电源控制器和用于电源控制器的基准电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电源控制器和用于电源控制器的基准电路。在一种实施例中电源控制器包括：被配置为接收代表AC输入电压的第一信号的输入，所述AC输入电压具有第一周期并且具有为正弦波形的第一波形；具有用于接收所述第一信号的输入的基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形的平方的第二波形的参考信号；以及被配置为形成用于控制开关以形成输出电流的驱动信号的PWM控制器电路，所述驱动信号具有第二周期，所述PWM控制器电路被配置为使用所述参考信号来控制所述开关以使在所述第一周期内的所述输出电流的第一均值形成为基本上恒定的并且使在所述第二周期内的所述输出电流的第二均值形成为具有基本上为所述参考信号的所述平方正弦波形的第三波形。
【专利说明】电源控制器和用于电源控制器的基准电路
【技术领域】
[0001]本实用新型一般地涉及电子器件，并且更特别地涉及半导体、器件的结构以及形成半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002]过去，半导体工业使用各种方法及电路来形成例如用于给发光二极管(LED)光源或电池充电器供电的应用以及各种其他应用的电源。典型地，电源使用隔离的反激(fly-back)变换器，以便提供在输入和输出元件之间的隔离。这些隔离的反激变换器典型地包括用于提供关于输出电压的状态的信息的反馈电路。这些反馈电路通常包括用于在输入和输出元件之间提供隔离的光耦合器元件或变压器。光耦合器和/或变压器元件增加了系统的成本。变换器同样可以已经包含用于提供关于输出电流的信息的电路。
[0003]另外，所希望的是供电系统具有高功率因数，例如，大于0.7的功率因数。但是，这些应用的电源通常不会提供足够的功率因数校正。
[0004]因此，所希望的是拥有具有较低的成本并且具有高功率因数校正的电源和/或其控制器，同样希望的是拥有用于提供只使用有关电源的初级侧的信息的这样的特征的电源和/或其控制器。
实用新型内容
[0005]本实用新型通过提供一种电源控制器解决至少一个现有技术的技术问题。电源控制器的特征在于包括:被配置为接收代表AC输入电压的第一信号的输入,所述AC输入电压具有第一周期并且具有正弦波形的第一波形；具有用于接收所述第一信号的输入的基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形的平方的第二波形的参考信号；以及被配置为形成用于控制开关以形成输出电流的驱动信号的PWM控制器电路，所述驱动信号具有第二周期，所述PWM控制器电路被配置为使用所述参考信号来控制所述开关以使在所述第一周期内的所述输出电流的第一均值形成为基本上恒定并且使在所述第二周期内的所述输出电流的第二均值形成为具有基本上为所述参考信号的平方正弦波形的第三波形。
[0006]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于在所述第一周期内的所述输出电流的所述第一均值与参考信号的均值成比例。
[0007]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于所述基准电路被配置为使在所述第一周期内的所述参考信号的均值形成为基本上恒定。
[0008]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于所述基准电路包括求均值电路，所述求均值电路被配置为接收所述参考信号并形成代表所述参考信号的均值相对所述参考信号的期望均值的偏差的误差信号。
[0009]本实用新型通过提供一种用于电源控制器的基准电路解决至少一个现有技术的技术问题。用于电源控制器的基准电路的特征在于包括:基准电路被配置为接收代表具有第一波形的AC输入信号的第一信号；以及基准电路被配置为形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一种波形的第二波形的参考信号。
[0010]根据一个实施例的基准电路，其特征在于所述基准电路被配置为使所述第一信号倍乘于其自身，并且所述基准电路被配置为调节乘法器电路的比例值以将所述参考信号的均值形成为基本上为预定值。
[0011]本实用新型通过提供一种电源控制器解决至少一个现有技术的技术问题。电源控制器的特征在于包括:所述电源控制器被配置为接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC输入信号的第一信号，其中所述电源控制器被配置为形成具有第二周期的驱动信号来控制电源开关以形成输出电流；以及所述电源控制器被配置为形成在所述第二周期内的具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第二波形的所述输出电流的第一均值。
[0012]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于包括基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第三波形且在所述第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号；以及所述基准电路被配置为使所述第一信号倍乘于其自身以控制所述参考信号使其具有基本上为平方正弦波形的所述第三波形。
[0013]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于包括基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第三波形且在所述第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号；以及所述基准电路被配置为确定所述参考信号相对所述参考信号的期望均值的偏差并且使用所述偏差来调整所述参考信号的所述均值以使其基本上为预定值。
