专利名称：带有间歇的开关控制电路的控制器的制作方法
技术领域：
本公开内容总体涉及电源，具体地但不排他地，涉及用于开关模式电源的控制器。
背景技术：
电子器件使用电力来运转。开关模式电源由于其效率高、尺寸小和重量轻而被普遍用来为许多现在的电子设备提供动力。常规壁式插座提供低频率的交流电。在开关电源中，交流(ac)输入通过高频(HF)开关和能量传递元件(energy transfer element)例如感应器或变压器被转换以提供适调直流(dc)输出。开关模式电源控制器通常通过感测输出并在闭环中控制输出来提供输出调节。在开关模式电源的运转中，高频开关被用于通过改变开关的接通时间、断开时间或开关频率来提供期望的输出。通常，在脉冲宽度调制PWM 中，占空比被控制，其中占空比是接通时间与总开关周期的比值。在设计开关模式电源时，通常考虑例如效率、尺寸、重量和成本等要求。控制开关模式电源的开关的控制器可以被设计为符合某些管理机构的效率要求。例如，常规控制器可以被设计成控制开关模式电源的开关，以在无负载或低负载功率状况下减小功率消耗， 同时被设计成在较高负载状况下提高效率。用于减小开关模式电源在低负载和无负载状况下的功率损耗的一种方法通常被称作“突发模式控制(Burst Mode Control)”。采用这种常规的突发模式控制方法，在低负载或无负载状况下通过窄占空比开关脉冲的短间隔(即“突发间隔(burst interval)") 提供输出调节。这些突发间隔通常被配置为一旦输出电压落在一较低值以下就开始，且一旦输出上升至一较高值以上就停止。因此，突发间隔相对于ac输入电压开始和停止的时间是随机的。突发间隔相对于ac输入电压的这种随机的开始和停止可能会导致较高的开关损耗、较低的效率，以及增大的EMI噪声。在一些情形中，甚至可产生听得见的噪声。
参照下列图来描述本发明的非限制性、非穷举性实施方案，其中除非另有规定，在所有各个视图中相同的参考数字指代相同的部分。图1是示出本发明一个实施方案的示例性开关电源的功能方块图。图2是示出本发明一个实施方案的示例性控制器的功能方块图。图3是示出在图1的电源和图2的控制器的运转中在有开关的间隔(interval of switching)和无开关的间隔(interval of no switching)之间改变的过程的流程图。图4是示出图1的电源和图2的控制器的示例性波形的示图。图5是示出本发明一个实施方案的示例性控制器的功能方块图。图6是示出本发明一个实施方案的利用双重阈值检测的示例性控制器的功能方块图。图7是示出在图6的控制器的运转中在有开关的间隔和无开关的间隔之间改变的过程的流程图。
图 8是示出本发明一个实施方案的具有间歇的(punctuated)开关控制电路和非间歇的(non-punctuated)开关控制电路的示例性控制器的功能方块图。图9A是示出本发明一个实施方案的具有电流感测平均值电路的示例性控制器的功能方块图，所述电流感测平均值电路包括可选择的增益。图9B是示出本发明一个实施方案的具有电流感测平均值电路的另一个示例性控制器的功能方块图，所述电流感测平均值电路包括可选择的增益。
具体实施例方式本文描述了用于在电源中提供与ac输入电压的零交叉同步的有开关的间隔和无开关的间隔的装置、系统和方法的实施方案。在下文的描述中，阐明了多个具体细节，以提供对所述实施方案的透彻理解。然而，相关领域技术人员会认识到，在没有所述具体细节中的一个或多个的情况下，或者使用其他方法、部件、材料等，可实施本文中描述的技术。在其他情况下，为了避免使某些方面模糊，并未详细示出或描述公知的结构、材料或操作。在该说明书全文中提到“一个实施方案”或“一实施方案”意指关于该实施方案所描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中各个地方出现的措辞“在一个实施方案中”或“在一实施方案中”未必全都指相同的实施方案。再者，所述特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施方案中组合。如上文所讨论的，常规控制器可利用相对于ac输入电压在随机的时间处开始和停止的突发间隔，这可能导致较高的开关损耗、较低的效率、增大的EMI噪声和甚至听得见的噪声。因此，根据本文提供的教导，控制器和电源的实施方案可包括间歇的开关间隔，该开关间隔与ac输入电压的零交叉同步。间歇的开关间隔可包括有开关的间隔和无开关的间隔，其中每个间隔具有开始时间和停止时间，所述开始时间和停止时间不仅由电源的输出确定，而且与ac输入电压的零交叉同步。在一个实施方案中，一旦电源的输出电压落在一阈值以下，则一个有开关的间隔在ac输入电压的下一个零交叉处开始。随后该有开关的间隔可不间断地持续直至输出电压上升到所述阈值以上，此时该有开关的间隔持续直至ac 输入电压的下一个零交叉。