一种功率转换系统及用于该功率转换系统的控制器的制作方法

专利名称：一种功率转换系统及用于该功率转换系统的控制器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种功率转换系统，尤其是关于一种用于控制该功率转换系统的控 制器。
背景技术：
开关模式的功率转换器，例如直流到直流(DC-DC)的功率转换器可将输入电压转 换至另一个不同的输出电压。开关模式的功率转换器包括开关，用于将能量存储单元耦接 至电源，以及将能量存储单元与电源分离。该功率转换器还包括耦合于开关的控制器，用于 将开关周期性开启和关闭。所述的能量存储单元可以是磁场存储单元，例如电感器、变压 器；所述的能量存储单元也可以是电场存储单元，例如电容器。通过调整开关的占空比，即 可控制传输至转换器的能量。通常，功率转换器(例如，降压转换器)中的控制器以一种频率恒定模式或关闭时 间恒定模式周期性控制开关的开启和关闭。然而，当转换器的输入电压在一个较宽的范围 内变化时，例如，85V-265V，降压转换器可能无法很好的控制负载电流。此外，对于降压转换 器或回扫转换器来说，当输入电压较高时，以频率恒定模式或关闭时间恒定模式控制开关 的开启和关闭，可能导致较大的开关功率损失，并使开关温度升高。

发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种功率转换系统及用于控制该功率转换系 统的控制器，采用边界传导模式控制流经功率转换器中的能量存储单元的电流。为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制功率转换系统的控制器，包括 第一比较器，用于将第一感测信号与第一阈值进行比较，并产生第一比较信号，其中所述第 一感测信号指示流经所述功率转换系统的能量存储单元的输出电流；第二比较器，用于将 指示所述输出电流的第二感测信号与第二阈值进行比较，并产生第二比较信号；以及耦合 于所述第一比较器和第二比较器的控制单元，用于根据所述第一比较信号和第二比较信号 将所述功率转换系统的开关开启和关闭，其中，当所述开关开启时，将所述能量存储单元与 电源耦接以存储来自所述电源的能量，及当所述开关关闭时，将所述能量存储单元与所述 电源断开以将存储的能量释放给负载。本发明还提供了一种用于控制功率转换系统的控制器，包括第一感测管脚，用于 接收第一感测信号，其中所述第一感测信号指示流经所述功率转换系统的能量存储单元的 输出电流；第二感测管脚，用于接收指示所述输出电流的第二感测信号；输入管脚，用于接 收由电源提供给所述功率转换系统的输入电压；以及控制管脚，用于将控制信号发送给耦 合于所述能量存储单元的开关从而开启和关闭所述开关，其中，所述控制器将所述第一感 测信号与第一阈值进行比较并产生第一比较信号，所述控制器将所述第二感测信号与第二 阈值进行比较并产生第二比较信号，并且所述比较器根据所述第一比较信号和第二比较信 号产生所述控制信号，并经由所述控制管脚将所述控制信号发送至所述开关。
本发明还提供了一种功率转换系统，包括能量存储单元，用于存储来自电源的能 量并将存储的能量释放至负载；开关，用于将所述能量存储单元耦接至所述电源以及将所 述能量存储单元与所述电源断开；以及控制器，用于根据流经所述能量存储单元的输出电 流开启和关闭所述开关从而将所述输出电流控制在预设范围内，其中，如果所述输出电流 小于第一电流阈值，所述控制器开启所述开关从而将所述能量存储单元耦接至所述电源， 如果所述输出电流大于第二电流阈值，所述控制器关闭所述开关从而将所述能量存储单元 与所述电源断开。本发明根据流经能量存储单元的输出电流控制开关的开启和关闭状态即可将输 出电流控制在预设范围之内。由此，哪怕输入电压在一个相对较宽的范围内变化，例如， 85V-265V，流经负载的电流即可基本保持恒定。此外，当开关开启时，由于流经开关上的输 出电流几乎为零，开关上的压降将几乎为零。由此，本发明可以实现准零电压开关，从而较 少开关损失，防止开关升温过热。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本发明的 特征和优点更为明显。其中

图1所示为根据本发明的一个实施例的转换器的结构框图；图2所示为根据本发明的一个实施例的由图1所示转换器产生的电流的波形图；图3所示为根据本发明的一个实施例的用于控制转换器的控制器的结构框图；图4所示为根据本发明的另一个实施例的转换器的结构框图；图5所示为根据本发明的一个实施例的由图4所示转换器产生的电流的波形图；图6所示为根据本发明的另一个实施例的用于控制转换器的控制器的结构框图；图7所示为根据本发明的一个实施例的由转换器执行的方法流程图；图8所示为根据本发明的另一个实施例的由转换器执行的方法流程图；图9所示为根据本发明的一个实施例的控制转换器的输出电流的方法流程图；图10所示为根据本发明的另一个实施例的控制转换器的输出电流的方法流程 图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述， 但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要 求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了 大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。 