[0014]根据一个实施例的电源控制器，其特征在于所述基准电路被配置为确定所述参考信号相对所述参考信号的期望均值的偏差包括:配置所述电源控制器以形成代表所述参考信号的瞬时值相对所述参考信号的所述期望均值的差异的误差信号，确定所述误差信号的均值，以及使用所述误差信号的所述均值来调整所述参考信号的所述瞬时值。
[0015]本实用新型由此取得了相应的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示意性地示出了包含根据本实用新型的电源控制器的电源系统的一部分的一种实施例的实例；
[0017]部分附图标记说明:
[0018]6:电源
[0019]7:整流器
[0020]16:电流传感元件
[0021]24:负载
[0022]43:基准电路
[0023]44:PWM 控制器
[0024]图2示意性地示出了根据本实用新型的作为图1的电源控制器的一种可替换实施例的电源控制器的一部分的一种实施例的实例；
[0025]部分附图标记说明:
[0026]24:负载
[0027]58:求均值电路
[0028]44:PWM 控制器
[0029]图3示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-2的基准电路的一种可替换实施例的基准电路的一部分的一种实施例的实例；
[0030]部分附图标记说明:
[0031]44:PWM 控制器
[0032]83:基准
[0033]图4示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-3的基准电路的一种可替换实施例的基准电路的一部分的一种实施例的实例；
[0034]部分附图标记说明:
[0035]83:基准
[0036]102:延迟
[0037]图5是具有根据本实用新型的在关于图1-4和6的描述中所描述的某些信号的曲线的曲线图；
[0038]部分附图标记说明:
[0039]40:驱动信号
[0040]56:基准
[0041]图6示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-4的基准电路的一种可替换实施例的基准电路的一部分的一种实施例的实例；
[0042]部分附图标记说明:
[0043]83:基准
[0044]102:延迟
[0045]图7示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-4和6的基准电路的一种可替换实施例的基准电路的一部分的一种实施例的实例；部分附图标记说明:
[0046]44 =PWM 控制器
[0047]83:基准
[0048]以及
[0049]图8示出了根据本实用新型的包含图1-4和6-7的某些电路的半导体器件的放大平面图。
[0050]为了图示的简单和清晰，在附图中的元件并不一定是按比例的，并且在不同附图中的相同附图标记指示相同的元件，除非另有说明。另外，关于众所周知的步骤和元件的描述和细节为了描述的简洁性而被省略。如同本文所使用的，载流电极意指器件中用于将电流传输通过器件的元件，例如，MOS晶体管的源极或漏极、双极型晶体管的发射极或集电极，或者二极管的阳极或阴极，而控制电极意指器件中用于控制通过器件的电流的元件，例如，MOS晶体管的栅极或者双极型晶体管的基极。尽管器件在本文被解释为特定的N沟道或P沟道器件，或者特定的N型或P型掺杂区，但是本领域技术人员应当意识到，互补器件根据本实用新型同样是可能的。本领域技术人员应理解，导电类型指的是传导藉以发生的机制，例如，通过空穴或电子的传导，因此，导电类型并非指的是掺杂浓度而是掺杂类型，例如，P型或N型。本领域技术人员应当意识到，本文所使用的与电路操作相关的词“在...期间”、“在...的同时”和“当...的时候”并不是意指动作在引发动作发生时立即发生的精确术语，而是可以在初始动作与由其引发的反应之间存在略微小的但却合理的延迟，例如，各种传播延迟。另外，术语“在...的同时”意指特定的动作至少在引发动作的发生期间的某一部分内发生。词“近似”或“基本上”的使用意指元件的值具有预计将接近于规定值或规定位置的参数。但是，如同本【技术领域】所熟知的，总是会存在阻碍值或位置正好为规定的值或位置的较小差异。本【技术领域】已经很好地确定，高达至少百分之十(10% )(以及对于半导体掺杂浓度为高达百分之二十(20%))的差异都是相对正好为所述的理想目标的合理差异。在关于信号的状态来使用时，术语“断言的”意指信号的活动状态，而术语“置否的”意指信号的非活动状态。信号的实际电压值或逻辑状态(例如，“I”或“O”)取决于使用的是正逻辑还是负逻辑。因而，所断言的能够要么是高电压或高逻辑，要么是低电压或低逻辑，取决于使用的是正逻辑还是负逻辑，而所置否的可以要么是低电压或低态，要么是高电压或高逻辑，取决于使用的是正逻辑还是负逻辑。在本文中，使用正逻辑约定，但是本领域技术人员应当理解，负逻辑约定也同样能够使用。在权利要求书中或/和在【具体实施方式】中用作元件名称的一部分的术语第一、第二、第三等被用于区分相似的元件，而不一定用于描述顺序，不管是在时间上、空间上、排名上，还是在任何别的方式上。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所描述的实施例能够按照除了本文所描述的或所说明的顺序之外的其他顺序来操作。
[0051]所描述的附图只是示意性的，并且是非限制性的。在附图中，某些元件的尺寸出于图示起见可以被放大，而不是按比例绘制。尺寸和相对尺寸对于本实用新型的实践并不对应于实际缩减。
