优先权要求
本申请要求2014年4月30日提交的意大利专利申请no.mi2014a000799的优先权，该申请的公开内容通过引用并入于此。
本公开涉及用于开关转换器、特别是dc-dc开关转换器的唤醒管理电路，及有关的唤醒方法。
背景技术：
本公开涉及以高效率将恒定电流提供至负载、例如电池的功率开关转换器。本发明更特别地涉及开关型电压和电流调节器，该调节器的负载应该与调节器的电源(常常为220v电源)隔离。
例如，传统的功率开关转换器是其中具有初级绕组和次级绕组的变压器被提供用于使负载与电压源隔离的反激式转换器。初级绕组通过功率开关被连接至电压源，而次级绕组借助于二极管被连接至负载并且滤波电容器并联地连接至负载。
当开关接通时，第一电流流过初级绕组并且作为电压源的值与初级绕组所提供的电感的值的函数而从初始值增加。在这期间，没有电流流过次级绕组，因为二极管被反向偏置并且功率被存储在变压器的磁芯中。
当开关关断时，流过初级绕组的电流被突然关断并且刚刚存储在磁芯中的功率被转移到次级绕组内。当开关被关断时，次级绕组上的第二电流突然达到等于通过用初级绕组与次级绕组的匝数之间的比率乘第一电流而达到的峰电流的峰值。第二电流作为次级绕组的电感与跨负载的电压的函数而开始减小。
从初级绕组转移至次级绕组的功率的量取决于开关的开关占空比。为此目的，功率开关转换器包括用于驱动开关的控制电路；控制电路被配置成接收反馈信号并响应于反馈信号来操作开关的控制脉冲的宽度的修改。
反馈控制借助于光耦合器或辅助绕组来提供。在后一情况中，辅助绕组直接与次级绕组同相位地给出输出电压的图像。
在轻负载的状况下，功率开关转换器典型地以所谓的“突发模式(burst-mode)”进行操作。利用该操作模式，转换器间歇地操作，其中开关周期的系列(突发)由转换器不开关时的时间间隔(空闲时间)分开。当负载为使得转换器刚刚进入突发模式时，空闲时间短；随着负载减小，突发的持续时间也减小并且空闲时间增加。以该方式，平均开关频率被显著地降低，并且结果是，与转换器中的寄生元件关联的开关损耗和与变压器中的无功电流的流动有关的传导损耗被降低。突发的持续时间和空闲时间由反馈回路确定，使得转换器的输出电压总是保持在控制之下。
在其中输出电压的反馈借助于辅助绕组来形成的情况中，辅助绕组还借助于设置了电源电压的电容器而将电源电压提供至控制电路，所述电容器通过二极管与辅助绕组耦合。
突发模式操作的最小频率由开关的控制电路确定；在突发模式操作期间，控制电路以特定“重启”频率周期性地迫使开关的接通以便接收反馈信号。因此，功率开关转换器提供了独立于负载的固定功率并且该功率需要被耗散以避免在低或零负载的情况中转换器失去调节。为此目的，典型地使用虚拟负载。
耗散的功率主要取决于“重启”频率，“重启”频率不能选择得太低。事实上，在开关的两个连续的转换之间的时间周期期间，控制电路不能对输出端子处的负载的最终变化做出反应。只有当开关的转换发生时，转换器才通过向负载提供所需的功率来做出反应。为了克服该问题，已知的解决方案是使用被配置成当在突发模式期间输出电压值低时迫使开关的接通的所谓的唤醒电路。
唤醒电路必须解释不同的负载背景并且结果是向负载提供正确的功率，从而维持良好的控制性能并避免像当开关转换器利用接近可听范围的频率以突发模式操作时由非受控的电压源引起的的声学噪声等的缺陷。
特别地，当开关转换器以突发模式操作时，唤醒电路发生时所处的输出电压值低于特定百分比的经调节的输出电压值。以该方式，控制电路可以将最大功率提供至负载以迅速地带来处于经调节的值的输出电压。这引发两个问题：因变压器上的过度的电流而产生的声学噪声；以及因唤醒和控制电路的响应的延迟而产生的输出电压的非受控的纹波。
