具有初級繞組反饋和無源緩衝網絡的絕緣電壓轉換器及相應控制方法

2023-11-09 21:40:32 3

專利名稱：具有初級繞組反饋和無源緩衝網絡的絕緣電壓轉換器及相應控制方法
技術領域：
本發明涉及一種具有初級繞組反饋和無源緩衝網絡的絕緣電壓轉換器及相
應控制方法。具體來說，下面的說明涉及一種具有PWM (脈寬調製)控制的回 掃型切換轉換器，顯然這只是一種具體示例而不失通用性。
背景技術：
本領域公知的是，電壓轉換器(或者，更簡單說，調節器或電源)裕俞入電 壓和具有期望值的調節輸出電壓之間具有電絕緣，其中該電絕Mil互自來實 現，該互感器具有接收輸入電壓的初級繞組和輸出調節輸出電壓的次級繞組。通 常採用兩種技術來控制這些電壓轉換器，這兩種技術都Mil實施反饋， 一種是 在互感器的次級側， 一種是a^B^的初級側。在第一種情況下，反饋電壓直接 從和輸出並行的互感器的次級繞組獲取，然後經光f^fi發送到調節電路，從而 保持電絕緣。在第二種情況下，反饋電壓通常在輔助繞組獲取，i亥輔助繞組一般 是設置在互感器的初級側。初級側進行反饋可以避免使用夕卜部絕皿置(例如， 其他的光耦器^_互/^)，但是卻必然導致消耗電平變高，從而卩射氏調節的效率。
目前已經提出許多用於實現具有初級繞組反饋的高效電壓調節的控制技術， 但是沒有一種是完全令人滿意的。
具體來說，己經提出採用一種特意樹共的採樣保*離，用於紅麟去磁 結束時也就是當該電壓值對應於輸出電壓值時對輔助繞組上的反饋電壓進行採 樣，其中該電壓值M公知方頗為輸出電壓值的可信複本(faith&l replica)。
詳細說，如圖1所示，絕緣回掃型的電壓轉換器l對峰值電^iS行控制並具 有初級繞組反饋，該電壓轉換器具有第^f俞入端IN,和第二輸入端IN2，這兩， 入端用於從例如電壓發生器2接收輸入電壓Vm，該電壓轉換器還具有第^f俞出端 OUT'和第二輸出端OUT2，其中輸出電容器3連接在這兩i^俞出端之間，且這兩 4it出端之間端電壓為具有調節值的輸出電壓VQUt。電壓轉換器1將輸出電流U掛共給負載。
電壓轉換器l包括互麟4，該互繊具有初級側以及和初級側電絕緣的次
級側，該互自具有初級繞組5、次級繞組6和輔助繞組7 (輔助繞組位於互li^ 4的初級側)。例如，互皿4的初級繞組5和次級繞組6之間的匝數比為N，次 級繞組6和輔助繞組7之間為單位匝數比。初級繞組5具有第一端子和第二端子， 第一端子連接至嗨-,入端INp第二端子連接到控制開關8，該控制開關可被致 動從而控制電壓轉換器1的PWM工作。次級繞組6具有對應的第一端子和對應 的第二端子，第一端子經插入的第一整流二極體9而連接到第一輸出端OUT,，第 二端子連接至嗨二輸出端OUT2。輔助繞組7具有對應的第一端子和對應的第二端 子，該第一端子上具^助電壓V且該第一端子連接到電阻分壓器10，該第二 端子連接到參考電位。圖1示出互感器4的初級繞組的磁感U和同一初級繞組5 的漏電感Lpe，該磁感連接在初級繞組5的兩端，該漏電感連接到第一輸入端D^。
例如功率MOS電晶體的控制開關8具有連接至徹級繞組5的第一導電端、 經傳感電阻器11連接到參考電位的第二導電端、以及用於控制電壓轉換器1的 PWM工作且連接到控制電路12的控制端。
電阻分壓器10包括第一電阻器13和第二電阻器14，它們串連在輔助繞組7 的第一端子和參考電位之間，並限定出具有反饋電壓Vfc(和輔助電壓V^成比例) 的中間節點15。
電壓轉換器1還包括自給電容器16，它經第二整流二極體17連接到輔助繞 組6，以及i^5感器4去磁期間fflil公知方式供給自給電壓Vcc至控制電路12。
詳細來說，控制電路12具有連接到中間節點15且接收反饋電壓Vfc的第一 輸入、連接至帷感電阻器ll且接收傳感電壓Vs (和初級繞組5中的循環電流成比 例)的第二輸入、以及連接至啦制開關8的控制端且樹共驅動信號DR的輸出。
控制電路12包括採樣級20，它連接到中間節點15，輸出端提供採樣信號 FB， i緣樣信號是在去磁步驟結束時對反饋電壓Vtb採樣保持(例如，在*切 換周期執行)的結果；體放大器級22，它具有第Ht入端、第二輸入端和輸出 端，第"^IA^連接到採樣級20的輸出且接il嫁樣信號FB，第二輸入端連接到 第一參考發生器23且接收第一參考信號Vref， i魏一參考信號的tte調賀俞出電 壓V。^的期望值的函數，輸出端連接到外部,M嘗網絡24 (在圖l中3I51負載陰抗 示意性示出)。在體放大l^及22的輸出端輸出控制信號V^n (電壓信號)。控制電路12還包括第一比較器27，用於比較控制信號Veon和傳感電壓Vs;
