專利名稱：用于檢測隔離式功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的變化的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及檢測隔離式功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的變化，更具體而言，本發(fā)明涉及感測來自隔離式功率轉(zhuǎn)換器的偏置繞組的振鈴電壓(ringing voltage)，以檢測輸出電壓的變化。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備諸如手機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型電腦等，是由相對低壓的dc 功率源供電的。功率通常通過高壓ac電的壁裝電源插座傳輸。一般稱為開關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，通常用于將高壓ac電轉(zhuǎn)換為低壓dc電。在某些應(yīng)用中，電子設(shè)備可能需要由功率轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)暮愣ǖ妮敵鲭妷汉?或最小的運(yùn)行電壓。在運(yùn)行中，功率轉(zhuǎn)換器可以使用控制器以控制一個將能量從功率轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)傳遞到輸出側(cè)的開關(guān)，以在功率轉(zhuǎn)換器的輸出上維持恒定電壓。功率轉(zhuǎn)換器的一個特征可以是在其輸入和輸出之間提供電流隔離(galvanic isolation)，也就是說，不存在允許電流從功率轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)流向輸出側(cè)的dc電流路徑。 在一個實(shí)例中，功率轉(zhuǎn)換器可以包括能量傳遞元件，諸如耦合電感器，以將功率轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)與輸出側(cè)流電隔離。在運(yùn)行中，功率轉(zhuǎn)換器可以調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的輸出上的輸出電壓， 其方式為使用連接至傳感器的控制器以提供來自功率轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋，從而調(diào)節(jié)所述輸出電壓。更具體地，所述控制器可以以如下方式調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的輸出上的輸出電壓響應(yīng)于來自傳感器的反饋信息，控制一個開關(guān)的接通或切斷，以將能量脈沖通過隔離元件從輸入電源(諸如輸電線)傳遞至輸出。一種類型的功率轉(zhuǎn)換器可以是一次側(cè)控制功率轉(zhuǎn)換器。這種類型的功率轉(zhuǎn)換器使用反饋機(jī)構(gòu)，該反饋機(jī)構(gòu)間接連接至流電隔離式功率轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)。在一個實(shí)例中，一次側(cè)控制功率轉(zhuǎn)換器可以使用偏置繞組，該偏置繞組磁性連接至輸出繞組以感測輸出電壓。


參考以下附圖描述了本發(fā)明的非限制性和非排除性的實(shí)施方案，其中除非特別指明，在各幅附圖中，類似的參考編號指代類似的部分。圖1是總體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的包括控制器的功率轉(zhuǎn)換器的實(shí)例的示意圖，所述控制器包括驅(qū)動電路和輸出電壓傳感器(OVS)。圖2是進(jìn)一步示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性控制器的框圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性控制器的信號的示例性波形圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性輸出電壓傳感器的總體示意圖。
