響應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于響應(yīng)于輸入電壓信號(hào)來(lái)切換電源的開(kāi)關(guān)的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，一種電源控制器包括用于接收反饋信號(hào)和占空比調(diào)節(jié)信號(hào)的開(kāi)關(guān)占空比控制器。該開(kāi)關(guān)占空比控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制耦合到能量傳輸元件的開(kāi)關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰?。該電源控制器還包括用于接收輸入電壓信號(hào)以產(chǎn)生由所述開(kāi)關(guān)占空比控制器接收的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)的增益選擇器電路，所述輸入電壓信號(hào)表示輸入到電源的輸入電壓。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最大占空比響應(yīng)于所述輸入電壓信號(hào)的多個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi)的多個(gè)線性函數(shù)而改變。
【專利說(shuō)明】響應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器的方法和裝置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年10月8日、申請(qǐng)?zhí)枮?00710194414.2、題為“響應(yīng)前饋 信號(hào)的電源控制器的方法和裝置”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總得涉及控制電路，更具體而言，本發(fā)明涉及用于響應(yīng)前饋信號(hào)的電源的 控制電路。
【背景技術(shù)】
[0003]電源控制電路可以廣泛用于多種目的和應(yīng)用場(chǎng)合。大多數(shù)功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用具有成 本和性能雙重目標(biāo)。因此，需要最小化外部電路的成本來(lái)實(shí)施控制電路特征，所述外部電路 例如是AC/DC轉(zhuǎn)換器電源中的輸入大容量電容器。此外，控制電路的容錯(cuò)限度對(duì)于在電源 應(yīng)用中提供協(xié)調(diào)一致的性能以及進(jìn)一步減小功率轉(zhuǎn)換器成本是至關(guān)重要的，其中通過(guò)減小 在研發(fā)功率轉(zhuǎn)換器時(shí)需要應(yīng)用到的設(shè)計(jì)裕度來(lái)實(shí)現(xiàn)上述進(jìn)一步減小功率轉(zhuǎn)換器成本。
[0004]電源通常包括電源控制器電路、連接到能量傳輸元件的開(kāi)關(guān)、輸入電壓源和一個(gè) 或多個(gè)輸出端。該電源控制器通?？刂扑鲩_(kāi)關(guān)的切換，從而響應(yīng)于作為功率轉(zhuǎn)換器一部 分的反饋電路產(chǎn)生的反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)從功率轉(zhuǎn)換器的輸入端至輸出端傳送的能量。作為調(diào) 節(jié)從電源的輸入端至輸出端傳送的能量的一種技術(shù)，利用脈寬調(diào)制器(PWM)操作模式進(jìn)行 操作的該電源控制器電路調(diào)節(jié)所述開(kāi)關(guān)的占空比。所述開(kāi)關(guān)的占空比是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間占電 源控制器電路限定的切換循環(huán)周期的比率。
[0005]電源控制器利用普通功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)例如前向轉(zhuǎn)換器和逆向轉(zhuǎn)換器中的前 饋信號(hào)。前饋信號(hào)是這樣一種信號(hào)，其振幅是輸入到功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓值的函數(shù)。因 此，通常來(lái)說(shuō)，前饋信號(hào)可以認(rèn)為是表示輸入到電源的輸入電壓的輸入電壓信號(hào)。前饋信號(hào) 通常用于提供獨(dú)立于反饋信號(hào)換言之針對(duì)給定或固定反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)占空比的方式。 在逆向轉(zhuǎn)換器中，前饋信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)例如是減小在AC/DC功率轉(zhuǎn)換器的輸入端的大容量電容 器的尺寸，對(duì)于在大容量電容器兩端的波紋電壓更難以過(guò)濾的控制電壓模式中操作的電源 控制器尤其如此。獨(dú)立于反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)占空比的能力使得可以快速響應(yīng)于大容量電 容器兩端的波紋電壓，因此減小功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的波紋電壓。在不使用前饋技術(shù)的情 況下，該電源控制器必須響應(yīng)于反饋信號(hào)，以響應(yīng)于功率轉(zhuǎn)換器輸出端的波紋電壓，然后該 電源控制器控制所述開(kāi)關(guān)的占空比，因此減小功率轉(zhuǎn)換器輸出波紋電壓。這引入了延遲，在 例如不增加輸入大容量電容器的尺寸的情況下輸出波紋難以減小。在正向轉(zhuǎn)換器中，前饋 信號(hào)通常由電源控制器利用以控制所述開(kāi)關(guān)的最大占空比，從而確保有充足的時(shí)間來(lái)重設(shè) 能量傳輸元件的磁芯中的磁通，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]參照下面的附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的非限制性和非排他性實(shí)施例，其中在所有不同附 圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，除非有特別。[0007]圖1A和圖1B是大致示出根據(jù)本發(fā)明的示例性功率轉(zhuǎn)換器的示意圖，該示例性功 率轉(zhuǎn)換器采用響應(yīng)前饋信號(hào)和反饋信號(hào)的電源控制器電路。下文中，在沒(méi)有必要進(jìn)行特別 區(qū)分的情況下，圖1A和圖1B也可總地稱為圖1。
