低處理負擔和低時延並且對門開關106具有低應力。以下進一步參考各個實例進一步描述數字遲滯PFC控制器110的方面。

圖2示出了根據一個實例的具有平均電流218的在數字遲滯PFC控制器110的控制下在峰值電流參考212和谷值電流參考214之間交替的圖1的AC/DC功率轉換器100的電感器電流216的電流波形200。圖2所示的峰值電流參考212和谷值電流參考214可以表示由上面討論的數字遲滯PFC控制器110的峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122提供(並由DAC 124和126數位化)的峰值電流參考Yp和谷值電流參考Yv。因此，數字遲滯PFC控制器110可以控制AC/DC功率轉換器100的門開關106來以定時圖案在接通和斷開之間交替，使得AC/DC功率轉換器100生成圍繞平均電流218交替的切換電感器電流216。一旦數字遲滯PFC控制器110檢測到電感器電流216撞擊谷值電流參考214，數字遲滯PFC控制器110就可以控制門開關106接通，而一旦遲滯PFC控制器110檢測到電感器電流216撞擊峰值電流參考212，數字遲滯PFC控制器110就可以控制門開關106斷開。

圖2還示出了根據一個實例的在圖2的數字遲滯PFC控制器00的控制下具有峰值電流參考212和谷值電流參考214的電流波形200的波形部分220的特寫圖219。波形部分220示出了峰值電流參考212和谷值電流參考214實際上如何數位化，在特寫圖219中被示為數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224，使得每次變化小的步長函數，該小的步長函數近似平均峰值電流參考223和平均谷值電流參考225的平滑模擬曲線。如特寫圖219所示，AC/DC功率轉換器100的電感器電流216近似地在數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224之間交替，並且由於不可避免的非常小的系統延遲而在每次交替產生非常輕微的超越，導致紋波電流中的非常微小的增加。如特寫圖219所示，與在數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224之 間交替相比，電感器電流216實際上可以更加近似於在平均峰值電流參考223和平均谷值電流參考225之間交替，這是因為不可避免的輕微系統延遲超越與數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224的數字參考信號的平均化相一致。

電感器電流216從峰值電流參考212和谷值電流參考214之間的平均電流218的偏移是紋波電流，其在該實例中被控制得很小，如圖2所示。在一些實例中，數字遲滯PFC控制器110可以控制峰值電流參考212和谷值電流參考214作為關於期望平均電流與期望紋波電流的比率。在一些實例中，數字遲滯PFC控制器110可以在固件中存儲期望平均電流和期望紋波電流，並且可以根據期望平均電流和期望紋波電流來控制峰值電流參考212和谷值電流參考214。在一些實例中，數字遲滯PFC控制器110可以執行控制，使得根據等式1和等式2，峰值電流參考212(或Yp)和谷值電流參考214(或Yv)可以與峰值電流比率常數(或乘法器常數)Cp、谷值電流比率常數Cv、平均電流Ym(或平均電流218)和紋波電流KR相關：

因此，如果對於給定應用期望低切換頻率，則可以在由數字遲滯PFC控制器110存儲的控制變量中將紋波電流KR限定得相對較大，而如果對於給定應用期望低紋波電流和高頻率，則可以在由數字遲滯PFC控制器110存儲的控制變量中將紋波電流KR限定得相對較小。在門開關106尤其敏感或者具有長期性能要求以避免被施加應力的一些應用中，所選的低切換頻率還能夠實現對門開關106的低應力。在圖3中示出並在下面進一步描述數字遲滯PFC控制器110能夠實現的選擇切換頻率和波紋電流的該靈活性。

在一些實例中，峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122可以分別被編程或設計有峰值電流比率常數CP和谷值電流比率常數Cv的存儲值；可接收來自乘法器118的平均電流218/Ym；以及可以分別根據下面的等式3和4確定和輸出峰值電流參考212/Yp和谷值 電流參考214/Yv。等式3和4分別簡化地重新整理等式1和2以根據峰值電流比率常數Cp和谷值電流比率常數Cv的存儲值以及可從乘法器118接收的平均電流Ym的值來對峰值電流和谷值電流求解。

