專利名稱：實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出的初級(jí)反饋控制器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源變換領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出的初級(jí)反饋控制器，其中 具體涉及所需的電路元件、系統(tǒng)、封裝以及方法。
背景技術(shù)：
多年來，各種用于恒流恒壓反激式電源的控制IC (集成電路)已經(jīng)得到發(fā)展和應(yīng)用， 其應(yīng)用包括離線式AC/DC (交流/直流)電源適配器、充電器和移動(dòng)設(shè)備的備用電源。
圖1為一種現(xiàn)有的典型的通過變壓器11次級(jí)來控制的恒流輸出反激式變換器10的電 路圖。變壓器11包含三個(gè)繞組初級(jí)繞組Lp，次級(jí)繞組Ls和輔助繞組La。反激式變換器 10包含一個(gè)作為初級(jí)開關(guān)的外接MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)12， 一個(gè)表 示變壓器11銅線繞組其阻抗損耗的次級(jí)電阻13，第一個(gè)電流感應(yīng)電阻14，次級(jí)整流管 15，輸出電容16，光耦17，第二個(gè)電流感應(yīng)電阻18，偏置電阻19，電流限制三極管 20以及采用傳統(tǒng)的峰值電流模式脈沖寬度調(diào)制(PWM)的控制IC 21 ?？刂艻C 21起動(dòng)的初始 能量由電阻22和電容23提供。當(dāng)反激式變換器10穩(wěn)定后，變壓器11的輔助繞組La通 過整流器24為控制IC21提供能量。第二個(gè)電流感應(yīng)電阻18和三極管20控制輸出電 流。三極管20調(diào)節(jié)第二個(gè)電流感應(yīng)電阻18其兩端電壓為預(yù)設(shè)的基極發(fā)射極電壓(VBE)。 因此反激式變換器10的輸出電流等于VBE除以第二個(gè)電流感應(yīng)電阻18其電阻值。反激 式變換器10的缺點(diǎn)之一是基極發(fā)射極電壓VBE和輸出電流都隨溫度而變化。而且，VBE 會(huì)導(dǎo)致重大的功率損耗。另外，為了安全所要用到的光耦17會(huì)增加總的材料成本，從而 導(dǎo)致反激式變換器10的成本昂貴。
圖2A為現(xiàn)有的第二種典型的通過變壓器11初級(jí)來控制的恒流輸出反激式變換器25 的電路圖。它與圖1中的現(xiàn)有技術(shù)相比，反激式變換器25不包含反激式變換器10中的光 耦和變壓器次級(jí)電流感應(yīng)元件。但是反激式變換器25具有輸出電流不準(zhǔn)確性，其原因 為(a)變壓器初級(jí)電感的變化，和(b)流過初級(jí)電感Lp實(shí)際的峰值電流與通過電流感 應(yīng)電阻14感應(yīng)到的峰值電流有微小的差別。變壓器11其初級(jí)電感值的變化會(huì)導(dǎo)致反激式 變換器25的輸出電流隨之變化。初級(jí)電感Lp的峰值電流與感應(yīng)電阻14上的壓降Vcs感 應(yīng)到的峰值電流有微小的差別，其原因?yàn)榭刂艻C21其電流感應(yīng)比較器的信號(hào)傳輸具有延 遲，并且關(guān)閉外接M0SFET12也具有延遲。
圖2B為圖2A中的反激式變換器25峰值電流的檢測(cè)誤差的示意圖。圖2B中柵極 (GATE)波形為圖2A中作為主開關(guān)的MOSFET 12的柵極開/關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓的波形圖。在T1 時(shí)間，GATE變?yōu)楦?，M0SFET12導(dǎo)通。初級(jí)電感電流lLP以dl/dt=Vp/Lp的斜率線性的斜 坡上升，其中Vp為初級(jí)電感兩端的電壓，Lp為初級(jí)電感的電感值。因此感應(yīng)電阻上的壓 降Vcs也會(huì)按比例的斜坡上升。當(dāng)感應(yīng)電壓信號(hào)Vcs在T2時(shí)間達(dá)到Vref (參考電壓)時(shí)， 初級(jí)峰值電流lp即Vref/Rcs，其中Rcs為電流感應(yīng)電阻14的阻值。但由于控制IC21的電 流限制比較器的信號(hào)傳輸延遲和PWM控制邏輯和驅(qū)動(dòng)的延遲，GATE直到T3時(shí)間才變?yōu)?br>
低從而關(guān)斷。(T3-T2)就是GATE關(guān)斷的延遲時(shí)間。MOSFET 12的漏極電壓在開關(guān)關(guān)斷 的T3時(shí)間會(huì)突然變高，但初級(jí)電感電流lLP會(huì)繼續(xù)升高直到T4時(shí)間，此時(shí)MSOFET12的 漏極電壓升高到VIN，初級(jí)電感Lp上的電壓極性反轉(zhuǎn)。結(jié)果，初級(jí)電感的最終峰值電流是 lpf而不是lp。不幸的是，初級(jí)電感最終的峰值電流lpf會(huì)變化，因?yàn)?T3-T2)和(T4-T3)
會(huì)隨溫度的變化、輸入電壓的不同、IC工藝變化、外部器件的偏差和PCB板布局的差異而 變化。所有的這些變化將產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致反激式變換器25其輸出電流不精確。
綜上所述，要尋求一種通過初級(jí)來控制并且成本低的用于校準(zhǔn)反激式變換器輸出電流的 方法。這種方法通過減少使用IC和外部元件的數(shù)目來消除如上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。這種 方法不需要次級(jí)電路和光耦。此外，反激式變換器的輸出電流盡可能最大的不受溫度的變化、 輸入電壓的不同、IC工藝的變化、外部元件的偏差和PCB布局的差異等的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出的初級(jí)反饋控制器，它可 以實(shí)現(xiàn)反激式變換器的高精度恒流輸出。它具體還包括了實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出的電路元件、 系統(tǒng)、封裝以及方法。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案
一種方法，它包括(a)接收一個(gè)反映電感電流第一次停止上升的時(shí)間的反饋信號(hào)；(b) 接收一個(gè)反映電感電流斜坡上升速率的開關(guān)信號(hào)；(c)產(chǎn)生一個(gè)反映電感電流持續(xù)斜坡上升 達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間即目標(biāo)時(shí)間的計(jì)時(shí)信號(hào)；(d)產(chǎn)生具有一定脈寬的電感開關(guān) 控制信號(hào)；并且(e)控制電感開關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度，使得第一次停止上升的時(shí)間和目標(biāo) 時(shí)間同時(shí)產(chǎn)生。
它進(jìn)一歩包括(f)控制開關(guān)頻率來補(bǔ)償電感值的偏差，從而維持輸出電流恒定。
另外，還提供了一種電路元件，它包括 一個(gè)電感開關(guān)，由具有一定的脈沖寬度的電感 開關(guān)控制信號(hào)控制； 一個(gè)電感，其電流在斜坡上升時(shí)間內(nèi)以一定的速率斜坡上升，上升時(shí)間 在第一次停止上升的時(shí)間到達(dá)時(shí)結(jié)束，同時(shí)電感電流停止增加； 一個(gè)比較電路，產(chǎn)生一個(gè)反 映電感電流持續(xù)斜坡上升達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間，即目標(biāo)時(shí)間的計(jì)時(shí)信號(hào)； 一個(gè)控 制環(huán)路，接受計(jì)時(shí)信號(hào)并將第一次停止上升的時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間進(jìn)行比較。
又提供了一種系統(tǒng)，它包括 一個(gè)電感； 一個(gè)開關(guān)，當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)，電感電流將以某個(gè)速 率斜坡上升到最大值并在開關(guān)關(guān)斷時(shí)停止上升；和一種控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)間的控制電路，該控 制電路采用將開關(guān)關(guān)斷時(shí)間和電感電流以某個(gè)速率斜坡上升到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間 相比較來實(shí)現(xiàn)使電感電流的最大值與預(yù)先設(shè)定的限制電流相同。
再提供了一種系統(tǒng)，它包括 一個(gè)電感開關(guān)，由電感開關(guān)控制信號(hào)控制； 一個(gè)電感，其 實(shí)際的電感值與標(biāo)稱的額定值有偏差，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，流過電感的電流持續(xù)增大到峰值電流， 其中電感開關(guān)控制信號(hào)具有一定的頻率；和一個(gè)保持電感的峰值電流為恒定值控制電路，該控制電路采用調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來補(bǔ)償實(shí)際的電感值與標(biāo)稱的額定值的偏差用于實(shí)現(xiàn)保持電感 的峰值電流為恒定值。
最后還提供了一種集成電路封裝，它包括 一個(gè)開關(guān)端口，耦合到電感開關(guān)，其中電感 開關(guān)由一個(gè)具有一定頻率的電感開關(guān)控制信號(hào)來開啟，經(jīng)過集成電路封裝后的一個(gè)控制器集 成電路，調(diào)整開關(guān)頻率來維持反激式變換器輸出電流恒定； 一個(gè)反饋端口，接收反饋信號(hào)， 該反饋信號(hào)通過使用反激式變換器的第一個(gè)電感兩端的電壓來產(chǎn)生，并且控制器集成電路使 用此反饋信號(hào)來產(chǎn)生電感開關(guān)控制信號(hào)； 一個(gè)電源端口，整個(gè)控制器集成電路通過此端口得 到電源；和一個(gè)地端口，整個(gè)控制器集成電路通過此端口接地，整個(gè)集成電路封裝除了開關(guān) 端口，反饋端口，電源端口，地端口外，不再包含其他端口。
因?yàn)楸景l(fā)明的變壓器繞組的實(shí)際感值與所標(biāo)稱的感值有偏差，反激式變換器通過調(diào)節(jié) 流過初級(jí)繞組的峰值電流為一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祻亩玫胶愣娏鬏敵觥７醇な阶儞Q器調(diào)節(jié)流經(jīng)初 級(jí)繞組的峰值電流，以補(bǔ)償控制電路中的信號(hào)傳輸延遲和寄生效應(yīng)，從而消除傳輸延遲和寄 生效應(yīng)對(duì)峰值電流檢測(cè)的精確性所產(chǎn)生的影響。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有的一個(gè)通過次級(jí)來控制的傳統(tǒng)的恒流輸出的反激式變換器的簡(jiǎn)單電路圖。
圖示2A為現(xiàn)有的另一個(gè)通過初級(jí)來控制的恒流輸出的反激式變換器的簡(jiǎn)單電路圖。
圖2B為圖2A中恒流輸出反激式變換器峰值電流檢測(cè)誤差的波形圖。
圖3為含有本發(fā)明中的比較電路和控制環(huán)路的反激式變換器的簡(jiǎn)單電路圖。
圖4為本發(fā)明控制反激式變換器電感峰值電流方法的流程圖。
圖5為本發(fā)明通過初級(jí)來控制的恒定電流和電壓輸出的反激式變換器的簡(jiǎn)單電路圖，
其包含一個(gè)脈寬調(diào)制控制集成電路。