具體實(shí)施例方式本文公開了用于檢測功率轉(zhuǎn)換器的隔離輸出的輸出電壓的變化的方法和裝置。為了提供對于本發(fā)明的徹底的了解，在下文描述中闡述了大量具體細(xì)節(jié)。但是，應(yīng)清晰的是， 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，并非必須采用這些具體細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明。在其他的情況下，公知的材料或方法并未在此詳細(xì)描述，以避免模糊本發(fā)明。在本說明書中，所指的“一個實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個實(shí)施例/實(shí)例”或“一實(shí)施例/實(shí)例”意為關(guān)于該實(shí)施方案或?qū)嵤├?實(shí)例描述的特定特性、結(jié)構(gòu)或特征包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案中。因此，本說明書中多處出現(xiàn)的短語“一個實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個實(shí)施例/實(shí)例”或“一實(shí)施例/實(shí)例”并不必然均指代同一實(shí)施方案或?qū)嵤├?實(shí)例。此外，特定的特性、結(jié)構(gòu)或特征可在一個或多個實(shí)施方案或?qū)嵤├?實(shí)例中以任意適合的結(jié)合和/或子結(jié)合的形式進(jìn)行結(jié)合。特定的特性、結(jié)構(gòu)或特征可以被包括在提供所描述的功能的集成電路、電子電路、聯(lián)合邏輯電路或其他適合的部件中。此外，應(yīng)認(rèn)識到， 隨此提供的附圖是用于向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行闡釋，因此這些附圖并不必然按比例繪制。圖1是總體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的包括控制器102的功率轉(zhuǎn)換器100——也可稱為電源——的一個實(shí)例的示意圖，該控制器102包括驅(qū)動電路104和輸出電壓傳感器 (OVS) 106。在一個實(shí)施例中，控制器102可以包括在集成電路中。如所示，功率轉(zhuǎn)換器100 在輸入端103接收dc輸入電壓VIN。能量傳遞元件116被連接在功率轉(zhuǎn)換器100的輸入端 103和輸出端118之間。在該實(shí)施例中，能量傳遞元件116將輸入端103與輸出端118電流隔離，這維持了輸出電壓VOT。由于輸入端103通過能量傳遞元件116與輸出端118電流隔離，因此不存在允許電流從功率轉(zhuǎn)換器100的輸入側(cè)流向輸出側(cè)的dc電流路徑。如所示，輸入返回線路1 是連接至輸入端103的輸入側(cè)的參考，以及輸出返回線路131是連接至輸出端118的輸出側(cè)的參考。在一個實(shí)施例中，能量傳遞元件116包括輸入繞組122和輸出繞組124?！拜斎肜@組”也可以稱為“初級繞組”，以及“輸出繞組”也可以稱為“次級繞組”。如所示，箝位電路125連接至能量傳遞元件116的輸入繞組122，以限制連接至輸入繞組122的電源開關(guān)108兩端的最大電壓。如所描述的實(shí)施例所示，控制器102連接至電源開關(guān)108，電源開關(guān)108連接至輸入繞組122和輸入返回線路129。在一個實(shí)施例中，電源開關(guān)108和控制器102可以集成在同一單片設(shè)備中。在另一實(shí)施例中，電源開關(guān)108可以是混合設(shè)備中與集成控制器102 — 并封裝的分立開關(guān)。在運(yùn)行中，電源開關(guān)108被連接以控制通過能量傳遞元件116從輸入端103到輸出端118的能量傳遞，從而通過將電源開關(guān)108在接通和切斷狀態(tài)之間切換，調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器100的輸出。更具體地，當(dāng)電源開關(guān)108接通時，開關(guān)電流Isw流過輸入繞組 122，而當(dāng)電源開關(guān)108切斷時，基本阻止了開關(guān)電流Isw流過電源開關(guān)108。在一個實(shí)施例中，電源開關(guān)108是晶體管，諸如高壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在其他多種實(shí)施例中，控制器102可以包括采用以下多種調(diào)節(jié)方法中的任意一種的技術(shù)特征，所述方法包括但不限于，接通/切斷控制，帶有變化的電流極限水平的接通/切斷控制，脈沖寬度調(diào)制(PWM)，等。