本專利申請要求于2015年9月16日提交的美國臨時申請No.62/219,531的權(quán)益，該申請以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種電源轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中很常見。半導(dǎo)體器件在電子部件的數(shù)量和密度上有差別。分立半導(dǎo)體器件通常含有一種類型的電子部件，例如，發(fā)光二極管(LED)、小信號晶體管、電阻器、電容器、電感器以及功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。集成半導(dǎo)體器件通常包含數(shù)百至數(shù)百萬的電子部件。集成半導(dǎo)體器件的示例包括微控制器、微處理器和各種信號處理電路。

半導(dǎo)體器件執(zhí)行多種不同功能，諸如信號處理、高速運算、傳輸并接收電磁信號、控制電子器件、將太陽光轉(zhuǎn)換成電力以及為電視機顯示器生成可視圖像。半導(dǎo)體器件存在于娛樂、通信、功率轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)、計算機以及消費品領(lǐng)域。半導(dǎo)體器件還存在于軍事應(yīng)用、航空、汽車、工業(yè)控制器以及辦公設(shè)備領(lǐng)域。

圖1示出了電子器件50，其具有芯片載體襯底或印刷電路板(PCB)52，該印刷電路板具有安裝在PCB的表面上的多個半導(dǎo)體封裝。電子器件50可具有一種類型的半導(dǎo)體封裝或多種類型的半導(dǎo)體封裝，具體取決于應(yīng)用。出于舉例說明的目的，圖1中示出了不同類型的半導(dǎo)體封裝。

電子器件50可為獨立式系統(tǒng)，其使用半導(dǎo)體封裝來執(zhí)行一種或多種電氣功能。或者，電子器件50可為較大系統(tǒng)的子部件。例如，電子器件50可為平板電腦、移動電話、數(shù)碼相機、電視機、電源或其他電子器件的一部分。電子器件50也可以是被插入到個人計算機的圖形卡、網(wǎng)絡(luò)接口卡或其他擴展卡。半導(dǎo)體封裝可包括微處理器、存儲器、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路、模擬電路、射頻(RF)電路、分立器件或其他半導(dǎo)體裸片或電子部件。

在圖1中，PCB 52提供了常規(guī)襯底，用于安裝在PCB上的半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)支撐和電氣互連。導(dǎo)電信號線54通過使用蒸鍍、電解電鍍、化學(xué)鍍、絲網(wǎng)印刷或另外的合適的金屬沉積工藝，形成于PCB 52的表面上方，或形成于PCB 52的層內(nèi)。信號線54提供每一半導(dǎo)體封裝、安裝部件和其他外部系統(tǒng)部件間的電通信。線54還為每一半導(dǎo)體封裝提供電源和接地連接。在一些實施例中，在半導(dǎo)體封裝之間經(jīng)由線54來傳輸時鐘信號。

出于舉例說明的目的，在PCB 52上示出了若干種類型的一級封裝，包括焊絲封裝56和倒裝芯片58。另外，還示出安裝在PCB 52上的若干種類型的二級封裝，該二級封裝包括球柵陣列(BGA)60、凸塊芯片載體(BCC)62、矩柵陣列(LGA)66、多芯片模塊(MCM)68、無引線四方扁平封裝(QFN)70、四方扁平封裝72、嵌入式晶圓級球柵陣列(eWLB)74和晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)76。根據(jù)系統(tǒng)要求，配置有一級封裝樣式和二級封裝樣式的任何組合的半導(dǎo)體封裝的任何組合，以及其他電子部件，均可連接到PCB 52。

電子器件50的制造商向電子器件提供功率信號，該電子器件用于向設(shè)置在PCB 52上的半導(dǎo)體封裝和其他器件供電。在許多情況下，所提供的功率信號的電壓與操作各個半導(dǎo)體器件所需的電壓不同。通常，制造商會在PCB 52上提供電源轉(zhuǎn)換器電路，以在各個半導(dǎo)體封裝可用的電壓電勢水平上生成穩(wěn)定的直流(DC)電壓信號。通常用于中型及大型電源轉(zhuǎn)換器的一種拓撲結(jié)構(gòu)是LLC串聯(lián)諧振模轉(zhuǎn)換器，這是一種開關(guān)模式電源(SMPS)。

圖2a中示出了LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的一個示例性實施例的電路圖。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100具有一次側(cè)102和二次側(cè)104。一次側(cè)102包括電壓源106，其為DC電壓源。在一個實施例中，電壓源106為例如通過二極管電橋被整流為直流的交流主線路，該主線路由電力公司或市政當局分配到用戶家中或辦公室的電源插座。電壓源106被耦接在接地節(jié)點108和電路節(jié)點110之間。一次側(cè)102還具有高壓側(cè)MOSFET 112，其具有耦接到電路節(jié)點110的漏極端、門極端114和在半橋(HB)節(jié)點122上耦接到MOSFET 116的源極端。低壓側(cè)MOSFET 116包括在HB節(jié)點122處耦接到MOSFET 112的源極端的漏極端、門極端118和耦接到接地節(jié)點108的源極端。

LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的一次側(cè)102包括諧振電感器128、諧振電容器136和變壓器130的一次側(cè)，該變壓器130的一次側(cè)包括在HB節(jié)點122和接地節(jié)點108之間串聯(lián)的一次繞組132和磁化電感134。諧振電感器128、一次繞組132、磁化電感134和諧振電容器136形成LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的LLC儲能回路?？刂破魍ㄟ^使用門極114和門極118交替地接通和斷開MOSFET 112和MOSFET 116，驅(qū)動由諧振電感器128、一次繞組132、磁化電感134和諧振電容器136形成的LLC諧振儲能回路?？刂破魍ㄟ^在門極端114施加正電壓來接通MOSFET 112，并通過向門極端114施加接地電壓電勢來斷開MOSFET 112?？刂破魍ㄟ^在門極端118施加正電壓來接通MOSFET 116，并通過向門極端118施加接地電壓電勢來斷開MOSFET 116。

MOSFET 112和MOSFET 116為n溝道MOSFET，表示負載流子(即電子)是流過MOSFET的電流的多數(shù)載流子。在其他實施例中，使用p溝道MOSFET，其具有正電子空穴作為多數(shù)載流子。當門極端電壓電勢足夠大時，n溝道MOSFET在n溝道MOSFET的漏極端和源極端之間提供低電阻。MOSFET的門極處于接地電勢或至少低于閾值時，MOSFET的漏極與源極間具有較大電阻。

在理想情況下，當n溝道MOSFET的門極具有正電壓電勢時其電阻為零，并且當其門極處于接地電勢時，其電阻為無窮大。MOSFET 112和MOSFET 116作為開關(guān)工作，由來自耦接到MOSFET相應(yīng)門極的控制器的控制信號打開和閉合。開關(guān)，例如MOSFET 112和MOSFET 116，被閉合也被稱為開關(guān)被“接通”，因為電流能夠在開關(guān)兩端之間流動。打開的開關(guān)被稱為被“斷開”，因為電流不在開關(guān)兩端之間顯著地流動。雖然LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的開關(guān)示出為MOSFET，但在其他實施例中也使用其他類型的電控開關(guān)，例如，雙極性結(jié)型晶體管(BJT)。MOSFET包括為導(dǎo)通端的源極端和漏極端，以及作為控制端的門極端。BJT包括為導(dǎo)通端的發(fā)射極端和集電極端，以及作為控制端的基極端。

當接通MOSFET 112并斷開MOSFET 116時，HB節(jié)點122通過MOSFET 112耦接到電路節(jié)點110上的正電壓。當接通MOSFET 116并斷開MOSFET 112時，HB節(jié)點122通過MOSFET 116耦接到接地節(jié)點108。MOSFET 112和MOSFET 116的切換使得HB節(jié)點122處的電壓電勢在電壓源106的電壓電勢與接地電勢之間交替變換。HB節(jié)點122處的脈動電壓電勢使得諧振電感器128、一次繞組132、磁化電感134和諧振電容器136產(chǎn)生諧振。

磁化電感134不是實際的物理電感器，而是在分析中用于表示流過變壓器130的用于磁化磁芯137的部分電流。通過磁耦合，能量從一次繞組132傳送到二次繞組138。由于磁心不具有完全有效的磁響應(yīng)，因此磁芯137中會損耗一定比例的輸入到變壓器130的功率，其經(jīng)分析為流過磁化電感134的電流。

當HB節(jié)點122在接地電壓和電壓源106的電壓電勢之間切換時，功率從一次繞組132傳送到二次繞組138。電路節(jié)點152作為中心抽頭被連接到二次繞組138。二次繞組部分138a耦接在中心抽頭的電路節(jié)點152和二極管142之間，同時二次繞組部分138b耦接在中心抽頭的電路節(jié)點152和二極管144之間。二極管142和二極管144對流過二次繞組138的電流進行整流。電容器146耦接在電路節(jié)點150和電路節(jié)點152之間，以對電壓進行濾波使其成為更穩(wěn)定的直流電壓。

圖2b示出了在完整的功率傳送周期內(nèi)，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的各個電路節(jié)點上的電壓和電流的時序圖。時間示出于X軸或水平軸上，并且電壓或電流幅值示出于Y軸或垂直軸上。時間未以時間單位標記，而是用于區(qū)分LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的操作模式。

圖2b中的信號154表示由控制器集成電路(IC)生成，并被路由至MOSFET 112的門極114的信號。在零時刻，信號154從邏輯零變?yōu)檫壿嬕?，或從接地電壓變成正電壓。正電壓處的信?54接通MOSFET 112，該MOSFET 112將HB節(jié)點122耦接到電路節(jié)點110處的電壓。在時刻2，信號154返回到邏輯零或接地電勢。

圖2b中的信號155表示由控制器IC生成，并被路由至MOSFET 116的門極118的信號。信號155在時刻3從邏輯零轉(zhuǎn)變到邏輯一，并在時刻5返回到邏輯零。正電壓處的信號155接通MOSFET 116，該MOSFET 116將HB節(jié)點122耦接到接地節(jié)點108。

圖2b中的一次電流156是流過變壓器130的一次側(cè)的總電流，即流過磁化電感134的電流和流過一次繞組132的電流之和。磁化電流157是流過磁化電感134的電流，該磁化電感134用于磁化變壓器130的磁芯137。從零時刻開始，由于通過MOSFET 112耦接到電路節(jié)點110處的正電壓，從而電流156和電流157從負值增加到正值。一次電流156的弧度示出了諧振電容器136和諧振電感器128之間的諧振。在時刻1之前，當一次電流156為負時，在零電壓開關(guān)(ZVS)條件下，MOSFET 112的體二極管導(dǎo)通并允許信號154接通MOSFET 112。