[0008]圖2大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的示例性電源控制器電路的占空比控制 波形。
[0009]圖3大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的示例性電源控制器電路的最大占空比 控制波形。
[0010]圖4大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的示例性電源控制器電路的固定值反饋 信號(hào)控制波形的占空比。
[0011]圖5大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)和反饋信號(hào)的示例性電源控制器電路。
[0012]圖6是大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)和反饋信號(hào)的電源控制器電路的一部 分的示例的示意圖。
[0013]圖7是大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)占空比調(diào)節(jié)信號(hào)信號(hào)和反饋信號(hào)的電源控制器 電路的一部分的示例的示意圖。
[0014]圖8大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的示例性電源控制器電路的最大占空比 控制波形。
[0015]圖9大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的示例性電源控制器電路的固定值反饋 信號(hào)控制波形的占空比。
[0016]圖10是大致示出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)和反饋信號(hào)的電源控制器電路的一部 分的示例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]這里公開(kāi)了用于實(shí)現(xiàn)響應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器電路的方法和裝置。在下面的說(shuō) 明中，提到數(shù)字具體細(xì)節(jié)，從而便于透徹理解本發(fā)明。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然 所述具體細(xì)節(jié)對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不是必須的。在其它例子中，沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明公知的材料或方 法，以便避免造成本發(fā)明模糊不清。
[0018]本說(shuō)明書(shū)中參照“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”、“示例”等意味著本實(shí)施例 或示例中所述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。因此，在 本說(shuō)明書(shū)中多處出現(xiàn)的短語(yǔ)表達(dá)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例” 并不是指所有參照相同實(shí)施例或示例。而且，所述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個(gè)或多個(gè) 實(shí)施例或示例中的任意合適結(jié)合和/或子結(jié)合中結(jié)合。此外，應(yīng)該理解，所提供的附圖用于 向本領(lǐng)域技術(shù)人員說(shuō)明本發(fā)明，并且附圖并非按照比例繪制。
[0019]如上所述，作為調(diào)節(jié)從電源的輸入端至輸出端傳輸?shù)哪芰康囊环N技術(shù)，利用PWM 操作模式操作的電源控制器電路調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，其中所述開(kāi)關(guān)的 占空比是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間占電源控制器電路限定的總切換循環(huán)周期的比率。最佳的最大占空 比或給定反饋信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比是功率轉(zhuǎn)換器輸入電壓的非線性函數(shù)。用于提供該 非線性函數(shù)所需的公知電路通?；蛘咭揽吭陔娫纯刂破魍獠康碾娙萜鳎@會(huì)增加成本，并 且通常具有差容錯(cuò)限度，或者依靠集成電容器，它也具有單元到單元間容錯(cuò)限度差的缺點(diǎn)， 并且增加硅面積，因此增加了功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的成本。應(yīng)用最大占空比或者給定反饋信號(hào)的占空比的線性函數(shù)作為功率轉(zhuǎn)換器輸入電壓的函數(shù)的電路在僅僅一個(gè)輸入電壓電平下 提供最佳性能，因此兼顧了所有其它輸入電壓值的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。
[0020]現(xiàn)在說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器電路。本發(fā)明的示例包括產(chǎn)生響 應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器電路的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的示例性電源控制電路提供保持 系統(tǒng)級(jí)節(jié)約性能的占空比相對(duì)于功率轉(zhuǎn)換器輸入電壓的理想前饋函數(shù)的近似，所述系統(tǒng)級(jí) 節(jié)約性能是通過(guò)響應(yīng)前饋信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)占空比同時(shí)維持電源控制電路設(shè)計(jì)來(lái)獲得，它是 低成本的，并且提供單元到單元的容錯(cuò)限度的充分控制，以使得根據(jù)本發(fā)明保持所述系統(tǒng) 級(jí)節(jié)約性能。
