具有外部参数检测的功率转换的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请主张2014年2月14日递交的编号为61/940, 119的美国临时申请的权益， 因此该临时申请通过参考被并入本文中。
技术领域
[0002] 本公开总的涉及功率转换。
【背景技术】
[0003] 当前，随着电子技术的发展，功率转换器被广泛地应用在各个领域。但现有的功率 转换器难以对外部参数进行检测或难以基于外部参数进行调整，从而限制了应用。
[0004] 因此，亟需一种具有外部参数检测的功率转换器以及相应的方法。
【发明内容】
[0005] -种实施例涉及一种方法。该方法包括在连续的驱动周期中驱动开关模式 功率转换器中的电子开关，其中在该驱动周期的每个周期中驱动该开关包括在导通期 (on-period)导通该电子开关且随后在截止期（off-period)关断该电子开关，以及在驱动 周期的导通期期间测量该开关模式功率转换器的运行参数，且如果导通期的时长满足预定 义的标准，则存储在该导通期中所测得的运行参数。该方法进一步包括如果该运行参数已 被存储持续了预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，使驱动周期的导通期满足该预定 义标准。
【附图说明】
[0006] 下文中示例参考附图进行解释。附图用于说明特定原理，所以仅用于理解这些原 理的必要方便被示出。附图不一定是按比例的。在附图中相同的附图标记表示类似的特征。
[0007] 图1示出了开关模式功率转换器的一个实施例；
[0008] 图2不出了生成开关模式功率转换器的输入电压的一个实施例；
[0009] 图3示出了开关模式功率转换器的电子开关的一个实施例；
[0010] 图4示出了开关模式功率转换器的整流电路的一个实施例；
[0011] 图5示出了开关模式功率转换器的反馈电路的一个实施例；
[0012] 图6示出了说明开关模式功率转换器的一种运行方式的时序图；
[0013] 图7示出了用于运行开关模式功率转换器的方法的一个实施例；
[0014] 图8示出了在图7中被示出的方法的修改；
[0015] 图9示出了开关模式功率转换器的控制器（控制电路）的控制单元的一个实施 例；
[0016] 图10示出了说明一种在驱动电子开关过程中设定导通期的开始的方法的时序 图；
[0017] 图11示出了开关模式功率转换器的一个实施例，在该实施例中驱动电路包括过 零（zerocrossing)检测器；
[0018] 图12示出了控制单元更详细的一个实施例；
[0019] 图13示出了输入电压测量电路的一个实施例；
[0020] 图14示出了图13中所示的输入电压测量电路中的电压控制器的一个实施例；
[0021] 图15示意性地示出了开关模式功率转换器中的脉冲延迟的影响；
[0022] 图16示出了生成用于控制器的供应电压的一个实施例；
[0023] 图17示出了开关模式功率转换器的另一个实施例。
[0024] 在下面的【具体实施方式】中参考了附图。附图构成【具体实施方式】的一部分，并且以 举例说明的方式示出了本发明可以被实施的特定实施例。应当可以理解的是，本文中所描 述的各种实施例的特征可彼此结合，除非另有特别说明。
【具体实施方式】
[0025] 图1示出了开关模式功率转换器的一个实施例。图1所示的该开关模式功率转换 器包括输入端和输出端，该输入端具有用于接收输入电压Vin和输入电流Iin的第一输入 节点11和第二输入节点12,该输出端具有用于向负载Z(在图1中用虚线示出）供应输出 电压Vout和输出电流Iout的第一输出节点13和第二输出节点14,该负载Z可被连接至输 出端13、14。根据一个实施例，该开关模式功率转换器被配置为，从输入电压Vin生成输出 电压Vout，从而输出电压Vout具有基本恒定的电压电平，该电压电平很大程度上独立于负 载Z的功率消耗。该开关模式功率转换器被配置为，通过适当地驱动电子开关31调节输出 电压Vout，电子开关31与变压器的初级绕组21被并联连接。具有初级绕组21和电子开关 31的该串联电路被耦接至该开关模式功率转换器的输入端11、12。
[0026] 该变压器进一步包括次级绕组22和整流电路41，初级绕组22与初级绕组21被电 感地耦接，整流电路41被连接在次级绕组22和输出端13、14之间。图1中所示的该开关 模式功率转换器具有反激式（flyback)转换器拓扑。即，该变压器的初级绕组21和次级绕 组22具有相反的绕组感应（windingsense)。
[0027] 参考图1，该开关模式功率转换器包括控制器（其也可被称为驱动电路），其被配 置为驱动电子开关31。具体地，控制器10生成驱动信号⑶，该驱动信号⑶在电子开关31 的控制节点处被接收并导通或关断电子开关31。该控制器可被配置为以PWM(脉宽调制） 方式驱动电子开关31。在此情况下，该驱动信号是PWM信号。
