具有带电流偏置的猝发模式的开关模式功率转换器的制造方法
【专利摘要】用于功率转换器中的控制器，包括负载感测电路，该负载感测电路被耦合以响应于反馈信号而输出误差信号，所述反馈信号表示功率转换器的输出。误差信号表示耦合至功率转换器的输出的负载。猝发模式控制电路被耦合以响应于误差信号而输出猝发模式控制信号。偏置电流发生器电路被耦合以响应于误差信号而输出偏置电流。驱动电路被耦合以控制功率开关的切换，以响应于误差信号、猝发模式控制信号、偏置电流和表示通过功率开关的电流的电流感测信号而控制从功率转换器的输入向功率转换器的输出的能量传递。
【专利说明】具有带电流偏置的猝发模式的开关模式功率转换器
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及功率转换器，更具体地涉及用于开关模式功率转换器的控制器。
【背景技术】
[0002]电子设备使用电力进行工作。开关模式功率转换器由于其高效率、小尺寸和低重量而被普遍用于为很多目前的电子设备供电。常规的墙壁插座提供高电压交变电流。在开关模式功率转换器中，将高电压交流(ac)输入转换以通过能量传递元件向负载提供经良好调节的直流(dc)输出。在工作中，通过在开关模式功率转换器中改变占空比(通常为开关的接通时间与整个切换周期之比)、改变切换频率或者改变开关的每单位时间的脉冲数而利用开关提供期望的输出。
[0003]开关模式功率转换器也包括控制器。输出调节可以通过使用闭环反馈拓扑来感测和控制输出而实现。该控制器可以接收表示输出的信号，并且该控制器响应于该信号而改变一个或多个参数以将输出调节至期望目标。当设计开关模式功率转换器时，通常将性能例如效率、尺寸、重量和成本纳入考虑。可以将控制器设计为控制开关模式功率转换器的切换速率和频率以在无负载或者低负载功率条件下降低功率消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]参照下列附图描述本发明的非限制性且非穷尽性的实施方案，其中在不同的视图中，除非另外指明，类似的附图标记指代类似的部件。
[0005]图1是示出根据本发明教导使用控制器的示例性开关模式功率转换器的图。
[0006]图2是示出根据本发明教导的图1的控制器的一个实施例的图。
[0007]图3A是示出根据本发明教导的误差信号与偏置信号之间的一种示例性关系的图。
[0008]图3B是示出根据本发明教导的误差信号与偏置信号之间的另一种示例性关系的图。
[0009]图4是根据本发明教导的示出与图2相关的多种示例性信号的时序图。
[0010]图5是示出根据本发明教导的功率转换器的误差信号与输入功率之间的一种示例性关系的图。
[0011]在附图的多个视图中，相应的附图标记指示相应的部件。本领域技术人员将会理解，图中的元件是为了简明而示出的，不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大，以帮助促进对本发明的多种实施方案的理解。同样，在商业上可行的实施方案中有用的或者需要的常规的但公知的元件经常未绘出，以便于较不妨碍对本发明的这些多种实施方案的观察。
【具体实施方式】
[0012]在下列说明中，给出了很多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员而言将明了不必需使用该具体细节来实施本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免将本发明模糊化。
[0013]在整个该说明书中提及“一个实施方案”、“一种实施方案”、“一个实施例”或“一种实施例”指的是结合实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因而，在整个说明书的多处出现语句“在一个实施方案中”、“在一种实施方案中”、“一个实施例”或者“一种实施例”不一定全指的是相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行结合。具体特征、结构或特性可以包括在集成电路、电子线路、组合逻辑电路或者提供所述功能的其它合适的部件中。此外，要理解的是，在此提供的图是为了向本领域技术人员解释，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0014]可以将控制器设计成控制开关模式功率转换器的切换以便在无负载或低负载功率条件下降低功率消耗。用于在无负载或低负载功率条件下降低功率消耗的一种方法可以称为猝发模式控制。在无负载或低负载功率条件过程中，控制器不需要连续地接通和切断功率转换器的功率开关以递送所需的输出功率。在无负载或低负载功率条件下，控制器可以进入猝发模式控制。在猝发模式控制过程中，控制器通过将功率开关接通和切断一段时间(也称为猝发时间段)和随后的无切换时间段来提供输出调节。
