電源控制器和用於電源控制器的基準電路的製作方法
2023-05-24 01:41:16
電源控制器和用於電源控制器的基準電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電源控制器和用於電源控制器的基準電路。在一種實施例中電源控制器包括：被配置為接收代表AC輸入電壓的第一信號的輸入，所述AC輸入電壓具有第一周期並且具有為正弦波形的第一波形；具有用於接收所述第一信號的輸入的基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形的平方的第二波形的參考信號；以及被配置為形成用於控制開關以形成輸出電流的驅動信號的PWM控制器電路，所述驅動信號具有第二周期，所述PWM控制器電路被配置為使用所述參考信號來控制所述開關以使在所述第一周期內的所述輸出電流的第一均值形成為基本上恆定的並且使在所述第二周期內的所述輸出電流的第二均值形成為具有基本上為所述參考信號的所述平方正弦波形的第三波形。
【專利說明】電源控制器和用於電源控制器的基準電路
【技術領域】
[0001]本實用新型一般地涉及電子器件，並且更特別地涉及半導體、器件的結構以及形成半導體器件的方法。
【背景技術】
[0002]過去，半導體工業使用各種方法及電路來形成例如用於給發光二極體(LED)光源或電池充電器供電的應用以及各種其他應用的電源。典型地，電源使用隔離的反激(fly-back)變換器，以便提供在輸入和輸出元件之間的隔離。這些隔離的反激變換器典型地包括用於提供關於輸出電壓的狀態的信息的反饋電路。這些反饋電路通常包括用於在輸入和輸出元件之間提供隔離的光耦合器元件或變壓器。光耦合器和/或變壓器元件增加了系統的成本。變換器同樣可以已經包含用於提供關於輸出電流的信息的電路。
[0003]另外，所希望的是供電系統具有高功率因數，例如，大於0.7的功率因數。但是，這些應用的電源通常不會提供足夠的功率因數校正。
[0004]因此，所希望的是擁有具有較低的成本並且具有高功率因數校正的電源和/或其控制器，同樣希望的是擁有用於提供只使用有關電源的初級側的信息的這樣的特徵的電源和/或其控制器。
實用新型內容
[0005]本實用新型通過提供一種電源控制器解決至少一個現有技術的技術問題。電源控制器的特徵在於包括:被配置為接收代表AC輸入電壓的第一信號的輸入,所述AC輸入電壓具有第一周期並且具有正弦波形的第一波形；具有用於接收所述第一信號的輸入的基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形的平方的第二波形的參考信號；以及被配置為形成用於控制開關以形成輸出電流的驅動信號的PWM控制器電路，所述驅動信號具有第二周期，所述PWM控制器電路被配置為使用所述參考信號來控制所述開關以使在所述第一周期內的所述輸出電流的第一均值形成為基本上恆定並且使在所述第二周期內的所述輸出電流的第二均值形成為具有基本上為所述參考信號的平方正弦波形的第三波形。
[0006]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於在所述第一周期內的所述輸出電流的所述第一均值與參考信號的均值成比例。
[0007]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於所述基準電路被配置為使在所述第一周期內的所述參考信號的均值形成為基本上恆定。
[0008]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於所述基準電路包括求均值電路，所述求均值電路被配置為接收所述參考信號並形成代表所述參考信號的均值相對所述參考信號的期望均值的偏差的誤差信號。
[0009]本實用新型通過提供一種用於電源控制器的基準電路解決至少一個現有技術的技術問題。用於電源控制器的基準電路的特徵在於包括:基準電路被配置為接收代表具有第一波形的AC輸入信號的第一信號；以及基準電路被配置為形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一種波形的第二波形的參考信號。
[0010]根據一個實施例的基準電路，其特徵在於所述基準電路被配置為使所述第一信號倍乘於其自身，並且所述基準電路被配置為調節乘法器電路的比例值以將所述參考信號的均值形成為基本上為預定值。
[0011]本實用新型通過提供一種電源控制器解決至少一個現有技術的技術問題。電源控制器的特徵在於包括:所述電源控制器被配置為接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC輸入信號的第一信號，其中所述電源控制器被配置為形成具有第二周期的驅動信號來控制電源開關以形成輸出電流；以及所述電源控制器被配置為形成在所述第二周期內的具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第二波形的所述輸出電流的第一均值。
[0012]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於包括基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第三波形且在所述第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號；以及所述基準電路被配置為使所述第一信號倍乘於其自身以控制所述參考信號使其具有基本上為平方正弦波形的所述第三波形。
