專利名稱：響應(yīng)前饋信號的電源控制器的方法和裝置的制作方法
響雌饋信號的電源控鵬的方法和縫鵬頁域本發(fā)明總ff^鵬制鵬，更具體而言，本發(fā)明涉朋于響應(yīng)前饋信號的電 源的控制嶙。 背景脈電源控制鵬可以廣測于多種目的和應(yīng)用場合。大多數(shù)功報換器應(yīng)用具有J^啦肯M目標。因此，需要最小似卜部鵬的駄來實鵬制電g^，戶鵬卜部電跡咖是AQDC轉(zhuǎn)換器電源中的輸入大容量電織。財卜，控制電路 的辯都艮自于在電源自中,協(xié)調(diào)一致的性能以皿1減小功,換器成 本超關(guān)重要的，其中通過減d濃研發(fā)功^^換器時需要應(yīng)用到的設(shè)計裕度來實 IJLh^ia—步減小功,換器脈電鵬常包括電源控偉幡鵬、雜到肯遣4彌元件的開關(guān)、輸入^E源和—個鄉(xiāng)錯出端。該電源控審幡通^s制戶;M開關(guān)的切換，從而響應(yīng)于作為功^f換器一部分的反饋電路產(chǎn)生的反饋信號，調(diào)節(jié)從功，換器的輸A^至輸出 淛鍵的軎遣。作為調(diào)節(jié)從電源的輸鳩至輸出端4鏈的肯疆的一種駄，禾,脈寬調(diào)帝幡(pwM)操悄Mia行操作的該電源控偉i藤電路調(diào)節(jié)戶;M開關(guān)的占空 比。戶脫開關(guān)的占空比是開關(guān)導(dǎo)艦間占電源控偉幡鵬限定的切鄉(xiāng)環(huán)周期的 比率。電源控制器利用普通功率轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)例如前向轉(zhuǎn)換器和逆向轉(zhuǎn)換器中的前饋信號。前饋信號賊樣一船號，其振幅是輸Ai微雜換器的輸入電壓 值的函數(shù)。因此，通常來說，前饋信號可以認為^^fAi盹源的輸入頓的 輸入TO信號。前饋信號通常用于Jl^te于反饋信號換言之針對給定或固定反 饋信號來調(diào)節(jié)開關(guān)占空比的方式。艦向轉(zhuǎn)換器中，前饋信號的優(yōu)點例如艦小 在AODC功率轉(zhuǎn)換器^i入端的大容量電容器的尺寸，對于在大容量電^l兩端 的波紋電壓彭隹以過濾的控制^ffi模式中操作的電源控制器M如此。^5l于反 饋信號來調(diào)節(jié)開關(guān)占空比的能力使得可以'腿響應(yīng)于大容量電容器兩端的波紋電 壓，因此減小功報換器,出端的波紋電壓。在不艦前饋技術(shù)的情況下，該
電源控制器必須響應(yīng)于反饋信號，以響應(yīng)于功,換器諭出端的波紋電壓，然后 該電源控帶鵬制戶腿開關(guān)的占空比，因此減小功雜換器輸出波紋腿。這引入了EiS,在例如不增加輸入大容量電，的尺寸的情況下輸出^M以減小。 在正向轉(zhuǎn)換器中，前饋信號通常由電源控制器利用以控制所述開關(guān)的最大占空 比，從而^W皿的時間M設(shè)肖遣^^元件的磁芯中的,，這Ji^領(lǐng), 術(shù)人員公知的。


參照下面的附圖來說明本發(fā)明的非限制性和非排他性實施例，其中^^f有不 同附圖中，相同的附圖^iB^^相同的部件，除非有特別。圖1是; ^出根據(jù)本發(fā)明的示例性功報換器的示意亂漆于例性功辦 換器細響應(yīng)前饋信號和反饋信號的電源控律幡嶙。圖2 ^i^出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號的示例性電源控葡勝電路的占空比控 諱,。圖3 :^:出根據(jù)本發(fā)明響Mr饋信號的示例性電源控串滕電路的最大占空 比控制娜。圖4 :^^出根據(jù)本發(fā)明響iStlr饋信號的示例性電源控帶滕鵬的固定飯饋信號控庫l鵬的占空比。圖5 ^i^出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號和反饋信號的示例性電源控諱幡電路。圖6是;^出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號和反饋信號的電源控帝螺TO的一 部分的示例的示意圖。圖7是; ^出根據(jù)本發(fā)柳向應(yīng)占空比調(diào)節(jié)信號信號和反饋信號的電源控制 器電路的~^分的示例的示意圖。圖8 :^^出根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)前饋信號的示例性電源控偉幡鵬的最大占空 比控嫩形。圖9 :^^出根據(jù)本發(fā)明響^tti饋信號的示例性電源控偉幡鵬的固定販 饋信號控帝鵬的占空比。圖io是^i^出根據(jù)本發(fā)明響iffir饋信號和反饋信號的電源控律i藤電路的 一-部分的示例的示意圖。具體實敲式
這里公開了用于實現(xiàn)響應(yīng)前饋信號的電源控帝幡電路的方法和縫。在下面的說明中，提到具體數(shù)字具體細節(jié)，從而便于透徹理解本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然戶腿具體細節(jié)對于實I鉢發(fā)明不是必須的。在其它例子中，沒 有詳細說明公知的材料或方法，以便避免造成本發(fā)明模糊不清。