總的一次電流156和磁化電流157之差被傳送到二次繞組138。在圖2b中，二次繞組138中的反射電流被示出為二次電流158。二次電流158基于一次電流156和磁化電流157之間的差值來確定。一次電流156的磁化電流157部分被用來磁化磁芯137，而一次電流156的剩余部分則體現(xiàn)為二次電流158。二次電流158被示出為僅包括正值，因為負電流在電路節(jié)點150處被二極管142和二極管144整流成正電壓。

在時刻2，信號154返回到接地電壓電勢，關(guān)斷MOSFET 112。電流156和電流157倒轉(zhuǎn)方向，并且MOSFET 116的體二極管導(dǎo)通到接地節(jié)點108。由于耦接至接地節(jié)點108，電流156和電流157從正值下降到負值，產(chǎn)生時刻0與時刻2之間的電流的鏡像。在時刻3，當一次電流156保持為正時，信號155接通MOSFET 116，以實現(xiàn)ZVS。由于二極管142和二極管144的整流，二次電流158在時刻3和時刻5之間具有正脈沖。流過二極管142或二極管144到電路節(jié)點150的二次電流158，給電容器146充電并向連接在電路節(jié)點150和電路節(jié)點152之間的負載供電。

由于其高效率和高功率密度，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器通常用于中型及大型電源轉(zhuǎn)換器。在較高功率的電路中，使用功率因數(shù)校正(PFC)前端電路來調(diào)節(jié)電壓源106的電壓電勢。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器也在一些低功率器件中使用。在一些實施例中，可在沒有PFC前端的情況下使用LLC諧振轉(zhuǎn)化器100，通常用于低功率應(yīng)用以提高效率。然而，在沒有PFC前端的情況下，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100在電路節(jié)點110處接收寬范圍的輸入電壓。例如，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100在美國可被插入到120伏的插座，或在歐洲可被插入到230伏的電源插座。較高的輸入電壓增加LLC諧振變換器100的最大功率輸出。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100可被設(shè)計成通過在輸入電壓范圍內(nèi)把輸出功率限制在近似恒定的值，來補償可變輸入電壓，這被稱為過功率保護(OPP)。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的OPP系統(tǒng)限制在較高輸入電壓下流過MOSFET 112、MOSFET 116、變壓器130、二極管142、二極管144及其他電路元件的電流，以保護零件不因過熱而損壞。

LLC諧振模轉(zhuǎn)換器的OPP系統(tǒng)中的一條有用的信息是轉(zhuǎn)換器的輸入功率。進行輸入功率計算，以確定輸入功率是否超出閾值，以及是否應(yīng)該由OPP系統(tǒng)來降低輸入功率。然而，忽略流過變壓器130的磁化電流157來計算LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的精確功率輸入水平具有較大難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有必要提供能夠確定LLC諧振模轉(zhuǎn)換器的輸入功率的電源轉(zhuǎn)換電路。

因此，在一個實施例中，本實用新型是一種電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括：分體諧振電容；功率計算器，所述功率計算器包括耦接到所述分體諧振電容的輸入；比較器，所述比較器包括耦接到所述功率計算器的輸出的所述比較器的第一輸入，以及耦接到參考電壓電勢的所述比較器的第二輸入；以及反饋箝位，所述反饋箝位包括耦接到所述比較器的輸出的所述反饋箝位的輸入。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器耦接在所述分體諧振電容和所述功率計算器之間。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括：MOSFET，所述MOSFET包括耦接到所述分體諧振電容的導(dǎo)通端；和觸發(fā)塊，所述觸發(fā)塊包括耦接到所述MOSFET的控制端的輸入和耦接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述觸發(fā)塊的輸出。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括耦接到所述功率計算器的所述輸出的功率因數(shù)校正控制器。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括耦接到所述功率計算器的所述輸出的階躍控制器。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括耦接到所述功率計算器的所述輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出被耦接到所述反饋箝位的所述輸入。

在另一個實施例中，本實用新型是一種電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括：分體諧振電容；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置為對所述分體諧振電容的電壓電勢進行采樣；以及輸入功率計算器，所述輸入功率計算器被配置為根據(jù)所述分體諧振電容的樣本，確定所述電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括耦接到所述輸入功率計算器的輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)上述電源轉(zhuǎn)換電路的一個單獨實施例，其特征在于還包括耦接到所述輸入功率計算器的輸出的可變箝位。

在一個實施例中，本實用新型是生成電壓信號的一種方法，該方法包括如下步驟：提供包括諧振電容器的電源轉(zhuǎn)換電路、提供在第一時間采集諧振電容器的電壓電勢的第一樣本、提供在第二時間采集諧振電容器的電壓電勢的第二樣本，并根據(jù)第一樣本和第二樣本之間的差值來確定電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

在另一個實施例中，本實用新型是確定電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平的一種方法，該方法包括如下步驟：在第一時間采集諧振電容器的電壓電勢的第一樣本、在第二時間采集諧振電容器電壓的電壓電勢的第二樣本，并根據(jù)第一樣本和第二樣本來確定電流。

在另一個實施例中，本實用新型是包括分體諧振電容的電源轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置為對分體諧振電容的電壓電勢進行采樣。輸入功率計算器被配置為根據(jù)分體諧振電容的樣本，確定電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