圖6為圖5中脈寬調(diào)制控制集成電路的更詳細(xì)的電路圖，其包含一個(gè)振蕩器和一個(gè)自適
應(yīng)電流限制器。
圖7為圖6中振蕩器更詳細(xì)的電路圖。
圖8為不連續(xù)工作模式下(DCM)的輔助繞組電壓、初級(jí)開關(guān)電流和次級(jí)整流器電流 的理想波形圖。
圖9為圖6中振蕩器的理想時(shí)序波形圖。
圖10為圖6中自適應(yīng)電流限制器的工作和時(shí)序波形圖。
圖11為圖6中自適應(yīng)電流限制器更詳細(xì)的電路圖。
圖12為可替代圖6中控制集成電路的另一種更詳細(xì)的電路圖。
圖13為圖12中控制集成電路與一個(gè)外接MOSFET和電流感應(yīng)電阻連接使用的電路圖。
圖14為圖3中反激式變換器其控制集成電路用封裝圖來表示的電路圖。
具體實(shí)施例方式
如沒有特別聲明，在以下本實(shí)施例中，電感開關(guān)是指主功率開關(guān)管44，開關(guān)管腳是指 SW端或SW管腳(也就是附圖屮的99)。本發(fā)明為了表述和行文方便，對(duì)同一技術(shù)特征
采用了不同技術(shù)術(shù)語，但其實(shí)質(zhì)含義或代表的或指向的對(duì)象一樣，比如所稱的初級(jí)電感(是 指初級(jí)繞組或初級(jí)線圈上的電感)、初級(jí)繞組、初級(jí)線圈均為附圖中的39;又比如次級(jí)電 感(是指次級(jí)繞組或次級(jí)線圈上的電感)、次級(jí)繞組、次級(jí)線圈也是一樣，均為附圖中40; 還有輔助級(jí)電感(是指輔助繞組、輔助級(jí)繞組或輔助級(jí)線圈上的電感)、輔助繞組、輔助級(jí) 繞組、輔助級(jí)線圈也是一樣，均為附圖中的41;還有有些概念上有所不同，但為上下位概 念或等同概念或?qū)嵸|(zhì)相同概念，比如反激轉(zhuǎn)換器、電源轉(zhuǎn)換器就是下文中的反激式變換 器；調(diào)制器、調(diào)整器、變壓器均是指附圖中的72。
圖3為本發(fā)明用一個(gè)比較電路和一個(gè)控制環(huán)路來調(diào)節(jié)電感電流的反激式變換器30。圖 4為圖3中反激式變換器30工作方法的流程圖，其包括步驟31到35。此方法通過調(diào)節(jié)反 激式變換器30電感的峰值電流來控制輸出的電流。反激式變換器包含一個(gè)變壓器36， 一 個(gè)外接NPN三極管37和一個(gè)控制器集成電路(簡(jiǎn)稱"控制IC" ) 38。變壓器36包括一 個(gè)初級(jí)繞組(又稱為"初級(jí)電感")39, —個(gè)次級(jí)繞組40和一個(gè)輔助繞組41?？刂艻C38 包括一個(gè)振蕩器42， 一個(gè)自適應(yīng)電流限制器43， 一個(gè)內(nèi)部的主功率開關(guān)管44，脈寬調(diào)制 邏輯控制電路(簡(jiǎn)稱"PWM邏輯電路")45和一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路46。自適應(yīng)電流限制器 43包括一個(gè)比較電路47， 一個(gè)控制環(huán)路48和一個(gè)脈沖寬度發(fā)生器(簡(jiǎn)稱"脈寬發(fā)生器") 49。
當(dāng)主功率開關(guān)管44導(dǎo)通時(shí)，電感電流50開始流過初級(jí)繞組39。由于流過初級(jí)繞組39 的電感電流50斜坡上升，產(chǎn)生了一個(gè)電磁場(chǎng)，并在主功率開關(guān)管44關(guān)斷時(shí)把能量傳輸?shù)?次級(jí)繞組40。傳輸?shù)酱渭?jí)繞組40的能量就以輸出電流(louT)的形式輸出。在某些應(yīng)用中， 希望反激式變換器30能提供恒定的輸出電流(lOUT)。輸出電流(lOUT)至少與三個(gè)因素 有關(guān)(i)電感電流50的峰值，(ii)初級(jí)電感39的電感值(LP)和(iii)主功率開關(guān)管 44導(dǎo)通從而流過初級(jí)電感39的電流斜坡上升的頻率(fosc)。就初級(jí)電感39的電感值(Lp) 而言，由于變壓器36制作工藝的變化導(dǎo)致它的電感值偏離其標(biāo)稱的額定值，因此個(gè)別的 反激式變換器的輸出電流(lOUT)會(huì)產(chǎn)生變化。例如，電感繞組導(dǎo)線的直徑不相同，或者纏 繞的方式不一致都會(huì)導(dǎo)致個(gè)別初級(jí)電感的實(shí)際電感值變化。另外，信號(hào)傳輸?shù)难舆t以及應(yīng) 用主功率開關(guān)管44來控制電感電流從而產(chǎn)生的寄生效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致流過初級(jí)繞組39的峰值電 流(Ip)變化。并且傳輸延遲與工藝，溫度和電壓有關(guān)。
圖4描述了調(diào)節(jié)流過初級(jí)繞組39的峰值電流(lp)的一種方法，盡管信號(hào)傳輸延遲和 寄生效應(yīng)與工藝，溫度和電壓的變化有關(guān)，但是此辦法仍可維持反激式變換器30的輸出 電流恒定。此外，還可以通過調(diào)節(jié)峰值電流(lp)來補(bǔ)償由于工藝變化而引起的初級(jí)電感39 電感值(Lp)的不一致性。而且，描述了通過調(diào)節(jié)振蕩頻率(fosc)來補(bǔ)償電感值(Lp)不 一致性的一種方法，主功率開關(guān)管44以此振蕩頻率(fosc)導(dǎo)通，使流過初級(jí)電感39的 電感電流50斜坡上升。因此，通過調(diào)整電感峰值電流(Ip)和開關(guān)頻率(fosc)或只調(diào)整 其一都可以維持輸出的電流(l0UT)為恒定的值。
第一步(步驟31)，自適應(yīng)電流限制器43接收反饋信號(hào)51，此信號(hào)反映流過初級(jí)電 感39的電流停止增長(zhǎng)的時(shí)間。自適應(yīng)電流限制器43中的比較電路47和控制環(huán)路48都 接收振蕩器42輸出的反饋信號(hào)51。流過初級(jí)電感39的電感電流50在第一次停止上升 的時(shí)間停止斜坡上升。振蕩器42使用輔助反饋信號(hào)52產(chǎn)生反饋信號(hào)51和開關(guān)頻率信號(hào)
53。輔助反饋信號(hào)52通過輔助繞組41端電壓產(chǎn)生。當(dāng)流過初級(jí)電感39的電流斜坡上升 時(shí)，磁場(chǎng)產(chǎn)生，將能量傳遞給輔助繞組41并在輔助繞組41端產(chǎn)生電壓。
第二步(步驟32)，比較電路47接收開關(guān)信號(hào)54，此信號(hào)反映流過初級(jí)電感39的 電感電流50斜坡上升的速率。開關(guān)信號(hào)54通過控制IC38的開關(guān)端(SW)從外接的NPN 三極管發(fā)射極得到。初級(jí)電感39中斜坡上升的電感電流50流過NPN三極管37和控制 IC38的開關(guān)端(SW)。雖然在圖3中，開關(guān)信號(hào)54由流過主功率開關(guān)管44的NPN三 極管發(fā)射極電流得到，但是可以使用其它的實(shí)現(xiàn)方法來產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)54，例如通過在主功 率開關(guān)管44的源端連接感應(yīng)電阻或在與主功率開關(guān)管44并聯(lián)的感應(yīng)MOSFET的源端連接 電阻來產(chǎn)生。
第三步(步驟33)，比較電路47產(chǎn)生計(jì)時(shí)信號(hào)55，此信號(hào)反映目標(biāo)時(shí)間，此時(shí)間為 電感電流50以某速率斜坡上升達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間。
第四步(步驟34)，控制IC38產(chǎn)生電感開關(guān)控制信號(hào)56,此信號(hào)具有一定的脈寬。 電感開關(guān)控制信號(hào)56控制電感電流50流過的主功率開關(guān)管44的柵極。柵極驅(qū)動(dòng)電路 46使用"N-channel on"信號(hào)("N溝道導(dǎo)通"信號(hào)，以下簡(jiǎn)稱為"Nchon信號(hào)")57產(chǎn)生電 感開關(guān)控制信號(hào)56。 PWM邏輯電路45使用振蕩器42輸出的開關(guān)頻率信號(hào)53和脈寬發(fā) 生器49輸出的脈沖寬度信號(hào)(以下簡(jiǎn)稱"脈寬信號(hào)")58產(chǎn)生Nchon信號(hào)57。開關(guān)頻 率信號(hào)53為電感丌關(guān)控制信號(hào)56其產(chǎn)生的脈沖提供頻率，而脈寬信號(hào)58提供電感開關(guān) 控制信號(hào)56的脈沖持續(xù)時(shí)間。脈寬發(fā)生器49使用控制環(huán)路48產(chǎn)生的時(shí)間誤差信號(hào)59 產(chǎn)生脈寬信號(hào)58。
第五步(步驟35)，自適應(yīng)電流限制器43控制電感開關(guān)控制信號(hào)56的脈寬，使得 第一次停止上升的時(shí)間(流過初級(jí)電感39的電感電流50停止增長(zhǎng)的時(shí)間)和目標(biāo)時(shí)間(電 感電流50達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間)同時(shí)發(fā)生。在具體實(shí)現(xiàn)電路中，自適應(yīng)電流限 制器43控制電感開關(guān)控制信號(hào)56的脈沖寬度，但是在另一種實(shí)現(xiàn)電路中，自適應(yīng)電流限 制器43控制脈寬信號(hào)58的脈寬或Nchon信號(hào)57。通過控制脈寬信號(hào)58, Nchon信號(hào) 57和電感開關(guān)控制信號(hào)56三者中任意一個(gè)信號(hào)的脈沖寬度，第一次停止上升的時(shí)間和目 標(biāo)時(shí)間可被調(diào)整到同時(shí)發(fā)生。通過自適應(yīng)的控制脈沖寬度，電感的峰值電流(Ip)將被調(diào) 整，從而維持反激式變換器30的輸出電流(Iojt)恒定。
圖5為圖3中反激式變換器30高一級(jí)的框圖。反激式變換器30是精確的但是低成本 的功率電源變換器，其通過初級(jí)控制，并且輸出電流經(jīng)過調(diào)整。如圖5所示，反激式變換 器30不包含現(xiàn)有技術(shù)中所包含的次級(jí)控制電路和光耦。反激式變換器30使用唯一的來自 次級(jí)的反饋來控制輸出電流和電壓，此反饋來自輔助繞組41和次級(jí)繞組40的磁場(chǎng)耦合。 除了節(jié)省成本，由于不包含次級(jí)控制電路和光耦，外圍的元件數(shù)得以減少，從而增加反激 式變換器30的穩(wěn)定性。
有兩個(gè)影響反激式變換器30輸出電流精度的因素(a)變壓器36其初級(jí)電感39的 電感值的變化，和(b)初級(jí)電感39其峰值電流(lp)檢測(cè)的不精確性。初級(jí)繞組39其實(shí) 際的電感值(Lp) —般會(huì)變化±20%。初級(jí)繞組39的峰值電流(lp) —般并不能精確檢測(cè)， 因?yàn)榭刂艻C38中的電流感應(yīng)比較器，PWM邏輯電路和柵極驅(qū)動(dòng)電路具有傳輸信號(hào)延遲， 初級(jí)功率開關(guān)關(guān)斷具有延遲和作為初級(jí)功率開關(guān)的MOSFET的漏極的寄生效應(yīng)或作為初級(jí)
功率開關(guān)的NPN三極管集電極的寄生效應(yīng)。此外，峰值電流其檢測(cè)精度隨著溫度，電壓， IC工藝，PCB布線和與外圍元件值相關(guān)的寄生源的變化而降低。反激式變換器30通過使 主功率開關(guān)管44的工作頻率(fosc)的變化與電感值(Lp)的變化成反比來補(bǔ)償初級(jí)電感 的實(shí)際值與其標(biāo)稱的額定值的偏差。反激式變換器30使用自適應(yīng)電流限制器43和控制環(huán) 路48探測(cè)和控制初級(jí)電感39的峰值電流來補(bǔ)償信號(hào)傳輸延遲和寄生效應(yīng)，使峰值電流探 測(cè)變得簡(jiǎn)單。此外，反激式變換器30為降低成本，使用初級(jí)控制的發(fā)射極開關(guān)結(jié)構(gòu)。