Yp＝CpYm (等式3)

Yv＝CvYm (等式4)

在一些實例中，峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122可以被編程或設計有紋波電流KR的存儲值，可以接收來自乘法器118的平均電流218/Ym，並且可以分別根據以下等式5和6確定和輸出峰值電流參考212/Yp和谷值電流參考214/Yv。等式5和6分別簡化地重新整理等式1和2以根據紋波電流KR的存儲值以及可從乘法器118接收的平均電流Ym的值來對峰值電流和谷值電流求解。

在上面的各個實例中，峰值電流參考模塊120可以基於功率轉換器的當前感應的平均電流(經由Vin VADC 112、Vout VADC 114、電壓補償器16和乘法器118提供)來輸出峰值電流參考。此外，峰值電流參考模塊120還可以輸出預選的峰值參考函數(其中預選的峰值參考函數可以通過上面示出和描述的等式1、3或5中的一個來定義)或者一些其他類似的預選的峰值參考函數(其結合峰值電流參考的預選值、紋波電流、過電流保護(OCP)的最大電流(以下進一步進行描述)或相關參數)。類似地，在上面的各個實例中，谷值電流參考模塊122由此基於功率轉換器的當前感應的平均電流(經由Vin VADC112、Vout VADC 114、電壓補償器16和乘法器118提供)和預選的谷值參考函數或一些其他類似的預選的谷值參考函數來輸出谷值電流參考，其中預選的谷值參考函數可以是上面示出和描述的等式2、4或6中的一個，並且其他類似的預選的谷值參考函數結合了谷值電流參考的預選值、紋波電流、運算模式或遲滯帶(以下進一步描述)或相關參數。

圖3示出了在圖1的數字遲滯PFC控制器110的控制下AC/DC 功率轉換器100的示例性輸出電流的各種不同的電流波形200、410、420、430、440、450，並且示出了在數字遲滯PFC控制器110的控制下的峰值電流參考、谷值電流參考、紋波電流和過電流保護(OCP)的各種可選受控值。圖3示出了數字遲滯PFC控制器110的功能的各個方面和優勢。電流波形200與上面參照圖2討論的相同，並包括在圖3中是為了比較的目的。電流波形410示出了被選擇性地設置在零處的谷值電流參考412。然而，電流波形200有效地提供了連續傳導模式(CCM)，其中具有低處理負擔，電流波形410有效提供了臨界傳導模式(CrCM)，其中對門開關106具有低應力，簡單地通過選擇性地將數字遲滯PFC控制器100的谷值電流參考412設置為零或接近零。

由此，如下進一步描述，通過選擇性地將谷值電流參考控制為基本非零值或基本零值，谷值電流參考模塊122可以選擇性地控制數字遲滯PFC控制器110是否在任何給定時間控制AC/DC功率轉換器100以CCM或CrCM進行操作。因此，谷值電流參考模塊122可以選擇性地控制遲滯帶，其中數字遲滯PFC控制器110控制AC/DC功率轉換器100在切換到其他操作模式之前保持在CCM或CrCM，這將在以下進一步描述。

圖3的電流波形420類似於電流波形200，除了紋波電流被選擇性地設置為大於電流波形200中的紋波電流。圖3的電流波形430也類似於電流波形200，除了紋波電流被選擇性地設置為小於電流波形200中的紋波電流。電流波形440類似於電流波形200，除了選擇有過電流保護(OCP)，使得峰值電流參考在所選OCP值443處被去蓋，從而輸出電流不能上升到OCP的所選最大電流443之上。電流波形450具有被設置為零的谷值電流參考和施加的所選OCP二者以提供類似CrCM模式的OCP。

