專利名稱：用于開(kāi)關(guān)模式電源的控制器的制作方法
用于開(kāi)關(guān)模式電源的控制器技術(shù)領(lǐng)域
本公開(kāi)涉及用于開(kāi)關(guān)模式電源的控制器的領(lǐng)域，具體地而非排他地，涉及一種對(duì) 開(kāi)關(guān)模式電源的繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣的控制器。
背景技術(shù)：
在初級(jí)側(cè)進(jìn)行電源隔離和控制的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)是已知的。利用這種SMPS， 需要感測(cè)待調(diào)節(jié)的輸出變量，例如輸出電壓，以便將其調(diào)節(jié)到所需級(jí)別。這種調(diào)節(jié)通常是 通過(guò)感測(cè)輸出電壓、將其與次級(jí)側(cè)的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、以及只向初級(jí)側(cè)發(fā)送誤差信號(hào)來(lái)進(jìn) 行的。通常，光耦合器(opto-coupler)用于發(fā)送電源隔離上的誤差信號(hào)，例如在反激式 (flyback)轉(zhuǎn)換器中從變壓器的次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)發(fā)送誤差信號(hào)。光耦合器可能對(duì)于一些需 求來(lái)說(shuō)太昂貴，例如在低功率適配器市場(chǎng)中。另外，光耦合器消耗次級(jí)側(cè)和初級(jí)側(cè)兩側(cè)的功 率，因此增加了在正常操作(有負(fù)載)和無(wú)負(fù)載條件下消耗的功率。這種附加功耗可能使 其難以滿足一些要求,例如能量星(Energy Star)規(guī)范。
已知用于采樣的良好時(shí)刻是在開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的導(dǎo)通結(jié)束時(shí)。該導(dǎo)通與 通過(guò)反激式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)繞組和次級(jí)二極管的電流相關(guān)。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于開(kāi)關(guān)模式電源的控制器，所述開(kāi)關(guān)模式 電源包括一個(gè)或多個(gè)繞組，所述控制器包括
固定速度定時(shí)器；
閾值設(shè)置器，配置為根據(jù)通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)繞組之一的電流的峰值來(lái)設(shè)置針對(duì) 所述定時(shí)器的閾值；
次級(jí)沖程檢測(cè)器，配置為在檢測(cè)到所述開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)所 述固定速度定時(shí)器；
采樣器，配置為當(dāng)所述固定速度定時(shí)器的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，對(duì)所述一個(gè)或多 個(gè)繞組之一兩端的電壓進(jìn)行采樣。
因?yàn)楦鶕?jù)通過(guò)繞組的電流的峰值設(shè)置針對(duì)定時(shí)器的閾值，這使得能夠與開(kāi)關(guān)模式 電源(SMPS)的繞組中的電流一致地自動(dòng)調(diào)節(jié)所述閾值，所以這種控制器使得能夠在繞組 電壓和輸出電壓之差相對(duì)較小(可以考慮到由于兩個(gè)繞組之間的匝數(shù)比而導(dǎo)致的縮放因 子)的時(shí)刻測(cè)量繞組兩端電壓。因此，可以更加精確地確定SMPS的輸出電壓，尤其是當(dāng)可 以針對(duì)一系列輸出電壓，在接近次級(jí)沖程的導(dǎo)通結(jié)束時(shí)對(duì)繞組電壓進(jìn)行采樣時(shí)。進(jìn)而，這使 SMPS能夠具有更加精確的輸出電壓。
固定速度定時(shí)器可以是定時(shí)器輸出的變化按照固定因子與時(shí)間成比例的定時(shí)器。 也就是說(shuō)，定時(shí)器的計(jì)數(shù)可以具有相對(duì)于時(shí)間的固定計(jì)數(shù)速度。
在SMPS是反激式轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例中，所述閾值設(shè)置器可以配置為根據(jù)通過(guò)初級(jí) 繞組的電流的峰值來(lái)設(shè)置針對(duì)定時(shí)器的閾值。所述采樣器可以配置為當(dāng)所述固定速度計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，對(duì)輔助繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣。在一些示例中，反激式轉(zhuǎn)換器 可以具有兩個(gè)輔助繞組一個(gè)用于向控制器IC供應(yīng)電壓，一個(gè)用于感測(cè)/采樣。
所述次級(jí)沖程檢測(cè)器可以配置為響應(yīng)于檢測(cè)到開(kāi)關(guān)模式電源的功率開(kāi)關(guān)(212) 被關(guān)斷來(lái)啟動(dòng)所述固定速度定時(shí)器。這可以提供一種用于啟動(dòng)固定速度定時(shí)器的方便且相 對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。
所述控制器還可以配置為
確定次級(jí)沖程的長(zhǎng)度；
將采樣時(shí)刻確定為當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)所述采樣器對(duì)繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣的時(shí)間占.
其中所述閾值設(shè)置器配置為根據(jù)采樣時(shí)刻和次級(jí)沖程的長(zhǎng)度來(lái)修改閾值，以用于 開(kāi)關(guān)模式電源的后續(xù)開(kāi)關(guān)周期。
所述次級(jí)沖程的長(zhǎng)度也可以稱為次級(jí)二極管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間。
這樣修改閾值可以提供自適應(yīng)補(bǔ)償，以考慮針對(duì)先前開(kāi)關(guān)周期所確定的采樣時(shí)刻 和次級(jí)沖程的結(jié)束之間的任何差異。在一些示例中，初始開(kāi)關(guān)周期將具有較早采樣，以確保 次級(jí)沖程中的采樣。這種自適應(yīng)補(bǔ)償可以改進(jìn)控制器的性能，因?yàn)槠涫沟媚軌蚧谙惹伴_(kāi) 關(guān)周期更靠近次級(jí)沖程導(dǎo)通的結(jié)束來(lái)進(jìn)行采樣。
所述控制器還可以配置為使用在次級(jí)沖程之后繞組處電壓中振鈴(ringing)的 一個(gè)或多個(gè)特征來(lái)確定次級(jí)沖程的長(zhǎng)度。按照這種方式，可以將所述振鈴中的周期性特征 用于標(biāo)識(shí)次級(jí)沖程的結(jié)束。在一些示例中，將初始開(kāi)關(guān)周期的周期性特征用作針對(duì)后續(xù)開(kāi) 關(guān)周期的初始周期性特征。
所述控制器還可以配置為標(biāo)識(shí)當(dāng)繞組兩端的電壓相對(duì)于時(shí)間的微分為零時(shí)的時(shí) 間點(diǎn)，并且使用標(biāo)識(shí)的時(shí)間點(diǎn)來(lái)確定次級(jí)沖程的結(jié)束。可以將這些時(shí)間點(diǎn)稱作零微分時(shí)間
除此之外或者替換地，所述控制器可以配置為標(biāo)識(shí)繞組兩端電壓為零時(shí)的時(shí)間 點(diǎn)，并且使用標(biāo)識(shí)的時(shí)間點(diǎn)來(lái)確定次級(jí)沖程的結(jié)束?？梢詫⑦@些時(shí)間點(diǎn)稱作零值時(shí)間點(diǎn)。
所述控制器還可以配置為根據(jù)次級(jí)沖程的長(zhǎng)度與時(shí)間之比來(lái)修改閾值，以用于后 續(xù)的開(kāi)關(guān)周期，所述時(shí)間是次級(jí)沖程的開(kāi)始和采樣時(shí)刻之間的時(shí)間。所述控制器可以配置 為將針對(duì)實(shí)際開(kāi)關(guān)周期的閾值和前一個(gè)周期的比率相乘，以便確定針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的經(jīng) 適配的閾值。這可以被看作是提供了閾值的乘性適配，并且對(duì)于穩(wěn)態(tài)兼瞬變操作是有利的， 在穩(wěn)態(tài)兼瞬變操作中SMPS的輸出電壓隨時(shí)間顯著變化。
所述控制器還可以配置為根據(jù)次級(jí)沖程的長(zhǎng)度與時(shí)間之差來(lái)修改閾值，以用于后 續(xù)的開(kāi)關(guān)周期，所述時(shí)間是次級(jí)沖程的開(kāi)始和采樣時(shí)刻之間的時(shí)間。所述控制器可以配置 為將所述差與來(lái)自前一開(kāi)關(guān)周期的閾值相加，以便確定針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的閾值。這可以 被看作是提供了閾值的加性適配，并且對(duì)于穩(wěn)態(tài)操作是有利的，在穩(wěn)態(tài)操作中SMPS的負(fù)載 電流和輸入電壓不會(huì)隨時(shí)間顯著變化。加性適配可以依賴于操作點(diǎn)。加性系統(tǒng)可以至少部 分地對(duì)瞬變做出反應(yīng)，并且也可以提供對(duì)于瞬變操作的優(yōu)勢(shì)，盡管依賴于瞬變和瞬變速度， 殘余誤差可能保留在采樣時(shí)刻中。
所述次級(jí)沖程檢測(cè)器可以配置為將表示繞組兩端電壓的信號(hào)與次級(jí)沖程閾值進(jìn) 行比較，以便檢測(cè)次級(jí)沖程的開(kāi)始。所述次級(jí)沖程閾值電壓可以具有低值。所述次級(jí)沖程閾值可以是約零伏，并且可以大于零伏。這可以提供一種有效的方式來(lái)在次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)，而非操作SMPS的功率開(kāi)關(guān)時(shí)，啟動(dòng)固定速度定時(shí)器。
所述控制器還可以配置為根據(jù)采樣的電壓來(lái)控制開(kāi)關(guān)模式電源的開(kāi)關(guān)操作。
