開關(guān)功率變換器動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及開關(guān)功率變換器動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)。一種次級(jí)側(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)和方法迅速快速地識(shí)別標(biāo)識(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)載何時(shí)已經(jīng)被置于輸出上(例如，何時(shí)電子設(shè)備被重新連接到開關(guān)功率變換器)。一旦次級(jí)側(cè)檢測(cè)器已經(jīng)檢測(cè)到動(dòng)態(tài)負(fù)載條件，從開關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)向在初級(jí)側(cè)上的開關(guān)控制器傳送動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)。開關(guān)控制器然后可以響應(yīng)于動(dòng)態(tài)負(fù)載條件迅速適配開關(guān)。
【專利說(shuō)明】開關(guān)功率變換器動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源并且更具體地涉及檢測(cè)開關(guān)功率變換器中的動(dòng)態(tài)負(fù)載改變?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]常規(guī)開關(guān)電源，比如反激功率變換器，通過使用開關(guān)控制器以基于一個(gè)或者多個(gè)表示輸出功率、輸出電壓和/或輸出電流的反饋信號(hào)控制開關(guān)的接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)供給負(fù)載的功率。在從開關(guān)功率變換器斷開負(fù)載時(shí)，一些常規(guī)電源將開關(guān)減少至很低頻率，以便以最小功消將輸出電壓維持在經(jīng)調(diào)節(jié)的電平。在將負(fù)載重新連接到開關(guān)功率變換器時(shí)，輸出電壓開始下降直至開關(guān)控制器可以經(jīng)由反饋信號(hào)檢測(cè)到電壓降并且補(bǔ)償增加的負(fù)載需求。然而，由于在開關(guān)周期之間的相對(duì)長(zhǎng)時(shí)段，所以在開關(guān)控制器可以檢測(cè)到輸出電壓改變并且對(duì)輸出電壓改變做出回應(yīng)之前可以觀測(cè)到大量延遲。結(jié)果，常規(guī)開關(guān)功率變換器受對(duì)變化的負(fù)載條件的不良動(dòng)態(tài)響應(yīng)的困擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種開關(guān)功率變換器和方法使能能夠快速檢測(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載改變以便響應(yīng)于負(fù)載改變來(lái)快速適配開關(guān)。開關(guān)功率變換器向負(fù)載提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率。變壓器包括耦合到輸入電壓的初級(jí)繞組和耦合到開關(guān)功率變換器的輸出電壓的次級(jí)繞組。變壓器電氣隔離開關(guān)功率變換器的與初級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的初級(jí)側(cè)和開關(guān)功率變換器的與次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的次級(jí)側(cè)。開關(guān)耦合到功率變換器的初級(jí)繞組。在接通開關(guān)之時(shí)生成而在關(guān)斷開關(guān)之時(shí)不生成經(jīng)過初級(jí)繞組的電流。耦合到開關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)上的負(fù)載的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路監(jiān)測(cè)至負(fù)載的輸出電壓并且基于輸出電壓的改變速率超過閾值改變速率生成指示動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的檢測(cè)信號(hào)。在開關(guān)功率變換器的初級(jí)側(cè)上的開關(guān)控制器生成控制信號(hào)以接通或者關(guān)斷開關(guān)。開關(guān)響應(yīng)于控制信號(hào)在第一狀態(tài)中而接通并且開關(guān)響應(yīng)于控制信號(hào)在第二狀態(tài)中而關(guān)斷。開關(guān)控制器還被配置為響應(yīng)于生成動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)，生成開關(guān)的開關(guān)周期。