【具体实施方式】
[0052]图1示意性地示出了具有降低的成本以及改进的功率因数校正的电源系统10的一部分的一种实施例的实例。系统10包括用于生成AC输入电压8的AC电压源13，例如，家用电源或其他电压源的体AC输入电压。电压8具有由电压源13的频率确定的周期，该频率典型为50或60赫兹(50或60Hz)，但在其他应用中也可以是其他频率。本领域技术人员还应当意识到，电压8典型地具有为正弦波形的包络波形。系统10通常通过诸如全波桥型整流器之类的整流器来整流，以形成代表电压8的电压信号9。系统10的电压输入端子11和公共返回端子12接收信号9。
[0053]系统10典型地还包括初级侧电源控制器35、开关(例如，晶体管14)，以及具有初级绕组18以及被用来隔离系统10的元件的次级绕组19的变压器17。系统10的次级侧典型地包括用于整流来自绕组19的信号的另一个整流器，例如，二极管21。在次级侧的存储与滤波电容器22有助于形成在系统10的输出端子26与输出返回端子27之间的输出电压。负载24典型地连接于端子26和27之间，用于接收输出电流20和输出电压。
[0054]控制器35包括被配置用于接收代表电压8的第一信号(例如，信号9)的输入38，以及被配置用于给功率开关(例如，晶体管14)提供驱动信号40以控制晶体管14以便形成并控制输出电流20的输出410控制器35还包括被配置用于接收代表流过晶体管14和初级绕组18的初级电流15的值的电流传感(CS)信号的电流传感输入42。电流传感元件16通常有助于形成CS信号。元件16可以具有包含传感FET类型的晶体管的传感元件、串联电阻器或电容分压器或者其他众所周知的电流传感元件的各种实现方式。
[0055]控制器35被配置用于形成电流20，以具有在驱动信号40的周期内的均值，波形基本上为平方正弦波形。在另一种实施例中，控制器35被配置用于使在电压8的周期内的电流20的均值形成为基本上恒定的。如同下文将可以进一步看出的，在图5中示出了电流20的某些实例(例如，曲线134和135)。
[0056]控制器35典型地包括基准电路43和PWM控制器44。如同下文将可以进一步看出的，基准电路43被配置用于接收代表电压8的信号，并且形成具有代表平方的电压8的波形的，从而为平方正弦波形的波形的基准(Ref)信号56。电路43还被配置用于使信号56的均值(例如，在电压8的周期内的均值)形成为基本上恒定的。如同下文将可以进一步看出的，在图5中示出了基准信号(REF) 56的某些实例(例如，曲线132)。
[0057]在该优选实施例中，控制器35不接收代表形成于端子26和27之间的输出电压的值的信号，从而控制器35被配置用于在没有被配置用于接收来自次级侧的反馈信号的情况下并且在没有被配置用于接收来自光耦合器的信号的情况下控制电流20。因而，缺少配置用于形成代表输出电压的值的反馈信号的光耦合器。另外，控制器35被配置用于在没有来自变压器17的次级绕组的信号的情况下仅使用由初级绕组18形成的信号来调节电流20的值。该优选实施例有助于降低控制器35以及使用控制器35的系统(例如，系统10)的成本。在另一种实施例中，控制器35还被配置用于在没有被配置用于接收来自光耦合器的代表电流20的反馈信号的情况下控制电流20。
[0058]控制器35被配置用于接收用于操作在电压输入36与电压返回37之间的控制器35的操作电压。返回37典型地与公共返回端子12连接。电源可以被用来接收信号9并给输入36提供操作电压。
[0059]图2示意性地示出了作为在关于图1的描述中解释的控制器35的一种可替换实施例的电源控制器45的一部分的一种实施例的实例。用于给在关于图1的描述中解释的控制器45提供操作电压的电源的一个实例可以包含用于接收信号9的二极管28及电容器29。在其他实施例中，电源配置可以包含稳压二极管或线性电压调节器，或者作为二极管28和电容器29之一或两者的代替或者除了它们之外的某些别的众所周知的功率控制器。在某些实施例中，输入36可以被配置用于接收来自端子11的作为操作电压的信号9。电阻器34是在关于图1的描述中描述的电流传感元件的一种可替换实施例。
[0060]控制器45包括与在关于图1的描述中描述的电路43相似的并作为它的一种可替换实施例的基准电路50。电路50被配置用于在输入38上接收代表电压8的第一信号33和/或信号9。典型地，信号9的值远大于控制器45的电路所能够接受的，因而，电阻器30和31的电阻分压器被用来将信号9的值降低至信号33的值。在其他实施例中，可以使用其他装置来形成代表电压8的信号33。
[0061]图5是具有可以包含控制器45的系统(例如，系统10(图1))的某些信号的曲线的曲线图。横坐标指示时间，而纵坐标指示所示信号的增加值。曲线130示出了信号9的包络波形，而曲线131示出了信号33的包络波形。曲线132示出了基准(Ref)信号56的正弦平方波形。曲线133示出了校正信号69，该校正信号69将可在下文中看出。曲线134示出了在驱动信号40的周期内的电流20的均值，曲线135示出了电流20的瞬时形状，而曲线137示出了驱动信号40。该描述包括对图2和图5的参考。
[0062]本领域技术人员应当意识到，电压8的包络波形是正弦波，因此信号9的包络波形是代表电压8的已整流的正弦波，包括信号的峰值和零值对应于电压8的峰值和零值。电路50被配置用于使信号33倍乘于其自身，以便形成具有正弦平方包络波形的信号56，如曲线131和132所示。乘法器54被用来执行信号33的乘法。本领域技术人员应当意识到，对已整流的正弦波(例如，信号9和/或33)求平方会形成基本上等价于平方正弦波的信号，如以下方程所示:
[0063](Vp.sin (cot))2 = (-Vp.sin (cot))2 = Vp2.sin2 (ω t)