所述控制器還可以包括頻率調(diào)節(jié)器，配置為根據(jù)采樣的電壓來(lái)控制SMPS開(kāi)關(guān)的操作的頻率。
所述控制器還可以包括周期調(diào)節(jié)器，配置為根據(jù)采樣的電壓來(lái)控制開(kāi)關(guān)的峰值電流。
可以提供一種包括任一在前所述控制器的開(kāi)關(guān)模式電源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種對(duì)開(kāi)關(guān)模式電源中繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣的方法，所述方法包括
根據(jù)通過(guò)開(kāi)關(guān)模式電源繞組的電流的峰值來(lái)設(shè)置閾值；
檢測(cè)開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的開(kāi)始；
在檢測(cè)到次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)固定速度定時(shí)器；以及
當(dāng)定時(shí)器的計(jì)數(shù)達(dá)到閾值時(shí)，對(duì)繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣。
所述方法還可以包括根據(jù)采樣的電壓來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)模式電源的開(kāi)關(guān)的操作。
可以提供一種包括這里公開(kāi)的任合電路的集成電路。
可以提供一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)程序引起計(jì)算機(jī)配置包括這里公開(kāi)的電路、集成電路或器件的任何設(shè)備，或者執(zhí)行這里公開(kāi)的任何方法。計(jì)算機(jī)程序可以是軟件實(shí)現(xiàn)，并且可以將所述計(jì)算機(jī)看作是任何合適的硬件，包括數(shù)字信號(hào)處理器、 微控制器以及只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)或電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)形式的實(shí)現(xiàn)，作為非限制性示例。所述軟件可以是匯編程序。
可以將計(jì)算機(jī)程序提供在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是諸如盤(pán)或者存儲(chǔ)器件之類的物理計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，或者可以實(shí)現(xiàn)為瞬態(tài)信號(hào)。這種瞬態(tài)信號(hào)可以是網(wǎng)絡(luò)下載的，包括因特網(wǎng)下載。


現(xiàn)
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖波形；
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圖
圖12示出了在包括峰值箝位電路的反激式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓波形；
圖13出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于控制反激式轉(zhuǎn)換器的示例波形；
圖14示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的求和變型的示例方框圖15示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的乘法變型的示例方框圖16示出了圖15電路中節(jié)點(diǎn)處的波形；以及
圖17示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一實(shí)施例的乘法變型的示例方框圖。
具體實(shí)施方式
這里公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及用于具有繞組的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的控制器?？刂破骺梢跃哂写渭?jí)沖程檢測(cè)器，配置用于檢測(cè)SMPS的次級(jí)沖程的開(kāi)始和結(jié)束、以及 (對(duì)于非連續(xù)導(dǎo)通模式操作)SMPS的振鈴的零交叉。所述控制器也可以包括固定速度定時(shí)器，用于從SMPS的去磁化周期的開(kāi)始起進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及采樣器，用于當(dāng)固定速度定時(shí)器的計(jì)數(shù)達(dá)到閾值時(shí)，對(duì)SMPS內(nèi)的電壓進(jìn)行采樣?？梢愿鶕?jù)通過(guò)繞組的電流的峰值來(lái)設(shè)置閾值。通過(guò)繞組的電流的峰值直接影響次級(jí)沖程的長(zhǎng)度，因此也直接影響應(yīng)應(yīng)該對(duì)電壓進(jìn)行采樣的理想時(shí)刻。因此，根據(jù)通過(guò)繞組的電流的峰值來(lái)設(shè)置閾值，這使得能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)采樣的時(shí)刻，并保持輸出電壓與采樣的電壓之差最小化，這可以包括考慮到兩個(gè)線圈之間的匝數(shù)比導(dǎo)致的縮放因子。
在一些實(shí)施例中，可以根據(jù)針對(duì)前一開(kāi)關(guān)周期而確定的去磁化周期的長(zhǎng)度來(lái)適配或者修改閾值，使得可以能夠使采樣時(shí)刻更加接近去磁化周期的結(jié)束。
因?yàn)楦鶕?jù)通過(guò)繞組的電流的峰值來(lái)設(shè)置針對(duì)定時(shí)器的閾值，這使得能夠根據(jù)開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的變壓器繞組中的電流來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)閾值，所以這種控制器使得能夠在繞組電壓和輸出電壓之差最小的時(shí)刻來(lái)測(cè)量繞組兩端的電壓。因此，可以更加精確地確定 SMPS的輸出電壓，因?yàn)榭梢葬槍?duì)一系列輸出電壓，靠近去磁化周期的結(jié)束來(lái)對(duì)繞組電壓進(jìn)行采樣。進(jìn)而，這使得SMPS能夠具有更加精確的輸出電壓。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反激式轉(zhuǎn)換器100，其是開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的一個(gè)示例。反激式轉(zhuǎn)換器100包括功率開(kāi)關(guān)112和變壓器，所述變壓器具有初級(jí)繞組106、 次級(jí)繞組104和輔助繞組108。所述反激式轉(zhuǎn)換器100也包括反激式控制器110，所述反激式控制器產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，用于操作所述反激式轉(zhuǎn)換器100的開(kāi)關(guān)112。所述反激式控制器110可以是分立的集成電路(1C)。所述輔助繞組108位于變壓器102的初級(jí)側(cè)，并且用于向反激式控制器IC 110提供電源電壓。
對(duì)于調(diào)節(jié)輸出電壓的反激式轉(zhuǎn)換器已知的是可以使用變壓器繞組104、106、108 兩端的電壓來(lái)感測(cè)特定窗口期間的輸出電壓。在該示例中，經(jīng)由電阻分壓器118和120將輔助繞組108兩端的電壓作為反饋輸入提供給反激式控制器100。當(dāng)輔助繞組108相對(duì)于次級(jí)繞組104的匝數(shù)比已知時(shí)，可以確定在輔助繞組108處的感測(cè)電壓(也就是說(shuō)，作為反激式轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓的表不而感測(cè)的電壓)。
反激式控制器110包括感測(cè)電路122，在圖1中將其稱作aux_sense。感測(cè)電路 122接收demag輸入和Vpeak輸入,并且提供Vout_sensed輸出。下面參考圖2提供感測(cè)電路的另外細(xì)節(jié)。
在實(shí)際輸出電壓和次級(jí)變壓器繞組104的物理連接處的電壓之間可能存在差異， 這可能導(dǎo)致感測(cè)的輸出電壓不精確，因此導(dǎo)致反激式轉(zhuǎn)換器控制的不精確。這些不精確可能是由以下因素引起的
變壓器次級(jí)側(cè)的整流二極管114的串聯(lián)阻抗，其引起整流二極管114兩端的電壓降；
次級(jí)側(cè)整流二極管114兩端的正向電壓降。這可能對(duì)于電流和溫度具有強(qiáng)依賴
籲輸出電容器116(也可以稱作輸出elcap)的等效串聯(lián)電阻(ESR)，這引起了輸出電容器116兩端的電壓(還包括DC電壓)降；
變壓器102內(nèi)部的阻抗，包括對(duì)于輔助繞組108的泄漏電感。
當(dāng)在邊界導(dǎo)通模式(BCM)或者非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)中使用反激式轉(zhuǎn)換器時(shí)，次級(jí)電路中的電流在次級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)為高，并且存在顯著的振鈴。在次級(jí)沖程期間，振鈴減弱停息，并且電流逐漸減小為零。當(dāng)電流流經(jīng)次級(jí)電路，并且輔助繞組108用于向反激式控制器110提供電源電壓時(shí)，依賴于不同繞組之間的泄漏電感網(wǎng)絡(luò)，在輔助繞組108處測(cè)量的電壓的值將在次級(jí)輸出的(反射)電壓和控制器IC的電源電壓之間。如果通過(guò)在次級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)測(cè)量輔助繞組處的電壓來(lái)感測(cè)輸出電壓，其可能是非常不準(zhǔn)確的。這是因?yàn)樵诖渭?jí)沖程開(kāi)始時(shí)在初級(jí)106和輔助繞組108中典型地存在顯著量的電壓振鈴。此外，對(duì)于包括箝位電路(以下參考圖11更加詳細(xì)地描述)的轉(zhuǎn)換器，也可能存在箝位電流，箝位電流影響輔助繞組108處的電壓，并且因此降低輸出電壓的精確度。