[0021]圖1A大致示出根據(jù)本發(fā)明采用響應(yīng)前饋信號(hào)的電源控制器的功率轉(zhuǎn)換器100的 一個(gè)示例的示意圖。在該示例中，功率轉(zhuǎn)換器100是逆向轉(zhuǎn)換器。注意,在其它示例中，功 率轉(zhuǎn)換器100還可以是多種功率轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)之一，例如正向轉(zhuǎn)換器，并且可以是根據(jù)本發(fā) 明的絕緣或非絕緣轉(zhuǎn)換器。
[0022]圖1中的示例性電源從直流輸入電壓Vin105提供輸出功率至負(fù)載165。在該示例 中，大容量電容器195跨越該輸入耦合至功率轉(zhuǎn)換器100。在從交流源(未示出)產(chǎn)生輸入電 壓105的應(yīng)用中，該大容量電容器195用作低通濾波器，其存儲(chǔ)能量以維持該輸入電壓105 在可以讓功率轉(zhuǎn)換器100在交流線周期之間提供所需要的輸出功率至負(fù)載165的水平。因 此，在一個(gè)示例中，大容量電容器195兩端的電壓濾波整流電壓具有波紋電壓，該波紋電壓 的振幅通常小于電容器195兩端的DC電壓峰值的25%，但是其實(shí)際值根據(jù)大容量電容器 195的值以及功率轉(zhuǎn)換器100的其它操作條件而定。
[0023]輸入電壓VIN105耦合到能量傳輸元件T1175和開(kāi)關(guān)S1125。在圖1A的示例中，能 量傳輸元件T1175耦合到電源的輸入和電源的輸出之間。在圖1的示例中，能量傳輸元件 Tl 175示出為具有一個(gè)輸出繞組176的變壓器。在其它示例中，該變壓器可以具有多于一個(gè) 的輸出繞組，其中其它繞組用于提供功率給其它負(fù)載，從而提供偏置電壓，或者檢測(cè)負(fù)載上 的電壓。
[0024]如圖示示例所示，箝位電路110耦合到能量傳輸元件T1175的初級(jí)繞組，從而限制 開(kāi)關(guān)S1125兩端的最大電壓。電源控制器145被耦合以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)被開(kāi)關(guān) 125接收，從而控制開(kāi)關(guān)125的切換，以便響應(yīng)于反饋電路160產(chǎn)生的反饋信號(hào)155而調(diào)節(jié) 從電源的輸入端至輸出端傳輸?shù)哪芰俊?br> [0025]在一個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)SI 125是例如功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 的晶體管。在一個(gè)不例中，控制器145包括集成電路和分立電氣兀件。在一個(gè)不例中，開(kāi)關(guān) S1125和電源控制器145形成單片集成電路的一部分。在另一個(gè)示例中，示例性開(kāi)關(guān)S1125 和電源控制器145形成混合集成電路的一部分，其中例如它們是單獨(dú)的硅芯片并且容納 在相同的集成電路封裝中。開(kāi)關(guān)S1125的切換產(chǎn)生脈動(dòng)電流ID120，其流過(guò)能量傳輸元件 T1175的輸入繞組177，如圖1B所示。在開(kāi)關(guān)125的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)在能量傳輸元件中的 能量在開(kāi)關(guān)125關(guān)斷時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)捷敵鲭娙萜?35。
[0026]如所述示例所示，被調(diào)節(jié)的功率轉(zhuǎn)換器輸出量為隊(duì)150，它通?？梢允禽敵鲭妷?%、輸出電流Itj或者兩者的組合。被調(diào)節(jié)量不必是固定的，而是可以被調(diào)節(jié)通過(guò)設(shè)計(jì)反饋電 路160以期望方式來(lái)改變。例如，在一個(gè)不例中，響應(yīng)于輸出電壓或輸出電流的振幅，輸出 U0從輸出電壓改變?yōu)檩敵鲭娏?。反饋電?60被耦合以接收輸出量隊(duì)150，以產(chǎn)生反饋信號(hào)UFB155,其用作到電源控制器145的輸入信號(hào)。
[0027]如圖1A的示例所示，控制器145的另一個(gè)輸入信號(hào)是前饋信號(hào)UFF170，它是前饋電路140的輸出。該前饋電路140被耦合以接收信號(hào)R115，該信號(hào)是功率轉(zhuǎn)換器100的輸入電壓VIN105的函數(shù)。在該示例中，，叫15和UFF170可以是電壓或電流信號(hào)。在一個(gè)示例中，信號(hào)U1115和UffI70是相同的信號(hào)，例如，前饋電路140包括電阻器。
[0028]在所述示例中，可以看出，圖1A示出產(chǎn)生信號(hào)UJ15的兩種可能途徑。在一個(gè)示例中，信號(hào)U1115可以通過(guò)將前饋電路140直接耦合到功率轉(zhuǎn)換器100的輸入電壓Vin105來(lái)產(chǎn)生。在另一個(gè)示例中，信號(hào)U1115可以通過(guò)將前饋電路140耦合到電路185的輸出來(lái)產(chǎn)生， 它包括能量傳輸元件175的前向繞組178。前向繞組178產(chǎn)生的信號(hào)被部件179和181整流和平滑。在該示例中，在開(kāi)關(guān)125導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)繞組178兩端的電壓和輸入電壓Vin105成正比例，因此可以用于產(chǎn)生信號(hào)115以施加到根據(jù)本發(fā)明的前饋電路140。