[0015]在本公开内容的实施例中，控制器利用误差信号来确定何时进入猝发模式控制。误差信号可以表示与功率转换器的输出耦合的负载。在一个实施例中，误差信号的幅值可以与负载的大小成正比。如果误差信号落到猝发阈值以下，则控制器可以进入猝发模式控制。然而，在无负载或轻负载条件下，误差信号的幅值可以很小，并且可以更易受噪声影响。本公开内容的实施例进一步包括偏置电流发生器电路，该电路响应于误差信号而提供偏置电流。在一个实施例中，偏置电流可以是可变的。此外，偏置电流可以响应于误差信号而修改向输出的功率递送。例如，当误差信号的幅值落到阈值以下时，偏置电流发生器电路提供成比例的偏置电流。在一个实施例中，利用偏置电流来偏置电流感测信号，该电流感测信号表示通过功率开关的电流。在一种实施例中，将偏置电流加至电流感测信号。电流感测信号可以与通过功率开关的电流成正比。这样，偏置电流可以在给定的负载条件下有效提高误差信号的幅值。
[0016]例如，如下面将讨论，根据本发明教导的用于功率转换器的一种示例控制器包括负载感测电路，其被耦合以响应于反馈信号而输出误差信号，所述反馈信号表示功率转换器的输出。从负载感测电路输出的误差信号表示与功率转换器的输出耦合的负载。猝发模式控制电路被耦合以响应于从负载感测电路接收的误差信号输出猝发模式控制信号。偏置电流发生器电路也被耦合以接收从负载感测电路输出的误差信号。偏置电流发生器被耦合以响应于误差信号而输出偏置电流。驱动电路被耦合以控制功率开关的切换，该功率开关响应于误差信号、猝发模式控制信号、偏置电流和表示通过功率开关的电流的电流感测信号来控制从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量转换和传递。
[0017]为了阐明，图1示出了一种示例的功率转换器100，该功率转换器包括整流器104、输入电容108、能量传递元件L1110、功率开关S1112、输出整流器D1114、输出电容116、输出感测电路126、开关模式控制器130和补偿电路154。控制器130进一步包括负载感测电路132、猝发模式控制电路138、偏置电流发生器142和驱动电路150。图1进一步阐明输Aac电压VAC102、经整流的电压VKECT106、负载118、输出电压VQ120、输出电流1。122、输出量队124、反馈信号UFB128、参考信号UKEF134、误差信号U-136、猝发信号U胃ST140、偏置信号^144、开关电流ID146、电流感测信号148、输入电压感测信号149和驱动信号152。图1中所示的示例的功率转换器100以升压配置被耦合，这只是可从本发明的教导得益的开关模式功率转换器的一个实施例。在一个实施例中，图1的示例的功率转换器100可以用作功率因子校正(PFC)转换器。应当理解，开关模式功率转换器的其它已知的拓扑结构和配置也可以得益于本发明的教导。
[0018]在所示的实施例中，功率转换器100从未调节的输入电压向负载118提供输出功率。在一个实施例中，输入电压是ac输入电压VAe102。ac输入电压VAe102可以是ac线路电压，该线路电压可以从常规的墙壁电源插座提供。在另一个实施例中，输入电压是经整流的ac输入电压，例如经整流的电压Vkect106。如所示，整流器104接收输入电压VAC102并产生经整流的电压Vkect106。在所示的实施例中，输入电容108耦合于整流器104的输出两端并可以通过功率开关SI 112过滤高频电流。对于一些应用，输入电容104的值可以足够大以使得大体dc的电压施加于能量传递元件L1114。然而，对于在功率因子校正(PFC)中使用的功率转换器，输入电容108的值小，并且输入电容108可以用于使得施加于能量传递元件LlllO的电压基本上跟随经整流的电压Vkect106。
[0019]在所示的实施例中，能量传递元件L1110、功率开关S1112和整流器D1114以升压转换器配置被耦合在一起。桥式整流器104耦合至能量传递元件LlllO的一端。在一种实施例中，能量传递元件LI 110是电感器。能量传递元件LlllO的另一端进一步耦合至功率开关S1112和输出整流器D1114，该输出整流器D1114在图1中示例为二极管。然而，在一些实施例中，输出整流器D1114可以是用作同步整流器的晶体管。如图所示，功率开关S1112的一端耦合于能量传递元件LlllO和输出整流器D1114之间，而功率开关S1112的另一端耦合至输入返回109。输出电容116被示出为耦合至功率开关S1112和输出整流器D1114两者。负载118 f禹合在输出电容116两端。输出被提供至负载118并可以作为输出电压VQ120、输出电流IJ22或者两者的组合提供。
[0020]如所描绘的实施例中所示，功率转换器100进一步包括用于调节输出的电路，该输出示例为输出量队124。输出感测电路126被耦合以感测输出量队124并提供反馈信号Ufb128,该反馈信号表不输出量Uq124。反馈信号Ufb128可以是电压信号或电流信号。
[0021]在图1中所示的实施例中，控制器130耦合至输出感测电路126并从输出感测电路126接收反馈信号Ufb128。控制器130被进一步耦合以接收电流感测信号148并被耦合以向功率开关S1112提供驱动信号152。电流感测信号148可以表示通过功率开关S1112的开关电流Id146。电流感测信号148可以是电压信号或电流信号。在一个实施例中，控制器130也可以被耦合以接收输入电压感测信号VIN SENSE149。输入电压感测信号149可以表不功率转换器100的输入电压。在一些实施例中，输入电压感测信号149可以表不经整流的电压νκΕα106、电容108两端的电压或ac输入电压Vac102。输入电压感测信号149可以是电压信号或电流信号。此外，控制器130向功率开关S1112提供驱动信号152以控制多种切换参数，以控制从功率转换器100的输入向功率转换器100的输出的能量传递。这样的参数的实施例可以包括切换频率、切换周期、占空比或功率开关SI 112的ON和OFF时间。