至少由于上述原因，有利地是在所有 其他繞組中的電流為零時(shí)的時(shí)刻來(lái)測(cè)量輸出電壓。這在輸出電流和用于供應(yīng)反激式控制器IC 110的輔助繞組108中的電流可以處于相同量級(jí)時(shí)，在低負(fù)載下尤為如此。結(jié)果是在次級(jí)沖程的較大部分期間，用于供應(yīng)控制器IC 110的輔助繞組108中的電流流動(dòng)。這可能給出不期望的影響，因?yàn)楫?dāng)測(cè)量輸出電壓時(shí)電流在輔助繞組中流動(dòng)，并且這種輔助電流影響從輔助繞組測(cè)量的反射輸出電壓。
低功率適配器應(yīng)用的無(wú)負(fù)載情況下SMPS的功耗是變得越來(lái)越重要的一個(gè)問(wèn)題。 目前，要求小于30mWatt的無(wú)負(fù)載輸入功耗級(jí)別以滿足一些標(biāo)準(zhǔn)。在次級(jí)沖程結(jié)束時(shí)對(duì)輸出電壓(Vout)進(jìn)行采樣可能對(duì)于無(wú)負(fù)載的Vout準(zhǔn)確性是有利的，因此可以提供輸入功耗的減小。在次級(jí)沖程結(jié)束時(shí)感測(cè)Vout也稱為在導(dǎo)通結(jié)束時(shí)進(jìn)行采樣。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中要檢測(cè)到用于采樣的恰當(dāng)時(shí)刻是非常困難。
圖2示出了圖1的反激式控制器110、210的另外細(xì)節(jié)。反激式控制器210包括感測(cè)電路222。圖2中還示出了輔助繞組208，輔助繞組與電阻分壓器218、220耦合。電阻分壓器218、220的兩個(gè)電阻器之間的節(jié)點(diǎn)與控制器210的Vfb輸入端子相連?？刂破?10的輸出是操作轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)212的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)212串聯(lián)連接在初級(jí)繞組206和感測(cè)電阻器230之間。開(kāi)關(guān) 212和感測(cè)電阻器230之間的節(jié)點(diǎn)與控制器210的電流感測(cè)輸入端子相連，以便提供表示通過(guò)初級(jí)繞組206的峰值電流的信號(hào)。如下面更加詳細(xì)地討論的，控制器210使用通過(guò)初級(jí)繞組206的峰值電流值，這可以提供反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的改進(jìn)的準(zhǔn)確性。
所述感測(cè)電路222包括采樣保持電路、次級(jí)沖程檢測(cè)器和自適應(yīng)定時(shí)器。所述采樣保持電路也可以稱作采樣器。
所述采樣保持電路包括開(kāi)關(guān)232和電容器234，并且配置為當(dāng)將開(kāi)關(guān)232接通較短時(shí)間段時(shí)對(duì)電容器234兩端的Vfb信號(hào)進(jìn)行采樣。將采樣保持電路的輸出稱作采樣反饋電壓 Vfbs。
控制器210也包括次級(jí)沖程檢測(cè)器252，在該示例中次級(jí)沖程檢測(cè)器是比較器。次級(jí)沖程檢測(cè)器252將反饋電壓Vfb與固定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，可以將所述固定的基準(zhǔn)電壓稱作次級(jí)沖程閾值電壓。在該示例中，固定的基準(zhǔn)電壓是O. 05V，并且由DC電壓源254來(lái)提供。使用約OV的固定基準(zhǔn)電壓，因?yàn)檫@表示反激式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)沖程的開(kāi)始。在該示例中，因?yàn)樾枰獙?duì)于偏移和噪聲的裕度，使用剛好在OV以上的固定基準(zhǔn)值。將次級(jí)沖程檢測(cè)器252的輸出被提供作為自適應(yīng)定時(shí)器的定時(shí)器236的啟動(dòng)輸入,該自適應(yīng)定時(shí)器可以是固定速度定時(shí)器。
在一些情況下，可以將次級(jí)沖程檢測(cè)器252稱作去磁化檢測(cè)器，盡管在一些示例中這種稱呼并非嚴(yán)格正確，因?yàn)闄z測(cè)器查看絕對(duì)電壓來(lái)檢測(cè)零交叉。因?yàn)闄z測(cè)V = OV(或者近似0V)與(ΙΦ/dt = O相對(duì)應(yīng)而不與Φ = O相對(duì)應(yīng),所以原理上來(lái)說(shuō)這不是去磁化。
自適應(yīng)定時(shí)器包括定時(shí)器236和脈沖發(fā)生器238。脈沖發(fā)生器238配置為當(dāng)定時(shí)器236期滿時(shí)向采樣保持電路的開(kāi)關(guān)232提供脈沖。所述定時(shí)器236具有啟動(dòng)輸入和Vpeak 輸入。Vpeak輸入接收表示通過(guò)初級(jí)繞組的峰值電流的信號(hào)。應(yīng)該理解的是，感測(cè)電阻器 230兩端的電壓表示當(dāng)V = IR時(shí)通過(guò)初級(jí)繞組的電流。定時(shí)器236根據(jù)啟動(dòng)輸入處的信號(hào)開(kāi)始計(jì)數(shù)，并且當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到根據(jù)Vpeak而設(shè)置的閾值時(shí)向脈沖發(fā)生器238提供輸出信號(hào)。 下面參考圖3提供定時(shí)器236的實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
控制器210包括誤差放大器240，所述誤差放大器將采樣反饋電壓Vfbs (反相輸入)與基準(zhǔn)電壓Vref (非反相輸入)進(jìn)行比較。基準(zhǔn)電壓Vref由圖2中的DC電壓源242 來(lái)表示，并且具有與所需的輸出電壓電平相對(duì)應(yīng)的值。誤差放大器240提供誤差電流輸出信號(hào)Icontrol，其是針對(duì)控制塊244的輸入。
控制塊244產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)控制電流Iosc和電壓電平Vpeak。將控制電流 Iosc提供給電流控制振蕩器(CCO) 246。CCO 246產(chǎn)生開(kāi)關(guān)頻率Fosc輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)器248，并用于設(shè)置反激式轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)212操作的開(kāi)關(guān)頻率。CCO可以稱作頻率調(diào)節(jié)器，其配置為根據(jù)所采樣的電壓來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)212的操作頻率。提供電壓電平Vpeak作為過(guò)流峰值(OCP)比較器250的輸入。OCP比較器250將Vpeak與感測(cè)電阻器 230兩端的感測(cè)峰值電壓進(jìn)行比較。OCP比較器250可以稱作周期調(diào)節(jié)器，其配置為根據(jù)所采樣的電壓來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)212的峰值電流。應(yīng)該理解的是感測(cè)電阻器230兩端的感測(cè)峰值電壓與通過(guò)感測(cè)電阻器230的峰值電流成比例。OCP比較器250的輸出也提供給驅(qū)動(dòng)器248，并用于通過(guò)在開(kāi)關(guān)212保持接通時(shí)控制感測(cè)電阻器230兩端的電壓降，來(lái)設(shè)置通過(guò)初級(jí)繞組206的峰值電流。
控制塊244的Vpeak輸出也用作感測(cè)電路222的輸入，更具體地，將控制塊244的 Vpeak輸出用作針對(duì)定時(shí)器236的Vpeak輸入。
在一些實(shí)施例中，低通濾波器(未不出)可以位于誤差放大器和控制塊244之間。 低通濾波器可以用于對(duì)Icontrol信號(hào)進(jìn)行時(shí)間平均，使得可以實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)212的更加穩(wěn)定的控制。
圖3示出了圖2自適應(yīng)定時(shí)器的詳細(xì)視圖，并且包括圖2定時(shí)器236和脈沖發(fā)生器238兩者的功能。圖4描述了圖3電路中的一些信號(hào)。下面更加詳細(xì)地描述圖4。
圖3的電路從圖2的次級(jí)沖程比較器252接收起始輸入信號(hào)302，并且從圖2的控 制塊244接收Vpeak輸入304。電路提供Tsample輸出306，Tsample輸出306用于控制圖 2的采樣保持開(kāi)關(guān)232。在圖3和圖4中，當(dāng)Vcap與Vpeak相交時(shí)采樣開(kāi)始，并且在采樣脈 沖的單觸發(fā)時(shí)間(one-shot time)之后保持和存儲(chǔ)所述采樣。
將起始輸入信號(hào)302提供給SR觸發(fā)器308的置位輸入。當(dāng)起始輸入信號(hào)302從 低轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r(shí)，將所述SR觸發(fā)器308的Q輸出置位。在圖3中將SR觸發(fā)器的Q輸出處的 信號(hào)標(biāo)識(shí)為Vq。將Vq提供給“非”門(mén)310的輸入。將“非”門(mén)310的輸出提供給MOST 312 的柵極。MOST 312是可以使用的開(kāi)關(guān)的一個(gè)非限制性示例。
MOST 312的源極接地。MOST 312的漏極與定時(shí)(timing)電容器314的第一極板 以及恒流源318相連。定時(shí)電容器314的第二極板接地。在該示例中，恒流源具有固定電 流值，并且用于當(dāng)MOST 312的導(dǎo)電溝道不導(dǎo)通時(shí)，也就是當(dāng)MOST 312柵極處的信號(hào)為低 時(shí)，線性地增加在定時(shí)電容器314上存儲(chǔ)的電荷。當(dāng)MOST 312的導(dǎo)電溝道導(dǎo)通時(shí)，也就是 當(dāng)MOST 312的柵極處的信號(hào)為高時(shí)，經(jīng)由MOST 312將定時(shí)電容器314向地放電。