[0013]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於包括基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第三波形且在所述第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號；以及所述基準電路被配置為確定所述參考信號相對所述參考信號的期望均值的偏差並且使用所述偏差來調整所述參考信號的所述均值以使其基本上為預定值。
[0014]根據一個實施例的電源控制器，其特徵在於所述基準電路被配置為確定所述參考信號相對所述參考信號的期望均值的偏差包括:配置所述電源控制器以形成代表所述參考信號的瞬時值相對所述參考信號的所述期望均值的差異的誤差信號，確定所述誤差信號的均值，以及使用所述誤差信號的所述均值來調整所述參考信號的所述瞬時值。
[0015]本實用新型由此取得了相應的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1示意性地示出了包含根據本實用新型的電源控制器的電源系統的一部分的一種實施例的實例；
[0017]部分附圖標記說明:
[0018]6:電源
[0019]7:整流器
[0020]16:電流傳感元件
[0021]24:負載
[0022]43:基準電路
[0023]44:PWM 控制器
[0024]圖2示意性地示出了根據本實用新型的作為圖1的電源控制器的一種可替換實施例的電源控制器的一部分的一種實施例的實例；
[0025]部分附圖標記說明:
[0026]24:負載
[0027]58:求均值電路
[0028]44:PWM 控制器
[0029]圖3示意性地示出了根據本實用新型的作為圖1-2的基準電路的一種可替換實施例的基準電路的一部分的一種實施例的實例；
[0030]部分附圖標記說明:
[0031]44:PWM 控制器
[0032]83:基準
[0033]圖4示意性地示出了根據本實用新型的作為圖1-3的基準電路的一種可替換實施例的基準電路的一部分的一種實施例的實例；
[0034]部分附圖標記說明:
[0035]83:基準
[0036]102:延遲
[0037]圖5是具有根據本實用新型的在關於圖1-4和6的描述中所描述的某些信號的曲線的曲線圖；
[0038]部分附圖標記說明:
[0039]40:驅動信號
[0040]56:基準
[0041]圖6示意性地示出了根據本實用新型的作為圖1-4的基準電路的一種可替換實施例的基準電路的一部分的一種實施例的實例；
[0042]部分附圖標記說明:
[0043]83:基準
[0044]102:延遲
[0045]圖7示意性地示出了根據本實用新型的作為圖1-4和6的基準電路的一種可替換實施例的基準電路的一部分的一種實施例的實例；部分附圖標記說明:
[0046]44 =PWM 控制器
[0047]83:基準
[0048]以及
[0049]圖8示出了根據本實用新型的包含圖1-4和6-7的某些電路的半導體器件的放大平面圖。
[0050]為了圖示的簡單和清晰，在附圖中的元件並不一定是按比例的，並且在不同附圖中的相同附圖標記指示相同的元件，除非另有說明。另外，關於眾所周知的步驟和元件的描述和細節為了描述的簡潔性而被省略。如同本文所使用的，載流電極意指器件中用於將電流傳輸通過器件的元件，例如，MOS電晶體的源極或漏極、雙極型電晶體的發射極或集電極，或者二極體的陽極或陰極，而控制電極意指器件中用於控制通過器件的電流的元件，例如，MOS電晶體的柵極或者雙極型電晶體的基極。儘管器件在本文被解釋為特定的N溝道或P溝道器件，或者特定的N型或P型摻雜區，但是本領域技術人員應當意識到，互補器件根據本實用新型同樣是可能的。本領域技術人員應理解，導電類型指的是傳導藉以發生的機制，例如，通過空穴或電子的傳導，因此，導電類型並非指的是摻雜濃度而是摻雜類型，例如，P型或N型。本領域技術人員應當意識到，本文所使用的與電路操作相關的詞「在...期間」、「在...的同時」和「當...的時候」並不是意指動作在引發動作發生時立即發生的精確術語，而是可以在初始動作與由其引發的反應之間存在略微小的但卻合理的延遲，例如，各種傳播延遲。另外，術語「在...的同時」意指特定的動作至少在引發動作的發生期間的某一部分內發生。詞「近似」或「基本上」的使用意指元件的值具有預計將接近於規定值或規定位置的參數。但是，如同本【技術領域】所熟知的，總是會存在阻礙值或位置正好為規定的值或位置的較小差異。本【技術領域】已經很好地確定，高達至少百分之十(10% )(以及對於半導體摻雜濃度為高達百分之二十(20%))的差異都是相對正好為所述的理想目標的合理差異。在關於信號的狀態來使用時，術語「斷言的」意指信號的活動狀態，而術語「置否的」意指信號的非活動狀態。信號的實際電壓值或邏輯狀態(例如，「I」或「O」)取決於使用的是正邏輯還是負邏輯。因而，所斷言的能夠要麼是高電壓或高邏輯，要麼是低電壓或低邏輯，取決於使用的是正邏輯還是負邏輯，而所置否的可以要麼是低電壓或低態，要麼是高電壓或高邏輯，取決於使用的是正邏輯還是負邏輯。在本文中，使用正邏輯約定，但是本領域技術人員應當理解，負邏輯約定也同樣能夠使用。在權利要求書中或/和在【具體實施方式】中用作元件名稱的一部分的術語第一、第二、第三等被用於區分相似的元件，而不一定用於描述順序，不管是在時間上、空間上、排名上，還是在任何別的方式上。應當理解，這樣使用的術語在適當的情況下是可互換的，並且本文所描述的實施例能夠按照除了本文所描述的或所說明的順序之外的其他順序來操作。
[0051]所描述的附圖只是示意性的，並且是非限制性的。在附圖中，某些元件的尺寸出於圖示起見可以被放大，而不是按比例繪製。尺寸和相對尺寸對於本實用新型的實踐並不對應於實際縮減。
【具體實施方式】
