用于调节电源变换系统的输出电流的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于电流调节的系统和方法。仅 作为示例，本发明已被应用于准谐振模式下的电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广 泛的适用范围。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LED)被广泛应用于照明用途。通常，近似恒定的电流被用于控制LED 的工作电流以实现恒定亮度。图1示出了用于LED照明的电源变换系统的简化图。电源 变换系统100包括控制器102,电阻器104、124、126和132,电容器106、120和134,二极管 108,包括初级绕组112、次级绕组114和辅助绕组116的变压器110,功率开关128,电流感 测电阻器130以及整流二极管118。控制器102包括端子（例如，引脚）138、140、142、144、 146和148。例如，功率开关128是双极结型晶体管。在另一示例中，功率开关128是MOS 晶体管。
[0003] 交流（AC)输入电压152被应用于系统100。与AC输入电压152相关联的整流后 电压（bulkvoltage) 150 (例如，不小于OV的整流电压）被电阻器104接收。电容器106 响应于整流后电压150而被充电，并且在端子138(例如，端子VCC)处向控制器102提供电 压154。如果电压154在量值（magnitude)上大于预定阈值电压，则控制器102开始正常运 行并通过端子142(例如，端子GATE)输出驱动信号156。例如，驱动信号156是具有开关频 率和占空比的脉冲宽度调制（PWM)信号。开关128响应于驱动信号156而被闭合（例如， 被接通）或被断开（例如，被关断），从而使得输出电流158被调节为近似恒定。
[0004] 当开关128响应于驱动信号156而被断开（例如，被关断）时，辅助绕组116通过 二极管108向电容器106充电，从而使得控制器102能够正常运行。例如，通过端子140 (例 如，端子FB)向控制器102提供反馈信号160以便检测次级绕组118的退磁过程的结束，以 用于使用控制器102中的内部误差放大器对电容器134进行充电或放电。在另一示例中， 通过端子140 (例如，端子FB)向控制器102提供反馈信号160以便检测次级绕组118的退 磁过程的开始和结束。电阻器130被用于检测流经初级绕组112的初级电流162,并且通 过端子144(例如，端子CS)向控制器102提供电流感测信号164以使其在每个开关周期 (switchingcycle)期间被处理。电流感测信号164的峰值被采样和提供至内部误差放大 器。电容器120被用于保持输出电压168以便保持通过输出负载（例如，一个或多个LED 122)的输出电流是稳定的。例如，系统100在准谐振模式下运行。
[0005] 图2示出了作为系统100的一部分的控制器102的简化示意图。所述控制器102 包括斜坡信号发生器202、欠压锁定（UVLO)组件204、调制组件206、逻辑控制器208、驱动 组件210、退磁检测器212、误差放大器216以及电流感测组件214。
[0006] 如图2所示，UVLO组件204检测到信号154并且输出信号218。如果信号154在 量值上大于第一预定阈值，则控制器102开始正常运行。如果信号154在量值上小于第二 预定阈值，则控制器102被关断。第二预定阈值在量值上小于第一预定阈值。误差放大器 216接收基准信号222和来自电流感测组件214的信号220,并且向调制组件206输出放大 信号224。调制组件206也从斜坡信号发生器202处接收信号228,并且输出调制信号226。 例如，信号228是斜坡信号并且在每个开关周期（switchingperiod)期间线性地或非线性 地增加至峰值。逻辑控制器208处理调制信号226并且向驱动组件210输出控制信号230， 驱动组件210生成信号156以接通或关断开关128。例如，退磁检测器212检测到反馈信号 160并且输出用于确定次级绕组114的退磁过程的结束的信号232。在另一示例中，退磁检 测器212检测到反馈信号160并且输出用于确定次级绕组114的退磁过程的开始和结束的 信号232。此外，退磁检测器212向逻辑控制器208输出触发信号298 (Trigger)以开始下 一个周期。控制器102被配置为对于给定的输出负载，保持与调制信号226相关联的接通 时间段（on-timeperiod)近似恒定。
