專利名稱：從功率變換器控制器的單端子感測多電壓值的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及功率變換器，并且更具體地本發(fā)明涉及感測功率 變換器的輸入電壓和輸出電壓。
背景技術(shù)：
諸如手機、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式電腦等的很多電子裝置 都由相對低壓的DC電源供電。因為功率一般作為高壓交流功率通過 墻壁插座傳送，所以需要一種通常稱之為功率變換器的設(shè)備以將高壓 交流功率轉(zhuǎn)換成低壓直流功率。低壓直流功率可以由功率變換器直接 提供給設(shè)備，或者其可以被用于對可再充電電池充電，再由該電池提 供能量給設(shè)備，但是一旦儲存的能量耗盡就需要充電。典型地，用包 括功率變換器的電池充電器為電池充電，該功率變換器符合電池所要 求的恒流恒壓要求。在工作中，功率變換器可以使用控制器調(diào)節(jié)傳送 給諸如電池之類的電氣設(shè)備的輸出功率，該電氣設(shè)備通常被稱為負載。 更具體地，控制器可以與傳感器耦合，該傳感器可以提供功率變換器 的輸出的反饋信息，以便調(diào)節(jié)傳送給負載的功率?？刂破黜憫?yīng)于來自 傳感器的反饋信息，通過控制功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷調(diào)節(jié)給負載的功 率，以從諸如輸電線的輸入功率源向輸出傳輸能量脈沖。
功率變換器控制電路可以用于多種目的和應(yīng)用。對控制電路功能性有這樣的需求，其可以提供應(yīng)用所需要的所有特征同時減少集成控 制電路外部元件的數(shù)量。這種外部元件數(shù)量的減少實現(xiàn)了功率變換器 的小型化，提高了便攜性，簡化了需要最終確定功率變換器設(shè)計的設(shè) 計周期的數(shù)量并提高了最終產(chǎn)品的可靠性。此外，減少的元件數(shù)量可 以在功率變換器運行過程中提供能量效率的改進，而且能夠降低功率 變換器的成本。改進調(diào)節(jié)并且檢測功率變換器中其他故障狀態(tài)的一些 示范附加特征依賴于感測輸入線電壓。在一些情況下，為了滿足客戶 需求有必要感測輸入線電壓。然而，已知的感測輸入線電壓的電路增 加了控制器外部的元件。集成的解決方案會消除感測輸入線電壓所需 要的分立元件，但是在一些情況下，集成感測輸入線電壓的電路會造 成需要附加的端子，這可能增加尺寸、成本和集成控制器的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于功率變換器的控制器，
其包括切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；以及傳感 器，其耦合以接收來自控制器的單個端子的信號，在功率開關(guān)的至少 部分導(dǎo)通時間內(nèi)，來自該單個端子的該信號代表功率變換器的線輸入 電壓，在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)，來自該單個端子的該信號 代表功率變換器的輸出電壓，其中切換控制響應(yīng)于傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于功率變換器的控制器， 包括端子；切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；耦合 在該端子和切換控制之間的傳感器，該傳感器耦合以感測集成控制器 的該端子處的電壓，其中感測的電壓表示功率變換器的輸出電壓，并 且其中傳感器還被耦合以感測集成控制器的該端子處的電流，其中感 測的電流表示功率變換器的輸入電壓，并且其中切換控制響應(yīng)于傳感 器切換功率開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于功率變換器的控制器， 包括切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；傳感器，其 耦合以接收來自控制器的端子的信號，來自該端子的該信號在功率開 關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)表示功率變換器的線輸入電壓，來自該端子 的該信號在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)表示功率變換器的輸出電壓，傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該部分關(guān)斷時間內(nèi)采樣來自該端子 的該信號并產(chǎn)生采樣輸出電壓信號，并且傳感器被耦合以在功率開關(guān) 的該部分導(dǎo)通時間內(nèi)采樣來自該端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸入線電壓 信號；以及耦合在傳感器和切換控制之間的輸出調(diào)節(jié)器，該輸出調(diào)節(jié) 器被耦合以向切換控制輸出輸出調(diào)節(jié)信號，其中切換控制響應(yīng)于輸出 調(diào)節(jié)信號切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于功率變換器的控制器， 包括切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；傳感器，其 