[0064]电路50还被配置用于使在电压8的周期内的信号56的均值形成为基本上恒定的(图1)。电路50的求均值电路58被配置用于接收信号56并形成被用来使在电压8的周期内的信号56的均值保持为基本上恒定的校正信号69。在一种实施例中，信号69被用来控制乘法器54的操作，以将信号56的均值控制为基本上恒定的。
[0065]在一种实施例中，控制器45被配置用于使用信号56来控制电流20，使得在信号40的周期内的电流20的均值具有基本上为如曲线134所示的正弦平方波形的包络波形。在另一种实施例中，控制器45还被配置用于将在电压8的周期内的电流20的均值控制为基本上恒定的且与信号56的均值成比例。
[0066]在一种可选的实施例中，控制器44还可以被配置用于接收代表在端子26和27之间的输出电压的值的反馈信号，并且用于将输出电压的值调节为期望值。对于这样的示例实施例，使用控制器45的系统可以包括用于接收输出电压并形成反馈信号的光耦合器125。
[0067]图3示意性地示出了作为电路43和50的一种可替换实施例的基准电路60的一部分的一种实施例的实例。电路60包含与例乘法器54相似的且作为它的一种可替换实施的乘法器64。电路60的求均值电路包括跨导放大器79和81，并且是电路58 (图2)的一种可替换实施例。乘法器64的具体所示实例电路被配置用于对电流而非电压来操作。因此，电路60和求均值电路包含同样对电流进行操作的跨导放大器。在其他实施例中，乘法器64的电路以及放大器的类型可以是不同的，例如，被配置用于对电压而非电流进行操作或者对两者进行操作。乘法器64的电路配置是本领域技术人员所熟知的。例如，本领域技术人员都了解跨导线性电路。
[0068]跨导放大器62接收信号33并将其转换为待施加于乘法器64的输入66的电流70。来自放大器62的电流代表电压8,包括代表电压8的包络波形。乘法器64将来自放大器62的电流信号倍乘于其自身，以在输出67上形成电流78，使得电流78具有平方正弦波的包络波形。电阻器80将电流78转换成电压以形成参考信号56，如曲线132所示。在其他实施例中，电阻器80可以替换为包含运算放大器的电流-电压电路、并联稳压器或者用于将电流转换为电压的另一种电路。PWM控制器44接收信号56并使用信号56来控制电流20。
[0069]求均值电路的跨导放大器81接收信号56并形成代表信号56的均值相对信号56的期望均值的偏差的误差信号82。放大器81接收在同相输入上的信号56以及在异相输入上的来自固定基准电路或基准83的固定参考信号，并形成误差信号82。例如，信号82可以通过放大在来自基准83的预定值与信号56之间的偏差来形成。求均值电路形成误差信号82的均值，并且使用误差信号82的均值来形成校正信号69，该校正信号69被用来调整乘法器64的比例电流77以使信号56的均值保持为基本上恒定的。另一种实施例还包括:求均值电路被配置用于使信号56的均值保持为基本上等于基准电路83的值。放大器81被配置用于将误差信号82形成为电流，并且被配置用于给包含电阻器85及电容器32和86的积分和过滤网络供应电流。但是，本领域技术人员应当意识到，在一种实施例中，误差信号还可以被形成为电压。在该优选实施例中，电容器86被配置用于积分误差信号82的瞬时值以形成代表误差信号82的均值的信号88。电容器32和电阻器85有助于过滤均值信号。电容器32和86连同电阻器85 —起通常在电路60之外，但是在某些实施例中，这些器件中的任一个都可以包含于电路60之内。跨导放大器79在输入48上接收代表误差信号82的均值的信号，并且形成曲线133所示的被施加于乘法器64的比例输入68的校正信号69。尽管信号69被不为电流77,但是在其他实施例中它可以是电压。乘法器64响应于信号69来调整或调节电流78的值以增大或减小信号56的值，使得信号56的均值保持为基本上恒定的。在另一种实施例中，电路60被配置用于使在电压8的周期内的信号56的均值形成为基本上等于预定值，例如，基本上与由基准83形成的参考信号的值成比例。本领域技术人员应当理解，信号56的均值可以在表示为与由基准83形成的参考信号的值成比例的目标值附近的某一值范围之内变化。例如，目标值可以是I伏特(IV)，并且值范围可以是在I伏特附近的正/负百分之五或十(5% -10% )。
[0070]信号56的瞬时值能够由以下方程表不:
[0071 ] V56 = R80*K2* (V33*V33)/177)
[0072]其中；
[0073]K是放大器62的电压-电流转换的增益，
[0074]V56是信号56的瞬时电压，
[0075]V33是在输入66上的瞬时电压，以及
[0076]177是来自信号69的电流77的值。
[0077]由于信号33是正弦信号，因而信号56是平方正弦信号。控制器60被配置使得在电压8的周期内的电流20的均值被形成为基本上与信号56的均值成比例，并且能够由以下方程表不:
[0078]120，avg = V56avg/ (2*N*R34)
[0079]其中；
[0080]120，avg是在电压8的周期内的电流20的均值，
[0081]N是常数，
[0082]R34是电流传感电阻器34的值；以及
[0083]V56avg是信号56的均值。
[0084]本领域技术人员应当理解，电流20的均值可以在方程所表示的目标值附近的某一值范围之内变化。例如，目标值可以是I安培(IAmp)，并且值范围可以是在I安培附近的正/负百分之五或十(5% -10% )。在另一种实施例中，电容器86和电阻器85可以被省略，并且放大器81的输出可以连接至放大器79的输入。在这样的配置中，还可以省略输出49。
[0085]乘法器64的输入66被配置用于接收代表信号8的信号。乘法器64的输出67被配置用于形成与放大器81的同相输入连接的基准信号56。放大器81的异相输入被连接用于接收来自基准电路83的参考电压。放大器81的电流输出被配置用于形成误差信号82。放大器79的同相输入被配置用于接收代表误差信号82的均值的信号88。放大器79的异相输入被连接用于接收来自返回37的公共返回信号。放大器79的输出被配置用于形成与乘法器64的比例输入68连接的校正信号69。