[0007] 控制器102在电压模式下运行，其中，例如来自误差放大器216的信号224和来自 振荡器202的信号228二者均是电压信号，并且通过比较器206进行比较以生成调制信号 226来驱动功率开关128。因此，与功率开关128相关联的接通时间段由信号224和信号 228确定。
[0008] 图3示出了作为控制器102的一部分的电流感测组件214和误差放大器216的简 化示意图。电流感测组件214包括开关302和电容器304。误差放大器216包括开关306 和308,以及跨导运算放大器（OTA) 310。
[0009] 如图3中所示，电流感测组件214对电流感测信号164进行采样，并且误差放大器 216对信号220和基准信号222之间的差进行放大。具体地，开关302响应于信号314被 闭合（例如，被接通）或断开（例如，被关断）以便在不同开关周期对电流感测信号164的 峰值进行采样。如果开关302响应于信号314被闭合（例如，被接通）并且开关306响应 于来自退磁检测器212的信号232被断开（例如，被关断），则电容器304被充电并且信号 220的量值增加。如果开关306响应于信号232被闭合（例如，被接通），开关308响应于 信号312被断开（例如，被关断），并且信号220与基准信号222之间的差被放大器310放 大。信号312和信号232彼此互补。例如，在次级绕组114的退磁过程期间，信号232处于 逻辑高电平。开关306保持闭合（例如，被接通）并且开关308保持断开（例如，被关断）。 OTA310与电容器134 -起执行与信号220相关联的积分。
[0010] 在稳定正常的操作下，在不考虑任何误差电流的情况下，平均输出电流根据以下 等式被确定：
[0012] 其中N表示初级绕组112和次级绕组114之间的匝数比（turnsratio)，Vrefea表 示基准信号222以及Res表示电阻器130的电阻值。如等式1所示，诸如N和Res2类与外 围组件相关联的参数可以通过系统设计被适当地选择以实现输出电流调节。
[0013] 对于LED照明，效率、功率因数和总谐波也非常重要。例如，效率通常需要尽可能 地高（例如，> 90% )，并且功率因数通常需要大于0. 9。此外，对于某些应用，总谐波失真 通常需要尽可能地低（例如，< 10% )。但是系统100通常不能满足所有这些需要。
[0014] 因此，改进用于调节电源变换系统的输出电流的技术是非常需要的。
【发明内容】
[0015] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于电流调节的系统和方法。仅 作为示例，本发明已被应用于电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。
[0016] 根据一个实施例，一种用于调节电源变换系统的系统控制器包括第一控制器端子 和第二控制器端子。所述第一控制器端子被配置为接收与电源变换系统的初级绕组的输入 信号相关联的第一信号。所述第二控制器端子被配置为向开关输出驱动信号以影响流经电 源变换系统的初级绕组的第一电流，所述驱动信号与接通时间段相关联，开关在接通时间 段期间被闭合。所述系统控制器被配置为至少基于与第一信号相关联的信息，调节接通时 间段的持续时间（duration) 〇
[0017]根据另一实施例，一种用于调节电源变换系统的系统控制器包括第一控制器端 子、斜坡信号发生器和第二控制器端子。所述第一控制器端子被配置为至少基于与所述流 经电源变换系统的初级绕组的第一电流相关联的信息来提供补偿信号。所述斜坡信号发生 器被配置为接收与所述补偿信号相关联的第一信号，并且至少基于与所述第一信号相关联 的信息生成斜坡信号，所述斜坡信号与斜坡斜率相关联。所述第二控制器端子被配置为至 少基于与所述斜坡信号相关联的信息，向开关输出驱动信号以影响第一电流。所述系统控 制器被配置为至少基于与所述补偿信号相关联的信息，调节斜坡信号的斜坡斜率。
[0018] 根据又一实施例，一种用于调节电源变换系统的方法包括：从第一控制器端子处 接收第一信号，所述第一信号与电源变换系统的初级绕组的输入信号相关联；至少基于与 所述第一信号相关联的信息，调节与驱动信号相关的接通时间段的持续时间；以及从第二 控制器端子向开关输出驱动信号以影响流经电源变换系统的初级绕组的第一电流，所述 开关在接通时间段期间被闭合。