圖5中的反激式變換器30通過兩種工作模式輸出恒定的電流和電壓，分別為恒定(峰值) 電流模式和恒定電壓模式。變壓器36其初級(jí)繞組39具有Np匝數(shù)，次級(jí)繞組40具有 Ns匝數(shù)，輔助繞組41具有Na匝數(shù)。在圖5中的次級(jí)電阻60代表變壓器36其銅線繞組 的阻性損耗。反激式變換器30具有次級(jí)整流器61,輸出電容62和控制IC38?？刂艻C 38為峰值電流模式脈寬調(diào)制控制器。控制IC38啟動(dòng)的初始能量由電阻63和電容64提 供。當(dāng)反激式變換器30穩(wěn)定后，變壓器36其輔助繞組41通過整流器65為控制IC38 提供能量。
變壓器36初級(jí)的控制IC38的反饋端FB其打線焊盤66接收反映次級(jí)繞組40輸出電 壓(VouT)的信號(hào)。輔助繞組41的端電壓(Vaux) 67經(jīng)過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)得到反饋端FB 其打線焊盤66端的輔助反饋信號(hào)52，此電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括第一個(gè)反饋電阻(RFB1) 68和 第二個(gè)反饋電阻(RFB2) 69。輔助反饋信號(hào)52也用于計(jì)算初級(jí)電感的導(dǎo)通時(shí)間和實(shí)際的斜 坡上升時(shí)間。
圖5中的反激式變換器的具體實(shí)現(xiàn)電路中包含外接的功率控制元件例如NPN三極管 37，其應(yīng)用在需要較高的輸出功率或較高的開關(guān)頻率的情況。NPN三極管37的基極耦合 到一個(gè)二極管70和一個(gè)電阻71。在低功率應(yīng)用中反激式變換器30的具體實(shí)現(xiàn)電路中并 不包含外接的三極管，MOSFET功率開關(guān)管或電流感應(yīng)電路，這些都集成在控制IC38中。
圖5中，NPN三極管37與采用發(fā)射極開關(guān)結(jié)構(gòu)的控制IC38協(xié)同工作。外接的NPN 三極管37作為初級(jí)繞組39的開關(guān)。在這種結(jié)構(gòu)中，控制IC38中集成的電路驅(qū)動(dòng)外接 NPN三極管37的發(fā)射極。在其它的實(shí)現(xiàn)電路中，為了進(jìn)一步增加功率控制能力和開關(guān)頻 率，使用外接的MOSFET替代NPN三極管37作為主開關(guān)。通常，三極管的頻率特性受到 基極充電/放電時(shí)間的限制，其高功率特性受到基極驅(qū)動(dòng)電阻的限制。因此，NPN三極管 37對(duì)于不需要非常高的功率和開關(guān)頻率的應(yīng)用非常適合。
現(xiàn)有的技術(shù)中，采用感應(yīng)電阻來檢測(cè)初級(jí)電感峰值電流，此方法不切合實(shí)際，因?yàn)榱?過感應(yīng)電阻的電流等于NPN發(fā)射結(jié)的電流，此電流由流過集電極的實(shí)際的電感電流和NPN 三極管37的基極電流組成。盡管使用三極管增加了復(fù)雜程度，并且三極管由于其自身特 點(diǎn)具有電流增益(Beta)和飽和等效應(yīng)，此效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生額外的誤差項(xiàng)，但在應(yīng)用中仍想使用 NPN三極管替代MOSFET,這是因?yàn)槿龢O管的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高壓MOSFET。電流增益和 飽和等效應(yīng)難于控制，并隨著工藝，溫度，電壓和外圍元件值的變化而有相當(dāng)大的變化。
圖6為控制IC38詳細(xì)的電路圖?？刂艻C38包含自適應(yīng)電流限制器43,其用于補(bǔ)償 探測(cè)初級(jí)電感39峰值電流(lp)時(shí)產(chǎn)生的控制誤差。在不影響性能的基礎(chǔ)上，自適應(yīng)電流 限制器43為糾正峰值電流探測(cè)具有的誤差提供低成本解決方案。
盡管系統(tǒng)中具有各方面的變化，但是自適應(yīng)電流限制器43使得初級(jí)電感39的峰值電 流(Ip)恒定?？刂骗h(huán)路48調(diào)節(jié)內(nèi)部功率MOSFET44的關(guān)斷時(shí)間，使初級(jí)電感39其電 流總的斜坡上升時(shí)間(Tramp)精確的對(duì)應(yīng)于初級(jí)電感電流斜坡上升到預(yù)先設(shè)定的峰值限制 電流(lLIM)的時(shí)間?？偟男逼律仙龝r(shí)間(Tramp)包括(a)內(nèi)部集成的主功率開關(guān)管44 的導(dǎo)通時(shí)間，(b) NPN三極管37的基極放電時(shí)間，和(c) NPN三極管37集電極電壓 上升時(shí)間?？偟男逼律仙龝r(shí)間被調(diào)整為流過初級(jí)繞組39的電流斜坡上升到所限制的峰值 電流的一半所需時(shí)間的兩倍。在此例中使用2: 1的比例，但是在其它的實(shí)現(xiàn)電路中可以使 用其它的比例。在許多實(shí)際的應(yīng)用中，考慮到精度性和具體的實(shí)現(xiàn)方法(例如器件布局的匹
配)，2: 1的比例其效果很好。其它合適的比例，例如3: 1可以在需要特殊應(yīng)用的場(chǎng)合中
使用。控制環(huán)路48自動(dòng)地促使初級(jí)電感39其實(shí)際的電流斜坡上升時(shí)間等于參考時(shí)間。
雖然系統(tǒng)的不一致性會(huì)使電感的峰值電流不同，但是有很多其他的應(yīng)用并不需要維持 非常恒定的電感峰值電流。AC/DC電源轉(zhuǎn)換器和適配器中，不需要維持非常恒定的電感峰 值電流的一種應(yīng)用是通過限制輸出電流或輸出功率來保護(hù)其不進(jìn)入誤狀態(tài)。這種應(yīng)用并不 需要像AC/DC離線充電器一樣將輸出電流調(diào)整的非常精確。
內(nèi)部集成的調(diào)整器72為控制IC 38提供電源電壓和參考電壓VREF 。在具體實(shí)現(xiàn)電路 中，當(dāng)電路啟動(dòng)時(shí)會(huì)通過電阻63和電容64產(chǎn)生15伏的電壓Vdd，電路啟動(dòng)后輔助繞組 41和整流器65會(huì)維持電壓VoD，此電壓輸入調(diào)整器72，然后輸出5伏電源電壓為自適應(yīng) 電流限制器43供電。欠壓鎖定電路73監(jiān)控為控制IC38供電的屯壓VDD.當(dāng)電壓VoD超 過欠壓鎖定電路73開啟閾值電壓時(shí)，控制IC38正常工作。此例中，欠壓鎖定電路73開啟 閾值電壓為19伏，欠壓鎖定電路73關(guān)斷閨值電壓為8伏。如果電壓VoD降低到欠壓鎖定 電路73關(guān)斷閾值電壓，控制IC38將停止工作。變壓器36其次級(jí)繞組40的輸出電壓的 反映信號(hào)，通過輔助繞組41和反饋端FB其打線焊盤66,反饋到控制IC38。輔助反饋信 號(hào)52與調(diào)整器72產(chǎn)生的參考電壓VREF相比較，輸出誤差信號(hào)，此誤差信號(hào)通過前置放 大器74放大，經(jīng)取樣器75取樣，反饋到PWM誤差放大器76，此放大器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn) 一步放大，輸出經(jīng)過兩次放大的輸出信號(hào)77。電阻78，電容79和80組成PWM誤差放大 器76的內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77輸入到誤差比較器81,此誤 差比較器81作為反激式變換器30恒壓模式的脈寬調(diào)制比較器。
除了前置放大器74，輔助反饋信號(hào)52通過反饋端FB其打線焊盤66輸入到振蕩器 42和頻率調(diào)制器(簡(jiǎn)稱"FMOD" ) 82。
FMOD 82感應(yīng)輔助反饋信號(hào)52的電壓值，輸 出振蕩器42所需的偏置電流。FMOD82輸出的偏置電流隨輔助反饋信號(hào)52電壓值的變 化而變化，因此當(dāng)反激式變換器30其輸出電壓變化時(shí)，振蕩器的頻率會(huì)隨著調(diào)整，從而 維持輸出電流恒定。振蕩器42包含一個(gè)用于檢測(cè)實(shí)際的初級(jí)繞組39中電流斜坡上升時(shí)間 (Tramp)的丁^,探測(cè)電路。tramp探測(cè)電路通過輔助繞組41的端電壓(VAUX) 67經(jīng)過 分壓電阻68和69得到的電壓來決定總的斜坡上升時(shí)間。振蕩器42輸出脈寬調(diào)制電路所 需的頻率，用于驅(qū)動(dòng)主功率開關(guān)管44。
輔助反饋信號(hào)52的電壓由輔助繞組41其電感值與初級(jí)電感39和次級(jí)繞組40的電感 值的比例決定，用于作為振蕩器42的參考電壓。因此，除了峰值電流(lp)，振蕩頻率 (fosc)還補(bǔ)償初級(jí)電感39其電感值的變化。除了圖6的具體電路外，還可以使用其它可
替換的結(jié)構(gòu)優(yōu)化振蕩器42的特性，來補(bǔ)償變壓器36其初級(jí)電感值的變化。
PWM邏輯電路45利用兩種模式產(chǎn)生所需的脈沖寬度調(diào)制波形(a)當(dāng)調(diào)整輸出電壓 時(shí)，采用電流模式PWM控制，和(b)當(dāng)調(diào)整輸出電流時(shí)，采用每周期自適應(yīng)電流限制模 式。Nchon信號(hào)57由PWM邏輯電路45輸出，輸入到柵極驅(qū)動(dòng)電路46。柵極驅(qū)動(dòng)電路 46為相對(duì)高速的MOSFET柵驅(qū)動(dòng)電路。柵極驅(qū)動(dòng)電路46輸出電感開關(guān)控制信號(hào)56，此 信號(hào)輸入到主功率開關(guān)管44和更小比例的內(nèi)部MOSFET83。更小比例的內(nèi)部MOSFET 83和電阻84組成電流感應(yīng)電路。被感應(yīng)的電流信號(hào)經(jīng)過電流感應(yīng)放大器85放大，然后 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)通過誤差比較器81與PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77 相比較。誤差比較器81輸出調(diào)整信號(hào)86，其用于設(shè)定主功率開關(guān)管44的導(dǎo)通時(shí)間。在 恒壓工作模式下，當(dāng)反激式變換器30的輸出電流低于最大的輸出限制電流，調(diào)整信號(hào)86 用于恒壓輸出調(diào)整。在恒流工作模式下，輸出電流的調(diào)整功能由自適應(yīng)電流限制器43實(shí) 現(xiàn)，當(dāng)輸出電流(l0UT)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的峰值限制電流(Ium)時(shí)，自適應(yīng)電流限制器43限 制初級(jí)電感39的峰值電流(Ip)。自適應(yīng)電流限制器43使峰值電流值與溫度，輸入線電 壓，IC和外圍元件值的變化和PCB布局的不一致性無關(guān)。
PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77輸入到線修正電路87，產(chǎn)生線修正信號(hào)88，其值 與輸出信號(hào)77成比例。線修正信號(hào)88用于調(diào)整輔助反饋信號(hào)52的電壓，來補(bǔ)償反激式 變換器30充電器線串聯(lián)電阻引起的輸出電壓的損失。線電阻補(bǔ)償技術(shù)在線的末端提供合 理精確的固定電壓，線末端為反激式變換器30與被充電和被供電的設(shè)備例如手機(jī)或便攜 式多媒體播放器相連端。輸出電壓的損失是由于負(fù)載端的電壓會(huì)有一個(gè)卜R電壓降，此電 壓降為線上有限的串聯(lián)電阻與電源的輸出電流的乘積。初級(jí)控制反激式功率變換器30通 過由次級(jí)繞組40的電壓反映到輔助繞組41而得到的反饋電壓來調(diào)整輸出電壓(VouT)， 但是這個(gè)反映電壓并不包括由于有限的線電阻而引起的卜R電壓誤差。在恒壓工作模式， PWM誤差放大器76的輸出與反激式變換器30的輸出電流成比例。因此輸出信號(hào)77可 以用于產(chǎn)生線修正信號(hào)88，此線修正信號(hào)88可以被應(yīng)用到反饋輸入端或前置放大器74 的參考電壓輸入端來補(bǔ)償線電阻。在圖6的具體實(shí)現(xiàn)電路中，修正信號(hào)被應(yīng)用到前置放大 器74的反饋輸入端，但是在其它可替換的實(shí)現(xiàn)電路中，修正信號(hào)還可以簡(jiǎn)單的應(yīng)用到參 考電壓輸入端。
