用於高壓側輸入繞組調整的方法和裝置的製作方法

2023-09-18 02:52:15

專利名稱：用於高壓側輸入繞組調整的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及電源，並且更具體地，本發明涉及開關式電源。
背景技術：
電子器件使用電來操作。由於成本低，線性電源或者適配器被廣泛地用於驅動 電子產品，而充電蓄電池被廣泛地用於驅動移動產品，例如無線電話、掌上電腦(palm top computer)、玩具等。但是，線性適配器一般包括50_60Hz的變壓器，這些變壓器導致線性電 源非常笨重以及效率低。在許多應用中，相對於線性電源而言，開關式電源在被使用時具有尺寸小、重量 輕、效率高以及空載時功率消耗低的好處。但是，由於相對高的部件數目和成本，以及電路 系統的複雜性，已知的開關式電源在低功率水平一例如在5瓦以下一時總體比它們所對 應的線性電源更昂貴。因此，在具有5瓦以下的功率水平的應用中通常仍然採用線性電源， 儘管這些線性電源笨重且低效。在使用開關式電源的情況下，需要進一步降低成本和部件 數量，以加速市場上認可開關式電源在這些應用中的應用。


參考下列附圖描述本發明的非限制性和非窮舉性的實施方案，其中各種視圖中的 相同參考數字指示相同的部分，除非另有說明。圖1是一個示意圖，示出了根據本發明教導的電源的一個實施例，所述電源包括 電源控制器，該電源控制器被連接以通過在功率開關的斷開期間採樣來自電源的能量傳遞 元件輸入的反射電壓而調整電源的輸出。圖2是一個方塊圖，示出了根據本發明教導的電源控制器的一個實施例，所述電 源控制器通過在功率開關的斷開期間採樣來自電源的能量傳遞元件輸入的反射電壓而調 整電源的輸出。圖3圖解了根據本發明教導的一個示例性電源控制器的內部細節，所述電源控制 器實施一種控制技術，以通過在功率開關的斷開期間採樣來自電源的能量傳遞元件輸入的 反射電壓而調整電源的輸出。圖4示出了根據本發明教導的狀態機的各種狀態以及相應的參數的一個實施 例，所述狀態機被包括在實施一種控制技術的開關傳導型時序電路(switch conducting scheduling circuit)中。
具體實施例方式公開了用於實施電源控制技術的方法和裝置。在下面的說明中，列出了許多具體 細節，以便提供對本發明的透徹理解。但是，對於本領域普通技術人員明了的是，為實踐本 發明，具體細節可以不必被採用。在另一些情況中，為了避免模糊本發明，公知的材料或者 方法未被詳細描述。
貫穿本說明書引用的「一個實施方案」、「一實施方案」、「一個實施例」或者「一實施 例」意味著針對該實施方案或者實施例描述的具體特徵、結構或者特性包括在本發明的至 少一個實施方案中。因此，在貫穿本說明書的各個位置出現的措辭「在一個實施方案中」、 「在一實施方案中」、「一個實施例」或者「一實施例」未必全部指的是相同的實施方案或者實 施例。此外，所述具體特徵、結構或者特性可以通過任何合適的組合和/或子組合被合併在 一個或多個實施方案或者實施例中。具體的部件、結構或特徵可以被包括進一個集成電路 中、一個電子電路中、一個組合式邏輯電路中或其他合適的能提供所描述的功能的元件中。 另外，應理解，隨此提供的附圖用於向本領域普通技術人員進行解釋的目的，並且所述圖未 必按比例繪製。如將討論的，根據本發明教導的電源控制器被定位在高壓側或者被連接至功率轉 換器的正供電軌。在一個實施例中，該電源控制器被連接在整流級的輸出和能量傳遞元件 或變壓器的輸入或者初級繞組的第一端子之間。在一實施例中，該控制器包括一個功率開 關，當功率開關被切換至接通時，其允許電流流過該變壓器的初級繞組。當該功率開關斷開 時，在功率接通期間被存儲在該變壓器的磁路中的能量被傳輸至輸出或者該變壓器的次級 繞組。在一實施例中，所述能量被存儲在輸出電容中，並且被傳輸至一個被連接至功率轉換 器的輸出的負載。在能量被傳輸至功率轉換器的輸出期間，變壓器的初級繞組上的電壓近似等於功 率轉換器的輸出電壓乘以該變壓器的初級和次級繞組的匝數比。在能量被傳輸至功率轉換 器的輸出期間，變壓器的初級繞組上的電壓被稱為反射電壓。因此，在能量被傳輸至功率轉 換器的輸出期間，所述變壓器的初級繞組上的電壓可被用於檢測功率轉換器的輸出電壓是 多少。在一個實施方案中，電阻器從變壓器初級繞組的第二端子被連接至控制器的端 子，該控制器的端子相對於變壓器初級繞組的第一端子處於一已知電壓。因而，在能量被 傳輸至變壓器次級期間，所述電阻器中流動的電流將會是功率轉換器的輸出電壓的一個指 示。在能量被傳輸至功率轉換器的輸出期間，控制器採樣所述電流。這一信息然後可被用 於確定下一次功率開關接通時多少能量要被傳輸至初級繞組，或者甚至是否切換功率開關 至接通，例如，是否跳過一個開關周期(switching cycle).