定時(shí)電容器314的第一極板也與定時(shí)比較器316的正輸入相連。將提供給定時(shí)比 較器316的正輸入的信號(hào)稱作Vcap 318,因?yàn)槠浔聿欢〞r(shí)電容器314上的電荷量。根據(jù)以 上描述應(yīng)該理解的是，定時(shí)電容器314上的電荷量表示從已經(jīng)接收到起始信號(hào)302開(kāi)始的 時(shí)間段。將接收的Vpeak信號(hào)304提供給定時(shí)比較器316的負(fù)輸入。按照這種方式，當(dāng)逐 漸增加的Vcap信號(hào)318超過(guò)Vpeak信號(hào)304時(shí)，定時(shí)比較器316的輸出從低轉(zhuǎn)變?yōu)楦摺Ｒ?就是說(shuō)，根據(jù)Vpeak 304的值設(shè)置針對(duì)定時(shí)器的閾值，并且可以將提供Vpeak信號(hào)所涉及的 圖2部件的任一個(gè)都看作是閾值設(shè)置器。定時(shí)比較器316的輸出320與SR觸發(fā)器308的 復(fù)位輸入相連。因此，在與轉(zhuǎn)換器的次級(jí)沖程開(kāi)始之后通過(guò)初級(jí)繞組的峰值電流相關(guān)聯(lián)的 時(shí)間段屆滿時(shí)，SR觸發(fā)器308的Q輸出Vq從高轉(zhuǎn)變?yōu)榈汀?br> 在該示例中，定時(shí)比較器316是施密特觸發(fā)器。
提供SR觸發(fā)器308的是Q輸出Vq作為脈沖發(fā)生器322的輸入，所述脈沖發(fā)生器 配置用于當(dāng)Vq從高轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí)在其輸出Tsample 306處提供脈沖。在Tsample信號(hào)306 中的這一脈沖用于標(biāo)識(shí)應(yīng)該對(duì)感測(cè)電壓進(jìn)行采樣的時(shí)間。
圖4用圖表示出了在圖2和圖3的電路中存在的一些信號(hào)。在圖4頂部所示的是 Vdrain信號(hào)402，其表示圖1的功率開(kāi)關(guān)112的漏極處的電壓。應(yīng)該理解的是，作為反激式 控制器的輸入而提供的Vfb信號(hào)將具有與Vdrain402相同的形狀，但是具有較低的值，并且 不具有輸入電壓的DC分量，使得Vfb的平均值為零。
圖4所示的第二信號(hào)是ILmag 404，并且表示變壓器的磁化電流。ILmag 404的最 大值將稱作ILpeak，并且等于初級(jí)繞組中電流的峰值。
圖4中的第三信號(hào)標(biāo)記為demag 406，并且表示輔助繞組具有大于約O伏的反射電 壓的時(shí)間段。Demag信號(hào)406是圖2次級(jí)沖程比較器252的輸出。
圖4中的第四曲線示出了兩個(gè)信號(hào)Vpeak 408，其涉及圖2中的控制塊244的相 應(yīng)輸出；以及Vcap 410，其涉及圖3定時(shí)電容器314上的電壓。
圖4中底部信號(hào)是Tsample 412，表示用于控制采樣保持電路中的開(kāi)關(guān)的圖3的 Tsample 輸出 306。
在圖4中參考符號(hào)414所標(biāo)識(shí)的時(shí)間處接通反激式轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)，以開(kāi)始反射式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)沖程。初級(jí)電流和磁化電流ILmag 404在初級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)開(kāi)始增加。漏極電壓Vdrain 414在初級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)下降為零。
稍后，在圖4中參考符號(hào)416之前緊接的時(shí)間處關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)。當(dāng)關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)漏極電壓402從零上升，并且在漏極電壓402達(dá)到輸入電壓之前磁化電流ILmag 404繼續(xù)上升。
當(dāng)初級(jí)峰值電流和/或磁化電流ILmag 404達(dá)到最大值時(shí),初級(jí)沖程結(jié)束,并且去磁化開(kāi)始。這與Vdrain 402的值超過(guò)反激式轉(zhuǎn)換器的輸入電壓(Vin)的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。
當(dāng)Vdrain 402的值超過(guò)Vin和n*Vout (其中η是初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的阻數(shù)比)之和時(shí)，次級(jí)沖程開(kāi)始并且用圖4中的參考符號(hào)416標(biāo)識(shí)。這與電流開(kāi)始流到反激式轉(zhuǎn)換器的輸出的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。因此，在初級(jí)沖程的結(jié)束和次級(jí)沖程的開(kāi)始之間存在間隙。
當(dāng)Vdrain 402的值下降到Vin和n*Vout之和以下時(shí),次級(jí)沖程結(jié)束。這與通過(guò)次級(jí)二極管的次級(jí)電流下降為零的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，并且用參考符號(hào)418示出。
應(yīng)該理解的是初級(jí)沖程和次級(jí)沖程的這些定義是基于去往和來(lái)自變壓器的能量傳輸。
從圖4中demag信號(hào)406可以看出，圖2的次級(jí)沖程比較器/檢測(cè)器252檢測(cè)反饋電壓Vfb的零交叉(或者近似零交叉)，其與Vdrain 402超過(guò)Vin的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。當(dāng)將 demag信號(hào)406置位時(shí),定時(shí)電容器兩端的電壓(Vcap410)開(kāi)始線性地增加。定時(shí)電容 器上的電荷增加，并且Vcap在其達(dá)到閾值/斷路(trip)電平Vpeak 408之前一直增加。此時(shí)， 定時(shí)比較器320的輸出改變，并且SR觸發(fā)器/鎖存器308被復(fù)位。這引起了對(duì)定時(shí)電容器 314放電，并且Vcap信號(hào)410急劇地下降為零。在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的次級(jí)沖程之前，Vcap 信號(hào)410將保持實(shí)質(zhì)上不變。
在一些示例中，在次級(jí)沖程結(jié)束之后的振鈴期間demag信號(hào)中發(fā)生的短脈沖期間，Vcap 410開(kāi)始線性地增加。然而，因?yàn)檫@些damag脈沖406是短脈沖，它們不足以使得 Vcap 410到達(dá)Vpeak值408，因此在Vcap410達(dá)到Vpeak 408的值并且觸發(fā)圖3中定時(shí)比較器316之前Vcap 410返回到零。
在Vcap 410與Vpeak值408相交時(shí),Tsample信號(hào)412中的米樣脈沖出現(xiàn)。米樣脈沖的結(jié)束與感測(cè)輔助電壓的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，并且用圖4中的參考符號(hào)420標(biāo)識(shí)。從圖4中可以看出，在隨ILmag 404接近零而緊接在次級(jí)沖程418的結(jié)束之前，以及緊接在Vdrain 402信號(hào)中開(kāi)始振鈴之前的時(shí)間420處感測(cè)輔助電壓。
圖4示出了兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期上的示例信號(hào)?？梢钥闯?，第一開(kāi)關(guān)周期上功率開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間比第二開(kāi)關(guān)周期上的接通時(shí)間長(zhǎng)。相應(yīng)地，變壓器中峰值電流ILpeak(對(duì)于ILmag 404的最大值)的電平對(duì)于第一開(kāi)關(guān)周期也較高。雖然如此，自動(dòng)地適配Tsample信號(hào)412 中脈沖的定時(shí)，使其針對(duì)每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期均發(fā)生在緊接次級(jí)沖程結(jié)束之前。這可以通過(guò)如圖4所示改變Vpeak 408的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
Vpeak 408表示初級(jí)電流的峰值，因此設(shè)置Tsample 412中采樣脈沖相對(duì)于deamg 信號(hào)460中前沿的延遲時(shí)間，使得所述延遲時(shí)間與初級(jí)峰值電流成比例。換句話說(shuō)，采樣時(shí)刻隨著峰值電流而適配。因此，當(dāng)峰值電流如圖4的開(kāi)關(guān)周期中所示那樣下降時(shí)，采樣時(shí)刻偏移到開(kāi)關(guān)周期中較早的時(shí)刻，并且采樣脈沖將仍然朝著次級(jí)沖程結(jié)束(導(dǎo)通結(jié)束)的方向而發(fā)生。
為了便于說(shuō)明和理解，圖4中的Vpeak信號(hào)示出為在開(kāi)關(guān)周期之間具有階躍變化。 然而在一些示例中，Vpeak的值可以隨時(shí)間逐漸變化，因?yàn)榭梢詫?duì)圖2中誤差放大器240的 Icontrol輸出進(jìn)行濾波,使得控制塊244根據(jù)Icontrol的時(shí)間平均值來(lái)設(shè)置Vpeak。
可以為電路的部件定尺寸，使得采樣時(shí)刻接近次級(jí)沖程的結(jié)束。根據(jù)以下等式，通 過(guò)次級(jí)電感(Ls)、次級(jí)峰值電流(Ips)和次級(jí)電壓(Vsec)來(lái)定義次級(jí)沖程的持續(xù)時(shí)間
Tsec = Lsxlps/Vsec
次級(jí)沖程的開(kāi)始和采樣時(shí)刻(也稱為采樣時(shí)間段)之間的時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)以下等 式，由提供給圖3中施密特觸發(fā)器316的正輸入的電流(Ic)、定時(shí)電容器314的電容和提供 給施密特觸發(fā)器316的負(fù)輸入的Vpeak信號(hào)304的電平來(lái)定義
Tsam = CxVpeak/Ic
因此，可以選擇在上述等式中表示的分量的大小，使得采樣周期(Tsam)比次級(jí)沖 程的持續(xù)時(shí)間(Tsec)短。
希望在采樣時(shí)刻和導(dǎo)通結(jié)束之間具有裕度。這種裕度可以允許
圖3中DC電流源318和電容器314的值以及圖3中的Vpeak信號(hào)304的電平中 的容差；
由變壓器繞組中容差導(dǎo)致的變壓器電感的擴(kuò)散(spread)；