[0052]圖1示意性地示出了具有降低的成本以及改進的功率因數校正的電源系統10的一部分的一種實施例的實例。系統10包括用於生成AC輸入電壓8的AC電壓源13，例如，家用電源或其他電壓源的體AC輸入電壓。電壓8具有由電壓源13的頻率確定的周期，該頻率典型為50或60赫茲(50或60Hz)，但在其他應用中也可以是其他頻率。本領域技術人員還應當意識到，電壓8典型地具有為正弦波形的包絡波形。系統10通常通過諸如全波橋型整流器之類的整流器來整流，以形成代表電壓8的電壓信號9。系統10的電壓輸入端子11和公共返回端子12接收信號9。
[0053]系統10典型地還包括初級側電源控制器35、開關(例如，電晶體14)，以及具有初級繞組18以及被用來隔離系統10的元件的次級繞組19的變壓器17。系統10的次級側典型地包括用於整流來自繞組19的信號的另一個整流器，例如，二極體21。在次級側的存儲與濾波電容器22有助於形成在系統10的輸出端子26與輸出返回端子27之間的輸出電壓。負載24典型地連接於端子26和27之間，用於接收輸出電流20和輸出電壓。
[0054]控制器35包括被配置用於接收代表電壓8的第一信號(例如，信號9)的輸入38，以及被配置用於給功率開關(例如，電晶體14)提供驅動信號40以控制電晶體14以便形成並控制輸出電流20的輸出410控制器35還包括被配置用於接收代表流過電晶體14和初級繞組18的初級電流15的值的電流傳感(CS)信號的電流傳感輸入42。電流傳感元件16通常有助於形成CS信號。元件16可以具有包含傳感FET類型的電晶體的傳感元件、串聯電阻器或電容分壓器或者其他眾所周知的電流傳感元件的各種實現方式。
[0055]控制器35被配置用於形成電流20，以具有在驅動信號40的周期內的均值，波形基本上為平方正弦波形。在另一種實施例中，控制器35被配置用於使在電壓8的周期內的電流20的均值形成為基本上恆定的。如同下文將可以進一步看出的，在圖5中示出了電流20的某些實例(例如，曲線134和135)。
[0056]控制器35典型地包括基準電路43和PWM控制器44。如同下文將可以進一步看出的，基準電路43被配置用於接收代表電壓8的信號，並且形成具有代表平方的電壓8的波形的，從而為平方正弦波形的波形的基準(Ref)信號56。電路43還被配置用於使信號56的均值(例如，在電壓8的周期內的均值)形成為基本上恆定的。如同下文將可以進一步看出的，在圖5中示出了基準信號(REF) 56的某些實例(例如，曲線132)。
[0057]在該優選實施例中，控制器35不接收代表形成於端子26和27之間的輸出電壓的值的信號，從而控制器35被配置用於在沒有被配置用於接收來自次級側的反饋信號的情況下並且在沒有被配置用於接收來自光耦合器的信號的情況下控制電流20。因而，缺少配置用於形成代表輸出電壓的值的反饋信號的光耦合器。另外，控制器35被配置用於在沒有來自變壓器17的次級繞組的信號的情況下僅使用由初級繞組18形成的信號來調節電流20的值。該優選實施例有助於降低控制器35以及使用控制器35的系統(例如，系統10)的成本。在另一種實施例中，控制器35還被配置用於在沒有被配置用於接收來自光耦合器的代表電流20的反饋信號的情況下控制電流20。
[0058]控制器35被配置用於接收用於操作在電壓輸入36與電壓返回37之間的控制器35的操作電壓。返回37典型地與公共返回端子12連接。電源可以被用來接收信號9並給輸入36提供操作電壓。
[0059]圖2示意性地示出了作為在關於圖1的描述中解釋的控制器35的一種可替換實施例的電源控制器45的一部分的一種實施例的實例。用於給在關於圖1的描述中解釋的控制器45提供操作電壓的電源的一個實例可以包含用於接收信號9的二極體28及電容器29。在其他實施例中，電源配置可以包含穩壓二極體或線性電壓調節器，或者作為二極體28和電容器29之一或兩者的代替或者除了它們之外的某些別的眾所周知的功率控制器。在某些實施例中，輸入36可以被配置用於接收來自端子11的作為操作電壓的信號9。電阻器34是在關於圖1的描述中描述的電流傳感元件的一種可替換實施例。
[0060]控制器45包括與在關於圖1的描述中描述的電路43相似的並作為它的一種可替換實施例的基準電路50。電路50被配置用於在輸入38上接收代表電壓8的第一信號33和/或信號9。典型地，信號9的值遠大於控制器45的電路所能夠接受的，因而，電阻器30和31的電阻分壓器被用來將信號9的值降低至信號33的值。在其他實施例中，可以使用其他裝置來形成代表電壓8的信號33。
[0061]圖5是具有可以包含控制器45的系統(例如，系統10(圖1))的某些信號的曲線的曲線圖。橫坐標指示時間，而縱坐標指示所示信號的增加值。曲線130示出了信號9的包絡波形，而曲線131示出了信號33的包絡波形。曲線132示出了基準(Ref)信號56的正弦平方波形。曲線133示出了校正信號69，該校正信號69將可在下文中看出。曲線134示出了在驅動信號40的周期內的電流20的均值，曲線135示出了電流20的瞬時形狀，而曲線137示出了驅動信號40。該描述包括對圖2和圖5的參考。
[0062]本領域技術人員應當意識到，電壓8的包絡波形是正弦波，因此信號9的包絡波形是代表電壓8的已整流的正弦波，包括信號的峰值和零值對應於電壓8的峰值和零值。電路50被配置用於使信號33倍乘於其自身，以便形成具有正弦平方包絡波形的信號56，如曲線131和132所示。乘法器54被用來執行信號33的乘法。本領域技術人員應當意識到，對已整流的正弦波(例如，信號9和/或33)求平方會形成基本上等價於平方正弦波的信號，如以下方程所示:
[0063](Vp.sin (cot))2 = (-Vp.sin (cot))2 = Vp2.sin2 (ω t)
[0064]電路50還被配置用於使在電壓8的周期內的信號56的均值形成為基本上恆定的(圖1)。電路50的求均值電路58被配置用於接收信號56並形成被用來使在電壓8的周期內的信號56的均值保持為基本上恆定的校正信號69。在一種實施例中，信號69被用來控制乘法器54的操作，以將信號56的均值控制為基本上恆定的。