[0004]本說(shuō)明書中描述 的特征和優(yōu)點(diǎn)并非全部，特別是，考慮到附圖、說(shuō)明書和權(quán)利要求書，很多附加特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是清楚的。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，本說(shuō)明書中所使用的措詞主要出于可讀性和指導(dǎo)性的目的進(jìn)行總體選擇，并且可以不是被選擇來(lái)界定或限定本發(fā)明主題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1圖示具有多個(gè)操作模式的開關(guān)功率變換器的電流-電壓曲線的實(shí)施例。
[0006]圖2是圖具有動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)能力的開關(guān)功率變換器的第一實(shí)施例的電路圖。
[0007]圖3是圖示具有動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)能力的開關(guān)功率變換器的第二實(shí)施例的電路圖。
[0008]圖4是圖具有動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)能力的開關(guān)功率變換器的第二實(shí)施例的電路圖。
[0009]圖5圖示用于具有動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)能力的開關(guān)功率變換器的電流-電壓曲線。
[0010]圖6是圖示具有動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)能力的開關(guān)功率變換器的第四實(shí)施例的電路圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]附圖和以下描述僅通過示例而涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。從以下討論應(yīng)當(dāng)注意的是，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法的可替換實(shí)施例將容易被識(shí)別為在不背離要求保護(hù)的本發(fā)明的原理的情況下可能被利用的可行的替換形式。
[0012]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的若干實(shí)施例，其示例在附圖中進(jìn)行圖示。注意到，只要可行，可以在圖中使用相似或相同附圖標(biāo)記并且其可以指示相似或相同的功能。附圖僅出于說(shuō)明的目的描繪本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員從下文描述將會(huì)容易地認(rèn)識(shí)到，在并不背離這里所描述本發(fā)明的原理的情況下可以采用這里所圖示的結(jié)構(gòu)和方法的可替換實(shí)施例。
[0013]一種次級(jí)側(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)和方法快速地識(shí)別在開關(guān)功率變換器的輸出處的動(dòng)態(tài)負(fù)載改變(例如，在將電子設(shè)備重新連接到開關(guān)功率變換器時(shí))。一旦次級(jí)側(cè)檢測(cè)器已經(jīng)檢測(cè)到動(dòng)態(tài)負(fù)載條件，則從開關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)向在初級(jí)側(cè)上的開關(guān)控制器傳送動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)。開關(guān)控制器然后可以響應(yīng)于動(dòng)態(tài)負(fù)載條件來(lái)迅速地適配開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，從開關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)向初級(jí)側(cè)控制器傳送動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)而未使用在開關(guān)功率變換器的初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間的附加隔離部件(例如光隔離器、反饋?zhàn)儔浩鞯?。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)功率變換器以多個(gè)不同操作模式操作。例如圖1圖示開關(guān)功率變換器的操作曲線，該開關(guān)功率變換器基于如下三個(gè)主要操作模式向電子設(shè)備提供控制和經(jīng)調(diào)節(jié)的功率:(I)恒定電壓模式(CVM)IOl ；(2)恒定電流模式(CCM) 102 ;以及(3)空載條件103。在CVMlOl中，開關(guān)功率變換器被配置為供應(yīng)在CVM范圍104表示的特定容限內(nèi)的基本上固定電壓的 經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)功率變換器在被供電的電子設(shè)備的內(nèi)部電池被完全充電時(shí)以CVMlOl操作。開關(guān)功率變換器的固定電壓輸出對(duì)將正常操作的電子設(shè)備提供操作功率。
[0015]在CCM102中，開關(guān)功率變換器被配置為提供固定電流輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)功率變換器在電子設(shè)備的內(nèi)部電池沒有被完全充電時(shí)以CCM102操作。開關(guān)功率變換器的恒定電流輸出允許電子設(shè)備的內(nèi)部電池的高效充電。