耦合以接收來自控制器的一個端子的信號，來自該一個端子的該信號 在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)表示功率變換器的線輸入電壓，來 自該一個端子的該信號在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)表示功率變 換器的輸出電壓，傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該部分導(dǎo)通時間內(nèi)采 樣來自該一個端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸入線電壓信號，并且傳感器 被耦合以在功率開關(guān)的該部分關(guān)斷時間內(nèi)采樣來自該一個端子的該信 號并產(chǎn)生采樣輸出電壓信號；以及耦合在傳感器和切換控制之間的恒 定電流調(diào)節(jié)器，該恒定電流調(diào)節(jié)器耦合以響應(yīng)于釆樣輸出電壓信號向 切換控制輸出恒定電流信號，來調(diào)節(jié)功率變換器的輸出電流。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于功率變換器的控制器， 包括反饋端子，其耦合以接收在功率變換器的功率開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài) 時代表功率變換器的輸出電壓的電壓，反饋端子還耦合以接收在功率
開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時代表功率變換器的輸入線電壓的電流；傳感器， 其耦合到反饋端子并耦合以在功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)期間采樣在反饋 端子處接收的電流并響應(yīng)于接收的電流產(chǎn)生采樣輸入線電壓信號，該 傳感器耦合以在功率開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)期間采樣在反饋端子處接收的 電壓并響應(yīng)于接收的電壓產(chǎn)生采樣輸出電壓信號；以及切換控制，其 耦合以輸出驅(qū)動信號控制功率開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間的切 換，來調(diào)節(jié)功率變換器的輸出，其中該切換控制響應(yīng)于采樣輸入線電 壓信號和采樣輸出電壓信號。


下面參考附圖描述本發(fā)明的非限制性和非窮盡性示例，其中除非另有指定，在各個圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的部分。
圖1是通常示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的包括控制器的示范功率變換器 的示意圖。
圖2是通常示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的示范控制器的功能框圖。 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的示范傳感器的示意圖。 圖4通常示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的與示范傳感器相關(guān)的示范電壓波 形和時鐘信號。
圖5是通常示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的用于在同一端子感測輸出電壓 和輸入線電壓的示范方法的流程圖。
具體實施例方式
公開了與感測功率變換器中電壓有關(guān)的示例。在下面的說明中， 為了提供本發(fā)明的徹底理解，提供了許多具體的細節(jié)。然而，對本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員顯而易見的是，實踐本發(fā)明并不需要這些具體的細節(jié)。 為了避免模糊本發(fā)明，沒有詳細描述與實施方式相關(guān)的公知方法。
在整個說明書中對"一個實施例"、"實施例"、"一個示例"或者"示
例"的引用意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本 發(fā)明的至少一個實施例或示例中。由此，在整個說明書中不同位置出
現(xiàn)的短語"在一個實施例中"、"在實施例中、"在一個示例中"或者"在 示例中"不一定都指的是相同的實施例。在一個或多個實施例或示例 中，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以例如結(jié)合成適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合。
如下面要討論的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)公開了用于功率變換器的示 范集成控制器，該控制器包括從相同端子感測輸入線電壓和輸出電壓 的感測電路。公開的功率變換器和方法的示例可以用于多種應(yīng)用，其 中由控制器響應(yīng)于感測的輸入線電壓和輸出電壓調(diào)節(jié)輸出電壓。