在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显 本发明之主旨。根据本发明的实施例，本发明提供了一种功率转换器和用于控制功率转换器的控 制器。该控制器根据流经转换器中的能量存储单元的电流控制转换器中的开关。在实施例 中，如果流经能量存储单元的电流降至第一阈值，控制器开启开关从而将能量存储单元与电源耦接。如果流经能量存储单元的电流升至大于第一阈值的第二阈值，控制器关闭开关 从而使能量存储单元与电源断开。从而以边界传导模式控制流经能量存储单元的电流，例 如，流经能量存储单元的电流处于预设范围中，或处于至少两个预设边界中。有利的是，即 使输入电流在一个相对较宽的范围内变化，例如，85V-265V，流经由转换器驱动的负载的电 流，该电流几乎等于流经能量存储单元的电流的平均值，即可保持恒定不变。图1所示为根据本发明的一个实施例的转换器100(例如，降压转换器)的结构框 图；通过以边界传导模式控制输出电流，输出电流即可被控制在预设范围内，或在至少两个 预设边界内，例如，处于较高的边界和较低的边界之间。例如，输出电流可以周期性的从最 小值上升到最大值，并从最大值降到最小值。转换器100包括一个能量存储单元，用于存储来自电源的能量，并将存储能量释 放至负载124。在图1所示的样例中，能量存储单元包括电感110。电阻122、电感110、负 载124、开关114和电阻126串联耦接至电源和地之间。二极管112与电阻122、电感110和 负载124并联耦合。电容118与负载124并联耦合，用于滤除从电感110流向负载124的 输出电流Itm上的纹波。由此，流经负载124上的电流L为直流电流。开关114用于将电 感110耦接至电源，或将电感110与电源断开。当开关114开启时，输出电流Iqut即可从电 源经由电感110，开关114和电阻126流至负载124。电感110可以暂时性存储能量。当开 关114关闭时，即可将存储于电感110中的能量释放给负载124。流经负载124的电流込 即为输出电流Itm的平均值。进一步的，转换器100还包括耦合于开关114的控制器116，用于控制开关114以 调节输出电流I·，从而使流经负载124的电流Id呆持基本恒定。在实施例中，控制器116 为具有管脚ZCD，CS, VDD, DRV, COMPjP GND的集成电路。管脚Z⑶耦合于电阻122和电感 110。通过管脚VDD将输入电压Vin提供给控制器116。控制器116通过感测一个感测信号 Vin.，表示在管脚VDD处的输入电压Vin和在管脚ZCD处的电压Vzm间的压差，从而监控流 经电感110的输出电流IOTT。耦合于管脚COMP的电压源120用于将电压阈值Vthk2提供给 控制器116。管脚CS耦合于开关114和电阻126。控制器116通过在管脚CS处感测代表 电阻126上的电压V126的感测信号Vcs，从而监控流经电感110的输出电压IQUT。管脚DRV 耦合于开关114。控制器116可产生控制信号Ssw并经由管脚DRV输出至开关114从而控 制开关114。在实施例中，控制器116产生处于第二状态的控制信号Ssw以关闭开关114，并 产生处于第一状态的控制信号Ssw以开启开关114。管脚GND耦接至地。在实施例中，如果管脚VDD处的输入电压Vin高于启动电压，例如，13V，控制器116 将开始工作。否则，控制器116将停止工作，并且关闭开关114。如果控制器116正常工作， 控制器116将在管脚DRV处产生处于第一状态的控制信号Ssw以开启开关114。电感110耦 和于输入电压VIN。由此，从电源经由电阻126流向负载124的输出电流Iott即可由零逐渐 增大，导致电压V126逐渐增大。能量被暂时存储于电感110中。当开关114开启时，由于电感110上的磁滞现象，电阻122上的电压也许不随输出 电流Iot同时变化。由此，控制器116即可通过在管脚CS处感测表示电阻126上的电压V126 的感测信号V。s，从而监控输出电流IOTT。当感测信号V。s高于电压阈值VTHR2时，即表示流 经电感110的输出电流Iqut大于电流阈值ITHK2，控制器116将在管脚DRV处产生处于第二 状态的控制信号Ssw以关闭开关114。电感110与电源断开。因此，存储于电感110中的能量将从电感110释放至负载124。输出电流Iqut从电感110经由二极管112和电阻122流 向负载124，并逐渐减小至零。当开关114关闭时，控制器116通过感测表示在管脚VDD处的输入电压Vin和在管 脚Z⑶处的电压Vzm间的压差的感测信号VIN_zm，从而监控输出电流I·。当感测信号VIN_zm 小于电压阈值VTHK1，例如，0. IV时，即表示流经电感110的输出电流Iott小于电流阈值ITHK1， 控制器116在管脚DRV处产生处于第一状态的控制信号Ssw以开启开关114。