驅動塊28，它串職U第一比較器27，用於產生驅動信號DR，該驅動信號^M 比較結果(比較信號div—off)和從時鐘發生器29輸入的驅動信號div—on的函數。 電壓轉換器l還包括無源型緩衝網絡30，它連接iffi感器4的初級繞組5的 兩端。緩衝網絡30包括回流二極體31、並聯連接的箝位電阻器32和箝位電容器 33,其中箝位電阻器32禾口箝位電容器33兩個並聯連接端--端連接至盹壓轉換器 1的第一輸入端INp另一端經回流二極體31連接至U初級繞組5的第二端子。
下面簡要說明，電壓轉換器i的一to:作過程。
因為祖麟4的次級側和控制電路12之間設置有光耦器，經位於第二整 流二極體17上遊的電阻分壓器10從輔助繞組7讀取輸出電壓U勺值。在， 互感器4和導線的漏電感和寄生電阻的理想情況下，並且假設第一整流二極體9 上的電壓降可以忽略不計，貝ij在一個切換周期和下一個切換周期之間且it互麟 4的旨去磁期間第一整流二極體9導通的周期中，輔助繞組7上的輔助電壓 和輸出電壓V。^成比例。實際上，由於存g感器的漏電感和互感器4的次級繞
組上的等效電阻，動倒輔助電壓Vaas的有效信號上的是阻尼振蕩，該阻尼振蕩
導致輔助電壓V,成為aS皿4的去iM程結束時互litl4的匝數比對應的輸 出電壓V。a的可信複本。實際上，在次級繞組的電流變為零時，次級繞Si:的等 效電阻沒有作用，lt掛因漏電感產生的振蕩也已經結束(假設去磁時間足夠長)。 在圖2a中示出輸出信號V。w和輔助電壓的曲線圖，其中去磁周期示出為 Tto。圖2b示出去磁電流U的對應曲線圖，該去磁電流在去磁周期T^結束時 變為零。
因lt成樣級20用於i5S感器4去磁時對反饋電壓Vtb進行採樣，從而對於互 感器4的匝數比和電P且分壓器10的分壓比，該採樣信號EB和輸出電壓Vout—致。
表示輸出電壓的調節目標值的第一參考信號Vref和採樣信號FB之間的難
作為iMM言號輸入到，放大徵及22。財卜，禾,從，放大徵及22輸出的控 制言號V^確定初級繞組的電流峰值和控制開關8的切換時間(PWM模式下)。 具體來說，驅動塊28將驅動信號DRjlf共給控制開關8的控制端，然後利用和上 述峰值電流的平方成比例的育疆對互自4的磁感U進行充電。
驅動信號DR具有最小佔空周期和頻率值的工作割牛被稱為"脈衝串模式條 件(burst mode condition)"(或低消耗劍牛low-consumption condition)。該工作條件導致產生非制氐的輸出負載。為了減小電壓轉換器l的功率消耗，驅動塊28驅
動控制開關8的切換頻率比在正常負載和普通工作條件下採用的切換頻率要低得 多(例如，頻率為l千赫茲，而不是50千赫茲)。供給到控制開關8的控制端的 切^E衝的時間間隔因此變大。
緩衝網絡30的作用是，限制連接到互 4的初級繞組的控制開關8在關 斷之後其導電端出現電JB1衝。在控制開關8的導通期間漏電感Lpe中存儲的育糧 實際上在該關斷期間會傳遞散布到緩衝網絡30中。
J^ffi於調^t出電壓U勺系統的一個限制因素是，特別是在脈衝串模式 劍牛下，初級繞組5上的緩衝網絡30肖的多影響輸出電壓Vm的讀取，因此皿相 同輸出電壓的調節，除非選JWf生電壓轉換器1的效率。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種用於控制調節輸出電壓的電壓轉換器和相 應方法，從而至少部分克月gJl述缺點和問題，特別是即使存在緩衝網絡既可以準 確調節輸出電壓又可以保證電壓轉換器的效率。
根據本發明，提供一種電壓轉換器，包括電虹繊體，具有用於接收
輸入電壓的初級繞組和用於lif共輸出電壓的次級繞組；連接至斷述初級繞組的控 制開關裝置；用於控制所 制開關裝置的切換的控制電路，所，制電路具有 採樣級，該採樣級用於採樣和保持和所述輸出電壓相關的反饋信號以及衞共採樣
信號；以及限壓電路，具有連接i^萬述初級繞組兩端的電荷存f^a
其特徵在於包括採樣控制級，該採樣控制級可有效糹"^￡接到所 樣級， 以及在所述電壓轉換器的給定工作劍牛下，i緣樣控制級饊多基於所述電荷存儲 ，的電荷的狀態更新所,樣信號。
根據本發明，3Stf共一種用於控制電壓轉換器的方法，所述電壓轉換器包括: 電壓互#^裝置，具有用於接收輸入電壓的初級繞組和用於提供輸出電壓的次級 繞組；連接到所述初級繞組的控制開關裝置；以及限壓電路，具有連接l5^f述初 級繞組兩端的電荷存儲裝置；所述方法包括利用和所述輸出電壓相關的反饋信號 的函數關係來控制所述控制開關驢的切換的控制步驟，所鵬制步驟包括對所 述反饋信號進行採樣和保持以便產頓樣信號的步驟，