在一個實施例中，跳過周期的控制技術一還被稱為開/關控制一被使用，因為它 幫助消除一在沒有必要傳輸能量至功率轉換器的輸出時一與切換功率開關至接通和斷開 相關聯的損耗。因此，這就提高了功率轉換器的效率，尤其是在被連接至功率轉換器的輸出 的負載幾乎不要求能量的條件下。但是，因為有必要周期性地檢查功率轉換器的輸出電壓 是多少以防例如負載條件突然改變，控制器的一個實施例包括了狀態機，所述狀態機隨著 輸出的負載的減小，逐漸地增大所跳過的開關周期的數目。在一個實施例中，這通過使用如 上面所描述的、在每一功率開關接通周期之後的能量被傳輸至功率轉換器的輸出期間的採 樣反饋信號來實現。然後所述採樣反饋信號與在先前的許多開關周期中逐步建立的信息一 起被使用，以確定在又一次切換功率開關至接通之前，要跳過多少周期。所述技術提供了一 種非常簡單的反饋電路，其在一個實施例中可以是一個被連接在變壓器初級繞組的第二端 子和控制器的反饋端子之間的單個的電阻器。因此，總之，一種根據本發明教導的示例性電源控制器包括高壓側功率開關，該高壓側功率開關被連接在正輸入供電軌和電源的能量傳遞元件輸入一例如變壓器的輸入繞 組一之間。一種採樣電路被連接以採樣電源的輸出，例如變壓器的輸出繞組上的電壓。在 一個實施例中，變壓器的輸入和輸出繞組還分別稱為初級和次級繞組。在一個實施例中，採樣電路獲得電源的採樣輸出，該採樣輸出是通過在功率開關 的斷開期間採樣能量傳遞元件輸入上的反饋電壓得到的。在一個實施例中，在跟隨功率開 關接通之後的功率開關的斷開期間一同時，被連接至輸出繞組的二極體導通電流一能量 傳遞元件輸入上的反饋電壓反映了電源的輸出。所述電源的採樣輸出在功率開關的接通期 間被禁止重採樣。在一個實施例中，電源控制器包括被連接至採樣電路和功率開關的控制 電路。根據本發明教導，該控制電路被連接，以根據控制方案響應於電源的採樣輸出而切換 功率開關，從而調整該電源的輸出。舉例說明，圖1是一個示意圖，示出了根據本發明教導的功率控制器101的一個實 施例，所述電源101包括被連接以用來調整電源的輸出的電源控制器121。如在描繪的實 施例中所示出的，電源101是包括交流輸入103和直流輸出155的回掃電壓變換器。整流 器107通過電阻器105被連接至交流輸入103。在一個實施例中，出於低成本考慮，電阻器 105是可熔電阻器，其代替保險絲用於故障保護。在另一實施例中，保險絲或者類似物可被 用於代替電阻器105。整流器107將來自交流輸入103的交流信號轉換為直流信號，然後在 一個實施例中該直流信號被電容器113和115過濾，如所示出的，所述電容器113和115跨 接在整流器117上。在一個實施例中，電感器109被連接在電容器113和115之間，從而形 成一個η濾波器，以過濾由電源101生成的電磁幹擾(EMI)。在一個實施例中，電阻器111 跨接在電容器113和115之間的電感器109上，以抑制來自電感器109的諧振電感，所述諧 振電感可導致電磁幹擾頻譜中的一些峰。如所提及的，在一個實施例中，低頻(例如，50Hz或者60Hz的工頻、高壓的交流信 號在交流輸入103處被接收，並且通過整流器107以及電容器113和115被轉換為高壓直 流。因此，正輸入供電軌117和負輸入供電軌119被設置在電容器115的相對端。正輸入 供電軌117和負輸入供電軌119之間的電壓被施加至能量傳遞元件145例如變壓器，以將 電壓轉變為通常是較低的電壓，並且通常提供安全隔離。能量傳遞元件145的輸出被整流， 以在直流輸出1 處提供經調整的直流輸出，經調整的直流輸出被用於驅動電子器件。在 所描繪的實施例中，能量傳遞元件145是變壓器或者耦合電感器一其中輸入繞組161被磁 耦合至輸出繞組163。在一個實施例中，如圖1示出的，能量傳遞元件145和電容器147被 連接在交流輸入103和直流輸出155之間，以在交流輸入103和直流輸出155之間提供電 氣絕緣。如在描繪的實施例中所示出的，電源控制器121包括被連接在第一和第二端子 123和1 之間的功率開關165，所述第一和第二端子123和1 被連接在正輸入供電軌 117和能量傳遞元件145的輸入繞組161之間。根據本發明教導，電源控制器121還包括被 連接以控制功率開關165的採樣電路169和控制電路167。在操作中，能量以一種被電源調節器121控制的方式，從輸入繞組161被傳遞至次 級繞組163。當電源控制器121內的功率開關165被接通時，輸入供電軌117被連接至輸入 繞組161，並且電流在輸入繞組161中緩升。當電源調節器121內的功率開關165被斷開 時，流經輸入繞組161的電流被中斷，這迫使輸入繞組161上的電壓Vl 157和次級繞組163上的電壓V2 159反轉極性。在功率開關165斷開時的電壓Vl 157和V2 159的反轉允許 二極體149導通電流，這就使存儲在能量傳遞元件145中的能量能夠傳輸至電容器151和 直流輸出155上的負載153。