[0019] 根据又一实施例，一种用于调节电源变换系统的方法包括：至少基于与流经电源 变换系统的初级绕组的第一电流相关联的信息，由第一控制器端子提供补偿信号；至少基 于与补偿信号相关联的信息生成第一信号；以及处理与第一信号相关联的信息。所述方法 还包括：至少基于与第一信号相关联的信息，调节与斜坡信号相关联的斜坡斜率；接收斜 坡信号；至少基于与斜坡信号相关联的信息生成驱动信号；以及从第二控制器端子向开关 输出驱动信号以影响第一电流。
[0020] 在一个实施例中，用于调节电源变换系统的系统控制器包括：信号发生器，该信号 发生器被配置为接收经变换的信号和第一补偿信号，并且至少部分基于经变换的信号和第 一补偿信号生成第二补偿信号，经变换的信号与用于电源变换系统的输入信号相关联，第 一补偿信号与和流经电源变换系统的初级绕组的第一电流有关的感测信号相关联；调制组 件，该调制组件被配置为接收第二补偿信号和斜坡信号，并且至少部分基于第二补偿信号 和斜坡信号生成调制信号；以及驱动组件，该驱动组件被配置为接收调制信号，并且至少部 分基于调制信号向开关输出驱动信号以影响第一电流，驱动信号与接通时间段相关联，开 关在接通时间段期间被闭合。系统控制器被配置为至少部分基于经变换的信号和第二补偿 信号调节接通时间段的持续时间。
[0021] 在另一实施例中，用于调节电源变换系统的方法包括：接收经变换的信号和第一 补偿信号，经变换的信号与用于电源变换系统的输入信号相关联，第一补偿信号与和流经 电源变换系统的初级绕组的第一电流有关的感测信号相关联；至少部分基于经变换的信号 和第一补偿信号生成第二补偿信号；接收第二补偿信号和斜坡信号；至少部分基于第二补 偿信号和斜坡信号生成调制信号；接收调制信号；并且至少部分基于调制信号输出驱动信 号以影响第一电流，驱动信号与接通时间段相关联。至少部分基于调制信号输出驱动信号 以影响第一电流包括至少部分基于经变换的信号和第二补偿信号调节接通时间段的持续 时间
[0022] 取决于实施例，可以实现一个或多个有益效果。参考以下的具体描述和附图能够 全面地领会本发明的这些有益效果和各种附加的目的、特征以及优点。
【附图说明】
[0023] 图1是示出了用于LED照明的常规电源变换系统的简化图。
[0024] 图2是示出了作为如图1所示系统的一部分的控制器的简化示意图。
[0025] 图3是示出了作为如图2所示控制器的一部分的电流感测组件和误差放大器的简 化示意图。
[0026] 图4(a)是示出了根据本发明的实施例的电源变换系统的简化图。
[0027] 图4(b)是示出了根据本发明的实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系统的 一部分的控制器的简化图。
[0028] 图4(c)是示出了根据本发明的实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系统的 一部分的控制器的简化时序图。
[0029] 图4(d)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0030] 图5(a)是示出了根据本发明的另一实施例的电源变换系统的简化图。
[0031] 图5(b)是示出了根据本发明的实施例的、作为如图5(a)所示的电源变换系统的 一部分的控制器的简化图。
[0032] 图5(c)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图5(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0033] 图6(a)是示出了根据本发明的又一实施例的电源变换系统的简化图。
[0034] 图6(b)是示出了根据本发明的实施例的、作为如图6(a)所示的电源变换系统的 一部分的控制器的简化图。
[0035] 图7(a)是示出了根据本发明的又一实施例的电源变换系统的简化图。
[0036] 图7(b)是示出了根据本发明的实施例的、作为如图7(a)所示的电源变换系统的 一部分的控制器的简化图。
[0037]图7(c)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图7(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0038] 图8(a)是示出了根据本发明的某些实施例，作为如图4(b)所示的控制器、图5(b) 所示的控制器和/或图7(b)所示的控制器的一部分的某些组件的简化图。