[0016]在空載條件103之下，從電子設(shè)備斷開開關(guān)功率變換器。這里，開關(guān)功率變換器被配置為維持經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓輸出(但是不提供任何電流)，預(yù)期到電子設(shè)備將被重新連接到開關(guān)功率變換器。
[0017]圖2是圖示向負(fù)載221 (例如電子設(shè)備)提供功率的開關(guān)功率變換器200 (例如，初級(jí)側(cè)反激開關(guān)功率變換器)的實(shí)施例的電路圖。開關(guān)功率變換器200包括具有初級(jí)繞組Np、次級(jí)繞組Ns和輔助繞組Na的變壓器Tl、開關(guān)204、開關(guān)控制器202、輸出整流二極管D1、電阻器1?1、1?2、1?3、輸出濾波電容器(:1以及動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232以及其它部件。
[0018]向功率變換器200輸入輸入電壓(Vin) 208，通常為整流的AC電壓。開關(guān)控制器202使用具有接通時(shí)間(Ton)和關(guān)斷時(shí)間(Ttw)的脈沖信號(hào)206來(lái)控制開關(guān)204的接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。如下文將進(jìn)一步具體描述的那樣，脈沖信號(hào)206可以例如使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)或者脈沖頻率調(diào)制來(lái)控制開關(guān)204的開關(guān)。
[0019]當(dāng)開關(guān)204在其接通時(shí)間期間接通(例如閉合)它時(shí)，在變壓器Tl的初級(jí)側(cè)繞組Np中存儲(chǔ)能量。次級(jí)繞組Ns上的電壓為負(fù)并且二極管Dl被反向偏壓，從而阻止向負(fù)載221傳輸能量。在這一狀態(tài)中，經(jīng)由電容器Cl向負(fù)載221供應(yīng)能量。在開關(guān)204關(guān)斷(打開)時(shí)，向變壓器Tl的次級(jí)側(cè)Ns釋放在變壓器Tl的初級(jí)繞組Np中存儲(chǔ)的能量。二極管Dl變成正向偏壓，使能能夠向負(fù)載221傳輸變壓器Tl中存儲(chǔ)的能量并且對(duì)電容器Cl重新充電。
[0020]電阻器Rl和R2形成與變壓器Tl的輔助繞組Na串聯(lián)耦合的電壓分壓器，并且產(chǎn)生表示輸出電壓(Vqut) 210的感測(cè)電壓(Vsense)212。在CVM操作中，控制器202監(jiān)測(cè)Vsense212并且控制開關(guān)以位置Vott210基本上靠近期望的調(diào)節(jié)電壓V.(例如，在可允許誤差范圍內(nèi))。在一個(gè)備選實(shí)施例中，可以省略輔助繞組Na，并且可以代之以通過監(jiān)測(cè)初級(jí)繞組Np上的電壓來(lái)檢測(cè)Vsense。
[0021]電阻器R3與開關(guān)204串聯(lián)耦合以產(chǎn)生電壓(Isense) 214，其表示經(jīng)過變壓器Tl的初級(jí)繞組Np的電流。Isense214也代表經(jīng)過負(fù)載221的輸出電流(1m) 216，因?yàn)榻?jīng)過初級(jí)繞組Np的電流將與經(jīng)過次級(jí)繞組Ns的電流成比例。在CCM操作中，控制器202監(jiān)測(cè)ISENSE214并且控制開關(guān)以維持1tt基本上在期望的調(diào)節(jié)電流I.附近(例如，在可允許誤差范圍內(nèi))。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器202通過使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制和脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制的組合可以采用雙模式控制方法。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在標(biāo)稱負(fù)載連接到開關(guān)功率變換器200并且開關(guān)功率變換器以CVM或者CCM操作時(shí)，采用PWM控制。然而，在負(fù)載221消耗非常少的功率時(shí)或者在沒有負(fù)載221存在時(shí)，可能難以維持足夠低的PWM占空比以維持輸出調(diào)節(jié)。因此，在低負(fù)載或者空載條件下，控制器202可以切換至PFM控制模式。在這些條件之下，脈沖頻率被顯著降低，以便維持輸出電壓調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致在開關(guān)204的“接通”與“關(guān)斷”周期之間的長(zhǎng)時(shí)間段。