本說明書中參照"一個實施例"、"實施例"、"一個示例"、"示例"等意"W本 實施例或示例中戶皿的具做寺征、結(jié)構(gòu)鄉(xiāng)寺性包括在本發(fā)明的至少一個實施例或
示例中。因此，在本說明書中多處出現(xiàn)的短語表達在一個實施例中"、"在實施例中"、"—個示例'或'示例"并不是指所有參照相同實施例或示例。而且，所述具體 特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或多個實施伊M^例中的任意^S^合禾n/或子結(jié)合 中結(jié)合。M卜，應(yīng)鄉(xiāng)解，所ii^的附圖用于向本領(lǐng)域技術(shù)人員說明本發(fā)明，并 且附圖并非按照比例繪制。
如上所述，作為調(diào)節(jié)從電源的輸入端至輸出端傳輸?shù)哪芰康囊环N技術(shù)，利用PWM操作模纖作的電源控帶徵鵬調(diào)節(jié)驅(qū)動開關(guān)切換的驅(qū)鵬號的占空比， 其中戶皿開關(guān)的占空比是開關(guān)導(dǎo)通時間占電源控制電路限定的總切換循環(huán)周期 柳匕率。最佳的最大占空t域給定反饋信號的驅(qū)動信號的占空比是功報換器輸 入腿的非線性函數(shù)。用于鄉(xiāng)該非線性函I^需的公知鵬通常赫W^電 源控帶膨卜部的電織，這會增加駄，并腿常具有差辯部艮度，或者鶴集 成電織，它也具有單冠憚元間辯部KM的缺點，并且增加硅面積，因此增 加了功報換器設(shè)計的成本。頓最大占空比^t^定反饋信號的占空比的緣性 函數(shù)作為功TO換器輸入電壓的函數(shù)的電路在僅僅一，入^ffi電平下皿最佳
性能，因此綱了所有其它輸入電壓值的功雜換器設(shè)計。
現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)柳向應(yīng)前饋信號的電源控偉幡電路。本發(fā)明的示例包括產(chǎn) 生響應(yīng)前饋信號的電源控諱幡鵬的方法和錢。根據(jù)本發(fā)明的示例性電源控制電路提供保持系繊節(jié)約性能的占空比+樹于功雜換器輸入電壓的理想前饋函數(shù)的近似，述系統(tǒng)級節(jié)約性能通過響應(yīng)前饋信號雜制開關(guān)占空比同時維持 電源控制電路設(shè)計來獲得，它是低成本的，并且麟單元到單元的繊P艘的充 分控制，以使得根據(jù)本發(fā)明保持所述系統(tǒng)節(jié)約性能。
圖ia大躲出根據(jù)本發(fā)明采用響應(yīng)前饋信號的電源控庫幡的功報換器 100的一個示例的/滯圖。在標例中，功雜換器ioo題向轉(zhuǎn)換器。注意， 在其它示例中，功報換器ioo還可以是多種功率轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)之一，例如正向轉(zhuǎn)
換器，并且可以是根據(jù)本發(fā)明的^^非^^轉(zhuǎn),。
圖1中的示例性電源Al:流輸入腿VN105 Jl^輸出功率至負載165。在該 溯中，大容量電織195離繊AI^至功報換器亂抓交繊(未 示出)產(chǎn)生輸入腿105的應(yīng)用中，駄容量電織195用作^1濾波器，竊 儲育遣以維^lf入頓105在可以讓功報換器100 ^Si^期之間衞井Jf 需要 出功率至負載165的7jC平。因此，在一^^i沖，大容量電織195兩 端的電壓濾^^流^E具有波紋電壓，該,電壓的振巾ra常小于電容器195兩 端的DC ,峰值的25 % ，但是其實際值根據(jù)大^fi電皿195的值以及功^ 換器100的其^作^#而定。
輸入腿ViNl05il^到^a^^元件Tl 175和開關(guān)S1 125。在圖1A的示 例中，育瞳傳輸元件T1 175船到電源6^^Af口電源的輸出之間。在圖1的示例 中，倉遣傳輸元件T1 175示出為具有一錯出鄉(xiāng)176的鄉(xiāng)器。在其它蹄仲， 該變壓器可以具有多于一個的輸出繞組，其中其它繞組用于提供功率給其它負
載，從而JI^置秘，^t檢測負ith的te。
如圖^^例戶標，箝位鵬110齢到肖遣^^元件T1175的初級鄉(xiāng)，從 而限制開關(guān)S1125兩端的最大腿。電源控審滕145被齡以產(chǎn)生驅(qū)維號，該 驅(qū)鵬號被開關(guān)125接收，從而控制開關(guān)125的切換，以働向應(yīng)于反饋電路160 產(chǎn)生的反饋信號155而調(diào)節(jié)從電源的輸局至輸出制鰳的獸疆。
在一個示例中，開關(guān)Sl 125是例如功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)的晶條。在一個豨仲，控偉幡145包^^鵬和分立電， 件。在一個示例中，開關(guān)S1 125和電源控律i讎145形鵬片誠鵬的一部分。 在另一個示例中，蹄敝開關(guān)Sl 125和電源控審J^ 145形^S^^鵬的1 分，其中例如它們是賴蟲的硅芯片并且Wte相同的誠4^封裝中。開關(guān)Sl 125 的切，,4E動電流ID120， ^31育遣^tf元件Tl 175的輸Ami77,如圖 1B戶標。在開關(guān)125的導(dǎo)通時間內(nèi)#^在肯遣4輸元件中的倉遣在開關(guān)125關(guān)斷 時間內(nèi)傳輸至懶出電織135。