為了圖解說明，圖1是大致示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的包括控制器102 的功率變換器100 (也稱作電源)的示例的示意圖。在一個示例中， 控制器102可以包含在集成電路中。如圖所示，電源100在輸入104 接收DC電流，其在所示的示例中耦合到未調(diào)節(jié)的輸入線電壓 VUNE105。能量傳輸元件116將輸入104與輸出端子118電隔離，輸 出端子118在該示例中與輸出電壓VouTl20對應(yīng)。由于能量傳輸元件116將輸入104與輸出端子118電隔離，沒有直流電流通道允許電流 從功率變換器100的輸入側(cè)流向輸出側(cè)。在一個示例中，能量傳輸元 件116包括輸入繞組122和輸出繞組124。"輸入繞組"也可以稱作"初 級繞組"，而"輸出繞組"也可以稱作"次級繞組"。如圖所示，箝位電路 126與能量傳輸元件116的輸入繞組122耦合，以限制控制器102兩 端的最大電壓。在一個示例中，箝位電路126可以包括電阻器128、 電容器130和整流器131。
如所描述的示例所示，控制器102包括耦合在第一端子133和耦 合到輸入返回(return) 129的第二端子134之間的功率開關(guān)(power switch) 132。在一個示例中，輸入返回129和輸出返回149可以耦合。
在一個示例中，第一端子133可以稱作"漏端"，而第二端子134 可以稱作"源端"。功率開關(guān)132耦合以控制通過能量傳輸元件116從 輸入端子104向輸出端子118傳輸?shù)哪芰浚酝ㄟ^將功率開關(guān)132在 導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來調(diào)節(jié)電源100的輸出。更具體地，在 功率開關(guān)132導(dǎo)通時，開關(guān)電流(switch current) Iswitch135流過輸入 繞組122，而在功率開關(guān)132關(guān)斷時，基本上阻止開關(guān)電流Isw!TCHl35 流過功率開關(guān)132。在一個示例中，功率開關(guān)132是晶體管，例如高 壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。注意在圖1所示的示 例中功率開關(guān)132包含在控制器102內(nèi)。例如，在一個示例中，控制 器102是包括功率開關(guān)132的單片集成電路。然而，在圖2的示例中， 功率開關(guān)132相反可以是與控制器102耦合并由控制器102控制的分 立外部器件，或者可以是與集成控制器一起封裝在混合器件中的分立 開關(guān)。在其他各種示例中，控制器102可以包括采用多種任意控制方 法的特征，所述控制方法包括但不局限于導(dǎo)通/關(guān)斷控制、具有變化電 流極限水平的導(dǎo)通/關(guān)斷控制、脈沖寬度調(diào)制(PWM)等。
如圖所示，能量傳輸元件116還包括提供反射電壓(reflected voltage) VREFLECT138的輔助繞組136，反射電壓VreFLECT138可以表示 當(dāng)開關(guān)電流Iswitch135流過輸入繞組時的輸入線電壓VUNE105，也可 以表示當(dāng)次級電流(secondary current)ISECONDARYl37流過輸出繞組124 時的輸出電壓VOUT120。在一個示例中，反射電壓V肌^ect138可以表示在功率開關(guān)132導(dǎo)通的至少一部分時間內(nèi)的輸入線電壓Vune105， 并且可以表示在功率開關(guān)132關(guān)斷的至少一部分時間內(nèi)的輸出電壓 Vouil20。在運行中，在功率開關(guān)132導(dǎo)通時，使得開關(guān)電流Iswitch135 能夠流過輸入繞組122，允許反射電壓VREFLECT138表示與輸入線電壓 VUNE105成比例的電壓。反射電壓VREFLECT138可以與輸入線電壓 VUNE105成比例，該比例等于輔助繞組136的匝數(shù)與輸入繞組122的 匝數(shù)的比例。匝數(shù)比和電壓比之間存在的示范關(guān)系如下表示
r麗—K ("
其中NA是輔助繞組136的匝數(shù)，N!是輸入繞組122的匝數(shù)。在功率 開關(guān)132從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)化為關(guān)斷狀態(tài)時，基本上阻止開關(guān)電流 Iswitch135流過功率開關(guān)132，并且儲存在輸入繞組122中的能量被傳
輸?shù)捷敵隼@組124，允許反射電壓VREFLECTl38代表與輸出電壓VouTl20 成比例的電壓。反射電壓VREFLECTl38可以與輸出電壓VouTl20成比例，
該比例等于輔助繞組136的匝數(shù)與輸出繞組124的匝數(shù)的比例。匝數(shù)
比和電壓比之間存在的示范關(guān)系如下表示
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中NA是輔助繞組136的匝數(shù)，No是輸出繞組124的匝數(shù)，Vf是整 流器152正向偏置時其兩端的電壓。當(dāng)Vf與VouT相比可以忽略時， 表達式可以簡化為
<formula>formula see original document page 12</formula>