在圖解的實施例中，在功率開關165斷開且被連接至輸出繞組163的二極體149 傳導電流時，輸入繞組161上的電壓Vl 157是輸出繞組163上的電壓V2 159的反射電壓。 特別地，在功率開關165斷開且二極體145傳導電流時，輸入繞組161上的電壓Vl 157是 根據能量傳遞元件145的匝數比來反映輸出繞組163上的電壓V2 159的反射電壓。相反， 在功率開關165接通時，輸入繞組161上的電壓Vl 157反映正和負輸入軌117和119之間 的輸入電壓。如圖1描繪的實施例中所示出的，電源101包括被連接在電源控制器121的端子 125和輸入繞組161之間的電阻器139。在一個實施例中，在功率開關165斷開且二極體 149傳導電流時，端子125被連接至採樣電路169，以檢測來自輸入繞組161的信號137，從 而提供電源的採樣輸出。在一個實施例中，可選擇的電阻器131未如圖1所示被包括在電阻器139和輸入 繞組161之間。在此實施例中，信號137是反映了輸入繞組161上的反射電壓Vl 157的電 流信號。在此實施例中，根據本發明的教導，端子125是一個低阻抗端子，通過該低阻抗端 子，採樣電路169被連接，以檢測信號137的電流，從而在所述功率開關關斷期間對反射電 壓Vl 157採樣，以提供電源的採樣輸出。在一個實施例中，電源控制器121的控制電路167 被連接，以響應於該電源的採樣輸出而切換功率開關165，從而調整電源的直流輸出155。 在該實施例中，在功率開關接通期間，電源的採樣輸出被禁止重採樣。但是，在一個實施例 中，根據本發明教導，採樣電路169可被連接，以通過端子125，在功率開關165被接通期間 對一個反映了電源的輸入電壓的信號進行採用，以提供電源的採樣輸入。在一個實施例中， 根據本發明教導，反映了在功率開關165接通期間的電源的輸入電壓的信號是在功率開關 165接通期間在電阻器139中流動的電流。在另一實施例中，如在圖1中的實施例所描繪的，可選擇的電阻器131被包括在電 阻器139和輸入繞組161之間，以形成跨接在輸入繞組151上的電阻分壓器135。在所述 實施例中，信號137是通過電阻分壓器135而接收的電壓信號。在一個實施例中，所述電壓 信號137是基本上等於控制器121的端子125和端子1 之間的電壓的電壓。在該實施例 中，信號137反映了輸入繞組161上的反射電壓Vl 157。在所述實施例中，根據本發明教 導，端子125是一個高阻抗端子，通過該高阻抗端子，採樣電路169被連接，以在功率開關斷 開期間檢測信號137的電壓，從而採樣反射電壓Vl 157，進而提供電源的一個採樣輸出。在 一個實施例中，電源控制器121的控制電路167被連接以響應於電源的採樣輸出而切換功 率開關165，從而調整功率控制器的直流輸出155。在該實施例中，在功率開關的接通期間， 電源的採樣輸出被禁止重採樣。但是，在一個實施例中，根據本發明教導，在功率開關165 接通期間，採樣電路169可被連接，以通過端子125採樣反映了電源的輸入電壓的信號。在 一個實施例中，根據本發明教導，反映了功率開關165接通期間的電源的輸入電壓的信號 是功率開關165接通期間在端子125中流動的電流。因此，如所示出的根據本發明教導的被連接至輸入繞組161的高壓側的電源控制 器121的實施例，通過如下方式來調節電源101的直流輸出155 在功率開關165斷開期間，採樣初級繞組161上的反射電壓Vl 157，以獲得電源的採樣輸出；以及，在功率開關接通期 間，禁止重採樣該採樣輸出。應理解，如所討論的，根據本發明教導，通過調整輸入繞組161 上的反射電壓Vl 157，輸出電壓V2 159被調整。還應理解，在圖解的實施例中，通過電源控制器121而不使用連接至直流輸出155 的反饋電路系統，來調整輸出電壓V2 159。事實上，已知的回掃功率轉換器通常利用例如光 耦合器(opto-coupler)或者獨立反饋繞組等電路系統來提供反饋信息。因此，與已知的開 關式電源相比，現在描述的電源101的部件數量減少了。在一個實施例中，根據電源調節器121的功率開關的內部限流，設計能量傳遞元 件145的變壓器的匝數比，以適應輸出短路電流狀況。在一個實施例中，由電源101在直流 輸出155處提供恆定的輸出電流/恆定的輸出電壓特性，以用於例如蓄電池充電的應用。在 圖解的實施例中，電源101包括跨接在直流輸出155上的電阻器153，以提供最小的負載，從 而提高空載時的負載調節。圖2是一個方框圖，示出了根據本發明教導的電源控制器221的一個實施例，所述 電源控制器221通過在功率開關的斷開期間採樣來自電源的能量傳遞元件輸入的反射電 壓而調整電源的輸出。在一個實施例中，電源控制器221是可被用於代替圖1的電源控制器 121的控制器的一個實施例。