[0023]在低負(fù)載或者空載條件下使用PFM控制的缺點(diǎn)是開關(guān)功率變換器200可能表現(xiàn)出不良動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)，因?yàn)橛捎陂L(zhǎng)開關(guān)周期而不頻繁地更新反饋信號(hào)VSENSE212和Isense214。例如，如果在PFM脈沖之間的時(shí)段期間將斷開的負(fù)載221重新連接到開關(guān)功率變換器200，則在與下一 PFM脈沖對(duì)應(yīng)的開關(guān)周期(這可能是相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)段)出現(xiàn)之前，開關(guān)控制器202將不能檢測(cè)到重新連接的負(fù)載。結(jié)果，VOTT210將開始下降，并且在下一 PFM脈沖期間更新Vsense212和Isense214之前不會(huì)檢測(cè)到這一下降。
[0024]為了避免上文討論的缺點(diǎn)，開關(guān)功率變換器200的次級(jí)側(cè)上的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232可以檢測(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載改變(例如，在空載條件下重新連接負(fù)載221)并且向開關(guān)控制器202指示這樣的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)。作為響應(yīng)，開關(guān)控制器202啟動(dòng)開關(guān)204的開關(guān)周期(而未等待完全PFM時(shí)段)。通過重新開始開關(guān)時(shí)段，更新反饋信號(hào)Vsense212和Isense214以用當(dāng)前負(fù)載條件(例如重新連接的負(fù)載)分別表示Vot210和1_216。開關(guān)控制器202然后可以修改開關(guān)204的開關(guān)以響應(yīng)于變化的負(fù)載條件實(shí)現(xiàn)期望的調(diào)節(jié)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232監(jiān)測(cè)輸出電壓Vot210的改變速率dV/dt并且比較改變速率dV/dt與閾值改變速率。如果檢測(cè)到的改變速率dV/dt穿過(例如超過)閾值，則動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232經(jīng)由反饋信號(hào)226生成脈沖或者其它預(yù)定信號(hào)模式。反饋信號(hào)226耦合到次級(jí)繞組Ns并且通過向次級(jí)繞組Ns中注入電流來(lái)引起次級(jí)繞組Ns上的電壓改變(例如電壓脈沖)。該電改變被反映在變壓器Tl的初級(jí)側(cè)上的輔助繞組Na，并且可以由開關(guān)控制器202經(jīng)由VSENSE212進(jìn)行檢測(cè)。備選地，可以省略輔助繞組Na，并且開關(guān)控制器202可以通過直接監(jiān)測(cè)初級(jí)繞組Np來(lái)檢測(cè)電壓改變。響應(yīng)于負(fù)載檢測(cè)信號(hào)，開關(guān)控制器202根據(jù)開關(guān)功率變換器操作的操作模式啟動(dòng)開關(guān)204的接通/關(guān)斷周期，而未等待下一開關(guān)時(shí)段，由此立即引起對(duì)VSENSE212和Isense214的更新，并且使開關(guān)控制器202能夠?qū)?dòng)態(tài)負(fù)載改變迅速地做出反應(yīng)。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，反饋信號(hào)226通過控制與次級(jí)繞組Ns串聯(lián)耦合的晶體管(未示出)來(lái)引起次級(jí)繞組Ns上的電壓改變。接通和關(guān)斷晶體管引起經(jīng)過次級(jí)繞組Ns的電流的突變，從而產(chǎn)生次級(jí)繞組Ns上的電壓脈沖。
[0027]圖3圖示開關(guān)功率變換器300的備選實(shí)施例。這一實(shí)施例除了動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232向開關(guān)控制器202直接輸出反饋信號(hào)326而未依賴于初級(jí)側(cè)感測(cè)之外與圖2的開關(guān)功率變換器200相似。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光耦合器或者其它設(shè)備用來(lái)從動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232向開關(guān)控制器202傳輸反饋信號(hào)326以便維持在開關(guān)功率變換器300的次級(jí)側(cè)與初級(jí)側(cè)之間的電氣隔離。
[0028]圖4圖示開關(guān)功率變換器400，該開關(guān)功率變換器進(jìn)一步具體示出動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232的一個(gè)不例實(shí)現(xiàn)方式。在這一實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器232包括輸出電壓偏置電路434、dV/dt檢測(cè)電路436和脈沖發(fā)生器438。輸出電壓偏置電路434包括在分壓器配置中布置的電阻器R4、R5并且生成代表Vqut210的輸出偏置信號(hào)442。dV/dt電路436包括布置為RC分配器的電阻器R6和電容器C2。dV/dt電路436生成基于VQUT210的幅度和改變速率二者變化的dV/dt信號(hào)440。