繼續(xù)圖1所示的示例，輔助繞組136耦合到包括第一和第二電阻 器140和142的分壓器，使得反饋端子144與第一和第二電阻器140 和142之間的節(jié)點耦合。在一個示例中，可以基于希望的輸出電壓 VOUT120選擇第一和第二電阻器140和142的值。反饋信號146被控 制器102接收，并且在功率開關(guān)132導(dǎo)通時代表反射的輸入線電壓，而在功率開關(guān)132關(guān)斷時代表反射的輸出線電壓。如圖所示，旁路端 子148與旁路電容器150耦合。運行中，控制器102在整流器152中 產(chǎn)生脈動電流，在示出的示例中，整流器152包括通過電容器154濾 波的二極管，以產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓VOUT120。
圖2是進一步示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的圖1的示范控制器的功能框 圖。如圖所示，傳感器202響應(yīng)于反饋信號146輸出采樣輸入線電壓 信號204和釆樣輸出電壓信號206。更具體地，在功率開關(guān)132導(dǎo)通 時，反饋信號146提供表示輸入線電壓VUNE105的正向信息，而在功 率開關(guān)132關(guān)斷時，反饋信號146提供表示輸出電壓VOUT120的反饋 信息。因此，當(dāng)反饋信號146表示輸入線電壓VUNE105時傳感器202 輸出采樣輸入線電壓信號204而當(dāng)反饋信號146表示輸出電壓 VoUT120時輸出采樣輸出電壓信號206。如圖所示，切換控制塊208 輸出將功率開關(guān)132在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換的驅(qū)動信號210。 驅(qū)動信號210也輸出到傳感器202，以確定傳感器202感測反射電壓 VREFLECTl38或者傳感器202感測輸入線電壓VL鵬105的時間(timing)。
下面將說明可以任選地響應(yīng)于傳感器202的輸出的示范功能。輸 出調(diào)節(jié)器212響應(yīng)于采樣輸出電壓信號206輸出輸出調(diào)節(jié)信號214。 更具體地，輸出調(diào)節(jié)器212響應(yīng)于采樣輸出電壓信號采用特定的控制 技術(shù)來調(diào)節(jié)輸出電壓VOUT120。例如，控制技術(shù)可以包括導(dǎo)通/關(guān)斷控 制、脈沖寬度調(diào)制等。
如描述的示例所示，任選的自動重啟(restart)檢測器216有選擇 地輸出自動重啟信號218，以指示切換控制塊208進入(engage in) 自動重啟模式。更具體地，自動重啟是在故障狀態(tài)期間控制器102進 入的模式，所述故障狀態(tài)例如但不局限于輸出過載、輸出短路、開環(huán) 狀態(tài)等。例如在一個示例中，在輸出電壓VouTl20低于某個閾值電壓 一定時間時進入自動重啟模式。當(dāng)控制器102在自動重啟模式運行時， 電源100工作在降低的輸出電壓和降低的平均輸出電流，以避免故障 狀態(tài)帶來的損害。在自動重啟模式期間，如果負載在規(guī)格之內(nèi)，在一 持續(xù)時間內(nèi)不調(diào)節(jié)切換，該持續(xù)時間足夠長以將輸出電壓VOUT120提 高到自動重啟閾值之上，接著如果輸出在所允許的切換的持續(xù)時間內(nèi)沒有達到該閾值，則在相對較長的間隔不進行切換。自動重啟模式重 復(fù)這種不需人工干涉的繼之以一段間隔不進行切換的切換方式
(pattern),直到輸出電壓VOUT120達到自動重啟閾值。
如描述的示例所示，任選的恒定電流調(diào)節(jié)器219響應(yīng)于采樣的輸 出電壓信號206輸出恒定電流信號220到切換控制塊208。更具體地， 當(dāng)功率變換器100處在電流調(diào)節(jié)模式時，切換控制塊208調(diào)節(jié)輸出端 子118處的輸出電流。
如圖所示，還包括任選的功率限制器221，其耦合以接收采樣輸 入線電壓204和電流感測信號223。功率限制器221向切換控制塊208 輸出功率限制信號222。特別地，功率限制器221響應(yīng)于采樣輸入線 電壓信號204和來自電流傳感器224的電流感測信號223限制到電源 100的輸入功率。在一個示例中，響應(yīng)于功率開關(guān)132中開關(guān)電流 ISWITCH135的感測產(chǎn)生電流感測信號223。任何許多已知的測量開關(guān)電 流Iswtch135，例如電流互感器，或者分立電阻器兩端的電壓，或者晶 體管導(dǎo)通時該晶體管兩端的電壓的方法可以用電流傳感器224實施。 在示出的示例中，電流傳感器224在功率開關(guān)132和源端134之間的 節(jié)點處與功率開關(guān)132耦合。在另一個示例中，應(yīng)理解根據(jù)本發(fā)明的 教導(dǎo)，電流傳感器224可以耦合在功率開關(guān)132和漏端133之間的節(jié) 點。
如該示例中所示的，任選的線欠電壓(under voltage)檢測器225 也被耦合，以接收采樣輸入線電壓信號204,并且耦合以向切換控制 塊208輸出線欠電壓信號226。更具體地，線欠電壓檢測器225響應(yīng) 于采樣輸入線電壓信號204確定線電壓Vune105何時低于線電壓閾 值。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的傳感器202的示例的示意圖300。 如圖所示，反饋端子144耦合以向傳感器202提供反饋信號146。如 圖4所示，在驅(qū)動信號210為低的至少部分時間中，在一個示例中這 代表功率開關(guān)132的關(guān)斷狀態(tài)，在反饋端子144的反饋電壓Vfb表示 輸出電壓Vout120。在驅(qū)動信號210為高的至少部分時間里，在一個 示例中這代表功率開關(guān)132的導(dǎo)通狀態(tài)，相對于輸入返回129將反饋端子箝位至零電壓。在另一個示例中，應(yīng)理解驅(qū)動信號210可以為高