[0086]图4示意性地示出了作为基准电路43、50和60的一种可替换实施例的基准电路90的一部分的一种实施例的实例。电路90与电路43、50和60类似，除了求均值电路92被用作在关于图3的描述中所描述的求均值电路的一种可替换实施例之外。电路92被配置用于使用信号82来确定信号56的均值。电路92被配置用于检测放大器81的状态——源出电流(作为一种状态)或汇入电流(作为另一种状态)，并使用这两种状态来形成信号82的均值。电路92包括用来对信号82 (或者代表信号82的信号)的最大值和最小值采样并使用该最大值和最小值来控制信号56的均值的采样与保持电路。在另一种实施例中，采样与保持电路使用信号82的最大值和最小值来计算信号82的均值。来自放大器81的误差信号82具有与信号56相同的波形的交流分量。
[0087]求均值电路92包括用于检测何时来自信号82的电流正由放大器81源出或者正由放大器81汇入的电流比较器93。放大器95起着缓冲器的作用，用于防止电路92加载放大器81的输出以及防止其影响误差信号82。在放大器82开始源出电流时(例如，如果信号56的值不小于基准83)，比较器93的输出升高，从而指示信号82的值正在增加。边缘检测器97检测到比较器93的输出升高并生成脉冲。来自边缘检测器97的高电平(high)迫使或(OR)门99的输出变为高电平，以将锁存器101置位。将锁存器101置位促使Q输出升高。来自锁存器101的高电平以及来自检测器97的高电平迫使与(AND)门103的输出升高并闭合开关106。闭合开关106连接待由放大器95充电的电容器109。开关106保持为闭合的，从而对电容器109充电达由延迟电路或延迟102确定的时间。由此允许电容器109充电到代表信号82的最小值的值，例如，最小瞬时值。在延迟102的延迟时间之后，开关106被断开。
[0088]当信号56的值降低至不大于基准83的值时，放大器81开始汇入电流而不是源出电流。比较器93检测到信号82的电流具有改变的状态，该状态迫使比较器93的输出变为低电平(low)。来自比较器93的低电平由边缘检测器98检测到，该边缘检测器98迫使或门99的输出变为高电平(high)以再次对锁存器101置位。锁存器101的高电平的Q输出以及来自检测器98的高电平迫使与门104的输出变为高电平，由此闭合开关107。闭合开关107将电容器110耦接至放大器95的输出，使得电容器110充电至代表信号82的最大值的值。求和电路112对电容器109和110的电压求和以形成指示误差信号82的均值的信号88。
[0089]求均值电路92具有与放大器81的输出连接的输入，用于接收误差信号82。比较器93具有与电路92的输入连接的同相输入以及为接收参考信号94而连接的异相输入。比较器93的输出连接至边缘检测器97的输入以及逆变器96的输入，该逆变器96具有与边缘检测器98的输入连接的输出。边缘检测器97的输出连接至或门99的第一输入以及与门103的第一输入。边缘检测器98的输出连接至或门99的第二输入以及与门104的第一输入。或门99的输出与锁存器101的置位输入连接。锁存器101的复位输入与延迟102的输出连接，该延迟102具有与锁存器101的立方(cube)或输出连接的输入。锁存器101的Q输出连接至门103的第二输入以及门104的第二输入。门103的输出与开关106的控制输入连接。开关106的输入与放大器95的输出连接，而开关106的输出与求和电路112的第一输入连接。电容器109的第一端子与开关106的输出连接,而电容器109的第二端子与返回37连接。门104的输出与开关107的控制输入连接。开关107的输入与放大器95的输出连接，而开关107的输出与电路112的第二输入连接。电容器110的第一端子与开关107的输出连接，而电容器110的第二端子与返回37连接。
[0090]图6示意性地示出了包含求均值电路115的基准电路114的一部分的一种实施例的实例。电路114与电路90类似，除了求均值电路115被用作在关于图4的描述中所描述的求均值电路92的一种可替换实施例之外。在一种实施例中，电路115与电路92类似，除了电路115被配置用于响应于电压8的最小值和最大值而对信号82 (或者代表信号82的信号)的值采样之外。为了促进该操作，电流基准94由来自固定电压基准117的电压替代，该电压被施加于比较器93的异相输入。电路115被配置用于响应于电压8从最小值开始增大而使比较器93的输出升高，并且响应于电压8从最大值开始减小而使输出降低。微分器电路被配置用于接收代表电压8的信号，例如，信号33，并且在电压8的上升沿和下降沿处形成脉冲。这些脉冲代表分别从电压8的最小值起增大的以及从电压8的最大值起减小的电压8。
[0091]图7示意性地示出了作为基准电路43、50、60、90和114的一种可替换实施例的基准电路160的一部分的一种实施例的实例。电路160与电路43、50、60、90和114类似，除了电路160被配置用于形成具有在驱动信号40的周期内的均值且波形基本上为正弦波形的电流20之外。
[0092]电路160包括成形电路164。电路164被配置用于接收代表电压8的信号，并形成具有代表电压8的波形的波形的基准(Ref)信号156。在一种实施例中，电压8代表正弦波形。电路160被配置用于使在电压8的周期内的信号156的均值形成为基本上与信号56的均值相同的。信号82的值和波形基本上与电路60的信号82的相同。在一种实施例中，电流源182和183形成基本上相等的电流，例如，电流184。电路164的基准电流178的值能够由以下方程表示:
[0093]1178 = 1167*1184/1171
[0094]其中；