因此，本文中讨论的间歇的开关间隔可以是ac输入电压的整数数量的半线循环(即TL/2)。S卩，由于间歇的开关间隔的开始和停止时间与ac输入电压的零交叉同步，因此每个开关间隔对应于ac输入电压的整数数量的半线循环。此外，根据本发明的实施方案，带有间歇的开关控制的功率因数校正(PFC)转换器可具有较低的谐波失真和较高的功率因数，这是由于正弦输入电流仅在ac输入的整数数量的半线循环期间流动。图1是示出本发明一实施方案的示例性开关电源100的功能方块图。图1中示出的开关电源100的实施例包括桥式整流器110、输入电容器104、开关主体106、输出电容器 108、控制器102和公共参考112。然而，在别的实施方案中，开关电源100不包括桥式整流器110，并且可被称作无桥PFC转换器(bridgeless PFC converter)。示出的控制器102的实施例包括零交叉检测电路140和间歇的开关控制电路142。开关主体106被示出为包括电感器114、开关116和输出整流器118。在图1中还示出了负载120、ac输入电压122、输入电流124、输出电压126、输出电压感测信号128、输入电压感测信号130、电感器电流132、电流感测信号134和开关信号136。开关电源100可自未调节的输入电压提供输出功率至负载120。在一个实施例中， 输入电压是ac输入电压VAC122。ac输入电压VAC122可以是ac线电压，例如可以自常规壁式电源插座提供。如图1示出的，桥式整流器110接收ac输入电压VAC122，并产生整流电压VRECT。桥式整流器110还耦合至开关主体106的电感器114。在本发明的一些实施方案中，开关主体106可包括能量传递元件，例如耦合电感器(未示出)、变压器(未示出)或单个电感器114。电感器114还耦合至开关116，开关116随后还耦合至公共参考112。在一个实施方案中，开关116可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。输入电容器104可并联耦合于桥式整流器110，以过滤来自开关116的高频电流。 对于别的应用，输入电容器104可足够大，以使得dc电压被施加至电感器114。然而对于带有功率因数校正(PFC)的电源，可利用具有小电容值的输入电容器104，以允许施加至电感器114的电压基本跟随整流电压VRECT。同样，输入电容器104的值可被选择为使得输入电容器104上的电压在ac输入电压VAC122的每个半线循环期间基本达到0。或者换句话说，输入电容器104上的电压基本跟随ac输入电压VAC122的正幅度。在图1中电感器114还被示出为耦合至输出整流器118。在图1的实施例中，整流器118被例示为二极管。然而，在一些实施方案中，整流器118可以是用作同步整流器的晶体管。在图1中输出电容器108和负载120都被示出为耦合至整流器118。将一输出提供至负载120，且该输出可以已调节的输出电压V0126、已调节的输出电流10(未示出)或者二者的组合的形式被提供。在一个实施方案中，开关电源100是电压跟随器，其中提供至负载120的输出跟随电源的输入电平。开关模式电源100还包括调节输出的电路系统。反馈电路(未示出)可被耦合以感测开关模式电源100的输出(例如，输出电压V0126)，并产生反馈信号(例如，输出电压感测信号VO SENSE 128) 0在一个实施方案中，输出电压感测信号VO SENSE 1 代表输出电压126。输出电压感测信号VO SENSE 1 可以是电流信号或电压信号。认识到，电压信号和电流信号可各包含电压分量和电流分量。然而，本文中所使用的术语“电压信号”指的是信号的电压分量代表相关信息。类似地，本文中所使用的术语“电流信号”指的是信号的电流分量代表相关信息。举例来说，输出电压感测信号VO SENSE 1 可以是具有电压分量和电流分量的电流信号，其中代表输出电压V0U6的是电流分量。在一些实施方案中，输出电压感测信号VO SENSE 1 可通过感测开关主体106输入侧的一个或多个量得到；在一个实施方案中，输出电压感测信号VO SENSE 1 可通过感测开关的高电压侧的峰值电压一在一个实施例中，感测MOSFET漏极电压一作为该输出的代表来得到。如示出的，控制器102包括用于接收输出电压感测信号VOSENSE 1 的端子、 用于接收输入电压感测信号VAC SENSE 130的端子，以及用于接收电流感测信号134的端子。电流感测信号134可代表电感器电流(即流经电感器114的电流)，而输入电压感测信号VACSENSE可代表ac输入电压VAC122。由于常规开关电源可能对ac源呈现的非线性负载，由电源从ac源提取的电流的波形可能是非正弦的和/或与ac输入电压波形异相。这导致ac干线配电系统中的损耗增加，并且在世界上的许多区域，现在立法的主题或自愿的要求是，电源制造商确保由电源提取的电流基本是正弦的并与ac电压波形同相。