专利名称：开关控制电路、使用其的变换器和开关控制方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种变换器及其驱动方法。具体地，本发明的实施例涉及用于优化总谐波畸变的开关控制电路、使用该开关控制电路的变换器和开关控制方法。
背景技术：
需要零电流检测配置来控制对功率因素校正电路进行配置的变换器开关的开关操作。零电流检测表示检测流向变换器的电感器的电流变成0的时间。变换器被设计为流向电感器的电流变成0时接通开关。传统的功率因素校正变换器使用以预定匝数比采用隔离方式耦连到变换器的电感器的辅助线圈，以便检测零电流。变换器的控制电路包括附加管脚，并且控制电路连接到辅助线圈以接收零电流检测电压，零电流检测电压与电感器处的电压对应。变换器控制电路通过使用零电流检测电压来检测电感器电流变成零的时间，并在该时间接通开关。与此不同，不包括用来检测零电流的附加管脚的变换器控制电路直接感测流向电感器的电流，以便检测零电流。当用来感测流向电感器的电流的电压(下文称作感测电压) 变成零电压时，变换器控制电路接通开关。但是，上面指出的方法生成反向电流间隔，在此间隔中电感器的电流以负方向流动。当开关在感测电压变成零电压的时刻之前接通时，由于电流流向连接到输出端的二极管，在开关处会出现电流尖波。因此，需要附加的前沿消隐 (LEB)电路，以便阻止此类硬开关。为了防止没有附加LEB电路的硬开关，需要在用作开关的MOSFET的寄生电容和变换器的电感器之间有共振。通过共振来降低MOSFET的漏极电压来实现软开关。在此实例中，由于共振在开关处产生反相电流。即开关在反相电流间隔期间被接通，以用于软开关。当反相电流产生时，总谐波畸变是弱的。使用零电流检测管脚的方法使用在辅助线圈处出现的电压，以便优化总谐波畸变。使用感测电压的方法由于它不使用辅助线圈，所以在优化总谐波畸变方面有困难。在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对于本发明背景的理解，因此， 可以包含不构成在本国已经为本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的实施例致力于提供一种用于在没有检测零电流的管脚时，控制开关操作的开关控制电路和一种开关控制方法。本发明的实施例还致力于提供一种在没有附加辅助线圈时，通过使用开关控制电路和开关控制方法来优化总谐波畸变的变换器。本发明的示例性实施例提供一种用于根据由传送到电感器的输入电压引起的电感器电流来生成输出功率的变换器。变换器包括电源开关，其连接到电感器以控制电感器电流；和开关控制电路，其用于在电源开关接通时感测流向电源开关的漏极电流；并控制锯齿波信号的斜率，以用于根据感测的漏极电流确定电源开关的断开时间。
所述开关控制电路通过生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流，控制所述锯齿波信号的斜率。
所述电源开关的第一端接地，并且所述电源开关的第二端连接到所述电感器，所述变换器还包括连接在所述电源开关的第一端和所述开关控制电路的输入管脚之间的感测电阻器以感测所述漏极电流。
所述开关控制电路包括补偿电流发生器，以用于将传送到所述输入管脚的感测电压反相，将反相电压相对于预定移位参考电压移位，在所述电源开关接通之后的预定延迟间隔之后采样所述移位电压，放大所采样的电压，并将所放大的电压转换成电流，从而生成补偿电流。
所述补偿电流发生器包括反相电平移位器，其用于将所述感测电压反相，并且使所反相的感测电压相对于所述移位参考电压电平移位，从而生成所述移位电压；采样保持单元，其用于在所述电源开关的接通时间之后的延迟间隔之后，通过采样所述移位电压生成采样电压，并且保持所述采样电压至少到所述电源开关的断开时间；放大单元，其用于通过放大所述采样电压生成放大电压；和电压/电流变换器，其用于通过将所述放大电压转变成电流来生成补偿电流。
所述反相电平移位器包括第一电阻器，其包括用于接收所述感测电压的第一端； 放大器，其包括连接到所述第一电阻器的第二端的反相端和用于接收所述移位参考电压的非反相端；和第二电阻器，其连接到所述放大器的反相端和所述放大器的输出端。
所述采样保持单元包括第一采样开关，其用于接收所述移位电压；第一电容器， 其连接到所述第一采样开关的第二端；第一放大器，其包括连接到所述第一电容器的反相端和用于接收预定采样参考电压的非反相端；第二电容器，其连接在所述第一放大器的反相端和所述第一放大器的输出端之间；保持开关，其连接在所述第一电容器的第一端和接地单元之间；和第二采样开关，其并联连接到所述第二电容器。