圖4示出了圖2的示例性輸出電流的數字波形部分220的特寫圖219以及由數字遲滯PFC控制器110的各個部件發出的時間協調信號的示圖500，其進一步示出了一個實施方式中的數字遲滯PFC控制器 110的功能。示圖500還示出了由PWM邏輯電路134生成的調製信號510、第一定時器值520、電流環路模數(ADC)觸發器530、電流環路INT信號540(在該實例中具有100千赫茲(kHz)的頻率)、第二定時器值550、電壓環路模數(ADC)觸發器560和電壓環路INT信號570(在該實例中具有50千赫茲(kHz)的頻率)。電流環路INT信號540可以更新峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122的值。更新這二者可以分別從DAC 124和126生成新模擬電壓參考。如圖4所示，當DAC 124和126更新它們的值時，會發生零階保持。電壓環路INT信號570可以經由Vout VADC 114測量輸出電壓並更新電壓補償器116以保持輸出電壓。

如圖4所示，由PWM邏輯電路134輸出的為接通的調製信號510使得電感器電流216上升，並且由PWM邏輯電路134輸出的為斷開的調製信號510使得電感器電流216下降。如數字波形部分220的特寫圖219所示，數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224示出了零階保持(ZOH)(229)，其在模擬實施中是不存在的。數字波形部分220的特寫圖219還示出了比較器延遲228的實例，或者比較器130和132在超過數字峰值電流參考222或數字谷值電流參考224之後在上升和下降之間交替的電流上運作中固有的輕微延遲。電流環路ADC觸發器530和電流環路INT信號540通過發出用於數字峰值電流參考222和數字谷值電流參考224的信號(每一個都使隨後的值發生階梯跳變)來響應第一定時器值520。在該實例中，電壓環路ADC觸發器560和電壓環路INT信號570在第一定時器和電流環路的頻率的一半處響應第二定時器值550。

圖5示出了示圖600和610，它們在一個實例中示出了AC/DC功率轉換器100如何在數字遲滯PFC控制器110的控制下根據任何給定時刻處要求的功率並利用在操作模式之間改變時的遲滯來在CCM模式和CrCM模式之間切換操作模式。示圖600示出了輸入電壓620、電壓環路輸入630、零電壓INT信號640和當前的操作模式650。示圖610示出了當前操作模式相對於當前要求的功率輸出，包括CCM 模式612和CrCM模式614，它們在該實例中在150瓦特(W)和220W之間的遲滯帶616中重疊。示圖610中的遲滯帶616被表示為與示圖600中的電壓環路輸入630中示出的150W和200W之間的遲滯帶636平行。

示圖610示出了AC/DC功率轉換器100在數字遲滯PFC控制器110的控制下可以在任何地方的當前功率從150W至600W時以CCM模式進行操作。如果功率輸出下降到150W以下，則諸如通過選擇性地將數字遲滯PFC控制器110的谷值電流參考設置為零，數字遲滯PFC控制器110可以將AC/DC功率轉換器100從CCM模式切換到CrCM模式，由此將AC/DC功率轉換器100的輸出電流從CCM類型輸出(諸如上述波形200)轉換到CrCM類型輸出(諸如上述波形410)。

一旦AC/DC功率轉換器100在功率輸出中下降到150W以下並且以CrCM模式進行操作，AC/DC功率轉換器100就可以在0和200W的任何功率輸出處連續操作同時保持在CrCM模式，如示圖610所示。在該實例中，只要當前要求的功率上升到200W以上，數字遲滯PFC控制器110就可以將AC/DC功率轉換器100從CrCM模式轉換回CCM模式。因此，在該實例中，根據AC/DC功率轉換器100已經操作的兩種操作模式中的任何一個模式，可以在CCM模式或CrCM模式中提供150W到200W的輸出範圍；因此，重疊範圍616可以認為是遲滯帶或遲滯範圍。