[0022]如图1中所示，控制器130包括负载感测电路132、猝发模式控制电路138、偏置电流发生器142和驱动电路150。负载感测电路132被耦合以接收反馈信号UFB128并响应于反馈信号Ufb128输出误差信号U-136。在一个实施例中，误差信号U-136表示耦合至功率转换器100的输出的负载118并可以是电压信号或电流信号。误差信号υΕΚΚ136可以与负载118成正比。换言之,较大的误差信号UEKK136可以对应于较大的负载118。在另一个实施例中，误差信号Uekk136可以与负载118成反比。换言之，较小的误差信号Uekk136可以对应于较大的负载118。此外，误差信号U-136和负载118之间的关系可以是线性或非线性的。在另一个实施例中，误差信号UEKK136表不提供至负载118的输出功率。误差放大器可以是负载感测电路132的一个实施例。如图1中所描绘的实施例中所示，负载感测电路132可以是跨导放大器。
[0023]在一个实施例中，在所描绘的图示中被示出在控制器130外部的补偿电路154被耦合以接收误差信号U-136。补偿电路154进一步显示为被耦合至输入返回109。在一个实施例中，补偿电路154为功率转换器100的反馈回路提供回路补偿。此外，补偿电路154可以将反馈回路的响应时间慢下来。
[0024]如所描绘的实施例中所示，猝发模式控制电路138、偏置电流发生器142和驱动电路150也被耦合以从负载感测电路132接收误差信号Uekk136。在一个实施例中，猝发模式控制电路138响应于误差信号Uekk136输出猝发信号Ubukst140。猝发信号UbukstHO被耦合以导致控制器130以猝发工作模式工作并可以是电压信号或电流信号。在一个实施例中，猝发信号UbukstHO是具有变化长度的逻辑高部分和逻辑低部分的矩形脉冲波形。如将进一步讨论，猝发模式控制电路138被耦合以接收误差信号Uekk136和猝发阈值。在一个实施例中，猝发信号UbukstHO表明，当误差信号Uekk136小于猝发阈值时，控制器130应当在猝发模式下工作。
[0025]偏置电流发生器142响应于误差信号Uekk136输出偏置信号UoS144。在一个实施例中，将偏置信号Uqs 144加至电流感测信号148，该电流感测信号表示开关电流ID146。在一个实施例中，电流感测信号148可以是电流信号或电压信号。如将进一步讨论，在一个实施例中，当误差信号Uekk136大于第一阈值时,偏置信号UoS144基本上为零。在一个实施例中，当误差信号Uekk136小于第一阈值时,偏置信号UoS144为非零的值。例如，偏置信号H44可以随着误差信号Uekk136从第一阈值减小而增加。任选地，偏置电流发生器142也可以接收输入电压感测信号149 (如虚线箭头所示)。偏置电流发生器142也可以响应于输入电压感测信号149。在一个实施例中，输入电压感测信号149可以为输出的偏置信号UQS144提供缩放因子。例如，输入电压感测信号149可以提供关于输入电压处于低线路条件或高线路条件的信息。在高线路条件期间，偏置信号队3144可以以比输入电压的低线路条件下更快的速率随着误差信号Uekk136从第一阈值减小而增加。在另一个实施例中，第一阈值也可以取决于输入电压感测信号149的值。
[0026]驱动电路150被进一步耦合以连同误差信号Uekk136和电流感测信号148 —并接收偏置信号Uqs144和猝发信号U胃ST140。驱动电路150输出驱动信号152，以响应于误差信号UEKK136、猝发信号UbukstHO、偏置信号^144和电流感测信号148控制功率开关SI 112的切换。在一个实施例中，驱动信号152是具有变化长度的逻辑高部分和逻辑低部分的矩形脉冲波形。此外，驱动信号152的上升沿之间的时间基本上等于功率转换器100的切换周期Ts。通常理解的是，闭合的开关可以传导电流并被认为是接通的，而断开的开关不能传导电流并被认为是切断的。在一个实施例中，功率开关S1112可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在另一个实施例中，控制器130可以实现为单片集成电路或者可以用分立的电气部件或者分立和集成部件的组合实现。在一个实施例中，控制器130和功率开关S1112可以形成作为混合或单片集成电路制造的集成电路的一部分。