[0029]圖1B還大致示出電流Id120的示例性波形，以示出控制器可以用來(lái)調(diào)節(jié)輸出量 Uo150的參數(shù)。如該示例所示，電流Id120的最大值為1--121，切換周期為Ts122，以及占空比為D124。該控制器通常將占空比限制為小于100%的最大值0_。在一個(gè)示例中，控制器 145包括限定基本規(guī)則的切換周期1-122的振蕩器。在一個(gè)示例中，通過(guò)控制在切換周期內(nèi)開(kāi)關(guān)S1125導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。在每個(gè)切換周期中，切換周期中開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的那部分是開(kāi)關(guān)的占空比(D)。在一個(gè)示例中，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的最大電流IM121來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。在另一個(gè)示例中，通過(guò)控制切換周期Ts122來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。不論是控制Imx121還是Ts122，作為切換周期的一部分的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間被調(diào)制，因此該調(diào)節(jié)模式可以稱為根據(jù)本發(fā)明的占空比控制模式。
[0030]圖2大致示出在一個(gè)示例中可以由控制器145用來(lái)響應(yīng)于反饋信號(hào)155和前饋信號(hào)170從而控制開(kāi)關(guān)S1125的切換的占空比控制波形的一個(gè)示例。通常，四個(gè)特征曲線217、 216,215和214分別對(duì)應(yīng)于在數(shù)值m和V4之間增加的數(shù)值Vin105，如箭頭218所示。 對(duì)于任何固定輸入電壓值，最大占空比和反饋信號(hào)Ufb219的給定值的占空比是由比占空比 220相對(duì)于反饋信號(hào)219的特征來(lái)限定。然而，隨著前饋信號(hào)振幅增大，最大占空比和反饋信號(hào)219的給定值的占空比減小。
[0031 ] 在一個(gè)示例中，前饋信號(hào)振幅增量對(duì)應(yīng)于功率轉(zhuǎn)換器輸入電壓增量。在該示例中， 對(duì)于固定反饋信號(hào)值Ux211，當(dāng)輸入電壓分別從V1變化到V2、V3和V4時(shí)，電源控制器145分別在數(shù)值DX1206至DX2207、DX3208和DX4209之間變化開(kāi)關(guān)125的占空比。因此，當(dāng)輸入電壓從V1變化到V2、V3和V4時(shí)開(kāi)關(guān)125的占空比在DX1206至Dx4209之間的變化獨(dú)立于反饋信號(hào)Ufb155。在該示例中，當(dāng)反饋信號(hào)超過(guò)數(shù)值Ub210時(shí)，占空比相對(duì)于反饋電流的斜率不響應(yīng)于前饋信號(hào)值，并且保持固定斜率一 mFB213，直到達(dá)到占空比值Dm205。在其它示例中，根據(jù)本發(fā)明，斜率213本質(zhì)上可以是非線性的。
[0032]圖3大致示出最大占空比Dmx302和前饋或輸入電壓信號(hào)UFF301振幅之間的關(guān)系的一個(gè)示例，在一個(gè)示例中，其可以由控制器145用來(lái)響應(yīng)于前饋信號(hào)170從而控制開(kāi)關(guān) S1125的切換。在該示例中，根據(jù)本發(fā)明，控制開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最大占空比響應(yīng)于輸入電壓信號(hào)或前饋信號(hào)的多個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi)多個(gè)線性函數(shù)而變化。例如，在所示示例中，當(dāng)輸入電壓信號(hào)低于第一閾值VBK1303時(shí),最大占空比的變化是輸入電壓信號(hào)的第一線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)在第一閾值VBK1303和第二閾值VBK2304之間時(shí),變化的最大占空比是輸入電壓信號(hào)的第二線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)在第二閾值VKK2304和第三閾值VBK3305之間時(shí)，最 大占空比的變化是輸入電壓信號(hào)的第三線性函數(shù)。
[0033]如該示例所示，第一、第二和第三線性函數(shù)的斜率分別是斜率1306、斜率2307和 斜率3308。在一個(gè)示例中，斜率1306的斜率基本等于零，但是根據(jù)本發(fā)明在其它示例中斜 率1306還可以具有非零斜率。斜率1306的斜率基本等于零的一個(gè)原因是:電源控制器145 必須限制絕對(duì)最大占空比，其中該絕對(duì)最大占空比可以因和電源控制器145的設(shè)計(jì)相關(guān)的 實(shí)際原因而應(yīng)用于開(kāi)關(guān)125的切換，而且電源控制器必須限制例如在電源故障條件下施加 到開(kāi)關(guān)125的應(yīng)力。
[0034]在一個(gè)示例中，最大占空比值DMX1309、Dmx2310、Dmx3311和DMX4312分別對(duì)應(yīng)于圖 2中的Dmxi201、DMX2202、DMX33203和Dmx4204。在該示例中，輸入電壓信號(hào)的第一、第二和第 三線性函數(shù)是當(dāng)輸入電壓信號(hào)增大時(shí)最大占空比的線性減小。在另一個(gè)示例中，根據(jù)本發(fā) 明斜率3308還可以具有基本等于零的斜率。
[0035]圖4大致示出給定或固定值反饋信號(hào)Ufb的占空比402和前饋Uff或輸入電壓信號(hào) 401振幅之間的關(guān)系的一個(gè)示例，它在一個(gè)示例中可以由控制器145使用以響應(yīng)于前饋信 號(hào)170來(lái)控制開(kāi)關(guān)S1125的切換。在一個(gè)示例中，給定或固定值反饋信號(hào)可以是圖2中的 Ux211，但是可以理解的是該給定或固定值反饋信號(hào)可以是大于圖2中的Ub210的任何值的 反饋信號(hào)。