[0039] 图8(b)是示出了根据本发明的某些实施例，作为如图4(d)所示的控制器、图5(c) 所示的控制器和/或图7(c)所示的控制器的一部分的某些组件的简化图。
[0040] 图8(c)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图6(b)所示的控制器的一 部分的某些组件的简化图。
[0041]图9是示出了根据本发明的又一实施例的、控制器的某些组件的简化图。
[0042]图10(a)是示出了根据本发明的又一实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0043]图10(b)是根据本发明的另一实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系统的一 部分的控制器的简化时序图。
[0044] 图10(c)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图4(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的某些组件的简化图。
[0045] 图11(a)是示出了根据本发明的又一实施例的、作为如图5(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0046] 图11(b)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图5(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的某些组件的简化图。
[0047] 图12(a)是示出了根据本发明的又一实施例的、作为如图7(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的简化图。
[0048] 图12(b)是示出了根据本发明的另一实施例的、作为如图7(a)所示的电源变换系 统的一部分的控制器的某些组件的简化图。
【具体实施方式】
[0049] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于电流调节的系统和方法。仅 作为示例，本发明被应用于电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。
[0050] 图4(a)是示出了根据本发明的实施例的电源变换系统的简化图。该图仅仅是示 例，其不应该过度地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到许多变更、替换 和修改。系统400包括控制器402,电阻器404、424、426、432、466和498,电容器406、420、 434和470,二极管408,包括初级绕组412、次级绕组414和辅助绕组416的变压器410， 功率开关428,电流感测电阻器430,以及整流二极管418。控制器402包括端子（例如，弓丨 脚）438、440、442、444、446、448和464。例如，功率开关428包括双极结型晶体管。在另一 示例中，功率开关428包括MOS晶体管。在又一示例中，功率开关428包括绝缘栅双极晶体 管。系统400向输出负载422(例如，一个或多个LED)提供电源。在一些实施例中，电阻器 432被移除。例如，系统400工作在在准谐振模式下。
[0051] 根据一个实施例，交流（AC)输入电压452被应用于系统400。例如，与AC输入电 压452相关联的整流后电压450 (例如，不小于OV的整流电压）被电阻器404接收。在另 一示例中，电容器406响应于整流后电压450而被充电，并且在端子438 (例如，端子VCC) 处向控制器402提供电压454。在又一示例中，如果电压454在量值上大于预定阈值电压， 则控制器402开始正常运行，并且通过端子442 (例如，端子GATE)输出信号。在又一示例 中，开关428响应于驱动信号456而被闭合（例如，被接通）或断开（例如，被关断），从而 使得输出电流458被调节至近似恒定。
