专利名称：用于初级侧控制功率转换器的闭合回路脉宽调制控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于功率转换器的脉冲宽度调制(脉宽调制)控制器， 且更明确地说涉及一种用于开关模式功率转换器的脉宽调制控制器。
背景技术：
见，离线功率转换器必须在其初级侧与次级侧之间提供电隔离(galvanic isolation)。在控制电路配备在功率转换器的初级侧的情况下，需要光耦 合器和次级侧调节器来调节功率转换器的输出电压和输出电流。本发明的 目的是提供一种脉宽调制控制器，其用于控制功率转换器在初级侧的输出 电压和输出电流，而不需要光耦合器和次级侧调节器。因此，可降低功率 转换器的尺寸和成本。发明内容一种用于初级侧控制功率转换器的闭合回路脉宽调制控制器包括电 压波形检测器，其产生电压反馈信号和放电时间信号。电压波形检测器经 由分压器的电阻器耦合到变压器的辅助绕组。放电时间信号表示次级侧切 换电流的放电时间。电流波形检测器通过电流感测装置对初级侧切换电流 进行取样来产生电流波形信号。积分器用于将电流波形信号与放电时间信 号进行积分来产生电流反馈信号。振荡器产生用于决定切换信号的切换频 率的振荡信号。切换信号用于切换变压器并调节功率转换器的输出。积分 器的时间常数与切换信号的切换周期相关，因此电流反馈信号与功率转换 器的输出电流成正比例。第一运算放大器和第一参考电压形成电压回路误 差放大器以放大电压反馈信号并提供回路增益以用于输出电压控制。第二 运算放大器和第二参考电压形成电流回路误差放大器以放大电流反馈信号 并提供回路增益以用于输出电流控制。切换控制电路包含脉宽调制电路、第一比较器和第二比较器，用于依据电压回路误差放大器的输出和电流回路误差放大器的输出来产生切换信号并控制切换信号的脉冲宽度。因此， 调节了功率转换器的输出电压和最大输出电流。应了解，上文大体上的描述和下文详细的描述均是示范性的，且希望 提供对所主张的本发明的更阐释。通过考虑随后的描述内容和附图将明白 其它目的和优点。
附图是为了提供对本发明的更理解，且附图并入本说明书中并组成本 说明书的一部分。
本发明实施例，并与描述内容一起用于阐释本 发明的原理。图1示出了具有闭合回路脉宽调制控制器的功率转换器的示意图。图2示出了功率转换器和闭合回路脉宽调制控制器的主要波形。图3示出了根据本发明的闭合回路脉宽调制控制器的优选实施例。图4示出了根据本发明的电压波形检测器的优选实施例。图5示出了根据本发明的振荡器的优选实施例。图6示出了根据本发明的电流波形检测器的优选实施例。图7示出了根据本发明的积分器的优选实施例。图8示出了根据本发明的脉宽调制电路的电路示意图。图9示出了根据本发明的加法器的电路示意图。图10示出了根据本发明的可编程电流源的电路示意图。
具体实施方式
图l示出了功率转换器。所述功率转换器包含变压器10，其具有辅助 绕组NA、初级绕组Np和次级绕组Ns。为了调节功率转换器的输出电压V。和 输出电流I。，闭合回路脉宽调制控制器70提供切换信号VpwM给晶体管20以 切换该变压器IO。图2示出了图1中的功率转换器的各种信号波形。当切 换信号VpwM为逻辑高时，将相应地产生初级侧切换电流Ip。初级侧切换电流 Ip的峰值In可由下式给出，其中V^是施加到变压器10的输入电压；"是变压器10的初级绕组Np 的电感；T。n是切換信号VpwM的接通时间。一旦切换信号VpwM降为逻辑低，存储在变压器10中的能量就将传递到 变压器10的次级侧，并经由整流器40传递到功率转换器的输出。相应地 产生次级侧切换电流Is。次级侧切换电流L的峰值Isi可由下式表达，.(2)aux其中V。是功率转换器的输出电压；Vf是整流器40的正向电压降；"是 变压器10的次级绕组Ns的电感；T。s是次级侧切换电流Is的放电时间。同时，在变压器10的辅助绕组NA处产生一反射电压V肌。反射电压V 由下式给出，r蕴-^x(T。 + W -----------------------------------------...................(3)其中Tm和Ls分别是变压器10的辅助绕组NA和次级绕组Ns的绕组匝数。随着次级侧切换电流Is下降为零，反射电压VAux开始减小。这也代表了 变压器10的能量此刻完全释放。因此，如图2所示，可从切换信号Vpwm的下降沿到反射电压V肌开始下降的点来测量等式(2)中的放电时间TDS。次级侧切换电流Is由变压器10的初级侧切换电流Ip和绕组匝数决定。次级侧 切换电流Is可由下式表达，A-，xA------------------------------------------------------------------------(4)7Vs其中TV是变压器10的初级绕组Np的绕组匝数。