其特徵在於，該方《跑括以下步驟it^述電壓轉換器的給定工作劍牛下，育^)多基於所述電荷存^^S的電荷的狀態更新所，樣信號。
本專利申請的申請人因發砂鵬有技術中的電壓轉換器1存在J^述-一系列問題
而作出本發明。這些問題在圖3a—3c和圖4a—4c中示出，它們示出電壓轉換器l 中的一些電氣物理量的曲線圖。具體來說，圖4a—4c示出圖3a—3c中高亮顯示
的時區中的一些電氣物ai:的放大曲線圖。
具體來說，在正常工作條件下(也就是，在脈衝串模式劍牛之外)，在一個 切換周期和下一個切換周期之間，緩衝網絡30的箝位電阻器32消耗的功率低於 互感器4供給的總功率，其中互感器4供給的總功率包括存儲在初級繞組的漏電 感Lpe和磁感U中的育瞳。因此，在控制開關8關斷期間，聚^ES繊4的磁 感U的大部分冑糧傳避欣級繞組，從而傳避晚載。
相反，當電壓轉換器l在脈衝串模式斜牛下工作時，也就是以低功耗和最小 佔空周期和頻率工作時，在一個切換和下一個切換之間，緩衝網絡30的箝位電容 器33幾乎完全放電，它m端電壓K—的曲線圖在圖3a中高亮顯示。因此，如
果在控制開關8的導通期間在漏電感Lpe和磁感U中聚集的總肖疆不足以將該箝
位電容器33至少充電到在互感器4的初級繞組上反映的次級繞組6的端電壓值， 則第一整流二極體9保持關斷。
這種情形在圖4a的左手邊方塊中示出，其中在去磁步驟中在初級繞組5中流
動的電流Uag等於在緩衝網絡30中流動的電流Ida^，而次級繞組上的電流Isec為
零。相反，圖4a的右手邊方i央示出切換周期，其中次級繞組上電流Isec不為零，
在這種情況下在初級繞組的漏電感Lpe和磁感U中聚集的電流己經足夠在去磁周
期自位電容器33進行充電。
在WH刀換周期，可以採ffif^f有可能瞎況下都足夠對緩衝網絡30的箝位 電容器33充電的最小育疆。然而，在某些工作剝牛下以及給定箝位電容器33和 箝位電阻器32的物理歸以使得相同箝位電容器33的電容不會完全放電，貝噲 出5膽繊4的初級繞組中存儲的育遣部分傳避訴俞出的情況，從而不得不採用 更大的虛負財能調貨俞出電壓，這明顯斷氐了電壓轉換器的效率。
在互繊4去磁時，箝位電容器33的電壓Ve一和輔助繞組7兩端的輔助電
壓v^不能和輸出電壓v。ut成比例，這可以在圖4b中fflii對比輔助電壓v，的電
壓Vetoj/N的波形和輸出電壓V。w的波形看出。
在這種情況下，反饋電壓Vtb (對於匝數比和分壓比而言)低於輸出電壓V。ut，控制電路12將這種情況理解為輸出負載增加，因此向次級繞組樹共功率，但實際
上並不需要這樣，這樣反而導致電壓轉換器1脫離(exit)脈衝串模式斜牛。結果不 必要地升高了輸出電壓v一這可以M讀取輔助電壓V,來檢測，接著M^Jlf 位電容器33放電，從而將電壓轉換器l再次^A脈衝串模式劍牛中。
這些過渡周期歷經數組切換周期，進進出出脈衝串模式^f牛，這可以在圖3b 中的反饋電壓Vtb波形中看到，從而導致輸出電壓V。w的調節損耗。
如圖3c所示，在該工作劍牛下，誤差放大器級22的輸出V,構成初級繞組 的峰值電流的控制信號，它具有許多峰值以便確定在輸出供給的功率是否過量。 圖4c示出驅動方塊28輸出的驅動信號DR的曲線圖。
除了招氐負載下的調節損fe外，在聲頻下具有一個接一個的育疆峰值的上 述工作會弓l入諧波，從而導致電磁幹涉(EM)，以及因互自4的磁芯sfll^伸縮 5，0/或緩衝網絡30的箝位電容器33的氧化物的壓電效應而導致產生噪聲。


為了更好的理解本發明，現在參照附圖，fflii非限制性示例的方式來說明優 選實施例，其中
一圖1示出公知鄉的電壓轉換器的電路亂
一圖2a、 2b、 3a—3c和4a—4c示出在圖l的電壓轉換器中的一些電氣物理 量的曲線一圖5示出根據本發明的一個實施例的電壓轉換器的電路圖,-—圖6示出圖5的電壓轉 奐器中的脈衝串模式控串'凝的方塊亂 —圖7示出圖6的脈衝串模式控制級的可選電路實施例； _圖8a—8d示出在圖5的電壓轉換器中的一些電氣物Sg的曲線亂 —圖9示出圖5的電壓轉換器的脈衝串模式控制級的M的方塊圖；以及 —圖10a—10c和11a—llc示出圖1的電壓轉換器和圖5的電壓轉換器中的 --些電氣物理量的比較漸迸圖。
具體實施例方式