如戶;M/于例所示，被調(diào)節(jié)的功離換繊出歡Uo150,它通常可以是輸出 腿Vo、輸出電流Io^^兩者的組合。被調(diào)節(jié)量不必是固定的，而是可以被調(diào)節(jié) S3i設(shè)計反饋,160以期望方^e^。例如，在一個示例中，口向應(yīng)于輸出電 壓繊出電流的振幅，輸出Uo從輸出秘^^輸出電流。反饋幅160被齢
以接收輸出量Uo150，以產(chǎn)生反饋信號lfe155,其用作到電源控帝i勝145 6m入信號。
如圖1A的示例戶標，控偉幡145的另一^f入信號是前饋信號UFFl70，它 是前饋電路140 ,出。Mf饋,140被齢以接收信號U"15，離號是功 ,換器100的輸入^jEVjNl05的函數(shù)。在i^例中，，U!115和Uff170可以是 ^J1^:電流信號。在一^h^例中，信號U115和Uit170是相同的信號，例如，前 饋電路140包括電阻器。
^^M^例中，可以看出，圖1A示出產(chǎn)生信號U115的兩種可會繊。在 一個示例中，信號U115可Mil將前饋電路140直接齢到功,換器100的 輸入腿V]Nl05來產(chǎn)生。在另一個示例中，信號U,115可WM:將前饋電路140 船到電路185的輸出來產(chǎn)生，它包括Ml^ir元件175的前向鄉(xiāng)178。前向 繞組178產(chǎn)生的信號被部件179和181整 11平滑。在該示例中，在開關(guān)125導(dǎo) 通時間內(nèi)鄉(xiāng)，178兩端的電壓禾nlf入^ Vwl05皿比例，因此可以用于產(chǎn)生信 號115以働卩至雕據(jù)本發(fā)明的前饋^ 140。
圖1B還; ^出電流10120的示例性，，以示出控第ij^可以用^^調(diào)，出 量Uol50的，。如該示例所示，電流fol20的最大,I薩121，切換周期為 Ts122,以及占空比為D124。雜庫幡通常將占空比限制為小于100%的最大值 Dmax。在一個示例中，控偉幡145包括P艮定鉢規(guī)貝啲切,期Ts122的振蕩器。 在一個示例中，SM^審庇切J躺期內(nèi)開關(guān)S1 125導(dǎo)通時間來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。在齡 切換周期中，切換周期中開關(guān)導(dǎo)通的那部分是開關(guān)的占空比(D)。在一"t^例中， M^制開關(guān)的最大電流Imax121來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。在另一^h示例中，fflM^偉徹換 周期Tsl22來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。不論題制I薩121還是Ts122，作為切換周期的1分 的開關(guān)導(dǎo)通時間被調(diào)制，因此該調(diào)節(jié)模式可以稱為根據(jù)本發(fā)明的占空比控庫蝶 式。
圖2 ;^出在一4^例中可以由控偉'勝145用來響應(yīng)于反饋信號155和前 饋信號170從而控制開關(guān)S1125的切換的占空比控偉啵形的一^^iJ。通常，四 錯征曲線217、 216、 215和214分別對應(yīng)于^[值V!、 V2、 V3和V4之間增力口 的數(shù)僮Vjn105，如箭頭218戶^。對于樹可固定輸入^E值，最大占空比和反饋 信號Ufb219的給定值的占空比是由比占空比220 t樹于反饋信號219微伊棘限 定。然而，隨著前饋信號振幅增大，最大占空比和反饋信號219的給定值的占空
比減小。
在一個示例中，前饋信號振幅iW^應(yīng)于功輔換器輸入腿增量。在標
例中，對于固定反饋信號值Ux211,當輸入腿分別從V,變他ljV2、 V3和V4時， 電源控審勝145分別fflfc值Djo206至Djq207、 Djq208和Dx409之間變化開關(guān) 125的占空比。因此，當輸入MM V,變^^ij V2、 V3和V4時開關(guān)125的占空比 在Dxa06至Dx4209之間的變j^te于反饋信號UfBl55。在該示例中，當反饋信 號H3i數(shù)值Ue210時，占空比相對于反饋電流的斜W^響應(yīng)于前1^f號值，并且 保持固^^率"fflro213，彭跶到占空比值Dmin205。在其它示例中，根據(jù)本發(fā) 明，斜率213本質(zhì)上可以是非統(tǒng)性的。
圖3 ;^^出最大占空比Dmax302和前饋^f入^E信號Ur301振幅之間 的關(guān)系的一個示例，在一^^例中，其可以由控偉幡145用來響應(yīng)于前饋信號170 從而控制開關(guān)S1125的切換。在該示例中，根據(jù)本發(fā)明，控制開關(guān)的驅(qū)離號的 最大占空比響應(yīng)于輸入^E信號^[饋信號的多個數(shù)值的范圍內(nèi)多個線性函數(shù)而 變化。例如，^B^^例中，當輸入^ffi信號低于第一閾值VBR1303時，最大占 空比的變化是輸入^E信號的第1性函數(shù)。當輸入^ffi信號綠一閾值VBR1303 和第二閾值VBR2304之間時，變化的最大占空比是輸入腿信號的第:i^性函數(shù)。 當輸入^E信號綠二閾值VBR2304和第三閾值Vbr3305之間時，最大占空比的 變化是輸入^E信號的第H^性函數(shù)。