以表示功率開關(guān)132處于關(guān)斷狀態(tài)。
繼續(xù)參考圖3的示例，示意圖300示出了傳感器，該傳感器耦合 以接收反饋信號146以產(chǎn)生采樣輸出電壓信號206和采樣輸入線電信 號204。內(nèi)部電壓源(voltage s叩ply) 302耦合到第一電流源303，該 第一電流源303為包括匹配的p-溝道晶體管T0O6和T2308的緩沖電 路304提供電流。如這里所使用的，晶體管可以是n-溝道或者p-溝道 晶體管。n-溝道和p-溝道晶體管表現(xiàn)出互補或相反的功能，使得導(dǎo)致 n-溝道晶體管導(dǎo)通的信號會導(dǎo)致p-溝道晶體管關(guān)斷。對于模擬信號， 導(dǎo)致n-溝道晶體管傳導(dǎo)較多電流的信號將使p-溝道晶體管傳導(dǎo)較少的 電流。n-溝道晶體管需要在晶體管的柵極和源極之間的正電壓來傳導(dǎo) 電流。p-溝道晶體管需要在晶體管的柵極和源極之間的負電壓來傳導(dǎo) 電流。當(dāng)n-溝道晶體管的柵極和源極之間的正電壓小于晶體管的閾值 電壓時，n-溝道晶體管基本上阻止電流流過該n溝道晶體管。當(dāng)n-溝
道晶體管的柵極和源極之間的電壓變得大于晶體管的閾值電壓時，允 許更多的電流流過n-溝道晶體管。相反，在p-溝道晶體管的柵極和源 極之間的負電壓沒有晶體管的負閾值電壓負(less negative)(更接近 零)時，p-溝道晶體管基本上阻止電流流過該p溝道晶體管。當(dāng)p-溝 道晶體管的柵極和源極之間的負電壓變得比晶體管的負閾值電壓更負 (more negative)時，允許更多的電流流過p-溝道晶體管。
如圖3所示，晶體管T2308的柵極與其漏極耦合。第二電流源310 耦合以吸收(sink)來自晶體管T2308的電流。在運行中，晶體管Tj06 的柵極電壓等于反饋端子144相對于輸入返回129的電壓。利用所示 示例中匹配的晶體管L306和T2308的配置，晶體管T2308的柵極電 壓基本上等于反饋端子144相對于輸入返回129的電壓。如圖所示， n-溝道晶體管313耦合在晶體管T2308的柵極和電壓端子314之間， 該電壓端子314對應(yīng)于相對于輸入返回321的采樣的輸出電壓 Vsample3 15 。
在運行中，采樣輸出電壓信號206表示相對于輸入返回321的采 樣的輸出電壓VSAMPLE315。如圖所示，電容器316與電壓端子314耦合，使得當(dāng)輸出時鐘信號CLKouT318為高時，晶體管T3313導(dǎo)通并允 許電流流向和流自電容器316，以重新調(diào)整采樣的輸出電壓 VSAMPLE315，以匹配反饋端子144的電壓。當(dāng)輸出時鐘信號CLKOUT318 為低時，晶體管丁3313關(guān)斷，并且阻止電容器316充電或放電。在另 一個示例中，應(yīng)理解晶體管T3313可以設(shè)計成在CLKOUT318為低時導(dǎo) 通，并在CLKOUT318為高時關(guān)斷。輸出時鐘信號CLKOUT318從驅(qū)動 信號210導(dǎo)出。如圖4所示，輸出時鐘信號CLKouT318是脈沖信號， 其在驅(qū)動信號210的下降沿之后的時間^之后脈動(pulse)。換言之， 輸出時鐘信號CLKOUT318是脈沖信號，其在功率開關(guān)132從導(dǎo)通狀態(tài) 轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)之后的時間^之后脈動(pulse)。
重新參考圖3中所示的示例，在輸出時鐘信號CLKOUT318為高時， 采樣的輸出電壓VsAMPw315被調(diào)節(jié)為反饋端子144處的電壓。更具體 地，輸出時鐘信號CLKOUT318的脈沖在允許電容器316充電或放電到 相對于輸入返回129的反饋端子144處的電壓的持續(xù)時間里為高。在
該示例中，輸出采樣電壓VsAMPLE315在時間延遲^之后被調(diào)節(jié)，t!在
反射電壓VREFLECT138代表輸出電壓VOUT120的時間間隔期間。
重新參考圖3中的示范傳感器202，內(nèi)部電壓源302耦合到為n-溝道晶體管T4332提供電流的第三電流源330。如圖所示，晶體管T4332 的柵極與n-溝道晶體管T5334的柵極耦合。p-溝道晶體管T6336耦合 在內(nèi)部電壓源302和晶體管T5334之間。如圖4中所示，在反射電壓 VkEFLECTl38低于零時，反饋端子相對于輸入返回129被箝位到大約零 伏，并且表示輸入線電壓VUNE105的負內(nèi)部電流IINT338從輔助繞組 136流過晶體管T6336和Ts334。在一個示例中，內(nèi)部電流ImT338可 以響應(yīng)于反射電壓VREFLECT138而改變幅度。
如描述的示例中所示，p-溝道晶體管340T7耦合在晶體管T6336 的柵極和晶體管T8342的柵極之間。電容器348耦合在內(nèi)部電壓源302 和p-溝道晶體管T8342的柵極之間。如圖所示，反相器344的輸出被 耦合到晶體管T7340的柵極。反相器344的輸入被耦合，來接收輸入 線時鐘信號CLKUNE346。如圖4所示，輸入線時鐘信號CLKune346 是脈沖信號，其在驅(qū)動信號210上升沿之后的時間t2之后脈動。換言之，輸入線時鐘信號CLKUNE346是脈沖信號，其在功率開關(guān)132從關(guān) 斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)之后的時間t2之后脈動。