所述第一和第二采样开关在所述电源开关接通之后的延迟间隔之后断开，所述保持开关接通以采样移位电压，并被保持直到所述电源开关断开。
所述第一和第二采样开关在所述电源开关断开时接通，所述保持开关断开，从而将采样电压设定为采样参考电压。
所述电流/电压变换器包括放大器，其包括用于接收所述放大电压的非反相端； 第一晶体管，其具有连接到所述放大器的输出端的栅电极；第一电阻器，其具有连接到所述第一晶体管的第一端；和电流镜，其用于通过与所述第一晶体管的电流取镜像来生成补偿电流。
所述第一电阻器的第一端连接到所述放大器的反相端。
所述开关控制电路还包括锯齿波信号发生器，以通过用所述补偿电流和恒定电流对电容器充电来生成锯齿波信号，并与所述电源开关的断开时间同步地对所述电容器放 H1^ ο
所述开关控制电路通过放大与输出功率的电压相应的反馈电压和预定参考电压之差，生成误差信号，并通过将所述误差信号和所述锯齿波信号进行比较来确定所述电源开关的断开时间。
本发明的另一示例性实施例提供一种用于控制电源开关的开关操作的开关控制电路，以根据输入电压控制流向电感器的电感器电流。所述开关控制电路包括补偿电流发生器，其用于感测在所述电源开关接通时流向所述电源开关的漏极电流，并通过使用感测的漏极电流，生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流；和锯齿波信号发生器，用于通过使用所述补偿电流生成锯齿波信号以确定所述电源开关的断开时间。所述补偿电流发生器包括反相电平移位器，其用于使连接到所述电源开关和接地单元的感测电阻器中出现的感测电压反相，并使反相的感测电压相对于预定的移位参考电压电平移位，从而生成移位电压；采样保持单元，其用于在所述电源开关接通后的预定延迟间隔后，通过采样移位电压来生成采样电压，并保持所述采样电压至少到所述电源开关断开的时间；放大单元，其用于通过放大所述采样电压来生成放大电压；和电压/电流变换器，其用于通过将放大电压变换成电流来生成补偿电流。所述反相电平移位器包括第一电阻器，其包括用于接收所述感测电压的第一端； 放大器，其包括连接到所述第一电阻器的第二端的反相端和用于接收所述移位参考电压的非反相端；和第二电阻器，其连接到所述放大器的反相端和所述放大器的输出端。所述采样保持单元包括第一采样开关，其在与所述电源开关接通后的延迟间隔之后提供的第一时刻同步地断开；第一电容器，其连接到所述第一采样开关的第二端；第一放大器，其包括连接到所述第一电容器的反相端和用于接收预定采样参考电压的非反相端；第二电容器，其连接在所述第一放大器的反相端和所述第一放大器的输出端之间；保持开关，其连接在所述第一电容器的第一端和所述接地单元之间，并在所述第一时刻接通； 和第二采样开关，其并联连接到所述第二电容器，并在所述第一时刻接通，其中所述第一和第二采样开关的接通时段与所述保持开关的接通时段不重叠。所述电流/电压变换器包括放大器，其包括用于接收所述放大电压的非反相端； 第一晶体管，其具有连接到所述放大器的输出端的栅电极；第一电阻器，所述第一晶体管的电流流向该第一电阻器；第二电阻器，其与所述第一电阻器串联连接；和电流镜，其用于通过与所述第一晶体管的电流成镜像，来生成补偿电流，所述放大器的反相端连接到所述第一电阻器和第二电阻器的节点。本发明的另一实施例提供一种用于控制电源开关的开关操作以根据输入电压控制流向电感器的电感器电流的方法。所述方法包括感测在所述电源开关接通时流向所述电源开关的漏极电流，并根据所述感测的漏极电流生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流；和通过使用补偿电流，生成锯齿波信号，以用于确定所述电源开关的断开时间。生成补偿电流包括使在连接到所述电源开关和接地单元的感测电阻器中出现的感测电压反相，并使所述反相的感测电压相对于预定移位参考电压电平移位，以生成移位电压；通过与所述电源开关的接通时间同步地采样所述移位电压，生成采样电压；并保持所述采样电压至少到所述电源开关的断开时间；放大所述采样电压；通过将所述放大电压变换成电流来生成所述补偿电压。生成锯齿波信号的步骤包括通过所述补偿电流和恒定电流，对电容器充电；和与所述电源开关的断开时间同步地对所述电容器放电。CN 102545662 A
根据本发明的实施例，提供一种用于在没有另外的辅助线圈和用于检测零电流的管脚时控制变换器的开关操作并优化总谐波畸变的开关控制电路、一种开关控制方法和一种变换器。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的变换器。图2示出了根据电源开关的开关操作的电感器电流。图3示出了根据本发明的示例性实施例的开关控制电路。图4示出了根据本发明的示例性实施例的补偿电流发生器。图5示出了采样开关的接通/断开时间和保持开关的接通/断开时间，移位电压、 采样电压和感测电压。图6示出了电源开关相对于时间的输入电压和接通时间。图7示出了根据本发明的示例性实施例的移位电压、感测电压、补偿电流和锯齿