[0095]1178是电路164的电流178的值，
[0096]1167是到电路164之内的输入电流，
[0097]1184是来自电流源182或183的电流184的值，以及
[0098]1171是来自信号69的电流171的值。
[0099]信号156的瞬时值能够由以下方程表不:
[0100]V156 = R80*K*V33*I184/1171
[0101]其中；
[0102]K是电压-电流转换放大器62的增益，
[0103]V156是信号156的瞬时电压，
[0104]R80是电阻器80的电阻，
[0105]V33是在输入66上的瞬时电压，以及
[0106]1171是来自信号69的电流171的值。
[0107]由于信号33是正弦信号，因而信号56同样是正弦信号。控制器160被配置使得在电压8的周期内的电流20的均值被形成为基本上与信号156的均值成比例的，并且能够由以下方程表示:
[0108]120, avg = V156avg/(2*N*R34)
[0109]其中；
[0110]120，avg是在电压8的周期内的电流20的均值，
[0111]N是常数，
[0112]R34是电流传感电阻器34的值；以及
[0113]V156avg是信号156的均值。
[0114]控制器44(图1)被配置用于使用信号156来控制电流20，使得在信号40的周期内的电流20的均值具有为基本上正弦信号波形而非平方正弦信号波形的波形。在另一种实施例中，控制器35(图1)被配置用于使在电压8的周期内的电流20的均值形成为基本上恒定的。
[0115]本领域技术人员应当意识到，可替换实施例可以包括使用与电路43和164两者类似的电路的控制器，例如，与控制器35(图1)类似的控制器。例如，电路43和164可以被配置为并行的，以形成用于控制电流20的值的各个信号56和156。
[0116]图8示出了形成于半导体管芯141上的半导体器件或集成电路140的一种实施例的一部分的放大平面图。控制器35或45和/或电路43、50、60、90、114和/或160中的任一个都可以形成于管芯141上。管芯141还可以包含出于附图的简洁起见而没有示出于图8中的其他电路。控制器35或45以及器件或集成电路140通过本领域技术人员所熟知的半导体制造技术形成于管芯141上。
[0117]根据上述全部内容，本领域技术人员能够确定，根据一种实施例，电源控制器可以包含:
[0118]配置用于接收代表AC输入电压的第一信号的输入，AC输入电压具有第一周期并且具有为正弦波形的第一波形；具有用于接收第一信号的输入的基准电路，该基准电路被配置用于形成具有基本上为第一波形的平方的第二波形的参考信号；以及配置用于形成用于控制开关以形成输出电流的驱动信号的PWM控制器电路，驱动信号具有第二周期，PWM控制器电路被配置用于使用参考信号来控制开关以使在第一周期内的输出电流的第一均值形成为基本上恒定的并且使在第二周期内的输出电流的第二均值形成为具有基本上为参考信号的平方正弦波形的第三波形。
[0119]在另一种实施例中，在第一周期内的输出电流的第一均值可以与参考信号的均值成比例。
[0120]另一种实施例可以包括配置用于使在第一周期内的参考信号的均值形成为基本上恒定的基准电路。
[0121]另一种实施例还可以包括配置用于接收参考信号并形成代表参考信号的均值相对参考信号的期望均值的偏差的误差信号的求均值电路。
[0122]另一种实施例可以包括用于将第一信号倍乘于其自身以形成第二波形的乘法器。
[0123]在另一种实施例中，基准电路可以调节乘法器的比例值，用于控制乘法器以使参考信号的均值形成为基本上恒定的。
[0124]本领域技术人员还应当意识到，一种用于形成参考信号的方法可以包括:
[0125]配置基准电路以接收代表具有第一波形的AC输入信号的第一信号；并且配置基准电路以形成具有代表第一波形或第一波形平方中的一种波形的第二波形的参考信号。
[0126]在另一种实施例中，该方法可以包括配置基准电路以使参考信号的均值形成为基本上恒定的。
[0127]另一种实施例可以包括配置基准电路以形成具有基本上为正弦波形或正弦平方波形的波形的参考信号。
[0128]又一种实施例可以包括形成基准电路，用于调节乘法器电路的比例值以形成参考信号的均值以使其基本上为预定值。
[0129]本领域技术人员还应当理解，一种用于形成电源控制器的方法可以包括:
[0130]形成用于接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC输入信号的第一信号的电源控制器，包括形成用于形成具有第二周期的驱动信号以控制电源开关来形成输出电流的电源控制器；并且配置电源控制器以形成在第二周期内的具有基本上为第一波形或第一波形平方中的一种波形的第二波形的输出电流的第一均值。
[0131]该方法的另一种实施例可以包括配置电源控制器的基准电路以形成具有基本上为第一波形或第一波形平方中的一种波形的第三波形的且在第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号。
[0132]另一种实施例可以包括配置电源控制器以使在第一周期内的输出电流的第二均值形成为与参考信号的均值成比例的。
[0133]在另一种实施例中，该方法可以包括配置基准电路以使第一信号倍乘于其自身，以控制参考信号使其具有基本上为平方正弦波形的第三波形。
[0134]又一种实施例可以包括配置基准电路以确定参考信号相对参考信号的期望均值的偏差并且使用该偏差来调整参考信号的均值使其基本上为预定值。
[0135]另一种实施例可以包括形成代表参考信号的瞬时值相对参考信号的期望均值的差异的误差信号，用于确定误差信号的均值，并且使用误差信号的均值来调整参考信号的瞬时值。
[0136]又一种实施例可以包括配置采样与保持电路，用于对误差信号的最大值和最小值采样，并且对所采样的最大值和最小值求和以确定误差信号的均值。