[0065]在一種實施例中，控制器45被配置用於使用信號56來控制電流20，使得在信號40的周期內的電流20的均值具有基本上為如曲線134所示的正弦平方波形的包絡波形。在另一種實施例中，控制器45還被配置用於將在電壓8的周期內的電流20的均值控制為基本上恆定的且與信號56的均值成比例。
[0066]在一種可選的實施例中，控制器44還可以被配置用於接收代表在端子26和27之間的輸出電壓的值的反饋信號，並且用於將輸出電壓的值調節為期望值。對於這樣的示例實施例，使用控制器45的系統可以包括用於接收輸出電壓並形成反饋信號的光耦合器125。
[0067]圖3示意性地示出了作為電路43和50的一種可替換實施例的基準電路60的一部分的一種實施例的實例。電路60包含與例乘法器54相似的且作為它的一種可替換實施的乘法器64。電路60的求均值電路包括跨導放大器79和81，並且是電路58 (圖2)的一種可替換實施例。乘法器64的具體所示實例電路被配置用於對電流而非電壓來操作。因此，電路60和求均值電路包含同樣對電流進行操作的跨導放大器。在其他實施例中，乘法器64的電路以及放大器的類型可以是不同的，例如，被配置用於對電壓而非電流進行操作或者對兩者進行操作。乘法器64的電路配置是本領域技術人員所熟知的。例如，本領域技術人員都了解跨導線性電路。
[0068]跨導放大器62接收信號33並將其轉換為待施加於乘法器64的輸入66的電流70。來自放大器62的電流代表電壓8,包括代表電壓8的包絡波形。乘法器64將來自放大器62的電流信號倍乘於其自身，以在輸出67上形成電流78，使得電流78具有平方正弦波的包絡波形。電阻器80將電流78轉換成電壓以形成參考信號56，如曲線132所示。在其他實施例中，電阻器80可以替換為包含運算放大器的電流-電壓電路、並聯穩壓器或者用於將電流轉換為電壓的另一種電路。PWM控制器44接收信號56並使用信號56來控制電流20。
[0069]求均值電路的跨導放大器81接收信號56並形成代表信號56的均值相對信號56的期望均值的偏差的誤差信號82。放大器81接收在同相輸入上的信號56以及在異相輸入上的來自固定基準電路或基準83的固定參考信號，並形成誤差信號82。例如，信號82可以通過放大在來自基準83的預定值與信號56之間的偏差來形成。求均值電路形成誤差信號82的均值，並且使用誤差信號82的均值來形成校正信號69，該校正信號69被用來調整乘法器64的比例電流77以使信號56的均值保持為基本上恆定的。另一種實施例還包括:求均值電路被配置用於使信號56的均值保持為基本上等於基準電路83的值。放大器81被配置用於將誤差信號82形成為電流，並且被配置用於給包含電阻器85及電容器32和86的積分和過濾網絡供應電流。但是，本領域技術人員應當意識到，在一種實施例中，誤差信號還可以被形成為電壓。在該優選實施例中，電容器86被配置用於積分誤差信號82的瞬時值以形成代表誤差信號82的均值的信號88。電容器32和電阻器85有助於過濾均值信號。電容器32和86連同電阻器85 —起通常在電路60之外，但是在某些實施例中，這些器件中的任一個都可以包含於電路60之內。跨導放大器79在輸入48上接收代表誤差信號82的均值的信號，並且形成曲線133所示的被施加於乘法器64的比例輸入68的校正信號69。儘管信號69被不為電流77,但是在其他實施例中它可以是電壓。乘法器64響應於信號69來調整或調節電流78的值以增大或減小信號56的值，使得信號56的均值保持為基本上恆定的。在另一種實施例中，電路60被配置用於使在電壓8的周期內的信號56的均值形成為基本上等於預定值，例如，基本上與由基準83形成的參考信號的值成比例。本領域技術人員應當理解，信號56的均值可以在表示為與由基準83形成的參考信號的值成比例的目標值附近的某一值範圍之內變化。例如，目標值可以是I伏特(IV)，並且值範圍可以是在I伏特附近的正/負百分之五或十(5% -10% )。
[0070]信號56的瞬時值能夠由以下方程表不:
[0071 ] V56 = R80*K2* (V33*V33)/177)
[0072]其中；
[0073]K是放大器62的電壓-電流轉換的增益，
[0074]V56是信號56的瞬時電壓，
[0075]V33是在輸入66上的瞬時電壓，以及
[0076]177是來自信號69的電流77的值。
[0077]由於信號33是正弦信號，因而信號56是平方正弦信號。控制器60被配置使得在電壓8的周期內的電流20的均值被形成為基本上與信號56的均值成比例，並且能夠由以下方程表不:
[0078]120，avg = V56avg/ (2*N*R34)
[0079]其中；
[0080]120，avg是在電壓8的周期內的電流20的均值，
[0081]N是常數，
[0082]R34是電流傳感電阻器34的值；以及
[0083]V56avg是信號56的均值。
[0084]本領域技術人員應當理解，電流20的均值可以在方程所表示的目標值附近的某一值範圍之內變化。例如，目標值可以是I安培(IAmp)，並且值範圍可以是在I安培附近的正/負百分之五或十(5% -10% )。在另一種實施例中，電容器86和電阻器85可以被省略，並且放大器81的輸出可以連接至放大器79的輸入。在這樣的配置中，還可以省略輸出49。
[0085]乘法器64的輸入66被配置用於接收代表信號8的信號。乘法器64的輸出67被配置用於形成與放大器81的同相輸入連接的基準信號56。放大器81的異相輸入被連接用於接收來自基準電路83的參考電壓。放大器81的電流輸出被配置用於形成誤差信號82。放大器79的同相輸入被配置用於接收代表誤差信號82的均值的信號88。放大器79的異相輸入被連接用於接收來自返回37的公共返回信號。放大器79的輸出被配置用於形成與乘法器64的比例輸入68連接的校正信號69。