重新參考圖3，在輸入線時鐘信號CLKUNE346為高時，晶體管 T7340導(dǎo)通并允許電流流向和流自(flow from and to)電容器348以調(diào) 節(jié)晶體管T8342的柵極電壓以匹配晶體管T6336的柵極電壓。更具體 地，輸入線時鐘信號CLKline346的脈沖在允許電容器348充電或放電 到晶體管T6336的柵極相對于輸入返回129的電壓的持續(xù)時間里為高。 晶體管丁6336的柵極電壓由內(nèi)部電流In^338的幅度決定。在輸入線時 鐘信號CLKLINE346為低時，晶體管T7340關(guān)斷并且基本上阻止電流流 向和流自電容器348。在另一個示例中，應(yīng)理解晶體管T7340可以設(shè) 計成在CLKLINE346為低時導(dǎo)通并且晶體管T7340可以設(shè)計成在 CLKune346為高時關(guān)斷。由于晶體管T6336的柵極電壓基本上與晶體 管342 T8的柵極電壓相等，在晶體管T7340導(dǎo)通時，與內(nèi)部電流IINT338 成比例的采樣電流IsAMKE350將流過晶體管342 T8。更具體地，在示 出的示例中，電流IINT338與電流ISAMPLjE350的比例取決于晶體管T6336 與晶體管Ts342的尺寸(sizing)的比例。在運行中，可以通過使用電 阻性元件(例如但不局限于電阻器)將Isam孔e350轉(zhuǎn)化為電壓值，并 且表示采樣輸入線電壓信號204。
重新參考圖4，在功率開關(guān)132導(dǎo)通之后的時間延遲t2之后，時 鐘信號CLKUNE346為高。由于輔助繞組136在功率開關(guān)132導(dǎo)通后不 一定立刻精確地反射輸入電壓，在Isample350被成比例地調(diào)節(jié)到內(nèi)部 電流IINT338之前出現(xiàn)時間延遲t2。
圖5是大致示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的用于在集成電源控制器的相同 端子感測輸出電壓和線電壓的示范方法的流程圖500。流程從塊505 開始，并且在塊510功率開關(guān)132導(dǎo)通。在塊515，在塊520中感測 反射輸入線電壓之前，發(fā)生時間延遲t2。在塊525，輸出釆樣輸入線 電壓信號204。在塊530，功率開關(guān)132關(guān)斷。在塊535，在塊540中 感測反射輸出線電壓之前，發(fā)生時間延遲t!。在塊545，采樣輸出電 壓信號206被輸出，并且流程在塊550結(jié)束。
本發(fā)明的所示示例的描述，包括摘要，并不打算是窮盡性的或者局限于所公開的精確形式。雖然描述本發(fā)明的具體實施例和示例是為 了說明的目的，但是在不背離本發(fā)明的廣泛精神和范圍的前提下，各 種等同修改是可能的。實際上應(yīng)當(dāng)理解，提供具體的電壓、電流、頻 率、功率范圍值、時間等是為了解釋的目的，并且根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)， 也可以在其他實施例和示例中采用其他值。
根據(jù)上述詳細說明可以對本發(fā)明的示例作出修改。在隨附的權(quán)利 要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)被解釋為將本發(fā)明限制到說明書和權(quán)利要 求書所公開的特定實施例。相反，本發(fā)明的范圍完全由權(quán)利要求書確 定，應(yīng)根據(jù)建立的權(quán)利要求解釋的原則來解釋權(quán)利要求書。因而本說 明書和附圖應(yīng)當(dāng)被視為是說明性的，而不是限制性的。
權(quán)利要求
1. 一種用于功率變換器的控制器，包括切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；以及傳感器，其耦合以接收來自控制器的單個端子的信號，在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)，來自該單個端子的該信號代表功率變換器的線輸入電壓，在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)，來自該單個端子的該信號代表功率變換器的輸出電壓，其中切換控制響應(yīng)于傳感器。
2、 權(quán)利要求1的控制器，其中傳感器耦合以在功率開關(guān)的該部分關(guān)斷時間內(nèi)采樣來自該單個端子的該信號。
3、 權(quán)利要求2的控制器，其中傳感器耦合以在功率開關(guān)從導(dǎo)通時 間轉(zhuǎn)換到關(guān)斷時間之后延遲來自該單個端子的該信號的采樣第一時間 間隔。
4、 權(quán)利要求1的控制器，其中傳感器耦合以在功率開關(guān)的該部分 導(dǎo)通時間內(nèi)采樣來自該單個端子的該信號。
5、 權(quán)利要求4的控制器，其中傳感器耦合以在功率開關(guān)從關(guān)斷時 間轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時間之后延遲來自該單個端子的該信號的采樣第二時間 間隔。
6、 權(quán)利要求l的控制器，其中該信號包括第一信號和第二信號， 其中第一信號是表示功率變換器的輸出電壓的電壓，并且其中第二信 號是表示功率變換器的線輸入電壓的電流。