在一個實(shí)施例中，能量傳遞元件116還包括提供反射電壓VKE_CT的偏置繞組136， 當(dāng)輸出整流器126導(dǎo)通且允許次級電流Isec流過輸出繞組124時，反射電壓VKE_CT可以表示輸出電壓VOTT。在一個實(shí)施例中，反射電壓VKEFLEeT可以在當(dāng)電源開關(guān)108切斷的至少部分時間里表示輸出電壓VOTT。如所示，在節(jié)點(diǎn)111，振鈴電壓110可以成為反射電壓VkeflectW另一形式。如所示，節(jié)點(diǎn)111的振鈴電壓110被控制器102箝位為保持為正。更具體而言， 當(dāng)反射電壓^皿皿變?yōu)樨?fù)時，節(jié)點(diǎn)111的電壓通過使控制器102中的二極管襯底正向偏置被箝位為基本為零，而當(dāng)反射電壓Vkeflect變?yōu)檎龝r，電壓和節(jié)點(diǎn)111跟隨反射電壓減少DC 電壓偏移。在一個實(shí)施例中，當(dāng)電源開關(guān)108從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到切斷狀態(tài)時，基本阻止了開關(guān)電流Iswira從電源開關(guān)108中流過，且存儲在輸入繞組122中的能量被傳遞至輸出繞組 124，提供了表示輸出電壓Vott的反射電壓VKEFLECT。部分反射電壓VKEFiT可以與輸出電壓Vott 成比例，其比例關(guān)系與偏置繞組136的線圈數(shù)和輸出繞組124的線圈數(shù)之比相同。偏置繞組136有時也可以稱為“輔助”繞組。在空載狀況下——例如，這在當(dāng)連接至輸出端118的負(fù)載基本未吸收能量時發(fā)生， 傳輸至功率轉(zhuǎn)換器100的輸出側(cè)的能量可以被最小化，因此減少輸出整流器126的導(dǎo)通時間。在一個實(shí)施例中，在輸出整流器126的短導(dǎo)通時間中，寄生元件諸如漏電感和由連接至能量傳遞元件116的部件造成的其他寄生現(xiàn)象，可能在振鈴電壓110的“第一”峰值的整個持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生。因此，振鈴電壓110的“第一”峰值可能具有顯著的失真分量。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，振鈴電壓110的“第二”峰值的采樣——其在一個實(shí)施例中可能具有更小的失真，可能提供輸出電壓Vot的更精確的表示。在一個替代實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)， “第三”、“第四，，或任意隨后的峰值均可以被采樣。繼續(xù)闡釋圖1示出的實(shí)施例，偏置繞組136被連接至包括第一電阻器140和第二電阻器142的分壓器，以使控制器102的反饋端144被連接至第一電阻器140和第二電阻器142之間的節(jié)點(diǎn)111。在一個實(shí)施例中，第一電阻器140和第二電阻器142之值可以被選擇以設(shè)定所期望的輸出電壓VQUT。反饋信號Ufb被控制器102的輸出電壓傳感器OVS 106 接收，并在電源開關(guān)108切斷時接收振鈴電壓110。在運(yùn)行中，控制器102在輸出整流器126中產(chǎn)生脈動電流，在所示出的實(shí)施例中輸出整流器1 包括二極管，所述脈沖電流由電容器巧4濾波以產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓 VQUT。在運(yùn)行中，輸出電壓傳感器OVS 106感測到振鈴電壓110的“第二”峰值，以確定輸出電壓Vott的變化。在一個實(shí)施例中，輸出電壓傳感器106可以不被用于調(diào)節(jié)輸出電壓Vott， 而是可用于根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)確定在輸出端118從空載狀況到負(fù)載狀況的轉(zhuǎn)變中在輸出電壓Vot中產(chǎn)生的顯著變化。應(yīng)理解的是，當(dāng)輸出端118有負(fù)載時，控制器102可以包括附加的已知電路系統(tǒng)(未示出)而非輸出電壓傳感器OVS 106，以將輸出電壓Vqut調(diào)節(jié)至基本恒定的輸出電壓VQUT。在另一個實(shí)施例中，輸出電壓傳感器OVS 106也可以用于調(diào)節(jié)輸出電壓VQUT。如進(jìn)一步示出的，驅(qū)動電路104被連接以接收來自輸出電壓傳感器106的變化信號 Uaffi，其可以指示輸出電壓Vqut的變化。