[0086]圖4示意性地示出了作為基準電路43、50和60的一種可替換實施例的基準電路90的一部分的一種實施例的實例。電路90與電路43、50和60類似，除了求均值電路92被用作在關於圖3的描述中所描述的求均值電路的一種可替換實施例之外。電路92被配置用於使用信號82來確定信號56的均值。電路92被配置用於檢測放大器81的狀態——源出電流(作為一種狀態)或匯入電流(作為另一種狀態)，並使用這兩種狀態來形成信號82的均值。電路92包括用來對信號82 (或者代表信號82的信號)的最大值和最小值採樣並使用該最大值和最小值來控制信號56的均值的採樣與保持電路。在另一種實施例中，採樣與保持電路使用信號82的最大值和最小值來計算信號82的均值。來自放大器81的誤差信號82具有與信號56相同的波形的交流分量。
[0087]求均值電路92包括用於檢測何時來自信號82的電流正由放大器81源出或者正由放大器81匯入的電流比較器93。放大器95起著緩衝器的作用，用於防止電路92加載放大器81的輸出以及防止其影響誤差信號82。在放大器82開始源出電流時(例如，如果信號56的值不小於基準83)，比較器93的輸出升高，從而指示信號82的值正在增加。邊緣檢測器97檢測到比較器93的輸出升高並生成脈衝。來自邊緣檢測器97的高電平(high)迫使或(OR)門99的輸出變為高電平，以將鎖存器101置位。將鎖存器101置位促使Q輸出升高。來自鎖存器101的高電平以及來自檢測器97的高電平迫使與(AND)門103的輸出升高並閉合開關106。閉合開關106連接待由放大器95充電的電容器109。開關106保持為閉合的，從而對電容器109充電達由延遲電路或延遲102確定的時間。由此允許電容器109充電到代表信號82的最小值的值，例如，最小瞬時值。在延遲102的延遲時間之後，開關106被斷開。
[0088]當信號56的值降低至不大於基準83的值時，放大器81開始匯入電流而不是源出電流。比較器93檢測到信號82的電流具有改變的狀態，該狀態迫使比較器93的輸出變為低電平(low)。來自比較器93的低電平由邊緣檢測器98檢測到，該邊緣檢測器98迫使或門99的輸出變為高電平(high)以再次對鎖存器101置位。鎖存器101的高電平的Q輸出以及來自檢測器98的高電平迫使與門104的輸出變為高電平，由此閉合開關107。閉合開關107將電容器110耦接至放大器95的輸出，使得電容器110充電至代表信號82的最大值的值。求和電路112對電容器109和110的電壓求和以形成指示誤差信號82的均值的信號88。
[0089]求均值電路92具有與放大器81的輸出連接的輸入，用於接收誤差信號82。比較器93具有與電路92的輸入連接的同相輸入以及為接收參考信號94而連接的異相輸入。比較器93的輸出連接至邊緣檢測器97的輸入以及逆變器96的輸入，該逆變器96具有與邊緣檢測器98的輸入連接的輸出。邊緣檢測器97的輸出連接至或門99的第一輸入以及與門103的第一輸入。邊緣檢測器98的輸出連接至或門99的第二輸入以及與門104的第一輸入。或門99的輸出與鎖存器101的置位輸入連接。鎖存器101的復位輸入與延遲102的輸出連接，該延遲102具有與鎖存器101的立方(cube)或輸出連接的輸入。鎖存器101的Q輸出連接至門103的第二輸入以及門104的第二輸入。門103的輸出與開關106的控制輸入連接。開關106的輸入與放大器95的輸出連接，而開關106的輸出與求和電路112的第一輸入連接。電容器109的第一端子與開關106的輸出連接,而電容器109的第二端子與返回37連接。門104的輸出與開關107的控制輸入連接。開關107的輸入與放大器95的輸出連接，而開關107的輸出與電路112的第二輸入連接。電容器110的第一端子與開關107的輸出連接，而電容器110的第二端子與返回37連接。
[0090]圖6示意性地示出了包含求均值電路115的基準電路114的一部分的一種實施例的實例。電路114與電路90類似，除了求均值電路115被用作在關於圖4的描述中所描述的求均值電路92的一種可替換實施例之外。在一種實施例中，電路115與電路92類似，除了電路115被配置用於響應於電壓8的最小值和最大值而對信號82 (或者代表信號82的信號)的值採樣之外。為了促進該操作，電流基準94由來自固定電壓基準117的電壓替代，該電壓被施加於比較器93的異相輸入。電路115被配置用於響應於電壓8從最小值開始增大而使比較器93的輸出升高，並且響應於電壓8從最大值開始減小而使輸出降低。微分器電路被配置用於接收代表電壓8的信號，例如，信號33，並且在電壓8的上升沿和下降沿處形成脈衝。這些脈衝代表分別從電壓8的最小值起增大的以及從電壓8的最大值起減小的電壓8。
[0091]圖7示意性地示出了作為基準電路43、50、60、90和114的一種可替換實施例的基準電路160的一部分的一種實施例的實例。電路160與電路43、50、60、90和114類似，除了電路160被配置用於形成具有在驅動信號40的周期內的均值且波形基本上為正弦波形的電流20之外。
[0092]電路160包括成形電路164。電路164被配置用於接收代表電壓8的信號，並形成具有代表電壓8的波形的波形的基準(Ref)信號156。在一種實施例中，電壓8代表正弦波形。電路160被配置用於使在電壓8的周期內的信號156的均值形成為基本上與信號56的均值相同的。信號82的值和波形基本上與電路60的信號82的相同。在一種實施例中，電流源182和183形成基本上相等的電流，例如，電流184。電路164的基準電流178的值能夠由以下方程表示:
[0093]1178 = 1167*1184/1171