在实施例中， 当感测信号VIN_zm小于电压阈值Vtiiki时，输出电流几乎为零。从电源经由开关114和电阻 126流向负载124的输出电流Itm将逐步增大，导致电压V126逐步增大。在此处使用的术语 “几乎为零”表示由于当开关114关闭时存在流经电感110的纹波电流很小且可忽略不计， 输出电流Iot可视为减小至零。图2所示为根据本发明的一个实施例的由图1所示转换器产生的输出电流Itm和 负载电流l·的波形图。如图2所示，输出电流Itm将周期性地从零增大到最大值Imax并从 最大值Imax减小至几乎零。当开关114在时间段SW_0N开启时，输出电流Itm从零增大到最 大值IMX。当开关114在时间段SW_0FF关闭时，输出电流Itm从最大值Imax减小到几乎为 零。在时间段SW_0N和SW_0FF内，电流IL几乎保持恒定不变。由此，即可将输出电流Iott 控制在预设范围内，例如，在最小值(例如，零)和最大值Imax之间。电流最大值Imax可由等 式⑴给出。Imax = V126(max)/R126 = VTHE1/R126 (1)其中R126表示电阻126的阻值。几乎等于电流込的输出电流Itm的平均值IAve可由等式⑵给出。Iavg = Il = 0. 5*1丽=0. 5* (VTHEE1/R126) (2)有利的是，根据流经电感110的输出电流IOUT控制开关的开启和关闭状态，以及 将输出电流控制在预设范围之内。由此，根据等式(2)，流经负载124的电流IL即可基本 保持恒定，哪怕输入电压在一个相对较宽的范围内变化，例如，85V-265V。此外，当开关114 开启时，由于流经开关114上的输出电流Iot几乎为零，开关114上的压降将几乎为零。由 此，可以实现准零电压开关。因此，可以减少开关损失，防止开关升温过热。图3所示为根据本发明的一个实施例的图1中控制器116的结构框图。图3将结 合图1进行描述。在实施例中，控制器116用于控制直流到直流(DC/DC)转换器，例如，降 压转换器。然而，本发明并非仅限于此，控制器116也可用于其他类型的转换器，例如，交流 到直流(AC/DC)转换器或直流到交流(DC/AC)转换器。在控制器116中，可将管脚VDD处的电压Vvdd经由欠压锁定单元308输入至参考 和偏置单元310中。如果电压Vvdd高于启动电压，例如，13V，参考和偏置单元310即可产生 工作电压，例如，5V，至控制器116的功能单元中，例如，电流探测器302，控制单元304，以及 比较器306。由此，控制器116即可开始工作。如果电压Vvdd小于启动电压，欠压锁定单元 308即可阻断电压Vvdd从而使参考和偏置单元310无法正常工作。因此，控制器116也无法 正常工作。零电压探测器302用于根据表示管脚VDD处的电压Vin和管脚ZCD处的电压Vzm 间的压差的感测信号VIN_zm探测流经电感110的输出电流I·。在图3所示的样例中，电流 探测器302包括放大器314，用于接收管脚ZCD处的电压ZCD和管脚VDD处的输入电压Vin，并产生表示电压Vin和电压Vzm间的压差的感测信号VIN_zm。电压Vin和电压Vzm间的压差 与输出电流成正比关系。电流探测器302还包括比较器312，用于将感测信号VIN_zm与电压 阈值Vthki进行比较，并当信号VIN_zm小于电压阈值Vtiiki时产生信号SMIN(例如，一个低电平 信号)。在实施样例中，如果流经电阻122的输出电流Iott小于电流阈值Ithki，电阻122上 的压降将小于电压阈值VTHK1。因此，放大器314产生的信号VIN_zm将小于电压阈值VTHK1。之 后，比较器312产生信号Smin至控制单元304。响应于信号Smin，控制单元304将在管脚DRV 处产生处于第一状态的控制信号Ssw以开启开关114。比较器306用于根据在管脚CS处感测的表示电阻126上的压降V126的感测信号 Vcs探测流经电感110的输出电流I·。在实施例中，比较器306将感测信号Vcs与电压阈值 Vthe2进行比较，如果感测信号Vcs大于电压阈值VTHK2，比较器306将产生信号SMX(例如，高 电平信号)。电压阈值V胃由电压源，例如，电压源120，经由管脚COMP提供。响应于信号 Smax，控制单元304在管脚DRV处产生处于第二状态的控制信号Ssw从而关闭开关114。图4所示为根据本发明的另一个实施例的采用边界传导模式控制输出电流的转 换器400 (例如，回扫转换器)的结构框图。在实施例中，转换器400包括能量存储单元，用于存储来自电源的能量，并将存储 的能量释放至负载424。在实施例中，能量存储单元可以是具有主线圈404和副线圈410的 变压器T3。主线圈404、开关414和电阻426将串联耦合于电源和地之间。二极管412、负 载424和电阻402与副线圈410串联耦合。电容418与负载424和电阻402并联耦合，用 于滤除由副线圈410流向负载424和电阻402的输出电流的纹波。由此，流经负载424 和电阻402的电流込为直流电流。在实施例中，当开关414开启时，主线圈404耦合于电源。由此，能量将积蓄在变 压器T3中。由于副线圈410上的电压为反向电压，二极管412被反向偏置。因此，没有电 流流经负载424。