為了保證準確讀取和輸出電壓相關的反饋電壓，本發明的一個方面設想，僅 當確定緩衝網絡30的箝位電容器33已經超嗍望電荷狀態時(特別是確定相同電容器充電至^:感器4的初級繞組反映的輸出電壓V。ut的電壓值)，才育樹反饋 電壓Vfc進行採樣。本發明的另一個方面設想，當確定緩衝網絡30的箝位電容器 33沒有充電至嗍望值，則控制開關8的切換，從而頓樣工作之前對相同箝位電 容器33進行充電。
圖5示出根據本發明的一個實施例的電壓轉換器40的電路圖。這些部{ 似於之前禍述的部件，它們採用相同的附圖*示記^^，下面也不再贅述。
具體來說，該電路圖和圖l所示的電壓轉換器l的電路圖不同，主要是增加 了脈衝串模式控制級42，它用於^EM:衝串模式^f牛下和脫離相同脈衝串模式劍牛 時控制電壓轉換器l的工作，i劾t衝串模式控制級包括第二比較器43和脈衝串模 式控制器44。
第二比較器43具有第-^俞入、第二輸入和輸出，第-"^俞Aii接到體放大 器級22的輸出且接收控制言號V,第二輸Ai^接到第二參考發生器45且接收 第二參考信號Vb ref，輸出連接到脈衝串模式控制器44和時鐘發生器29且樹共脈 衝串模式使能信號(enable signal) b—en。
該脈衝串模式控制器44具有第-,入，它連接到中間節點15且接收反饋 電壓Vfc;第二輸入，它連接至U採樣級20的輸出且接Ll嫁樣信號FB;第三輸入， 它連接到時鐘發生器29的輸出且接收驅動信號div一on;第四輸入，它連接到第二 比較器43的輸出且接收脈衝串模式使能信號b_en;第Hi出，它連接到採樣級 20且掛共採樣使能信號s—en;以^&第二輸出，它連接至鵬動塊28且提供預充電 信號pch。
下面說明脈衝串模式控制級42的一ISX作過程。
控制電壓和充電電流W的函數關係的靜態特性是，一，《減小則 另一鋪驢也減小，從而互繊4的初級繞組上的峰值電流也a械小。招氐負 載斜牛下，初級偵嚅要的峰值電流值減小，以及控制電壓V^下降到第二參考信 號Vb—m、以下，該第二參考{言號對應於預設輸出功率(悉示電壓轉換器1的正常工 作劍牛)。第二比較器43檢測到該條件，然後通過脈衝串模式使能信號b—en (它 艦高值)促使電壓轉換器40招氐功耗的剝牛下工作，也就是在預設頻率下工作，
該預設頻率定得足夠低以便減小待命模式下消耗的功率。具體來說，該脈衝串模 式使能信號b—en控制時鐘發生器29，以使得驅動信號dry—on具剤駭員率(例如，
等於1千赫茲)禾口低佔空周期。
12在這種剝牛下，脈衝串模式控制器44對採樣級20實施控制，從而使能或不
使能更新採樣信號FB。具體來說，是否更新採樣信號FB的決定是基於反饋電壓 Vfb的當前值和採樣信號FB的前一值作出的。此外，下翻每進一步詳細說明，當 確定在去磁期間該箝位電容器33沒有充足電，則脈衝串模式控制器44控制驅動 塊28，以使得它發送一串預充電切^^衝至控制開關8的控制端，從而鄉位電 容器33進行充電，這時不管驅動信號drv一on的定時如何。
更詳細說，如圖6所示，脈衝串模式控制器44包括第三比較器46、預充電 脈衝發生器47和預充電3^輯電路48。
第三比較器46裕俞入端接頓樣信號FB (具有在前一切換周期採樣到的數 值)和反饋電壓Vtb的當前值，然後在輸出端輸出電荷狀劍言號s—ch，表明箝位電 容器33的電荷狀態。該預充電脈衝發生器47在輸入端接收驅動信號diY一on，從 預充電邏輯電路48接收設忠重設控帶Ji言號，產生從驅動信號cW—on開始的預充 電信號pch(例如，由一串脈衝構成)，然後在輸出端輸出預充電信號pch和計數 信號N—jd。該預充電邏輯電路48在輸入端接收電荷狀^j言號s_ch和脈衝串模式 使能信號b—en，裕俞出端輸出設忠重設控制信號和採樣使能信號s—en。
在使用當中，SA脈衝串模式劍牛之後(脈衝串模式使能信號b—en已經^j^ 高值)，在艦預充電信號pch的定時設定的齡切換周肌第三比較器46紅 麟4的齡去磁周期比棘樣信號FB和反饋電壓Vfc的當前值，其中i練樣信 號/ 樣級20中保持並且在前一個切換周期更新。
假設電壓轉換器40穩定工作，則反饋電壓Vfc的值大於或等於採樣信號FB 的值表明箝位電容器33已經充足電，以及箝位電容器33兩端的電壓Ve—等於在 互感器4的初級繞組上反映的輸出電壓V,也就是，表明第一整流二極體9處 於導通狀態以及在輔助繞組7兩端反映出輸出電壓V^。因此，預充電邏輯電路 48發出更新採樣信號FB的命令，促j採樣使能信號s—en 高電平。