因此，控制器102的驅(qū)動電路104可以進(jìn)行響應(yīng)，即輸出開關(guān)信號Usw來切換電源開關(guān)108，以這種方式增加功率傳輸以輔助阻止輸出電壓Vott 降低至負(fù)載所需要的最小輸出電壓以下。圖2是進(jìn)一步總體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性控制器200的框圖。在一個實(shí)施例中，控制器200可以取代圖1中的控制器102。如所示，控制器200包括驅(qū)動電路204 和輸出電壓傳感器(0VQ 206。如進(jìn)一步示出的，輸出電壓傳感器206可以從偏置繞組，諸如圖1中示出的偏置繞組136，接收反饋信號UFB。在一個實(shí)施例中，反饋信號Ufb包括表示功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vot的衰減振蕩的振鈴電壓110。在運(yùn)行中，輸出電壓傳感器206響應(yīng)于反饋信號Ufb輸出輸出電壓變化信號U·。驅(qū)動電路204被連接至輸出電壓傳感器206， 并響應(yīng)于信號Uqk，輸出開關(guān)信號以輔助阻止功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓降得過低。如圖2中描述的實(shí)施例所示，輸出電壓傳感器206包括第一脈沖采樣器電路208、 第一采樣信號發(fā)生器210、第二脈沖采樣器電路212、第二采樣信號發(fā)生器214以及比較電路216，它們?nèi)缢具B接在一起。在運(yùn)行中，輸出電壓傳感器被用于檢測何時發(fā)生輸出電壓 Vout上的變化。出于闡釋目的，第一采樣信號發(fā)生器210被連接以接收來自驅(qū)動電路204的控制信號Uam，從而初始化反饋信號Ufb——其代表輸出電壓Vot——的第一采樣。在運(yùn)行中，驅(qū)動電路204產(chǎn)生控制信號Uam，該控制信號Uconi在反饋信號Ufb中存在變化時，初始化檢測進(jìn)程。在一個實(shí)施例中，當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器首次從負(fù)載狀況轉(zhuǎn)變到空載狀況(最小的能量被傳遞給功率轉(zhuǎn)換器的輸出)時，產(chǎn)生控制信號Uam。在運(yùn)行中，第一采樣信號發(fā)生器210 將第一采樣脈沖信號Ufsp輸出至第一脈沖采樣器電路208，該第一脈沖采樣器電路208在一個窗口采樣，以捕獲第一峰值電壓，該第一峰值電壓表示反饋信號Ufb中的第一時間的振鈴電壓110的“第二”峰值，如圖1所示。如所示，第一脈沖采樣器電路208捕獲第一峰值電壓，該第一峰值電壓表示響應(yīng)于第一采樣脈沖信號Ufsp的反饋信號Ufb中的振鈴電壓110的 “第二”峰值。在運(yùn)行中，第一脈沖采樣器電路輸出第一峰值電壓信號Upki，該第一峰值電壓信號Upki表示反饋信號Ufb中的第一時間的振鈴電壓110的“第二”峰值的峰值電壓。類似地，第二采樣信號發(fā)生器214從驅(qū)動電路204接收控制信號Ura2，以初始化反饋信號Ufb的第二采樣。在運(yùn)行中，當(dāng)反饋信號Ufb在響應(yīng)于控制信號Uam被預(yù)先捕獲時， 驅(qū)動電路204產(chǎn)生控制信號UC0N2，以檢測反饋信號Ufb是否相對于時間發(fā)生變化。在一個實(shí)施例中，當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器的控制器將輸出電壓Vott的反饋狀況的初始狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行比較，以檢測當(dāng)前狀態(tài)何時偏離初始狀態(tài)時，諸如當(dāng)從空載狀況轉(zhuǎn)換到負(fù)載狀況時，產(chǎn)生控制信號Ucon2。在運(yùn)行中，第二采樣信號發(fā)生器214將第二采樣脈沖信號Ussp輸出至第二脈沖采樣器電路212，該第二脈沖采樣器電路212在一個窗口采樣，以捕獲第二峰值電壓，該第二峰值電壓表示反饋信號Ufb的第二時間的振鈴電壓110的“第二”峰值，如圖1所示。如所示，響應(yīng)于第二采樣脈沖信號&SP，第二脈沖采樣器電路212捕獲第二峰值電壓，該第二峰值電壓表示反饋信號Ufb中的振鈴電壓110的“第二”峰值。在運(yùn)行中，第二脈沖采樣器電路212輸出第二峰值電壓信號UPK2，該第二峰值電壓信號Upk2表示反饋信號Ufb的第二時間的振鈴電壓110的“第二”峰值的峰值電壓。如所示，比較電路216被連接以接收第一峰值電壓信號^a,該第一峰值電壓信號 Upki表示在反饋信號Ufb的第一時間的振鈴電壓110的“第二”峰值的峰值電壓。