[0036]在該示例中，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于固定值的反饋信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空 比響應(yīng)于輸入電壓信號(hào)或前饋信號(hào)的多個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi)的多個(gè)線性函數(shù)而改變。例如，在 所示示例中，當(dāng)輸入電壓信號(hào)低于第一閾值VBK1403時(shí)，固定值的反饋信號(hào)的占空比的變化 是輸入電壓信號(hào)的第一線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)在第一閾值VBK1403和第二閾值VBK2404 之間時(shí)，開(kāi)關(guān)的占空比是輸入電壓信號(hào)的第二線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)在第二閾值 VBE2404和第三閾值VBK3405之間時(shí)，開(kāi)關(guān)的占空比是輸入電壓信號(hào)的第三線性函數(shù)。
[0037]如該示例所示，第一、第二和第三線性函數(shù)的斜率分別是斜率1406、斜率2407和 斜率3408。在一個(gè)示例中，斜率1406的斜率基本等于零，但是根據(jù)本發(fā)明在其它示例中可 以理解的是斜率1406還可以具有非零斜率。在一個(gè)示例中，最大占空比值DX1409、DX2410、 DX3411和Dx4412分別對(duì)應(yīng)于圖2中的DX1206、DX2207、DX3208和Dx4209。在該示例中，輸入電 壓信號(hào)的第一、第二和第三線性函數(shù)是當(dāng)輸入電壓信號(hào)增大時(shí)占空比的線性減小。在另一 個(gè)示例中，根據(jù)本發(fā)明，斜率3408還可以具有基本等于零的斜率。
[0038]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的電源控制器545的內(nèi)部方塊圖的一個(gè)示例，該電源控制器 包括耦合到前饋增益選擇器電路530的開(kāi)關(guān)占空比控制器522。在該示例中，前饋增益選 擇器電路530被耦合以接收前饋信號(hào)Iff510。在一個(gè)示例中，輸入直流電壓Vin505等于圖1 中的Vin105。在一個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)S1525等于圖1中的開(kāi)關(guān)125，并且流過(guò)開(kāi)關(guān)525的電流 Id520等于圖1中的Id120。
[0039]如該示例所示，Vin505稱合到前饋電路540,它在該示例中示為電阻器Rff。在另一 個(gè)示例中，前饋電路540可以是電阻分壓器，并且前饋信號(hào)510可以是電壓信號(hào)。在該示例 中，流過(guò)前饋電路540的電流Iff510是前饋或輸入電壓信號(hào)，它在一個(gè)示例中等于圖1中的 信號(hào)Uff170。因此，當(dāng)Vin505增加時(shí)，前饋信號(hào)Iff510也增加。
[0040]在該示例中，前饋Iff或輸入電壓信號(hào)510耦合到增益選擇器電路530。增益選擇器電路530產(chǎn)生耦合到開(kāi)關(guān)占空比控制器電路522的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)535。在該示例中，開(kāi)關(guān)占空比控制器電路522也被耦合以接收反饋信號(hào)Ufb555。增益選擇器電路530選擇施加到前饋信號(hào)510的增益。所施加的增益確定了最大占空比的特征作為輸入電壓Vin505的函數(shù)。所施加的增益還確定了給定或固定值的反饋信號(hào)的占空比的特征作為輸入電壓Vin505 的函數(shù)，如圖4所示。由于在圖3和圖4中，特征曲線313和413的斜率根據(jù)輸入電壓的振幅而改變，根據(jù)本發(fā)明，增益選擇器電路530根據(jù)前饋信號(hào)Iff510的數(shù)值來(lái)選擇項(xiàng)目536的增益乘法器mFF。在下面的圖6中示出用于執(zhí)行該功能的電路。
[0041]圖6大致示出被耦合以接收在終端651處的前饋Iff或輸入電壓信號(hào)610的增益選擇器電路630的示例性示意圖。增益選擇器電路630產(chǎn)生由開(kāi)關(guān)占空比控制器電路接收的信號(hào)635，如下參照?qǐng)D7將討論。晶體管652和電壓源653設(shè)定在終端651處的電壓，其例如使得可以準(zhǔn)確計(jì)算圖5中的電阻器540的值，從而提供給定輸入電壓505的前饋信號(hào) 510的所需值。電流源632限制流過(guò)晶體管652的最大電流，以確保在正常操作條件下在終端651處的電壓的穩(wěn)定性。
[0042]如該示例所示，前饋電流610由電流鏡601來(lái)進(jìn)行鏡像。在該示例中，電流鏡601 設(shè)定比率ml:1，它將鏡像電流減小到低于前饋電流610的值，從而減小增益選擇器電路630 的內(nèi)部功率消耗。該電流再次被一對(duì)一的電流鏡615進(jìn)行鏡像，以產(chǎn)生數(shù)值為IFF/ml的兩個(gè)相同電流612和611。包括電容器605和電阻器610的RC濾波器提供噪音濾波。在一個(gè)示例中，電流源IB2645的數(shù)值大于電流源640IB1的數(shù)值。
[0043]在該示例中，小于或等于IB1640、 625以及mFFIFF635的IFF/ml611的數(shù)值基本為零，其中所述IFF/ml611的數(shù)值通過(guò)一對(duì)一的電流鏡691的作用基本等于L625。對(duì)于大于 IB1640且小于或等于IB2645、 625以及占空比調(diào)節(jié)信號(hào)mFFIFF635的IFF/ml611和612的數(shù)值基本等于(IFF/ml — IB1) 對(duì)于大于 IB2645、mFFIFF635 的 IFF/ml611 和 612 的數(shù)值，mFFIFF635 基本等于(IFF/ml — IB1)-(IFF/ml — IB2)m2。其中m2是電流鏡620的比率，在從電流 625 減去電流12631之前該m2應(yīng)用到該電流12631。因此通常來(lái)說(shuō)，成立下面的關(guān)系式:
[0044]mFFIFF=I 1-12m2 (I)
[0045]上述關(guān)系式還可以在圖6中的表格650被總結(jié)。