附圖說明

圖1示出了使用LLC諧振模轉(zhuǎn)換器的示例性電路板；

圖2a至圖2b示出了LLC諧振模轉(zhuǎn)換器的示例性電路圖及對該轉(zhuǎn)換器的操作；

圖3示出了包括過功率保護(OPP)電路的LLC諧振模轉(zhuǎn)換器的電路圖和框圖；

圖4示出了使用OPP電路限制反饋電壓；

圖5示出了實現(xiàn)OPP電路的流程圖；

圖6a至圖6b示出了通過對電流感應(yīng)電壓采樣來確定輸出功率；并且

圖7示出了具有用數(shù)字方式實現(xiàn)的OPP電路的集成電路。

具體實施方式

下文結(jié)合附圖描述了一個或多個實施例，附圖中類似的數(shù)字代表相同或相似的元件。雖然附圖為了實現(xiàn)某些目的而按照最佳模式來描述，但該描述旨在涵蓋可包括在本公開的精神和范圍內(nèi)的替代形式、修改形式和等同物。

圖3示出了具有過功率保護(OPP)電路160的LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的一次側(cè)102；電容器161和電容器162形成分壓器，并與諧振電容器136并聯(lián)。電容器161和電容器162在電路節(jié)點166處提供分體諧振電容電壓信息。相對于使用由電阻器組成的分壓器，使用電容器161和電容器162的分壓器來減少電路節(jié)點166處的信號相移，盡管在一些實施例中也使用電阻器的分壓器。

在電路節(jié)點166處，諧振電容器136兩端的分壓被稱為V_CS，其作為輸入提供給平均電流計算器170。平均電流計算器170在電路節(jié)點166處對電壓電勢采樣，以確定忽略流過磁化電感134的電流時流過一次繞組132的平均電流，如參照后面附圖中更詳細解釋的。為忽略流過磁化電感134的電流，平均電流計算器170在圖2b中的時刻0，在信號154的上升沿采集V_CS的第一樣本。平均電流計算器170在圖2b中的時刻2，在信號154的下降沿采集V_CS的第二樣本。V_CS的第一樣本和第二樣本間的差值提供在MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間的ΔV_CS。流過磁化電感134的電流忽略不計，因為在MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間磁化電流157的平均幅值大約為零。因此，在MOSFET 112的接通持續(xù)時間內(nèi)(在圖2b中從時刻0到時刻2)的ΔV_CS與LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的平均輸入電流近似成比例，該平均輸入電流實際上被傳送到二次側(cè)104并提供給負載。

平均電流計算器170在電路節(jié)點172處輸出與ΔV_CS除以MOSFET 112的接通持續(xù)時間成比例的信號。在一個實施例中，電路節(jié)點172包含模擬信號，該模擬信號具有表示一段時間內(nèi)的ΔV_CS的電壓電勢。在其他實施例中，電路節(jié)點172是集成電路上的數(shù)字總線或是硬件寄存器值，該硬件寄存器值包含與一段時間內(nèi)的ΔV_CS成比例的數(shù)字值。等式P＝V*I給出了用于計算電功率的一個公式，其中P是電功率，V是電壓，I是電流。輸入功率計算器174通過將電路節(jié)點172處的平均電流值乘以在電路節(jié)點110處接收的電壓電勢，計算出LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸入功率。

在一些實施例中，使用模擬乘法器在電路節(jié)點176輸出模擬信號，該模擬信號與LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的功率輸入成比例。在一個實施例中，輸入功率計算器174接收或確定與電路節(jié)點110處的電壓成比例的數(shù)字值，并使用微處理器將數(shù)字電壓值乘以在電路節(jié)點172接收到的數(shù)字電流值。在其他實施例中，平均電流計算器170和輸入功率計算器174表示在微處理器上執(zhí)行的子程序，并且電路節(jié)點172和電路節(jié)點176表示存儲表示輸入電流與輸入功率的變量的硬件寄存器或其他存儲元件。

在一些實施例中，輸入功率計算器174為電路節(jié)點176處輸出的功率計算中引入偏移量。在輸入功率計算器174中加入偏移量使得電路節(jié)點176上的功率電平信號補償LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的低效率。在一些實施例中，由輸入功率計算器174加入的偏移量為加到輸入功率計算或從輸入功率計算中減去的固定值。在其他實施例中，偏移量與輸入電流成比例，即對于較大的輸入電流，輸入功率計算器174會加入較大的偏移量。

輸入功率計算器174在電路節(jié)點176處輸出與LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸入功率成比例的模擬信號或數(shù)字信號。功率參考180提供表示電路節(jié)點176的所需值的信號。比較器178接收電路節(jié)點176和功率參考180處的功率電平信號。如圖所示，比較器178為運算放大器(運放)，其提供有電容器182作為反饋通道，以使比較器178變成積分器。在其他實施例中，功率參考180和輸入功率計算器174輸出數(shù)字值，并且比較器178為數(shù)字比較器或積分器。在一個實施例中，比較器178是在微處理器上運行的軟件子程序，并且電路節(jié)點176、功率參考180和電路節(jié)點183是存儲在硬件寄存器或其他存儲器中的變量。