相反，當去磁期間箝位電容器33沒有充電至嘬剤直，則反饋電壓VJ氐於採 樣信號FB。在這種情況下，預充電邏輯電路48艦促使設忠重設控制言號為高 電平，使得預充電脈衝發生器47在固定育疆和頻率(例如，150千赫茲的頻率和 6微焦每周期的能量)下持續一串預充電切換周期，直到去磁期間最後一個切換 周期執行完畢，貝U第三比較器46檢測到反饋電壓Vfc已^^1採樣信號FB的值， 從而再次進行採樣。此外，如果輸出負載電流的突然增大可以確定輸出電壓V。ut和輔助繞組7上
所反映的電壓卩射氏，因為沒有使能更新採樣信號FB (其中沒有發生Vfe>FB的條 件)以及使電壓轉換器脫離調節狀態，所以M:起預充電切換周期的最大1:限。 如果在設想的預充電切換周期結束時(由計數結束信號Nj)的數值確定，標執 行的切換周期的類爐)，反饋電壓Vtb仍然低於採樣信號FB的值，貝i預充電邏輯 電路48無論如何都會確定更新採樣信號FB (表明使能信號s_en為高電平)，使 得電壓轉換器1的控制電路12再假設(re-assume)控制輸出電壓Vut。
在可選電路實施例中，如圖7所示，預充電邏輯電路48包括第一與門邏 輯門50，它具有兩個輸入，用於接收電荷狀^i言號s—ch和脈衝串模式使能信號 b一en;第一或門邏輯門52，它具有三4it入，用於接收第一與門邏輯門50輸出的 邏輯信號、力Am--邏輯反相器53獲得的脈衝串模式使能信號b—en的互,hf言號、 以及計數結束信號Nj，在輸出端輸出用於採樣級20的採樣使能信號s—en;第二 與門邏輯門54，它具有兩個輸入，用於從第二反相器55接收第一與門邏輯門50 輸出的邏輯信號的互彬言號和脈衝串模式使能信號b一en，在輸出端輸出用於預充 電脈衝發生器47的設忠重設控制{言號。
具體來說，採樣級20包括用於接收反饋電壓Vfc的採樣塊20a;保持電容 器20b，在它兩端出現採樣信號FB;以皿樣開關20c，它設置 樣±央203和 保持電容器20b之間。採樣使能信號s—en控制採樣開關20c，以及育改刻每保持電 容器20b連接到採樣i央20a的輸出，從而育改多更新採樣信號FB的值。
預充電脈衝發生器47包括:脈衝發生塊57，它在輸出端產生預充電信號pch， 該預充電信號是驅動信號drv—on的函數；以及計數器i央58，它連接到脈衝發生塊 57的輸出，用於對產生的脈衝數量進糹亍計數，以及在計數結束時在輸出端掛共計
數結束信號NjD。
在工作過程中，預充電邏輯電路48 ^少一個以下劍牛發生時使育採樣信 號FB的值的更新(將採樣使能信號s一en設定為高值)
—電荷狀劍言號s—ch切換到高值，因為反饋電壓Vtb已會^g)l採樣信號FB; 該事件還確定艦設忠重設控制信號來重設計數器i央58 (計數下降為零)和脈衝 發生塊57 (停止產生預充電脈衝)；
—計數結束信號N_p切換到高值，因為計數器i央58己經MiSA脈衝串模式 ^f牛之後的第一個切換周期刑臺京樹切換周期的預設數進^i十數；以及—脈衝串模式使能信號b—en具剤氐值，恭示電壓轉換器40的正常工作剝牛 (其中脈衝串模式控制級42不會影響採樣工作)。
圖8a—9d示出脈衝串模式控制級42中所需信號的曲線圖。為了簡單起見， 輔助電壓V,假設等於Vft。可以注意到，藉助於預充電脈衝(由驅動塊28提供， 作為預充電信號pch的函數)，箝位電容器33逐漸充電，它兩端的電壓Ve—的值 增加，直到它超訴俞出電壓V^的值，其反映it互離4的初級繞組上。 位電容器33進行充電期間，反饋電壓Vfb的特性和電壓Vd^基本對以。 一旦反 饋電壓VfcMl採樣信號FB的值，則i^^樣使能信號s—en切換到高值，從而育, 對採樣信號FB進行更新以及可以對輸出電壓V。ut進行適當的調節。
在特定負載斜牛下，在脈衝串模式斜特旺常工作剝牛下，可以會發生這樣 盼瞎況，該系統將交替在脈衝串模式劍牛內外運行，控制言號V,因此將重複跨 過(ii:下下)第二參考信號Vb—ref。在這些工作條件下，當該系統處於脈衝串模 式剝牛時，箝位電容器33將肯定會放電，因此，在跳出脈衝串模式劍牛時，需要 驗i正它的電荷狀態，從而防止錯誤採樣反饋電壓Vfc。
因此，本發明的另一個方面旨在實5鵬於如上所鵬制採樣級20的邏輯電 路，i鎖輯電路在跳出脈衝串模式剝牛時控制採樣級20，直到檢測到箝位電容器 33的正確電荷狀態，或者ffit預期最大M的預充電周期。
為此，如圖9所示，脈衝串模式控制器44還包括保擀及60，它鄉A^l接 收脈衝串模式使能信號b—en、計數信號N』和電荷狀劍言號s—ch，然後鄉出端 為預充電邏輯電路48掛共保持信號b一l一en，該保樹言號是脈衝串模式使能信號 b—en的函數(以及替代相同的脈衝串模式使能信號b一en)。