因此，本文公开的实施方案可提供输入电流波形的校正。这种校正通常被称作功率因数校正(PFC)。总的来说，如果输入ac电流波形和电压波形是正弦的，且理想地同相，电源100的功率因数是1。换句话说，功率因数已校正的输入会对ac源呈现相当于将电阻耦合在ac源两端的负载。随着输入电流相对于ac源电压的谐波失真和/或相移增加，功率因数减小到1以下。功率因数要求一般要求功率因数大于0.9，并且可对输入电流波形的谐波含量有要求。在一个实施方案中，控制器102响应于ac输入电压信号VAC130和电流感测信号134来提供功率因数校正。在另一个实施方案中，控制器102可响应于ac输入电流124和输出电压Vol26来提供PFC。图1还示出控制器102产生开关信号136以控制开关116的开关，从而调节开关电源100的输出。如将进一步讨论的，开关信号136包括有开关的间隔和无开关的间隔，其中至少所述有开关的间隔具有与ac输入电压VAC122的零交叉同步的开始。在示出的实施例中，ac输入电压VAC122的零交叉由零交叉检测电路140检测。在一个实施方案中，每个有开关的间隔可包括多个开关周期Ts。每个开关周期Ts可包括逻辑高值和逻辑低值，其中逻辑高值对应闭合的开关，逻辑低值对应断开的开关。
在一个实施方案中，对于开关电源100输出处的所有负载状况，控制器102的间歇的开关控制电路142提供带有有开关的间隔和无开关的间隔的开关信号136。在另一实施方案中，控制器包括针对低负载状况和无负载状况的第一运转模式，以及针对较高负载状况的第二模式。在低负载状况和无负载状况下的第一运转模式包括产生这样一种开关信号 136，所述开关信号136具有与ac输入电压VAC122的零交叉同步的有开关的间隔和无开关的间隔。在于输出处检测到较高负载状况时，第二运转模式由控制器102启动，并且通过调节输出的常规方法，例如接通/断开控制、占空比控制等，第二运转模式可包括产生不带有如第一模式中的同步间隔的开关信号136。在一个实施例中，控制器102可被实现为单片集成电路，或者可用分立的电气部件或者分立部件和集成部件的组合来实现。控制器102和开关116可构成被制造成混合集成电路或单片集成电路的集成电路的一部分。图2是示出本发明的一个实施方案的示例性控制器202的功能方块图。示出的控制器202的实施例包括间歇的开关控制电路204、零交叉检测(ZCD)电路206、阈值检测电路208、振荡器210和电流感测平均值电路212。图2中还示出零交叉检测(Z⑶)信号214、 时钟信号216、阈值信号218和平均电流感测信号220。控制器202是图1的控制器102的一种可行实现方式。如图2中示出的，Z⑶电路210被耦合以接收输入电压感测信号130，在一个实施例中输入电压感测信号130代表ac输入电压VAC122(见图1)。然而，在别的实施方案中， 可以通过如下其他方法检测零交叉例如，通过感测和处理输入整流电压VRECT ；通过取输出电压V0126的导数，或者在断开时间控制器的情况下，还可由间歇的开关控制电路142的内部信号得到零交叉，并且在非开关间隔期间，可采用计数器来估计零交叉，以推测零交叉何时发生。Z⑶电路210还被耦合以向间歇的开关控制电路204提供Z⑶信号214。在一个实施例中，ZCD信号214是脉冲信号，其中每个脉冲对应于ac输入电压VACl22的零交叉。 间歇的开关控制电路204还被耦合以接收来自振荡器210的时钟信号216。在一个实施例中，包括在开关信号136的有开关的间隔中的每个开关周期Ts基本等于时钟信号216的循环周期，或者是时钟信号216的循环周期的倍数。换句话说，在有开关的间隔期间开关信号136的开关频率可以等于或小于时钟信号216的频率。图2还示出了阈值检测电路208被耦合以接收反馈信号，例如输出电压感测信号 VO SENSE 128，在一个实施例中，输出电压感测信号VO SENSE 1 代表输出电压V0126 (见图1)。在一个实施方案中，阈值检测电路208向间歇的开关控制电路204提供阈值信号 218，以指示输出电压V0U6相对于一个或多个阈值参考的幅度。例如，阈值检测电路208 可包括单个阈值参考，其中阈值信号218指示输出电压V0U6在所述单个阈值参考以上还是以下。在另一个实施例中，阈值检测电路208可包括两个阈值参考，较高阈值参考和较低阈值参考。在该实施例中，阈值信号218可指示输出电压V0U6是否在较高阈值参考以上， 以及输出电压V0U6是否在较低阈值参考以下。电流感测平均值电路212被耦合以接收电流感测信号134，在一个实施例中，电流感测信号Π4代表电感器电流132(见图1)。电流感测平均值电路212还被耦合以对电流感测信号134求平均值，并为间歇的开关控制电路204提供平均电流感测信号220，在一个实施例中，所述平均电流感测信号220代表平均电感器电流(即流经图1的电感器114的电流的平均值)。