比較器178比較來自功率參考180的信號和電路節(jié)點176處的功率電平信號，并在電路節(jié)點183處生成輸出，該輸出指示電路節(jié)點176處的輸入功率信號離功率參考180有多遠。電路節(jié)點183作為輸入耦合到可變反饋箝位184?？勺兎答侒槲?84對電路節(jié)點185處的反饋電壓V_FB進行箝位，使其達到由電路節(jié)點183處的電壓電勢所決定的最大電壓電勢。在電路節(jié)點183為數(shù)字值的實施例中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器耦接在比較器178和可變反饋箝位184之間。在其他實施例中，可使用數(shù)字值對可變反饋箝位184進行編程?？勺兎答侒槲?84被示出為用作電壓箝位的可變齊納二極管，但在其他實施例中還使用可變電流箝位。來自LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的二次側(cè)104的反饋信號如圖4中所示生成，并在電路節(jié)點185處被接收?？勺兎答侒槲?84通過向一次側(cè)102上的接地節(jié)點108提供分流，來限制V_FB的電壓電平。

將可選偏移量188施加到電路節(jié)點166處的電流感應(yīng)電壓V_CS，然后比較器186對V_CS和V_FB進行比較。比較器186的輸出經(jīng)由電路節(jié)點187路由至驅(qū)動器邏輯190。驅(qū)動器邏輯190是控制器，其通過切換門極端114和門極端118的電壓，來接通或斷開MOSFET 112和MOSFET 116。在一個實施例中，驅(qū)動器邏輯190是形成于具有平均電流計算器170和輸入功率計算器174的通用IC上的區(qū)塊。在一些實施例中，在驅(qū)動器邏輯190與MOSFET 112和MOSFET 116之間使用額外的半橋驅(qū)動器。

在圖2b中的時刻2，當V_CS超出V_FB時，驅(qū)動器邏輯190斷開MOSFET 112。當V_FB降低時，MOSFET 112的接通持續(xù)時間提前終止，這會降低通過變壓器130的功率傳送。如圖4中所示，當達到或超出輸出電路節(jié)點150處的所需電壓時，一般從二次側(cè)104降低V_FB。當輸出功率超出由OPP 160確定的所需電平時，使用可變反饋箝位184，從一次側(cè)102人為地降低V_FB。降低的V_FB減少MOSFET 112的接通持續(xù)時間，這會降低功率通過變壓器130傳送到二次側(cè)104，并限制總的輸入功率。

圖4示出了從二次側(cè)104在電路節(jié)點185處生成V_FB。穩(wěn)壓器200耦接到電路節(jié)點150和電路節(jié)點152，以檢測LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓。當LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上的負載增大時，由于流過負載的電流使電容器146放電，因此電路節(jié)點150處的電壓下降。穩(wěn)壓器200斷開光耦合器202，以使得緩沖器210的輸入不會通過光耦合器202顯著地耦合到接地節(jié)點108。緩沖器210的輸入通過上拉電阻器204耦合到V_CC節(jié)點206，而不是通過光耦合器202耦合到接地節(jié)點108。緩沖器210輸出正電壓，并且電路節(jié)點185處的反饋電壓接近最大V_FB電勢。電阻器212和電阻器214形成分壓器，以降低緩沖器210的電壓電勢輸出。可變反饋箝位184還降低電路節(jié)點185處的如由OPP 160所決定的反饋電壓電勢。斷開光耦合器202來增加電路節(jié)點185處的V_FB會增加通過變壓器130的功率傳送，以提高電路節(jié)點150處的輸出電壓電勢。

一旦輸出電路節(jié)點150處的電壓電勢增加到達到或超出所需輸出電壓電勢，穩(wěn)壓器200就會接通光耦合器202，以通過光耦合器將緩沖器210的輸入耦合到接地節(jié)點108。電路節(jié)點185處的V_FB降低，這減少了MOSFET 112的接通持續(xù)時間，以及通過變壓器130傳送到二次側(cè)104的功率量。穩(wěn)壓器200增加或減少通過變壓器130傳送的功率，以使輸出電路節(jié)點150大約保持在所需電壓電勢。

電路節(jié)點183處由OPP 160生成的控制信號，限制當穩(wěn)壓器200斷開光耦合器202時被傳送的功率量。將功率輸出限制為所需電平可保護MOSFET 112、MOSFET 116、變壓器130、二極管142和二極管144，以及LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的其他部分不會過熱，并且不會對部件造成可能的損壞。沒有OPP 160的情況下，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的最大功率輸出隨著輸入電壓而增加。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100可被校準，以具有所需最大功率輸出，例如，輸入為120伏時所需最大功率輸出為100瓦，但在輸入為230伏時能夠輸出200瓦功率從而使轉(zhuǎn)化器過熱或損壞。OPP 160將LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸出功率限制在輸入電壓范圍內(nèi)的大約恒定的最大值。

圖5示出了使用OPP 160計算LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸出功率的流程圖220。流程圖220被實現(xiàn)為體現(xiàn)平均電流計算器170和輸入功率計算器174的微處理器代碼。在其他實施例中，流程圖220在硬件中被實現(xiàn)為數(shù)字有限狀態(tài)機。

在步驟230，平均電流計算器170等待MOSFET 112的門極端114處控制信號的上升沿，該上升沿指示MOSFET 112被接通。在門極端114的上升沿處流程圖220轉(zhuǎn)到步驟232。在步驟232，平均電流計算器170對V_CS節(jié)點166的電壓電勢進行采樣，并啟動計時電路來測量門極端114保持高電平的時長。