波信号。
具体实施例方式在下文的详细描述中，仅出于示例，已经示出并描述了本发明的某些示例性实施例。本领域技术人员会认识到所描述的实施例可以以各种不同方式修改，所有这些都不偏离本发明的精神或范围。相应地，附图和描述应认为本质上是示意性的，而不是限制性的。 相同的附图标记在说明书中指示相同的元件。在此说明书和以下的权利要求中，当描述一个元件“耦连”到另一元件时，前一元件可以“直接耦连”到另一元件或者通过第三元件“电耦连”到另一元件。此外，除非明显指示为相反，词语“包括””及其各种形式的变型应理解为暗示包括所述元件而不排除其它任何元件。在下文中将参照附图更加全面地描述本发明，图中示出了本发明的示例性实施例。图1示出了根据本发明的示例性实施例的变换器1。在本发明的示例性实施例中， 将用升压变换器来实现功率因素校正电路。不过，本发明并不局限于此。如图1所示，变换器1包括开关控制电路2、电源开关11、桥接二极管12、线性滤波器13、二极管Dl、电容器Cl、电感器Ll和分压电阻器Rl和R2。电源开关11包括η沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NM0SFET)。体二极管BD和寄生电容器Cr形成于电源开关 11的漏电极和源电极之间。流向电源开关11的电流被称作漏极电流IDS。桥接二极管12包括四个二极管D11-D14，通过全波整流输入AC电压(AC)生成输入电压Vin。桥接二极管12的输出端连接到电感器Ll的第一端。桥接二极管12通过感测电阻器RS接地。线性滤波器13包括并联连接到施加输入AC电源(AC)的两端的电容器Cll和C12， 和串联连接到输入AC电源(AC)的两端的电感器Lll和L12。线性滤波器13对输入AC电源(AC)的电磁干扰进行滤波。输入电压Vin被供应到电感器Ll的第一端，电感器Ll的第二端连接到二极管Dl的阳极和电源开关11的漏极。电源开关11的阴极接地，由开关控制电路2输入的栅极电压VG被提供到电源开关11的栅极。
感测电阻器RS连接在电源开关11的源极和开关控制电路2的输入管脚CS之间， 感测电压VCS通过输入管脚CS被输入到开关控制电路2。开关控制电路2通过使用感测电压VCS检测零电流。感测电阻器RS的第一端接地，其第二端连接到输入管脚CS，感测电压 VCS表示感测电阻器RS的第二端的电压。漏极电流IDS从感测电阻器RS的第一端流向第二端，所以感测电压VCS是负电压。
输入电压VIN被提供到电感器Li，输出功率根据输入电压VIN由流向电感器Ll的电流(下文称作电感器电流)产生。电感器电流IL被电源开关11的开关操作控制。
图2示出了根据电源开关的开关操作的电感器电流。
如图2所示，电感器电流具有锯齿波形，它反复增大、减小，详细讲，当电源开关11 接通时增大，在电源开关11断开时减小。
更详细地，当电源开关11接通时，电感器电流IL增大，电感器Ll存储能量。当电源开关11断开时，电感器电流IL通过二极管Dl流动，存储在电感器Ll中的能量被提供到变换器1的输出端。当电源开关11断开时二极管Dl接通，电感器电流IL流向连接到功率因素校正电路1的输出端的负载，并对电容器Cl充电。当连接到功率因素校正电路1的输出端的负载增大时，提供到负载的电感器电流IL也增大，使得流向电容器Cl的电流相对减小，输出电压Vout也相对减小。相反，当负载增大时，提供给负载的电感器电流IL减小，使得流向电容器Cl的电流相对增大，并且输出电压Vout相对增大。
通过上述操作，不管负载如何变化，输出电压Vout都被保持。
当电感器Ll的能量被提供到负载时，二极管Dl被阻止。由于电感器Ll和寄生电容器Cr之间的共振，电源开关11的漏极电压降低。当漏极电压降低时，电源开关11接通， 并且电感器电流IL流过电源开关11。因此，漏极电流IDS如同电感器电流IL 一样增加。 当电源开关11断开时，漏极电流IDS由于电感器Ll和寄生电容器Cr之间的共振降低。漏极电流IDS通过感测电阻器RS流向输入AC电源(AC)。
开关控制电路2通过使用反馈电压VD生成误差放大信号Vcon，反馈电压是通过根据分压电阻器Rl和R2的电阻比R2/(R1+R2)划分输出电压Vout来产生的，并且开关控制电路2通过比较误差放大信号VCON和锯齿波信号VSAW来确定电源开关11的断开时间， 该锯齿波信号以由感测电压VCS确定的斜率升高。电源开关11的接通时间是由感测电压 VCS达到零电压的时间确定的。反馈电压VD被输入到开关控制电路2的输入管脚FB。