溫度變化，其可以影響轉(zhuǎn)換器的性能；以及
負(fù)載中的階躍變化，這可以通過(guò)纜線補(bǔ)償或者控制回路的穩(wěn)定時(shí)間引起Vout過(guò) 沖。Vout過(guò)沖可以暫時(shí)地引起較短的次級(jí)沖程。
當(dāng)次級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)，通過(guò)在初級(jí)沖程結(jié)束時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器(Vcap 410)可以實(shí)現(xiàn)與 現(xiàn)有技術(shù)相比改進(jìn)的性能。該時(shí)刻由demag信號(hào)406標(biāo)識(shí)。因?yàn)榭梢蕴岣呔_度，所以可 以認(rèn)為這優(yōu)于在關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)(在開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的下降沿)啟動(dòng)定時(shí)器。當(dāng)初級(jí)峰值 電流較小并且Vin較高時(shí)，精確度的提高尤其明顯。
圖5用圖表示出了圖2的控制塊244的DC特征仿真結(jié)果。圖5包括第一曲線 502，示出了控制塊244的Vpeak輸出；以及第二曲線504，示出了控制塊244的Iosc輸出。 圖5中從左到右的這兩條曲線的水平軸與增加的控制塊244的Icontrol輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
從圖3和圖4的上述描述應(yīng)該理解，Vpeak 502的值表示針對(duì)初級(jí)峰值電流的逐 周期控制的斷路電平?？梢詫peak看作是初級(jí)峰值電流的表示。
當(dāng)轉(zhuǎn)換器的輸出功率增加時(shí)，參數(shù)Icontrol增加。如上所述，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的開(kāi) 關(guān)頻率Fosc與輸出電流Iosc成比例，并且根據(jù)Vpeak設(shè)置開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間。從圖5的左 手側(cè)開(kāi)始，其中Icontrol = O (無(wú)負(fù)載)，針對(duì)Vpeak502和Iosc 504的值恒定并且處于最 小值。Vpeak 502具有最小值，以確保采樣時(shí)刻不會(huì)來(lái)得如此早使得采樣時(shí)刻在朝著次級(jí)沖 程開(kāi)始的振鈴中出現(xiàn)。這種振鈴已知是由于功率開(kāi)關(guān)的漏極處的電容(Cdrain)和初級(jí)繞 組(Ls)的泄露電感而發(fā)生的。振鈴期間的采樣將導(dǎo)致Vout的不準(zhǔn)確的控制。
當(dāng)在圖5中從左到右負(fù)載增加(因此Icontrol增加)時(shí)，Vpeak 502的值一直增 加，直到達(dá)到420mV,在該點(diǎn)Icontrol是9uA。在Vpeak 502的這種增加期間，Iosc 504的值 保持恒定，這使得開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的開(kāi)關(guān)頻率也保持恒定。該示例中ILpeak_max和ILpeak_ min之間的比率是3. 3。
當(dāng)負(fù)載增加(因此Icontrol增加)超過(guò)9uA時(shí)，Vpeak 502的值保持恒定，并且 Iosc 504的值一直增加,直至達(dá)到15uA,在這一點(diǎn)Icontrol是18uA。
圖6、7和8用圖表示出了對(duì)于圖2電路的仿真結(jié)果。利用初級(jí)峰值電流控制(CVC) 模式在恒壓模式下操作仿真電路。
圖6示出了以下六個(gè)波形
功率開(kāi)關(guān)的漏極處的電壓，Vdrain 602 ；
輸出電壓，Vout 604 ；
從轉(zhuǎn)換器的輸出汲取的負(fù)載電流，I (J_Load)606 ；
磁化電流，I (L_l)608 ；
控制塊的Vpeak輸出Vpeak 610,其表示初級(jí)電流的峰值；
誤差放大器的輸出Icontrol 612，其是控制塊的輸入。
從圖6中可以看出，當(dāng)增加由負(fù)載606汲取的電流時(shí)，磁化電流608的峰值也增加。
圖7提供了在磁化電流的峰值I (L_l)608為低時(shí)圖6的信號(hào)的詳細(xì)視圖。圖7也在圖7的底部圖中示出了開(kāi)關(guān)716柵極處的電壓和demag信號(hào)714。用參考符號(hào)718示出了采樣脈沖。圖7中I(L_1)708的峰值(ILpeak)是O. 108A，并且這一 ILpeak值要求1. 7us 的自適應(yīng)延遲。所述自適應(yīng)延遲是采樣時(shí)刻與開(kāi)關(guān)周期上demag信號(hào)714的第一上升沿之間的時(shí)間差。
Td = Tsample-Tdemag.
其中Td是自適應(yīng)延遲；
Tsample是發(fā)生采樣脈沖718的時(shí)間；以及
Tdemag是開(kāi)關(guān)周期中demag信號(hào)714的第一上升沿的時(shí)間。
在進(jìn)行采樣的時(shí)刻圖7中次級(jí)沖程期間磁化電流的電平是49mA(反射到初級(jí)側(cè))。
圖8提供了當(dāng)磁化電流I (L_l)608的峰值為高時(shí)圖6信號(hào)的詳細(xì)視圖。圖8所示的信號(hào)涉及與圖7所示信號(hào)的性質(zhì)相同性質(zhì)。圖8中的I(L_1)808的峰值(ILpeak)是 O. 336A，并且這種ILpeak值要求8. 3us的自適應(yīng)延遲。在進(jìn)行采樣的時(shí)刻，次級(jí)沖程期間的磁化電流是58mA (反射到初級(jí)側(cè))。
圖9用圖表示出了在功率開(kāi)關(guān)的關(guān)斷附近的一些測(cè)量波形。在圖9中示出了以下波形
功率開(kāi)關(guān)的漏極處的電壓，Vdrain 902 ；
輔助繞組兩端的電壓，aux-sense 904 ；
通過(guò)初級(jí)繞組的電流，IL_prim 906 ;以及
輸出電壓，Vout 908。
依賴于Vin的值和Ipeak的值,demag零交叉(Vdrain = Vin)和Vgate-off之間的延遲時(shí)間910可以在200和400ns之間變化。從圖9中可以看出，因?yàn)楫?dāng)Vdrain 902超過(guò)輸入電壓912時(shí)定時(shí)器在次級(jí)沖程開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)，所以在deamg零交叉時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器給出了精確度提高。當(dāng)Vdrain 902超過(guò)輸入電壓加上反射的輸出電壓914時(shí)，Vout 908開(kāi)始增加并且次級(jí)電流開(kāi)始流動(dòng)。因?yàn)槭褂霉β书_(kāi)關(guān)112的柵極信號(hào)的較簡(jiǎn)單方法不是必要的，所以可以提高精確度，其中該較簡(jiǎn)單的方法會(huì)引入定時(shí)誤差線條906之間的峰值和線條908中的增加。
采樣時(shí)刻與根據(jù)Vpeak確定的次級(jí)沖程的預(yù)期結(jié)束之間的時(shí)間差依賴于變壓器的初級(jí)繞組的電感值以及電流感測(cè)電阻器Rs的值，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)以下等式定義次級(jí)沖程的持續(xù)時(shí)間
Tsec = LpxVpeak/Rsense/ (np/ns. Vsec)
其中
Tsec是次級(jí)沖程的持續(xù)時(shí)間；
Lp是初級(jí)繞組的電感；
Vpeak表示通過(guò)初級(jí)繞組的電流的峰值,其被反饋回根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器；
Rsense是圖2中感測(cè)電阻器230的電阻；
np是初級(jí)繞組上的匝數(shù)；
ns是次級(jí)繞組上的匝數(shù)；以及
Vsec是次級(jí)繞組兩端的電壓，也可以將其稱作次級(jí)電壓。
因此，可以根據(jù)轉(zhuǎn)換器所用于的應(yīng)用來(lái)調(diào)節(jié)針對(duì)初級(jí)繞組的電感(Lp)和/或感測(cè)電阻器的值，以改變采樣時(shí)刻與次級(jí)沖程結(jié)束的接近程度。通常，應(yīng)用被設(shè)計(jì)為針對(duì)最小輸入電壓，通過(guò)靠近的邊界導(dǎo)通模式的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)最大效率，并且所定義的采樣時(shí)刻位于次級(jí)沖程中。此外，當(dāng)設(shè)計(jì)電路時(shí)可以考慮容差對(duì)于初級(jí)繞組和感測(cè)電阻器的任意影響。在將感測(cè)電阻器集成到控制器IC中的示例中，只需要考慮初級(jí)繞組的容差。在任一種情況下， 針對(duì)不同應(yīng)用，相對(duì)于Vpeak的測(cè)量值來(lái)適配采樣時(shí)刻不會(huì)太難。
在一些實(shí)施例中，可以向定時(shí)器添加自適應(yīng)設(shè)置，以補(bǔ)償初級(jí)繞組和/或感測(cè)電阻器的值的影響。引入這種自適應(yīng)設(shè)置使得能夠檢測(cè)到從最優(yōu)采樣時(shí)刻的任意偏離，從而可以進(jìn)一步適配定時(shí)器，使得針對(duì)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期更加接近地達(dá)到最優(yōu)采樣時(shí)刻。
為了應(yīng)用這種自適應(yīng)設(shè)置，可以針對(duì)第一開(kāi)關(guān)周期(N)來(lái)確定最優(yōu)采樣時(shí)刻，使得這種最優(yōu)值可以用于調(diào)節(jié)針對(duì)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期(N+1)的實(shí)際采樣時(shí)刻。
圖10示出了反激式轉(zhuǎn)換器中變壓器的輔助繞組處的示例電壓波形1002。作為最優(yōu)采樣時(shí)刻的次級(jí)沖程結(jié)束在圖10中標(biāo)識(shí)為T(mén)ideal 1004。