如該示例戶標，第一、第3瞎，性函數(shù)的斜率分別是斜率1 306、斜率2 307和斜率3 308。在一個示例中，斜率l 306的斜率基本等于零，但是根據(jù)本發(fā) 明在其它示例中斜率1 306還可以具有與瞎斜率。斜率1 306的斜率基本等于零的 一個原因是電源控庫幡145必須P艮制鄉(xiāng)樹最大占空比，其中該鄉(xiāng)^T最大占空比 可以因和電源控帶藤145的設(shè)計相關(guān)的實際原因而艦于開關(guān)125的切換，而且 電源控帝J^必須限審鵬如在電源柳章斜牛下施加到開關(guān)125的應(yīng)力。
在一^h^例中，最大占空比但Dmaxi309、 Dmajq310、 IW311和Dmax4312 分別對應(yīng)于圖2中的DMAx,20K IW202、 EW3203和Dmax4204。在g例中， 輸入^信號的第一、第1B第H^性函數(shù)是當輸入^E信號增大時最大占空比 的緣性減小。在另一個示例中，根據(jù)本發(fā)明斜率3 308還可以具有絲等于零的 斜率。
圖4 ;^^出給^^固定1I&饋信號Ufb的占空比402和前饋Uff皿入電
壓信號401振幅之間的絲的一^^例，被一^h^例中可以由控律幡145頓 以響應(yīng)于前饋信號1703J^制開關(guān)S1125的切換。在一個示例中，給定或固定值 反饋信號可以是圖2中的Ux211，但是可以理解的是該給定或固定M^饋信號可 以是大于圖2中的Ub210的ftf可值的反饋信號。
在該示例中，根據(jù)本發(fā)明，對于固定值的反饋信號的控制開關(guān)的驅(qū)鵬號的
占數(shù)匕響應(yīng)于輸入腿信號^r饋信號的多4^值的范圍內(nèi)的多條性函數(shù)而改
變。例如，^^ ^^例中，當輸入^J1信號低于第一閾值VBR1403時，固定值的 反饋信號的占空比的變化是輸入腿信號的第"^性函數(shù)。當輸入腿信號絲 —閾值VBR1403和第二閾值Vbr2404之間時，開關(guān)的占空比是輸入4ffi信號的第 Iia性函數(shù)。當輸入^E信號絲二閾值Vbr2404和第三閾值VBR3405之間時， 開關(guān)的占空比是輸入^E信號的第H^函數(shù)。
如i^^例戶標，第一、第m第，性函數(shù)的斜率分別是斜率1406、斜率2 407禾口斜率3 408。在一4^例中，斜率1 406的斜率絲等于零，但是根據(jù)本發(fā) 明在其它示例中可以M的^I4率1 406還可以具有與^^斜率。在一個示例中， 最大占空比值Dxi409、 Djq410、 Dx3411和Dx4412分別對應(yīng)于圖2中的Pxi206、 Dx2207、 Djo208和Dx4209。在i^^例中，輸入^BE信號的第一、第3卩第，性 函數(shù)是當輸入電壓信號增大時占空比的線性減小。在另一個示例中，根據(jù)本發(fā)明， 斜率3 408還可以具有 等于零的斜率。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的電源控審藤545的內(nèi)部方塊圖的一個示例，該電源控 偉iJim括耦合到前饋增^^織鵬530的開關(guān)占空比控帶藤522。在漆示例中， 前饋增^& 530被^以接收前饋信號1汗510。在一個示例中，輸入直 流腿V]n505等于團1中的V!n105。在一個示例中，開關(guān)S1 525等于圖1中的 開關(guān)125，并且M開關(guān)525的電流Id520等于圖1中的ID120。
如i^^例所示，VjN505齢到前饋鵬540，做^^例中示為電阻器RfF。 在另一個示例中，前饋電路540可以是電P且分壓器，并且前饋信號510可以是電 壓信號。在標例中，^!前饋輸540的電流Ipp510是前^ll入^ffi信號， 做一個示例中等于圖1中的信號Uff170。因此,當V]n505增加時，前饋信號fo510
也增加。
在標例中，前饋lFF^I入4BE信號510船到增^^蹄鵬530。增益 選擇器電路530產(chǎn)生,到開關(guān)占空比控審幡TO 522的占空比調(diào)節(jié)信號535。
在i^^例中，開關(guān)占空比控審勝TO522也被船以接收反饋信號Ure555。增益 選鄉(xiāng)電路530選擇鋤n到前饋信號510的增益。所鋤啲增益確定了最大占空 比的特征作為輸入腿V!n505的函數(shù)。所働啲增益還,定了給誠固定值的反 饋信號的占空比^tr征作為輸入腿Vw505的函數(shù)，如圖4所示。由于在圖3和 圖4中，1T征曲線3l3和4l3的斜報^if入腿的振嘛被，根據(jù)本發(fā)明， 增^ 電路530根據(jù)前饋信號Iff510的數(shù)it^WJ頁目536的增録法器 mpF。在下面的圖6中示出用于執(zhí)fi^功能的電珞。圖6，示出被,以接收在終端651處的前饋lFF，入^E信號610的增 ^i!織電路630的示例'I4^圖。增^S電路630產(chǎn)生由開關(guān)占空比控制 器電,收的信號635，如下參照圖7將討論。