在图2中以虚线表示的电感器电流的峰值被控制以与输入电压VIN具有相同的波形。即电感器电流的斜率随着输入电压的降低而降低，该斜率随着输入电压的增大而增大。
开关控制电路2考虑输入电压VIN控制电源开关11的开关频率和占空比。电感器电流的峰值被输入电压VIN控制，输入电流(即电感器电流的平均值)具有与输入电压 VIN相同的波形，以匹配相位，并提高功率因素。
图2以阴影区表示上述的电感器电流在负方向流动的部分。本发明的实施例提供一种用于补偿在负方向流动的电感器电流的开关控制方法。
开关控制电路2生成栅极信号，以用来在感测电压VCS达到零电压时接通电源开关11。在此实例中，开关控制电路2根据感测电压VCS确定锯齿波信号VSAW的上升斜率。
当电源开关11被接通时流动的漏极电流IDS的斜率是由输入电压VIN和电感器 Ll的电感Ll的比率VIN/L1确定的。因此，当感测到感测电压VCS时，输入电压VIN可以是已知的。电源开关11的开关频率和占空比可以通过使用本发明的示例性实施例中的上述观点根据输入电压VIN来控制。现在将参照图3和图4，描述开关控制电路2的详细操作。图3示出了根据本发明的示例性实施例的开关控制电路2。如图3所示，开关控制电路2包括补偿电流发生器20、锯齿波信号发生器21、误差放大器22、PWM比较器23、接通信号发生器24、SR锁存器25和栅极驱动器26。锯齿波信号发生器21接收补偿电流ICC以根据补偿电流ICC生成具有上升斜率的锯齿波信号VSAW。锯齿波信号发生器21包括恒流源211、放电开关DS和电容器C2。电源电压VCC为恒流源211提供电压，以生成电流II。放电开关DS包括用于传送复位信号RS的栅电极，并且其并联连接到电容器C2。 放电开关DS的漏电极连接到电容器C2的第一端，放电开关DS的源电极连接到电容器C2
的第二端。电容器C2的第一端连接到恒流源211，第二端接地。电容器C2中所充的电压信号是锯齿波信号VSAW，并且该锯齿波信号连接到PWM比较器23的非反相端+。电容器C2由恒流源211提供的电流Il和补偿电流ICC充电。补偿电流ICC可通过与电源开关11的开关周期同步的输入电压VIN变化。因此，电容器C2中所充入的以及生成的锯齿波信号VSAW的上升斜率通过与电源开关11的开关周期同步的输入电压VIN改变。当锯齿波信号VSAW达到误差信号VCON时，PWM比较器23生成断开信号S0FF。根据本发明的示例性实施例的断开信号SOFF是高电平脉冲。放电开关DS通过复位信号RS被接通，复位信号是与断开信号SOFF生成的时刻同步地产生的，电容器C2放电，使得锯齿波信号VSAW变成地电压。误差放大器22用电流放大反馈电压VF和参考电压VRl的误差，以生成误差信号VC0N。误差放大器22包括输入反馈电压VF的反相端-和输入参考电压VRl 的非反相端+。误差放大器22以预定增益放大从参考电压VRl中减去反馈电压VF所生成的电压，以生成误差信号VC0N。误差放大器22将参考电压VRl和反馈电压VF之间的电压差放大，以生成对电容器CE充电的电流。对电容器CE充电的电流是误差信号的电压VCON。
PWM比较器23包括输入误差信号VCON的反相端-和输入锯齿波信号VSAW的非反相端+。PWM比较器230在锯齿波信号VSAW达到误差信号VCON时生成高电平的断开信号 SOFF0当变换器1的负载增大，使输出电压VOUT降低时，反馈电压VF也降低，使误差信号VCON增大。相反，当负载降低，使输出电压VOUT增大时，反馈电压VF增大，使误差信号 VCON降低。当误差信号VCON增大时，锯齿波信号VSAW达到误差信号VCON的时间增加，使得电源开关11的接通时间增加。当误差信号VCON降低时，锯齿波信号VSAW达到误差信号 VCON的时间降低，使得电源开关11的接通时间降低。在此实例中，锯齿波信号VSAW的斜率由输入电压VIN确定，使得在相同的误差信号VCON条件下，接通时间随着输入电压VIN变得更大而降低，随着输入电压VIN变得更小时而增大。
补偿电流发生器20使感测电压VCS反相，并将感测电压相对于预定移位参考电压移动，与电源开关11的接通时间同步地对移位电压SFV采样，并保持该移位电压。详细地， 补偿电流发生器20在从电源开关11的接通时间开始的预定延迟间隔之后采样并保持移位电压SFV。
补偿电流发生器20将采样电压SPV放大，并将放大电压AMV转变成电流，以生成补偿电流ICC。现在将参考图4描述补偿电流发生器20的配置。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的补偿电流发生器。
如图4所示，补偿电流发生器20包括反相电平移位器210、采样保持单元220、放大单元230和电压/电流变换器M0。