[0027]在无负载或低负载功率条件下，控制器130可以通过在猝发模式下工作而降低平均功率消耗。在猝发模式控制过程中，控制器通过将功率开关S1112接通和切断一段时间(也称为猝发时间段)和随后的无切换时间段来提供输出调节。本公开内容的实施例利用误差信号Uekk136来确定控制器130何时应当在猝发模式控制下工作。如下面将讨论，在一个实施例中，当误差信号Uekk136小于猝发阈值时控制器130在猝发模式控制下工作，因为误差信号Uekk136表示负载118。然而,在无负载或轻负载条件下,误差信号的幅值可以很小并因此可以更容易受噪声影响。此外，根据本发明教导的实施例进一步包括将偏置信号^144加至电流感测信号148，该电流感测信号表示开关电流Id148。根据本发明的教导，添加的偏置信号^144可以降低误差信号U-136和/或电流感测信号148的易受噪声影响性。
[0028]图2示出一个示例的控制器200，它在一个实施例中可以是图1的控制器130。应当理解的是，下面参引的类似地命名和编号的元件按以上所述被耦合并起作用。在所描绘的实施例中，控制器200被表示为包括负载感测电路232、猝发模式控制电路238、偏置电流发生器242和驱动电路250。此外图2中还示出了补偿网络254。
[0029]如以上所述，负载感测电路232被耦合以接收反馈信号Ufb228。如图所示，负载感测电路232也接收参考信号Ukef234。参考信号Ukef234可以是电压信号或电流信号。负载感测电路232响应于反馈信号Ufb228和参考信号Ukef234而输出误差信号UEKK236。在所示的实施例中，负载感测电路232是跨导放大器。跨导放大器的非反相输入被耦合以接收参考信号Ukef234，而反相输入被耦合以接收反馈信号Ufb228。跨导放大器的输出是误差信号Ueee2360在所描绘的实施例中，误差信号Uekk236表示耦合至包括控制器200的功率转换器的输出的负载。
[0030]如图2中所描绘的实施例中所示，负载感测电路232的输出耦合至补偿网络254。在一个实施例中，补偿电路254包括电容278和283以及电阻280。在该实施例中，电阻280和电容278被耦合至负载感测电路232的输出。此外，电阻280和电容282被串联耦合在一起，而电容278与电阻280和电容282并联耦合。如图所示，电容278和282被耦合至输入返回209。在一个实施例中，补偿电路254为功率转换器的反馈回路提供闭环相位补偿。此外，补偿电路254可以将反馈回路的响应时间慢下来以提供工作稳定性。
[0031]如图所示，误差信号Uekk236也被耦合，以被猝发模式控制电路238、偏置电流发生器242和驱动电路250接收。在一个实施例中，猝发模式控制电路238包括比较器266。在所不的实施例中，比较器266的反相输入被稱合以接收误差信号UEKK236,而比较器266的非反相输入被耦合以接收猝发阈值268。比较器266的输出是猝发信号U胃ST240。在所示的实施例中，比较器266是滞后比较器，其被耦合以提供滞后比较，以使得猝发阈值的值因此可以在一个实施例中为上猝发阈值UB+或下猝发阈值UB_。应当理解,上猝发阈值UB+的大小大于下猝发阈值UB_的大小。
[0032]在工作中，在一个实施例中，猝发阈值268被初始置位为下猝发阈值UB_。当误差信号Uekk236降到下猝发阈值UB_以下时，猝发信号Ubukst240转变至逻辑高值。一旦误差信号Uekk236降到下猝发阈值以下，则猝发阈值268被置位为上猝发阈值Ub+。直到误差信号Ueee236大于上猝发阈值Ub+时，猝发信号Ubukst240才转变至逻辑低值。猝发信号Ubukst240输出至驱动电路250。在所示的实施例中，猝发信号U胃ST240被耦合以被OR门262的输入接收。如下面将进一步讨论，猝发模式控制信号Ubukst240被耦合以导致控制器200在猝发工作模式下工作。任选地，粹发模式控制电路238可以响应于输入电压感测信号249。在一种实施例中，下猝发阈值UB_和上猝发阈值UB+的大小可以响应于输入电压感测信号249的值。
[0033]在所描绘的实施例中，偏置电流发生器242被显示为包括受控的电流源，该电流源被稱合以响应于误差信号Uekk236。受控的电流源响应于误差信号Uekk236而生成偏置电流Iqs244。将参照图3A和3B进一步讨论误差信号UEKK236和偏置电流IQS244之间的关系。在一个实施例中，如果误差信号Uekk236大于第一阈值,则偏置电流1S244基本上为零,所述第一阈值在图3A和3B中表不为UTH1。在该实施例中，当误差信号Uekk236小于第一阈值Um时，偏置电流Iqs244是非零的。在一个实施例中，偏置电流IQS244可以随着误差信号U-236从第一阈值Uthi减小而增加。在一个实施例中,对于误差信号Uekk236的某些数值范围,偏置电流Iqs244可以为恒定值，而对于误差信号Uekk236的其它数值范围，偏置电流IQS244可以是可变的。如所示的实施例中所示，偏置电流IQS244可以输出至驱动电路250。在所示的实施例中，偏置电流被耦合至电容258和比较器260。此外，受控的电流源可以任选地被耦合以响应于输入电压感测信号249。在一个实施例中，输入电压感测信号249可以将输出的偏置电流1S244缩放。例如，对于误差信号Uekk236的相同值,在高线路输入电压条件下输出的偏置电流L244可以高于低线路输入电压条件。此外，第一阈值Uthi的大小也可以响应于输入电压感测信号249的值。