圖7更詳細(xì)的描述控制IC38中的振蕩器42。振蕩器42包含電壓比較器89，延遲元 件90， Tramp探測(cè)電路91,三個(gè)電流源92， 93和94，和振蕩器計(jì)時(shí)電容(Cosc ) 95。 TRAMP探測(cè)電路91通過輔助反饋信號(hào)52決定總的斜坡上升時(shí)間，此反饋信號(hào)為輔助 繞組41其端電壓(VAux) 67經(jīng)過分壓電阻68和69得到的電壓信號(hào)。TraMP探測(cè)電路91 輸出反饋信號(hào)(Tramp) 51。反饋信號(hào)51輸入到延遲元件90，產(chǎn)生延遲信號(hào)TraMPD。延
遲信號(hào)trampd在反饋信號(hào)51產(chǎn)生后，經(jīng)過丁02延遲時(shí)間后產(chǎn)生。tramp探測(cè)電路91包含
一個(gè)由P溝道FET 97和98組成的電流鏡96。'當(dāng)主功率開關(guān)管44導(dǎo)通并且初級(jí)電感39 的電感電流50斜坡上升時(shí)，振蕩器42通過電流鏡96產(chǎn)生壓控振蕩電流lvco。壓控振蕩
電流K/co的值可表示為
油
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中M為電流鏡96的增益。在一種實(shí)現(xiàn)電路中，增益M為1， lvco等于從反饋端FB 其打線焊盤66流回的反饋電流lFB
振蕩器計(jì)時(shí)電容95由電流源92產(chǎn)生的充電電流losc充電。在此具體實(shí)現(xiàn)電路中， 振蕩器計(jì)時(shí)電容95由電流源93放電，其放電電流的值為充電電流值的四倍。因?yàn)槌潆婋?流源92在放電電流電流源93打開時(shí)并沒有關(guān)閉，所以放電電流就變?yōu)槌潆婋娏鞯娜叮?如圖9。當(dāng)主功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)MOD使用與輔助反饋信號(hào)52的電壓成比例的電壓信號(hào) 產(chǎn)生偏置電流。此偏置電流偏置電流源92。振蕩器42由調(diào)整器72輸出的5伏電源信號(hào) 供電。
振蕩器42為一個(gè)內(nèi)部集成的RC振蕩器，輸出開關(guān)頻率信號(hào)53，其頻率fosc由振蕩 器計(jì)時(shí)電容95的電容值和振蕩器電阻Rose的電阻值確定。振蕩器的電阻可以表示為 Rose = VFB/losc ,其中VFB = V0UT *Na/Ns 。振蕩器42輸出的開關(guān)頻率信號(hào)53輸入到 PWM邏輯電路45。 PWM邏輯電路45通過輸入的開關(guān)頻率信號(hào)53和脈寬發(fā)生器49輸 出的脈寬信號(hào)58輸出Nchon信號(hào)57。開關(guān)頻率信號(hào)53的頻率fosc決定Nchon信號(hào)57 脈沖出現(xiàn)的頻率。
圖8為輔助繞組41端電壓(VAUX) 67，流過初級(jí)繞組39的電流(lLP)和流過次級(jí) 繞組的電流(ls)的理想波形圖，其中流過次級(jí)繞組的電流(ls)為流過工作在不連續(xù)導(dǎo)通 模式的次級(jí)整流器61的電流。主功率開關(guān)管44在T1時(shí)間導(dǎo)通，在T2時(shí)間關(guān)斷，在T4 時(shí)間再次導(dǎo)通。因此，T1和T4之間的時(shí)間為一個(gè)開關(guān)周期。T1和T2之間的時(shí)間為主功率 開關(guān)管44導(dǎo)通時(shí)的斜坡上升時(shí)間(Tramp) 。 T2和T4之間的時(shí)間為主功率開關(guān)管44關(guān) 斷的時(shí)間。電流波形Us)所示，在T3時(shí)間，流過變壓器36其次級(jí)繞組40的電流降低為 零。
反饋信號(hào)51 (即電壓波形Tramp)反映初級(jí)電感39實(shí)際的斜坡上升時(shí)間，此時(shí)間通過 輔助繞組41的端電壓(Vaux) 67由振蕩器42檢測(cè)出。反饋端FB其打線焊盤66的輔助 反饋信號(hào)52為振蕩器42提供輔助繞組41的端電壓(VAUX) 67的反映信號(hào)。如圖8所 示，當(dāng)端電壓(VAUX) 67變?yōu)樨?fù)值并且反饋信號(hào)51 (Tramp電壓)升高時(shí)，初級(jí)電感電 流(bO開始上升。當(dāng)初級(jí)電感電流(lLP)到達(dá)其峰值(lp)時(shí)，振蕩器42檢測(cè)到斜坡上 升時(shí)間Tramp結(jié)束，輔助繞組兩端的電壓(VAUX)會(huì)迅速的升高。
反激式變換器30的輸出功率只由在不連續(xù)導(dǎo)通模式時(shí)初級(jí)電感39中儲(chǔ)存的能量確 定，由公式(2)所示，此式忽略效率帶來的損耗-
Pout = (Vout + Vd)'I。ut = 1/4'lp2,Lp'f。sc (2)
其中Vo為次級(jí)整流器61兩端的電壓降，Lp為初級(jí)繞組39的電感值，lp為初級(jí)繞組 39的峰值電流，fosc為控制IC38中振蕩器42設(shè)定的振蕩頻率。忽略效率的損耗，反激 式變換器30的輸出電流可表示為
<formula>formula see original document page 15</formula>(3)
當(dāng)Iout小于初級(jí)繞組39所限制的峰值電流(lp )時(shí)，反激式變換器30的輸出電壓 VouT為正常調(diào)整電壓。峰值電流的限定值在反激式變換器30進(jìn)入工作模式之前預(yù)先設(shè) 定。在恒定輸出電流的工作模式，當(dāng)輸出電流要超過想要的恒定輸出電流時(shí)，反激式變換
器30的輸出電壓VouT將從正常工作時(shí)的調(diào)整電壓降低為零。為了保持louT恒定，振蕩器
42的開關(guān)頻率(fosc)最好與電壓(V0UT+VD)成比例減小，同時(shí)維持初級(jí)繞組39的峰 值電流(Ip )恒定。但是由于峰值電流(Ip )的不一致性，開關(guān)頻率(fosc)最好與峰值電 流(Ip )成反比例變化，從而維持輸出電流(lomO恒定。
圖9顯示初級(jí)繞組39的電感值(Lp)如何被動(dòng)態(tài)的測(cè)量使得盡管初級(jí)電感(Lp)發(fā) 生變化，開關(guān)頻率(fosc)也隨著變化從而維持輸出電流(lOUT)恒定。圖9中所描述的與 下面各種公式相關(guān)。此外，下面將介紹一種產(chǎn)生與初級(jí)繞組39電感值(Lp)變化成反比變
化的開關(guān)頻率(f0SC)的方法。其中，TcHARGE表示"充電時(shí)間"，To,scH表示"放電時(shí)間"。
產(chǎn)生開關(guān)頻率(fosc)的最終方法由公式11表述。圖9中的部分波形圖為控制IC38 中振蕩器42的理想時(shí)序圖。斜坡電壓通過電流源對(duì)計(jì)時(shí)電容充放電得到。振蕩器42中為 振蕩器計(jì)時(shí)電容Cosc充電的電流為
<formula>formula see original document page 16</formula> (4)
如圖5，其中的Na為輔助繞組41的匝數(shù)，Ns為次級(jí)繞組40的匝數(shù)，Rfw和RFB2 分別為反饋電阻68和69的電阻值，Rosc為振蕩器42中集成的電阻，此電阻用于產(chǎn)生 偏置電流losc， VFB為反饋端FB其打線焊盤66的輔助反饋信號(hào)52的電壓值。電壓VFB 由兩種工作情況得到(a)當(dāng)主功率開關(guān)管44關(guān)斷并且次級(jí)繞組40中的電流大于零時(shí)， 由端電壓(VAux)67得到，其值等于(VouT'Na/Ns)'[rfb2/(RFw+rfb2)]， (b)當(dāng)主功率開關(guān) 管44導(dǎo)通時(shí)，控制IC38控制電壓VFB，使其值近似為零。在此實(shí)現(xiàn)電路中，如圖9所 示，所選取的振蕩器計(jì)時(shí)電容的放電電流為充電電流的三倍。在其它的實(shí)現(xiàn)電路中可以采 用其它的比例。注意在圖7中放電電流源93為充電電流源92的四倍，因此得到3: 1的 比例。振蕩器頻率(fosc)由以下公式表述<formula>formula see original document page 16</formula>(5)
其中Vco (Vco表示計(jì)時(shí)電容Cvco的電壓)是由另一個(gè)計(jì)時(shí)電容Cvco和充電電流lFB 得到。當(dāng)主功率幵關(guān)管44導(dǎo)通，反饋端FB其打線焊盤66的輔助反饋信號(hào)52的電壓被 控制IC38拉低到近似為零。此外，如圖8所示，當(dāng)主功率開關(guān)管44導(dǎo)通時(shí)，輔助繞組 41兩端的電壓為負(fù)值，其值為-
<formula>formula see original document page 16</formula>6)
<formula>formula see original document page 16</formula> (8)
因此，振蕩器42的輸出頻率可由公式(4) , (5)和(8)得出，其公式如(9)
fosc = 4 F . r A/V c w / +/ ()
， "/at "1 A4M尸Jv。^as(: 乂、o^r 卞A/rfl2
初級(jí)電感的伏秒可表示為
Vin'Tramp = Lp'lp， (10)
得到振蕩器42產(chǎn)生的開關(guān)頻率的最終表達(dá)式為
_ <formula>formula see original document page 17</formula>(12)
其中K為設(shè)計(jì)中的常數(shù)。
公式(12)說明振蕩器42產(chǎn)生的開關(guān)頻率(fosc)與電壓(VouT+Vo)成正比，與初級(jí) 繞組39的電感值(Lp)成反比。將公式(12)帶入公式(3)得到 l0UT = 1/2*K*IP . (13)
公式(13)說明反激式變換器的輸出電流與初級(jí)繞組39的電感值(Lp)無關(guān)。因此， 所介紹的自適應(yīng)控制開關(guān)頻率fosc的方法使fosc與Lp成反比，有效的產(chǎn)生恒定的輸出電 流，其電流值不隨初級(jí)電感值的變化而改變。
公式(13)還說明反激式變換器30精確的輸出電流(l0UT)可以通過精確的設(shè)定初級(jí) 電感的峰值電流實(shí)現(xiàn)。 一般情況，變換器的峰值電流(Ip)并沒有精確的設(shè)定。例如，現(xiàn)有 技術(shù)中的轉(zhuǎn)換器25的峰值電流(lp)使用固定的參考電壓設(shè)定。如圖2A所示(現(xiàn)有技術(shù))， 固定的參考電壓由帶隙基準(zhǔn)電壓經(jīng)外接的電阻分壓得到。電流感應(yīng)電阻(Rcs) 14感應(yīng)流 過初級(jí)電感的電流，將其轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。當(dāng)此電壓達(dá)到參考電壓，將觸發(fā)電流限制比較 器，此比較器將PWM邏輯復(fù)位，并關(guān)閉主開關(guān)12。這種設(shè)定最大初級(jí)電感電流的傳統(tǒng)方 法本身具有缺點(diǎn)。