[0052] 根据另一实施例，当开关428响应于驱动信号456而被断开（例如，被关断），辅助 绕组416通过二极管408向电容器406充电，从而使得控制器402能够正常运行。例如，通 过端子440 (例如，端子FB)向控制器402提供反馈信号460以便检测次级绕组414的退磁 过程的结束以用于使用控制器402中的内部误差放大器来对电容器434充电或放电。在另 一示例中，通过端子440(例如，端子FB)向控制器402提供反馈信号460以便检测次级绕 组414的退磁过程的开始和结束。作为示例，响应于在端子448 (例如，端子COMP)处的补 偿信号474,电容器434被充电或放电。在另一示例中，电阻器430被用于检测流经初级绕 组412的初级电流462,并且通过端子444 (例如，端子CS)向控制器402提供电流感测信 号496以使其在每个开关周期期间被处理。在又一示例中，电流感测信号496的峰值被采 样并被提供至内部误差放大器。在又一不例中，电容器434被親合至内部误差放大器的输 出端子。在又一不例中，电容器420被用于维护输出电压468。
[0053] 根据又一实施例，控制器402通过端子464 (例如，端子VAC)感测到整流后电压 450。例如，控制器402包括生成斜坡信号的斜坡信号发生器，并且控制器402被配置为至 少基于和整流后电压450相关的信号472所关联的信息，改变斜坡信号的斜坡斜率。在另 一示例中，与驱动信号456相关联的接通时间段至少基于与信号450相关联的信息来进行 变化。作为示例，当整流后电压450处于峰值时，所述接通时间段的持续时间增加。在另一 示例中，当整流后电压450处于谷值时，所述接通时间段的持续时间减小。所述信号472根 据以下等式被确定：
[0055] Vhlllk = \Asin(〇)t+ (p)\(等式3)
[0056] 其中VAC表不信号472,Vbulk表不整流后电压450,R8表不电阻器466的电阻值，以 及R9表示电阻器498的电阻值。此外，A表示量值大小，《表示频率，以及P表示相位角。 在一些实施例中，控制器被配置为基于与信号472和补偿信号474二者相关联的信息来调 节斜坡信号。在某些实施例中，控制器402被配置为基于与信号472或补偿信号474相关 联的信息调节斜坡信号的斜坡斜率。
[0057] 图4(b)是示出了根据本发明的实施例、作为电源变换系统400的一部分的控制 器402的简化图。该图仅仅是示例，其不应该过度地限制权利要求的范围。本领域的普通 技术人员将认识到许多变更、替换和修改。控制器402包括斜坡信号发生器602、欠压锁定 (UVLO)组件604、调制组件606、逻辑控制器608、驱动组件610、退磁检测器612、误差放大 器616、电流感测与采样/保持组件614、抖动信号发生器699以及电压-电流变换组件640 和 642。
[0058] 根据一个实施例，UVLO组件604检测到信号454并且输出信号618。例如，如果信 号454在量值上大于第一预定阈值，则控制器402开始正常运行。如果信号454在量值上小 于第二预定阈值，则控制器402被关断。在另一示例中，第二预定阈值在量值上小于第一预 定阈值。在又一示例中，误差放大器616接收基准信号622以及来自电流感测与采样/保持 组件614的信号620,并且信号474被提供至调制组件606和电压-电流变换组件642。作 为不例，电压-电流变换组件640接收信号472并且向斜坡信号发生器602输出信号636。 在另一不例中，斜坡信号发生器602还接收电流信号694和由抖动信号发生器699生成的 抖动信号697 (例如，抖动电流）并且生成斜坡信号628。
[0059] 根据另一实施例，抖动电流697从抖动信号发生器699流至斜坡信号发生器602。 例如，抖动电流697从斜坡信号发生器602流至抖动信号发生器699。在又一示例中，调制 组件606接收斜坡信号628并且输出调制信号626。例如，在每个开关周期期间，信号628 线性或非线性地增加至峰值。逻辑控制器608处理调制信号626并且向电流感测与采样/ 保持组件614和驱动组件610输出控制信号630。
[0060] 根据又一实施例，电流感测与采样/保持组件614响应于控制信号630对电流感 测信号496进行采样，然后保持采样信号直至电流感测与采样/保持组件614对电流感测 信号496再次进行米样。例如，驱动组件610生成与驱动信号456相关的信号656以影响 开关428。作为示例，退磁检测器612检测到反馈信号460并且输出用于确定次级绕组414 的退磁过程的结束的退磁信号632。作为另一示例，退磁检测器612检测到反馈信号460并 且输出用于确定次级绕组414的退磁过程的开始和结束的退磁信号632。在又一示例中，退 磁检测器612向逻辑