用於電源變換系統中的峰值電流調節的系統和方法
2023-05-14 11:06:11
專利名稱：用於電源變換系統中的峰值電流調節的系統和方法
技術領域：
本發明涉及集成電路。更具體地，本發明提供對峰值電流的調節。僅僅作為示例，本發明已應用於電源變換系統。但是將認識到，本發明具有更廣泛的應用範圍。
背景技術：
一般地，傳統電源變換系統經常使用變壓器來隔離初級側上的輸入電壓和次級側上的輸出電壓。為了調整輸出電壓，諸如TL431和光電耦合器之類的某些組件可被用來將反饋信號從次級側發送到初級側上的控制器晶片。替代地，次級側上的輸出電壓可被反映到初級側，因此通過直接調節初級側上的一些參數來控制該輸出電壓。
圖1 (a)是示出具有初級側感測和調整的傳統反激式電源變換系統的簡化示圖。該電源變換系統100包括初級繞組110、次級繞組112、輔助繞組114、電源開關120、電流感測電阻器130、輸出電纜的等效電阻器140、電阻器150和152以及整流二極體160。例如，電源開關120是雙極型結型電晶體。在另一示例中，電源開關120是MOS電晶體。為了在預定範圍內調整輸出電壓，通常需要提取與輸出電壓和輸出負載有關的信息。在電源變換系統100中，這樣的信息可通過輔助繞組114來提取。當電源開關120接通時，能量被存儲在次級繞組112中。然後，當電源開關120關斷時，所存儲的能量被釋放到輸出端，並且輔助繞組114的電壓如下所示這樣映射次級側上的輸出電壓。
權利要求
1.一種用於電源變換系統的調整輸出的系統控制器，該系統控制器包括 信號生成器，被配置為至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號並且接收指示流經所述初級繞組的初級電流的大小的第二信號，並且生成第三信號；以及 調製和驅動組件，被配置為至少接收所述第三信號，至少基於與所述第三信號相關聯的信息生成驅動信號，並且將所述驅動信號輸出給開關以影響所述初級電流； 其中，所述信號生成器以及所述調製和驅動組件還被配置為 如果所述電源變換系統的輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的輸出電流落在第一預定範圍內，則至少基於與所述輸入電壓的大小相關聯的信息生成調製信號來作為所述驅動信號，而不考慮流經所述初級繞組的所述初級電流的大小；以及 如果所述輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述輸出電流落在第二預定範圍內，則生成至少基於與所述初級電流的大小相關聯的信息生成調製信號來作為所述驅動信號，而不考慮所述輸入電壓的大小。
2.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述信號生成器還被配置為 如果所述輸出電流的大小大於第一閾值且小於第二閾值，則判定所述電源變換系統的所述輸出電流落在所述第一預定範圍內；以及 如果所述輸出電流的大小大於所述第二閾值且小於第三閾值，則判定所述輸出電流落在所述第二預定範圍內。
3.根據權利要求2所述的系統控制器，其中 所述調製信號對應於調製頻率；以及 所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第一閾值且小於所述第二閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就使所述調製頻率保持在預定頻率值。
4.根據權利要求3所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第一閾值且小於所述第二閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就向所述開關輸出所述調製信號以使得所述初級電流的峰值增大。
5.根據權利要求4所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第二閾值且小於第四閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就增大所述調製頻率，所述第四閾值的大小小於所述第三閾值。
6.根據權利要求5所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第二閾值且小於所述第四閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就向所述開關輸出所述調製信號以使得所述初級電流的峰值不變。
7.根據權利要求6所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第四閾值且小於第五閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就增大所述調製頻率，所述第五閾值的大小小於所述第三閾值。
8.根據權利要求7所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第四閾值且小於所述第五閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就向所述開關輸出所述調製信號以使得所述初級電流的峰值增大。
9.根據權利要求8所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第五閾值且小於所述第三閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就增大所述調製頻率。
10.根據權利要求9所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第五閾值且小於所述第三閾值，則如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，就向所述開關輸出所述調製信號以使得所述初級電流的峰值不變。