[0029]輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440將基于dV/dt電路436的RC時(shí)間常數(shù)響應(yīng)于VOUT210的改變以不同速率變化。在Vtot210隨時(shí)間緩慢改變和/或保持于很窄DC電壓范圍中時(shí)，在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的偏差將保持相對(duì)小(不考慮縮放)。例如在恒定電流模式操作和啟動(dòng)模式中，Vot210的改變速率相對(duì)慢，因此在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的偏差將保持相對(duì)小(例如在閾值差值以下)。然而，在有Vtot210的突變時(shí)，輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440將具有相對(duì)于彼此的更大差值(例如在閾值差值以上)，這指示Vtot210的相對(duì)高改變速率。Vtot210的這樣的突變可以響應(yīng)于比如當(dāng)在空載條件之后將負(fù)載221重新連接到輸出電壓時(shí)的動(dòng)態(tài)負(fù)載改變而發(fā)生。
[0030]脈沖發(fā)生器438接收輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440并且比較信號(hào)以確定在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的電壓差值。脈沖發(fā)生器438然后比較這一差值與閾值差值。響應(yīng)于檢測(cè)到在閾值差值以上的在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的電壓差值，脈沖生成器438在反饋信號(hào)226上生成一個(gè)或者多個(gè)脈沖。如上文描述的那樣，這些脈沖被注入到次級(jí)繞組Ns中并且可以經(jīng)由輔助繞組Na和/或初級(jí)繞組Np在初級(jí)側(cè)上被感測(cè)到。一旦檢測(cè)到脈沖，開關(guān)控制器202啟動(dòng)“接通”和“關(guān)斷”周期、因此獲得反饋信號(hào)以便獲得輸出電壓210的狀態(tài)。
[0031]圖5圖示用于動(dòng)態(tài)負(fù)載條件的示例波形。在時(shí)間h，Ιουτ216經(jīng)歷突然增加。這可能例如由于先前未連接的負(fù)載(例如電子設(shè)備)被連接到開關(guān)功率變換器。Ι.216的突然增加使Vqut210以速率dV/dt下降。輸出偏置信號(hào)442與VQUT210成比例地變化，因此以與輸出電壓442基本上相同的改變速率dV/dt下降。dV/dt信號(hào)440的減少速率由dV/dt電路436的RC時(shí)間常數(shù)定義，并且以比輸出偏置信號(hào)442更慢的改變速率下降。為了更好地舉例說(shuō)明這一點(diǎn)，示出輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440具有相同穩(wěn)態(tài)比例，但是這并非必需，因?yàn)榭梢栽诿}沖發(fā)生器438中補(bǔ)償比例差。在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的差值超過閾值509時(shí)，檢測(cè)到動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。[0032]設(shè)置閾值509低至足以檢測(cè)動(dòng)態(tài)負(fù)載條件、但是高到足以區(qū)別動(dòng)態(tài)負(fù)載條件與其中Vot210以更慢速率變化的其它條件，比如啟動(dòng)和恒定電流模式操作。例如在典型CCM操作中，VOT210保持于調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，并且ITOT216僅表現(xiàn)漸變。因此，在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的差值將保持于檢測(cè)閾值以下，并且脈沖發(fā)生器438未生成電壓脈沖。
[0033]在通常在對(duì)電子設(shè)備的電池充電時(shí)發(fā)現(xiàn)的CCM操作中，Ιουτ216通常僅漸變。類似地，雖然VOT210可以在寬范圍內(nèi)波動(dòng)，但是改變速率也相對(duì)逐漸進(jìn)行的。因此，輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440在這些條件之下的差值電壓也保持于閾值差值以下，并且脈沖發(fā)生器438不生成檢測(cè)脈沖。
[0034]另外，在開關(guān)功率變換器的啟動(dòng)條件中，開關(guān)控制器202可以控制開關(guān)204的開關(guān)使得VOT210和ITOT216僅逐漸增加。通過在啟動(dòng)條件之下以這一方式控制開關(guān)，在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的差值電壓將在啟動(dòng)期間保持于閾值差值509以下，并且可以區(qū)別啟動(dòng)條件與動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。