可能難以直接檢測(cè)Tideal 1004，因此該實(shí)施例可以用于根據(jù)次級(jí)沖程結(jié)束之后輔助繞組電壓1002的振鈴中的零交叉(也稱作零值時(shí)刻)和/或最大值和最小值(也稱作零微分時(shí)刻)，來(lái)確定次級(jí)沖程1004的長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，可以使用振鈴的一個(gè)或多個(gè)特征 /定時(shí)來(lái)確定次級(jí)沖程的長(zhǎng)度。
標(biāo)識(shí)Tideal 1004的一種方式是檢測(cè)振鈴中的兩個(gè)零交叉，例如零交叉Zl 1006 和Z2 1008。假設(shè)振鈴是純正弦曲線，可以使用下式來(lái)確定Tideal :
Tideal = Ζ1_(Ζ2_Ζ1)/2
在一些實(shí)際應(yīng)用中，可以在變壓器的初級(jí)側(cè)使用峰值箝位電路以限制開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的最大電壓。 圖11示出了這種峰值箝位電路1102的示例。出于成本和阻尼原因，通常將低成本、慢的二極管用作緩沖器(snubber)峰值箝位的一部分。這種低成本二極管可以將漏極電壓中的振鈴衰減，并且可以影響振鈴的形狀，尤其是在低負(fù)載的情況下。
圖12示出了包括具有慢二極管的峰值箝位電路在內(nèi)的反激式轉(zhuǎn)換器的低負(fù)載情況下，初級(jí)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)(圖11的變壓器節(jié)點(diǎn)4)處的電壓波形1202。初級(jí)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓具有與輔助繞組處的電壓實(shí)質(zhì)上相同的形狀。
從圖12中可以看出振鈴的形狀不是正弦曲線。振鈴的正部分比振鈴的負(fù)部分長(zhǎng)。再次將Tideal 1204標(biāo)識(shí)為最優(yōu)采樣時(shí)刻。Zl 1206是振鈴中第一零交叉，Z2 1208 是振鈴中的第二零交叉，以及Z3 1210是振鈴中的第三零交叉。同樣在圖12中標(biāo)識(shí)的是 “Topi” 1212，其表示振鈴中的第一正轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由于振鈴的不對(duì)稱性，當(dāng)在振鈴中感測(cè)電壓時(shí)，以上等式(Tideal = Ζ1-(Ζ2-Ζ1)/2)的使用將給出過(guò)遲的采樣時(shí)刻。
然而，可以假設(shè)Tideal 1204和Zl 1206之間的差近似等于Topl 1212和Z3 1210 之間的差(或者針對(duì)隨后振鈴振蕩，等同的信號(hào)位置)。也就是說(shuō)，可以將振鈴信號(hào)的正部分的持續(xù)時(shí)間看作在整個(gè)振鈴期間是一致的。由于緩沖器(snubber)的基本操作,可以進(jìn)行這種假設(shè)。
可能有用的另一種近似是假設(shè)Zl 1206和Tideal 1204之間的差等于 (Z3-Z2) /2 (或者針對(duì)隨后振鈴振蕩，等同的信號(hào)位置)。
以上近似的一種或多種可以用于使用以下等式之一來(lái)確定針對(duì)后續(xù)開(kāi)關(guān)周期的最優(yōu)采樣時(shí)間Tideal
Tideal = Ζ1_(Ζ3_Ζ2)/2
Tideal = Ζ1_(Ζ3_Τορ1)
Tideal = Zl-(Topl_Z2)
一旦已經(jīng)確定了 Tideal，兩種自適應(yīng)設(shè)置方法之一可以用于修改定時(shí)器的性能。 這兩種方法可以包括
1.確定最優(yōu)采樣時(shí)刻(Tideal)和實(shí)際采樣時(shí)刻(Tsample)之間的差,并且將所述差與針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周期的定時(shí)器間隔(interval)相加。這稱作求和變型。
2.確定最優(yōu)采樣時(shí)刻(Tideal)和實(shí)際采樣時(shí)刻(Tsample)之比,并且將縮放因子與針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周 期的定時(shí)器間隔相乘。這稱作乘法變型。
求和變型
對(duì)于本發(fā)明的使用求和變型的實(shí)施例，可以調(diào)整基本定時(shí)器關(guān)系Ttimer = F (Vpeak)，使得可以使采樣時(shí)刻針對(duì)下一個(gè)開(kāi)關(guān)/轉(zhuǎn)換周期更靠近Tideal。在一個(gè)示例中， 這可以包括修改與去磁化計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較的閾值，其中可以根據(jù)Vpeak的接收值來(lái)確定未修改的閾值。
圖13示出了輔助繞組處的示例電壓波形(VFB) 1302，以及涉及自適應(yīng)定時(shí)器的示例波形。定時(shí)器的計(jì)數(shù)由電容器(例如圖3中的電容器314)處的電壓波形來(lái)表示，所述電容器在變壓器的去磁化期間通過(guò)恒定電流充電。當(dāng)電容器電壓波形1310定時(shí)器輸出與閾值電平VeN1316相交時(shí)，針對(duì)周期N產(chǎn)生輸出采樣脈沖1314。去磁化周期的開(kāi)始和輸出采樣脈沖之間的時(shí)間段可以稱作采樣周期或者Tsample。
在該實(shí)施例中，輸出采樣脈沖1314在Vcap 1310和Vcm 1316交叉時(shí)結(jié)束，使得針對(duì)Vfb的采樣開(kāi)關(guān)變?yōu)椴粚?dǎo)通，并且當(dāng)Vcap 1310和Vcn 1316交叉時(shí)采樣電容器保持Vfb 電壓。應(yīng)該理解的是在Vcap 1310和VeN 1316交叉時(shí)采樣脈沖1314開(kāi)始的實(shí)施例是在無(wú)需自適應(yīng)閾值情況下進(jìn)行采樣的非限制性實(shí)現(xiàn)。這些實(shí)施例在圖3和圖4中示出。
在該示例中，定時(shí)器配置為在產(chǎn)生輸出采樣脈沖1314之后繼續(xù)計(jì)數(shù)，以便確定次級(jí)沖程屆滿之后的振鈴的性質(zhì)，使得可以針對(duì)后續(xù)的開(kāi)關(guān)周期來(lái)調(diào)節(jié)V 。這種示例可以要求對(duì)于圖3的定時(shí)器的修改，使得在產(chǎn)生輸出采樣脈沖時(shí)不會(huì)對(duì)SR觸發(fā)器308復(fù)位，例如當(dāng)接通功率開(kāi)關(guān)以啟動(dòng)下一開(kāi)關(guān)周期的初級(jí)沖程時(shí)，可以將SR觸發(fā)器308復(fù)位。
如上所述，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，并且當(dāng)在時(shí)間ZO 1318檢測(cè)到去磁化時(shí)，Vcap 1310 開(kāi)始從零線性增加。VFB 1302中的振鈴的第二零交叉(Z21308)和VFB中的振鈴的第一零交叉(Zl 1306)之間的時(shí)間由各個(gè)時(shí)間處的Vcap 1310中的電壓差表示。使用圖13所示的符號(hào)，Z2-Z1與Vz2-Vzl成比例。
為了確定針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期(周期N)的自適應(yīng)差，使用先前開(kāi)關(guān)周期(周期N-1) 上時(shí)間Zl 1320處和采樣脈沖1316的瞬間時(shí)刻處Vcapl310的差(為了確定Vzl-Vj，計(jì)算針對(duì)先前開(kāi)關(guān)周期(周期N-1)的Tideal。也確定時(shí)間Z2 1322和Zl 1320時(shí)Vcap 1310 的差，作為針對(duì)先前開(kāi)關(guān)周期(周期N-1)的Vz2-Vzl。然后進(jìn)行針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的自適應(yīng)差的估計(jì)
deltaN = Vz Ih-Vcm-(VzS1^1-Vz V1)/2
然后將這一自適應(yīng)差與針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的定時(shí)器閾值(從Vpeak導(dǎo)出的)相加為
Vcn = kxVpeakN+deltaN
其中k表示用于設(shè)置控制靈敏度的常數(shù)(也就是說(shuō)，采樣的進(jìn)行有多靠近次級(jí)沖程的結(jié)束)。典型的初始采樣時(shí)刻是次級(jí)沖程時(shí)間的幾分之一(總是在I以下)，并且典型的次級(jí)沖程時(shí)間是振蕩器周期的一半，振蕩器周期通常是通過(guò)控制器110的設(shè)計(jì)而固定的。
在一些實(shí)施例中，針對(duì)如下將deltan的值設(shè)置為零對(duì)于啟動(dòng)之后的第一開(kāi)關(guān)周期；當(dāng)轉(zhuǎn)換器在無(wú)Vz2交叉的情況下在邊界導(dǎo)通模式下操作時(shí)；或者當(dāng)轉(zhuǎn)換器無(wú)Vzl交叉的情況下在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作時(shí)。
圖14示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)以上功能的示例方框圖。涉及圖14中第一開(kāi)關(guān)周期的值帶有標(biāo)識(shí)xn，以及涉 及具有Cleltan適配的第二開(kāi)關(guān)周期的值帶有標(biāo)識(shí)Xn+1。
圖14包括檢測(cè)器1402，配置為檢測(cè)FB信號(hào)中的所有零交叉。檢測(cè)器1402可以與圖2中所述的檢測(cè)器252類似。圖14也包括用于檢測(cè)與上升FB信號(hào)的第一零交叉ZO的部件1404。
圖14的電路包括計(jì)算部件/處理器，其計(jì)算針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周期1408的Vcn+1的值。 在柵極信號(hào)1406的上升沿向比較器1416施加Vcn+1信號(hào)。此外，當(dāng)通過(guò)采樣保持部件1414 對(duì)Vcn+1進(jìn)行了采樣時(shí)，只將Vcn+1釋放給Cleltan計(jì)算部件1412，進(jìn)而當(dāng)柵極從高轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí)(Ielta1^f算部件1412受到控制。
應(yīng)該理解的是，可以修改圖14的電路以便執(zhí)行閾值的任意其他近似/適配，包括
deltaN = VzIn-Vcn-(Vz 3N_Vz2N)/2
deltaN = VzlN-VcN-VZ3N-VToplN