晶體管652和電壓源653設(shè)定在 終端651處的電壓，其例如使得可以Mi十算圖5中的電阻器540的值，從而提 供給^lf入極505的前饋信號510的所離。電流源632限帝鵬晶條652 的最大電流，以確保在正lt^作^K牛下在終端651處的電壓的穩(wěn)定性。如該蹄ij戶;f^,前饋電流610由電流鏡601^iSfi^像。在i^^例中，電流 鏡601設(shè)定比率ml: 1,它將鏡像電流減小至艦于前饋電流610的值，從而減小 增^^l鵬630的內(nèi)部功率消耗。該電流積欠被一對一的電流鏡615進4豫 像，以產(chǎn)生數(shù)H^ Wml的兩個相同電流612和611 。包括電織605和電阻器 610的RC濾波^^音濾波。在一個示例中，電流源lB2645的數(shù)il^于電流源 羅bi的數(shù)值。在i^^例中，小于或等于Ib640、 1,625以及11^1^35的Wml 611的數(shù)值基 本為零，其中戶腐fe/ml 611的數(shù)值艦一對一的電流鏡691的作用基本等于 I！625。對于大于Im640且小于或等于lB2645、 1625以及占空比調(diào)節(jié)信號11^1^35 的Iff/hi1 611和612的數(shù)值基本等于(I汗/ml—IB1)。對于大于1^645、 ,1^35 的lpp/ml 611和612的數(shù)值，mFFlpr635鉢等于(Iir/ml-Im) - (Iir/ml—1^) m2。 其中m2是電流鏡620的比率，皿電流1,625減去電流12631之前該m2應(yīng)用到 該電流12631。因M常來說，^下面的M式 n^pIpF =1廣I2m2 (1)戰(zhàn)關(guān)系微可以在圖6中的表格650被總結(jié)。在該示例中，M51增織^^鵬630施加到前饋信號fer610的增益具有三 段。因艦決于I和t的相對值的占空比調(diào)節(jié)信號635的增益的變4Wf共圖2和
圖3戶^的1T征曲線，其中所悉占空比調(diào)節(jié)信號在一^h^例中,到開關(guān)占空比控審蟠。在一個示例中，Wml611小于或等于I別640的情況分別對應(yīng)于圖3和4 中的斜率1 306和406。在一^例中，fo/ml 611大于IB1640且小于或等于1^645 的情況分別對應(yīng)于圖3和4中的斜率2 307和407。在一個示例中，Iff/hiI 611大 于Iffi645的情況分別對應(yīng)于圖3和4中的斜率3 308和408。信號11^11^35被開 關(guān)占空比控偉職鵬鵬的方式在下面參照圖7來說明。圖7^J^出電源控庫螺鵬700的1分的示意圖。該鵬700被船以 接收反饋信號IPB701，它在一^^例中等于圖5中的反饋信號555。該鵬700被 船以接收占空比調(diào)節(jié)信號735，械一個豨仲等于圖5中的占空比調(diào)節(jié)信號 535。 TO700的輸出是VpwM信號765, M—^^例中用于獲取驅(qū)^t號521 來驅(qū)動圖5中的開關(guān)525的切換。當振蕩器702輸出信號720為低時，開關(guān)799閉合，并且電繊780被充電， 其充ElJl率由電流源I！ 745和1738的和來決定。i^t應(yīng)于，796的上升沿，它 是腿VD795在時間上的標。在振蕩器702輸出信號720為低的時間內(nèi)，來自 AND門761的輸出信號774 Vpwm信號765，敘一個示例魏應(yīng)于圖5中 的開關(guān)525關(guān)斷的時間。當振蕩器702輸出信號720變高時，開關(guān)799斷開，并皿電容器780的充 電停止。在由上升沿鵬電路764決定的5iM期之后，開關(guān)785閉合，導(dǎo)致電 織0)780以由電流源782決定的速率放電。艦應(yīng)于波形796的下降區(qū)。娜 796的平頂部分由開關(guān)799關(guān)斷和開關(guān)785導(dǎo)遮t間的延遲產(chǎn)生。波形796的^ffi下降到參考^E電平772以下所花費的時間決定了 Vpwm瑜 出765的導(dǎo)通時間Ton。由于電織780的放^3I率由電流源782固定，所以V畫 輸出765的導(dǎo)通時間Ton由在開關(guān)799閉合周期內(nèi)電容器780被充電的速率決定。 這又是I 738和h 745的函數(shù)。作為總周期時間Ts的一部分的Vpwm瑜出765的導(dǎo) 通時間Ton是占空比，并且M—個示例中對應(yīng)于圖5中開關(guān)Sl 525的占空比。作為反饋信號701的函數(shù)的控審藤占空比1T征的PWM增益由電流源736、 745和782的才S)^tm幅來設(shè)定，^S—^N^iJ中對應(yīng)于圖2中的斜率213。然而， 由于凝沐發(fā)明無關(guān)，所以這&iW再進"^i寸論。根據(jù)本發(fā)明的示伊涉及了占空比調(diào)節(jié)信號735對T^定反饋信號701值的占 空比和例如圖5中開關(guān)525的最大占空比的影響?？梢?的是，例如 開關(guān)