圖10為控制IC 38中自適應(yīng)電流限制器43的控制環(huán)路48的工作和時(shí)序波形，其中 Ibase表示"NPN三極管37的基極電流"，Tstart表示"電感電流幵始斜坡上升的時(shí)間"， "Hum,2表示"電感電流達(dá)到設(shè)定的峰值電流即ILIM/2的時(shí)間"。Nchon信號(hào)57為導(dǎo)通或關(guān) 斷內(nèi)部MOSFET的柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此內(nèi)部MOSFET與主功率開關(guān)管44功能相同。開關(guān)信 號(hào)54 (波形lsw)為從外接的NPN三極管37的發(fā)射結(jié)流過控制IC38其SW端打線焊盤 99到達(dá)內(nèi)部集成的主MOSFET開關(guān)44漏端的電流。電壓波形Vsw為SW端打線焊盤99 此點(diǎn)的電壓。To,為Nchon信號(hào)57產(chǎn)生后到流過SW端打線焊盤99的電流lsw實(shí)際上開 始斜坡上升之間的延遲時(shí)間。此延遲時(shí)間(TD1 )為打開外接NPN三極管37 (也就是圖 10中NPN37)的開關(guān)延遲時(shí)間。流過SW端打線焊盤99的電流(lsw)由兩部分電流組 成(a)流過初級(jí)電感39的實(shí)際電流(kp)，此電流流過外接NPN三極管37的集電極 和(b)NPN三極管37的基極電流?；鶚O電流為失調(diào)電流，其使得開關(guān)信號(hào)54的電流(lsw) 從非零的值開始，如圖10所示，在延遲時(shí)間(TD1 )結(jié)束時(shí)，電流(lsw)有一個(gè)階越的上 升。除了NPN三極管37的基極電流外，還有其它的因素也會(huì)使流過初級(jí)電感39的電流 (Lp)與流過SW端打線焊盤99的電流不同，例如與主開關(guān)44漏端相關(guān)的寄生效應(yīng)和傳 輸延遲。當(dāng)振蕩器42通過輔助反饋信號(hào)52探測(cè)到電感電流(lLP) 50開始斜坡上升時(shí)，振蕩 器42產(chǎn)生反饋信號(hào)(Tramp) 51。而流過初級(jí)電感39的電感電流(h_P) 50停止上升的 時(shí)間，在圖10中用"FIRSTTIME"注釋。當(dāng)反饋信號(hào)51產(chǎn)生，P溝道FET將導(dǎo)通，使得第 一個(gè)固定的電流源(h)在第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1上積累電荷。第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1上電荷 的斜坡積累速度為dVc1/dt = I/C1 。振蕩器42還輸出Trampd信號(hào)，其為反饋信號(hào)51的 延遲信號(hào)。在第一個(gè)延遲(TD1)結(jié)束后產(chǎn)生的第二個(gè)延遲時(shí)間(TD2)結(jié)束時(shí)，振蕩器42 產(chǎn)生Trampd信號(hào)。當(dāng)Trampd信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，第二個(gè)P溝道FET將導(dǎo)通，使得第二個(gè)固定 的電流源(l2)在第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2上積累電荷。在圖6中自適應(yīng)電流限制器43的具體 實(shí)現(xiàn)電路中，第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2的值為第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1的一半。在另一個(gè)可替代的實(shí) 現(xiàn)方法中，第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2的值和第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1的值相同，第二個(gè)固定電流源
(l2)產(chǎn)生的電流為第一個(gè)電流源(h)產(chǎn)生的電流的兩倍。這兩種實(shí)現(xiàn)辦法中，第二個(gè)計(jì) 時(shí)電容C2上的電荷積累的速度精確為第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1上的電荷積累的速度的兩倍。
如圖10所示，當(dāng)延遲信號(hào)丁rampd產(chǎn)生后，電荷開始在第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2上積累，經(jīng) 過基極電流補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp)開始上升，此斜坡信號(hào)跟蹤流過SW端打線焊盤99 的開關(guān)信號(hào)54。開關(guān)信號(hào)54電流中的基極電流引起的誤差部分已經(jīng)從補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)
(IswcoMP)中被去處。因此，補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(lswcoMP)反映實(shí)際流過初級(jí)電感39和NPN 三極管37集電極的電流(lLP)。
在圖6的自適應(yīng)電流限制器43的具體電路中，補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)通過使用耦合電容耦合 SW端打線焊盤99的開關(guān)信號(hào)54來消除直流失調(diào)部分。在延遲信號(hào)trampd產(chǎn)生之前，耦 合電容上的電荷通過一個(gè)開關(guān)保持為零。當(dāng)補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的初 級(jí)繞組39其峰值電流的一半時(shí)，對(duì)第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2的充電暫停，電容C2的電壓保
持。在具體的實(shí)現(xiàn)電路中，iswcomp達(dá)到1/21園的時(shí)間是通過比較相應(yīng)端的電壓(Vswcomp
和1/2VUM)來確定。電容C2上保持的電壓作為參考電壓，用于確定補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào) (Iswcomp)達(dá)到流過初級(jí)繞組39所限制的峰值電流的精確時(shí)間。
第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1 一直充電直到第一個(gè)電容C1上的電壓達(dá)到第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2上 所保持的參考電壓。計(jì)時(shí)信號(hào)55 (也叫做電荷交叉信號(hào)Tcx)在當(dāng)?shù)谝粋€(gè)計(jì)時(shí)電容C1上 的電荷(VC1)達(dá)到第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2上的電荷(VC2)時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)計(jì)時(shí)信號(hào)55產(chǎn)生時(shí)， 初級(jí)電感電流(kp)達(dá)到限制的峰值限制電流(lUM)，這是因?yàn)榈谝粋€(gè)計(jì)時(shí)電容C1的充 電速度為第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2的一半。因此，產(chǎn)生計(jì)時(shí)信號(hào)55的時(shí)間就是達(dá)到所限制的峰 值限制電流(lLIM)的目標(biāo)時(shí)間。
然后，反饋信號(hào)51的下降沿與計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿相比較，反饋信號(hào)51的下降沿 出現(xiàn)的時(shí)間為初級(jí)電感39的電流停止上升的時(shí)間，在此時(shí)間初級(jí)電感電流(Lp)到達(dá)其峰 值，并且輔助繞組兩端電壓(Vaux)迅速升高。
如圖6所示，PWM邏輯電路45使用自適應(yīng)電流限制器43產(chǎn)生的脈寬信號(hào)58產(chǎn)生 Nchon信號(hào)57。因此，Nchon信號(hào)57的脈沖寬度由自適應(yīng)電流限制器43中的脈寬發(fā)生 器49控制。脈寬信號(hào)58通過使用延遲鎖定環(huán)結(jié)構(gòu)的控制環(huán)路48將反饋信號(hào)51的下降 沿與計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿相比較。DLL類型的控制環(huán)路48包含一個(gè)鑒相器，其在反饋信 號(hào)51的下降沿提前于計(jì)時(shí)信號(hào)55所要求的上升沿到來時(shí)，產(chǎn)生down脈沖，擴(kuò)展反饋信
號(hào)下降沿，從而增加信號(hào)Nchon信號(hào)57的占空比。通過延遲Nchon信號(hào)57的下降沿來 增加其占空比，從而在下個(gè)開關(guān)周期增加流過初級(jí)電感39的峰值電流(lp)。同理，當(dāng)反 饋信號(hào)51的下降沿滯后于計(jì)時(shí)信號(hào)55所要求的上升沿到來時(shí)，控制環(huán)路48中的鑒相器 輸出up脈沖，up脈沖通過提前反饋信號(hào)的下降沿，從而減小信號(hào)Nchon信號(hào)57的占空 比。通過提前信號(hào)Nchon信號(hào)57的下降沿來降低占空比，從而在下個(gè)開關(guān)周期減小流過 初級(jí)電感39的峰值電流(Ip)。因此控制環(huán)路48維持初級(jí)電感39的峰值電流(lp)為預(yù)
先設(shè)定的峰值限制電流ium 。
如圖10所示，第二個(gè)延遲時(shí)間(丁02)即反饋信號(hào)51和延遲信號(hào)trampd之間的延遲，只 要第二個(gè)延遲時(shí)間小于補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(iswcomp)達(dá)到^um所需要的時(shí)間，其長(zhǎng)短并不影 響補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的初級(jí)繞組39的峰值限制電流(Ium)的一半 的時(shí)間。這是事實(shí)，因?yàn)榈诙€(gè)計(jì)時(shí)電容C2上的電壓(VC2)決定第一個(gè)計(jì)時(shí)電容C1上的 電荷達(dá)到第二個(gè)計(jì)時(shí)電容C2上的參考電壓(VC2)的時(shí)間，此時(shí)間與補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)到達(dá)
V2IUM的精確時(shí)間相對(duì)應(yīng)。
自適應(yīng)電流限制器43中的控制環(huán)路48調(diào)整計(jì)時(shí)信號(hào)55，使得計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升 沿和反饋信號(hào)51的下降沿同時(shí)到來時(shí)，初級(jí)電感39的峰值電流等于預(yù)先設(shè)定的峰值限制 電流?？刂骗h(huán)路48使峰值電流〔Ip)與預(yù)先設(shè)定的峰值限制電流相一致，并且很大程度上 不受輸入線電壓、溫度、工藝的變化，元件的容差變化和PCB布板的不一致的影響。
可用另一種方法進(jìn)一步闡述，內(nèi)部集成的主MOSFET開關(guān)44在T1時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，其時(shí)
間為補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(iswcomp)到達(dá)^lim的時(shí)間加上一段寬度可變化的時(shí)間(TWIDTH)。