詳細來說，該保持級60包括第二或門邏輯門61，它在1俞入端接收電荷狀 劍言號s一ch和計數信號Nj3;與非邏輯門62，它接收第I1^門邏輯門61的輸出 和來自第三il輯反相器的63的脈衝串模式使能信號b—en的互W言號；以及閂鎖 邏車彰央64，它在信號輸A^接收脈衝串模式使能信號b一en，在羞設輸入端接收與 非邏輯門62的輸出，裕俞出端樹共保持信號b—l_en。
在這種情況下，脈衝串模式使能信號b一en由閂鎖徵輯決64存儲，並招俞出 端保持，直到產生更新釆樣信號FB所需的兩個^f牛之一，也就是，直到電荷狀態 信號s—ch或計數信號N_p ^j7戈高值；S31^種方式，禾傭保樹言號b—1—en，可 以使育舒頁充電邏輯電路48，即使在電壓轉換器40瑕咄脈衝串模式剝牛之後。所述的電壓轉換器和對應的控制方法具有許多優點。
具體來說，Jl^技術方案育,利用無源緩衝網絡，而不^S^電壓轉換器
40的輸出電壓V。ut的調節，以及離多防止輸出端樹共的育疆峰值(以及EM和發
出噪音的相關問題)。對電路進行有限的 就可以實現這些優點，而不需大幅度
增加該驢的最終佔地面積禾啪關的生產成本。
根據本發明對電壓轉換器40的輸出電壓的調節的效率可以從圖衡一 10c和lla—llc清楚看到，它示出傳鄉趣電壓轉換器1和電壓轉換器40 (輸出負 載電流為l毫安)的性能。具體來說，可以注意到，電壓轉換器40育^(多更好地調 節獲得的輸出電壓V。ut，而不會出5鵬制言號VJ勺獸瞳峰值。
將電壓轉換器40應用到電池充電器裝置中用於提供從電源電壓開始的調節 輸出電壓(例如，等於12V)尤其有利。
最後，對戰本發明作出M和變化是顯而易見的，並且不會脫離在權利要 求中限定的本發明的範圍。
具體來說，脈衝串模式控制級42還可以應用到採用齊納二極體l^戈緩衝網 絡30中的箝位電容器33和箝位電阻器32的場合。假定該齊納二極體在非常小的 電流下即可導通，則通常不需要預充電步驟。在這種情況下，脈衝串模式控制級 42便 "透明的"，這不會改變電壓轉換器的工作。
此外，在feffi辯奐器40中，可以直接從Si^4的初級側的初級衾絮且5獲取和 輸出電壓V^的值相關的反饋電壓Vfh。在這種隋況下，輔腺幾且7可以不設置，或 ^別觀於為控制頓各12撒共自翁共電而i體(然而控偉仿倒斜寺不變)。
最後，本發明可普鵬用於具有初級繞組反饋和峰值電流控制的切，鄉電壓 轉換器，因此它不必考慮以下因素採用的轉換器(或調節器或電源)的具體類 型(即使在說明書中具^移照回掃型進行了說明)；電源禾晚駄間的肖疆傳遞形 式，不論是固定頻率還是可變頻率；用於實m^帶腿輯電路各個模塊的功能的具 體電路方案；控制開關的鄉；以及紅繊的初級偵l讓的反饋模式。
1權利要求
1.一種電壓轉換器(40)，包括電壓互感器裝置(4)，具有用於接收輸入電壓(Vin)的初級繞組(5)和用於提供輸出電壓(Vout)的次級繞組(6)；連接到所述初級繞組(5)的控制開關裝置(8)；用於控制所述控制開關裝置(8)的切換的控制電路(12)，所述控制電路(12)具有採樣級(20)，該採樣級用於採樣和保持和所述輸出電壓(Vout)相關的反饋信號(Vfb)以及提供採樣信號(FB)；以及限壓電路(30)，具有連接在所述初級繞組(5)兩端的電荷存儲裝置(33)；其特徵在於所述電壓轉換器(40)包括採樣控制級(42)，該採樣控制級(42)可有效地連接到所述採樣級(20)，並且在所述電壓轉換器(40)的給定工作條件下，該採樣控制級(42)能夠基於所述電荷存儲裝置(33)的電荷的狀態更新所述採樣信號(FB)。
2. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所述電H5lill裝置(4)具有設置 所述初級繞組(5)的初級側、設置所述次級繞組(6)的次級側和設置在Jf述初 級側用於提供所述反饋信號(Vfc)的輔助繞組(7)。
3. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所，制電路(12)用於在所述電 壓轉換器(40)的第一工作劍牛下利用第一切換頻率控制所，制開關裝置(8); 所述給定工作剝牛對應於低消耗劍牛，在該劍牛下，所，制電路(12)利用比 所述第一切換頻割氐的第二切換頻率控制所鵬制開關體(8)。
4. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所艦樣控制級(42)用於使肖^/f 述更新，其為所述反饋信號(Vfc)值的函數。