在一个实施方案中，在连续导通模式(CCM)运转期间，电流感测平均值电路212可通过如下方式对电感器电流求平均值，即通过滤除可能由于开关116在每个开关周期Ts的开关而产生的高频电流脉冲，或者在另一个实施方案中，通过在开关周期Ts内或当开关116闭合时或当开关116断开时，对电流132中的脉冲积分。现参考图1-图4来描述控制器202的运转，其中图3示出了运转的过程300，图4 示出了几种示例性波形。假设间歇的开关控制电路204目前处在有开关的间隔(即，见图 4中的时间段TO至T3)中，该过程在判定块310处开始，在判定块310处反馈电路(未示出)感测输出电压V0126，并将输出电压感测信号VO SENSE 128提供给控制器202。响应于此，阈值检测电路208随后确定输出电压V0U6是否大于阈值参考402。如图4示出的， 在时间TO和Tl处，输出电压V0U6小于阈值参考402。因此，过程300进入处理块380，此处控制器202使有开关的间隔持续。在一个实施方案中，该有开关的间隔延续多个开关周期Ts，其中开关116在整个间隔内不间断地接通和断开。随后，如图4中可以看到的，在时间T2处，输出电压V0126与阈值参考402相交。接下来，在判定块320中，在时间T2处，做出ac输入电压VAC122是否处于零交叉的判决。图4示出了 Z⑶信号214的一个实施例， 该Z⑶信号214由Z⑶电路206响应于输入电压感测信号130而产生。如示出的，Z⑶信号214可在ac输入电压VAC122的每个零交叉处产生脉冲。因此，根据Z⑶信号214，间歇的开关控制电路204可确定ac输入电压VAC122是否处于零交叉。然而，在时间T2处，ac 输入电压VAC122未处于零交叉。因此，间歇的开关控制电路204可将有开关的间隔的结束 (即，无开关的间隔的开始)延迟到ac输入电压VAC122的下一个零交叉。例如，过程300 进入处理块380，以使有开关的间隔持续直至到达下一个零交叉。如图4中可以看到的，等到下一个零交叉在达到阈值参考402的时间(即时间T2)和有开关的间隔结束的时间(即时间B)之间施加一个延迟404。在延迟404期间，间歇的开关控制电路204可使开关116 的开关继续多个开关周期。因此，甚至在输出电压V0126已经升至阈值参考402之上之后， 开关116也可继续多次接通和断开。在时间T3处，达到ac输入电压VAC122的零交叉，如在时间T3处Z⑶信号214的脉冲指示的。在时间T3处，过程300进入到处理块330，此处间歇的开关控制电路204开始无开关的间隔，因此使无开关的间隔的开始与ac输入电压VAC122的零交叉同步。在一个实施方案中，有开关的间隔的结束是无开关的间隔的开始。类似地，有开关的间隔的开始是无开关的间隔的结束。在一个实施方案中，无开关的间隔延续时钟信号216的多个时钟循环，其中开关116在整个间隔内保持持续地断开(即关断)。 仍参考过程300，处理块340使无开关的间隔持续，并且在判定块350中，阈值检测电路208确定输出电压V0126是否小于阈值参考402。如果不小于，过程300返回到处理块 340，以使无开关的间隔持续。如图4示出的，在时间T4处，输出电压VOl26与阈值参考402 相交(即，V0<_值参考)。因此，过程300进入判定块360，此处做出ac输入电压VAC122 是否处于零交叉的判决。然而，在时间T4处，ac输入电压VAC122未处于零交叉。因此，间歇的开关控制电路204可将无开关的间隔的结束(即，紧接着的有开关的间隔的开始)延迟直至ac输入电压VAC122的下一个零交叉。例如，过程300返回到处理块340，以使无开关的间隔持续到时间T5处的下一个零交叉。如图4中可看到的，等到下一个零交叉在达到阈值参考402的时间(即时间T4)和无开关的间隔结束的时间(即时间T5)之间施加一个延迟406。在延迟406期间，间歇的开关控制电路204可在时钟信号216的多个时钟循环内继续使开关116无效(保持开关116断开)。因此，甚至在输出电压V0126落在阈值参考 402以下之后，开关116也可不间断地在多个时钟循环内无效。两个延迟时间404和406共同确保有开关的间隔和无开关的间隔都是输入电压的整数数量的半线循环。例如，图4中示出的第一有开关的间隔(即T0-T3)的长度等于ac 输入电压VAC122的两个半线循环TL/2，且图4中示出的无开关的间隔(即T3-T5)的长度等于ac输入电压VAC122的三个半线循环TL/2。在时间T5处，到达ac输入电压VAC122的下一个零交叉，如时间T5处Z⑶信号 214的脉冲所指示的。因此，过程300进入处理块370，此处间歇的开关控制电路204开始下一个有开关的间隔。图5是示出了本发明一个实施方案的示例性控制器502的功能方块图。控制器 502是图1的控制器102或图2的控制器202的一种可行实现方式。