[0137]另一种实施例可以包括配置采样与保持电路以确定下列项之一:误差信号的近似最大值和最小值或者AC输入信号相对AC输入信号的DC值的近似正差异和负差异。
[0138]本领域技术人员还应当理解，该方法可以形成通过在电路被给出之后去除词“配置(configuring) ”且插入词“配置的(configured) ”的方法来描述的基准电路。
[0139]根据上述全部内容，本领域技术人员能够确定，根据一种实施例，电源控制器可以包含:配置用于接收代表AC输入电压的第一信号的输入，所述AC输入电压具有第一周期并且具有为正弦波形的第一波形；具有用于接收所述第一信号的输入的基准电路，所述基准电路被配置用于形成具有基本上为所述第一波形的平方的第二波形的参考信号；以及配置用于形成用于控制开关以形成输出电流的驱动信号的PWM控制器电路，所述驱动信号具有第二周期，所述PWM控制器电路被配置用于使用所述参考信号来控制所述开关以使在所述第一周期内的所述输出电流的第一均值形成为基本上恒定的并且使在所述第二周期内的所述输出电流的第二均值形成为具有基本上为所述参考信号的所述平方正弦波形的第三波形。
[0140]在一个实施例中，其中在所述第一周期内的所述输出电流的所述第一均值与参考信号的均值成比例。
[0141]在一个实施例中，其中所述基准电路被配置用于使在所述第一周期内的所述参考信号的均值形成为基本上恒定的。
[0142]在一个实施例中，其中所述基准电路包括被配置用于接收所述参考信号并形成代表所述参考信号的所述均值相对所述参考信号的期望均值的偏差的误差信号的求均值电路。
[0143]在一个实施例中，其中所述求均值电路包括配置用于对所述误差信号的最大值和最小值采样并使用所述误差信号的所述最大值和最小值来调整所述参考信号的所述均值的采样与保持电路。
[0144]在一个实施例中，其中所述采样与保持电路被配置用于检测所述误差信号的所述最大值和最小值并且对所述误差信号的值采样以响应于所述误差信号的所述最大值和最小值的交替检测而使电容器交替。
[0145]在一个实施例中，其中所述基准电路包括用于使所述第一信号倍乘于其自身以形成所述第二波形的乘法器。
[0146]在一个实施例中，其中所述基准电路被配置用于调节所述乘法器的比例值以控制所述乘法器以使所述参考信号的均值形成为基本上恒定的。
[0147]根据上述全部内容，本领域技术人员能够确定，根据一种实施例，一种用于形成基准电路的方法包括:配置所述基准电路用于接收代表具有第一波形的AC输入信号的第一信号；并且配置所述基准电路用于形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一种波形的第二波形的参考信号。
[0148]在一个实施例中，其中配置所述基准电路用于形成所述参考信号包括配置所述基准电路用于使所述参考信号的均值形成为基本上恒定的。
[0149]在一个实施例中，其中配置所述基准电路用于形成所述参考信号包括形成所述基准电路用于使所述第一信号倍乘于其自身。
[0150]在一个实施例中，还包括形成所述基准电路用于调节乘法器电路的比例值以形成所述参考信号的均值使其基本上为预定值。
[0151]根据上述全部内容，本领域技术人员能够确定，根据一种实施例，一种用于形成电源控制器的方法包括:形成所述电源控制器用于接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC输入信号的第一信号，包括形成所述电源控制器用于形成具有第二周期的驱动信号来控制电源开关以形成输出电流；并且配置所述电源控制器用于形成在所述第二周期内的具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第二波形的所述输出电流的第一均值。
[0152]在一个实施例中，其中配置所述电源控制器用于形成所述输出电流的所述第一均值包括配置所述电源控制器的基准电路用于形成具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第三波形的且在所述第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号。
[0153]在一个实施例中，还包括配置所述电源控制器用于使在所述第一周期内的所述输出电流的第二均值形成为与所述参考信号的所述均值成比例的。
[0154]在一个实施例中，其中配置所述电源控制器的所述基准电路用于形成所述参考信号包括配置所述基准电路用于使所述第一信号倍乘于其自身以控制所述参考信号使其具有基本上为所述平方正弦波形的所述第三波形。
[0155]在一个实施例中，其中配置所述电源控制器的所述基准电路用于形成所述参考信号包括配置所述基准电路用于确定所述参考信号相对所述参考信号的期望均值的偏差并且使用所述偏差来调整所述参考信号的所述均值以使其基本上为预定值。
[0156]在一个实施例中，其中配置所述基准电路用于确定所述参考信号相对所述期望均值的所述偏差包括形成代表所述参考信号的瞬时值相对所述参考信号的所述期望均值的差异的误差信号，用于确定所述误差信号的均值，并且用于使用所述误差信号的所述均值来调整所述参考信号的所述瞬时值。
[0157]在一个实施例中，其中配置所述基准电路用于确定所述误差信号的均值包括配置采样与保持电路用于对所述误差信号的最大值和最小值采样，并且用于对所述采样的最大值和采样的最小值求和以确定所述误差信号的所述均值。
[0158]在一个实施例中，其中配置所述采样与保持电路包括配置所述采样与保持电路用于确定下列项之一:所述误差信号的近似最大值和最小值或者所述AC输入信号相对各自的最大值或最小值的近似正差异和负差异。