在對V_CS節(jié)點166采樣并啟動計時器之后，OPP 160轉(zhuǎn)到步驟234，在該步驟等待門極端114處電壓電勢的下降沿。流程圖220停留在步驟234，直到檢測到門極端114的下降沿時到達步驟236。在步驟236，OPP 160對V_CS進行第二次采樣然后使計時器停止。在步驟236之后，OPP 160已確定三個變量：接通MOSFET 112時V_CS的電壓電勢、斷開MOSFET 112時V_CS的電壓電勢、以及MOSFET 112接通的時間量。在一個實施例中，這三個變量存儲在三個不同的硬件寄存器或其他存儲器中。在另一個實施例中，這三個變量作為三個電路節(jié)點上的三種不同的模擬電壓存在。

在步驟238，平均電流計算器170使用這三個變量來計算平均輸入電流。根據(jù)ΔV_CS，即V_CS節(jié)點166的采集的兩個樣本之間的差值，除以兩次采樣之間的時間，計算出平均電流。由平均電流計算器170在步驟238計算出的平均電流被存儲在一個變量中，以供輸入功率計算器174在步驟240至步驟242使用。

在步驟240，輸入功率計算器174對電路節(jié)點110的輸入電壓進行采樣。在一些實施例中，輸入功率計算器174在對V_CS節(jié)點166進行第一或第二次采樣的同時，對電路節(jié)點110進行采樣。在其他實施例中，在電路節(jié)點110處對輸入電壓的采樣在V_CS的兩次采樣之間、在V_CS的第一次采樣之前或在V_CS的第二次采樣之后進行。在流程圖220的一些實施中，輸入功率計算器174不在電路節(jié)點110處對輸入電壓進行采樣，而是使用先前的采樣值。

在步驟242，輸入功率計算器174通過將在步驟238計算出的平均電流乘以在步驟240檢測到的電壓，來計算LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸入功率。在步驟244，電路節(jié)點183上的值由比較器178進行修改。比較器178表示由微處理器執(zhí)行的計算，并且電路節(jié)點183表示作為計算結(jié)果而存儲在一個變量中的數(shù)字值。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將與所存儲的數(shù)字值成比例的模擬值輸出至可變反饋箝位184。在其他實施例中，運算放大器被用于比較器178，并且電路節(jié)點183包含從運算放大器輸出的模擬值。

步驟244的結(jié)果是如果LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的輸入功率超出閾值，則V_FB節(jié)點185上的電壓電勢降低。V_FB的降低會在隨后的功率傳送周期中減少MOSFET 112的接通持續(xù)時間，并因此減少通過變壓器130傳送到二次側(cè)104的功率。在一些實施例中，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的控制器，例如驅(qū)動器邏輯190，針對MOSFET 116使用與MOSFET 112相同的接通持續(xù)時間。狀態(tài)246表示流程圖220的后續(xù)執(zhí)行之間的可選延遲。在各種實施例中，每100毫秒、每一秒、門極端114的每所需脈沖數(shù)量或任何其他適當數(shù)量的延遲時間，OPP 160會重新計算輸入功率。在一些實施例中，OPP 160在門極端114的每一脈沖重新計算輸入功率。在其他實施例中，OPP 160根據(jù)門極端118的脈沖，或基于HB節(jié)點122的轉(zhuǎn)變來計算輸入功率。

圖6a和圖6b示出了V_CS節(jié)點166處疊加在門極端114的信號上的電壓電勢。圖6a示出了被施加到MOSFET 112的門極端114的控制信號250，和在LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上基本無負載時的V_CS信號252。按照圖5中的流程圖220，V_CS信號252的第一次采樣254在時刻0由信號250的上升沿觸發(fā)。V_CS信號252的第二次采樣256在時刻2由信號250的下降沿觸發(fā)。LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上沒有相當大的負載時，樣本254的電壓電勢大約等于樣本256的電壓電勢。

因為在MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間，通過變壓器130從一次側(cè)102傳送到二次側(cè)104的功率可忽略不計，所以磁化電流157是影響V_CS的唯一重要分量。如圖2b中磁化電流157所示，在MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間，磁化電流圍繞零軸大致對稱。在MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間，磁化電流157不會引起V_CS電壓電勢產(chǎn)生顯著的凈變化。當磁化電流為負時，從諧振電容器136中移除一些電荷；而當磁化電流為正時，將大致等量的電荷返回到諧振電容器136。當LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上無負載時，樣本254和樣本256之間的電壓差值可忽略不計。

圖6b示出了被施加到MOSFET 112的門極端114的控制信號260，以及在LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上具有重負載時的V_CS信號262。按照流程圖220的步驟230至步驟232，在時刻0采集V_CS信號262的樣本264。按照流程圖220的步驟234至步驟236，在時刻2采集V_CS信號262的樣本266。當LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100具有重負載時，V_CS除了受磁化電流157影響外，還受流過一次繞組132的電流影響。圖2b中，流過一次繞組132和磁化電感134的總電流被示出為一次電流156。一次電流156示出了在時刻0和時刻2之間，LLC儲能回路的總電流為正的時間明顯長于該電流為負的時間。

圖6b中，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100上的重負載使一次電流156只是增加超過磁化電流157，從而導(dǎo)致V_CS信號262對于樣本266具有比樣本264更高的電壓電勢。ΔV_CS表示MOSFET 112的接通持續(xù)時間期間的諧振電容器136上凈電荷之差。通過將電荷差除以MOSFET 112的接通持續(xù)時間，來獲得平均電流。在MOSFET 112的接通持續(xù)時間的開始和結(jié)束時對V_CS節(jié)點166采樣，基本上忽略磁化電流157對OPP 160進行的功率計算的影響。