[0094]其中；
[0095]1178是電路164的電流178的值，
[0096]1167是到電路164之內的輸入電流，
[0097]1184是來自電流源182或183的電流184的值，以及
[0098]1171是來自信號69的電流171的值。
[0099]信號156的瞬時值能夠由以下方程表不:
[0100]V156 = R80*K*V33*I184/1171
[0101]其中；
[0102]K是電壓-電流轉換放大器62的增益，
[0103]V156是信號156的瞬時電壓，
[0104]R80是電阻器80的電阻，
[0105]V33是在輸入66上的瞬時電壓，以及
[0106]1171是來自信號69的電流171的值。
[0107]由於信號33是正弦信號，因而信號56同樣是正弦信號。控制器160被配置使得在電壓8的周期內的電流20的均值被形成為基本上與信號156的均值成比例的，並且能夠由以下方程表示:
[0108]120, avg = V156avg/(2*N*R34)
[0109]其中；
[0110]120，avg是在電壓8的周期內的電流20的均值，
[0111]N是常數，
[0112]R34是電流傳感電阻器34的值；以及
[0113]V156avg是信號156的均值。
[0114]控制器44(圖1)被配置用於使用信號156來控制電流20，使得在信號40的周期內的電流20的均值具有為基本上正弦信號波形而非平方正弦信號波形的波形。在另一種實施例中，控制器35(圖1)被配置用於使在電壓8的周期內的電流20的均值形成為基本上恆定的。
[0115]本領域技術人員應當意識到，可替換實施例可以包括使用與電路43和164兩者類似的電路的控制器，例如，與控制器35(圖1)類似的控制器。例如，電路43和164可以被配置為並行的，以形成用於控制電流20的值的各個信號56和156。
[0116]圖8示出了形成於半導體管芯141上的半導體器件或集成電路140的一種實施例的一部分的放大平面圖。控制器35或45和/或電路43、50、60、90、114和/或160中的任一個都可以形成於管芯141上。管芯141還可以包含出於附圖的簡潔起見而沒有示出於圖8中的其他電路。控制器35或45以及器件或集成電路140通過本領域技術人員所熟知的半導體製造技術形成於管芯141上。
[0117]根據上述全部內容，本領域技術人員能夠確定，根據一種實施例，電源控制器可以包含:
[0118]配置用於接收代表AC輸入電壓的第一信號的輸入，AC輸入電壓具有第一周期並且具有為正弦波形的第一波形；具有用於接收第一信號的輸入的基準電路，該基準電路被配置用於形成具有基本上為第一波形的平方的第二波形的參考信號；以及配置用於形成用於控制開關以形成輸出電流的驅動信號的PWM控制器電路，驅動信號具有第二周期，PWM控制器電路被配置用於使用參考信號來控制開關以使在第一周期內的輸出電流的第一均值形成為基本上恆定的並且使在第二周期內的輸出電流的第二均值形成為具有基本上為參考信號的平方正弦波形的第三波形。
[0119]在另一種實施例中，在第一周期內的輸出電流的第一均值可以與參考信號的均值成比例。
[0120]另一種實施例可以包括配置用於使在第一周期內的參考信號的均值形成為基本上恆定的基準電路。
[0121]另一種實施例還可以包括配置用於接收參考信號並形成代表參考信號的均值相對參考信號的期望均值的偏差的誤差信號的求均值電路。
[0122]另一種實施例可以包括用於將第一信號倍乘於其自身以形成第二波形的乘法器。
[0123]在另一種實施例中，基準電路可以調節乘法器的比例值，用於控制乘法器以使參考信號的均值形成為基本上恆定的。
[0124]本領域技術人員還應當意識到，一種用於形成參考信號的方法可以包括:
[0125]配置基準電路以接收代表具有第一波形的AC輸入信號的第一信號；並且配置基準電路以形成具有代表第一波形或第一波形平方中的一種波形的第二波形的參考信號。
[0126]在另一種實施例中，該方法可以包括配置基準電路以使參考信號的均值形成為基本上恆定的。
[0127]另一種實施例可以包括配置基準電路以形成具有基本上為正弦波形或正弦平方波形的波形的參考信號。
[0128]又一種實施例可以包括形成基準電路，用於調節乘法器電路的比例值以形成參考信號的均值以使其基本上為預定值。
[0129]本領域技術人員還應當理解，一種用於形成電源控制器的方法可以包括:
[0130]形成用於接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC輸入信號的第一信號的電源控制器，包括形成用於形成具有第二周期的驅動信號以控制電源開關來形成輸出電流的電源控制器；並且配置電源控制器以形成在第二周期內的具有基本上為第一波形或第一波形平方中的一種波形的第二波形的輸出電流的第一均值。
[0131]該方法的另一種實施例可以包括配置電源控制器的基準電路以形成具有基本上為第一波形或第一波形平方中的一種波形的第三波形的且在第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號。
[0132]另一種實施例可以包括配置電源控制器以使在第一周期內的輸出電流的第二均值形成為與參考信號的均值成比例的。
[0133]在另一種實施例中，該方法可以包括配置基準電路以使第一信號倍乘於其自身，以控制參考信號使其具有基本上為平方正弦波形的第三波形。
[0134]又一種實施例可以包括配置基準電路以確定參考信號相對參考信號的期望均值的偏差並且使用該偏差來調整參考信號的均值使其基本上為預定值。
[0135]另一種實施例可以包括形成代表參考信號的瞬時值相對參考信號的期望均值的差異的誤差信號，用於確定誤差信號的均值，並且使用誤差信號的均值來調整參考信號的瞬時值。