参看图1,闭合回路脉宽调制控制器70包括用于接收电源的电源端子 VCC和接地端子GND。电阻器50和电阻器51形成分压器，其连接在变压器 IO的辅助绕组NA与接地参考电平之间。闭合回路脉宽调制控制器70的检测端子DET连接到电阻器50与电阻器51的接点。检测端子DET处产生的电压V。et可由下式给出，f^O￡T =-^-X f^4l/A"-------------------------------------------------------------("5)/ M +及5/其中R5。和Rw是电阻器50和51的电阻。反射电压Vwx经由整流器60更对电容器65进行充电以为闭合回路脉宽 调制控制器70供电。电流感测电阻器30充当电流感测装置。电流感测电 阻器30从晶体管20的源极连接到接地参考电平，以将初级侧切换电流Ip 转换为初级侧切换电流信号Ves。闭合回路脉宽调制控制器70的感测端子 CS连接到电流感测电阻器30，以检测初级侧切换电流信号Vcs。闭合回路脉宽调制控制器70的输出端子OUT产生切换信号VpwM以切换 该变压器10。电压补偿端子COMV连接到第 一补偿网络以用于电压回路频率 补偿。第一补偿网络可以是连接到接地参考电平的电容器，例如电容器 31。电流补偿端子COMI具有第二补偿网络以用于电流回路频率补偿。第二 补偿网络也可以是连接到接地参考电平的电容器，例如电容器32。图3示出了闭合回路脉宽调制控制器70的优选实施例。电压波形检测 器100通过对电压V附进行多次取样来产生电压反馈信号Vv和放电时间信号SDS。放电时间信号S。s表示次级侧切换电流Is的放电时间T。s。电流波形检测器300通过测量初级侧切换电流信号Ves来产生电流波形信号Vw。振荡器200 产生振荡信号PLS以决定该切换信号VpwM的切换频率。积分器400通过将电 流波形信号Vw与放电时间信号S。s进行积分来产生电流反馈信号Vt。运算放 大器71和参考电压V隨形成电压回路误差放大器，用于放大电压反馈信号 Vv并提供回路增益以用于输出电压控制。运算放大器72和参考电压V,形 成电流回路误差放大器，用于放大电流反馈信号V!并提供回路增益以用于 输出电流控制。脉宽调制电路500与比较器73和75形成切换控制电路以产生该切换 信号V ,并依据电压回路误差放大器和电流回路误差放大器的输出来控制 该切换信号VpwM的脉冲宽度。运算放大器71和72两者具有跨导 (trans-conductance)输出。运算放大器71的输出连接到电压补偿端子COMV和比较器73的正输入。运算放大器72的输出连接到电流补偿端子 COMI和比较器75的正输入。比较器73的负输入连接到加法器600的输出。 比较器75的负输入供应有从振荡器200产生的斜坡信号(ramp signal) RMP。加法器600通过将初级侧切换电流信号Vc;s与斜坡信号RMP相加来产生 斜率信号"lope signal) VSLP。比较器74的正输入供应有参考电压VREF3。 比较器74的负输入连接到感测端子CS以实现周期循环(cycle-by-cycle) 的电流限制。NAND门79的三个输入分别连接到比较器73、 74和75的输 出。NAND门79的输出产生一重设(reset)信号RST。重设信号RST供应到 脉宽调制电路500以控制切换信号Vpwm的工作周期。从对初级侧切换电流Ip的检测开始到对切换信号VpwM的脉沖宽度调制来 形成电流控制回路，以依据参考电压VREF2来控制初级侧切换电流Ip的量 值。次级侧切换电流Is是如等式(4 )所示的初级侧切换电流Ip的比率。根 据图2中的信号波形，功率转换器的输出电流1。是次级侧切换电流Is的平 均值。其可由下式表达，------------------------------------------------------------------------(6)<formula>formula see original document page 12</formula>因此，调节了功率转换器的输出电流Io。电流波形检测器300检测初级侧切换电流信号Ves并产生电流波形信号Vw。积分器400更通过将电流波形信号Vw与放电时间T。s积分来产生电流反馈信号V,。