此寬度可變化的時(shí)間為Nchon信號(hào)57的脈寬變化的時(shí)間。主功率開關(guān)管44在振蕩器42 產(chǎn)生的振蕩頻率(fosc)的每個(gè)周期到來時(shí)導(dǎo)通，在(T1 + TWIDTH)結(jié)束時(shí)關(guān)斷，其中TWIDTH 由控制環(huán)路48調(diào)整，結(jié)果總的斜坡上升時(shí)間等于希望的斜坡上升時(shí)間，從而維持輸出電 流恒定。
圖11為控制IC38中的自適應(yīng)電流限制器43更詳細(xì)的說明圖。自適應(yīng)電流限制器43 包括比較電路47，控制環(huán)路48和脈寬發(fā)生器49。脈寬發(fā)生器49包含單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 器100，其在Nchon信號(hào)57產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拿}沖寬度時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖?？刂骗h(huán)路48包含一 個(gè)鑒相器101， 一個(gè)電荷泵102和環(huán)路濾波器103。控制環(huán)路48與延遲鎖相環(huán)(DLL) 相似，并使反饋信號(hào)51與計(jì)時(shí)信號(hào)55同步。鑒相器101包括兩個(gè)D-flip-flops (D觸發(fā) 器)104和105和NAND (與非門)106。電荷泵102包括兩個(gè)開關(guān)107、 108,以及兩 個(gè)電流源109、 110。環(huán)路濾波器103包括一個(gè)電阻"1和一個(gè)電容112，時(shí)間誤差信號(hào) 59經(jīng)過其濾波產(chǎn)生電壓信號(hào)VFILTER 。脈寬發(fā)生器49中的單觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器1D0在當(dāng)補(bǔ) 償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp)達(dá)到參考電流1/2ILIM時(shí)重置，當(dāng)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器113計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)， 被清零。單觸發(fā)脈沖在一個(gè)時(shí)間段結(jié)束后產(chǎn)生，此時(shí)間段與時(shí)間誤差信號(hào)59經(jīng)過濾波產(chǎn) 生的電壓信號(hào)V^ter成反比，與反饋信號(hào)51下降沿到計(jì)時(shí)信號(hào)55上升沿之間的時(shí)間差 成正比。
自適應(yīng)電流限制器43還包含第一個(gè)計(jì)時(shí)電容(C1) 114，第二個(gè)計(jì)時(shí)電容(C2)115, 三個(gè)計(jì)時(shí)偏置電流源116-118,第一個(gè)比較器119，第二個(gè)比較器120，兩個(gè)P溝道FET
(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)121-122, —個(gè)N溝道FET123， 一個(gè)電容124和一個(gè)感應(yīng)電阻(RsENSE) 125。第一個(gè)計(jì)時(shí)電容(C1) 114的值為第二個(gè)計(jì)時(shí)電容(C2) 115值的兩倍。
當(dāng)初級(jí)繞組39的電流(Lp)開始上升并且反饋信號(hào)51已產(chǎn)生時(shí)，P溝道FET121關(guān) 斷，計(jì)時(shí)偏置電流源117開始對(duì)第一個(gè)計(jì)時(shí)電容(C1) 114充電。因此，如圖10,第一 個(gè)計(jì)時(shí)電容C1上的電荷(VC1)開始斜坡上升。在第二個(gè)延遲時(shí)間(TD2)結(jié)束后，延遲 信號(hào)丁rampd產(chǎn)生，P溝道FET122關(guān)斷，從而計(jì)時(shí)偏置電流源118開始對(duì)第二個(gè)計(jì)時(shí)電 容115充電。第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115上電壓的上升斜率為第一個(gè)計(jì)時(shí)電容114的兩倍，因?yàn)?第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115的電容值為第一個(gè)計(jì)時(shí)電容114的一半。
當(dāng)延返信號(hào)Trampd產(chǎn)生時(shí)，N溝道FET123關(guān)斷，基極電流補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(lswcoMP) 輸入到第一個(gè)比較器119的正向輸入端，此補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)通過電容124去除開關(guān)信號(hào) 54電流(lsw)中的由外接NPN三極管37基極電流引起的直流失調(diào)電流而產(chǎn)生。然后，
第一個(gè)比較器119將電壓信號(hào)(VswcOMP)和!4Vum信號(hào)進(jìn)行比較，其中VswcoMP相對(duì)應(yīng)
補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp) ， 1/2VLIM信號(hào)由計(jì)時(shí)偏置電流源116和電阻126產(chǎn)生，其值 與參考電流XluM相對(duì)應(yīng)。在其它的實(shí)現(xiàn)電路中，采用具有可感應(yīng)電流的FET的電流比較器 代替第一個(gè)電壓比較器119，可直接將補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(Iswcomp)和參考電流1/21圍進(jìn)行比
較。當(dāng)補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)(iswcomp)達(dá)到參考電流y2llJM，第一個(gè)比較器119產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號(hào)，
此信號(hào)關(guān)斷P溝道FET127，因此關(guān)斷計(jì)時(shí)偏置電流源118。當(dāng)計(jì)時(shí)偏置電流源118關(guān)斷 時(shí)，第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115上的電荷(VC2)保持不變。而第一個(gè)計(jì)時(shí)電容114上的電荷
(Vd)以第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115—半的充電速率上升。第二個(gè)比較器120將第一個(gè)計(jì)時(shí)電容 114上持續(xù)增加的電荷和第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115上保持的電荷(VC2)進(jìn)行比較。當(dāng)持續(xù)上升 的電荷(VC1)達(dá)到第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115上保持的電荷(VC2),目標(biāo)時(shí)間達(dá)到，第二個(gè)比 較器120產(chǎn)生計(jì)時(shí)信號(hào)55。鑒相器101將計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿作為初級(jí)電感39的電流
(Ilp)等于預(yù)先設(shè)定的流過初級(jí)電感39的峰值限制電流的時(shí)間。
圖11的具體實(shí)現(xiàn)電路中，第一個(gè)和第二個(gè)計(jì)時(shí)電容114-115的相對(duì)值用于產(chǎn)生計(jì)時(shí)信 號(hào)55其正確的時(shí)序。其它的電路結(jié)構(gòu)也可以使用從而得到正確時(shí)序。例如，可以使用同 樣大小的電容，同時(shí)第一個(gè)計(jì)時(shí)偏置電流源117產(chǎn)生的電流為第二個(gè)計(jì)時(shí)偏置電流源118 產(chǎn)生的電流的一半。或者在計(jì)時(shí)電容和電流源都相同時(shí)，第二個(gè)比較器120在持續(xù)上升的 電壓(VC1)為保持的電壓(VC2)的兩倍時(shí)，才產(chǎn)生計(jì)時(shí)信號(hào)55。
在圖11的具體實(shí)現(xiàn)電路中，由控制環(huán)路48產(chǎn)生的經(jīng)過濾波的電壓信號(hào)VnLTER，作為 時(shí)間誤差信號(hào)59，用來反映反饋信號(hào)51的下降沿與計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿之間的時(shí)差。
當(dāng)被補(bǔ)償?shù)男逼滦盘?hào)ISWC0MP上升到預(yù)先設(shè)定的固定的參考電流值1/2IUM的時(shí)候，電路產(chǎn)生
計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿。在另一種具體實(shí)現(xiàn)電路中，經(jīng)過濾波后的電壓信號(hào)vfoer用于調(diào) 整由計(jì)時(shí)偏置電流源116和電阻126產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流1/2luM。這樣，第二個(gè)計(jì)時(shí)電容115 上的電壓將會(huì)和第一個(gè)計(jì)時(shí)電容114上的電壓同時(shí)達(dá)到基準(zhǔn)電壓。在這樣一種具體實(shí)現(xiàn)電 路中，當(dāng)反饋信號(hào)51的下降沿提前于計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿到來時(shí)，參考電流值1/2luM將 會(huì)增大，從而表示需要增大初級(jí)電感的峰值電流(lP);相應(yīng)地，當(dāng)反饋信號(hào)51的下降沿 滯后于計(jì)時(shí)信號(hào)55的上升沿到來時(shí)，參考電流值將會(huì)減小，從而表示需要減小初級(jí)電感 的峰值電流(Ip)。
在另一種具體實(shí)現(xiàn)電路中，振蕩器42的開關(guān)頻率(fosc)將根據(jù)時(shí)間誤差信號(hào)59來調(diào) 整，從而使反激式變換器30產(chǎn)生恒定的輸出電流lojT。如公式(5)所示，對(duì)于給定的振 蕩器計(jì)時(shí)電容Cosc，可通過調(diào)整振蕩器的充電電流l。sc來調(diào)整其開關(guān)頻率。而Uc的值可以 通過改變芯片內(nèi)部振蕩器中的電阻Rosc來進(jìn)行調(diào)整。上述公式(3)表明louT與振蕩器42 的開關(guān)頻率(fosc)成比例。因此，根據(jù)時(shí)間誤差信號(hào)59來調(diào)整開關(guān)頻率(fosc)，從而在初 級(jí)電感的峰值電流(lp)變化的情況下，維持輸出電流louT的恒定，其中時(shí)間誤差信號(hào)59是 根據(jù)目標(biāo)時(shí)間與反饋信號(hào)51的下降沿之間的延遲來產(chǎn)生。在公式(3)中，可注意到，輸出
電流IOUT與初級(jí)電感39的峰值電流(lp)的平方成比例，因此，為了維持輸出電流(IOUT)的恒
定，開關(guān)頻率(fosc)必須與峰值電流(lp)的平方成反比地進(jìn)行調(diào)整。