[0136]又一種實施例可以包括配置採樣與保持電路，用於對誤差信號的最大值和最小值採樣，並且對所採樣的最大值和最小值求和以確定誤差信號的均值。
[0137]另一種實施例可以包括配置採樣與保持電路以確定下列項之一:誤差信號的近似最大值和最小值或者AC輸入信號相對AC輸入信號的DC值的近似正差異和負差異。
[0138]本領域技術人員還應當理解，該方法可以形成通過在電路被給出之後去除詞「配置(configuring) 」且插入詞「配置的(configured) 」的方法來描述的基準電路。
[0139]根據上述全部內容，本領域技術人員能夠確定，根據一種實施例，電源控制器可以包含:配置用於接收代表AC輸入電壓的第一信號的輸入，所述AC輸入電壓具有第一周期並且具有為正弦波形的第一波形；具有用於接收所述第一信號的輸入的基準電路，所述基準電路被配置用於形成具有基本上為所述第一波形的平方的第二波形的參考信號；以及配置用於形成用於控制開關以形成輸出電流的驅動信號的PWM控制器電路，所述驅動信號具有第二周期，所述PWM控制器電路被配置用於使用所述參考信號來控制所述開關以使在所述第一周期內的所述輸出電流的第一均值形成為基本上恆定的並且使在所述第二周期內的所述輸出電流的第二均值形成為具有基本上為所述參考信號的所述平方正弦波形的第三波形。
[0140]在一個實施例中，其中在所述第一周期內的所述輸出電流的所述第一均值與參考信號的均值成比例。
[0141]在一個實施例中，其中所述基準電路被配置用於使在所述第一周期內的所述參考信號的均值形成為基本上恆定的。
[0142]在一個實施例中，其中所述基準電路包括被配置用於接收所述參考信號並形成代表所述參考信號的所述均值相對所述參考信號的期望均值的偏差的誤差信號的求均值電路。
[0143]在一個實施例中，其中所述求均值電路包括配置用於對所述誤差信號的最大值和最小值採樣並使用所述誤差信號的所述最大值和最小值來調整所述參考信號的所述均值的採樣與保持電路。
[0144]在一個實施例中，其中所述採樣與保持電路被配置用於檢測所述誤差信號的所述最大值和最小值並且對所述誤差信號的值採樣以響應於所述誤差信號的所述最大值和最小值的交替檢測而使電容器交替。
[0145]在一個實施例中，其中所述基準電路包括用於使所述第一信號倍乘於其自身以形成所述第二波形的乘法器。
[0146]在一個實施例中，其中所述基準電路被配置用於調節所述乘法器的比例值以控制所述乘法器以使所述參考信號的均值形成為基本上恆定的。
[0147]根據上述全部內容，本領域技術人員能夠確定，根據一種實施例，一種用於形成基準電路的方法包括:配置所述基準電路用於接收代表具有第一波形的AC輸入信號的第一信號；並且配置所述基準電路用於形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一種波形的第二波形的參考信號。
[0148]在一個實施例中，其中配置所述基準電路用於形成所述參考信號包括配置所述基準電路用於使所述參考信號的均值形成為基本上恆定的。
[0149]在一個實施例中，其中配置所述基準電路用於形成所述參考信號包括形成所述基準電路用於使所述第一信號倍乘於其自身。
[0150]在一個實施例中，還包括形成所述基準電路用於調節乘法器電路的比例值以形成所述參考信號的均值使其基本上為預定值。
[0151]根據上述全部內容，本領域技術人員能夠確定，根據一種實施例，一種用於形成電源控制器的方法包括:形成所述電源控制器用於接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC輸入信號的第一信號，包括形成所述電源控制器用於形成具有第二周期的驅動信號來控制電源開關以形成輸出電流；並且配置所述電源控制器用於形成在所述第二周期內的具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第二波形的所述輸出電流的第一均值。
[0152]在一個實施例中，其中配置所述電源控制器用於形成所述輸出電流的所述第一均值包括配置所述電源控制器的基準電路用於形成具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第三波形的且在所述第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號。
[0153]在一個實施例中，還包括配置所述電源控制器用於使在所述第一周期內的所述輸出電流的第二均值形成為與所述參考信號的所述均值成比例的。
[0154]在一個實施例中，其中配置所述電源控制器的所述基準電路用於形成所述參考信號包括配置所述基準電路用於使所述第一信號倍乘於其自身以控制所述參考信號使其具有基本上為所述平方正弦波形的所述第三波形。
[0155]在一個實施例中，其中配置所述電源控制器的所述基準電路用於形成所述參考信號包括配置所述基準電路用於確定所述參考信號相對所述參考信號的期望均值的偏差並且使用所述偏差來調整所述參考信號的所述均值以使其基本上為預定值。
[0156]在一個實施例中，其中配置所述基準電路用於確定所述參考信號相對所述期望均值的所述偏差包括形成代表所述參考信號的瞬時值相對所述參考信號的所述期望均值的差異的誤差信號，用於確定所述誤差信號的均值，並且用於使用所述誤差信號的所述均值來調整所述參考信號的所述瞬時值。
[0157]在一個實施例中，其中配置所述基準電路用於確定所述誤差信號的均值包括配置採樣與保持電路用於對所述誤差信號的最大值和最小值採樣，並且用於對所述採樣的最大值和採樣的最小值求和以確定所述誤差信號的所述均值。
[0158]在一個實施例中，其中配置所述採樣與保持電路包括配置所述採樣與保持電路用於確定下列項之一:所述誤差信號的近似最大值和最小值或者所述AC輸入信號相對各自的最大值或最小值的近似正差異和負差異。