525的電流520的其它因^^可以影dl^E特定斜牛下開關(guān)525的實際導(dǎo)通時間。 例如，如果電源在檢測到電流520 E^^l錢電平的^P章^j牛下操作，則開關(guān) 525的導(dǎo)通時間會因該原因而不是在圖7中Vpwm765信號對氐的原因而終結(jié)。如圖7戶標，絲式739反映了反饋信號701和占空比調(diào)節(jié)信號735對于電 780的充電以及VpwM輸出信號765的占空比的影響。當占空比調(diào)節(jié)信號735 基本為零時，在一^h^例中對應(yīng)于圖6中的 為零的1,625的數(shù)值，，式739 艦I:Pl0"mc(lFB—lB) (2)在一個示例中，等式2的MI生占空比相對于反饋信號701,鞭，它 由圖2中,征217來P艮定。對于當圖6中的fe/ml 611大于IB1640時的所有情況，占空比調(diào)節(jié)信號735 是有限的。關(guān)系式739則為I-PIo—《mc(lFB—lB)十卿Iff〉 (3)作為前饋^t號610的函數(shù)的占空比調(diào)節(jié)信號735的斜率itt固定值，并皿 于輸入Effi^J牛的旨范圍都^性的，如參照，圖5和6所描述的另附。對 于當占空比調(diào)節(jié)信號為一^的^h劍牛，等式3和739的關(guān)系^Zffl于決定電容 器780的充iJl率。應(yīng)當注意，等式3和739的絲式僅艦于等于^:于電流源IB703的反饋 信號Ifb701的數(shù)働真。對于小于電流源fe703的反饋信號fe701的數(shù)值，絲 式739中的項741鉢為零，但是不會為負數(shù)。這是因為輸出電流不能小于零的 電流鏡752的作用。在一個示例中，反饋信號Ifb701小于電流源IB703的瞎TO應(yīng)于圖2中的區(qū) 域251，其中反饋信號219中的變艦于^f戰(zhàn)大值的占空比D220沒有影響。 然而，增加前饋信號振巾阿以減小最大占空比，如ffli!DMAX值201、 202、 203 和204所泰示的另孵。在一個示例中，影響占空比D所需的反饋信號Ue210的數(shù) 值為固定值，而與前饋信號的振幅無關(guān)。在一個示例中，艦應(yīng)于圖7的電路， 其中關(guān)系式739的項741為零，Ul仮饋電流Iir701的數(shù)駄于電流源IB703。圖8 ; ^出最大占空比802和前饋^!I入^E信號801振幅之間的關(guān)系的 —^h^例，根據(jù)本發(fā)明，鏈一4^例中在圖5中可以由電源控庫i藤545i糊從 而響應(yīng)于前饋信號510 ，制開關(guān)Sl 525的切換。 在漆示例中，根據(jù)本發(fā)明，最大占空比802是輸入^E信號801的多僧性 函數(shù)。在&，|沖，當輸入feE信號^f值820的第一范圍內(nèi)時，開關(guān)的最大占 空比是輸入,信號801的第一線性函數(shù)。當輸入^ffi信號801 數(shù)值823的 第二范圍時，開關(guān)的最大占空比802是輸入^E信號801的第J性函數(shù)。當輸 入電壓信號處于數(shù)值826的第n個范圍時，開關(guān)的最大占空比802是輸入^H信 號801的第n個線性函數(shù)。在一個示例中，斜率l 827具有鉢等于零的斜率，但是根據(jù)本發(fā)明可以理 解的是在其它示例中斜率1 827也可以具有與瞎斜率。在一^^i沖，除當輸入 ^E信號801在數(shù)值820的第一范圍內(nèi);^卜的所有線性函數(shù)是當輸入^E信號801 增大時駄占空比802的線性減小。在另一4^忡，這n^M摔的任意一個或 者多個可以具有絲為零的斜率，只要這n ^i斗率之一具有當輸入^E信號801 增大時的最大占空比802的線性減小即可，這^^t尋益于本發(fā)明的教導(dǎo)。圖9 ;^出給定或固定il^饋信號Ufb902的占空比和前饋^T入4BE信 號901振幅之間的絲的一^^例，根據(jù)本發(fā)明，它在一4^例中在圖5中可以 由電源控帝幡545鵬以響應(yīng)于固定反饋信號值UfB555的前饋信號510雜制開 關(guān)S1 525的切換。在i^^例中，固定i!R饋信號UFB902的占空比是輸入^ffi信 號901的多^tt函數(shù)。在i^i沖，當輸入^E信號Mlf值920的第一范圍內(nèi)時，開關(guān)的固定販 饋信號Ufb902的占空比是輸入^E信號901的第一線性函數(shù)。當輸入^J1信號 901處于數(shù)值923的第二范圍時，開關(guān)的固定it^饋信號UpB902的占空比是輸入 feffi信號901的第Z^性函數(shù)。當輸入^ffi信號處于數(shù)值926的第ii個范圍時， 開關(guān)的固定^t^饋信號Ura902的占空比是輸入帖信號901的第n憤性函數(shù)。在一4^i沖，斜率l 927具有基本等于零的斜率，但是根據(jù)本發(fā)明可以理 解的是在其它示例中斜率1 927也可以具有一瞎斜率。在一個示例中，除了當輸 入電壓信號901 (值920的第一范圍內(nèi)以外的所有線性函數(shù)是當輸入^ffi信號 901增大時給定或固定il^饋信號值的占空比902的線性減小。