圖7示出了OPP 160的數(shù)字IC實現(xiàn)方式。線300劃定片上部件和片外部件之間的界線。在其他實施例中，LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100和OPP 160的各種部件可在集成電路之上或在集成電路之外。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)302通過IC輸入端303和緩沖器304接收與輸入電壓成比例的信號。ADC 302通過IC輸入端305和緩沖器306接收來自V_CS節(jié)點166的電流感應(yīng)電壓。

ADC觸發(fā)塊310接收信號312、314、114和118作為輸入，并由ADC 302通過使用采樣觸發(fā)信號322、324和326來觸發(fā)對V_CS和V_IN的采樣。ADC觸發(fā)塊310的額外輸出328引起計數(shù)器330在MOSFET 112接通時計數(shù)。輸入信號312是在HB節(jié)點122處電壓的上升沿脈動的信號。輸入信號314是在HB節(jié)點122處電壓的下降沿脈動的信號。輸入信號114和輸入信號118是分別控制MOSFET 112和MOSFET 116的控制信號。

根據(jù)圖5中的流程圖220，ADC觸發(fā)塊310觸發(fā)ADC 302對V_CS和V_IN采樣。計時可僅基于控制信號114的輸入，僅基于輸入信號312和314，或基于輸入信號312、314、114和118的任意組合。ADC觸發(fā)塊310根據(jù)需要加上或減去輸入信號和輸出觸發(fā)信號之間的延遲以補償系統(tǒng)中的延遲，從而觸發(fā)ADC 302在MOSFET 112的門極端114處的信號邊沿采樣。在其他實施例中，在門極端118或HB節(jié)點122的邊沿進行采樣。

采樣觸發(fā)信號322引起ADC 302對V_CS節(jié)點166進行數(shù)字采樣并將樣本存儲在寄存器中，在時刻0(即門極端114的上升沿)作為數(shù)字V_CS樣本332輸出。采樣觸發(fā)信號324引起ADC 302對V_CS節(jié)點166進行數(shù)字采樣并將樣本存儲在寄存器中，在時刻2(即門極端114的下降沿)作為數(shù)字V_CS樣本334輸出。采樣觸發(fā)信號326引起ADC 302對V_IN進行數(shù)字采樣并將樣本存儲在寄存器中，在任何合適的時間作為數(shù)字V_IN樣本336輸出。采樣觸發(fā)信號322、324和326引起ADC 302在觸發(fā)信號的邊沿采樣，或根據(jù)觸發(fā)信號的值來采樣?？稍贖B節(jié)點122從低到高轉(zhuǎn)變的不久之前、轉(zhuǎn)變期間或轉(zhuǎn)變后不久，觸發(fā)ADC 302采集V_CS樣本332?？稍贖B節(jié)點122從高到低轉(zhuǎn)變的不久之前、轉(zhuǎn)變期間或轉(zhuǎn)變后不久，觸發(fā)ADC 302采集V_CS樣本334。

計數(shù)器330是數(shù)字計數(shù)器，其從ADC觸發(fā)塊310接收控制信號328，并使用系統(tǒng)時鐘輸入340順計時MOSFET 112的接通持續(xù)時間。在門極端114處控制信號的下降沿之后，計數(shù)器330將MOSFET 112的接通持續(xù)時間作為T_ON 342輸出。在一些實施例中，用模擬計時器來代替計數(shù)器330。當MOSFET 112接通時，電容器以大致恒定的速率充電或放電。測量電容器在MOSFET 112接通和在MOSFET 112斷開時的電壓電勢差，指示基于電壓電勢變化的大致恒定速率的MOSFET 112接通時長。在其他實施例中，使用除了數(shù)字計數(shù)器330或模擬計時器之外的其他類型的計時電路。

輸入功率計算塊344接收第一V_CS樣本332、第二V_CS樣本334、V_IN樣本336和T_ON 342。輸入功率計算塊344根據(jù)下面的等式1生成LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100當前的功率輸出值。

在等式1中，從V_CS樣本334減去V_CS樣本332得出從諧振電容器136中移除或向其添加的凈電荷量。凈電荷除以T_ON 342，可轉(zhuǎn)換成平均電流。該電流乘以V_IN樣本336可轉(zhuǎn)換成功率值。輸入功率計算塊344輸出數(shù)字值，其代表作為輸入功率數(shù)據(jù)350的到LLC諧振變換器100的功率輸入。

輸入功率數(shù)據(jù)350被路由到生成階躍控制信號354的階躍控制塊352。階躍控制塊352采用階躍控制信號354開始階躍模式。階躍模式用于在低功率的情況下躍過LLC諧振模轉(zhuǎn)換器100的一些功率傳送周期，以節(jié)省能源。階躍控制信號354被路由到生成到門極端114和門極端118的信號的控制器，例如驅(qū)動器邏輯190，以告知控制器開始階躍模式。并非所有實施例都使用階躍控制塊352。

輸入功率數(shù)據(jù)350被路由到PFC控制塊356。PFC控制塊356生成PFC控制信號358。PFC控制信號358被路由以啟用或禁用PFC前端。在一些實施例中，當輸入功率低于閾值時，PFC控制塊356禁用PFC前端以節(jié)省能源。并非所有實施例都使用PFC控制塊356。