示出的控制器502的实施例具有间歇的开关控制电路，该间歇的开关控制电路包括锯齿波发生器504、开关信号发生器(例如比较器506)、间隔发生器508和逻辑门510和512。在示出的控制器502的实施例中还包括电流感测平均值电路514、振荡器216、零交叉检测(ZCD)电路518和阈值检测电路520。在图5中电流感测平均值电路514被示出为包括放大器522、电阻器Rl和 R2，以及电容器Cl。电流感测平均值电路514是图2的电流感测平均值电路212的一种可行实现方式。Z⑶电路518被示出为包括比较器524和零交叉参考526。Z⑶电路518是图 2的Z⑶电路206的一种可行实现方式。阈值检测电路520被示出为包括阈值参考526、锁存器528以及比较器530和532。阈值检测电路520是图2的阈值检测电路208的一种可行实现方式。控制器502以与图2的控制器202类似的方式运作和耦合。例如，Z⑶电路518被耦合以响应于输入电压感测信号VAC SENSE 130而产生Z⑶信号214。在一个实施方案中， 输入电压感测信号VAC SENSE 130代表ac输入电压VAC122的幅度。因此，Z⑶电路518 可包括比较器524，以将输入电压感测信号VAC SENSE 130与阈值参考电压526进行比较。 艮口，每当ac输入电压VAC122的幅度小于阈值参考电压526时，Z⑶信号214可产生脉冲。因此，在一个实施例中，Z⑶信号214的脉冲可以ac输入信号VAC122的零交叉为中心。在一个实施方案中，阈值参考电压5 代表小于1伏特的瞬时ac输入电压。如图5示出的，控制器502还包括电流感测平均值电路514，电流感测平均值电路 514被耦合以响应于电流感测信号134而提供在开关周期Ts上取平均的电流感测，该电流感测被示为信号220。在一个实施方案中，电流感测平均值信号220代表流经电感器114 的低频整流(120Hz)电流(还参见图4，信号220)。在一个实施例中，电流感测平均值电路 514包括放大器522，该放大器522具有电容器Cl、电阻器Rl和电阻器R2构成的增益电路。比较器506被耦合以将电流感测平均值信号220与可变参考值进行比较，并据此产生开关信号136。例如，锯齿波发生器504被耦合以向比较器506提供锯齿波形形式的可变参考值，所述锯齿波形响应于来自振荡器210的时钟信号输出。在一个实施方案中，提供给比较器506的可变参考值可以是斜波波形，而非图5中示出的锯齿波形。因此，比较器 506可输出开关信号136，该开关信号具有等于时钟信号216的频率的固定频率和响应于电感器电流132(见图1)的可变占空比。图5还示出了阈值检测电路520。阈值检测电路520被耦合以接收输出电压感测信号VO SENSE 128，并响应于此而产生至少一个阈值信号。例如，阈值检测电路520被耦合以产生两个阈值信号218a和218b。在示出的实施例中，响应于输出电压V0U6在阈值参考 402 (见图4)以下，阈值信号218a为逻辑高值，并且响应于输出电压V0U6在阈值参考402 以上，阈值信号218b为逻辑高值。如示出的，阈值检测电路520包括向比较器530和532 提供阈值参考402的阈值参考电路526。比较器530和532分别被耦合到锁存器528的置位和复位输入。逻辑门510和512被耦合以响应于Z⑶信号214以及响应于阈值信号218a和218b 将间隔发生器508启用和禁用。在运转中，逻辑门510响应于指示输出电压V0U6小于阈值参考的阈值信号218a以及响应于指示ac输入电压VAC122的零交叉的Z⑶信号214将间隔发生器508启用。间隔发生器508的启用标志着有开关的间隔的开始，从而允许开关信号136不中断地通过间隔发生器508，直到随后间隔发生器508被禁用。逻辑门512响应于指示输出电压V0U6大于阈值参考的阈值信号218b以及响应于指示ac输入电压VAC122的零交叉的Z⑶信号214将间隔发生器508禁用。间隔发生器 508的禁用标志着无开关的间隔的开始，从而不允许开关信号136通过间隔发生器508。因此开关信号136被禁用，直到随后间隔发生器508被启用。图6是示出了本发明一个实施方案的利用双重阈值检测电路604的示例性控制器 602的功能方块图。控制器602是图2的控制器202的一种可行实现方式。事实上，控制器 602以与控制器202类似的方式耦合和运作，只是控制器602包括利用两个阈值参考一较高阈值参考和较低阈值参考一的阈值检测电路604。在该实施例中，阈值信号606可指示输出电压V0126是否在较高阈值参考以上，阈值信号608可指示输出电压V0U6是否在较低阈值参考以下。图7示出了图6的控制器602运转的过程700。除了在判定块710和 750-其利用两个单独的阈值参考(即较高阈值参考和较低阈值参考)，而不是图3的单个阈值参考一处之外，过程700与图3的过程300类似。图8是示出本发明一个实施方案的具有间歇的开关控制电路204和非间歇的开关控制电路804的示例性控制器802的功能方框图。还被示出为包括在控制器802中的为