[0035]然而，在IQUT216突然增加(例如，導(dǎo)致V-突然下降)的情況下，輸出偏置信號(hào)442將滯后于dV/dt信號(hào)440。滯后量基于R6和C2的RC時(shí)間常數(shù)以及VQUT210的下降速率。一旦在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的差值電壓的幅度超過閾值509,脈沖發(fā)生器438引起經(jīng)過次級(jí)繞組Ns的電流增加，這又產(chǎn)生次級(jí)繞組Ns上的電壓脈沖。向初級(jí)側(cè)傳輸(例如，經(jīng)由輔助繞組Na或者直接從初級(jí)繞組Np)并且由開關(guān)控制器202檢測(cè)電壓脈沖。一旦檢測(cè)到脈沖，開關(guān)控制器202啟動(dòng)“接通”和“關(guān)斷”周期，因此生成對(duì)反饋信號(hào)VSENSE> Isense的更新以便獲得輸出Vqut的狀態(tài)。
[0036]圖6是開關(guān)功率變換器600的電路圖，進(jìn)一步具體示出脈沖發(fā)生器438的示例實(shí)現(xiàn)方式。在這一實(shí)施例中，將脈沖發(fā)生器438實(shí)施為PNP晶體管602。輸出偏置信號(hào)442率禹合到PNP晶體管602的基極，并且dV/dt信號(hào)440耦合到PNP晶體管602的發(fā)射極。PNP晶體管602的集電極連接到變壓器Tl的次級(jí)繞組Ns。
[0037]在Iqut216僅表現(xiàn)漸變時(shí),輸出偏置信號(hào)442和dV/dt信號(hào)440的差異電壓保持于PNP晶體管602的發(fā)射極到基極導(dǎo)通閾值電壓內(nèi)。因此，PNP晶體管保持于“關(guān)斷”狀態(tài)中并且對(duì)開關(guān)功率變換器600的操作無(wú)影響。然而，在IOT216突然增加(例如，導(dǎo)致V ουτ210突然下降)的情況下，輸出偏置信號(hào)442將滯后于dV/dt信號(hào)440。一旦在輸出偏置信號(hào)442與dV/dt信號(hào)440之間的差值電壓的幅度超過PNP晶體管602的發(fā)射極到基極導(dǎo)通閾值電壓，將PNP晶體管602置于“接通”狀態(tài)中，從而引起經(jīng)過次級(jí)繞組Ns的電流的增加。這產(chǎn)生功率變壓器Tl的次級(jí)繞組Ns上的電壓脈沖，其被開關(guān)控制器202在初級(jí)側(cè)上檢測(cè)到。
[0038]通過閱讀本公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到用于開關(guān)功率變換器中的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)的另外的可替換的設(shè)計(jì)。因此，雖然示出并且描述了具體的實(shí)施方式和應(yīng)用，但是要理解本發(fā)明并不局限于本文所公開的精確構(gòu)造和組件，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在本文所公開的方法和裝置的配置、操作和細(xì)節(jié)進(jìn)行對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的各種修改、變化和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于向負(fù)載提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率的開關(guān)功率變換器，所述開關(guān)功率變換器包括: 變壓器，包括耦合到輸入電壓的初級(jí)繞組和耦合到所述開關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組，所述變壓器將所述開關(guān)功率變換器的與所述初級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的初級(jí)側(cè)與所述開關(guān)功率變換器的與所述次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的次級(jí)側(cè)電氣隔離； 開關(guān)，耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組，在所述開關(guān)接通時(shí)生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流，并且在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)不生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流； 動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路，耦合到在所述開關(guān)功率變換器的所述次級(jí)側(cè)上的所述負(fù)載，所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路被配置為監(jiān)測(cè)至所述負(fù)載的輸出電壓，并且基于所述輸出電壓的改變速率超過閾值改變速率生成指示動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)；以及 開關(guān)控制器，在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上并且被配置為生成控制信號(hào)以接通或者關(guān)斷所述開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)于所述控制信號(hào)處于第一狀態(tài)而接通，并且所述開關(guān)響應(yīng)于所述控制信號(hào)處于第二狀態(tài)而關(guān)斷，并且所述開關(guān)控制器進(jìn)一步被配置為響應(yīng)于生成所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)，生成所述開關(guān)的開關(guān)周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)功率變換器，進(jìn)一步包括: 