在其他實施方式中，遲滯帶616的上邊界和下邊界可以分別顯著改變到200W和150W的示例性值之上和之下。在圖5的實例中並且在其他實施方式中，遲滯帶可以與CCM模式或CrCM模式執行良好且CCM模式或CrCM模式都不會施加明顯缺陷的功率輸出的範圍相一致。在不同值的各種實施中的任一種中，數字遲滯PFC控制器110可以提供一些明顯的遲滯帶以確保在當前要求的功率碰巧非常接近CCM模式和CrCM模式之間的轉換功率等級的情況下避免太過頻繁地在CCM模式和CrCM模式之間交替的情況。因此，在各種實例中，數字遲滯PFC控制器110可以根據兩種模式中的哪一種對於給定時刻 處要求的功率輸出是有利的來在任何給定時間以CCM模式或CrCM模式靈活地操作AC/DC功率轉換器100。

示圖600所示的電壓環路輸入630和當前操作模式650進一步示出了通過數字遲滯PFC控制器110隨時間為AC/DC功率轉換器100選擇的操作模式的不間斷選擇(其中時間間隔在線660上表示，如輸入電壓620的半循環所界定的那樣)。電壓環路輸入630包括150W和200W之間的遲滯帶636，並且線632表示AC/DC功率轉換器100的當前要求的功率輸出(「功率632」)。在示圖600所示的時間間隔0和1中(如線660上所表示的)，功率632充分位於150W之下，並且數字遲滯PFC控制器110以CrCM模式操作AC/DC功率轉換器100，如當前操作模式的示圖650中的對應時間間隔所示。在時間間隔2中，功率632開始位於遲滯帶636之下但隨後上升到遲滯帶636之上，並在該時間間隔結束處保持；操作模式為CrCM，但是在時間間隔3中轉換為CCM(如示圖650所示)。在時間間隔3期間，功率下降到遲滯帶636之下，並且數字遲滯PFC控制器110通過在時間間隔4中轉換回CrCM模式來響應。

然後，功率632上升到遲滯帶636中並在遲滯帶636內結束時間間隔4，使得數字遲滯PFC控制器110在時間間隔5中保持在CrCM模式內。功率632在時間間隔5的結束處上升到稍微高於遲滯帶636，使得數字遲滯PFC控制器110在時間間隔6轉換到CCM。功率632在時間間隔6的結束處下降到遲滯帶636中，使得數字遲滯PFC控制器110在時間間隔7中保持在CCM模式內。然後，功率632在時間間隔7結束之前剛好下降到遲滯帶636之下，使得數字遲滯PFC控制器110在時間間隔8中轉換回CrCM模式。這些實例進一步示出了數字遲滯PFC控制器110如何可以連續操作AC/DC功率轉換器100的功率輸出，從而總是相對於其當前的功率輸出在CCM和CrCM之間保持在有利的操作模式，同時使用在CCM或CrCM之間沒有明顯優勢的功率範圍內在兩種模式之間轉換的遲滯帶來避免太過頻繁地轉換。

因此，數字遲滯PFC控制器110的峰值電流參考模式120和谷值電流參考模塊122能夠根據各種控制參數中的任何參數來選擇性地控制AC/DC功率轉換器100中的功率、操作模式、遲滯帶、紋波電流和過電流保護。在各個實例中，用於峰值電流參考模式120和谷值電流參考模塊122的控制參數可以在AC/DC功率轉換器100的初始製造以及峰值電流參考模式120和谷值電流參考模塊122的初始編程中進行選擇或設計，或者作為隨後對數字遲滯PFC控制器110的固件或軟體修改或升級的一部分，和/或響應於AC/DC功率轉換器100的各種操作參數來在算法上進行選擇和設計。

圖6示出了具有不同於上述數字遲滯PFC控制器110的作為本公開的遲滯PFC控制器的不同示例性實施方式的單比較器遲滯PFC控制器710的AC/DC功率轉換器700，同時還提供了與上述遲滯PFC控制器相似的優勢特徵。單比較器遲滯PFC控制器710包括與上述數字遲滯PFC控制器110相同的一些部件，包括輸入電壓(Vin)電壓模數轉換器(VADC)112、輸出電壓(Vout)VADC 114、電壓補償器116和乘法器118。AC/DC功率轉換器700還共享與上述AC/DC功率轉換器100部件共同的部件，包括電壓輸入Vin端子102、電感器104、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)門開關106、電壓輸出Vout端子108和輸出管腳136。單比較器遲滯PFC控制器710還包括峰值電流參考模塊720、谷值電流參考模塊722、多路復用器723、單個數模轉換器(DAC)724和單個比較器730。單比較器遲滯PFC控制器710由此可以以具有比數字遲滯PFC控制器110少的部件的簡單實施方式來提供數字峰值和谷值電流參考，並且具有上面參照數字遲滯PFC控制器110描述的優勢。