在更具體的實(shí)現(xiàn)電路中，為了維持輸出電流(louT)的恒定，PWM誤差放大器76根據(jù) 時(shí)間誤差信號(hào)59自適應(yīng)性地調(diào)整其輸出范圍，而時(shí)間誤差信號(hào)59是根據(jù)目標(biāo)時(shí)間與反饋 信號(hào)51下降沿之間的延遲來產(chǎn)生。當(dāng)反激式變換器30工作于正常的恒壓模式時(shí)，PWM 誤差放大器76的輸出信號(hào)77的電壓值與輸出電流(louT)成比例。此外，在恒壓模式下， 主功率開關(guān)管44的導(dǎo)通時(shí)間，其由圖8中的時(shí)間信號(hào)TpAMP表示，是由電流感應(yīng)放大器 85的輸出電壓和PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77共同來控制。當(dāng)輸出電流增加時(shí)， PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77的電壓值也相應(yīng)增加，從而維持輸出電壓的恒定。
通常，主功率開關(guān)管44在每個(gè)時(shí)鐘周期到來時(shí)導(dǎo)通，并且電流感應(yīng)放大器85的輸出
電壓信號(hào)將隨著初級(jí)電感電流(lLP)成比例的斜坡上升，而初級(jí)電感電流(lLP)的斜坡上升速率
為dl/dt=VP/LP，其中Vp為初級(jí)電感兩端的電壓。當(dāng)電流感應(yīng)放大器85的輸出電壓信號(hào)達(dá) 到PWM誤差放大器76的輸出信號(hào)77時(shí)，主功率開關(guān)管44關(guān)斷。因此通過鉗位誤差比 較器81輸出的調(diào)整信號(hào)86，從而將初級(jí)電感的峰值電流(lp)限制在某個(gè)最大值；通過調(diào)整 調(diào)整信號(hào)86的鉗位電壓，從而對(duì)所限制的峰值電流(lp)進(jìn)行控制。由控制環(huán)路48產(chǎn)生的 時(shí)間誤差信號(hào)59將自適應(yīng)地調(diào)整鉗位電壓，從而維持輸出電流(louT)恒定。在這種實(shí)現(xiàn)電 路中，無論反激式變換器30調(diào)節(jié)輸出得到恒定的電壓還是恒定的電流，主功率開關(guān)管關(guān) 斷的時(shí)間，始終都是由電流感應(yīng)放大器85輸出的電壓信號(hào)達(dá)到PWM誤差放大器76的輸 出信號(hào)77的時(shí)間來決定的。當(dāng)反激式變換器30工作于恒壓模式的穩(wěn)態(tài)條件下時(shí)，輸出信 號(hào)77的電壓將會(huì)在低于鉗位電壓的正常范圍內(nèi)，而在恒流模式下，輸出信號(hào)77的電壓被 鉗位在最大值來限制峰值電流(lp).在恒流模式下，控制環(huán)路48將自適應(yīng)地調(diào)整鉗位電壓值 從而控制Tramp的時(shí)間，來維持輸出電流(louT)恒定。
為了更好的闡述，本發(fā)明使用一些具體的實(shí)現(xiàn)電路來進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅限 于所提到的實(shí)現(xiàn)方法。例如，其他的具體實(shí)現(xiàn)電路可以使用自適應(yīng)的初級(jí)電感補(bǔ)償，而不 是采用自適應(yīng)初級(jí)電感峰值電流限制。而且，對(duì)于圖5中外接的高壓NPN三級(jí)管37采用 射級(jí)開關(guān)的結(jié)構(gòu)，其他的具體實(shí)現(xiàn)電路可以通過控制IC內(nèi)部集成的高壓功率開關(guān)，直接對(duì) 初級(jí)繞組39進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。另外，為了進(jìn)一步提高功率處理能力以及反激式變換器30的開關(guān) 頻率，可以使用一個(gè)MOSFET代替三級(jí)管作為外部開關(guān)。
圖12為PWM控制器IC 128的另一個(gè)可替代的實(shí)現(xiàn)電路。此控制器IC 128不包含內(nèi) 部主MOSFET開關(guān)、用于電流感應(yīng)的小比例的MOSFET以及耦合到電流感應(yīng)MOSFET上 的電流感應(yīng)電阻，也就是不包括圖6中的主功率開關(guān)管44、內(nèi)部MOSFET 83和電阻84。在這種實(shí)現(xiàn)電路中，其柵極驅(qū)動(dòng)電路46的電流驅(qū)動(dòng)能力對(duì)于大尺寸的MOSFET能更好的控制。
圖13為使用圖12中的控制器IC128的反激式變換器30的另一個(gè)可替代的實(shí)現(xiàn)電路。 此反激式變換器30的實(shí)現(xiàn)電路包含一個(gè)外部MOSFET 129和一個(gè)電流感應(yīng)電阻130。
圖14為采用控制器IC 38其集成電路封裝131的反激式變換器30。此控制器IC 38 僅使用輔助反饋信號(hào)52作為反饋信號(hào)來控制反激式變換器的輸出電流以及輸出電壓，因 此其集成電路封裝只具有四個(gè)端口。封裝的端口數(shù)的增加會(huì)使芯片成本相應(yīng)提高。因此， 與封裝端口多于四個(gè)的控制器IC相比，采用以集成電路封裝131來封裝的控制器IC38成 本更低。集成電路封裝131只有四個(gè)端口 一個(gè)開關(guān)端口 132,—個(gè)反饋端口 133，一個(gè)電 源端口 134和一個(gè)地端口 135。在圖14的具體實(shí)現(xiàn)電路中，丌關(guān)端口 132通過結(jié)合線 136與SW端打線焊盤99相連。開關(guān)信號(hào)54由開關(guān)端口 132接收并通過結(jié)合線136傳 輸?shù)絊W端打線焊盤99。當(dāng)封裝的形式不同時(shí)，開關(guān)端口 132的形式也不同。對(duì)于方形平 面封裝，開關(guān)端口 132是一個(gè)引腳；對(duì)于基板柵格陣列(LGA)，開關(guān)端口 132是一個(gè)連接 盤；對(duì)于針型柵格陣列(GPA)，開關(guān)端口 132是一個(gè)針型管腳；對(duì)于雙列直插式封裝(DIP) 或單列直插式封裝，開關(guān)端口 132是一個(gè)管腳。當(dāng)集成電路的封裝131采用球形柵格陣列 封裝方式并且控制IC 38采用倒裝焊的方式進(jìn)行封裝時(shí)，開關(guān)端口 132并不是通過結(jié)合線 連接到SW端打線焊盤99上。在采用球形柵格陣列作為封裝方案時(shí)，在SW端打線淳盤 99處有個(gè)緩沖墊，開關(guān)端口 132由一個(gè)引線球連接到緩沖墊。在不同的封裝實(shí)現(xiàn)方式中， 反饋端口 133,電源端口 134和地端口 135同樣可以是球形柵格陣列的一個(gè)連接球，方形 平面封裝的一個(gè)引腳，或者是基板柵格陣列(LGA)的一個(gè)連接盤，或者是針型柵格陣列 (GPA)的一個(gè)針型管腳，或者是雙列直插式封裝(DIP)或單列直插式封裝的一個(gè)管腳。在反 饋端FB其打線焊盤66通過結(jié)合線137連接到反饋端口 133的實(shí)施方案中，控制IC 38 通過反饋端口 133接收到一個(gè)可以反映次級(jí)繞組40輸出電壓(VcxjT)的信號(hào)。輔助反饋信 號(hào)52由反饋端口 133接收并通過結(jié)合線137傳輸?shù)胶副PFB。
雖然上述的PWM邏輯電路45采用脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生Nchon信號(hào)57和電感開關(guān)控制 信號(hào)56，但是可以使用變頻脈沖調(diào)制代替恒定頻率的PWM。在這種實(shí)現(xiàn)電路中，芯片使 用頻率變化的脈沖調(diào)制(PFM)的方式來產(chǎn)生Nchon信號(hào)57和電感開關(guān)控制信號(hào)56。 因而，各種改善，調(diào)整以及上述實(shí)現(xiàn)方法其特點(diǎn)的綜合都?xì)w屬于此發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，其特征在于，它包括(a)接收一個(gè)反映電感電流第一次停止上升的時(shí)間的反饋信號(hào)；(b)接收一個(gè)反映電感電流斜坡上升速率的開關(guān)信號(hào)；(c)產(chǎn)生一個(gè)反映電感電流持續(xù)斜坡上升達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間即目標(biāo)時(shí)間的計(jì)時(shí)信號(hào)；(d)產(chǎn)生具有一定脈寬的電感開關(guān)控制信號(hào)；并且(e)控制電感開關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度，使得第一次停止上升的時(shí)間和目標(biāo)時(shí)間同時(shí)產(chǎn)生。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(e)中，當(dāng)?shù)谝淮瓮Ｖ股仙臅r(shí)間 滯后于目標(biāo)時(shí)間時(shí)，脈沖寬度將被減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中的電感為反激式變換器的初級(jí)電感， 其中初級(jí)電感為初級(jí)繞組的電感。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，其中反激式變換器輸出一定電流，其電 感的實(shí)際的值與標(biāo)稱的額定值有偏差，并且電感的開關(guān)控制信號(hào)具有一定的開關(guān)頻率，它進(jìn) 一步包括(f)控制開關(guān)頻率來補(bǔ)償電感值的偏差，從而維持輸出電流恒定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其步驟(f)中的控制通過集成電路實(shí)現(xiàn)， 且此集成電路的封裝不超過4個(gè)端口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(e)中的控制通過集成電路實(shí)現(xiàn)， 且此集成電路的封裝不超過4個(gè)端口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中反饋信號(hào)由與初級(jí)電感和次級(jí)電感 相耦合的輔助電感的兩端電壓產(chǎn)生，其中次級(jí)電感為次級(jí)繞組的電感，輔助電感為輔助繞組 的電感。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中電感開關(guān)控制信號(hào)具有一定的開關(guān) 頻率，它進(jìn)一步包括- (f)當(dāng)?shù)谝淮瓮Ｖ股仙臅r(shí)間滯后于目標(biāo)時(shí)間時(shí)，降低開關(guān)頻率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(C)中的計(jì)時(shí)信號(hào)是通過比較不 同值的計(jì)時(shí)電容上積累的電荷而產(chǎn)生。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(c)中的計(jì)時(shí)信號(hào)是通過比 較相同值的計(jì)時(shí)電容上積累的電荷而產(chǎn)生，其中計(jì)時(shí)電容的充電電流的大小不同。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(c)中的計(jì)時(shí)信號(hào)是通過一 個(gè)電流比較器產(chǎn)生。