[0034]在所描绘的实施例中，驱动电路250被耦合以接收误差信号U-236、猝发信号Ubukst240、电流感测信号248和偏置电流Iqs244。在所示的实施例中，驱动电路250包括电容258、比较器260、0R门262、锁存器256和开关270。比较器260被耦合以在其反相输入接收误差信号Uekk236。非反相输入被稱合至电容258的一端。电容258的另一端被稱合至输入返回209，并且开关270被耦合至电容258两端。
[0035]在所示的实施例中，电容258被耦合以接收电流感测信号248(其表示开关电流(例如开关电流Id146))和偏置电流Iqs244两者。由于电容258的性质，电容258两端的电压基本上等于电流感测信号248和偏置电流Iqs244的和的积分除以电容258的值。换言之，比较器260的非反相输入被耦合以接收信号，该信号基本上等于电流感测信号248和偏置电流Iqs244的和的积分除以电容258的值。
[0036]如将进一步讨论的，开关270的切换通过复位信号272控制。复位信号272可以是电压信号或电流信号。当开关270接通时，电容258通过开关270向输入返回209放电，并且电容258两端的电压可以被复位至基本上零电压。因而，应当理解，开关270和电容258可以一起充当积分器。
[0037]在所描绘的实施例中，OR门262的输入被耦合以接收比较器260的输出和猝发信号Ubukst240。OR门262的输出被耦合至锁存器256。在一个实施例中，锁存器256是S-R锁存器并且OR门262的输出被耦合以通过锁存器256的R输入将锁存器256复位。在另一个实施例中，锁存器256是复位主导(R-dominant)锁存器。换言之，在一个实施例中，当锁存器256的S输入和R输入两者均为逻辑高值时，锁存器256的Q输出是逻辑低。在一个实施例中，锁存器256被I禹合以响应于时钟信号264被置位,该时钟信号被I禹合以在锁存器256的S输入处被接收。时钟信号264可以是电流信号或电压信号。在一个实施例中，时钟信号264是具有变化长度的逻辑高部分和逻辑低部分的矩形脉冲波形，并且上升沿之间的时间基本上等于控制器200的开关周期Ts。应当理解的是，控制器200的开关周期Ts可以是固定的或可变的开关周期Ts。此外，时钟信号264可以从确定何时接通功率开关的另一电路或振荡器提供。驱动信号252是来自锁存器256的Q输出的输出。
[0038]在工作中，当时钟信号264转变为逻辑高值时，驱动信号252转变为逻辑高值(并随后接通功率开关)。当比较器260的输出是逻辑高(并且因此OR门262的输出是逻辑高)时，驱动信号252转变成逻辑低值(并随后断开功率开关)。换言之，当电流感测信号248和偏置电流Iqs244的和的积分除以电容258的值基本上等于误差信号U-236时，驱动信号252转变成逻辑低值。复位信号272可以在驱动信号252转变成逻辑低值之后并且下一开关周期Ts开始之前的任何时间将电容258复位。
[0039]当误差信号Uekk236大于猝发阈值268时，比较器266的输出是逻辑低，这样，OR门262的输出基本上等于比较器260的输出。然而，当误差信号UEKK236小于猝发阈值268时(表明控制器200应在猝发模式控制下工作)，比较器266的输出是逻辑高。这样，只要比较器266的输出是逻辑高，OR门262的输出就是逻辑高。锁存器256的R输入是逻辑高，并且Q输出(即驱动信号252)是逻辑低。这样，当误差信号Uekk236小于猝发阈值268时，控制器200在猝发操作模式下工作，并且响应于驱动信号252被控制的功率开关被断开。
[0040]此外，偏置电流Iqs244响应于误差信号Uekk236。如上所述，当误差信号UEKK236大于第一阈值Uthi时,偏置电流Iqs244基本上为零。这样，当误差信号Uekk236大于第一阈值Uthi时，比较器接收电流感测信号248 (其表示开关电流Id)的积分除以电容258的值。当误差信号U-236小于第一阈值Uthi时，偏置电流Iqs244基本上为非零并且比较器接收电流感测信号248和偏置电流Iqs244的和的积分除以电容258的值。这样，在本公开内容的实施例中，根据本发明的教导，控制器200利用误差信号Uekk236来确定何时在猝发模式控制下工作以及偏置电流Iqs244的大小，以降低误差信号U-236的易受噪声影响性。
[0041]图3A不出一个不例的图表300,该图表不出根据本发明教导的误差信号UEKK336和偏置电流U344之间的示例性关系。应当理解，下面参引的类似地命名和编号的元件如以上所述被稱合并起作用。如图所不，当误差信号Uekk336大于第一阈值Uth1374时,偏置电流IQS344基本上为零。当误差信号Uekk336小于第一阈值Uth1374时，偏置电流IQS344基本上为非零。此外，在所示的实施例中，偏置电流L344随着误差信号从第一阈值UTH1374减小而增加。尽管图3A中的示例性图表示出当误差信号Uekk336小于第一阈值UTH1374时的线性关系，但是应当理解，该关系可以是非线性的。如上所述，误差信号UEKK336可以与负载成比例。在一个实施例中，对于大于第一阈值UTm374的误差信号Uekk336值,负载和误差信号Ueee336之间的关系是基本上线性的。对于小于第一阈值UTm374的误差信号UEKK336值,部分地由于添加的偏置电流U374，负载和误差信号Uekk336之间的关系变成非线性的。在当偏置电流发生器响应于输入电压感测信号时的实施例中，偏置电流1S344增加的速率可以取决于输入电压感测信号。此外，在另一实施例中，第一阈值UTm374的大小可以取决于输入电压感测信号的值。