如圖6所示，從電感器104感應的電感器電流連接至比較器730的反相輸入。峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722的輸出連接至多路復用器723的輸入。多路復用器723的輸出被輸入至DAC724，並且DAC 724的輸出連接至比較器730的非反相輸入。因此，多路復用器723可以認為是對缺少如數字遲滯PFC控制器110中的第 二DAC和第二比較器的補償。單比較器遲滯PFC控制器710由此可被配置為輸出上述數字峰值電流參考和數字谷值電流參考，因此一次僅輸出一個並且根據需要在二者之間交替，這在下面參照圖7進一步描述。

在一些實例中，峰值電流參考模塊720、谷值電流參考模塊722、多路復用器723、DAC 724和比較器730可以在單個集成電路(IC)中實施，其在一些實例中可以實施為微控制器、專用集成電路(ASIC)或數位訊號處理器(DSP)。與上述數字遲滯PFC控制器110相似，在一些實例中，單比較器遲滯PFC控制器710可以實施為微控制器。在一些實例中，Vin VADC 112、Vout VADC 114、多路復用器723、DAC 724和比較器730可以實施為硬體部件，並且電壓補償器116、乘法器118、峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722可以實施為模塊或軟體的一部分。電壓補償器116、乘法器118、峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722的軟體實施可以實施為固件，並且可以存儲在一個或多個存儲部件上和/或被一個或多個處理單元(諸如單比較器遲滯PFC控制器710的中央處理單元(CPU))執行。

峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722可以利用上面針對峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122描述的所有功能來實施，包括靈活地控制峰值和谷值電流參考、操作模式(CCM或CrCM)、紋波電流和過電流保護。在其他實例中，可以在各種類型的硬體和/或軟體元件中實施單比較器遲滯PFC控制器710的不同特徵。峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722可以選擇性地使單比較器遲滯PFC控制器710選擇性地控制AC/DC功率轉換器700以生成輸出電流，其中功率、操作模式、遲滯帶、紋波電流和過電流保護均可以被選擇性控制。在各種實例中，峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722能夠使得功率、操作模式、遲滯帶、紋波電流和過電流保護根據各種控制參數中的任何參數來選擇性控制，其中各種控制參數可以在AC/DC功率轉換器700的初始製造以及峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722的初始編程時被選擇或設計，或者 作為單比較器遲滯PFC控制器710的固件或軟體修改或升級的一部分，和/或響應於AC/DC功率轉換器700的各種操作參數而在算法上進行選擇或設計。

圖7示出了在一個實例中在上述單比較器遲滯PFC控制器710的控制下利用在峰值電流參考值762和谷值電流參考值764之間交替的交替電流參考752來控制的AC/DC功率轉換器700的電流輸出756的示圖750。如上所述，根據經由DAC 724從多路復用器723到比較器730的輸出，交替電流參考752在峰值電流參考值762和谷值電流參考值764之間交替，其中來自多路復用器723的輸出在通過峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722輸出的峰值電流參考值762和谷值電流參考值764之間交替。在該實例中，示圖750還將單比較器遲滯PFC控制器輸出信號780實處為輸出至門開關106以接通和斷開門開關106。