通信鏈路，電氣隔離所述次級(jí)側(cè)和所述初級(jí)側(cè)，所述通信鏈路用于從所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路向所述開關(guān)控制器傳送所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)功率變換器，其中所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路被配置為生成所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)作為在所述變壓器的所述次級(jí)側(cè)繞組上的電壓脈沖，并且其中所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)由在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上的所述開關(guān)控制器經(jīng)由初級(jí)側(cè)感測(cè)而檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)功率變換器，進(jìn)一步包括: 電壓感測(cè)電路，在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上，所述電壓感測(cè)電路感測(cè)代表所述變壓器的所述次級(jí)側(cè)繞組上的電壓，其中經(jīng)由所述電壓感測(cè)電路檢測(cè)所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)功率變換器，所述電壓感測(cè)電路包括: 所述變壓器的輔助繞組，在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上，用于生成與所述次級(jí)側(cè)繞組上的電壓成比例的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)功率變換器，其中所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)器電路包括: 輸出偏置電壓電路，用于生成代表所述輸出電壓的輸出偏置信號(hào)； dV/dt電路，用于根據(jù)所述輸出電壓的改變速率生成dV/dt信號(hào)；以及 脈沖發(fā)生器電路，用于接收所述輸出偏置信號(hào)和所述dV/dt信號(hào)，并且響應(yīng)于在所述輸出偏置信號(hào)與所述dV/dt信號(hào)之間的電壓差值超過電壓差值閾值，生成所述檢測(cè)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)功率變換器，其中所述dV/dt電路包括RC電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)功率變換器，其中所述脈沖發(fā)生器電路包括: PNP晶體管，具有發(fā)射極、基極和集電極，其中所述輸出偏置信號(hào)耦合到所述發(fā)射極，所述dV/dt電路耦合到所述基極，并且所述集電極耦合到所述變壓器的所述次級(jí)繞組。
9.一種控制開關(guān)功率變換器的方法，所述開關(guān)功率變換器包括:變壓器，具有耦合到輸入電壓的初級(jí)繞組和耦合到所述開關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組；以及開關(guān)，耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組，所述變壓器電隔離將所述開關(guān)功率變換器的與所述初級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的初級(jí)側(cè)與和所述開關(guān)功率變換器的與所述次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的次級(jí)側(cè)電氣隔離，并且在所述開關(guān)接通時(shí)生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流，而在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)不生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流，所述開關(guān)由開關(guān)控制器控制，所述方法包括: 使用在所述開關(guān)功率變換器的所述次級(jí)側(cè)上的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)至所述負(fù)載的輸出電壓； 由所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)電路基于所述輸出電壓的改變速率超過閾值改變速率而生成指示動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)； 從所述開關(guān)功率變換器的所述次級(jí)側(cè)向在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上的所述開關(guān)控制器傳送所述動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的指示；以及 