因此，电流反馈信号V:设计为，<formula>formula see original document page 12</formula>----------------------------------------------------------------------(7)2 7)其中，电流波形信号Vw由下式表达,<formula>formula see original document page 12</formula>------------------------------------------------------------------(8)其中L是积分器400的时间常数。从等式(6) - (8)可看出，电流反馈信号Vt可重写为,<formula>formula see original document page 13</formula>9)可发现，电流反馈信号V,与功率转换器的输出电流1。成正比例。电流 反馈信号V!随着输出电流1。增加而增加。然而，电流反馈信号V,的最大值 通过电流控制回路的调节而限于参考电压V,的值。在电流控制回路的反 馈控制下，最大输出电流I。由下式给出，, —.. G爿x G,w x F,2 — ___ _ _________________"n、其中K是等于T/T的常数；G,是电流回路误差放大器的增益；Gsw是切 换电路的增益。当电流控制回路的回路增益为高(GAxGsw〉〉l)时，最大输出电 流Io(max) 可筒要地定义为，<formula>formula see original document page 13</formula>因此，功率转换器的最大输出电流1。(max)依据参考电压V脂而调节为恒 定电流。除此之外，从对反射电压V鹏的取样开始到对切换信号VpwM的脉冲宽度调制来形成电压控制回路，其依据参考电压VREF1来控制该反射电压VAUX的量值。反射电压V肌是如等式(3)所示的输出电压V。的比率。如等式(5)所 示，反射电压V肌更衰减为电压V。et。电压波形检测器100通过对电压VDET 进行多次取样来产生电压反馈信号Vv。依据参考电压V隨的值通过调节电 压控制回路来控制电压反馈信号Vv的值。电压回路误差放大器和切换电路 提供电压控制回路的回路增益。因此，输出电压V。可简要地定义为，<formula>formula see original document page 14</formula>电压波形检测器IOO对反射电压v肌进行多次取样。在次级侧切换电流Is下降为零前之瞬间对电压进行取样和测量。因此，次级侧切换电流Is的变化不会影响整流器40的正向电压降VF的值。然而，当温度变化时，整流 器40的电压降W发生变化。可编程电流源80连接到电压波形;险测器100 的输入以用于温度补偿。可编程电流源80依据脉宽调制控制器70的结面 温度(junction temperature)而产生可编程电流IT。可编程电流L和电 阻器50、 51产生电压Vr以补偿整流器40的正向电压降Vp的温度变化。及50 +及5|-(13)参看等式(12 )和(13),电阻器Rs。与1151的比率决定了该输出电压V。。 电阻器Rm和Rs,的电阻决定用于补偿整流器40的电压降Vf的温度系数。由 于可编程电流源80的缘故，等式(12)可重写为，<formula>formula see original document page 14</formula>-(14)图4示出了根据本发明的电压波形检测器100的优选实施例。 一种取 样脉冲产生器190产生用于多次取样的取样脉冲信号。阈值电压156与反 射电压V孤相加以产生电平移位反射信号。第一信号产生器包含D触发器 171、两个AND门165、 166，用于产生第一取样信号V^和第二取样信号 VSP2。第二信号产生器包括D触发器170、 NAND门163、 AND门164和比较器 155,用于产生放电时间信号SDS。时间延迟电路包含反相器162、电流源 180、晶体管181和电容器182，用于当禁用切换信号V刚时产生延迟时间 L。反相器161的输入供应有切换信号VPWM。反相器161的输出连接到反相 器162的输入、AND门164的第一输入和D触发器170的时钟输入。反相器 162的输出接通/断开晶体管181。电容器182与晶体管181并联连接。施 加电流源180以对电容器182进4亍充电。因此，电流源180的电流和电容器182的电容决时控间延迟电路的延迟时间Td。在电容器182上获得时间 延迟电路的输出。D触发器170的D输入由电源电压Vcx拉高。D触发器170 的输出连接到AND门164的第二输入。AND门164输出放电时间信号SDS。 因此，当禁用切换信号VpwM时，启用放电时间信号SDS。 NAND门163的输出 连接到D触发器170的重设输入。NAND门163的两个输入分别连接到时间 延迟电路的输出和比较器155的输出。比较器155的负输入供应有电平移 位反射信号。比较器155的正输入供应有电压反馈信号Vv。