在另一i^例中， 這n個斜率的任意一個^#多個可以具有 :為零的斜率，只要這n個斜率中的 至^^個具有當輸入^Eft號901增大時給^固定iES饋信號值的占空比902 的統(tǒng)性減小即可，這 ^尋益于本發(fā)明的教導(dǎo)。圖10 ; ^出增^#^鵬1000的示伊M^亂根據(jù)本發(fā)明，它在一 4^例中可以鵬于產(chǎn)生輸入^E信號的多憤性函數(shù)，如上參照圖8和9戶腿 另P樣。在一^^i沖的增^m鵬1030的部分和圖6中的方塊630在許多方面是共同的，因jtb&fc^再m。如圖戶; ^，增^ii^電路1000被耦合以接收在終端1051處的前饋Ijt， 入feffi信號1010。增^#^鵬1000產(chǎn)生齢到開關(guān)占空比控帶塍鵬的信 號1035，戶;f^^偉幡電路在一個示例中可以是圖5中的開關(guān)占空比控帝幡522。 圖10的增^it,電路1000包括多個方塊,從而產(chǎn)生作為輸入^E信號1010的 函數(shù)的占空比調(diào)節(jié)信號1035的多僧性函數(shù)。為了清楚說明，僅僅在圖10中示出第n個方塊1031,械一^^例中分別 實施圖8和9中的第n4^率830或930。在i^^例中，電流1 1015基本為零， 直到電流Iir/ml 1032艦電流Ien1011，其中Ia^…〉Im〉 fei。對于大于fen1011 的lfF/ml 1032值，在ln:/ml 1032和1^1011之間的M乘以電流鏡1020比率mn， 并MI,1025中被減去。因此，通常來說，占空比調(diào)節(jié)信號1035可以由下面的關(guān),IpFHm2. .國yrai (4)包括在摘要中說明的本發(fā)明的所/i^例的說說明不翻她性說明，醋不 用于限制為所公開的具體形式。雖ttlth為了進行闡述說明了本發(fā)明的具體實施 例以及示例，但是可以進行多種，，，這是本領(lǐng):)^:人員熟知的。實P示上，可以働早的是，為了進4預(yù)明衝共具體電壓、電流、頻率、功率范圍數(shù)值、時間等等，但是在其它實施例和示例中根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以，其它數(shù)值。這^^tp是根據(jù)i^具體實皿式部分內(nèi)容作出的本發(fā)明的示例。下面的 權(quán)利要求中細的術(shù)語不用于將本發(fā)明限制為在說明書和權(quán)利要求書中公開的具體實施例。相反，該范圍由下面的權(quán)利要^it行辦限定，它是根據(jù)權(quán)利要辦 義的粒原則來構(gòu)造的。
權(quán)利要求
1.一種電源控制器，包括用于接收反饋信號和占空比調(diào)節(jié)信號的開關(guān)占空比控制器，該開關(guān)占空比控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動信號以控制耦合到能量傳輸元件的開關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰?；以及用于接收輸入電壓信號以產(chǎn)生由所述開關(guān)占空比控制器接收的占空比調(diào)節(jié)信號的增益選擇器電路，所述輸入電壓信號表示輸入到電源的輸入電壓，所述開關(guān)占空比控制器用于限制所述驅(qū)動信號的最大占空比，其中所述驅(qū)動信號的所述最大占空比響應(yīng)于所述輸入電壓信號的多個數(shù)值的范圍內(nèi)的多個線性函數(shù)而改變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i的電源控庫幡，其中所述多憤性函數(shù)包括第一線性函 數(shù)、第h^性函數(shù)和第h^性函數(shù)，其中當輸入^ii信號低于第一閾值時，戶腿 驅(qū)鵬號的戶;f^i大占空比別;M輸入feE信號的第一線性函數(shù)，其中當輸入電 壓信號鄉(xiāng)一閾值和第二閾粒間時，戶;M驅(qū)離號的戶;Mt大占空比慰;M輸入feE信號的第1性函數(shù)，其中當輸入^J1信號鄉(xiāng)二閾值和第三閾粒間時，戶;^驅(qū)離號的^ft大占空比敲;M輸入4E信號的第h^性函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的電源控審幡,其中戶;Mm"^性函數(shù)的斜率絲為零。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的電源控偉幡，其中戶;Mmz^性函數(shù)是當戶;M輸入電 壓信號增大時戶;MS大占空比的線性減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的電源控律幡，其中戶;Mmn^性函數(shù)是當戶; ^輸入電壓信號增大時戶;MM大占空比的線性減小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的電源控庫i藤，其中戶;^逮性函數(shù)的斜率 *為零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求i的電源控偉幡，其中戶;M輸入^E信號是電流。 s.根據(jù)權(quán)利要求i的電源控翁勝，其中戶; ^輸入^E信號是腿。
8.