[0028] 控制器10包括控制单元5,控制单元5被配置为基于该开关模式功率转换器的输 出电压Vout驱动电子开关31。为此，控制器10从反馈电路42接收基于输出电压Vout的 反馈信号FB。此外，控制器10被配置为基于该开关模式功率转换器的运行参数驱动电子开 关31。根据一个实施例，该运行参数是输入电压Vin。该输入电压Vin可基于变压器的辅 助绕组23两端的电压Vaux被测量。辅助绕组23与初级绕组21和次级绕组22被电感地 耦接。根据一个实施例，辅助绕组23和次级绕组22具有相同的绕组感应。
[0029] 根据一个实施例，控制器10包括测量电路6,测量电路6被连接至辅助绕组23且 被配置为基于辅助电压Vaux生成运行参数信号Svin。控制器10的控制单元5接收该运行 参数信号，且被配置为基于该运行参数信号Svin驱动电子开关31。该运行参数信号表示运 行参数（例如，输入电压Vin)。这将在下文中进行更详细地说明。
[0030] 根据一个实施例，控制器10被配置为基于输入电流Iin驱动电子开关31。在此情 况下，电流传感器32测量输入电流Iin，且向控制器10供应表示输入电流Iin的电流检测 信号CS。电流感应器32可被实施为与电子开关31被串联连接的分流电阻器（图1中未示 出）。在此情况下，该分流电阻器两端的电压可被用作电流检测信号CS。
[0031] 根据一个实施例，输入电压Vin和输出电压Vout-样基本上是直流电压。参考图 2,该基本上直流的输入电压Vin可使用桥整流器17和电容器18从交流电网电压Vg被生 成，其中电容器18被连接在该开关模式功率转换器的输入节点11、12之间。在此实施例中， 在图1中所示的该开关模式功率转换器能够被用于从电网电压Vg生成直流输出电压Vout。
[0032] 电子开关31能够是常规电子开关。根据图3中所示的一个实施例，电子开关31是 MOSFET(金属氧化物场效应晶体管）。该MOSFET包括在漏极节点和源极节点之间的负载路 径以及作为控制节点的栅极节点。当图3所示的MOSFET被用作图1中所示的开关模式功 率转换器中的电子开关31时，该栅极节点接收驱动信号GD，并且负载路径（漏-源路径） 与变压器的初级绕组21被串联连接。然而，电子开关31并不限于被实施为M0SFET。另一 种类型的晶体管，比如，IGBT(绝缘栅双极型晶体管）、BJT(双极型结晶体管）、JFET(结场 效应晶体管）或甚至数种晶体管的结合（比如，具有JFET和MOSFET的级联电路）也可被 使用。
[0033] 整流电路41能够被实施为具有常规整流电路拓扑。此整流电路41的一个实施例 在图4中被示出。根据此实施例的整流电路41包括具有整流器元件411和电容器412的 串联电路，其中该串联电路与变压器的次级绕组22被并联连接，并且其中输出电压Vout可 在电容器412两端获得。整流器元件411在图4中被示为二极管。然而，另一种类型的整 流器元件（比如，作为同步整流器（SR)运行的M0SFET)可代替地被使用。
[0034] 根据另一个实施例，整流电路41具有比先前所说明的拓扑更为复杂的拓扑。根据 图4中用虚线示出的一个实施例，具有电感器413和另外的电容器414的串联电路与本文 先前所说明的电容器412被并联连接。在此情况下，输出电压Vout可在另外的电容器414 两端获得。
[0035] 图5示出了反馈电路42的一个实施例。参考图5,反馈电路42包括调节器421,调 节器421接收输出电压Vout,且接收参考电压Vkef(如图所示）或在内部生成该参考电压。 调节器421将输出电压Vout与参考电压Vkef进行比较，并基于此比较生成反馈信号FB。调 节器421可具有比例（P)特性、比例-积分（PI)特性等中的一种。根据一个实施例，调节 器421被实施在该开关模式功率转换器的次级侧上，且反馈电路42包括发射器422,发射器 422被配置为通过由变压器所提供的电势势垒（隔离势垒）将反馈信号FB从该开关模式 功率转换器的次级侧传输至初级侧。控制器10被实施在此实施例的初级侧上。发射器电 路422可包括光耦合器，或者任何其他类型的适合于将信号传输穿过电势势垒的电路。根 据另一个实施例，发射器422包括另一个变压器。
[0036] 运行该开关模式功率转换器的一种方法参考图6被说明。图6示出了在该开关模 式功率转换器的一个驱动周期期间，驱动信号GD、输入电流Iin、次级侧电流122和辅助电 压Vaux的时序图。参考图1，次级侧电流122是流经次级绕组22的电流。参考图6,初级侧 电流Iin在该导通期结束时达到峰值，且次级侧电流122在截止期Toff开始时达到峰值。 仅用于说