因此，在延迟 时间Td之后， 一旦电平移位反射信号低于电压反馈信号Vv,就可禁用放电时间信号S。s。除此之外，只要启用切换信号VpwM就也可禁用放电时间信号Sds。取样脉冲信号供应到D触发器171的时钟输入以及AND门165和166 的第三输入。D触发器171的D输入和反相输出连接在一起以形成除以2计 数器(divided-by-two counter ) 。 D触发器171的输出和反相输出分别连 接到AND门165和166的第二输入。AND门165和166的第一输入均供应有 放电时间信号SDS。 AND门165和166的第四输入连接到时间延迟电^各的输 出。因此，依据取样脉冲信号以产生第一取样信号Vsw和第二取样信号 VSP2。除此之外，在放电时间信号S。s的启用周期期间交替地产生第一取样信 号V则和第二取样信号VSP2。然而，在放电时间信号S。s开始处插入延迟时间 Ta以抑制第一取样信号Vsw和第二取样信号VSP2。因此，在延迟时间Td的周 期期间禁用第一取样信号Vsh和第二取祥信号VSP2。第一取样信号Vw和第二取样信号12用于经由检测端子DET和分压器 交替地对反射电压V皿进行取样。第一取样信号Vsp,和第二取样信号Vw分别 控制开关121和开关122以便在电容器110和电容器111上获得第一保持 电压和第二保持电压。开关123与电容器110并联连接以对电容器110进 行放电。开关124与电容器111并联连接以对电容器111进行放电。緩沖 放大器包含运算放大器150和151、 二极管130、 131、电流源135,用于产 生保持电压。运算放大器150和151的正输入分别连接到电容器110和电 容器lll。运算放大器150和151的负输入连接到緩冲放大器的输出。二极 管130从运算放大器150的输出连接到緩冲放大器的输出。二极管131从 运算放大器151的输出连接到緩冲放大器的输出。因此，从第一保持电压 和第二保持电压中的较高电压获得该保持电压。电流源135用于终端(termination)。开关125周期性地将保持电压传导到电容器115以产生电 压反馈信号Vv。振荡信号PLS接通/断开该开关125。在延迟时间Td之后， 第一取样信号Vsw和第二取样信号VsP2开始产生第一保持电压和第二保持电 压。这消除了反射电压V纖的尖峰干扰(spike interference)。反射电压 V则的尖峰干扰发生于当禁用切换信号Vpwm且晶体管20断开时。随着次级侧切换电流Is下降为零，反射电压V丽开始减小。这将由比较 器155检测到以便禁用该放电时间信号S。s。因此，放电时间信号S。s的脉冲 宽度可与次级侧切换电流Is的放电时间T。s相关。同时，禁用第一取样信号 Vsn和第二取样信号VSP2，且当禁用放电时间信号S。s时停止多次取样。因 此，此刻，緩冲放大器的输出处产生的保持电压与刚好在次级侧切换电流 I s下降为零之前取样的反射电压VAUX相关。从第 一保持电压和第二保持电压 中的较高电压获得该保持电压，这将忽略当反射电压已开始减小时所取样 的电压。图5示出了根据本发明的振荡器200的优选实施例。运算放大器201、 电阻器210和晶体管250形成第一电压至电流转换器。第一电压至电流转 换器依据参考电压V,而产生参考电流I25。。多个晶体管(例如，晶体管 251、 252、 253、 254和255 )形成电流4竟(current mirror),用于依才居 参考电流125。以产生振荡器充电电流1253和振荡器放电电流1 255 。晶体管253 的漏极产生振荡器充电电流1 253 。晶体管255的漏极产生振荡器放电电流 1 255 。开关230连接在晶体管253的漏极与电容器215之间。开关231连接 在晶体管255的漏极与电容器215之间。在电容器215上获得斜坡信号 RMP。比较器205具有连接到电容器215的正输入端。比较器205输出振荡 信号PLS。振荡信号PLS决定该切换信号VpwM的切换频率。开关232的第一 端子供应有高阈值电压V 。开关233的第一端子供应有低阈值电压V"开 关232的第二端子和开关233的第二端子均连接到比较器205的负输入。 反相器260的输入连接到比较器205的输出以产生反相振荡信号/PLS。振 荡信号PLS接通/断开该开关231和开关233。反相振荡信号/PLS接通/断 开该开关230和开关232。电阻器210的电阻1121。和电容器215的电容C215 决定切换频率的切换周期T，<formula>formula see original document page 17</formula>其中v。sc=v -VL。图6示出了根据本发明的电流波形检测器300的优选实施例。