deltaN = VzlN-VcN-VToplN-VZ2N
使用Topl定時(shí)的deltan定義要求與圖14的電路不同的電路，所述電路包括用于檢測(cè)上升沿之后dVfb/dt = OV的峰值檢測(cè)器。
這些實(shí)施例可以在針對(duì)穩(wěn)定操作的自適應(yīng)/補(bǔ)償時(shí)特別有利，也就是說(shuō)當(dāng)反激式轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流和輸入電壓實(shí)質(zhì)上恒定時(shí)。例如，當(dāng)圖14中的調(diào)節(jié)回路(regulation loop)在瞬變之后穩(wěn)定到穩(wěn)定值時(shí),該瞬態(tài)可以由負(fù)載變化引起。
求和變型可以只是部分地補(bǔ)償瞬態(tài)操作，也就是說(shuō)當(dāng)反激式轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流改變，并且圖14中的調(diào)節(jié)回路沒(méi)有穩(wěn)定時(shí)，這是因?yàn)樗┘拥倪m配基于絕對(duì)值而不是相對(duì)值。這是因?yàn)樵诮o定的輸入和輸出電壓下，次級(jí)沖程/初級(jí)沖程之比固定，然而對(duì)于峰值電流加倍的情況，次級(jí)沖程時(shí)間也加倍，但是如果通過(guò)delta而不是比率來(lái)補(bǔ)償失配，也應(yīng)該使得delta加倍，然而情況并非如此。這就是為什么只部分補(bǔ)償?shù)脑?，但是delta越大， 越無(wú)法完全補(bǔ)償。
應(yīng)該理解的是，圖14的方框圖表示對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)所需功能時(shí)可用的許多可能電路之一。
乘法變型
對(duì)于使用乘法變型的實(shí)施例，可以在瞬態(tài)操作期間更好地應(yīng)用補(bǔ)償/自適應(yīng)。利用該變型的實(shí)施例，按照與上述類似的方式將實(shí)際的定時(shí)器間隔(Tsample)與理想采樣周期(Tideal)進(jìn)行比較。然而對(duì)于乘法變型，通過(guò)按照施加縮放因子的方式將Ttimer = F(Vpeak)與自適應(yīng)因子k2相乘，來(lái)適配針對(duì)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的采樣時(shí)刻。這與其中將自適應(yīng)因子相加的求和變型相反。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以將乘法變型如下實(shí)現(xiàn)
Ttimer = F (Vpeak) xk2xkl
其中
k2是實(shí)際Ttimer和相對(duì)于前一周期期間確定的ZO的期望采樣時(shí)刻之間的比；以及
kl是與上述參考求和變型討論的常數(shù)k類似的縮放因子。
可以使用與上述等式類似的等式來(lái)確定采樣的理想時(shí)刻，例如
VidealN ==ζι r(Z2N-ZlN)/2 或者
VidealN ==zi r(Z3N-Z2N)/2 或者
VidealN ==zi -(Z3N-ToplN)或者
VidealN ==zi 丨-(ToplN-Z2N)
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在使用等式Videal = Zl-(Z2-Z1)/2確定 Videal的情況下實(shí)現(xiàn)乘法變型的電路的方框圖。
圖15的示意圖包括第一處理塊1502，配置為如下執(zhí)行定義Vcn的基本功能
Vcn = klxk2xVpeak
在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期之后，已經(jīng)根據(jù)在前一開(kāi)關(guān)周期進(jìn)行的測(cè)量適配了 k2，并且達(dá)到了期望的采樣時(shí)刻。
圖15也包括第二處理塊1504，配置為如下使用來(lái)自當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的值來(lái)確定針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周期的k2的值
k2N+1 = k2NxVideal/Vc
按照這種方式，第二處理塊1504使用根據(jù)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期計(jì)算的比率Videal/Vc來(lái)適配針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周期的k2。應(yīng)該理解的是Vc的值表示針對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的采樣周期，Videal表示所確定的次級(jí)沖程的長(zhǎng)度。
圖15中也包括第三處理塊1506，配置為根據(jù)去磁化周期結(jié)束之后的振鈴的特征/ 定時(shí)，來(lái)確定Videal。在該示例中，使用Zl和Z2計(jì)算Videal。
可以將第一、第二和第三處理塊1502、1504和1506中的一個(gè)或多個(gè)看作是閾值設(shè)置器，因?yàn)檫@一個(gè)或多個(gè)處理塊對(duì)于設(shè)置與定時(shí)器的輸出進(jìn)行比較的閾值有貢獻(xiàn)。
圖15包括移位寄存器，所述移位寄存器配置為在下一次級(jí)沖程開(kāi)始之前(例如， 當(dāng)柵極信號(hào)從高轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí))，從第二處理塊1504向第一處理塊1502釋放針對(duì)下一開(kāi)關(guān)周期的k2的新值。
圖16用圖表示出了變壓器的輔助繞組處的電壓波形Vfb 1602和圖15電路中節(jié)點(diǎn)處的波形。
參考圖15和圖16兩者，根據(jù)時(shí)刻Zl和Z2時(shí)電容器處的采樣電壓來(lái)計(jì)算電壓 Videaln0通過(guò)設(shè)置電壓Vcn來(lái)定義針對(duì)下一周期的最優(yōu)采樣時(shí)間。根據(jù)以下等式由塊1502 計(jì)算Vcn
Vcn = klxk2xVpeak
其中
針對(duì)下一周期的k2是塊1504利用比率Videal/Vc縮放過(guò)的；以及
kl是常數(shù)。
按照這種方式，系統(tǒng)在一個(gè)周期內(nèi)迭代以達(dá)到Vc的適當(dāng)值。
應(yīng)該理解的是，如果需要，具有附加TOP檢測(cè)器的類似過(guò)程可以用于其他的近似， 例如
Tideal = Ζ1_(Ζ3_Ζ2)/2 或者
Tideal = Zl-(Z3_Topl)或者
Tideal = Zl-(Topl_Z2)
圖17示出了用于實(shí)現(xiàn)近似Tideal = Ζ1_(Ζ3_Ζ2)/2的實(shí)施例。
應(yīng)該理解的是圖15和17的方框圖表示本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)所需功能時(shí)可用的非限制性示例。
本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用于任意開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)，例如具有電源隔離(mains isolation)的SMPS，尤其是存在避免使用光耦合器進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)的因素時(shí)。示例是在要求低成本和低的無(wú)負(fù)載功率級(jí)別的低功率適配器中的使用。
這里公開(kāi)的實(shí)施例可以避免對(duì)以規(guī)則的小的定時(shí)間隔對(duì)aux電壓進(jìn)行采樣的數(shù)字實(shí)現(xiàn)的需求，并且避免隨后檢測(cè)哪個(gè)采樣最好以使用。當(dāng)應(yīng)該仔細(xì)地選擇感測(cè)間隔時(shí)這種實(shí)現(xiàn)會(huì)比較復(fù)雜，并且規(guī)則采樣所需的高時(shí)鐘頻率消耗功率。
當(dāng)與使用固定采樣時(shí)刻(例如次級(jí)沖程開(kāi)始之后2微秒)的系統(tǒng)比較時(shí)，也可以認(rèn)為這里公開(kāi)的實(shí)施例是有利的。
可以提供一種開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)控制器,用于響應(yīng)于來(lái)自(形成了 SMPS的輸入電路的一部分的)磁能存儲(chǔ)器件的繞組的反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。SMPS控制器可以包括定時(shí)器，用于限定所需的定時(shí)器計(jì)數(shù)值，以便限定次級(jí)沖程期間的特定時(shí)刻。 可以使定時(shí)器的計(jì)數(shù)速度是固定的。針對(duì)所需計(jì)數(shù)值的設(shè)置可以依賴于磁能存儲(chǔ)器件中電流峰值的設(shè)置。SMPS控制器也可以包括用于在定時(shí)器達(dá)到計(jì)數(shù)值的時(shí)刻對(duì)來(lái)自磁能存儲(chǔ)器件的繞組的反饋信號(hào)中的電壓進(jìn)行采樣的裝置。
定時(shí)器可以在來(lái)自磁能存儲(chǔ)器件的繞組的信號(hào)的零交叉處啟動(dòng)。
磁能存儲(chǔ)器件中的電流的峰值可以由電流感測(cè)電阻器兩端的電壓表示。
轉(zhuǎn)換器可以是反激式轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)。
開(kāi)關(guān)模式電源控制器還可以包括自適應(yīng)裝置，用于逐周期地適配所需的計(jì)數(shù)閾值，以迭代地改進(jìn)次級(jí)沖程的開(kāi)始與輸出電壓的采樣時(shí)刻之間的延遲。為了更精確的輸出電壓，這種適配將采樣時(shí)刻延遲至次級(jí)沖程的結(jié)束。
這里公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以提高經(jīng)由輔助繞組的輸出電壓感測(cè)的精確性。 不精確性可以是由于以下原因?qū)е碌?，例?br> 次級(jí)二極管的正向電壓；
籲輸出電容器的ESR、變壓器的銅電阻、變壓器和輸出電容器之間的串聯(lián)電阻；以及
變壓器泄漏電感。
本發(fā)明的實(shí)施例可以允許在正常負(fù)載條件下和針對(duì)低輸入功率的無(wú)負(fù)載操作情況，精確感測(cè)初級(jí)側(cè)的輸出電壓。實(shí)施例也可以使用低/最小電源電流。