圖7還示出了在橫跨交變電流參考752的電流輸出756和執行其隨後交替的交變電流參考752之間的總延遲的多個實例，該電流輸出756基於單比較器遲滯PFC控制器輸出信號780在上升和下降之間反轉。總延遲包括：由比較器730引起的第一比較器延遲時間762；由多路復用器723引起的第二多路復用器響應時間764；以及由DAC724引起的第三DAC響應時間766。雖然單比較器遲滯PFC控制器710具有更簡單且具有更少部件的優勢，但上述數字遲滯PFC控制器10具有在模擬實施中總體較低的總延遲時間的優勢，尤其對於較大範圍的遲滯帶。因此，如上所述，在一些實施例中，單比較器遲滯PFC控制器710可以在諸如ASIC或DSP的專用硬體元件中更有利的實施，而數字遲滯PFC控制器110可以有利地在更通用的微控制器中提供更加靈活的實施，但是任何特定實施中的特定優勢和折中可以是可變的並且可以在工程設計的一般過程中解決，本領域技術人員都是可以理解的。

圖8是示出根據本公開實例的操作遲滯PFC控制器的方法800的流程圖，其中遲滯PFC控制器有利地控制AC/DC功率轉換器的輸 出，例如根據輸出功率在任何給定時間靈活地以CCM模式或CrCM模式進行操作，以及靈活地控制峰值和谷值電流參考、紋波電流和過電流保護。方法800可以與操作本公開的遲滯PFC控制器(包括上面參考圖1-7描述的數字遲滯PFC控制器100和單比較器遲滯PFC控制器710)的方法相一致。

在圖8的實例中，方法800包括基於功率轉換器的感應的平均電流和預選的峰值參考函數來輸出峰值電流參考(例如，如上參照圖1至圖7所述，峰值電流參考模塊120或720例如根據等式1、3或5輸出峰值電流參考212或Yp，或者另外選擇性地控制紋波電流和/或用於過電流保護(OCP)的最大電流)(802)。方法800還包括基於功率轉換器的感應的平均電流和預選的谷值參考函數來輸出谷值電流參考(例如，如上參照圖1至圖7所述，谷值電流參考模塊122或722例如根據等式2、4或6輸出谷值電流參考214或Yv，或者另外選擇性地控制紋波電流、操作模式和/或遲滯帶)(804)。

方法800還包括將通過功率轉換器的電流與峰值電流參考和谷值電流參考進行比較(例如，如上面參照圖1至圖7所述，比較器130和132將通過電感器104的電感器電流與來自數字遲滯PFC控制器110的峰值電流參考模塊120和谷值電流參考模塊122的峰值電流參考和谷值電流參考進行比較，或者如在單比較器遲滯PFC控制器710中那樣，單個比較器730將通過電感器104的電感器電流與經由多路復用器723來自峰值電流參考模塊720和谷值電流參考模塊722的峰值電流參考和谷值電流參考進行比較)(806)。方法800還包括當通過功率轉換器的電流落到谷值電流參考時接通功率轉換器的門開關，以及當通過功率轉換器的電流上升到峰值電流參考時斷開功率轉換器的門開關(例如，如上面參照圖1至圖7所述，如根據數字遲滯PFC控制器110或單比較器遲滯PFC控制器710的可選控制參數確定的那樣，PWM邏輯電路134或單個比較器730向門開關106施加輸出調製信號以接通和斷開門開關106)(808)。

例如，上述任何電路、設備和方法可以整體或部分地通過任何各 種類型的集成電路、晶片集和/或其他設備來具體化或執行，和/或作為被計算設備執行的軟體。這可以包括在一個或多個微控制器、中央處理單元(CPU)、處理核、現場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯器件(PLD)、由一個或多個基礎計算設備執行的虛擬設備或者硬體和/或軟體的任何其他結構中執行或具體化。

例如，本公開的遲滯PFC控制器(例如，遲滯PFC控制器110、710)可以實施或具體化為集成電路，其經由硬體、邏輯、通用處理器、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)和/或一般處理電路的任何組合來配置，其在一些實例中可以執行軟體指令以執行本文描述的各種功能。