在其中反馈信号由辅助绕组导出并且辅助绕组还借助于设置电源电压的电容器而将电源电压提供至控制电路的情况中，对于非常低的负载并且在电源电压的平均消耗大于输出电压的平均消耗的情况下，重启频率非常低，并且归因于长时间的开关休止状态，限定了控制电路的电源电压的电容器可能被过度地放电。有时可能的是电容器可以具有如下值，在该值时电源电压非常接近转换器的欠压锁定(uvlo)阈值。在这些状况下，反馈电压取决于输出信号和电源电压两者，在该情况中，采样的反馈电压甚至低于所述百分比。这引起输出电压的长时间高功率相位和较高纹波。
技术实现要素：
本公开的一个方面是提供一种用于开关转换器的唤醒管理电路，其能够正确地恢复在与输出电压有关的反馈电压上的信息并且解释可连接至开关转换器的输出端子的负载的状况，以便向负载提供必要的功率以确保良好的性能。
本公开的一个方面是一种开关转换器的唤醒管理电路，所述开关转换器被配置成借助于至少一个开关将输入信号转换成经调节的输出信号并且包括具有与输入端子耦合的初级绕组和与输出端子耦合的次级绕组的变压器，所述唤醒管理电路被配置成接收表示变压器的退磁的信号并被适配成当开关转换器以突发模式操作时通过唤醒脉冲迫使开关转换器的开关的接通，其中唤醒管理电路被配置成逐周期地接收表示变压器的退磁的信号的采样电压值并且包括：设置电路，被配置成设置初级绕组的电流的第一峰值；和比较电路，被配置成逐周期地将采样电压值与至少一个电压阈值进行比较和将采样电压值与在先采样电压值进行比较，并且作为响应，维持初级绕组的电流的第一峰值或者设置变压器的初级绕组的电流的新峰值。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在纯粹以非限制性示例的方式并且参照所附的附图来描述其优选实施例，其中：
图1是根据本公开的用于开关转换器的唤醒管理电路的框图；
图2是图1中的用于开关转换器的唤醒管理电路的框图；
图3是由图1中的唤醒管理电路实行的操作的流程图；
图4至图6是示出了图1中的开关转换器中起作用的信号的时序图。
具体实施方式
图1图示了根据本公开的用于开关转换器1(优选dc-dc开关转换器)的唤醒管理电路5。开关转换器1包括配置成接收输入信号vin的输入端子2和被配置成提供用于为负载load供电的经调节的输出信号vout的输出端子3。例如，输入信号vin是经整流的电源电压(220v)。
功率转换器1接着包括被耦合至输入端子2的开关sw1和被配置成驱动所述开关sw1以用于调节输入信号vin并且在输出端子3处提供经调节的输出信号iout、vout的控制电路4。更特别地，开关sw1是功率mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其中其漏极端子与输入端子2耦合、其源极端子与感测电阻器rsens连接并且其栅极端子与控制电路4连接。
例如，功率转换器1是包括了具有与输入端子2耦合的初级绕组8、与输出端子3耦合的次级绕组9和与控制电路4耦合的辅助绕组10的变压器7的所谓反激式转换器。特别地，初级绕组8布置在输入端子2与功率mosfetsw1的漏极端子之间，并且次级绕组9布置在输出端子3与整流二极管d1的阴极之间，该整流二极管的阳极连接至接地参考gnd。优选地，缓冲电路30与初级绕组8并联地布置。
输出电容器cout也被并联地连接至负载load。
辅助绕组10借助于设置了电压vdd的电容器cvdd将电源电压提供至控制电路4，所述电容器cvdd通过二极管d与辅助绕组10耦合。辅助绕组10直接与次级绕组9同相位，从而给出了输出信号vout的图像。跨辅助绕组10的电压因此与跨次级绕组9的电压成正比。
控制电路4被配置成通过处理反馈电压vaux来提供控制信号vdrive_1以驱动开关sw1，反馈电压vaux是跨辅助绕组10的电压。
控制电路4至少包括被配置成通过直接连接至开关sw1的驱动器25而产生控制信号vdrive_1的脉冲宽度调制(pwm)电路50。控制信号vdrive_1基于通过采样的反馈电压vaux(借助于采样和保持块54)与预定电压vref之间的比较而计算出的误差电压verror的值。电压vcomp借助于还接收跨电阻rsens的电压vsense的电路块53被发送至pwm电路50，电压vcomp是跨阻抗z(s)的误差电压verror。此外，电路50接收来自电路块52的重启信号和来自另外的电路块51的表示电压vaux的过零(zerocross)的信号。