輸入功率數(shù)據(jù)350被路由到OPP控制塊360。在圖3中，OPP控制塊360包括比較器178的功能。OPP控制塊360輸出指示相對于最大功率參考值計算出的輸入功率的數(shù)字值。數(shù)模轉(zhuǎn)換器362將來自O(shè)PP控制塊360的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為電路節(jié)點183上的模擬值。當輸入功率增加到大于所需最大值時，電路節(jié)點183偏置可變反饋箝位184，以降低電路節(jié)點185處的電壓電勢。

OPP 160只需輸入V_FB、V_IN和V_CS即可在集成電路上實現(xiàn)。對OPP 160的控制由微處理器執(zhí)行代碼來實現(xiàn)，或由MOSFET 112和MOSFET 116的控制信號觸發(fā)的狀態(tài)機來實現(xiàn)。OPP 160通過對電流感應(yīng)電壓進行兩次采樣并除以時間來計算出平均輸入電流。在接通和斷開事件期間對V_CS采樣，并計算出由兩個采樣點限定的斜率，約去磁化電流分量，從而確定平均輸入電流。平均輸入電流信息與輸入電壓相乘得到輸入功率。通過經(jīng)由可變反饋箝位184來降低反饋電壓，將輸入功率限制在參考水平。在一些實施例中，使用另外的線性補償來消除由應(yīng)用的低效率造成的輸入功率與輸出功率之間的差值。

雖然已示出并詳細描述了一個或多個實施例，但技術(shù)人員將理解，在不脫離本公開范圍的情況下可對這些實施例作出修改和調(diào)整。下文中列出了多個示例性實施例，而其他實施例也是可能的。

在第一實施例中，生成電壓信號的方法包括如下步驟：提供包括諧振電容器的電源轉(zhuǎn)換電路、提供在第一時間采集的諧振電容器電壓電勢的第一樣本、第二時間采集的諧振電容器電壓的第二樣本，并根據(jù)第一樣本和第二樣本之間的差值來確定電力轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

在第二實施例中，第一實施例的方法還包括如下步驟：提供包括門極端的MOSFET、選擇大約為MOSFET的接通時間的第一時間、以及選擇大約為MOSFET的斷開時間的第二時間。

在第三實施例中，第一實施例的方法還包括如下步驟：提供計時電路、以及使用該計時電路測量第一時間與第二時間之間的差值。

在第四實施例中，第一實施例的方法還包括如下步驟：提供電源轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓的第三樣本，以及根據(jù)輸入電壓的第三樣本來確定電源轉(zhuǎn)換電路功率。

在第五實施例中，第一實施例的方法還包括如下步驟：根據(jù)功率電平來控制功率因數(shù)校正電路。

在第六實施例中，第一實施例的方法還包括如下步驟：提供被配置為限制功率電平的可變箝位，并根據(jù)功率電平控制可變箝位。

在第七實施例中，確定電源轉(zhuǎn)換電路功率電平的方法包括如下步驟：在第一時間采集諧振電容器的電壓電勢的第一樣本、在第二時間采集諧振電容器的電壓電勢的第二樣本，并根據(jù)第一樣本和第二樣本來確定電流。

在第八實施例中，第七實施例的方法還包括如下步驟：采集電源轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓的第三樣本，以及根據(jù)第一樣本、第二樣本、第三樣本來確定電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

在第九實施例中，第八實施例的方法還包括如下步驟：當功率電平超過閾值時限制電流。

在第十實施例中，第八實施例的方法還包括如下步驟：當功率電平低于閾值時，暫時禁用電源轉(zhuǎn)換電路。

在第十一實施例中，第八實施例的方法還包括如下步驟：根據(jù)電源轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓提供反饋信號，并且當功率電平超過閾值時將反饋信號分流至接地電壓電勢。

在第十二實施例中，第七實施例的方法還包括如下步驟：提供LLC諧振模電源轉(zhuǎn)換電路。

在第十三實施例中，第七實施例的方法還包括如下步驟：在第一時間和第二時間之間啟用計時電路，并根據(jù)第一樣本、第二樣本和計時電路的輸出來確定電流。

在第十四實施例中，第十三實施例的計時電路包括模擬計時器或數(shù)字計數(shù)器。

在第十五實施例中，電源轉(zhuǎn)換電路包括分體諧振電容。模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置為對分體諧振電容的電壓電勢進行采樣。輸入功率計算器被配置為根據(jù)分體諧振電容的樣本，確定電源轉(zhuǎn)換電路的功率電平。

在第十六實施例中，第十五實施例的電源轉(zhuǎn)換電路還包括MOSFET，該MOSFET包括耦接到分體諧振電容的導(dǎo)通端。觸發(fā)塊包括耦接到MOSFET的控制端的輸入和被配置為觸發(fā)采樣的觸發(fā)塊的輸出。

在第十七實施例中，第十五實施例的電源轉(zhuǎn)換電路還包括耦接到輸入功率計算器的功率因數(shù)校正控制器。

在第十八實施例中，第十五實施例的電源轉(zhuǎn)換電路還包括耦接到輸入功率計算器的輸出的階躍控制器。

在第十九實施例中，第十五實施例的電源轉(zhuǎn)換電路還包括耦接到輸入功率計算器的輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

在第二十實施例中，第十九實施例的電源轉(zhuǎn)換電路還包括耦接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的可變箝位。