在一個實施例中，電源控制器221被包括在具有少至3個電氣 端子的單個單片晶片上。如圖2所示出的，電源控制器221包括被連接在電氣端子223和 229之間的功率開關沈5。在一個實施例中，功率開關265是金屬氧化物半導體場效應晶體 管(MOSFET)。在一個實施例中，功率開關265包括一個η溝道M0SFET，所述η溝道MOSFET 具有被連接至端子223的漏極，以及被連接至端子229的源極。在一個實施例中，端子223 被連接至正輸入供電軌，並且端子2 被連接至電源的能量傳遞元件。如所描繪的實施例示出的，電源控制器221還包括被連接的採樣電路沈9，用以通 過控制端子225來接收信號。在一個實施例中，採樣電路269被連接，以通過控制端子225 來接收電流，所述電流響應於來自電源的能量傳遞元件的反射電壓，電源控制器221被連 接以調整該反射電壓。在另一實施例中，採樣電路269被連接以在控制端子225接收相對 於端子2 的電壓，該電壓響應於來自電源的能量傳遞元件的反射電壓，電源控制器221被 連接以調整該反射電壓。在所描繪的實施例中，採樣電路269被連接，以採樣通過控制端子225接收的信 號，從而在功率開關沈5的斷開期間採樣電源的能量傳遞元件輸入上的信號，以提供電源 的採樣輸出Ufb214。在這些實施例中，在功率開關265接通時，電源的採樣輸出禁止被採樣 電路重採樣。在一個實施例中，控制電路267被連接至採樣電路，以接收採樣輸出Ufb214。 在該實施例中，控制電路267還被連接至功率開關沈5，以響應於電源的採樣輸出UFB214而 切換功率開關265。在一個實施例中，電源控制器221還包括被連接至功率開關265和控制電路267 的限流電路268。在一個實施例中，限流電路268被連接，以提供限流信號至控制電路267， 從而限制通過功率開關265的電流。在一個實施例中，限流電路268檢測功率開關265接通 時流經該功率開關的電流一通過監測功率開關265的漏-源電壓。在一個實施例中，功率 開關265的接通電阻被用作電流檢測電阻器。在一個實施例中，當流經功率開關沈5的電 流達到電流極限時，控制電路267相應地調節功率開關沈5的切換，以使流經功率開關265的電流不超出電流極限。在一個實施例中，根據通過控制端子225採樣的電源的採樣輸出， 調整由限流電路268確定的功率開關沈5的電流極限。在另一實施例中，功率開關265可選擇地是與電源控制器221的晶片分離的分立 開關。在所述實施例中，電源控制器221包括採樣電路沈9、控制器電路267和限流電路 268。圖3是一個原理圖，示出了根據本發明教導的一個示例性電源控制器321的內部 細節，所述電源控制器321實施一種控制技術，以通過在功率開關的斷開期間採樣來自電 源的能量傳遞元件輸入的反射電壓而調整電源的輸出。在一個實施例中，電源控制器321 是可被用來代替圖1的電源控制器121或者圖2的電源控制器221的控制器的一個實施例。 在一個實施例中，電源控制器321被包括在具有少至3個電氣端子的單個的單片晶片上。如所描繪的實施例所示出的，功率開關365響應於來自與門334的驅動信號336 而切換漏極端子323和源極端子3 之間的電流。在一個實施例中，功率開關365包括功 率M0SFET。在一個實施例中，開關傳導型時序電路312也被包括，並且生成輸出信號328， 所述輸出信號3 被連接，以被與門334接收。在一個實施例中，開關傳導型時序電路312 包括狀態機，並且使用普通的數字電路一例如邏輯門、觸發器、鎖存器、計數器等一來產生 輸出並安排功率開關365的未來的開關周期。如將討論的，在一個實施例中，根據本發明教導，開關傳導型時序電路被連接，以 禁止功率開關365在電源控制器321的一個或多個連續的時鐘周期中響應於電源的採樣輸 出而被切換。在一個實施例中，根據本發明教導，開關傳導型時序電路被連接，以使功率開 關365在電源控制器321的下一時鐘周期期間響應於電源的採樣輸出而被切換。返回參考圖3中描繪的實施例，與門334被連接，以接收來自可選擇的熱關斷電路 (thermal shutdown circuit) 340的熱關斷信號330。在該實施例中，每當熱關斷信號330 變為低時，來自與門334的輸出的驅動信號336變為低，以斷開功率開關365。當集成電路 的溫度超出閾值溫度值時，熱關斷電路340導致熱關斷信號330變為低。因此，當集成電路 的溫度太高時，熱關斷電路340導致功率開關338斷開。如所描繪的實施例中示出的，振蕩器3M提供時鐘信號3 至開關傳導型時序電 路312。在一個實施例中，時鐘信號3 被用於確定每一開關周期的啟動以及在每一開關周 期中功率開關365可被接通的最大時間。應理解，在另一些實施例中的振蕩器3M可選地 提供多個分立的信號，以確定功率開關365的開關周期的起始以及最大接通時間。