反相电平移位器210将感测电压VCS反相，将反相的感测电压VCS相对于移位参考电压SVR电平移位，以生成移位电压SFV。
反相电平移位器210包括放大器213、参考电压源212、电阻器R3和电阻器R4。
电阻器R3包括输入感测电压VCS的第一端和连接到放大器213的反相端-的第二端。电阻器R4包括连接到放大器213的反相端-的第一端和连接到放大器213的输出端的第二端。
放大器213包括连接到参考电压源212的非反相端+，参考电压源212生成移位参考电压SVR。放大器213输出电压SVR+(SVR-VCS) / (R4/R3)，该电压是这样生成的移位电压SVR和感测电压VCS之差除以电阻比率R4/R3，再加上移位参考电压SVR，作为输出电压，即移位电压SFV。感测电压VCS是负电压，使得开关控制电路2难以使用感测电压VCS。 同样，当反相的感测电压具有低电平时，可能难以使用开关控制电路2。考虑上文提到的观点，反相电平移位器210使感测电压VCS反相，并使其电平移位。
采样保持单元220与电源开关11被接通的时刻同步地采样移位电压SFV，以生成采样电压SPV，并保持采样电压SPV。详细地，采样保持单元220通过在电源开关11接通的时刻开始延迟一间隔之后的时刻通过采样移位电压SFV，来生成采样电压SPV,并保持该采样电压，直到电源开关11断开。
保持采样电压SPV的时段包括电源开关11断开的时间。即在电源开关11的断开时间由与采样电压SPV对应的补偿电流ICC确定之后，不需要保持采样电压SPV。
在本发明的示例性实施例中，保持时段的结束时间被设置成电源开关11的断开时间，但本发明并不局限于此。即在下一采样时间之前，被保持的电压必须被复位为采样参考电压sra。
采样保持单元220包括放大器221、参考电压源222、采样开关SSl和SS2，保持开关HS和电容器C3和C4。
采样开关SSl包括输入移位电压SFV的第一端和连接到电容器C3的第二端。电容器C3包括连接到采样开关SSl的第一端和连接到放大器221的反相端-的第二端。电容器C4包括连接到放大器221的反相端-的第一端和连接到放大器221的输出端的第二端。采样开关SS2并联连接到电容器C4。
保持开关HS的第一端连接到电容器C3的第一端且保持开关HS的第二端接地。参考电压源222生成采样参考电压SPR，并将其传送到放大器221的非反相端+。
在从电源开关11的接通时间开始的预定延迟间隔之后，采样开关SSl和采样开关SS2断开，保持开关HS接通，使得采样电压SPV被采样和保持。详细地，当采样开关SSl和 SS2断开时的移位电压SFV除以电容器C3和电容器C4的电容比，生成采样电压SPV。由于从采样开关SSl和SS2断开的时间开始，保持开关HS接通，所以采样电压SPV被保持。当电源开关11断开时，采样开关SSl和SS2接通，保持开关HS断开。采样等待时段被定义为这样一个时段，即从电源开关11的断开时间到从电源开关11接通时间开始的延迟间隔之后的时间。在采样等待时段中，放大器221的反相端-的电压被保持在采样参考电压SPR，即非反相端+的电压。因此，采样电压SPV在采样等待时段中是参考电压SPR。现在参照图5详细描述采样保持单元的操作。图5示出了采样开关的接通/断开时间和保持开关的接通/断开时间、移位电压、 采样电压和感测电压。在时段Pl中电源开关11接通，在时段P2中电源开关11断开。如图5所示，在从电源开关11的接通时间STl起延迟了延迟间隔(例如Ius)的时间，采样开关SSl和SS2断开，保持开关HS接通。在采样开关SSl和SS2断开时根据电容器C3和电容器C4的比率通过划分移位电压SFV产生的电压变成采样电压SPV。在时段Pl中，采样开关SSl和SS2断开，保持开关HS接通，使得采样电压SPV在时段Pll中被保持，直到电源开关11的断开时刻ST2。当电源开关11在时刻ST2断开时，采样开关SSl和SS2接通，保持开关HS断开。 在周期P2中，电源开关11断开。在时段P21中，保持开关HS断开，采样开关SSl和SS2接通，时段P21是从电源开关11的断开时刻ST2到下一次接通时间开始的延迟间隔之后持续的时间。时段P21被称作采样等待时段。在采样等待时段P21中，放大器221的反相端-的电压被维持在采样参考电压 SPR,即非反相端+的电压。因此，采样电压SPV在采样等待时段中是参考电压SPR。用于控制采样开关SSl和SS2和保持开关HS的开关操作的信号可以根据接通信号SON或断开信号SOFF生成。即在从生成接通信号SON的时刻起的延迟间隔之后，可以生成用于断开采样开关SSl和SS2并接通保持开关HS的控制信号。而且，栅极控制信号VC 或栅极信号VG的上升沿可以代替接通信号SON使用。