本公開的一些實施例可以在以下標為A1-A20的實例中實施：

A1.一種用於功率轉換器的控制器，所述控制器包括：峰值電流參考模塊，被配置為輸出峰值電流參考；谷值電流參考模塊，被配置為輸出谷值電流參考；以及一個或多個比較器，被配置為將通過所述功率轉換器的電流與所述峰值電流參考和所述谷值電流參考進行比較，以在通過所述功率轉換器的電流落到所述谷值電流參考時接通所述功率轉換器的門開關，而當通過所述功率轉換器的電流上升到所述峰值電流參考時斷開所述功率轉換器的所述門開關。

A2.根據實例1所述的控制器，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為基於通過所述功率轉換器的功率的當前值選擇性地控制通過所述功率轉換器的電流以在連續傳導模式(CCM)和臨界傳導模式(CrCM)的操作之間交替。

A3.根據實例A1或A2所述的控制器，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為當通過所述功率轉換器的功率的當前值處於遲滯帶內的功率值時保持以CCM或CrCM進行操作。

A4.根據實例A1-A3中任一項所述的控制器，其中，所述一個或多個比較器包括第一比較器和第二比較器，所述第一比較器具有連接至所述峰值電流參考模塊的輸出的第一輸入管腳，並且所述第二比 較器具有連接至所述谷值電流參考模塊的輸出的第一輸入管腳。

A5.根據實例A1-A4中任一項所述的控制器，其中，所述第一比較器的第一輸入管腳經由第一數模轉換器(DAC)連接至所述峰值電流參考模塊的輸出，並且所述第二比較器的第一輸入管腳經由第二數模轉換器(DAC)連接至所述谷值電流參考模塊的輸出。

A6.根據實例A1-A5中任一項所述的控制器，其中，通過所述功率轉換器的電流是通過所述功率轉換器的電感器的電感器電流，所述控制器還被配置為使得所述電感器處的電感器電流傳感器連接至所述第一比較器的第二輸入管腳和所述第二比較器的第二輸入管腳。

A7.根據實例A1所述的控制器，其中，所述一個或多個比較器包括單個比較器，所述控制器還包括多路復用器，所述多路復用器具有連接至所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊的輸出的輸入，所述比較器具有連接至所述多路復用器的輸出的第一輸入管腳。

A8.根據實例A1或A7所述的控制器，其中，通過所述功率轉換器的電流是通過所述功率轉換器的電感器的電感器電流，所述控制器還被配置為使得所述電感器處的電感器電流傳感器連接至所述比較器的第二輸入管腳。

A9.根據實例A1-A8中任一項所述的控制器，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為如分別基於所述功率轉換器的感應的當前平均電流以及預選的峰值電流比率常數和預選的谷值電流比率常數所確定的那樣選擇性地控制所述峰值電流參考和所述谷值電流參考。

A10.根據實例A1-A9中任一項所述的控制器，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為如基於所述功率轉換器的感應的當前平均電流和預選的紋波電流所確定的那樣選擇性地控制所述峰值電流參考和所述谷值電流參考。

A11.根據實例A1-A10中任一項所述的控制器，其中，所述峰值電流參考模塊可被配置為選擇性地控制所述峰值電流參考以實施 用於過電流保護模式的最大電流。

A12.根據實例A1-A11中任一項所述的控制器，其中，所述谷值電流參考模塊可被配置為：如果所述功率轉換器輸出的功率的當前值在所選遲滯帶內，則基於由所述功率轉換器輸出的功率的當前值，以及基於在先前電壓半循環時間間隔中所述功率轉換器是以連續傳導模式(CCM)還是臨界傳導模式(CrCM)進行操作，來選擇性地控制所述谷值電流參考以在基本非零值和基本零值之間交替，從而交替所述功率轉換器在CCM和CrCM中的操作。

A13.一種用於控制功率轉換器的方法，所述方法包括：基於所述功率轉換器的感應的平均電流和預選的峰值參考函數來輸出峰值電流參考；基於所述功率轉換器的感應的平均電流和預選的谷值參考函數來輸出谷值電流參考；將通過所述功率轉換器的電流與所述峰值電流參考和所述谷值電流參考進行比較；以及當通過所述功率轉換器的電流落到所述谷值電流參考時接通所述功率轉換器的門開關，而當通過所述功率轉換器的電流上升到所述峰值電流參考時斷開所述功率轉換器的所述門開關。