[0042]图3B不出另一不例图表301,该图表不出根据本发明教导的误差信号UEKK336和偏置电流IQS344之间的示例性关系。图表301类似于上述的图表300，然而当误差信号UEKK336小于第二阈值UTH2376时，偏置电流U344是基本上恒定的并等于非零值。换言之，示例性图表301不出了一个实施例,在该实施例中，对于误差信号Uekk336的一些数值范围(例如，Ueee336小于第二阈值UTH2376或者U-336大于第一阈值UTm374)，偏置电流IQS344可以是恒定的数值，而对于误差信号Uekk336的其它数值范围(例如，Ueee336大于第二阈值UTH2376或者小于第一阈值UTH1374),偏置电流1S344可以是可变的。在误差信号Uekk和偏置电流1s (未不出)之间的另一种不例性关系中，偏置电流1?；信号对于误差信号Uerr的每一个值可以是基本上恒定的。在误差信号Uekk和偏置电流Ire (未示出)之间的另一种关系中，当误差信号Uekk小于第一阈值时偏置电流Iffi信号可以是基本上非零的常数，并且当误差信号Ueee大于第一阈值时偏置电流1?；信号可以基本上为零。
[0043]图4示出一种时序图400，该时序图示出与图2中所示的控制器200相关的信号的多种示例性波形。应当理解的是，下面的类似地命名和编号的元件按以上所述被耦合并起作用。在图4中所示的实施例中，误差信号436被描绘为电压信号并可以称为误差电压Vekk436。向前参见图2，负载感测电路232可以是跨导放大器，其响应于在非反相输入和反相输入处接收的信号(例如参考信号Ukef和反馈信号Ufb)之间的差而输出电流。跨导放大器可以根据接收到的哪个信号大而吸收或提供电流。在当误差信号Uekk236是电压信号时的一个实施例中，误差电压VEKK436通过补偿网络的部件的阻抗的值和跨导放大器的输出电流被部分地确定。
[0044]时序图400的左手侧针对高负载或全负载功率条件示出ac输入电压VAe402、反馈信号UFB428、误差电压V-436和驱动信号452的多种示例波形。ac输入电压VAC402是正弦波形，其具有称为全线路循环Tac484的周期。ac输入电压Vac402的相继的过零交叉之间的时间可以称为半线路循环Tac/2486。如上所述，驱动信号452的上升沿之间的时间基本上等于控制器的开关周期Ts。在图4中所示的实施例中，ac输入电压V&402的周期(即全线路循环Tac484)大于控制器的开关周期Ts。
[0045]在所示的实施例中，在高负载或全负载条件期间，反馈信号UFB428基本上等于参考信号Ukef434。在一个实施例中，负载感测电路232可以是跨导放大器。如果反馈信号Ufb428基本上等于参考信号Ukef434，则跨导放大器的电流输出基本上为零。然而，跨导放大器的输出处的电压(即误差电压V-436)部分地通过补偿网络254确定。对于图4中所示的实施例，误差电压V-436为非零。跨导放大器输出基本上零电流，这样，误差电压V-436保持恒定。在所示的实施例中，误差电压Vekk436大于猝发阈值468 (上猝发阈值Ub+和下猝发阈值UB_两者)。猝发模式控制电路238的输出是逻辑低，并且不防止锁存器256被置位。这样，驱动电路238可以响应于时钟信号264和电流感测信号248而输出驱动信号452。在图4的实施例中，驱动信号452连续地从逻辑高值切换至逻辑低值。
[0046]时序图400的右手侧示出对于低负载或无负载功率条件以及控制器进入猝发模式下的ac输入电压VAC402、反馈信号UFB428、误差电压VEKK436和驱动信号452的多种不例波形。在所示的实施例中，反馈信号UFB428(其表示功率转换器的输出量队)在参考信号Ueef434附近振荡。对于图2中所示的示例性控制器，当反馈信号Ufb428大于参考信号Ukef434时跨导放大器吸收电流，并当反馈信号Ufb428小于参考信号Ukef434时跨导放大器提供电流。在猝发模式过程中，控制器通过将功率开关接通和切断一段时间(也称为猝发时间段)和随后的无切换时间段来提供输出调节。时序图400的右手侧示出切换的时间段(驱动信号452在逻辑高和逻辑低值之间转变的时间部分)和随后的无切换的时间段。
[0047]在图4的时序图中，当反馈信号Ufb428大于参考信号UKEF434时，误差电压VEKK436减小，因为跨导放大器从补偿网络吸收电流。当反馈信号Ufb428和参考信号Ukef434之间的差较大时，误差电压Vekk436的下降速率较快。在所示的实施例中，随着反馈信号UFB428增大，误差电压Vekk436减小。误差电压Vekk436大于猝发阈值468，特别是下猝发阈值UB_,这样，猝发模式控制电路238的输出是逻辑低，并且不防止锁存器256被置位。在图4中所示的实施例中，驱动信号452在逻辑高和逻辑低值之间转变。当误差电压V-436达到猝发阈值468时，特别是下猝发阈值UB_时，猝发模式控制电路238的输出转变至逻辑高值并防止锁存器256被置位。换言之，驱动信号452被防止转变至逻辑高值。