当开关414关闭时，主线圈404与电源断开。在这种情况下，副线圈410 上的电压变为正向电压。因此，二极管412正向偏置。由此，存储于变压器T3中的能量将 由副线圈410转移至负载424。输出电流Iqut2经由副线圈410和二极管412流向负载424。 流经负载424和电阻402的电流L为输出电流Iqut2的平均值。转换器400还包括耦合于开关414的控制器416，用于控制开关414从而调节输 出电流Iqut2以保持流经负载424的电流L基本不变。在实施例中，控制器416为具有管脚 ZCD，CS，VDD，DRV，COMPJP GND的集成电路。管脚VDD通过电阻428与电源相连。管脚GND 与地相连。管脚DRV与开关414相连。控制器416经过管脚DRV控制开关414。此外，管脚 Z⑶通过电阻422与副线圈410和二极管412相耦合。控制器416通过在管脚Z⑶处感测 表示副线圈410上的输出电压Vqut的感测信号Vzm，从而监控流经变压器T3的副线圈410 的输出电流Itm2。此外，管脚CS耦合于开关414和电阻426。在管脚CS处得到的感测信号V。s表示 电阻426上的电压V426。控制器416通过在管脚CS处感测感测信号Vcs从而监控流经变压 器T3的主线圈404的输出电流IQUT1。管脚COMP与负载424和电阻402相连以监测指示负 载电流込的电阻402上的电压V4(l2。控制器416基于在管脚COMP处感测的电压V4tl2产生电 压阈值VTHK2。更确切地说，如果电压V4tl2高于一个预设值VPKE，例如，0. 25V，即可相应减小电压阈值VTHK2。如果电压V4tl2低于预设值VPKE，即可相应增大电压阈值VTHK2。如果电压V4tl2几 乎为零，即可将电压阈值Vthk2增大至预设最大值Vmax，例如，3. 5V。换句话说，可以根据电压 V402和预设值Vpke间的比较结果调节电压阈值VTHK2。在实际应用中，该预设值可以由用户在 系统投入应用之前进行设置。当系统投入应用后，可以通过调节电阻402的阻值从而调节 电流IJ勺大小。根据以上所述，电压V4tl2与电流込成正比。类似的，可以根据负载电流込 与预设值Ipke间的比较结果调节电压阈值VTHK2。当将输入电压提供至转换器400时，如果管脚VDD处的电压Vvdd高于启动电压，例 如，13V，控制器416即可开始工作。否则，控制器416停止工作，并关闭开关414。当控制 器416开始工作时，控制器416将通过管脚DRV开启开关414。主线圈404将耦接至电源。 由此，流经主线圈404、开关414和电阻426的输出电流Iquti将逐渐从零增大，并且电阻426 上的电压V426也从零逐渐增大。能量将在变压器T3中累积，并且没有电流流经负载424。由于系统启动时电阻402上的电压V4tl2为零，电压阈值Vthk2将为预设最大值Vmx。 控制器416通过在管脚CS处感测感测信号Vcs从而监控输出电流Iotti。如果输出电流Iquti 高于电流阈值Ithki，表示电压V426的感测信号Ves将同时增大至高于电压阈值VTHK2。因此， 控制器416在管脚DRV处产生处于第二状态的控制信号Ssw从而关闭开关414。由此，主线 圈404与电源断开。存储于变压器T3中的能量将被转送至负载424。从副线圈410经由二 极管412流向负载424和电阻402的输出电流Iqut2将增大至一个最大值，并且之后将逐步 减小至最小值，例如，几乎为零。当开关关闭时，控制器416通过在管脚ZCD处接收的感测信号Vzm从而监控输出电 流IOTT2。如果输出电流Iot2小于电流阈值ITHK2，感测信号Vzm将小于电压阈值Vthki。因此， 控制器416将在管脚DRV处产生处于第一状态的控制信号Ssw从而开启开关414。主线圈 404耦合于电源。因此，流经主线圈404的输出电流Iquti即可逐渐减小至零。此外，当开关 414开启时，副线圈410上的电压将降至最小值，例如，几乎为零。类似的，主线圈404上的 电压V4tl4也降至最小值。因此，几乎等于Vin加V4tl4之和的开关414上的漏极电压也可降至 最小值。在操作过程中，如果电压V4tl2高于预设值VPKE，电压阈值Vthk2将相应减小。因此，在 管脚CS处的感测信号V。s的最大值也随之减小，从而导致存储于变压器T3中的能量减少。 因此，流经负载424和电阻402的电流込也随之减小，从而导致电压V4tl2也减小。如果电压 V402低于预设值VPKE，电压阈值Vthk2将相应增大。因此，在管脚CS处的感测信号V。s的最大 值也随之增大，从而导致存储于变压器T3中的能量增加。因此，流经负载424和电阻402 的电流l·也随之增大，从而导致电压V4tl2也增大。图5所示为根据本发明的一个实施例的由转换器400产生的电流，例如，流经主线 圈404的输出电流Iquti，流经副线圈410的输出电流Iqut2，以及流经负载424的电流L的 波形图。如图5所示，当开关414在时间段SW_0N内开启时，输出电流由零逐渐增大至 一个最大值。当开关414在时间段SW_0FF内关闭时，输出电流Ioti几乎降为零并且保持 零值不变。在时间段SW_0N内，输出电流Itm2保持零值不变。在时间段SW_0FF内，输出电 流Iot2从最大值减小至几乎为零。在时间段SW_0N和时间段SW_0FF内，电流L基本保持 不便。由于将电压V4tl2控制于预设值Vpke附近，即可将电流込控制于值IAve附近，可由等式