峰值检 测器包含比较器310、电流源320、开关330、 340和电容器361。对初级侧 切换电流信号L的峰值进行取样来产生峰值电流信号。比较器31Q的正输 入供应有初级侧切换电流信号Ves。比较器310的负输入连接到电容器 361。开关330连接在电流源320与电容器361之间。比较器310的输出接 通/断开该开关330。开关340与电容器361并联连接以对电容器361进行 放电。开关350将峰值电流信号周期性地传导到电容器362，以产生电流波 形信号Vw。开关350通过振荡信号PLS而接通/断开。图7示出了根据本发明的积分器400的优选实施例。第二电压至电流 转换器包括运算放大器410、电阻器450和晶体管420、 421、 422。运算放 大器410的正输入供应有电流波形信号Vw。运算放大器410的负输入连接 到电阻器450。运算放大器410的输出驱动晶体管420的栅极。晶体管420 的源极耦合到电阻器450。第二电压至电流转换器依据电流波形信号Vw而 经由晶体管420的漏极产生电流I42。。晶体管421和422形成具有2: 1比率 的电流镜。电流镜由电流I，驱动以经由晶体管422的漏极产生可编程充电 电流1 。可编程充电电流Im可由下式表达，<formula>formula see original document page 17</formula>其中Rc。是电阻器450的电阻。电容器471用于产生积分信号。开关460连接在晶体管422的漏极与 电容器471之间。开关460通过放电时间信号S。s而接通/断开。开关462 与电容器471并联连接以便对电容器471进行放电。开关461将积分信号 周期性地传导到电容器472，以产生电流反馈信号V,。振荡信号PLS接通/ 断开该开关461。因此，在电容器472上获得电流反馈信号V,。1 「。/ 、广2 ^'471-(17)根据图4-7中的优选实施例，电流反馈信号V!与次级侧切换电流Is和 功率转换器的输出电流1。相关。因此，等式(9)可重写为，^-mx^Lx/Wo-------------------------------------------------------------(18)其中m是常数，其可通过下式来决定，"7 二 x C215 x _____________________________________________________________(19)—/ x广 K 50 a ^野电阻器450的电阻Rw与电阻器210的电阻L。相关。电容器471的电 容C^与电容器215的电容C^相关。因此，电流反馈信号V,与功率转换器 的專命出电流1。成正比例。图8示出了根据本发明的脉宽调制电路500的电路示意图。脉宽调制 电路500包含NAND门511、 D触发器515、 AND门519、消隐(Manking)电 3各520和反相器512、 518。 D触发器515的D输入由电源电压Vee拉高。振 荡信号PLS驱动反相器512的输入。反相器512的输出连接到D触发器515 的时钟输入以启用切换信号VPWM。 D触发器515的输出连接到AND门519的 第一输入。AND门519的第二输入耦合到反相器512的输出。AND门519输 出切换信号V刚以切换该变压器10。 D触发器515的重设输入连接到NAND 门511的输出。NAND门511的第一输入供应有重设信号RST,以周期地禁 用切换信号VpwM。 NAND门511的第二输入连接到消隐电路520的输出，以当启用切换信号VpwM时确保切换信号VpwM的最小接通时间。切换信号Vpwm的最小接通时间确保放电时间T。s的最小值，这确保电压波形检测器100中反射电压V肌的适当多次取样。放电时间Tds与切換信号VpwM的接通时间相关。参看等式(1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 4 )和等式(20 )所示的次级电感Ls,放电时间TDS 可表达为如等式(21)所示<formula>formula see original document page 19</formula>其中T。w是切换信号VPWM的接通时间。消隐电路520的输入供应有切换信号V 。当启用切换信号VpwM时，消 隐电路520将产生一种消隐信号VBU以抑制D触发器515的重设。消隐电路 520还包括NAND门523、电流源525、电容器527、晶体管526和反相器 521、 522。切换信号V刚供应到反相器521的输入和NAND门523的第一输 入。电流源525用以对电容器527进行充电。电容器527与晶体管526并 联连接。反相器521的输出可接通/断开该晶体管526。反相器522的输入 耦合到电容器527。