[0159]鑑於上述全部內容，很明顯，新型的器件及方法已經被公開。除了其他特徵外，所包含的是形成電源控制器，用於控制由電源控制器形成的輸出電流以形成在驅動信號的周期內的具有基本上為平方正弦波形的包絡波形的輸出電流的均值。在另一種實施例中，電源控制器被配置用於控制輸出電流，以形成在驅動信號的周期內的具有基本上為正弦波形的包絡波形的輸出電流的均值。還包括形成電源控制器，用於控制輸出電流以使在輸入AC電壓的周期內的輸出電流的均值形成為具有基本上恆定的平均值。只使用在電源的初級側上的信息來控制輸出電流便於在不使用光耦合器的情況下控制輸出電流，由此降低電源控制器以及使用電源控制器的系統的成本。配置電源控制器以使用代表輸入AC電壓的信號有助於提高功率因數，並且還可以有助於降低成本。
[0160]雖然以上描述的主題是通過具體優選實施例和示例實施例來描述的，但是上述附圖及其描述僅示出本主題的典型的示例實施例，並且因此不應被認為是對本實用新型範圍的限定。很明顯，許多可選方案和變體對於本領域技術人員應當是顯而易見的。本領域技術人員應當理解，控制器35和45的所述示例形式連同電路43、50、60、90和114 一起被用作用於解釋方法及結構的工具。但是，同樣能夠使用其他實施例。儘管在反激式電源系統應用中示出了控制器35和45，但是它們可以用於其他各種熟知類型的電源系統中。信號33被解釋為代表著電壓8和/或信號9。在一種實施例中，信號9具有代表已整流的正弦波的波形。在其他實施例中，可以在形成信號33之前將偏移電壓添加於信號8或信號9。
[0161]如同隨附的權利要求書所反映的，本實用新型的各方面可以在於少於前文公開的單種實施例的全部特徵。因而，隨附給出的權利要求書由此明確地併入【具體實施方式】中，每個權利要求都單獨代表本實用新型的單獨一種實施例。而且，雖然本文所描述的某些實施例包括一些未包含於其他實施例之內的其他特徵，但是，如同本領域技術人員所理解的，不同實施例的特徵的組合意指屬於本實用新型的範圍之內，並且形成不同的實施例。
【權利要求】
1.一種電源控制器,其特徵在於包括: 被配置為接收代表AC輸入電壓的第一信號的輸入，所述AC輸入電壓具有第一周期並且具有正弦波形的第一波形； 具有用於接收所述第一信號的輸入的基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形的平方的第二波形的參考信號；以及 被配置為形成用於控制開關以形成輸出電流的驅動信號的PWM控制器電路，所述驅動信號具有第二周期，所述PWM控制器電路被配置為使用所述參考信號來控制所述開關以使在所述第一周期內的所述輸出電流的第一均值形成為基本上恆定並且使在所述第二周期內的所述輸出電流的第二均值形成為具有基本上為所述參考信號的平方正弦波形的第三波形。
2.根據權利要求1所述的電源控制器，其特徵在於在所述第一周期內的所述輸出電流的所述第一均值與參考信號的均值成比例。
3.根據權利要求1所述的電源控制器，其特徵在於所述基準電路被配置為使在所述第一周期內的所述參考信號的均值形成為基本上恆定。
4.根據權利要求3所述的電源控制器，其特徵在於所述基準電路包括求均值電路，所述求均值電路被配置為接收所述參考信號並形成代表所述參考信號的均值相對所述參考信號的期望均值的偏差的誤差信號。
5.一種用於電源控制器的基準電路，其特徵在於包括: 基準電路被配置為接收代表具有第一波形的AC輸入信號的第一信號；以及 基準電路被配置為形成具有代表所述第一波形的平方或所述第一波形中的一種波形的第二波形的參考信號。
6.根據權利要求5所述的基準電路，其特徵在於所述基準電路被配置為使所述第一信號倍乘於其自身，並且 所述基準電路被配置為調節乘法器電路的比例值以將所述參考信號的均值形成為基本上為預定值。
7.—種電源控制器,其特徵在於包括: 所述電源控制器被配置為接收代表具有第一周期且具有第一波形的AC輸入信號的第一信號，其中所述電源控制器被配置為形成具有第二周期的驅動信號來控制電源開關以形成輸出電流；以及 所述電源控制器被配置為形成在所述第二周期內的具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第二波形的所述輸出電流的第一均值。
8.根據權利要求7所述的電源控制器，其特徵在於包括基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第三波形且在所述第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號；以及 所述基準電路被配置為使所述第一信號倍乘於其自身以控制所述參考信號使其具有基本上為平方正弦波形的所述第三波形。
9.根據權利要求7所述的電源控制器，其特徵在於包括基準電路，所述基準電路被配置為形成具有基本上為所述第一波形或所述第一波形的平方中的一種波形的第三波形且在所述第一周期內具有基本上恆定的均值的參考信號；以及 所述基準電路被配置為確定所述參考信號相對所述參考信號的期望均值的偏差並且使用所述偏差來調整所述參考信號的所述均值以使其基本上為預定值。
10.根據權利要求9所述的電源控制器，其特徵在於所述基準電路被配置為確定所述參考信號相對所述參考信號的期望均值的偏差包括:配置所述電源控制器以形成代表所述參考信號的瞬時值相對所述參考信號的所述期望均值的差異的誤差信號，確定所述誤差信號的均值，以及使用所述誤差信號的所述均值來調整所述參考信號的所述瞬時值。
【文檔編號】H02M1/42GK204131387SQ201420342743
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2013年7月17日
【發明者】J·特爾奇, S·孔塞伊 申請人:半導體元件工業有限責任公司