在操作中，当控制电路4使开关sw1接通时，第一电流i1流过初级绕组8并且作为输入信号vin的值与初级绕组8所提供的电感的值的函数而从初始值增加。在这期间，没有电流流过次级绕组9，因为二极管d1被反向偏置并且功率被存储在变压器7的磁芯中。
当控制电路4使开关sw1关断时，初级绕组8的电流被突然关断并且刚刚存储在磁芯中的功率被转移到次级绕组9内。当开关sw1被关断时，次级绕组9的第二电流i2突然达到等于通过用初级绕组8与次级绕组9的匝数之间的比率乘第一电流i1而达到的峰电流的峰值。第二电流i2作为次级绕组9的电感与跨负载load的电压的函数而开始减小。
当存在轻或零负载load时，开关转换器1以突发模式操作。开关转换器1包括唤醒管理电路5，唤醒管理电路5被配置成当开关转换器以突发模式操作时、每当输出信号vout下降到预定的阈值ref以下则迫使开关sw1的接通。
优选地，唤醒管理电路5包括被耦合至输出端子3的发射部5a和被耦合至辅助绕组10和控制电路4的接收部5b。发射部5a被配置成当输出信号vout下降到预定的阈值ref以下时将唤醒信号提供至接收部5b。另一方面，接收部5b被配置成通过监测跨辅助绕组10的反馈电压vaux而检测来自发射部5a的唤醒信号，并且作为响应，将唤醒控制control@wkup提供至适于交替地选择驱动信号被从其接收的电路块的另外的开关sw2，该电路块是控制电路4并且当唤醒发生时是唤醒管理电路5。例如，另外的开关sw2可以借助于具有两个输入和耦合至电路块53的一个输出的多路复用器来实施。
特别地，接收部5b被连接至引脚zcd，该引脚是包括了与辅助绕组10并联布置的电阻器r1、r2的分压器的输出端子并且是过零检测器的输入端子(图2)。因此，由接收部5b检测到的电压vzcd与反馈电压vaux成正比。
唤醒管理电路5并且特别是接收部5b包括被配置成在从发射部5b接收唤醒脉冲之后、也就是当唤醒管理电路5被启用时设置初级绕组8的电流的第一峰值step1的设置电路。
接收部5b被配置成逐周期地接收信号vaux中的表示变压器7的退磁的采样电压值vk。采样电压值vk由采样和保持块54提供，采样和保持块54逐周期地对变压器7的各退磁周期的最终时刻的跨辅助绕组10的反馈电压vaux进行采样，以用于获得对于各开关周期的采样反馈电压值vk。更特别地，被采样的电压是在包括了与辅助绕组10并联布置的电阻器r1、r2的分压器的输出端子处的与电压vaux成正比的电压vzcd；输出端子也是过零检测器的输入端子(图1)。
接收部5b还包括被配置成逐周期地将采样反馈电压值vk与第一电压阈值vref1进行比较并且作为响应提供信号vk_ok_bus的比较部22。优选地，比较部22将采样反馈电压值vk与包括第一电压阈值vref1、第二电压阈值vref2和第三电压阈值vref的多个电压参考进行比较。
第一电压阈值vref1限定了其中电源电压vdd接近uvlo(欠压锁定)的较低电压限制，其中uvlo是如下电压阈值：在该电压阈值以下时，开关转换器1被关断。采样反馈电压值vk被包括在对应于uvlo的电压与第一电压阈值vref1之间的状况是不期望的，因为在该情况中反馈电压vaux取决于输出信号vout和电源电压vdd两者。
第二电压阈值vref2反而被包括在第一电压阈值vref1与第三电压阈值vref之间。例如，第二电压阈值vref2等于vref-d％，其中d％是特定电压百分比。
此外，唤醒管理电路5的接收部5b包括接收来自比较部22的信号vk_ok_bus并被配置成将采样电压值vk与在先采样电压值vkprec进行比较的核心部23。优选地，在采样电压值vk高于或等于在先采样电压值vkprec的情况中，核心部被配置成针对m数量的后续退磁周期(其中m＞1)的时间窗口对采样电压值vk的趋势或波形进行估计。