11模式选择电路806、ac电压检测电路808和逻辑门810。控制器802是图1的控制器102 的一种可行实现方式。如上文参考图1讨论的，本文所公开的控制器的实施方案可包括多种运转模式针对无负载/低负载状况的一种模式，以及针对较高负载状况的另一种模式。 因此，控制器802包括模式选择电路806，以通过选择性地启用和禁用间歇的开关控制电路 204和非间歇的开关控制电路804来切换运转模式。示出的非间歇的开关控制电路804的实施例产生非间歇的开关信号812，该非间歇的开关信号812不带有如对于间歇的开关控制电路204会产生的同步间隔。非间歇的开关控制电路804改为可通过已知的调节输出的方法，例如接通/断开控制、占空比控制等，来产生开关信号812。 如图8中进一步示出的，控制器802包括ac电压电平检测电路808，该ac电压电平检测电路808被耦合以响应于输入电压感测信号VAC SENSE 130提供代表ac输入电压 VAC122电平的输出。在一个实施例中，ac电压电平检测电路808检测并输出代表ac输入电压VAC122的峰值的信号。在另一个实施方案中，ac电压电平检测电路808可检测和输出代表ac输入电压VAC122的平均值的信号。对于低负载和无负载状况，模式选择电路806被耦合以启用间歇的开关控制电路 204，且同时禁用非间歇的开关控制电路804。在一个实施方案中，模式转换发生在感测到低负载水平阈值之后的第一 ZCD下。举例来说，低负载状况可对应于输出功率小于电源的最大输出功率的10% -20%。对于较高负载状况，模式选择电路806被耦合以启用非间歇的开关控制电路804，且同时禁用间歇的开关控制电路204。因此，每当上述开关控制电路中的一个被启用时，另一个被禁用，以使得逻辑电路810—次仅接收一个有效的开关信号。换句话说，控制器802所输出的开关信号136代表针对低负载和无负载状况的间歇的开关信号814，以及代表针对较高负载状况的非间歇的开关信号812。在示出的实施方案中，模式选择电路806被耦合以通过确定输入功率来确定电源输出处的负载状况。例如，模式选择电路806可响应于ac输入电压VAC122和电感器电流132(见图1)来确定输入功率。在一个实施方案中，模式选择电路806将输入电压电平与电感器电流的电平相乘(例如，将电流感测平均值信号220和ac输入电压VAC122的峰值或平均值相乘)，以确定输入功率。图9A是示出了本发明一个实施方案的示例性控制器902A的功能方块图，该控制器902A具有包括增益选择电路906和放大器908的电流感测平均值电路904。控制器902a 是图1的控制器102的一种可行实现方式。在一个实施方案中，控制器902A供用于具有通用输入电压范围(例如90Vac到 265Vac)的升压型(boost)PFC电源。然而，对于通用的输入升压型电源设计，电源的电流环路增益和有效输入电阻可能需要针对最低线输入电压(例如90Vac)设置，以在输出处传送最大功率。当线输入电压增大到较高值并朝着最大值增大时，有效输入电阻的固定值可能导致输出电压的过冲。例如，返回参考图4，注意到当输出电压V0126达到阈值参考402时， 例如在时间T2处，输出电压V0126继续上升直到时间T3处的下一个零交叉。该“过冲”(线 408)部分是由于延迟404和开关信号136的继续开关。因此，控制器902A包括增益选择电路906，增益选择电路906被耦合以向放大器908提供可选择的增益，从而补偿ac输入电压VAC122的变化的峰值。在一个实施例中，增益选择电路906被耦合，以保持电源的有效输入电阻与ac输入电压的峰值成反比例。在图9A中，输入电压信号VAC122被耦合至增益选择电路906，以响应于输入电压电平(例如增益选择信号912A)选择增益。在图9B中所示的另一个实施方案中，输出检测电路910被耦合以检测在电源(例如电源100)启动时的输出电压V0126。在图9B的实施例中，在电源启动时的输出电压V0U6代表ac输入电压 VAC122的峰值。因此，输出电压检测电路910可响应于ac输入电压VAC122的峰值产生增益选择信号912B，以选择增益选择电路906的合适增益。在一个实施例中，随着ac输入电压VAC122的峰值减小，输出电压检测电路增大增益选择电路906的增益。在本文中公开的、在每个过程中一些或所有过程块出现的顺序不应被认为是限制性的。相反，具有本公开内容利益的本领域普通技术人员会理解，所述过程块中的一些可以按照未说明的多种顺序执行。以上对示出的本发明的实施方案的描述，包括在摘要中所描述的，意不在是穷举性的或者将本发明限制为所公开的精确形式。尽管为了说明的目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但在本发明的范围内，各种改型是可能的，如相关领域技术人员会认识到的。根据以上详细描述可以对本发明进行上述改型。下列权利要求中所使用的术语不应被解释为将本发明限制为该说明书中所公开的具体实施方案。而是，本发明的范围完全由下列权利要求确定，所述权利要求应按照权利要求解释的既定原则进行解释。