10⑶给出。Iavg = Vpee/R402 (3)其中R4tl2表示电阻402的阻值。有利的是，转换器400可以将输出电流Iott2控制在预设范围内。根据等式(3)，流 经电阻424的电流L可以基本保持恒定不变，哪怕输入电压在一个较宽的范围内变化，例 如，85V-265V。此外，通过调节电阻402的阻值从而调节电流L的大小。与图1中的转换 器100相似，当开关414开启时，开关414的漏极电压将减小至最小值。由此，开关414上 的功耗和温度都将较小。图6所示为根据本发明的一个实施例的图4中控制器416的方框图。与图3中标 记相同的元素具有相似的功能不在此处详述。图6将结合图3和图4进行描述。在实施例 中，控制器416用于控制直流到直流(DC/DC)转换器。然而，控制器416也可用于控制其它 类型的转换器，例如，交流到直流变换器或直流到交流变换器。在图6所示的样例中，控制器416包括耦合于管脚Z⑶的电流探测器602，通过在 管脚ZCD处接收的感测信号Vzm，从而监控输出电流IOT2。当感测信号Vzm小于电压阈值 Vthei时，电流探测器602在下降沿触发。之后电流探测器602将产生信号Smin(例如，低电 平信号)至控制单元304。响应于信号Smin，控制单元304通过管脚DRV将开关414开启。控制器416还包括误差放大器630，用于将管脚COMP处的电压V4tl2与预设值Vpke 进行比较，并根据比较结果产生电压阈值V·。如果电压V4tl2大于预设值VPKE，电压阈值V胃 相应减小。如果电压V4tl2小于预设值Vpke，电压阈值Vthk2相应增大。比较器306将管脚CS 处的感测信号Vcs与电压阈值Vthk2进行比较，当感测信号Vcs大于电压阈值Vthk2时，产生信 号Smax(例如，高电平信号)。响应于信号Smax，控制单元304将开关414关闭。在实际应用 中，该预设值可以由用户在系统投入应用之前进行设置。当系统投入应用后，可以通过调节 电阻402的阻值从而调节电流L的大小。图7所示为根据本发明的一个实施例的由转换器，例如，图1中的转换器100，实施 的方法流程图700。图7将结合图1和图3进行描述。在步骤702中转换器100开始工作。在步骤704中，如果提供给控制器116的电 压Vvdd高于启动电压Vs，例如，13V，控制器116中的参考和偏置单元310将产生工作电压，例 如，5V，至控制器116中的功能单元，例如电流探测器302，控制单元304和比较器306。由 此，在步骤706中控制器116开始工作。如果电压Vvdd小于启动电压Vs，控制器116中的欠 压锁定单元308将阻断电压Vvdd并且参考和偏置单元310无法正常工作。因此在步骤708 中，控制器116停止工作。在步骤710中，如果表示管脚VDD处的输入电压Vin和管脚Z⑶处的电压Vzm间压 差的感测信号VIN_zm不小于电压阈值VTHK1，例如，0. IV，开关114保持关闭。一旦感测信号 VIN_ZCD小于电压阈值Vthki，电流探测器302将产生信号Smin (例如，低电平信号)至控制器116 中的控制单元304。输入电压Vin和电压Vzm间的压差正比于输出电流IOTT。在步骤712中， 响应于信号Smin，控制单元304经由管脚DRV将开关114开启。之后输出电流Iqut从零逐步 增大。在步骤714中，如果管脚CS处的感测信号V。s不高于电压阈值VTHK2，开关114保持 开启。一旦感测信号Vcs高于电压阈值VTHK2，比较器306将产生信号Smax至控制单元304。感测信号Vcs与输出电流Iott成正比。在步骤716中，响应于信号Smax，控制单元304经由管 脚DRV将开关114关闭。之后输出电流Iot将从最大值减小至零。当开关114在步骤716关闭后，流程图700返回至步骤710。因此，由电感110流向负载124的输出电流Iqut将周期性地从零增达到最大值Imax 并从最大值Imax减小至零。由此，输出电流Iott即可被控制于预设范围内。最大值Imax可由 等式⑷给出。Imax = V126(max)/R126 = Vt腿/R126 (4)R126表示电阻126的阻值。流经负载124的电流L为直流电流，并且近似等于输出电流Iot的平均值IAve，可 由等式(5)给出。Il = Iavg = 0. 5*1丽=0. 5* (VTHE1/R126) (5)有利的是，根据等式(5)，流经电阻124的电流L将基本保持不变，即使输入电压 在一个较宽的范围内变化，例如，85V-265V。图8所示为根据本发明的一个实施例的由转换器，例如，图4中的转换器400，所实 施的方法流程图800。图8将结合图4和图6进行描述。在步骤802中，转换器400启动。在步骤804中，如果提供给控制器416的电压 Vvdd高于启动电压Vs，例如，13V，控制器416中的参考和偏置单元310将产生工作电压，例 如，5V，至控制器416中的功能单元，例如电流探测器602，控制单元304，误差放大器630和 比较器306。