响应于采样电压值vk与至少一个电压阈值vref1、vref2、vref之间的和/或采样电压值vk与在先采样电压值vkprec之间的比较的接收部5b被配置成维持初级绕组的电流的第一峰值step1或者设置变压器的初级绕组的电流的新峰值step2…stepn。
特别地，核心部23包括被配置成接收信号vk_ok_bus并且作为响应将使能信号en_derivation提供至信号估计器26的有限状态机24，信号估计器26被配置成将采样电压值vk与在先采样电压值vkprec进行比较。优选地，在采样电压值vk高于或等于在先采样电压值vkprec的情况中，信号估计器26被配置成针对m数量的后续退磁周期(其中m＞1)的时间窗口对采样电压值vk的趋势或波形进行估计。
作为趋势的比较和/或估计的函数，信号估计器(estimator)26将控制信号increase_peak_curr提供至数字模拟转换器(dac)20。
例如，如果在m数量的后续退磁周期期间采样反馈电压值vk增加，则控制信号increase_peak_curr被设置处于低逻辑电平。不同地，在开关周期中采样电压值vk低于在先采样电压值vkprec的情况中，控制信号increase_peak_curr被设置处于高逻辑电平。
核心部23最终包括被配置成对数字信号x的事件的数量m进行计数并且当计数完成时向有限状态机24提供停止信号timeout的计数器27。信号x由采样和保持块54提供并且表示变压器7的退磁次数，并且特别是当变压器7正在退磁时设置为高，否则被设置为低。在这方面，有限状态机24还被配置成借助于设置信号set_counter来设置计数事件的数量m，这些计数事件是变压器7的一连串m个退磁周期中的退磁周期。
特别地，唤醒控制control@wkup是由块55提供的数字信号，块55在输入中接收检测到的电压vzcd和来自有限状态机24的复位信号rs；唤醒控制control@wkup在“唤醒”发生时被设置为高，否则被设置为低。所述唤醒控制control@wkup在有限状态机24、数字模拟转换器dac20、比较部22和信号估计器26的输入处以指示唤醒发生。
在操作中，当来自发射部5a的唤醒信号被检测到时，从块55导出的唤醒控制control@wkup处于高逻辑值、有限状态机24从初始idle(空闲)状态转到start_control(开始控制)状态(图3)、另外的开关sw2被闭合并且dac20设置初级绕组8上的电流i1的最小峰值step1。所述电流i1的最小峰值step1等于值vcvref_controlled_min/rsense，其中vcvref_controlled_min是作为由dac20提供至pwm50的信号的电压信号vcvref_controlled的默认最小值。
采样和保持块54逐周期地对变压器7的各退磁周期的最终时刻的电压vzcd进行采样，以用于获得采样反馈电压值vk。同时数字信号x被提供至计数器27。
如图4至图6中所示，在唤醒之后比较器22执行采样反馈电压值vk与第一电压阈值vref1、第二电压阈值vref2和第三电压阈值vref的第一比较。如果第一采样反馈电压值vk大于第一电压阈值vref1，则有限状态机24转到en_vk_derivator状态(图3)并且启动计数器27以计数直至变压器7的后续退磁周期的数量m，其中m例如被包括在30与40之间。该操作通过设置信号set_counter由有限状态机24执行。
同时，有限状态机24发送适于启用信号估计器26的使能信号en_derivation，该信号估计器26将采样电压值vk与在先采样电压值vkprec进行比较，并且在采样电压值vk高于或等于在先采样电压值vkprec的情况中，针对m数量的后续退磁周期(其中m＞1)被配置成对采样电压值vk的趋势或波形进行估计。