[0046]在該示例中，通過(guò)增益選擇器電路630施加到前饋信號(hào)Iff610的增益具有三段。因此取決于I1和I2的相對(duì)值的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)635的增益的變化提供圖2和圖3所示的特征曲線，其中所述占空比調(diào)節(jié)信號(hào)在一個(gè)示例中耦合到開(kāi)關(guān)占空比控制器。在一個(gè)示例中， IFF/ml611小于或等于IB1640的情況分別對(duì)應(yīng)于圖3和4中的斜率1306和406。在一個(gè)示例中，IFF/ml611大于IB1640且小于或等于IB2645的情況分別對(duì)應(yīng)于圖3和4中的斜率2307 和407。在一個(gè)示例中，IFF/ml611大于IB2645的情況分別對(duì)應(yīng)于圖3和4中的斜率3308和 408。信號(hào)mFFIFF635被開(kāi)關(guān)占空比控制器電路處理的方式在下面參照?qǐng)D7來(lái)說(shuō)明。
[0047]圖7大致示出電源控制器電路700的一部分的示意圖。該電路700被耦合以接收反饋信號(hào)IFB701，它在一個(gè)示例中等于圖5中的反饋信號(hào)555。該電路700被耦合以接收占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735，它在一個(gè)示例中等于圖5中的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)535。電路700的輸出是 Vpwm信號(hào)765，它在一個(gè)示例中用于獲取驅(qū)動(dòng)信號(hào)521來(lái)驅(qū)動(dòng)圖5中的開(kāi)關(guān)525的切換。
[0048]當(dāng)振蕩器702輸出信號(hào)720為低時(shí)，開(kāi)關(guān)799閉合，并且電容器780被充電，其充電速率由電流源IJ45和1738的和來(lái)決定。這對(duì)應(yīng)于波形796的上升沿，它是電壓VD795在時(shí)間上的表示。在振蕩器702輸出信號(hào)720為低的時(shí)間內(nèi)，來(lái)自AND門761的輸出信號(hào) 774低至Vpwm信號(hào)765，它在一個(gè)示例至對(duì)應(yīng)于圖5中的開(kāi)關(guān)525關(guān)斷的時(shí)間。
[0049]當(dāng)振蕩器702輸出信號(hào)720變高時(shí)，開(kāi)關(guān)799斷開(kāi)，并且對(duì)電容器780的充電停止。 在由上升沿延遲電路764決定的延遲周期之后，開(kāi)關(guān)785閉合，導(dǎo)致電容器Cd780以由電流 源782決定的速率放電。這對(duì)應(yīng)于波形796的下降區(qū)。波形796的平頂部分由開(kāi)關(guān)799關(guān) 斷和開(kāi)關(guān)785導(dǎo)通之間的延遲產(chǎn)生。
[0050]波形796的電壓下降到參考電壓電平772以下所花費(fèi)的時(shí)間決定了 Vpwm輸出765 的導(dǎo)通時(shí)間Ton。由于電容器780的放電速率由電流源782固定，所以Vpwm輸出765的導(dǎo)通 時(shí)間Ton由在開(kāi)關(guān)799閉合周期內(nèi)電容器780被充電的速率決定。這又是1738和IJ45的 函數(shù)。作為總周期時(shí)間Ts的一部分的Vpwm輸出765的導(dǎo)通時(shí)間Ton是占空比，并且它在一 個(gè)示例中對(duì)應(yīng)于圖5中開(kāi)關(guān)S1525的占空比。
[0051]作為反饋信號(hào)701的函數(shù)的控制器占空比特征的PWM增益由電流源736、745和 782的相對(duì)振幅來(lái)設(shè)定，它在一個(gè)示例中對(duì)應(yīng)于圖2中的斜率213。然而，由于這和本發(fā)明 無(wú)關(guān)，所以這在此不再進(jìn)一步討論。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的示例涉及了占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735對(duì)于給定反饋信號(hào)701值的占空比 和例如圖5中開(kāi)關(guān)525的最大占空比的影響?？梢岳斫獾氖?，例如流過(guò)開(kāi)關(guān)525的電流520 的其它因素還可以影響在特定條件下開(kāi)關(guān)525的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間。例如，如果電源在檢測(cè)到 電流520已經(jīng)超過(guò)安全電平的故障條件下操作，則開(kāi)關(guān)525的導(dǎo)通時(shí)間會(huì)因該原因而不是 在圖7中Vpwm765信號(hào)變低的原因而終結(jié)。
[0053]如圖7所示，關(guān)系式739反映了反饋信號(hào)701和占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735對(duì)于電容器 780的充電以及Vpwm輸出信號(hào)765的占空比的影響。當(dāng)占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735基本為零時(shí)，在 一個(gè)示例中對(duì)應(yīng)于圖6中的基本為零的1#25的數(shù)值，關(guān)系式739變成:
[0054]I = P10 — mc (Ifb — Ib) (2)
[0055]在一個(gè)示例中，等式2的關(guān)系式產(chǎn)生占空比相對(duì)于反饋信號(hào)701的特征，它由圖2 中的特征217來(lái)限定。
[0056]對(duì)于當(dāng)圖6中的IFF/ml611大于IB1640時(shí)的所有情況，占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735是有限 的。關(guān)系式739則為:
[0057]I = P10 — {mc (Ifb — IB) + mFFIFF} (3)
[0058]作為前饋信號(hào)610的函數(shù)的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)735的斜率值是固定值，并且對(duì)于輸 入電壓條件的每個(gè)范圍都是線性的，如參照上述圖5和6所描述的那樣。對(duì)于當(dāng)占空比調(diào) 節(jié)信號(hào)為非零的每個(gè)條件，等式3和739的關(guān)系式應(yīng)用于決定電容器780的充電速率。