由此，在步骤806中控制器416开始工作。如果电压Vvdd小于启动电压Vs，控 制器416中的欠压锁定单元308将阻断电压Vvdd并且参考和偏置单元310无法正常工作。 因此在步骤808中，控制器416停止工作。在步骤810中，如果管脚Z⑶处的感测信号Vzm不小于电压阈值VTHK1，例如，0. IV， 开关414保持关闭。一旦感测信号Vzm小于电压阈值VTHK1，即表示输出电流Iott2小于电流 阈值Ithk2，电流探测器602产生信号Smin(例如，低电平信号)至控制单元304。响应于控制 信号Smin，在步骤812中控制单元304经由管脚DRV将开关414开启。之后，流经主线圈404 的输出电流Ioti将从零逐渐增大。由于副线圈410上的电压为反向电压，二极管412被反 向偏置。由此，没有电流从副线圈410流向负载424。在步骤814中，误差放大器630将电阻402上的电压V4tl2与预设值Vpke进行比较，并 根据比较结果产生电压阈值VTHK2。在步骤816中，误差放大器630根据比较结果调节Vthk2。 如果电压V4tl2大于预设值Vpke，误差放大器630将相应减小电压阈值Vthk2。如果电压V4tl2小 于预设值VPKE，误差放大器630将相应增大电压阈值VTHK2。如果电压V4tl2趋近于零，将电压 阈值Vthk2设为一个预设最大值Vmax,例如，3. 5V。在步骤818中，如果管脚CS处的感测信号V。s不高于电压阈值VTHK2，开关414保持 开启。一旦二感测信号Vcs高于电压阈值VTHK2，即表示流经变压器T3的主线圈404的输出 电流Ioti大于电流阈值ITHK1，比较器306将产生信号Smax(例如，高电平信号)至控制单元 304。感测信号Vcs与流经主线圈404的输出电流Iquti成正比。响应于信号SMAX，在方框 820中控制单元304通过管脚DRV将开关414关闭。由于副线圈410上的电压变为正向电 压，二极管402正向偏置。由此，存储于变压器T3中的能量即可传送至负载424。由副线圈 410经由二极管412流向负载424的输出电流Iqut2升高至最大值并且之后逐步减小到零。当开关在步骤820关闭后，流程图800转向步骤810。有利的是，转换器400可以根据电阻402上的电压V4tl2和预设值Vpke之间的比较结 果调节电压阈值VTHK2。由此，即可将电阻402上的电压V4tl2控制在预设值Vpke周围，并且将 将输出电流Iott2控制在预设范围内。因此，即使输入电压在一个较大的范围内变化，例如， 85V-265V,也可将电流L控制在某一特定值周围。图9所示为根据本发明的一个实施例的采用边界传导模式控制转换器，例如，图1 中的转换器100，的输出电流的方法流程图900。图9将结合图1进行描述。当转换器100开启后，在步骤902中，控制器，例如控制器116，将开关114开启，从 而将能量存储单元，例如电感110，耦接至电源。由此，在步骤904中，即可使输出电流Itm经 由能量存储单元流向负载，并且输出电流IOUT逐步增大。能量可积累于能量存储单元中。在步骤906中，如果输出电流Iqut不大于电流阈值Ithk2，开关114保持开启。一旦 在步骤906中输出电流Iqut大于电流阈值I胃，在步骤908中控制器116将开关114关闭， 从而使能量存储单元与电源断开。由此，在步骤910中，即可使输出电流Iott从能量存储单 元流向负载，并且输出电流Iot逐渐减小。存储于能量存储单元中的能量将转移至负载。在步骤912中，如果输出电流Iqut不小于电流阈值Ithki，开关114保持关闭。一旦 在步骤912中输出电流Iqut小于电流阈值ITHK1，流程图900返回至步骤902，控制器116将 开关114开启，从而使能量存储单元耦接至电源。由此，将使输出电流Iott经由能量存储单 元流向负载，并且输出电流Iot逐渐增大。图10所示为根据本发明的一个实施例的采用边界传导模式控制转换器，例如，图 4中的转换器400，的输出电流的方法流程图1000。图10将结合图4进行描述。当转换器400启动后，在步骤1002中，控制器，例如控制器416，将开关414开启从 而将能量存储单元，例如，变压器T3的主线圈404，耦接至电源。由此，在步骤1004中，即可 使输出电流Ioti流经主线圈404。能量将累积在变压器T3中。在步骤1006中，基于流经负载424的电流Il调节电流阈值Ithki。在实施例中，如 果电流l·大于预设值IPKE，即可减小电流阈值ITHK1。如果电流l·小于预设值IPKE，即可增大 电流阈值Iyhki。在步骤1008中，如果输出电流Iquti不大于电流阈值Ithki，开关保持开启。一 旦输出电流Iquti大于电流阈值Ithrl，在步骤1010中控制器416将开关关闭，从而使主线圈 404与电源断开。在步骤1012中，即可使输出电流Iqut2从变压器T3的副线圈410流向负 载，并逐渐减小。存储于变压器T3中的能量即可传输至负载。在步骤1014中，如果输出电 流I。UT2不小于电流阈值Ithk2，开关414保持关闭。一旦输出电流Iott2小于电流阈值ΙΤΗΚ2，流 程图1000返回至步骤1002，控制器416将开关414开启，从而将主线圈404耦接至电源。