5. 根據權利要求4所述的轉換器，其中所，樣控制級(42)包括比較 器級(46)，用於比較所述反饋信號(Vtb)的當前值和所iM樣信號(FB)的前 一值；控制邏輯電路(48)，它連接至U所述比較f^及(46)， ^Eff述反饋信號(Vfc) 的所述當前iW有和所鄉樣信號(FB)的所述前一值的第一比，鉄系的瞎況下， 該控制邏輯電路(48)使育^/f概樣信號(EB)的更新。
6. 根據權利要求5所述的轉換器，其中所述當前值M31當前切換周期中的所述反饋信號(vfc)來獲取，所述前一值iia在所述當前切換周期之前的切換周期中的所艦樣信號(FB)來獲取；其中當所述反饋信號(Vfc)的所述當前值高 於所鄉樣信號(FB)的所述前--值時，所述第一比，鉄系得到滿足。
7. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所述採樣控制級(42)包括用於產 生充電信號(pch)的充電塊(47)，該充電i央(47)用於控制所i^ 制開關^g (8)的切換，從而對所述電荷存^^置(33)進行充電。
8. 根據權利要求7所述的轉換器，其中^^ 述反饋信號(Vfc)的當前i[JI 有和所鄉樣信號(FB)的前一值的第二比麟系的情況下，所述充電塊(47) 用於將所述充電信號(pch)掛共給所鵬制開關驢(8)的控制端。
9. 根據權利要求8所述的轉換器，其中所述充電信號(pch)由一串脈衝構 成；其中所述採樣控制級(42)包括比較默及(46)，用於比l^f述反饋信號(Vfo)的當前值和所概樣信號(FB) 的前一值；控制邏輯電路(48)，在所述反饋信號(Vtb)的所述當前值不具有和所， 樣信號(FB)的所述前-一值的所述第二比，鉄系時或者在產^1^述充電信號(pch) 的預設數量的脈衝之後，該控制邏輯電路(48)用於停止產生所述充電信號(pch)。
10. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所，樣控制級(42)包括控制 器(44)，用於使肖^f鄉樣信號(FB)的所述更新；以及檢測±央(43)，用於檢 測所述電壓轉換器(40)的所述給定工作劍牛的存^;人而提供使能信號(b_en) 至所鵬制器(44)以便使能該控制器(44)的工作。
11. 根據權利要求10所述的轉換器，其中所，制電路(12)還包括， 放大器級(22)，用於放大所^^樣信號(FB)和第一參考信號(Vref)的對直， 以及招俞出端掛娥制信號(V^);所述檢測i央包括比較器裝置(43)，用於比較 所述控制信號(VJ和第二參考信號(Vb—ref)，以及在輸出端產生作為所述比較 結果的函數的所述使能信號(b—en)。
12. 根據權利要求1所述的轉換器，其中所述採樣控制級(42)基於所述電 荷存fil^S (33)的端電壓(Vctop)來使,7f述更新；所，樣控制級(42)用於在脫離所述電壓轉換器(40)的所淞合定工作^f牛時來使微; 述更新。
13. 根據權利要求12所述的轉換器，其中所述採樣控制級(42)包括控 制器(44)，用於使育浙a^樣信號(FB)的所述更新；以及檢測土央(43)，用於檢測所述電壓轉換器(40)的所遊合定工作條件的存^EA人而提供使能信號(b一en) 至所鵬制器(44)以便使能控制器的工作；以及保擀央(60)，它連接至岍述檢 測塊(43)的輸出端，用於在脫離所述電壓轉換器(40)的所述給定工作劍牛時 保持所述使能信號(b一en)的值，直到所述電荷剤i^a(33)的所述端電壓(Vdarap) 達到期望值。
14. 根據權利要求1所述的轉換器，該轉換器為絕緣型轉換器，其中所， 制電路(12)還用於對所述控制開關裝置(8)實施PWM控制，從而基於所， 樣信號(FB)的值控制所述初級繞組(5)中的峰值電流。
15. —種電子^a (40)，尤其是電池充電器^a，其特徵在於，該體包括根據權利要求1所述的電壓轉換器。