在一個 實施例中，每一開關周期的持續時間近似為15微秒。在一個實施例中，採樣電路369被包括在電源控制器321中。在一個實施例中，採 樣電路369包括被連接至信號比較器318和採樣信號生成器350的鎖存器316。在示出的 實施例中，信號比較器318被連接，以將通過控制端子335接收的檢測信號與閾值TH 320 相比較。在一個實施例中，檢測信號和閾值TH 320是電流信號。在所述實施例中，信號比 較器318包括電流比較器。在另一實施例中，檢測信號和閾值電壓TH 320是電壓信號。在 所述實施例中，信號比較器318包括電壓比較器。在這些實施例中，通過端子335接收的檢 測信號反映了在功率開關365斷開期間在電源的輸出上的電壓。在這些實施例中，信號比 較器318被連接，以指示何時檢測信號大於閾值TH 320或者小於閾值TH 320，以確定何時 功率的採樣輸出大於或者小於閾值。10
如實施例中所示出的，鎖存器316被連接，以採樣信號比較器318的輸出，從而在 由採樣信號tsampl；322確定的採樣時刻產生採樣輸出信號Ufb 314。在一個實施例中，根據本 發明教導，採樣反饋信號Ufb 314是電源的採樣輸出。如所描繪的實施例中示出的，採樣信號生成器350響應於驅動信號336而生成採 樣信號tsampl；322。採樣信號tsample 322的採樣時刻由功率開關365斷開的時間所確定，並延 遲一採樣延遲時間。在一個實施例中，驅動信號336被連接，以禁止採樣信號生成器350在 功率開關365的接通期間導致鎖存器316重採樣Ufb 314。在一個實施例中，驅動信號336 被連接，以使採樣信號生成器350僅在功率開關365的斷開期間能夠導致鎖存器316重採 樣叫8 314。在一個實施例中，採樣信號生成器350接收驅動信號336，並且將驅動信號336 延遲所述採樣延遲時間，以在跟隨驅動信號336的下降沿的一延遲之後生成採樣信號 tsample322。在一個實施例中，採樣延遲時間是2. 5微秒。因此，在所述實施例中，在驅動信 號336的下降沿之後的2. 5微秒處一其處於功率開關365在一個接通時間之後的2. 5微 秒的斷開期間處，信號比較器318的輸出被鎖存器316採樣。在該時刻，假定被連接至電源 的輸出繞組的二極體仍導通電流，從而在功率開關的斷開期間，鎖存器316能夠鎖存電源 的能量傳遞元件輸入上的信號。在一個實施例中，根據本發明的教導，在功率開關365接通 期間，電源的採樣輸出被禁止重採樣。在另一些實施例中，驅動信號336的下降沿之後一即信號比較器318的輸出被鎖 存器採樣一的這段時間可以是一段可變時間，其基於例如開關365的接通期間流入開關 365的峰值電流等因素，或者依賴於開關傳導型時序電路312的狀態。在又一些實施例中， 驅動信號336的下降沿之後一即信號比較器318的輸出被鎖存器316採樣一的這段時間 可以是一個可變時間，其基於在端子335接收的信號幅度的變化，所述信號在一個實施例 中可以被用作輸出二極體例如圖1中的二極體149已停止導通電流的指示。如所描繪的實施例中示出的，限流電路368也包括在電源控制器321中。在一個 實施例中，限流電路368包括被連接至與門346的電流極限比較器344。在一個實施例中， 電流極限比較器將與通過功率開關365的電流成比例的信號342和從開關傳導型時序電路 312接收的限流參考Iumit332相比較。在一個實施例中，限流參考Iumit332基於開關傳導型 時序電路312的電流狀態S。在操作時，電流極限比較器344的輸出的一個實施例變為高，以指示何時通過功 率開關365的電流達到由開關傳導型時序電路312確定的限流參考值Iumit332。當功率 開關365接通而瞬間地釋放寄生電容時，驅動信號336在被施加至與門346的輸入352之 前，被上升沿消隱電路(blanking circuit) 3 所延遲，以阻止輸入至開關傳導型時序電路 312的限流348指示錯誤的限流條件。響應於指示功率開關365中的電流達到限流參考值 Ilimit332的限流輸入348，開關傳導型時序電路312通過信號3 和與門334的操作而指示 功率開關365終止其導通。如圖解的實施例所示出的，開關傳導型時序電路312包括兩個輸出。開關傳導型 時序電路312的第一輸出3 被與門334所門控，以生成驅動信號336，從而接通或者斷開 功率開關365。傳導型時序電路312的第二輸出332設置由電流極限比較器344接收的限 流參考Iumit332。因此，根據本發明的教導，在一個實施例中，開關傳導型時序電路312允許或禁止功率開關365在每一開關周期中導通，在一允許周期期間控制導通的終止，以及設 置功率開關365—在其被允許之後一斷開時的電流極限。為了解釋，圖4示出了根據本發明教導的狀態機的各種狀態以及相應的參數的一 個實施例，所述狀態機被包括在實施一種控制技術的開關傳導型時序電路中。