因此，根据本发明的实施例，本发明提供了一种功率转换器以及用于控制功率转 换器的控制器。该控制器包括第一比较器，用于将指示流经该功率转换器的能量存储单元 的输出电流的第一感测信号与第一阈值进行比较，并且产生第一比较信号。该控制器还包 括第二比较器，用于将指示流经该功率转换器的能量存储单元的输出电流的第二感测信号 与第二阈值进行比较，并且产生第二比较信号。该控制器还包括耦合于第一比较器和第二 比较器的控制单元，用于根据第一和第二比较信号将功率转换器的开关开启和关闭。当控 制器开启开关时，能量存储单元被耦接至电源，从而存储来自电源的能量。当控制器关闭开 关时，能量存储单元与电源断开，从而将存储的能量释放至负载。
在一个实施例中，例如降压转换器，如果指示流经能量存储单元的输出电流的第 一感测信号小于第一阈值，控制器将开关开启。如果指示流经能量存储单元的输出电流的 第二感测信号大于第二阈值，控制器将开关关闭。在另一个实施例中，例如回扫转换器，控制器将根据流经负载的电流产生并调节 第二阈值。如果负载电流大于预设值，将相应减小第二阈值。如果负载电流小于预设值，将 相应增大第二阈值。此外，尽管根据如上所述实施例阐述本发明，本领域技术人员应该理解，本发明并 非仅限于如上所述实施例的应用中，并且可以用于实施多种其他的实施例或这些实施例的变换。上文具体实施方式
和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要 求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术 人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前 提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实 施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于 此前之描述。
权利要求
一种用于控制功率转换系统的控制器，其特征在于，所述控制器至少包括第一比较器，用于将第一感测信号与第一阈值进行比较，并产生第一比较信号，其中所述第一感测信号指示流经所述功率转换系统的能量存储单元的输出电流；第二比较器，用于将指示所述输出电流的第二感测信号与第二阈值进行比较，并产生第二比较信号；以及控制单元，耦合于所述第一比较器和第二比较器，用于根据所述第一比较信号和第二比较信号将所述功率转换系统的开关开启和关闭，其中，当所述开关开启时，将所述能量存储单元与电源耦接以存储来自所述电源的能量，及当所述开关关闭时，将所述能量存储单元与所述电源断开以将存储的能量释放给负载。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括误差放大器，用于将流经所述负载的负载电流与预设值进行比较，并根据相应的比较 结果产生所述第二阈值。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，当所述负载电流高于所述预设值时，减 小所述第二阈值，及当所述负载电流低于所述预设值时，增大所述第二阈值。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，当所述第一感测信号低于所述第一阈 值时，所述控制单元开启所述开关，及当所述第二感测信号高于所述第二阈值时，所述控制 单元关闭所述开关。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述能量存储单元包括具有主线圈和 副线圈的变压器。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，耦合于所述主线圈的所述第一比较器 将指示流经所述主线圈的第一电流的所述第一感测信号与所述第一阈值进行比较，及耦合 于所述副线圈的所述第二比较器将指示流经所述副线圈的第二电流的所述第二感测信号 与所述第二阈值进行比较。
7.一种用于控制功率转换系统的控制器，其特征在于，所述控制器至少包括输入管脚，用于接收与所述功率转换系统相耦合的电源的输入电压；第一感测管脚，与所述功率转换系统的能量存储单元相耦合，其中所述控制器通过感 测所述输入管脚和所述第一感测管脚间的信号差接收指示流经所述能量存储单元的输出 电流的第一感测信号；第二感测管脚，用于接收指示所述输出电流的第二感测信号；以及控制管脚，用于产生控制信号至耦合于所述能量存储单元的开关从而开启和关闭所述 开关，其中，所述控制器将所述第一感测信号与第一阈值进行比较并产生第一比较信号，所 述控制器将所述第二感测信号与第二阈值进行比较并产生第二比较信号，并且所述比较器 根据所述第一比较信号和第二比较信号产生所述控制信号，并经由所述控制管脚将所述控 制信号发送至所述开关。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，当所述开关开启时，所述能量存储单元 与电源耦接以存储来自所述电源的能量，及当所述开关关闭时，所述能量存储单元与所述 电源断开以将存储的能量释放至负载。