权利要求
1.一种供在电源中使用的控制器，该控制器包括零交叉检测(ZCD)电路，其被耦合以响应于所述电源的ac输入电压的零交叉而产生 Z⑶信号；以及间歇的开关控制电路，其被耦合至所述ZCD电路，以产生开关信号，从而控制开关以调节所述电源的输出，其中，所述间歇的开关控制电路响应于所述ZCD信号而产生所述开关信号，该开关信号具有有开关的间隔和无开关的间隔，其中所述有开关的间隔具有与所述 ac输入电压的零交叉同步的开始，且其中所述无开关的间隔具有与所述ac输入电压的另一零交叉同步的开始。
2.根据权利要求1的控制器，还包括阈值检测电路，该阈值检测电路被耦合至所述间歇的开关控制电路，并被耦合以接收代表所述电源的输出的信号，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在阈值参考以下而开始所述有开关的间隔。
3.根据权利要求2的控制器，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以上而开始所述无开关的间隔。
4.根据权利要求3的控制器，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以上而将所述无开关的间隔的开始延迟直到所述 ac输入电压的下一个零交叉。
5.根据权利要求2的控制器，其中所述无开关的间隔包括与所述ac输入电压的零交叉同步的结束。
6.根据权利要求5的控制器，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以下而将所述无开关的间隔的结束延迟直到所述 ac输入电压的下一个零交叉。
7.根据权利要求1的控制器，还包括双重阈值检测电路，该双重阈值检测电路被耦合至所述间歇的开关控制电路，且被耦合以接收代表所述电源的输出的信号，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在第一阈值参考以下而开始所述有开关的间隔，并且其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在第二阈值参考以上而开始所述无开关的间隔，其中所述第二阈值参考大于所述第一阈值参考。
8.根据权利要求1的控制器，其中所述开关信号是间歇的开关信号，所述控制器还包括非间歇的开关控制电路，其被耦合以产生非间歇的开关信号，从而控制所述开关以调节所述电源的输出；以及模式选择电路，其被耦合以响应于所述电源的输入功率，启用所述间歇的开关控制电路和所述非间歇的开关控制电路中的一个，并禁用所述间歇的开关控制电路和所述非间歇的开关控制电路中的另一个。
9.根据权利要求8的控制器，其中所述模式选择电路被耦合以响应于所述电源的输入功率小于功率阈值，启用所述间歇的开关控制电路，并禁用所述非间歇的开关控制电路。
10.根据权利要求1的控制器，还包括电流感测平均值电路，该电流感测平均值电路被耦合至所述间歇的开关控制电路，且被耦合以接收代表所述电源的电感器电流的电流感测信号，其中所述间歇的开关控制电路被配置为响应于所述电流感测平均值电路提供功率因数校正。
11.根据权利要求10的控制器，其中所述电流感测平均值电路包括放大器，其被耦合以接收所述电流感测信号；以及增益选择电路，其被耦合至所述放大器，以响应于所述电源的ac输入电压的幅度而为所述放大器提供可选择的增益。
12.根据权利要求11的控制器，还包括输出电压检测电路，该输出电压检测电路被耦合以检测所述电源在启动时的输出电压，其中所述在启动时的输出电压代表所述ac输入电压，且其中所述增益选择电路的可选择的增益响应于所述输出电压检测电路。
13.根据权利要求1的控制器，还包括振荡器，该振荡器被耦合至所述间歇的开关控制电路，以产生具有一个周期的时钟信号，其中所述有开关的间隔包括多个开关周期，且其中所述多个开关周期中的每一个基本等于所述时钟信号的周期。
14.根据权利要求1的控制器，其中每当所述输出电压落在阈值参考以下时所述有开关的间隔重新出现，且其中每个有开关的间隔的开始被延迟到所述ac输入电压的下一个零交叉，且其中每当所述输出电压在所述阈值参考之上时所述无开关的间隔重新出现，且其中每个无开关的间隔的开始被延迟到所述ac输入电压的下一个零交叉，且其中每个有开关的间隔的开始是对应的无开关的间隔的结束，且其中每个有开关的间隔的结束是对应的无开关的间隔的开始。