此外，在生成断开信号SOFF时，可以生成用于断开保持开关HS并接通采样开关 SSl和SS2的控制信号。栅极控制信号VC或栅极信号VG的下降沿可以代替断开信号SOFF 使用。相应地，采样开关SSl和SS2和保持开关HS的各自的接通周期可被控制成不重叠。放大单元230通过求取采样电压SPV的平方来生成放大电压AMV。当采样电压SPV 的电平适用于电压/电流变换器MO的输入电压时，可以不包括放大单元230。同样，平方操作是放大运算的一个例子，本发明并不局限于此。电压/电流变换器240通过将放大电压AMV转换成电流来生成补偿电流ICC。如图4所示，电压/电流变换器240包括比较器Ml、多个晶体管242、243和244和多个电阻器R5和R6。电压/电流变换器240可包括一个电阻器R6，而不是两个电阻器R5和R6。放大器241包括输入放大电压AMV的非反相端+和连接到电阻器R5和电阻器R6 的节点的反相端_。放大器Ml的输出端连接到晶体管M2的栅电极。晶体管242的源电极连接到电阻器R5的第一端，晶体管242的漏电极连接到晶体管243的栅电极和漏电极。晶体管M4的栅电极连接到与二极管连接的晶体管243的栅电极，晶体管244与晶体管243形成电流镜像。晶体管243和244的源电极连接到电源电压 VCC。电阻器R6的第一端连接到电阻器R5的第二端，电阻器R6的第二端接地。放大器241控制晶体管242的接通状态，使得放大电压AMV的电压可与反相端-的电压对应，从而生成可由放大电压AMV改变的电流II。电流Il流向晶体管M3，使得电流 Il被映射到镜像，并传送到晶体管对4。流向晶体管M4的电流是补偿电流ICC。电流镜像比率取决于晶体管243和晶体管244的沟道长度和沟道宽度的比率。当晶体管243和晶体管244的沟道长度/宽度比率相同时，电流Il与补偿电流ICC对应。图6示出了电源开关相对于时间的输入电压和接通时间。如图6所示，接通时间随着输入电压VIN更低而变长，随着输入电压VIN变得更高而变得更短。现在参考图7描述图6的阴影区A和B中的补偿电流发生器20的操作。图7示出了根据本发明的示例性实施例的移位电压、感测电压、补偿电流和锯齿
波信号。如图6所示，区A中的输入电压VIN比区B中的输入电压VIN低。如图7所示，当电源开关11接通时，区A中的感测电压VCS开始在负电压方向上降低。感测电压VCS的下降斜率与输入电压VIN成比例。当感测电压VCS反相并且电平移位时，移位电压SFV开始以与输入电压VIN成比例的斜率增加。在电源开关11的接通时间之后Ius时段后的时刻Tl采样移位电压SFV，因此生成采样电压SPV和补偿电流ICC。电容器C2被锯齿波信号发生器21的电流Il充电直到时亥Ij Tl，且补偿电流ICC加入到电流Il以从时刻Tl起对电容器C2充电。因此，锯齿波信号 VSAff的上升斜率从时刻Tl起被补偿电流ICC增加。如图7所示，从电源开关11的接通时刻开始，区B中的感测电压VCS开始沿着负电压的方向降低。感测电压VCS的下降斜率与输入电压VIN成比例。当感测电压VCS反相并且电平移位时，移位电压SFV开始以与输入电压VIN成比例的斜率增加。如图7所示，， 区B中的感测电压VCS的下降斜率和移位电压SFV的上升斜率大于区A中的感测电压VCS 的下降斜率和移位电压SFV的上升斜率。在电源开关11的接通时间之后Ius时段后的时刻T2采样移位电压SFV，因此生成采样电压SPV和补偿电流ICC。电容器C2被锯齿波信号发生器21的电流Il充电直到时刻T2，且从时刻Tl起补偿电流ICC加入到电流Il以对电容器C2充电。因此，锯齿波信号 VSAff的上升斜率从时刻Tl起由于补偿电流ICC而被陡峭地增加。如图7所示，由于区B的采样电压SPV比区A的采样电压大，所以区B的补偿电流 ICC也比区A的补偿电流大。因此，区B的锯齿波信号VSAW的上升斜率比区A的锯齿波信号的上升斜率大。
相应地，当输入电压VIN变得更低时，锯齿波信号VSAW的上升斜率变得相对减小， 使得锯齿波信号VSAW达到误差信号VCON的时间增加。即当输入电压VIN更高时，增加的补偿电流ICC更大，使得锯齿波信号VSAW的上升斜率变得更陡，以相对地降低接通时间，并且当输入电压VIN更低时，增加的补偿电流ICC更小，使得锯齿波的斜率变缓，以相对地增大接通时间，补偿了在负方向流动的电感器电流的量。与包括附加零电流检测管脚并使用辅助线圈的传统的开关控制电路相比，根据本发明的示例性实施例的开关控制电路不使用零电流检测管脚和辅助线圈来补偿负电感器电流。接通信号发生器M生成接通信号，以在感测电压VCS已经达到零电压时接通电源开关11。接通信号SON是高电平的脉冲信号。SR锁存器25包括输入接通信号SON的置位端S，输入断开信号SOFF的复位端R和用于输出栅极控制信号VC的输出端Q。