[0048]一旦驱动信号452保持在逻辑低并且功率开关被防止接通，则反馈信号Ufb428开始减小。误差电压V-436连续减小，直到反馈信号Ufb428到达参考信号UKEF434。在图4的时序图中，当反馈信号Ufb428小于参考信号Ukef434时，误差电压V-436增加，因为跨导放大器从补偿网络提供电流。当反馈信号Ufb428和参考信号Ukef434之间的差较大时，误差电压Vekk436升高的速率较快。在所示的实施例中，当误差电压Vekk436达到猝发阈值468时，特别是上猝发阈值UB+时，猝发模式控制电路238的输出转变至逻辑低值，并且驱动信号452可以开始在逻辑高和逻辑低值之间转变。一旦驱动信号452开始切换，反馈信号Ufb428增力口，并且误差电压Vekk436连续增加，直到反馈信号Ufb428到达参考信号UKEF434。
[0049]图5示出图表500，该图表示出功率转换器的误差信号U-536和输入功率PIN588之间的一种不例性关系。如图所不，在一种实施例中，在输入功率Pin588和误差信号Uekk536之间存在基本线性的关系。在所示的实施例中，输入功率Pin588随着误差信号Ukef536减小而减小。虚线590示出在不使用猝发模式和额外的偏置电流的情况下输入功率Pin588和误差信号Uekk536之间的关系。当误差信号Uekk536小于第一阈值Uth1574时,输入功率Pin588开始如曲线592所示非线性减小。在所示的实施例中，曲线592以比虚线590更快的速率减小。
[0050]对本发明的示例性实施例的以上说明，包括摘要中所述内容，不意在是穷尽性的或者是对所公开的精确形式的限制。尽管在这里为了示例目的描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的情况下，多种等同改型是可能的。实际上，应当理解，具体的示例性电压、电流、频率、功率范围值、时间等是为了解释的目的而给出，并且在根据本发明教导的其它实施方案和实施例中也可以使用其它值。
【权利要求】
1.用于功率转换器中的控制器，其特征在于，包含: 负载感测电路，其被耦合以响应于反馈信号而输出误差信号，所述反馈信号表示功率转换器的输出，其中该误差信号与耦合至功率转换器的输出的负载成比例； 偏置电流发生器电路，其被耦合以响应于误差信号而输出偏置电流；以及 驱动电路，其被耦合以控制功率开关的切换，以响应于误差信号、偏置电流和表示通过功率开关的电流的电流感测信号而控制从功率转换器的输入向功率转换器的输出的能量传递。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中误差电压随着负载增加而增加。
3.根据权利要求1所述的控制器，其进一步包含猝发模式控制电路，该猝发模式控制电路被耦合以响应于误差信号而输出猝发模式控制信号，其中所述驱动电路进一步被耦合以响应于猝发模式控制信号而控制功率开关的切换。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中所述猝发模式控制电路包括猝发模式比较器，该猝发模式比较器被耦合以接收误差信号和猝发阈值，其中该猝发模式比较器被耦合以响应于误差信号和猝发阈值的比较而输出猝发模式控制信号。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中该猝发模式控制信号被耦合以导致控制器响应于落到猝发阈值以下的误差信号而在猝发工作模式下工作。
6.根据权利要求4所述的控制器，其中该猝发模式比较器被耦合以提供滞后比较。
7.根据权利要求3所述的控制器，其中所述驱动电路被耦合以输出驱动信号来控制功率开关的切换，其中所述驱动电路响应于误差信号、电流感测信号和偏置电流而将功率开关断开，并且其中所述驱动电路被耦合以禁止响应于猝发模式控制信号而切换功率开关。
8.根据权利要求3所述的控制器，其中所述驱动电路包括锁存器，该锁存器被耦合以输出驱动信号来控制功率开关的切换，其中该锁存器被耦合以响应于时钟信号而被置位，其中该锁存器被耦合以响应于误差信号、电流感测信号和偏置电流而被复位，并且其中该锁存器被耦合以被禁止响应于猝发模式控制信号而被置位。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中该锁存器是复位主导锁存器，该复位主导锁存器被耦合以在猝发模式控制信号指示的猝发工作模式期间保持被复位。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中该锁存器被耦合以响应于误差信号与电流感测信号和偏置电流二者之和的比较而被复位。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中如果误差信号大于第一阈值则偏置电流为基本零电流，并且其中如果误差信号小于第一阈值则偏置电流为非零电流。
12.根据权利要求10所述的控制器，其中如果误差信号大于第一阈值则偏置电流为基本上零电流，并且其中偏置电流随着误差信号从第一阈值减小而从零增加。