11.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件包括 調製組件，被配置為至少接收所述第三信號並且至少基於與所述第三信號相關聯的信息生成第四信號；以及 驅動組件，被配置為接收所述第四信號並且至少基於與所述第四信號相關聯的信息向所述開關輸出所述驅動信號。
12.根據權利要求1所述的系統控制器，還包括 誤差放大器，被配置為至少接收所述電源變換系統的反饋信號並且至少基於與所述反饋信號相關聯的信息生成放大信號；以及 信號處理組件，被配置為接收所述放大信號並且至少基於與所述放大信號相關聯的信息向所述信號生成器輸出電壓信號。
13.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述信號生成器包括 斜坡信號生成器，被配置為至少接收所述第一信號，處理與所述第一信號相關聯的信息，並且至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第四信號； 第一比較器，被配置為接收所述第四信號和與所述電源變換系統的反饋信號相關聯的第五信號，並且至少基於與所述第四信號和所述第五信號相關聯的信息生成第一比較信號；以及 第二比較器，被配置為接收所述第四信號和閾值信號並且至少基於與所述第四信號和所述閾值信號相關聯的信息生成第二比較信號。
14.根據權利要求13所述的系統控制器，其中，所述信號生成器還包括信號處理器，被配置為接收所述第一比較信號和所述第二比較信號並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成所述第三信號。
15.根據權利要求13所述的系統控制器，其中，所述第四信號是斜坡信號，所述斜坡信號包括針對與所述驅動信號相對應的每個開關周期的信號脈衝。
16.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的雙極結型電晶體以影響所述初級電流。
17.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的金屬氧化物半導體場效應電晶體以影響所述初級電流。
18.根據權利要求1所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的絕緣柵雙極型電晶體以影響所述初級電流。
19.一種用於電源變換系統的調整輸出的系統控制器，該系統控制器包括 信號生成器，被配置為至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號，處理與所述第一信號相關聯的信息，並且至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第二信號；以及 調製和驅動組件，被配置為至少接收所述第二信號，至少基於與所述第二信號相關聯的信息生成驅動信號，並且將所述驅動信號輸出給開關以影響流經所述初級繞組的初級電流； 其中 所述信號生成器以及所述調製和驅動組件還被配置為如果所述電源變換系統的輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的輸出電流落在第一預定範圍內，則生成與脈衝寬度和調整頻率相對應的脈寬調製信號作為所述驅動信號；以及 如果所述輸入電壓增大並且如果所述輸出電壓和所述輸出電流保持恆定，則所述脈衝寬度減小。
20.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述電源變換系統的所述輸出電壓在所述恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的所述輸出電流落在第一預定範圍內，則生成與所述脈衝寬度和所述調製頻率相對應的所述脈寬調製信號作為所述驅動信號，以使得如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，則所述初級電流的峰值增大。
21.根據權利要求20所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述電源變換系統的所述輸出電壓在所述恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的所述輸出電流落在第一預定範圍內，則生成與所述脈衝寬度和所述調製頻率相對應的所述脈寬調製信號作為所述驅動信號，以使得如果所述輸出電流增大並且如果所述輸出電壓和所述輸入電壓保持恆定，則所述初級電流的峰值線性地增大。
22.根據權利要求20所述的系統控制器，其中，所述調製頻率相對於所述輸出電流是恆定的。
23.根據權利要求20所述的系統控制器，其中，所述第一信號與所述輸入電壓的大小成比例。
24.根據權利要求20所述的系統控制器，其中，所述信號生成器還被配置為如果所述輸出電流的大小大於第一閾值且小於第二閾值，則判定所述電源變換系統的所述輸出電流落在所述第一預定範圍內。
25.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述電源變換系統的輸出電壓在所述恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的所述輸出電流落在第一預定範圍內，則至少基於與所述輸入電壓的大小相關聯的信息生成所述脈寬調製信號作為所述驅動信號，而不考慮流經所述初級繞組的所述初級電流的大小。
26.根據權利要求25所述的系統控制器，其中，所述信號生成器和所述調製和驅動組件還被配置為如果所述輸出電壓在所述恆壓模式中被調整並且所述輸出電流落在第二預定範圍內，則至少基於與所述初級電流的大小相關聯的信息生成所述脈寬調製信號作為所述驅動信號，而不考慮流所述輸入電壓的大小。