響應(yīng)于所述開關(guān)控制器接收到所述動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的所述指示，啟動(dòng)所述開關(guān)的開關(guān)周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中傳送所述動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的所述指示包括: 經(jīng)由通信鏈路從所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)電路向所述開關(guān)控制器傳送所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)，所述通信鏈路維持所述開關(guān)功率變換器的所述次級(jí)側(cè)與所述初級(jí)側(cè)之間的電氣隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中傳送所述動(dòng)態(tài)負(fù)載改變的所述指示包括: 生成所述變壓器的所述次級(jí)側(cè)繞組上的電壓脈沖；以及 經(jīng)由初級(jí)側(cè)感測(cè)檢測(cè)所述變壓器的所述次級(jí)側(cè)繞組上的所述電壓脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述 的方法，其中經(jīng)由初級(jí)側(cè)感測(cè)檢測(cè)所述電壓脈沖包括: 感測(cè)所述變壓器的所述初級(jí)側(cè)繞組上的電壓，所感測(cè)的電壓代表所述電壓脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中生成所述動(dòng)態(tài)負(fù)載檢測(cè)信號(hào)包括: 生成代表所述輸出電壓的輸出偏置信號(hào)； 根據(jù)所述輸出電壓的所述改變速率生成dV/dt信號(hào)；以及 響應(yīng)于在所述輸出偏置信號(hào)與所述dV/dt信號(hào)之間的電壓差值超過電壓差值閾值，生成所述檢測(cè)信號(hào)。
14.一種控制開關(guān)功率變換器的方法，所述開關(guān)功率變換器包括:變壓器，具有耦合到輸入電壓的初級(jí)繞組和耦合到所述開關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組；以及開關(guān)，耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組，所述變壓器將所述開關(guān)功率變換器的與所述初級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的初級(jí)側(cè)與所述開關(guān)功率變換器的與所述次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的次級(jí)側(cè)電氣隔離，并且在所述開關(guān)接通時(shí)生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流，而在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)不生成經(jīng)過所述初級(jí)繞組的電流，所述方法包括: 由開關(guān)控制器接收表示所述開關(guān)功率變換器的輸出電壓的電壓感測(cè)信號(hào)，所述電壓感測(cè)信號(hào)經(jīng)由在所述開關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上的初級(jí)側(cè)感測(cè)電路而生成； 由所述開關(guān)控制器基于所述電壓感測(cè)信號(hào)控制所述開關(guān)的開關(guān)以在預(yù)定電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)至所述負(fù)載的功率； 由所述開關(guān)控制器在所述開關(guān)的關(guān)斷期間檢測(cè)所述電壓感測(cè)信號(hào)中的脈沖；以及 響應(yīng)于所述開關(guān)控制器檢測(cè)所述脈沖，由所述開關(guān)控制器啟動(dòng)所述開關(guān)的開關(guān)周期。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 基于所述電壓感測(cè)信號(hào)檢測(cè)所述負(fù)載被從所述開關(guān)功率變換器斷開；以及 響應(yīng)于檢測(cè)所述負(fù)載被斷開，使用脈沖頻率調(diào)制來(lái)控制所述開關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括:基于所述電壓感測(cè)信號(hào)檢測(cè)所述負(fù)載被從所述開關(guān)功率變換器重新連接；以及響應(yīng)于檢測(cè)所述負(fù)載被重新連接，使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)控制所述開關(guān)。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103580486SQ201310332541
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】李勇 申請(qǐng)人:艾沃特有限公司