9.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括误差放大器，用于将流经与所述能量存储单元相耦合的负载的负载电流与预设值进行 比较，并根据相应的比较结果产生所述第二阈值。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，当所述负载电流高于所述预设值时， 减小所述第二阈值，及当所述负载电流低于所述预设值时，增大所述第二阈值。
11.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，当所述第一感测信号小于所述第一阈 值时，所述控制器开启所述开关从而将所述能量存储单元耦截至电源，及当所述第二感测 信号大于所述第二阈值时，所述控制器关闭所述开关从而将所述能量存储单元与所述电源 断开。
12.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述能量存储单元包括具有主线圈和 副线圈的变压器。
13.根据权利要求12所述的控制器，其特征在于，所述控制器将指示流经所述主线圈 的第一电流的所述第一感测信号与所述第一阈值进行比较，及将指示流经所述副线圈的第 二电流的所述第二感测信号与所述第二阈值进行比较。
14.一种功率转换系统，其特征在于，所述功率转换系统至少包括能量存储单元，用于存储来自电源的能量并将存储的能量释放至负载；开关，用于将所述能量存储单元耦接至所述电源以及将所述能量存储单元与所述电源 断开；以及控制器，用于根据流经所述能量存储单元的输出电流开启和关闭所述开关，从而将所 述输出电流控制在预设范围内，其中，如果所述输出电流小于第一电流阈值，所述控制器开启所述开关从而将所述能 量存储单元耦接至所述电源，如果所述输出电流大于第二电流阈值，所述控制器关闭所述 开关从而将所述能量存储单元与所述电源断开。
15.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述功率转换系统还包括二极管，耦合于所述能量存储单元和所述负载，其中，如果所述能量存储单元与所述电源断开，导通所述二极管从而使所述输出电流从所述能量存储单元流向所述负载。
16.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述能量存储单元包括耦合 于所述电源和所述负载间的电感。
17.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述能量存储单元包括具有 主线圈和副线圈的变压器。
18.根据权利要求17所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制器将指示流经所述 主线圈的第一电流的所述第一感测信号与所述第一阈值进行比较，及将指示流经所述副线 圈的第二电流的所述第二感测信号与所述第二阈值进行比较。
19.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制器包括第一比较器，用于将指示所述输出电流的第一感测信号与第一阈值进行比较，并产生 第一比较信号；以及第二比较器，用于将指示所述输出电流的第二感测信号与第二阈值进行比较，并产生 第二比较信号。
20.根据权利要求19所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制器还包括控制单元，耦合于所述第一比较器和第二比较器，用于根据所述第一比较信号和第二 比较信号将所述开关开启和关闭。
21.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制器包括误差放大器，用于将流经所述负载的负载电流与预设值进行比较，并根据相应的比较 结果产生所述第二电流阈值。
22.根据权利要求21所述的功率转换系统，其特征在于，当流经所述负载的负载电流 高于所述预设值时，将所述第二电流阈值降低，当所述负载电流低于所述预设值时，将所述 第二电流阈值升高。
全文摘要
本发明公开了一种功率转换系统及用于控制该功率转换系统的控制器。所述控制器包括第一比较器，用于将第一感测信号与第一阈值进行比较，并产生第一比较信号，其中所述第一感测信号指示流经所述功率转换器的能量存储单元的输出电流；第二比较器，用于将指示所述输出电流的第二感测信号与第二阈值进行比较，并产生第二比较信号；以及耦合于所述第一和第二比较器的控制单元，用于根据所述第一和第二比较信号将所述功率转换器的开关开启和关闭，其中，当所述开关开启时，将所述能量存储单元与电源耦接以存储来自所述电源的能量，并且当所述开关关闭时，将所述能量存储单元与所述电源断开以将存储的能量释放给负载。
文档编号H02M3/155GK101888170SQ201010178560
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者郭清泉 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司