[0159]鉴于上述全部内容，很明显，新型的器件及方法已经被公开。除了其他特征外，所包含的是形成电源控制器，用于控制由电源控制器形成的输出电流以形成在驱动信号的周期内的具有基本上为平方正弦波形的包络波形的输出电流的均值。在另一种实施例中，电源控制器被配置用于控制输出电流，以形成在驱动信号的周期内的具有基本上为正弦波形的包络波形的输出电流的均值。还包括形成电源控制器，用于控制输出电流以使在输入AC电压的周期内的输出电流的均值形成为具有基本上恒定的平均值。只使用在电源的初级侧上的信息来控制输出电流便于在不使用光耦合器的情况下控制输出电流，由此降低电源控制器以及使用电源控制器的系统的成本。配置电源控制器以使用代表输入AC电压的信号有助于提高功率因数，并且还可以有助于降低成本。
[0160]虽然以上描述的主题是通过具体优选实施例和示例实施例来描述的，但是上述附图及其描述仅示出本主题的典型的示例实施例，并且因此不应被认为是对本实用新型范围的限定。很明显，许多可选方案和变体对于本领域技术人员应当是显而易见的。本领域技术人员应当理解，控制器35和45的所述示例形式连同电路43、50、60、90和114 一起被用作用于解释方法及结构的工具。但是，同样能够使用其他实施例。尽管在反激式电源系统应用中示出了控制器35和45，但是它们可以用于其他各种熟知类型的电源系统中。信号33被解释为代表着电压8和/或信号9。在一种实施例中，信号9具有代表已整流的正弦波的波形。在其他实施例中，可以在形成信号33之前将偏移电压添加于信号8或信号9。
[0161]如同随附的权利要求书所反映的，本实用新型的各方面可以在于少于前文公开的单种实施例的全部特征。因而，随附给出的权利要求书由此明确地并入【具体实施方式】中，每个权利要求都单独代表本实用新型的单独一种实施例。而且，虽然本文所描述的某些实施例包括一些未包含于其他实施例之内的其他特征，但是，如同本领域技术人员所理解的，不同实施例的特征的组合意指属于本实用新型的范围之内，并且形成不同的实施例。
【权利要求】
1.一种电源控制器,其特征在于包括: 被配置为接收代表AC输入电压的第一信号的输入，所述AC输入电压具有第一周期并且具有正弦波形的第一波形； 具有用于接收所述第一信号的输入的基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形的平方的第二波形的参考信号；以及 被配置为形成用于控制开关以形成输出电流的驱动信号的PWM控制器电路，所述驱动信号具有第二周期，所述PWM控制器电路被配置为使用所述参考信号来控制所述开关以使在所述第一周期内的所述输出电流的第一均值形成为基本上恒定并且使在所述第二周期内的所述输出电流的第二均值形成为具有基本上为所述参考信号的平方正弦波形的第三波形。
2.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于在所述第一周期内的所述输出电流的所述第一均值与参考信号的均值成比例。
3.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于所述基准电路被配置为使在所述第一周期内的所述参考信号的均值形成为基本上恒定。
4.根据权利要求3所述的电源控制器，其特征在于所述基准电路包括求均值电路，所述求均值电路被配置为接收所述参考信号并形成代表所述参考信号的均值相对所述参考信号的期望均值的偏差的误差信号。
5.一种用于电源控制器的基准电路，其特征在于包括: 基准电路被配置为接收代表具有第一波形的AC输入信号的第一信号；以及 基准电路被配置为形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一种波形的第二波形的参考信号。
6.根据权利要求5所述的基准电路，其特征在于所述基准电路被配置为使所述第一信号倍乘于其自身，并且 所述基准电路被配置为调节乘法器电路的比例值以将所述参考信号的均值形成为基本上为预定值。
7.—种电源控制器,其特征在于包括: 所述电源控制器被配置为接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC输入信号的第一信号，其中所述电源控制器被配置为形成具有第二周期的驱动信号来控制电源开关以形成输出电流；以及 所述电源控制器被配置为形成在所述第二周期内的具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第二波形的所述输出电流的第一均值。
8.根据权利要求7所述的电源控制器，其特征在于包括基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第三波形且在所述第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号；以及 所述基准电路被配置为使所述第一信号倍乘于其自身以控制所述参考信号使其具有基本上为平方正弦波形的所述第三波形。
9.根据权利要求7所述的电源控制器，其特征在于包括基准电路，所述基准电路被配置为形成具有基本上为所述第一波形或所述第一波形的平方中的一种波形的第三波形且在所述第一周期内具有基本上恒定的均值的参考信号；以及 所述基准电路被配置为确定所述参考信号相对所述参考信号的期望均值的偏差并且使用所述偏差来调整所述参考信号的所述均值以使其基本上为预定值。
10.根据权利要求9所述的电源控制器，其特征在于所述基准电路被配置为确定所述参考信号相对所述参考信号的期望均值的偏差包括:配置所述电源控制器以形成代表所述参考信号的瞬时值相对所述参考信号的所述期望均值的差异的误差信号，确定所述误差信号的均值，以及使用所述误差信号的所述均值来调整所述参考信号的所述瞬时值。
【文档编号】H02M1/42GK204131387SQ201420342743
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】J·特尔奇, S·孔塞伊 申请人:半导体元件工业有限责任公司