[0059]應(yīng)當(dāng)注意，等式3和739的關(guān)系式僅僅對(duì)于等于或大于電流源IB703的反饋信號(hào) Ifb701的數(shù)值為真。對(duì)于小于電流源Ib703的反饋信號(hào)Ifb701的數(shù)值，關(guān)系式739中的項(xiàng) 741基本為零，但是不會(huì)為負(fù)數(shù)。這是因?yàn)檩敵鲭娏鞑荒苄∮诹愕碾娏麋R752的作用。
[0060]在一個(gè)示例中，反饋信號(hào)Ifb701小于電流源Ib703的情況對(duì)應(yīng)于圖2中的區(qū)域 251，其中反饋信號(hào)219中的變化對(duì)于保持在最大值的占空比D220沒(méi)有影響。然而，增加前 饋信號(hào)振幅可以減小最大占空比，如通過(guò)Dmax值201、202、203和204所表示的那樣。在一個(gè) 示例中，影響占空比D所需的反饋信號(hào)％210的數(shù)值為固定值，而與前饋信號(hào)的振幅無(wú)關(guān)。 在一個(gè)示例中，這對(duì)應(yīng)于圖7的電路，其中關(guān)系式739的項(xiàng)741為零，直到反饋電流Iff701的數(shù)值大于電流源Ib703。
[0061]圖8大致示出最大占空比802和前饋或輸入電壓信號(hào)801振幅之間的關(guān)系的一個(gè) 示例，根據(jù)本發(fā)明，它在一個(gè)示例中在圖5中可以由電源控制器545使用從而響應(yīng)于前饋信 號(hào)510來(lái)控制開(kāi)關(guān)S1525的切換。
[0062]在該示例中，根據(jù)本發(fā)明，最大占空比802是輸入電壓信號(hào)801的多個(gè)線性函數(shù)。 在該示例中，當(dāng)輸入電壓信號(hào)在數(shù)值820的第一范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)的最大占空比是輸入電壓 信號(hào)801的第一線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)801處于數(shù)值823的第二范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)的最大 占空比802是輸入電壓信號(hào)801的第二線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)處于數(shù)值826的第n個(gè) 范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)的最大占空比802是輸入電壓信號(hào)801的第n個(gè)線性函數(shù)。
[0063]在一個(gè)示例中，斜率1827具有基本等于零的斜率，但是根據(jù)本發(fā)明可以理解的是 在其它示例中斜率1827也可以具有非零斜率。在一個(gè)示例中，除當(dāng)輸入電壓信號(hào)801在數(shù) 值820的第一范圍內(nèi)之外的所有線性函數(shù)是當(dāng)輸入電壓信號(hào)801增大時(shí)最大占空比802的 線性減小。在另一個(gè)示例中，這n個(gè)斜率的任意一個(gè)或者多個(gè)可以具有基本為零的斜率，只 要這n個(gè)斜率之一具有當(dāng)輸入電壓信號(hào)801增大時(shí)的最大占空比802的線性減小即可，這 仍然得益于本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0064]圖9大致示出給定或固定值反饋信號(hào)Ufb902的占空比和前饋或輸入電壓信號(hào)901 振幅之間的關(guān)系的一個(gè)示例，根據(jù)本發(fā)明，它在一個(gè)示例中在圖5中可以由電源控制器545 使用以響應(yīng)于固定反饋信號(hào)值Ufb555的前饋信號(hào)510來(lái)控制開(kāi)關(guān)S1525的切換。在該示例 中，固定值反饋信號(hào)Ufb902的占空比是輸入電壓信號(hào)901的多個(gè)線性函數(shù)。
[0065]在該示例中，當(dāng)輸入電壓信號(hào)在數(shù)值920的第一范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)的固定值反饋信 號(hào)Ufb902的占空比是輸入電壓信號(hào)901的第一線性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)901處于數(shù)值 923的第二范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)的固定值反饋信號(hào)Ufb902的占空比是輸入電壓信號(hào)901的第二線 性函數(shù)。當(dāng)輸入電壓信號(hào)處于數(shù)值926的第n個(gè)范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)的固定值反饋信號(hào)Ufb902的 占空比是輸入電壓信號(hào)901的第n個(gè)線性函數(shù)。
[0066]在一個(gè)示例中，斜率1927具有基本等于零的斜率，但是根據(jù)本發(fā)明可以理解的是 在其它示例中斜率1927也可以具有非零斜率。在一個(gè)示例中，除了當(dāng)輸入電壓信號(hào)901在 數(shù)值920的第一范圍內(nèi)以外的所有線性函數(shù)是當(dāng)輸入電壓信號(hào)901增大時(shí)給定或固定值反 饋信號(hào)值的占空比902的線性減小。在另一個(gè)示例中，這n個(gè)斜率的任意一個(gè)或者多個(gè)可 以具有基本為零的斜率，只要這n個(gè)斜率中的至少一個(gè)具有當(dāng)輸入電壓信號(hào)901增大時(shí)給 定或固定值反饋信號(hào)值的占空比902的線性減小即可，這仍然得益于本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0067]圖10大致示出增益選擇器電路1000的示例性示意圖，根據(jù)本發(fā)明，它在一個(gè)示例 中可以應(yīng)用于產(chǎn)生輸入電壓信號(hào)的多個(gè)線性函數(shù)，如上參照?qǐng)D8和9所述那樣。在一個(gè)示 例中的增益選擇器電路1030的部分和圖6中的方塊630在許多方面是共同的，因此在此不 再贅述。