SR锁存器25通过输出端Q输出与输入到置位端S 的信号的上升沿同步的高电平信号，并且SR锁存器25输出与输入到复位端R的信号的上升沿同步的低电平信号。当置位端S和复位端R的输入是低电平时，SR锁存器25维持电流输出。因此，在生成接通信号SON时，SR锁存器25输出高电平的栅极控制信号VC，在生成断开信号SOFF时，SR锁存器25输出低电平的栅极控制信号VC。栅极驱动器沈根据高电平的栅极控制信号VC生成高电平的栅极信号VG，并且根据低电平的栅极控制信号VC生成低电平的栅极控制信号VG。因此，当接通信号SON出现时，电源开关11通过高电平的栅极信号VG接通，并且当断开信号SOFF出现时，电源开关11 通过低电平的栅极信号VG断开。尽管已经结合目前认为是可实现的示例性实施例描述了本发明，但应理解本发明不局限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和布置。
权利要求
1.一种变换器，用于根据由传送到电感器的输入电压引起的电感器电流生成输出功率，所述变换器包括电源开关，所述电源开关连接到所述电感器，以控制电感器电流； 开关控制电路，所述开关控制电路用于当所述电源开关接通时感测流向所述电源开关的漏极电流，并控制锯齿波信号的斜率，以根据感测的漏极电流确定所述电源开关的断开时间。
2.根据权利要求1所述的变换器，其中所述开关控制电路通过生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流，控制所述锯齿波信号的斜率。
3.根据权利要求2所述的变换器，其中所述电源开关的第一端接地，并且所述电源开关的第二端连接到所述电感器，和所述变换器还包括连接在所述电源开关的第一端和所述开关控制电路的输入管脚之间以感测所述漏极电流的感测电阻器。
4.根据权利要求3所述的变换器，其中所述开关控制电路包括补偿电流发生器，用于将传送到所述输入管脚的感测电压反相，将反相电压相对于预定移位参考电压移位，在所述电源开关接通之后的预定延迟间隔之后采样移位电压，放大所采样的电压，并将所放大的电压转换成电流，从而生成补偿电流。
5.根据权利要求4所述的变换器，其中 所述补偿电流发生器包括反相电平移位器，所述反相电平移位器用于将所述感测电压反相，并且使所反相的感测电压相对于所述移位参考电压电平移位，从而生成所述移位电压；采样保持单元，所述采样保持单元用于在所述电源开关的接通时间之后的延迟间隔之后，通过采样所述移位电压生成采样电压，并且保持所述采样电压至少到所述电源开关的断开时间；放大单元，所述放大单元用于通过放大所述采样电压生成放大电压；和电压/电流变换器，所述电压/电流变换器用于通过将所述放大电压转变成电流来生成补偿电流。
6.根据权利要求5所述的变换器，其中 所述反相电平移位器包括第一电阻器，所述第一电阻器包括用于接收所述感测电压的第一端； 放大器，包括连接到所述第一电阻器的第二端的反相端和用于接收所述移位参考电压的非反相端；和第二电阻器，所述第二电阻器连接到所述放大器的所述反相端和所述放大器的输出端。
7.根据权利要求5所述的变换器，其中 所述采样保持单元包括第一采样开关，所述第一采样开关用于接收所述移位电压； 第一电容器，所述第一电容器连接到所述第一采样开关的第二端；第一放大器，包括连接到所述第一电容器的反相端和用于接收预定采样参考电压的非反相端；第二电容器，所述第二电容器连接在所述第一放大器的所述反相端和所述第一放大器的输出端之间；保持开关，所述保持开关连接在所述第一电容器的第一端和接地单元之间；和第二采样开关，所述第二采样开关并联连接到所述第二电容器。
8.根据权利要求7所述的变换器，其中所述第一采样开关和所述第二采样开关在所述电源开关接通之后的延迟间隔之后断开，并且所述保持开关接通以采样所述移位电压，而且所述保持开关被保持直到所述电源开关断开。
9.根据权利要求8所述的变换器，其中当所述电源开关断开时，所述第一采样开关和所述第二采样开关接通，且所述保持开关断开，从而将所述采样电压设定为所述采样参考电压。
10.根据权利要求5所述的变换器，其中 所述电流/电压变换器包括放大器，所述放大器包括用于接收所述放大电压的非反相端； 第一晶体管，所述第一晶体管具有连接到所述放大器的输出端的栅电极； 第一电阻器，所述第一电阻器具有连接到所述第一晶体管的第一端；和电流镜，所述电流镜用于通过将所述第一晶体管的电流镜像来生成补偿电流， 所述第一电阻器的第一端连接到所述放大器的反相端。
11.根据权利要求2所述的变换器，其中所述开关控制电路还包括锯齿波信号发生器，以通过用所述补偿电流和恒定电流对电容器充电来生成锯齿波信号，并与所述电源开关的断开时间同步地对所述电容器放电。