15.根据权利要求1的控制器，其中所述控制器是集成电路控制器，且其中所述开关被包括在所述集成电路控制器中。
16.一种供在电源中使用的控制器，该控制器包括零交叉检测(ZCD)电路，其被耦合以响应于所述电源的ac输入电压的零交叉而产生 ZCD信号；以及间歇的开关控制电路，其被耦合至所述ZCD电路，所述间歇的开关控制电路包括开关信号发生器，其被耦合以响应于时钟信号而产生开关信号；以及间隔发生器，其被耦合至所述开关信号发生器，以响应于所述ZCD信号来启用和禁用所述开关信号，从而产生有开关的间隔和无开关的间隔，其中所述间隔发生器使所述有开关的间隔的开始与所述ac输入电压的零交叉同步，并使所述无开关的间隔的开始与所述 ac输入电压的另一个零交叉同步。
17.根据权利要求16的控制器，还包括阈值检测电路，该阈值检测电路被耦合至所述间歇的开关控制电路，并被耦合以接收代表所述电源的输出的信号，其中所述间歇发生器响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在阈值参考以下而开始所述有开关的间隔。
18.根据权利要求17的控制器，其中所述间隔发生器响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以上而开始所述无开关的间隔。
19.根据权利要求18的控制器，其中所述间隔发生器响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以上而将所述无开关的间隔的开始延迟直到所述ac输入电压的下一个零交叉。
20.根据权利要求17的控制器，其中所述无开关的间隔包括与所述ac输入电压的零交叉同步的结束。
21.根据权利要求20的控制器，其中所述间隔发生器响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以下而将所述无开关的间隔的结束延迟直到所述ac输入电压的下一个零交叉。
22.根据权利要求16的控制器，还包括锯齿波发生器，该锯齿波发生器被耦合以响应于所述时钟信号而产生锯齿波形，其中所述开关信号发生器响应于所述锯齿波形和电流感测信号调节所述开关信号的占空比。
23.根据权利要求15的控制器，其中所述控制器是集成电路控制器，且其中所述开关被包括在所述集成电路控制器中。
24.—种电源，包括能量传递元件；开关，其被耦合以控制通过所述能量传递元件将能量从所述电源的输入传递至所述电源的输出；以及控制器，其被耦合至所述开关，该控制器包括零交叉检测(ZCD)电路，其被耦合以响应于在所述电源的输入处所接收的ac输入电压的零交叉而产生ZCD信号；以及间歇的开关控制电路，其被耦合至所述ZCD电路，且被耦合以产生开关信号，从而控制所述开关以调节所述电源的输出，其中，所述间歇的开关控制电路响应于所述ZCD信号而产生所述开关信号，该开关信号具有有开关的间隔和无开关的间隔，其中所述有开关的间隔具有与所述ac输入电压的零交叉同步的开始，且其中所述无开关的间隔具有与所述ac 输入电压的另一零交叉同步的开始。
25.根据权利要求24的电源，其中所述控制器还包括阈值检测电路，该阈值检测电路被耦合至所述间歇的开关控制电路，且被耦合以接收代表所述电源的输出的信号，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在阈值参考以下而开始所述有开关的间隔。
26.根据权利要求25的电源，其中所述间歇的开关控制电路响应于所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以上而将所述无开关的间隔的开始延迟直到所述 ac输入电压的下一个零交叉。
27.根据权利要求25的电源，其中所述无开关的间隔包括与所述ac输入电压的零交叉同步的结束。
28.根据权利要求27的电源，其中所述间歇的开关控制电路在所述阈值检测电路检测到所述电源的输出在所述阈值参考以下之后将所述无开关的间隔的结束延迟直到所述ac 输入电压的下一个零交叉。
全文摘要
一种供在电源中使用的示例性控制器包括零交叉检测(ZCD)电路和间歇的开关控制电路。所述ZCD电路被耦合以响应于所述电源的ac输入电压的零交叉而产生ZCD信号。所述间歇的开关控制电路被耦合至所述ZCD电路，以产生开关信号，从而控制开关以调节所述电源的输出。所述间歇的开关控制电路响应于所述ZCD信号而产生所述开关信号，该开关信号具有有开关的间隔和无开关的间隔，其中所述有开关的间隔具有与所述ac输入电压的零交叉同步的开始，且其中所述无开关的间隔具有与所述ac输入电压的另一零交叉同步的开始。
文档编号H02M7/02GK102447402SQ201110309999
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者R·K·奥尔 申请人:电力集成公司