基于趋势，唤醒管理电路将开关转换器1控制成以突发模式操作或者退出突发模式并且进入接通模式，从而给予控制以控制电路4。最后是其中负载load稳定并且电源电压vdd未过度降低的情况。特别地，如果在m数量的后续退磁周期期间采样反馈电压值vk增加达到第三电压阈值vref(提供至负载load的电流大于该负载所需的电流)(图4)，并且由dac提供至有限状态机的信号counted_one被设置为低，以指示出没有增加负载load的输出电流的请求，那么有限状态机24转到go_to_burst_mode状态，并且在该情况中开关转换器1进入突发模式，停止对开关sw1的开关；来自有限状态机24的复位信号rs将控制信号control@wkup设置处于低逻辑值。接着有限状态机24转回到等待新的唤醒条件、也就是对开关转换器的新唤醒的idle状态(图3)。
不同地，如果在m数量的后续退磁周期期间采样反馈电压值vk保持恒定而没有达到第三电压阈值vref(提供至负载load的电流几乎等于该负载所需的电流)(图5)，则计数器27在计数完成时将停止信号timeout设置为高。有限状态机24转到go_to_switching_on状态，并且在该情况中开关转换器1进入接通模式，来自有限状态机24的复位信号rs将控制信号control@wkup设置处于低逻辑值并且唤醒管理电路5被禁用。接着有限状态机24转到等待新的唤醒条件、也就是对开关转换器的新唤醒的idle状态(图3)。
在这两种情况中，控制信号increase_peak_curr由信号估计器26设置为低并且由dac20提供至pwm50的电压信号vcref_controlled保持不变作为初级绕组8上的电流i1的最小峰值step1。该控制防止因为开关周期的系列(突发)的能量而引起的声学噪声的问题；这也避免了不受控的纹波。
除此以外，在采样电压值vk低于在先采样电压值vkprec(提供至负载load的电流低于该负载所需的电流)(图6)的情况中，信号估计器26对该情形进行检测、将控制信号increase_peak_curr设置为高。同时，由dac20提供至有限状态机24的信号counted_one被设置为高以指示出增加用于负载load的输出电流的请求。
在这点上，dac20逐周期地增加电压信号vcref_controlled，这意味着设置电流i1的较高峰值step2、step3、…、stepn，直至采样反馈电压值vk改变并且变得高于在先采样电压值，也就是其趋势开始增加。当采样反馈电压值vk达到第三电压阈值vref时，有限状态机24转到go_to_switching_on状态并且控制信号control@wkup被设置处于低逻辑值。接着有限状态机24转到等待新的唤醒条件、也就是开关转换器的新唤醒的idle状态(图3)。
另一方面，当第一比较之后采样反馈电压值vk低于第一电压阈值vref1(电源电压更接近转换器1的uvlo)时，有限状态机24移动至boost_energy状态(图3)。计数器27开始计数直至变压器7的m数量的后续退磁周期，并且同时有限状态机24通过设置信号set_min_voltage来驱动dac20以设置大于vcref_controlled的电压信号。在其他方面，设置初级绕组8上的电流i1的第二峰值step_增压，所述第二峰值step_增压至少高于最小峰值step1。
如果在m数量的后续退磁周期期间采样反馈电压值vk增加达到第二电压阈值vref2而不是第一电压阈值vref1，则有限状态机24移动至en_derivator状态并且唤醒管理电路5b如前所述操作。除此以外，如果在m数量的后续退磁周期期间采样反馈电压值vk保持恒定而不达到第二电压阈值vref2，则计数器27将停止信号timeout设置为高并且有限状态机24转到go_to_switching_on状态并且开关转换器1进入接通模式、控制信号control@wkup被设置处于低逻辑值并且另外的开关sw2被配置成再次给予控制以控制电路4。接着有限状态机24转到等待新的唤醒条件、也就是开关转换器的新唤醒的idle状态(图3)。