如圖4中圖 解的一個實施例所示出的，多個狀態Sl至S14可被包括在開關傳導型時序電路的狀態機 中。在一個實施例中，圖4中描述的狀態機是可被包括在可用於代替圖3的開關傳導型時 序電路312的開關傳導型時序電路中的狀態機的一個實施例。在一個實施例中，狀態機將 根據預定數目(例如，3或7)個連續個電源採樣輸出Ufb的低或高值，從一種狀態到下一狀 態或者前一狀態轉變。如所描繪的實施例示出的，當狀態機操作在狀態Sl時，電流極限Lumit被設置為預 定電流極限的100%。如果電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘 周期中被允許。如果電源的採樣輸出Ufb高，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中 被禁止。應注意，當電源的採樣輸出^低時，電源的採樣輸出小於一個閾值。當電源的採 樣輸出Ufb高時，電源的採樣輸出大於該閾值。當狀態機操作在狀態S2時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的100%。如果 電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源的 採樣輸出Ufb高，則功率開關的下兩個開關周期在下兩個連續的時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S3時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的90%。如果 電源的採樣輸出Ufb3低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源 的採樣輸出Ufb高，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S4時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的90%。如果 電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源的 採樣輸出Ufb高，則功率開關的下兩個開關周期在下兩個連續的時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S5時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的80%。如果 電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源的 採樣輸出Ufb高，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S6時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的80%。如果 電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源的 採樣輸出Ufb高，則功率開關的下兩個開關周期在下兩個連續的時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S7時，電流極限Lumit被設置為預定電流極限的70%。如果 電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被允許。如果電源的 採樣輸出Ufb高，則功率開關的下一開關周期在下一時鐘周期中被禁止。當狀態機操作在狀態S8、S9、S10、Sl 1、S12、S13或S14時，電流極限Lumit被設置 為預定電流極限的70%。如果電源的採樣輸出Ufb低，則功率開關的下一開關周期在下一 時鐘周期中被允許。當狀態機操作在S8、S9、S10、S11、S12、S13或S14時，如果電源的採樣 輸出Ufb高，則功率開關的接下來的2、4、8、16、32、64或者1 個開關周期分別地在接下來 的2、4、8、16、32、64或者128個連續時鐘周期中分別地被禁止。因此，應理解，在一個實施例中，當電源的採樣輸出大於閾值時，響應於電源的採 樣輸出大於閾值，開關傳導型時序電路被連接，以禁止功率開關在一個或多個隨後連續的時鐘周期中被切換。但是，當電源的採樣輸出小於閾值時，響應於電源的採樣輸出小於閾 值，開關傳導型時序電路被連接，以允許功率開關在下一時鐘周期期間被切換。在所描述的 實施例中還應理解，在所述的實施例的所有狀態Sl至S14中，至少一個被允許的周期緊隨 在預定數目的禁止周期後。應理解，在電路中，低邏輯值和高邏輯值可通過電路中的合適的邏輯倒置被輕易 地反轉。