本發(fā)明的實(shí)施例可以包括以下的一個(gè)或多個(gè)
開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，其中在初級(jí)沖程期間將能量存儲(chǔ)在電感器或變壓器中， 并且在次級(jí)沖程期間將能量傳送至輸出；
使用具有自適應(yīng)延遲時(shí)間的定時(shí)器的方法，所述自適應(yīng)延遲時(shí)間跟初級(jí)變壓器峰值電流所相關(guān)的變量成正比。所定時(shí)器·確定輔助繞組處電壓的采樣時(shí)刻作為轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的表示，其中采樣時(shí)刻靠近次級(jí)沖程的結(jié)束、但是總是在次級(jí)沖程的結(jié)束之前；
將自適應(yīng)延遲時(shí)間稱作初級(jí)沖程結(jié)束時(shí)反饋信號(hào)的零交叉，其給出了采樣時(shí)刻的更好精確性，因此也給出了在正常負(fù)載情況下以及特別在無(wú)負(fù)載的低功率情況下的感測(cè)電壓的更好精確性。這種自適應(yīng)延遲時(shí)間在漏極電壓的上升時(shí)間之后開(kāi)始，該時(shí)間不是次級(jí)沖程的一部分，并且在低電流水平時(shí)比較顯著，因?yàn)樘幱跓o(wú)負(fù)載操作的情況。
附加自適應(yīng)補(bǔ)償方法，其中對(duì)于第N個(gè)轉(zhuǎn)換周期，感測(cè)在由定時(shí)器確定的采樣時(shí)刻與轉(zhuǎn)換器磁化電流零交叉所確定的時(shí)刻處次級(jí)沖程的實(shí)際結(jié)束之間的差(或者比率)。然后在第N+1個(gè)轉(zhuǎn)換周期期間使用這一時(shí)間差(或者比率)來(lái)將采樣時(shí)刻設(shè)置得更靠近由轉(zhuǎn)換器磁化電流零交叉所確定的實(shí)際時(shí)刻。
感測(cè)和采樣功能的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，不具有偏移和干擾問(wèn)題并且具有最小的硅面積。
權(quán)利要求
1.一種用于開(kāi)關(guān)模式電源(100)的控制器(210)，所述開(kāi)關(guān)模式電源(100)包括一個(gè)或多個(gè)繞組(104，106，108)，所述控制器(210)包括 固定速度定時(shí)器(236)； 閾值設(shè)置器，配置為根據(jù)通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)繞組之一(106)的電流(304)的峰值，設(shè)置針對(duì)所述固定速度定時(shí)器(236)的閾值； 次級(jí)沖程檢測(cè)器(252)，配置為在檢測(cè)到所述開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)所述固定速度定時(shí)器(236)； 采樣器(232，234)，配置為當(dāng)所述固定速度定時(shí)器(236)的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)繞組之一(108)兩端的電壓進(jìn)行采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(210)，其中所述次級(jí)沖程檢測(cè)器配置為響應(yīng)于檢測(cè)到開(kāi)關(guān)模式電源(100)的功率開(kāi)關(guān)(212)被關(guān)斷，來(lái)啟動(dòng)所述固定速度定時(shí)器(236)。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(210)，還配置為 確定次級(jí)沖程的長(zhǎng)度； 將采樣時(shí)刻確定為當(dāng)達(dá)到所述閾值時(shí)所述采樣器對(duì)繞組(108)兩端的電壓進(jìn)行采樣的時(shí)間點(diǎn)； 其中所述閾值設(shè)置器配置為根據(jù)采樣時(shí)刻和次級(jí)沖程的長(zhǎng)度，來(lái)修改所述閾值以在開(kāi)關(guān)模式電源的后續(xù)開(kāi)關(guān)周期中使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器(210)，還配置為使用在去磁化周期之后繞組(104，106，108)處電壓中的振鈴的一個(gè)或多個(gè)特征，來(lái)確定次級(jí)沖程的長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器(210)，還配置為標(biāo)識(shí)當(dāng)所述繞組(104，106，108)兩端的電壓相對(duì)于時(shí)間的微分為零時(shí)的時(shí)間點(diǎn)(1212)，并且使用標(biāo)識(shí)的時(shí)間點(diǎn)(1006，1008)來(lái)確定次級(jí)沖程(1004)的結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的控制器(210)，還配置為標(biāo)識(shí)所述繞組(104，106，108)處電壓與零相交時(shí)的時(shí)間點(diǎn)(1006，1008)，并且使用標(biāo)識(shí)的時(shí)間點(diǎn)(1006,1008)來(lái)確定次級(jí)沖程(1004)的結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的控制器(210)，還配置為根據(jù)次級(jí)沖程的長(zhǎng)度與時(shí)間之比來(lái)修改所述閾值，以用于后續(xù)的開(kāi)關(guān)周期，所述時(shí)間是次級(jí)沖程的開(kāi)始和采樣時(shí)刻之間的時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的控制器(210)，還配置為根據(jù)次級(jí)沖程的長(zhǎng)度與時(shí)間之差來(lái)修改所述閾值，以用于后續(xù)的開(kāi)關(guān)周期，所述時(shí)間是次級(jí)沖程的開(kāi)始和采樣時(shí)刻之間的時(shí)間。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(210)，其中所述次級(jí)沖程檢測(cè)器(252)配置為將表示繞組(104，106，108)兩端電壓的信號(hào)與次級(jí)沖程閾值電壓(254)進(jìn)行比較，以檢測(cè)去磁化周期的開(kāi)始。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制器(210)，其中所述次級(jí)沖程閾值電壓約是零伏。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(210)，還配置為根據(jù)所采樣的電壓來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)模式電源(100)的開(kāi)關(guān)(212)的操作。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(210)，其中所述開(kāi)關(guān)模式電源是具有變壓器的反激式轉(zhuǎn)換器，所述閾值設(shè)置器配置為根據(jù)通過(guò)初級(jí)繞組(106)的電流的峰值來(lái)設(shè)置針對(duì)所述固定速度定時(shí)器的閾值；以及 所述采樣器配置為當(dāng)所述固定速度定時(shí)器的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)對(duì)輔助繞組兩端的電壓進(jìn)行采樣。
13.一種開(kāi)關(guān)模式電源(100)，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(210)。
14.一種對(duì)開(kāi)關(guān)模式電源(100)中繞組(108)兩端的電壓進(jìn)行采樣的方法，所述方法包括 根據(jù)通過(guò)所述開(kāi)關(guān)模式電源的繞組(106)的電流(304)的峰值來(lái)設(shè)置閾值； 檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的開(kāi)始； 在檢測(cè)到所述次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)固定速度定時(shí)器(236);以及當(dāng)所述固定速度定時(shí)器(236)的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，對(duì)所述繞組(108)兩端的電壓進(jìn)行采樣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括根據(jù)所采樣的電壓來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)模式電源(100)的開(kāi)關(guān)(212)的操作。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于開(kāi)關(guān)模式電源(100)的控制器(210)，所述開(kāi)關(guān)模式電源包括一個(gè)或多個(gè)繞組(104，106，108)。所述控制器(210)包括固定速度定時(shí)器(236)；閾值設(shè)置器，配置為根據(jù)通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)繞組(106)之一的電流(304)的峰值來(lái)設(shè)置針對(duì)所述定時(shí)器(236)的閾值；次級(jí)沖程檢測(cè)器(252)，配置為在檢測(cè)到所述開(kāi)關(guān)模式電源的次級(jí)沖程的開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)所述固定速度定時(shí)器(236)；采樣器(232，234)，配置為當(dāng)所述固定速度定時(shí)器(236)的計(jì)數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)繞組(108)之一兩端的電壓進(jìn)行采樣。
文檔編號(hào)H02M3/335GK103023283SQ20121034764
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者弗蘭克·伯哈格, 杰羅恩·克萊彭寧, 漢斯·哈爾貝施塔特 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司