16. —種用於控制電壓轉換器(40)的方法，所述電壓轉換器包括 電壓互感器裝置(4)，具有用於接收輸入電壓(Vm)的初級繞組(5)和用於提供輸出電壓(Vatt)的次級繞組(6);連接到所述初級繞組(5)的控制開關裝置(8);以及限壓電路(30),具有連接在)萬述初級繞組兩端的電荷存^^置(33);所述方法包括利用和所述輸出電壓(VQUt)相關的反饋信號(Vtb)的函數關 系雜制所鵬制開關體(8)的切換的控制步驟，所鵬制步驟包括對所述反 饋信號(Vtb)進行採樣和保持以便產頓樣信號(FB)的步驟，其牛寺徵在於，該方、 跑括以下步驟在浙述電壓轉換器(40)的給定工作^rf牛下，離多基 於所述電荷存l機置(33)的電荷的狀態來更新所艦樣信號(FB)。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中所,制步驟包括在/萬述電壓轉換 器(40)的第一工作劍牛下利用第一切換頻象驅動所鵬制開關體(8);所述 給定工作剝牛對應於低消耗剝牛，在該剝牛下，利用比所述第一切換頻率低的第 二切換頻率控制所鵬串岍關體(8)。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述使育涉驟包括使育^; 述更新，其為所述反饋信號(Vfc)值的函數。
19,根據權利要求18所述的方法，其中所述使旨涉驟包括比l^f述反饋 信號(Vfc)的當前值和所概樣信號(FB)的前-一值，以及i4^f述反饋信號(Vtb) 的所述當制頭有和所艦樣信號(FB)的所述前一值的第一比較關係的情況下，使育^f艦樣信號(FB)的更新。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中所述當前值M當前切換周期中的 所述反饋信號(Vtb)來獲取，所述前一值ffil^^述當前切換周期之前的切換周 期中的所棘樣信號(FB)來獲恥以及其中當所述反饋信號(Vtb)的所述當前 值高於所M^樣信號(FB)的所述前一值時，所述第--比較關係得至鵬足。
21. 根據權利要求16所述的方法，其中還包括產生充電信號(pch)的步驟， 該步驟用於控制所，制開關裝置(8)的切換，從而對所述電荷存fi^置(33) 進行充電。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中所述充電步驟包括i^開述反饋信號 (Vfc)的當前值具有和所述採樣信號(FB)的前一值的第二比駭系盼瞎況下， 將所述充電信號(pch) ^f共給所鵬制開關驢(8)的控制端。
23. 根據權利要求22所述的方法，其中所述充電信號(pch)由一串脈衝構 成；以及其中所述充電步驟包括在所述反饋信號(Vfb)的所述當前值不具有和 所，樣信號(FB)的所述前一值的所述第二比較關係時或者a^f述充電步驟中 產生所述充電信號(pch)的預設數量的脈衝之後，停止產'i^述充電信號(pch)。
24. 根據權利要求16所述的方法，還包括檢測所述電壓轉換器(40)的所 述給定工作條件的存在並基於所述檢測結果執行所述使能所述更新的步驟的步 驟。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中所ffi制步iiiaS包括放大所,樣 信號(FB)和第一參考信號(VKf)的對彭人而提^^制言號(VJ的步驟；所 述檢觀涉驟包括比l^f鵬制信號(VJ和第二參考信號(Vb_ref)，以及檢測所 述電壓轉換器(40)的所遊合定工作條件的存在作為所述比較結果的函數。
26. 根據權利要求16所述的方法，其中所述使旨涉驟包括基於所述電荷存(33)的端電壓(Vc一)來使育浙述更新；所述使肖^f述更新的步^as在脫離所述電壓轉換器(40)的所a^合定工作條件EJ^l行，直到所述電荷剤il^S (33)的所述端電壓(Velamp)達到期望值。
全文摘要
本發明公開了一種電壓轉換器(40)，包括電壓互感器裝置(4)，具有用於接收輸入電壓(Vin)的初級繞組(5)、用於提供輸出電壓(Vout)的次級繞組(6)和用於提供和輸出電壓(Vout)相關的反饋電壓(Vfb)的輔助繞組(7)；連接到所述初級繞組(5)的主開關(8)；用於控制所述主開關(8)的切換的控制電路(12)，所述控制電路(12)具有採樣級(20)，該採樣級用於採樣和保持反饋信號(Vfb)以及提供採樣信號(FB)；以及限壓電路(30)，具有連接在所述初級繞組(5)兩端的箝位電容器(33)。採樣控制級(42)連接到所述採樣級(20)，以及在所述電壓轉換器(40)的給定工作條件下，該採樣控制級能夠基於所述箝位電容器(33)的電荷的狀態更新所述採樣信號(FB)。
文檔編號H02M7/04GK101567633SQ20081024638
公開日2009年10月28日 申請日期2008年11月28日 優先權日2007年11月29日
發明者A·帕斯誇, C·阿德拉納, M·格蘭德, S·塔米納羅, S·焦姆班科 申請人:意法半導體股份有限公司