13.根据权利要求10所述的控制器，其进一步包含比较器，该比较器具有第一输入，该第一输入被I禹合以响应于误差信号，该比较器具有第二输入，该第二输入被I禹合以响应于电流感测信号和偏置电流之和，其中该锁存器被耦合以响应于比较器的输出而被复位。
14.根据权利要求13所述的控制器，其进一步包含积分器电路，该积分器电路被耦合至比较器的第二输入，以将电流感测信号和偏置电流之和积分。
15.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器包含功率因子校正(PFC)转换器。
16.根据权利要求1所述的控制器，其中所述偏置电流发生器电路进一步被耦合以响应于输入电压信号而输出偏置电流。
17.功率转换器，其特征在于，包含: 能量传递元件，被耦合在功率转换器的输入和功率转换器的输出之间； 功率开关，耦合至所述能量传递元件并且耦合至所述功率转换器的输入；以及 控制器，其被耦合以输出驱动信号来控制所述功率开关的切换，从而控制从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量传递，该控制器包括: 负载感测电路，其被耦合以响应于反馈信号而输出误差信号，所述反馈信号表示功率转换器的输出，其中该误差信号与耦合至功率转换器的输出的负载成比例； 偏置电流发生器电路，其被耦合以响应于所述误差信号而输出偏置电流；以及 驱动电路，其被耦合以响应于误差信号、偏置电流和表示通过功率开关的电流的电流感测信号而输出所述驱动信号。
18.根据权利要求17所述的功率转换器，其进一步包含整流器电路，该整流器电路被耦合以接收交变电流(ac)输入信号，以输出经整流的输入信号，所述经整流的输入信号被耦合以被能量传递元件接收。
19.根据权利要求17所述的功率转换器，其中该功率转换器包含升压转换器。
20.根据权利要求17所述的功率转换器，其中该功率转换器包含功率因子校正(PFC)转换器。
21.根据权利要求17所述的功率转换器，其进一步包含补偿电路，该补偿电路被耦合至负载感测电路的输出。
22.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述偏置电流发生器电路被进一步耦合以响应于输入电压信号而输出偏置电流。
23.根据权利要求17所述的功率转换器，其中该控制器进一步包含: 猝发模式控制电路，该猝发模式控制电路被耦合以响应于误差信号而输出猝发模式控制信号，并且其中所述驱动电路进一步被耦合以响应于该猝发模式控制信号而控制功率开关的切换。
24.根据权利要求17所述的功率转换器，其中误差电压随着负载增加而增加。
25.根据权利要求23所述的功率转换器，其中所述猝发模式控制电路包括猝发模式比较器，该猝发模式比较器被耦合以接收误差信号和猝发阈值，其中该猝发模式比较器被耦合以响应于误差信号和猝发阈值的比较而输出所述猝发模式控制信号。
26.根据权利要求25所述的功率转换器，其中该猝发模式控制信号被耦合以导致控制器响应于误差信号落到猝发阈值以下而在猝发工作模式下工作。
27.根据权利要求25所述的功率转换器，其中所述猝发模式比较器被耦合以提供滞后比较。
28.根据权利要求23所述的功率转换器，其中所述驱动电路被耦合以输出驱动信号，其中驱动电路响应于误差信号、电流感测信号和偏置电流而将功率开关断开，并且其中驱动电路被耦合以被禁止响应于猝发模式控制信号而切换功率开关。
29.根据权利要求23所述的功率转换器，其中所述驱动电路包括锁存器，该锁存器被率禹合以输出驱动信号，其中该锁存器被I禹合以响应于时钟信号而被置位，其中该锁存器被耦合以响应于误差信号、电流感测信号和偏置电流而被复位，并且其中该锁存器被耦合以被禁止响应于猝发模式控制信号而被置位。
30.根据权利要求29所述的功率转换器，其中该锁存器是复位主导锁存器，该复位主导锁存器被耦合以在猝发模式控制信号指示的猝发工作模式期间保持被复位。
31.根据权利要求29所述的功率转换器，其中该锁存器被耦合以响应于误差信号与电流感测信号和偏置电流二者之和的比较而被复位。
32.根据权利要求31所述的功率转换器，其中如果误差信号大于第一阈值则偏置电流为基本零电流，并且其中如果误差信号小于第一阈值则偏置电流为非零电流。
33.根据权利要求31所述的功率转换器，其中如果误差信号大于第一阈值则偏置电流为基本零电流，并且其中偏置电流随着误差信号从第一阈值减小而从零增加。
34.根据权利要求31所述的功率转换器，其进一步包含比较器，该比较器具有第一输入，该第一输入被I禹合以响应于误差信号，该比较器具有第二输入，该第二输入被I禹合以响应于电流感测信号和偏置电流之和，其中所述锁存器被耦合以响应于该比较器的输出而被复位。
35.根据权利要求34所述的功率转换器，其进一步包含积分器电路，该积分器电路被耦合至该比较器的第二输入，以将电流感测信号和偏置电流之和积分。
【文档编号】H02M3/155GK104242640SQ201410264558
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】D·C·普雷斯科特, R·考尔贝克 申请人:电力集成公司