27.根據權利要求26所述的系統控制器，其中，所述信號生成器還被配置為如果所述輸出電流的大小大於所述第二閾值且小於第三閾值，則判定所述電源變換系統的所述輸出電流落在所述第二預定範圍內。
28.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述信號生成器包括 斜坡信號生成器，被配置為至少接收所述第一信號，處理與所述第一信號相關聯的信息，並且至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第三信號； 第一比較器，被配置為接收所述第三信號和與所述電源變換系統的反饋信號相關聯的第四信號，並且至少基於與所述第三信號和所述第四信號相關聯的信息生成第一比較信號；以及 第二比較器，被配置為接收所述第三信號和閾值信號並且至少基於與所述第三信號和所述閾值信號相關聯的信息生成第二比較信號。
29.根據權利要求28所述的系統控制器，其中，所述信號生成器還包括信號處理器，被配置為接收所述第一比較信號和所述第二比較信號並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成所述第二信號。
30.根據權利要求28所述的系統控制器，其中，所述第三信號是斜坡信號，所述斜坡信號包括針對與所述驅動信號相對應的每個開關周期的信號脈衝。
31.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的雙極結型電晶體以影響所述初級電流。
32.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的金屬氧化物半導體場效應電晶體以影響所述初級電流。
33.根據權利要求19所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的絕緣柵雙極型電晶體以影響所述初級電流。
34.一種用於電源變換系統的調整輸出的系統控制器，該系統控制器包括 信號生成器，被配置為至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號，處理與所述第一信號相關聯的信息，並且至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第二信號； 第一比較器，被配置為接收所述第二信號和與所述電源變換系統的反饋信號相關聯的第三信號，並且至少基於與所述第二信號和所述第三信號相關聯的信息生成第一比較信號; 第二比較器，被配置為接收所述第二信號和閾值信號，並且至少基於與所述第二信號和所述閾值信號相關聯的信息生成第二比較信號； 調製和驅動組件，被配置為至少接收所述第一比較信號和所述第二比較信號，至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成驅動信號，並且將所述驅動信號輸出給開關以影響流經所述初級繞組的初級電流； 其中，所述調製和驅動組件還被配置為 如果所述第三信號的大小大於所述閾值信號，則如果所述第二信號小於所述第三信號，則輸出閉合所述開關的所述驅動信號；以及 如果所述閾值信號的大小大於所述第三信號，則如果所述第二信號小於所述閾值信號，則輸出閉合所述開關的所述驅動信號。
35.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述第二信號是斜坡信號，所述斜坡信號包括針對與所述驅動信號相對應的每個開關周期的信號脈衝。
36.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述第一比較器還配置為接收與如下放大信號相關聯的所述第三信號，所述放大信號由誤差放大器至少基於與所述電源變換系統的反饋信號相關聯的信息生成。
37.根據權利要求34所述的系統控制器，其中 所述調製和驅動組件包括或門，被配置為接收所述第一比較信號和所述第二比較信號並且生成邏輯信號；以及 所述調製和驅動組件還配置為至少基於與所述邏輯信號相關聯的信息生成所述驅動信號。
38.根據權利要求34所述的系統控制器，其中 所述調製和驅動組件還被配置為向所述信號生成器輸出所述驅動信號；以及 所述信號生成器還被配置為處理與所述驅動信號相關聯的信息，並且至少基於與所述第一信號和所述驅動信號相關聯的信息生成所述第二信號。
39.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件包括 信號處理器，被配置為接收所述第一比較信號和所述第二比較信號並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成第一經處理信號； 調製組件，被配置為至少接收所述第一經處理信號並且至少基於與所述第一經處理信號相關聯的信息生成調製信號；以及 驅動組件，被配置為接收所述調製信號並且生成所述驅動信號。
40.根據權利要求39所述的系統控制器，其中，所述信號處理器包括 第一或門，被配置為接收所述第一比較信號和所述第二比較信號並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成第二經處理信號； 第二或門，被配置為接收所述第二經處理信號和與前沿消隱時段相關聯的第一前沿消隱信號，並且至少基於與所述第二經處理信號和所述第一前沿消隱信號相關聯的信息生成所述第一經處理信號。
41.根據權利要求40所述的系統控制器，還包括 前沿消隱組件，被配置為接收與所述前沿消隱時段相關聯的第二前沿消隱信號和與流經所述初級繞組的所述初級電流相關聯的電流感測信號，並且至少基於與所述第二前沿消隱信號和所述電流感測信號相關聯的信息生成第三經處理信號；以及 第三比較器，被配置為接收與所述電源變換系統的所述反饋信號相關聯的第四信號和與所述第三經處理信號相關聯的第五信號，並且至少基於與所述第四信號和所述第五信號相關聯的信息生成第三比較信號。