7、 權(quán)利要求1的控制器，其中控制器是用于功率變換器的集成電 路控制器。
8、 權(quán)利要求7的控制器，其中功率開關(guān)被集成到集成電路控制器中。
9、 一種用于功率變換器的控制器，包括 端子；切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制； 耦合在該端子和切換控制之間的傳感器，該傳感器耦合以感測集 成控制器的該端子處的電壓，其中感測的電壓表示功率變換器的輸出 電壓，并且其中傳感器還被耦合以感測集成控制器的該端子處的電流，其中感測的電流表示功率變換器的輸入電壓，并且其中切換控制響應(yīng) 于傳感器切換功率開關(guān)。
10、 權(quán)利要求9的控制器，其中切換控制在導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間 之間切換功率開關(guān)，并且其中傳感器耦合以在功率開關(guān)的至少部分關(guān) 斷時間內(nèi)采樣該端子處的電壓，并且在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間 內(nèi)采樣該端子處的電流。
11、 權(quán)利要求10的控制器，其中傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該 至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)將該端子箝位到某電壓。
12、 權(quán)利要求9的控制器，其中控制器是用于功率變換器的集成 電路控制器。
13、 權(quán)利要求12的控制器，其中功率開關(guān)被集成到集成電路控制 器中。
14、 一種用于功率變換器的控制器，包括 切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；傳感器，其耦合以接收來自控制器的端子的信號，來自該端子的該信號在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)表示功率變換器的線輸入電壓，來自該端子的該信號在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)表示功率變換器的輸出電壓，傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該部分關(guān)斷時間內(nèi)采樣來自該端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸出電壓信號，并且傳感器被耦 合以在功率開關(guān)的該部分導(dǎo)通時間內(nèi)采樣來自該端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸入線電壓信號；以及耦合在傳感器和切換控制之間的輸出調(diào)節(jié)器，該輸出調(diào)節(jié)器被耦 合以向切換控制輸出輸出調(diào)節(jié)信號，其中切換控制響應(yīng)于輸出調(diào)節(jié)信 號切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出電壓。
15、 權(quán)利要求14的控制器，其中傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該 至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)將該端子箝位到某電壓。
16、 權(quán)利要求14的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間 的功率限制器，該功率限制器耦合以響應(yīng)于采樣輸入線電壓信號向切 換控制輸出功率限制信號，從而限制功率變換器的輸入功率。
17、 權(quán)利要求14的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間的自動重啟檢測器，該自動重啟檢測器耦合以向切換控制輸出自動重 啟信號，以向切換控制指示進入自動重啟模式，其中自動重啟信號響 應(yīng)于采樣輸出電壓信號。
18、 權(quán)利要求14的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間 的線欠電壓檢測器，該線欠電壓檢測器耦合以響應(yīng)于采樣輸入線電壓 信號和線電壓閾值向切換控制輸出線欠電壓信號。
19、 權(quán)利要求14的控制器，其中控制器是用于功率變換器的集成 電路控制器。
20、 權(quán)利要求19的控制器，其中功率開關(guān)被集成到集成電路控制 器中。
21、 一種用于功率變換器的控制器，包括 切換功率開關(guān)以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制；傳感器，其耦合以接收來自控制器的一個端子的信號，來自該一 個端子的該信號在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)表示功率變換器的 線輸入電壓，來自該一個端子的該信號在功率幵關(guān)的至少部分關(guān)斷時 間內(nèi)表示功率變換器的輸出電壓，傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該部 分導(dǎo)通時間內(nèi)采樣來自該一個端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸入線電壓信 號，并且傳感器被耦合以在功率開關(guān)的該部分關(guān)斷時間內(nèi)采樣來自該 一個端子的該信號并產(chǎn)生采樣輸出電壓信號；以及耦合在傳感器和切換控制之間的恒定電流調(diào)節(jié)器，該恒定電流調(diào) 節(jié)器耦合以響應(yīng)于釆樣輸出電壓信號向切換控制輸出恒定電流信號， 來調(diào)節(jié)功率變換器的輸出電流。