12.根据权利要求11所述的变换器，其中所述开关控制电路通过放大与输出功率的电压对应的反馈电压和预定参考电压之间的差，生成误差信号，并通过将所述误差信号和所述锯齿波信号进行比较来确定所述电源开关的断开时间。
13.一种开关控制电路，用于控制电源开关的开关操作，以根据输入电压控制流向电感器的电感器电流，所述开关控制电路包括补偿电流发生器，所述补偿电流发生器用于感测在所述电源开关接通时流向所述电源开关的漏极电流，并通过使用感测的漏极电流，生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流；和锯齿波信号发生器，所述锯齿波信号发生器用于通过使用所述补偿电流生成锯齿波信号以确定所述电源开关的断开时间。
14.根据权利要求13所述的开关控制电路，其中 所述补偿电流发生器包括反相电平移位器，所述反相电平移位器用于使连接到所述电源开关和接地单元的感测电阻器中出现的感测电压反相，并使反相的感测电压相对于预定的移位参考电压电平移位，以生成移位电压；采样保持单元，所述采样保持单元用于在所述电源开关接通后的预定延迟间隔后，通过采样所述移位电压来生成采样电压，并保持所述采样电压至少到所述电源开关断开的时间；放大单元，所述放大单元用于通过放大所述采样电压来生成放大电压；和电压/电流变换器，所述电压/电流变换器用于通过将所述放大电压变换成电流来生成所述补偿电流。
15.根据权利要求14所述的开关控制电路，其中 所述反相电平移位器包括第一电阻器，所述第一电阻器包括用于接收所述感测电压的第一端； 放大器，所述放大器包括连接到所述第一电阻器的第二端的反相端和用于接收所述移位参考电压的非反相端；和第二电阻器，所述第二电阻器连接到所述放大器的所述反相端和所述放大器的输出端。
16.根据权利要求14所述的开关控制电路，其中 所述采样保持单元包括第一采样开关，所述第一采样开关与在所述电源开关接通后的延迟间隔之后提供的第一时刻同步地断开；第一电容器，所述第一电容器连接到所述第一采样开关的第二端； 第一放大器，所述第一放大器包括连接到所述第一电容器的反相端和用于接收预定采样参考电压的非反相端；第二电容器，所述第二电容器连接在所述第一放大器的反相端和所述第一放大器的输出端之间；保持开关，所述保持开关连接在所述第一电容器的第一端和接地单元之间，并在所述第一时刻接通；和第二采样开关，所述第二采样开关并联连接到所述第二电容器，并在所述第一时刻接通，其中所述第一采样开关和所述第二采样开关的接通时段与所述保持开关的接通时段不重叠。
17.根据权利要求14所述的开关控制电路，其中 所述电流/电压变换器包括放大器，所述放大器包括用于接收所述放大电压的非反相端；第一晶体管，所述第一晶体管具有连接到所述放大器的输出端的栅电极；第一电阻器，所述第一晶体管的电流流向所述第一电阻器；第二电阻器，所述第二电阻器与所述第一电阻器串联连接；和电流镜，所述电流镜用于对所述第一晶体管的电流镜像，来生成所述补偿电流，所述放大器的反相端连接到所述第一电阻器和第二电阻器的节点。
18.一种用于控制电源开关的开关操作以根据输入电压控制流向电感器的电感器电流的方法，包括感测在所述电源开关接通时流向所述电源开关的漏极电流，并根据所感测的漏极电流生成与所述感测的漏极电流对应的补偿电流；和通过使用所述补偿电流，生成锯齿波信号，以用于确定所述电源开关的断开时间。
19.根据权利要求18所述的方法，其中 生成补偿电流包括使在连接到所述电源开关和接地单元的感测电阻器中出现的感测电压反相，并使反相的感测电压相对于预定移位参考电压电平移位，以生成移位电压；通过与所述电源开关的接通时间同步地采样所述移位电压，生成采样电压；并保持所述采样电压至少到所述电源开关的所述断开时间； 放大所述采样电压；通过将所放大的电压转变成电流来生成补偿电压。
20.根据权利要求19的方法，其中 生成锯齿波信号的步骤包括通过补偿电流和恒定电流，对电容器充电；和与所述电源开关的断开时间同步地对所述电容器放电。
全文摘要
本发明涉及开关控制电路、使用其的变换器和开关控制方法。变换器的输入电压被提供到电感器，输出电压通过由输入电压引起的电感器电流产生。一种开关控制电路，用于控制连接到电感器的电源开关的开关操作以控制电感器电流，其感测在电源开关接通时流向电源开关的漏极电流，并根据感测的漏极电流控制锯齿波信号的斜率，以确定电源开关的断开时间。
文档编号H02M1/12GK102545662SQ20111046045
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年1月3日
发明者崔昺权, 李咏帝, 李在镕, 洪承佑 申请人:快捷韩国半导体有限公司