12. —種電路元件，其特征在于，包括一個(gè)電感開關(guān)，由具有一定的脈沖寬度的電感開關(guān)控制信號(hào)控制；一個(gè)電感，其電流在斜坡上升時(shí)間內(nèi)以一定的速率斜坡上升，上升時(shí)間在第一次停止上 升的時(shí)間到達(dá)時(shí)結(jié)束，同時(shí)電感電流停止增加；一個(gè)比較電路，產(chǎn)生一個(gè)反映電感電流持續(xù)斜坡上升達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間， 即目標(biāo)時(shí)間的計(jì)時(shí)信號(hào)；一個(gè)控制環(huán)路，接受計(jì)時(shí)信號(hào)并將第一次停止上升的時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間進(jìn)行比較。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其中的電感為反激式變換器的 初級(jí)電感。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其中的反激式變換器輸出一定 電流，其電感開關(guān)控制信號(hào)具有一定的頻率，此電路元件調(diào)整開關(guān)頻率從而維持輸出電流恒 定。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，它還包括一個(gè)控制電感電流使 其在第一次停止上升的時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的電路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其中的電感開關(guān)，比較電路和 控制環(huán)路為封裝不超過四個(gè)端口的集成電路的組成部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，它進(jìn)一步包括一個(gè)脈寬發(fā)生器，產(chǎn)生脈寬信號(hào)，用于控制電感開關(guān)控制信號(hào)其脈沖寬度，并且當(dāng)?shù)谝?次停止上升的時(shí)間提前于目標(biāo)時(shí)間到來時(shí)，脈寬發(fā)生器將增加脈沖寬度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，它進(jìn)一步包括 一個(gè)振蕩器，產(chǎn)生具有一定的頻率的開關(guān)頻率信號(hào)，此頻率決定電感開關(guān)控制信號(hào)的工 作頻率。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其中的比較電路包含一個(gè)計(jì)時(shí)電容并產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償?shù)碾姼须娏?，?dāng)補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鬟_(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的預(yù)設(shè)比例 時(shí)，比較電路將決定計(jì)時(shí)電容要達(dá)到的參考電壓值。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其中的電感電流流過電感開關(guān)， 并且比較電路使流過電感開關(guān)的電流產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鳌?br>
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路元件，其特征在于，其預(yù)先設(shè)定的比例為0.5。
22. —種系統(tǒng)，其特征在于，包括 一個(gè)電感；一個(gè)開關(guān)，當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)，電感電流將以某個(gè)速率斜坡上升到最大值并在開關(guān)關(guān)斷時(shí)停 止上升；和一種控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)間的控制電路，該控制電路釆用將開關(guān)關(guān)斷時(shí)間和電感電流以 某個(gè)速率斜坡上升到預(yù)先設(shè)定的限制電流的時(shí)間相比較來實(shí)現(xiàn)使電感電流的最大值與預(yù)先設(shè)定的限制電流相同。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中的控制電路包含一個(gè)控制環(huán)路。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中的系統(tǒng)為一個(gè)包含初級(jí)和次級(jí) 的反激式變換器，反激式變換器的初級(jí)有一個(gè)輔助繞組，在次級(jí)有一個(gè)次級(jí)繞組，來自次級(jí) 的反饋信號(hào)被用來控制開關(guān)關(guān)斷的時(shí)間，其中反饋僅通過輔助繞組與次級(jí)繞組的電磁耦合來 獲取。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路是集成電路的一部分， 并且此集成電路的封裝不超過四個(gè)端口。
26. —種系統(tǒng)，其特征在于，包括 一個(gè)電感開關(guān)，由電感開關(guān)控制信號(hào)控制；一個(gè)電感，其實(shí)際的電感值與標(biāo)稱的額定值有偏差，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，流過電感的電流持 續(xù)增大到峰值電流，其中電感開關(guān)控制信號(hào)具有一定的頻率； 和一個(gè)保持電感的峰值電流為恒定值控制電路，該控制電路采用調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來補(bǔ)償實(shí) 際的電感值與標(biāo)稱的額定值的偏差用于實(shí)現(xiàn)保持電感的峰值電流為恒定值。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括一個(gè)控制環(huán)路。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包含一個(gè)位于集成電 路內(nèi)部的振蕩器。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路是集成電路的一部分， 并且此集成電路的封裝不超過四個(gè)端口。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述電感電流以一定的斜坡上升 速率達(dá)到峰值電流過程中，所述控制電路將產(chǎn)生一個(gè)計(jì)時(shí)信號(hào)用以反映電感電流持續(xù)上升達(dá) 到預(yù)先設(shè)定的限制電流的目標(biāo)時(shí)間。
31. —種控制器集成電路封裝，其特征在于，它包括一個(gè)開關(guān)端口，耦合到電感開關(guān)，其中電感開關(guān)由一個(gè)具有一定頻率的電感開關(guān)控制信 號(hào)來開啟，經(jīng)過集成電路封裝后的一個(gè)控制器集成電路，調(diào)整開關(guān)頻率來維持反激式變換器 輸出電流恒定；一個(gè)反饋端口，接收反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)通過使用反激式變換器的第一個(gè)電感兩端的 電壓來產(chǎn)生，并且控制器集成電路使用此反饋信號(hào)來產(chǎn)生電感開關(guān)控制信號(hào)；一個(gè)電源端口，整個(gè)控制器集成電路通過此端口得到電源；和一個(gè)地端口，整個(gè)控制器集成電路通過此端口接地，整個(gè)集成電路封裝除了開關(guān)端口， 反饋端口，電源端口，地端口外，不再包含其他端口。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的控制器集成電路封裝，其特征在于，所述第一個(gè)電感的實(shí)際電感值與標(biāo)稱的額定值有偏差，控制器集成電路將相應(yīng)地調(diào)整頻率，從而補(bǔ)償電感值的 偏差。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的控制器集成電路封裝，其特征在于，其中開關(guān)端口封裝形式包含球形柵格陣列的一個(gè)連接球，或者是方形平面封裝的一個(gè)引腳，或者是基板柵格陣列(LGA)的一個(gè)連接盤，或者是針型柵格陣列(GPA)的一個(gè)針型管腳，或者是雙列直插式封 裝(DIP)或單列直插式封裝的一個(gè)管腳。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的控制器集成電路封裝，其特征在于，其中的開關(guān)端口接 收開關(guān)信號(hào)，此開關(guān)信號(hào)可以用來反映反激式變換器中第二個(gè)電感上電流變化的速率。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的控制器集成電路封裝，其特征在于，其中的第一個(gè)電感 為反激式變換器的輔助電感，第二個(gè)電感為反激式變換器的初級(jí)電感。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的控制器集成電路封裝，其特征在于，其中的控制器集成 電路具有一定的溫度特性，流過第一個(gè)電感的電流會(huì)達(dá)到一個(gè)峰值電流，在控制器集成電路 溫度發(fā)生變化的情況下，為保持反激式變換器輸出電流的恒定，控制器集成電路將會(huì)對(duì)峰值 電流進(jìn)行控制。
37. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的集成電路封裝，其特征在于，其中的控制器集成電路具 有一定的溫度特性和制造工藝偏差，經(jīng)過封裝的集成電路放置在具有一定布局的印刷電路板 上，印刷電路板上的外部元件具有一定的容限，其中在第一個(gè)電感上的電流會(huì)達(dá)到峰值，電 感開關(guān)控制信號(hào)具有一定的脈寬，在控制器集成電路的溫度和制造工藝發(fā)生變化的情況下部 元件及印刷電路板的布局發(fā)生變化的情況下，控制器集成電路將會(huì)相應(yīng)調(diào)整脈沖寬度來控制 峰值電流，從而維持反激式變換器的輸出電流恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出的初級(jí)反饋控制器及方法。它具體包括一個(gè)比較電路和一個(gè)控制環(huán)路用于維持流過反激式變換器其電感的峰值電流。一個(gè)電感開關(guān)控制信號(hào)控制一個(gè)電感電流流經(jīng)的電感開關(guān)。電感電流在斜坡上升時(shí)間內(nèi)以一定的速率增加并在斜坡上升時(shí)間結(jié)束時(shí)停止增加。如果電感電流以一定的斜坡上升速率持續(xù)增加，比較電路將產(chǎn)生一個(gè)計(jì)時(shí)信號(hào)，其反映電感電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限制電流的目標(biāo)時(shí)間。控制環(huán)路接收這個(gè)計(jì)時(shí)信號(hào)，并將停止斜坡上升的時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間進(jìn)行比較。當(dāng)目標(biāo)時(shí)間滯后于停止斜坡上升的時(shí)間，電感開關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度將會(huì)增加。通過調(diào)節(jié)頻率和脈沖的寬度從而控制了電感的峰值電流。
文檔編號(hào)G05F1/46GK101350561SQ20081009335
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者邁特·格鑲, 陶志波, 黃樹良, 龔大偉 申請(qǐng)人:技領(lǐng)半導(dǎo)體(上海)有限公司;技領(lǐng)半導(dǎo)體國際股份有限公司