22、 權(quán)利要求21的控制器，其中傳感器包括在功率開關(guān)的該至少 部分關(guān)斷時間內(nèi)充電到采樣電壓的電容器，其中采樣電壓基本上表示 在功率開關(guān)的該至少部分關(guān)斷時間內(nèi)在該單個端子處的電壓。
23、 權(quán)利要求22的控制器，其中傳感器還包括耦合在該一個端子 和電容器之間的緩沖電路，以將該一個端子處的電壓鏡像(mirror)到 電容器。
24、 權(quán)利要求21的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間 的功率限制器，該功率限制器耦合以響應(yīng)于采樣輸入線電壓信號向切換控制輸出功率限制信號，從而限制功率變換器的輸入功率。
25、 權(quán)利要求21的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間 的線欠電壓檢測器，該線欠電壓檢測器耦合以響應(yīng)于采樣輸入線電壓 信號和線電壓閾值向切換控制輸出線欠電壓信號。
26、 權(quán)利要求21的控制器，還包括耦合在傳感器和切換控制之間 的自動重啟檢測器，該自動重啟檢測器耦合以向切換控制輸出自動重 啟信號，以向切換控制指示進入自動重啟模式，其中自動重啟信號響 應(yīng)于采樣輸出電壓信號。
27、 權(quán)利要求21的控制器，其中控制器是用于功率變換器的集成 電路控制器。
28、 權(quán)利要求27的控制器，其中功率開關(guān)被集成到集成電路控制 器中。
29、 一種用于功率變換器的控制器，包括反饋端子，其耦合以接收在功率變換器的功率開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài) 時代表功率變換器的輸出電壓的電壓，反饋端子還耦合以接收在功率 開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時代表功率變換器的輸入線電壓的電流；傳感器，其耦合到反饋端子并耦合以在功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)期 間采樣在反饋端子處接收的電流并響應(yīng)于接收的電流產(chǎn)生采樣輸入線 電壓信號，該傳感器耦合以在功率開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)期間采樣在反饋 端子處接收的電壓并響應(yīng)于接收的電壓產(chǎn)生采樣輸出電壓信號；以及切換控制，其耦合以輸出驅(qū)動信號控制功率開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān) 斷狀態(tài)之間的切換，來調(diào)節(jié)功率變換器的輸出，其中該切換控制響應(yīng) 于釆樣輸入線電壓信號和采樣輸出電壓信號。
30、 權(quán)利要求29的控制器，其中傳感器耦合以在功率開關(guān)處于導(dǎo) 通狀態(tài)的至少部分時間內(nèi)將反饋端子箝位到某電壓。
31、 權(quán)利要求29的控制器，其中功率開關(guān)被集成到控制器中。
32、 權(quán)利要求29的控制器，其中傳感器在功率開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)期 間響應(yīng)于驅(qū)動信號采樣在反饋端子處接收的電流，并且其中傳感器在 功率開關(guān)的關(guān)斷狀態(tài)期間響應(yīng)于驅(qū)動信號采樣在反饋端子處接收的電 壓。
33、 權(quán)利要求29的控制器，其中采樣輸入線電壓信號是與接收的 電流基本上成比例的采樣電流。
34、 權(quán)利要求29的控制器，其中控制器是用于功率變換器的集成 電路控制器。
35、 權(quán)利要求34的控制器，其中功率開關(guān)被集成到集成電路控制 器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及從功率變換器控制器的單個端子感測多個電壓值的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的多個方面的用于功率變換器的示范控制器包括切換功率開關(guān)來調(diào)節(jié)功率變換器的輸出的切換控制。該控制器還包括耦合成接收來自控制器的單個端子的信號的傳感器。該來自單個端子的信號在功率開關(guān)的至少部分導(dǎo)通時間內(nèi)表示功率變換器的線輸入電壓。該來自單個端子的信號在功率開關(guān)的至少部分關(guān)斷時間內(nèi)表示功率變換器的輸出電壓。切換控制響應(yīng)于傳感器。
文檔編號H02M3/28GK101291111SQ20081010038
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者A·B·詹格里安, B·巴拉克里什南 申請人:電力集成公司