A14.根據實例A13所述的方法，還包括：基於通過所述功率轉換器的功率的當前值，選擇性地控制通過所述功率轉換器的電流以在連續傳導模式(CCM)和臨界傳導模式(CrCM)的操作之間交替。

A15.根據實例A13或A14所述的方法，還包括：當通過所述功率轉換器的功率的當前值處於遲滯帶內的功率值時，選擇性地控制通過所述功率轉換器的電流以保持在CCM或CrCM中進行操作。

A16.一種用於控制功率轉換器的設備，所述設備包括：乘法器，被配置為感應所述功率轉換器的功率輸出的值；峰值電流參考模塊，連接至所述乘法器的輸出並被配置為基於所述功率輸出和預選的峰值電流參考值來輸出峰值電流參考；谷值電流參考模塊，連接至所述乘法器的輸出並被配置為基於所述功率輸出和預選的谷值電流參考值來輸出谷值電流參考；以及一個或多個比較器，被配置為將通過所述功率轉換器的電流與所述峰值電流參考和所述谷值電流參考進行 比較，以在通過所述功率轉換器的電流落到所述谷值參考電流時接通所述功率轉換器的門開關，而在通過所述功率轉換器的電流上升到所述峰值電流參考時斷開所述功率轉換器的門開關。

A17.根據實例A16所述的設備，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為基於通過所述功率轉換器的功率的當前值來選擇性地控制通過所述功率轉換器的電流以在連續傳導模式(CCM)和臨界傳導模式(CrCM)的操作之間交替，其中，所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊可被配置為當通過所述功率轉換器的功率的當前值處於遲滯帶內的功率值時選擇性地控制通過所述功率轉換器的電流以保持在CCM或CrCM中操作。

A18.根據實例A16或A17所述的設備，其中，所述一個或多個比較器包括第一比較器和第二比較器，所述第一比較器具有連接至所述峰值電流參考模塊的輸出的第一輸入管腳，並且所述第二比較器具有連接至所述谷值電流參考模塊的輸出的第一輸入管腳，其中，所述第一比較器的第一輸入管腳經由第一數模轉換器(DAC)連接至所述峰值電流參考模塊的輸出，並且所述第二比較器的第一輸入管腳經由第二數模轉換器(DAC)連接至所述谷值電流參考模塊的輸出，並且其中，通過所述功率轉換器的電流是通過所述功率轉換器的電感器的電感器電流，所述控制器還被配置為使得所述電感器處的電感器電流傳感器連接至所述第一比較器的第二輸入管腳和所述第二比較器的第二輸入管腳。

A19.根據實例A16或A17所述的設備，其中，所述一個或多個比較器包括單個比較器，所述設備還包括多路復用器，所述多路復用器具有連接至所述峰值電流參考模塊和所述谷值電流參考模塊的輸出的輸入，所述比較器具有連接至所述多路復用器的輸出的第一輸入管腳，其中，所述設備包括集成電路，其中至少所述峰值電流參考模塊、所述谷值電流參考、所述多路復用器和所述單個比較器包括在所述集成電路中，其中，通過所述功率轉換器的電流是通過所述功率轉換器的電感器的電感器電流，所述控制器還被配置為使得所述電感器 處的電感器電流傳感器連接至所述比較器的第二輸入管腳。

A20.根據實例A16-A19中任一項所述的設備，其中，所述谷值電流參考模塊可被配置為：如果所述功率轉換器的功率輸出的值在所選遲滯帶內，則基於所述功率轉換器的功率輸出的值，以及基於在先前電壓半循環時間間隔中所述功率轉換器是以連續傳導模式(CCM)還是臨界傳導模式(CrCM)進行操作，來選擇性地控制所述谷值電流參考以在基本非零值和基本零值之間交替，從而交替所述功率轉換器分別在CCM和CrCM中的操作。

描述了本發明的各個實例。這些和其他實例均包括在以下權利要求的範圍內。