隨後的對應被禁止的周期的開關周期的數目依賴於每一具體狀態。在圖4所描述 的實施方案中，觀察到從狀態S7開始，當限流Lumit處於其70%的最低設置時，禁止周期的 數目以二次方增加，從狀態S7中的1個禁止周期加倍至S8中的2個禁止周期，繼續至最高 狀態S14中的1 個禁止周期。應理解，在所述實施例中的禁止周期以二次方增長是一種 方便，並且其他一些實施例可為未來的禁止周期使用不同的時序(schedule)。應理解，在另 一些實施例中，狀態機的各種狀態可為電流極限Lumit選擇不同的百分數設置，其中例如最 低電流極限可以是40%或者更少，而非圖4中給出的實施例的70%。本發明所示出的實施例的上述說明，包括摘要中所說明的，不旨在是窮舉性的或 者限於所公開的精確形式。這裡描述的本發明的實施例的具體實施方案用於解釋的目的， 在不背離本發明的更寬廣的精神和範圍的前提下，各種等同改型是可能的。確實，應理解， 根據本發明的教導，具體的電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等被提供用於解釋的目的， 以及其他一些值可在其他實施方案和實施例中被採用。可根據上面詳細的說明，對本發明的實施例作出這些改型。在下面的權利要求中 所使用的術語不應解釋為用於將本發明限制在本說明書和權利要求中公開的具體細節處。 相反，完全由隨後的權利要求來確定範圍，隨後的權利要求根據已建立的對權利要求的解 釋的法律原則而被構建。因此，本說明書和附圖是解釋性而非限制性的。
權利要求
1.一種用在電源中的電源控制器，包括功率開關，被連接在第一和第二端子之間，所述第一端子被連接至電源的正輸入供電 軌，所述第二端子被連接至電源的能量傳遞元件；採樣電路，被連接至第三端子，所述採樣電路被連接以採樣功率開關斷開期間的電源 的能量傳遞元件輸入上的信號，從而提供電源的採樣輸出，其中在功率開關的接通期間，所 述電源的採樣輸出禁止被採樣電路重採樣；和控制電路，被連接至採樣電路和功率開關，所述控制電路被連接，以響應於電源的採樣 輸出而切換功率開關。
2.如權利要求1的電源控制器，其中所述電源的能量傳遞元件輸入上的信號被連接， 以作為，通過被連接至所述電源的能量傳遞元件輸入的輸入的電阻器的電流，而被所述電 源控制器所接收。
3.如權利要求1的電源控制器，其中所述電源的能量傳遞元件輸入上的信號被連接， 以作為，來自被跨接在電源的能量傳遞元件輸入的輸入上的電阻分壓器的電壓而被電源控 制器所接收。
4.如權利要求1的電源控制器，其中所述能量傳遞元件包括被連接至能量傳遞元件輸 入的變壓器的初級繞組。
5.如權利要求1的電源控制器，其中所述控制電路包括被連接至功率開關以及被連接 至採樣電路的開關傳導型時序電路。
6.如權利要求5的電源控制器，其中所述開關傳導型時序電路被連接，以響應於電源 控制器的採樣輸出大於閾值而禁止功率開關在電源控制器的一個或多個連續的時鐘周期 中被切換。
7.如權利要求1的電源控制器，其中所述開關傳導型時序電路被連接，以響應於電源 控制器的採樣輸出小於閾值而允許功率開關在電源控制器的下一時鐘周期期間被切換。
8.如權利要求1的電源控制器，其中所述採樣電路包括被連接至第三端子的鎖存器， 以響應於所述控制電路而鎖存功率開關斷開期間的所述電源的能量傳遞元件輸入上的信號。
9.如權利要求8的電源控制器，其中所述採樣電路進一步包括被連接在所述鎖存器和 第三端子之間的信號比較器，所述信號比較器被連接以將所述功率開關斷開期間的電源的 能量傳遞元件輸入上的信號與一閾值相比較，所述鎖存器被連接以鎖存所述信號比較器的 輸出。
10.如權利要求1的電源控制器，其中所述在功率開關斷開期間的電源的能量傳遞元 件輸入上的信號反映了電源的輸出電壓。
11.如權利要求1的電源控制器，其中所述在功率開關接通期間的電源的能量傳遞元 件輸入上的信號反映了電源的輸入電壓。
12.如權利要求11的電源控制器，其中所述採樣電路被連接，以採樣所述功率開關接 通期間的電源的能量傳遞元件輸入上的信號，從而提供電源的採樣輸入。
13.如權利要求1的電源控制器，進一步包括被連接至功率開關和控制電路的限流電 路，所述限流電路被連接，以限制通過功率開關的電流。
14.一種電源，包括能量傳遞元件，具有能量傳遞元件輸入和能量傳遞元件輸出；功率開關，被連接在所述電源的正輸入供電軌和能量傳遞元件輸入之間；採樣電路，被連接以採樣在所述功率開關的斷開期間的能量傳遞元件輸入上的信號， 從而提供電源的採樣輸出，其中在所述功率開關的接通期間禁止所述電源的採樣輸出被所 述採樣電路重採樣；和控制電路，被連接至所述採樣電路和功率開關，所述控制電路被連接以響應於電源的 採樣輸出而切換所述功率開關。
15.如權利要求14的電源，其中所述能量傳遞元件包括變壓器，具有被連接至能量傳 遞元件輸入的初級繞組以及被連接至能量傳遞元件輸出的次級繞組。