42.根據權利要求41所述的系統控制器，還包括第三或門，被配置為接收所述第三比較信號和所述第二前沿消隱信號並且向所述調製和驅動組件輸出第四經處理信號。
43.根據權利要求42所述的系統控制器，其中，在所述前沿消隱時段期間，所述第一前沿消隱信號為邏輯高電平並且所述第二前沿消隱信號為邏輯低電平。
44.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述信號生成器包括電容器，被配置為接收所述第一信號並且生成所述第二信號；以及 開關組件，被配置為響應於開關信號而閉合或斷開； 其中 如果所述開關組件斷開，則所述電容器被配置為響應於所述第一信號被充電；以及 如果所述開關組件閉合，則所述電容器被配置為通過所述開關組件放電。
45.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的雙極結型電晶體以影響所述初級電流。
46.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的金屬氧化物半導體場效應電晶體以影響所述初級電流。
47.根據權利要求34所述的系統控制器，其中，所述調製和驅動組件還被配置為將所述驅動信號輸出給作為所述開關的絕緣柵雙極型電晶體以影響所述初級電流。
48.一種用於電源變換系統的調整輸出的方法，該方法包括 至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號； 接收指示流經所述初級繞組的初級電流的大小的第二信號； 處理與所述第一信號和所述第二信號相關聯的信息； 生成第二信號； 至少接收所述第三信號； 處理與所述第三信號相關聯的信息； 至少基於與所述第三信號相關聯的信息生成驅動信號； 將所述驅動信號輸出給開關以影響所述初級電流； 其中，至少基於與所述第三信號相關聯的信息生成驅動信號的處理包括 如果所述電源變換系統的輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的輸出電流落在第一預定範圍內，則至少基於與所述輸入電壓的大小相關聯的信息生成調製信號來作為所述驅動信號，而不考慮流經所述初級繞組的所述初級電流的大小；以及 如果所述輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述輸出電流落在第二預定範圍內，則生成至少基於與所述初級電流的大小相關聯的信息生成調製信號來作為所述驅動信號，而不考慮所述輸入電壓的大小。
49.一種用於電源變換系統的調整輸出的方法，該方法包括 至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號； 處理與所述第一信號相關聯的信息； 至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第二信號； 至少接收所述第二信號； 至少基於與所述第二信號相關聯的信息生成驅動信號； 將所述驅動信號輸出給開關以影響流經所述初級繞組的初級電流； 其中 至少基於與所述第二信號相關聯的信息生成驅動信號的處理包括如果所述電源變換系統的輸出電壓在恆壓模式中被調整並且所述電源變換系統的輸出電流落在第一預定範圍內，則生成與脈衝寬度和調整頻率相對應的脈寬調製信號作為所述驅動信號；以及 如果所述輸入電壓增大並且如果所述輸出電壓和所述輸出電流保持恆定，則所述脈衝寬度減小。
50.一種用於電源變換系統的調整輸出的方法,該方法包括 至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號； 處理與所述第一信號相關聯的信息； 至少基於與所述第一信號相關聯的信息生成第二信號； 接收所述第二信號和與所述電源變換系統的反饋信號相關聯的第三信號； 處理與所述第二信號和所述第三信號相關聯的信息； 至少基於與所述第二信號和所述第三信號相關聯的信息生成第一比較信號； 接收所述第二信號和閾值信號； 處理與所述第二信號和所述閾值信號相關聯的信息； 至少基於與所述第二信號和所述閾值信號相關聯的信息生成第二比較信號； 至少接收所述第一比較信號和所述第二比較信號； 處理與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息； 至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息生成驅動信號；以及 將所述驅動信號輸出給開關以影響流經所述初級繞組的初級電流； 其中，將所述驅動信號輸出給開關以影響流經所述初級繞組的初級電流的處理包括如果所述第三信號的大小大於所述閾值信號，則如果所述第二信號小於所述第三信號，則輸出閉合所述開關的所述驅動信號；以及 如果所述閾值信號的大小大於所述第三信號，則如果所述第二信號小於所述閾值信號，則輸出閉合所述開關的所述驅動信號。
全文摘要
本發明公開了用於電源變換系統中的峰值電流調節的系統和方法。用於調整電源變換系統的輸出的系統和方法。一種示例系統控制器包括信號生成器以及調製和驅動組件。該信號生成器被配置為至少接收指示電源變換系統的初級繞組所接收到的輸入電壓的大小的第一信號並且接收指示流經初級繞組的初級電流的大小的第二信號，並且生成第三信號。該調製和驅動組件被配置為至少接收第三信號，至少基於與第三信號相關聯的信息生成驅動信號，並且將驅動信號輸出給開關以影響初級電流。
文檔編號H02M3/335GK103036438SQ201210529679
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者林元, 王偉華, 張秀紅, 方烈義 申請人:昂寶電子(上海)有限公司