[0068]如圖所示，增益選擇器電路1000被耦合以接收在終端1051處的前饋IFF或輸入 電壓信號(hào)1010。增益選擇器電路1000產(chǎn)生耦合到開(kāi)關(guān)占空比控制器電路的信號(hào)1035，所 述控制器電路在一個(gè)示例中可以是圖5中的開(kāi)關(guān)占空比控制器522。圖10的增益選擇器電 路1000包括多個(gè)方塊，從而產(chǎn)生作為輸入電壓信號(hào)1010的函數(shù)的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)1035的 多個(gè)線性函數(shù)。[0069]為了清楚說(shuō)明，僅僅在圖10中示出第n個(gè)方塊1031，它在一個(gè)示例中分別實(shí)施圖 8和9中的第n個(gè)斜率830或930。在該示例中，電流In1015基本為零，直到電流IFF/ml 1032 超過(guò)電流 IBn1011，其中 IBn>…>IB2>IB1。對(duì)于大于 IBn1011 的 IFF/mll032 值，在 IFF/mll032 和 IBn1011之間的差值乘以電流鏡1020比率mn，并且從IJ025中被減去。因此，通常來(lái)說(shuō)，占空比調(diào)節(jié)信號(hào)1035可以由下面的關(guān)系式來(lái)表示:
[0070]mFFIFF = I1-12Ii 1nmn(4)
[0071]包括在摘要中說(shuō)明的本發(fā)明的所示示例的上述說(shuō)明不是排他性說(shuō)明，或者不用于限制為所公開(kāi)的具體形式。雖然在此為了進(jìn)行闡述說(shuō)明了本發(fā)明的具體實(shí)施例以及示例， 但是可以進(jìn)行多種等效變型，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。實(shí)際上，可以理解的是，為了進(jìn)行說(shuō)明提供具體電壓、電流、頻率、功率范圍數(shù)值、時(shí)間等等，但是在其它實(shí)施例和示例中根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以采用其它數(shù)值。
[0072]這些變形都是根據(jù)上述【具體實(shí)施方式】部分內(nèi)容作出的本發(fā)明的示例。下面的權(quán)利要求中采用的術(shù)語(yǔ)不用于將本發(fā)明限制為在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中公開(kāi)的具體實(shí)施例。相反，該范圍由下面的權(quán)利要求進(jìn)行整體限定，它是根據(jù)權(quán)利要求釋義的設(shè)立原則來(lái)構(gòu)造的。
【權(quán)利要求】
1.一種電源控制器,包括: 用于接收反饋信號(hào)和占空比調(diào)節(jié)信號(hào)的開(kāi)關(guān)占空比控制器，該開(kāi)關(guān)占空比控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制耦合到能量傳輸元件的開(kāi)關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰?；以? 用于接收輸入電壓信號(hào)以產(chǎn)生由所述開(kāi)關(guān)占空比控制器接收的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)的增益選擇器電路，所述輸入電壓信號(hào)表示輸入到電源的輸入電壓，其中所述開(kāi)關(guān)占空比控制器用于限制所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最大占空比，并且所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比響應(yīng)于所述輸入電壓信號(hào)的數(shù)值范圍內(nèi)的具有非零斜率的多個(gè)線性函數(shù)而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制器，其中所述多個(gè)線性函數(shù)包括第一線性函數(shù)、第二線性函數(shù)和第三線性函數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)，其中當(dāng)輸入電壓信號(hào)低于第一閾值時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比響應(yīng)于第一線性函數(shù)被調(diào)節(jié)，其中當(dāng)輸入電壓信號(hào)在所述第一閾值和第二閾值之間時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比響應(yīng)于第二線性函數(shù)被調(diào)節(jié)，其中當(dāng)輸入電壓信號(hào)在所述第二閾值和第三閾值之間時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比響應(yīng)于第三線性函數(shù)被調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制器，其中所述第一線性函數(shù)的斜率基本為零。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制器，其中所述第三線性函數(shù)的斜率基本為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制器，其中所述輸入電壓信號(hào)是電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制器，其中所述輸入電壓信號(hào)是電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制器，其中所述開(kāi)關(guān)和所述電源控制器都被包括在單片集成電路中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制器，其中所述開(kāi)關(guān)和所述電源控制器都被包括在混合集成電路中。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103441679SQ201310045881
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2006年10月4日
【發(fā)明者】S·鮑爾勒, Z·-J·王 申請(qǐng)人:電力集成公司