16.如權利要求15的電源，其中所述在功率開關斷開期間的能量傳遞元件輸入上的信 號是初級繞組上的反射電壓。
17.如權利要求14的電源，其中所述功率開關包括一個η溝道M0SFET，所述η溝道 MOSFET具有被連接至所述能量傳遞元件輸入的源極端子、被連接至所述電源的正輸入供電 軌的漏極端子，以及被連接至所述控制電路的柵極端子。
18.如權利要求14的電源，進一步包括連接在所述採樣電路和能量傳遞元件輸入之間 的電阻器，其中所述信號是通過所述電阻器的電流，並且所述信號反映了在所述功率開關 斷開期間的能量傳遞元件輸入上的電壓。
19.如權利要求14的電源，進一步包括跨接在所述能量傳遞元件輸入上的電阻分壓 器，其中所述信號是從所述電阻分壓器接收的電壓，並且所述信號反映了在所述功率開關 斷開期間的能量傳遞元件上的電壓。
20.如權利要求14的電源，其中所述控制電路包括被連接至所述功率開關以及被連接 至所述採樣電路的開關傳導型時序電路，所述開關傳導型時序電路被連接，以響應於電源 的採樣輸出大於閾值，在一個或多個隨後連續的時鐘周期中禁止功率開關被切換。
21.如權利要求20的電源，進一步包括被連接至所述功率開關和所述控制電路的開關 傳導型時序電路的限流電路，所述限流電路被連接，以響應於從所述控制電路的開關傳導 型時序電路接收的電流極限信號來限制通過所述功率開關的電流。
22.如權利要求14的電源，其中所述控制電路包括被連接至所述功率開關和被連接至 所述採樣電路的開關傳導型時序電路，所述開關傳導型時序電路被連接，以響應於電源的 採樣輸出小於閾值，允許所述功率開關在下一時鐘周期被切換。
23.如權利要求14的電源，其中所述採樣電路包括鎖存器，該鎖存器被連接，以響應於 所述控制電路，鎖存在所述功率開關斷開期間的電源的能量傳遞元件輸入上的信號。
24.如權利要求23的電源，其中所述採樣電路進一步包括被連接至所述鎖存器的信號 比較器，所述信號比較器被連接，以接收閾值和所述電源的能量傳遞元件輸入上的信號，所 述鎖存器被連接，以鎖存所述信號比較器的輸出。
25.—種控制電源的方法，包括切換被連接在正輸入供電軌和能量傳遞元件的能量傳遞元件輸入之間的功率開關；響應於所述開關的切換，將能量從所述能量傳遞元件輸入傳遞至能量傳遞元件輸出；在所述功率開關斷開期間將所述能量傳遞元件輸出上的信號反射至所述能量傳遞元 件輸入；在所述功率開關斷開期間採樣所述能量傳遞元件輸入上的信號，以提供所述電源的採 樣輸出；在所述功率開關接通期間，禁止所述電源的採樣輸出被重採樣；和響應於所述電源的採樣輸出而控制所述功率開關的切換。
26.如權利要求25的控制電源的方法，其中所述的在所述功率開關斷開期間採樣所述 能量傳遞元件輸入上的信號，包括接收通過被連接至能量傳遞元件輸入的電阻器的電流， 其中所述電流反映了在所述功率開關斷開期間的能量傳遞元件輸入上的電壓。
27.如權利要求25的控制電源的方法，其中所述的在所述功率開關斷開期間採樣所述 能量傳遞元件輸入上的信號，包括接收來自跨接在能量傳遞元件輸入上的電阻分壓器的電 壓，其中所述來自電阻分壓器的電壓反映了在所述功率開關斷開期間的能量傳遞元件上的 電壓。
28.如權利要求25的控制電源的方法，進一步包括將所述功率開關斷開期間的來自所 述能量傳遞元件輸入的採樣信號與一閾值相比較。
29.如權利要求觀的控制電源的方法，進一步包括響應於所述電源的採樣輸出大於該 閾值，禁止所述功率開關在一個或多個隨後的時鐘周期中被切換。
30.如權利要求觀的控制電源的方法，進一步包括響應於所述電源的採樣輸出小於該 閾值，允許所述功率開關在下一時鐘周期期間被切換。
31.如權利要求25的控制電源的方法，進一步包括響應於所述電源的採樣輸出而調整 所述功率開關的電流極限。
全文摘要
本發明公開了一種用於高壓側輸入繞組調整的方法和裝置，其中一電源控制器被定位在高壓側或者被連接至功率轉換器的正供電軌。一種示例性電源控制電路包括被連接在第一和第二端子的功率開關。所述第一端子被連接至所述電源的正輸入供電軌。所述第二端子被連接至所述電源的能量傳遞元件輸入。採樣電路被連接至第三端子。所述採樣電路被連接，以在功率開關斷開期間採樣所述電源的能量傳遞元件輸入上的信號，從而提供所述電源的採樣輸出。在功率開關接通期間所述電源的採樣輸出禁止被所述採樣電路重採樣。控制電路被連接至所述採樣電路和功率開關，所述控制電路被連接以響應於所述電源的採樣輸出而切換功率開關。
文檔編號H02M3/335GK102044969SQ20101051057
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月13日 優先權日2009年10月14日
發明者D·M·H·馬修斯 申請人:電力集成公司