9. 根據(jù)權(quán)利要求i的電源控葡勝，其中戶腿開關(guān)和戶腿電源控帝'] ^包 括在單片誠鶘中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求i的電源控帶勝，其中戶脫開關(guān)和戶脫電源控律iJWM 包括鄉(xiāng)^￡電路中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的電源控帶勝，其中輸入^E信號的多4^c值的范圍內(nèi) 的多，性函數(shù)中至A一，性函數(shù)是當輸入^E信號增大時最大占空比的線性減小o
12. —種電源控偉離，包括用于接收反饋信號和占空比調(diào)節(jié)信號的開關(guān)占空比控偉幡，該開關(guān)占空比控偉幡用于產(chǎn)生驅(qū)^i號以控帶J^到MS^ir元件的開關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)從電源的輸A^f輸?shù)诫娫吹妮敵龆说膫}瞳以及用于接ii^f入^E信號以產(chǎn)生由戶;M開關(guān)占空比控庫'皿收的占空比調(diào)節(jié) 信號的增^m電路，^M輸入^ffi信^^A^電源的輸入4E,戶;M開 關(guān)占空比控律幡用于響應(yīng)于戶;f^&饋信號和戶脫占空比調(diào)節(jié)信^s審M^驅(qū)動 信號的占空比，其中對于反饋信號的固定值的驅(qū)離號的占空比響應(yīng)于輸入腿 信號的多個數(shù)值的范圍內(nèi)的多，性函數(shù)而^。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控律i藤，其中戶;M多，性函數(shù)^^第i性 函數(shù)、第性函數(shù)和第h^性函數(shù)，其中當輸入^m信^(氐于第一P鄉(xiāng)時，對 于反饋信號的固定值的驅(qū)鵬號的占空比慰;M輸入4ffi信號的第一線性函數(shù)，其中當輸入電壓信號鄉(xiāng)一閾值和第二闞ili間時，對于反饋信號的固定值的驅(qū) 動信號的占空比敲;M輸入^E信號的第r^函數(shù)，其中當輸入^ffi信號綠二閾值和第三離之間時，對于反饋信號的固定值的驅(qū)離號的占空比慰;M輸 入^e信號的第h^性函數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的電源控偉幡，其中戶; ^"^性函數(shù)的斜率鉢為零。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的電源控帶勝，其中戶;f^mi性函數(shù)是當戶;M輸入^BE信號增大時對于反饋信號的固定值的占空比的統(tǒng)性減小。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13的電源控律幡，其中所職n^性函數(shù)是當戶;M輸入電壓信號增大時對于反饋信號的固定值的占空比的^tt減小。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的電源控審藤，其中0MmH^4函數(shù)的斜率絲為零。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控律幡，其中^M輸入^ffi信號是電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控審i勝，其中M&輸入^E信號是極。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控制藤，其中戶艦開關(guān)和0M電源控帝iM^ 包括在單片誠鵬中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控庫i塍，其中戶做開關(guān)和戶做電源控帝M^ 包括在混^K嶙中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12的電源控偉幡，其中戶;M輸入^E信號的多^f(值的 范圍內(nèi)的戶腿多，性函數(shù)中至^^h^性函數(shù)是當朋述輸入^E信號增大時對 于反饋信號的固定值的占空比的線性減小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于響應(yīng)于輸入電壓信號來切換電源的開關(guān)的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的多個方面，一種電源控制器包括用于接收反饋信號和占空比調(diào)節(jié)信號的開關(guān)占空比控制器。該開關(guān)占空比控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動信號以控制耦合到能量傳輸元件的開關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)從電源的輸入端傳輸?shù)诫娫吹妮敵龆说哪芰?。該電源控制器還包括用于接收輸入電壓信號以產(chǎn)生由所述開關(guān)占空比控制器接收的占空比調(diào)節(jié)信號的增益選擇器電路，所述輸入電壓信號表示輸入到電源的輸入電壓。所述驅(qū)動信號的最大占空比響應(yīng)于所述輸入電壓信號的多個數(shù)值的范圍內(nèi)的多個線性函數(shù)而改變。
文檔編號H02M3/28GK101159415SQ20071019441
公開日2008年4月9日 申請日期2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月4日
發(fā)明者S·鮑爾勒, Z·-J·王 申請人:電力集成公司