反相器522的输出连接到NAND门523的第二输入。NAND 门523的输出端输出该消隐信号VBUC。电流源525的电流和电容器527的电 容决定该消隐信号VBu的脉冲宽度。反相器518的输入连接到NAND门523 的输出。反相器518的输出产生一清除信号CLR以接通/断开各开关123、 124、 340和462。图9示出了根据本发明的加法器600的电路示意图。运算放大器610、 晶体管620、 621、 622和电阻器650形成第三电压至电流转换器，用于依 据斜坡信号RMP而产生电流1 622 。运算放大器611的正输入供应有初级侧切 换电流信号Vcs。运算放大器611的负输入和输出连接在一起以将运算放大 器611建立为緩沖器。晶体管622的漏极经由电阻器651连接到运算放大 器611的输出。晶体管622的漏极处产生斜率信号VsLP。因此，斜率信号Vsw 是与斜坡信号RMP和初级侧切换电流信号Ves相关。图10示出了依据温度变化以产生可编程电流lT的可编程电流源80的 电路示意图。可编程电流产生器80包括两个双载流子(bipolar)晶体管81 和82,三个p型镜晶体管84、 85和86、两个n型镜晶体管87和88，以及 电阻器83。可编程电流lT由下式给出，w《 i-(22)其中Rt是屯阻器83的电阻；Nm-M一M2; M!是晶体管85与86的几何比 率；M2是晶体管87与88的几何比率；k是玻耳兹曼(Bol tzmann )常数；q 是电子上的电荷；r是双载流子晶体管81与82的发射极面积比；且T，是 绝对温度。本领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下 对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于以上内容，倘若对本发明的修 改和变化落在所附权利要求书及其等效物的范围内，则本发明涵盖所述修 改和变化。
权利要求
1.一种用于初级侧控制功率转换器的闭合回路脉宽调制控制器，其包括电压波形检测器，其耦合到变压器，用于通过测量来自所述变压器的反射电压来产生电压反馈信号和放电时间信号，其中所述放电时间信号表示所述变压器的次级侧切换电流的放电时间；电流波形检测器和积分器，其用于通过将电流波形信号与所述放电时间信号进行积分来产生电流反馈信号，其中通过经由电流感测装置来测量所述变压器的初级侧切换电流以产生所述电流波形信号；电压回路误差放大器和电流回路误差放大器，其分别用于放大所述电压反馈信号和所述电流反馈信号；以及切换控制电路，其用于依据所述电压回路误差放大器的输出和所述电流回路误差放大器的输出来产生切换信号，其中所述切换信号用于开关所述变压器并调节所述功率转换器的输出。
2. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其还包括 电源端子和接地端子，其用于接收电源；检测端子，其用于将所述电压波形检测器通过分压器的电阻器而连接 到所述变压器；感测端子，其用于将所述电流波形检测器连接到所述电流感测装置以 接收初级侧切换电流信号，其中所述电流感测装置用于将所述初级侧切换 电流转换为所述初级侧切换电流信号；输出端子，其用于产生所述切换信号以经由切换装置来切换所述变压器；电压补偿端子，其连接到第一补偿网络以用于电压回路频率补偿；以及电流补偿端子，其连接到第二补偿网络以用于电流回路频率补偿。
3. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其还包括可编程 电流源，所述可编程电流源连接到所述电压波形检测器的输入以用于温度 补偿，其中所述可编程电流源依据所述闭合回路脉宽调制控制器的结面温 度而产生可编程电 流。
4. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于，所 述积分器的时间常数与所述切换信号的切换周期相关。
5. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控射器，其特征在于，所 述电压波形检测器包括取样脉沖产生器，其用于产生取样脉冲信号；阈值电压，其中所述阈值电压加上所述反射电压以产生电平移位信号；第一电容器和第二电容器；第一信号产生器，其用于产生第一取样信号和第二取样信号，其中所 述第 一取样信号和所述第二取样信号用于交替地对所述反射电压进行取 样，其中第 一保持电压和第二保持电压分别保持在所述第 一 电容器和所述 第二电容器上；其中在所述放电时间信号的启用周期期间依据所述取样脉 冲信号而交替地产生所述第一取样信号和所述第二取样信号；其中在所述 放电时间信号开始处插入一延迟时间，其中在所述延迟时间的周期期间禁 用所述第 一取样信号和所述第二取样信号；緩冲放大器，其用于依据所述第一保持电压和所述第二保持电压中的 较高电压来产生保持信号；第 一输出电容器，其用于将所述保持信号保持为所述电压反馈信号；以及第二信号产生器，其用于产生所述放电时间信号，其中当禁用所述切 换信号时启用所述放电时间信号，其中在所述延迟时间之后，当所述电平 移位信号低于所述电压反馈信号时可禁用所述放电时间信号，且其中只要 启用所述切换信号就可禁用所述放电时间信号。
6. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于，所 述电压波形检测器对所述反射电压进行多次取样以产生所述电压反馈信 号；其中在所述次级侧切换电流下降为零之前瞬间获得所述电压反馈信 号。
7. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于，所 述电流波形检测器包括峰值检测器，其用于通过对所述初级侧切换电流信号之峰值进行取样 来产生峰值电流信号；第三电容器；其用于保持所述峰值电流信号；第二输出电容器，其用于产生所述电流波形；以及开关，其用于将所述峰值电流信号传导到所述第二输出电容器。
8. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于，所 述积分器包括第二电压至电流转换器，其由时控运算放大器、时控电阻器和时控晶 体管形成，其中所述第二电压至电流转换器依据所述电流波形信号而产生 可编程充电电流；时控电容器，其用于产生积分信号；第一开关，其中所述第一开关的第一端子供应有所述可编程充电电 流，且所述第一开关的第二端子连接到所述时控电容器；其中所述放电时 间信号接通/断开所述第一开关；第二开关，其与所述时控电容器并联连接，用于对所述时控电容器进行放电；第三输出电容器，其用于产生所述电流反馈信号；以及 第三开关，其用于将所述积分信号传导到所述第三输出电容器。
9. 根据权利要求1所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于，当 启用所述切换信号时，所述切换信号具有最小接通时间，这更确保所述放 电时间的最小值以用于对所述反射电压进行多次取样。
10. —种用于初级侧控制功率转换器的闭合回路脉宽调制控制器，其 包括电压波形检测器，其用于通过对来自变压器的辅助绕组的反射电压进 行多次取样来产生电压反馈信号和放电时间信号，其中所述放电时间信号 表示次级侧切换电流的放电时间；电流波形检测器，其用于通过测量初级侧切换电流信号来产生电流波 形信号，其中所述初级侧切换电流信号是由初级侧切换电流转换得到的；振荡器，其用于产生振荡信号以决定切换信号的切换频率，其中所述积分器，其用于通过将所述电流波形信号与所述放电时间信号进行积 分来产生电流反馈信号；电压回路误差放大器，其包含第一运算放大器和第一参考电压，用于放大所述电压反馈信号并提供回路增益以用于输出电压控制；电流回路误差放大器，其包含第二运算放大器和第二参考电压，用于放大所述电流反馈信号并提供回路增益以用于输出电流控制；脉宽调制电路，其搭配第一比较器和第二比较器，以依据所述电压回路误差放大器的输出和所述电流回路误差放大器的输出来控制所述切换信号的脉冲宽度；以及可编程电流源，其用于连接到所述电压波形检测器的输入以用于温度补偿，其中所述可编程电流源依据所述闭合回路脉宽调制控制器的结面温度而产生可编程电 流o
11. 根据权利要求IO所述的闭合回路脉宽调制控制器，其还包括 电源端子和接地端子，其用于接收电源；检测端子，其用于将所述电压波形检测器通过分压器的电阻器而连接 到所述变压器的所述辅助绕组；感测端子，其用于将所述电流波形检测器连接到电流感测装置并接收 所述初级侧切换电流信号；输出端子，其用于产生所述切换信号以经由开关装置来切换所述变压器；电压补偿端子，其用于将第一补偿网络连接到接地参考电平以用于电压回路频率补偿；以及电流补偿端子，其用于将第二补偿网络连接到所述接地参考电平以用 于电流回路频率补偿。
12. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述积分器的时间常数与所述切换信号的切换周期相关。
13. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述电压波形检测器包括取样脉冲产生器，其用于产生取样脉冲信号；阈值电压，其用于加上所述反射电压以产生电平移位信号；第一电容器和第二电容器；第一信号产生器，其用于产生第一取样信号和第二取样信号，其中所 述第 一取样信号和所述第二取样信号用于交替地对所述反射电压进行取 样，其中第一保持电压和第二保持电压分别保持在所述第一电容器和所述第二电容器上，其中在所述放电时间信号的启用周期期间依据所述取样脉 沖信号而交替地产生所述第一取样信号和所述第二取样信号，其中在所述 放电时间信号开始处插入一延迟时间，且其中在所述延迟时间的周期期间禁用所述第一取样信号和所述第二取样信号；缓冲放大器，其用于依据所述第一保持电压和所述第二保持电压中的 较高电压来产生保持信号；第一输出电容器，其用于将所述保持信号保持为所述电压反馈信号；以及第二信号产生器，其用于产生所述放电时间信号，其中当禁用所述切 换信号时启用所述放电时间信号，其中在所述延迟时间之后，当所述电平启用所述切换信号就也可禁用所述放电时间信号。
14. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述电压波形检测器对所述反射电压进行多次取样以产生所述电压反馈信 号；其中在所述次级侧切换电流下降为零之前瞬间获得所述电压反馈信
15. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述振荡器包括第一电压至电流转换器，其用于产生振荡充电电流和振荡放电电流， 其中所述第一电压至电流转换器包含振荡运算放大器、振荡电阻器和振荡 晶体管；振荡电容器；第一振荡开关，其中所述第一振荡开关的第一端子供应有所述振荡充 电电流，且所述第 一振荡开关的第二端子连接到所述振荡电容器；第二振荡开关，其中所述第二振荡开关的第一端子连接到所述振荡电 容器，且所述第二振荡开关的第二端子由所述振荡放电电流驱动；振荡比较器，其具有连接到所述振荡电容器的正输入，其中所述振荡 比较器产生所述振荡信号；第三振荡开关，其具有供应有高阈值电压的第 一端子和连接到所述振 荡比较器的负输入的第二端子；第四振荡开关，其具有供应有低阈值电压的第 一端子和连接到所述振荡比较器的所述负输入的第二端子；以及振荡反相器，其具有连接到所述振荡比较器的输出的输入，用于产生 反相振荡信号，其中所述振荡信号接通/断开所述第二振荡开关和所述第四 振荡开关，且其中所述反相振荡信号接通/断开所述第一振荡开关和所述第 三振荡开关。
16. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述电流波形检测器包括峰值检测器，其用于通过对所述初级侧切换电流信号的峰值进行取样来产生峰值电流信号；第三电容器；其用于保持所述峰值电流信号；第二输出电容器，其用于产生所述电流波形信号；以及开关，其用于将所述峰值电流信号传导到所述第二输出电容器，其中所述开关由所述振荡信号接通/断开。
17. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述积分器包括-,第二电压至电流转换器，其由时控运算放大器、时控电阻器和时控晶 体管形成，其中所述第二电压至电流转换器依据所述电流波形信号而产生 可编程充电电 流;时控电容器，其用于产生积分信号；第一开关，其中所述第一开关的第一端子供应有所述可编程充电电 流，且所述第一开关的第二端子连接到所述时控电容器，且其中所述放电时间信号接通/断开所述第 一 开关；第二开关，其与所述时控电容器并联连接，用于对所述时控电容器进行放电；第三输出电容器，其用于产生所述电流反馈信号；以及 第三开关，其用于将所述积分信号传导到所述第三输出电容器。
18. 根据权利要求10所述的闭合回路脉宽调制控制器，其特征在于， 所述脉宽调制电路具有消隐电路，所述消隐电路用于确保当启用所述切换 信号时所述切换信号的最小接通时间，这更确保所述放电时间的最小值以 用于对所述反射电压进行多次取样。
全文摘要
本发明提供一种用于初级侧控制功率转换器的闭合回路脉宽调制控制器。电压波形检测器产生电压反馈信号和放电时间信号。电流波形检测器通过测量初级侧切换电流而产生电流波形信号。积分器通过将电流波形信号与放电时间信号进行积分来产生电流反馈信号。积分器的时间常数与切换信号的切换周期相关，因此电流反馈信号与功率转换器的输出电流成正比例。闭合回路脉宽调制控制器还包括电压回路误差放大器和电流回路误差放大器。脉宽调制电路和比较器依据电压回路误差放大器和电流回路误差放大器的输出来控制切换信号的脉冲宽度。因此功率转换器的输出电压与最大输出电流于是获得调节。
文档编号H02M3/22GK101243602SQ200580051138
公开日2008年8月13日 申请日期2005年10月9日 优先权日2005年10月9日
发明者杨大勇, 林振宇, 洪国强 申请人:崇贸科技股份有限公司