比較電路 216也被連接以接收第二峰值電壓信號Upk2，該第二峰值電壓信號Upk2表示在反饋信號Ufb 的第二時間的振鈴電壓110的“第二”峰值的峰值電壓。在運(yùn)行中，比較電路216響應(yīng)于峰值電壓信號Upki和峰值電壓信號Upk2而輸出電壓變化信號U 。在一個實(shí)施例中，比較電路 216將峰值電壓信號Upki和峰值電壓信號Upk2相比較，以確定在輸出電壓Vott中是否存在變化。在所示出的實(shí)施例中，復(fù)位信號Ukeset由第一脈沖采樣器電路208接收，以將第一峰值電壓信號Upki復(fù)位至初始值，諸如零。在運(yùn)行中，在反饋信號Ufb可以被第一脈沖采樣器電路208采樣之前，復(fù)位信號Ukeset由驅(qū)動電路204輸出。在一個實(shí)施例中，復(fù)位信號Ukeset可以響應(yīng)于輸出電壓變化Uaffi信號輸出，以復(fù)位輸出電壓傳感器206的初始狀況。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性控制器200的信號的示例性波形。如所
8示，示出了功率轉(zhuǎn)換器的四個“使能(enabled)”開關(guān)循環(huán)(“ESW”)。出于本公開的目的， 一個使能開關(guān)循環(huán)可以定義為如下循環(huán)其中發(fā)生電源開關(guān)108的切換以將功率傳輸至功率轉(zhuǎn)換器100的輸出。如圖3所示，在第一使能開關(guān)循環(huán)IstESW循環(huán)中，驅(qū)動信號^w允許電源開關(guān)108僅在總開關(guān)循環(huán)IstESW循環(huán)的一部分導(dǎo)通。這可以使得在IstESW循環(huán)中，僅有少量功率被傳遞至功率轉(zhuǎn)換器100的輸出。如所示，開關(guān)電流Isw表示在接通狀態(tài)時通過電源開關(guān)108的電流。在一個實(shí)施例中，開關(guān)電流Isw被限制到一個特定值。反饋信號Ufb 示出了在電源開關(guān)108被禁用以及能量被傳遞給次級繞組IM后，在節(jié)點(diǎn)111所發(fā)生的振鈴電壓110。如進(jìn)一步示出的，第一峰值電壓信號Upki表示在第一使能開關(guān)循環(huán)IstESW循環(huán)中的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓PKA。如進(jìn)一步示出的，第一采樣脈沖信號Ufsp是在第一使能開關(guān)循環(huán)1“ESW循環(huán)中的振鈴電壓的“第二”峰值的持續(xù)時間中的低信號。在一個實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝徊蓸用}沖信號Ufsp在低值時，第一采樣脈沖信號Ufsp允許對反饋信號 Ufb的采樣。第二峰值電壓信號Upk2表示在第二使能開關(guān)循環(huán)2ndESW循環(huán)中的反饋信號Ufb的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓PKA。在一個實(shí)施例中，第二峰值電壓信號Upk2在一特定時間延遲tD之后復(fù)位，以使后續(xù)的電壓環(huán)(voltage ring)可以被采樣。如進(jìn)一步示出的， 第二采樣脈沖信號Ussp在2nd ESff循環(huán)的振鈴電壓的“第二”峰值的持續(xù)時間中是低信號。如所闡釋的實(shí)施例所示，當(dāng)將第一使能開關(guān)循環(huán)1st ESW循環(huán)的振鈴電壓的“第二”峰值的值與第二使能開關(guān)循環(huán)2nd ESW循環(huán)的振鈴電壓的“第二”峰值的值相比較時，在輸出電壓中不存在可檢測的變化。因此，在這一實(shí)施例中，在第一使能開關(guān)循環(huán)和第二使能開關(guān)循環(huán)之間，從圖2的比較電路216輸出的電壓變化信號Uqk是不變的。如所示，在第一使能開關(guān)循環(huán)IstESW循環(huán)和第二使能開關(guān)循環(huán)2nd ESW循環(huán)之間，可以存在多個“禁用”開關(guān)循環(huán)。這可能由于空載狀況而發(fā)生，如圖3所示，其中僅需要向輸出傳輸很少量的能量。如圖3中描述的實(shí)施例進(jìn)一步示出的，多個“禁用”開關(guān)循環(huán)可以發(fā)生在第二使能開關(guān)循環(huán)2nd ESW循環(huán)和第三使能開關(guān)循環(huán)ESW循環(huán)之間。如實(shí)施例中所示出的，輸出電壓Vqut在第三使能開關(guān)循環(huán)3rfESW循環(huán)之前的短時間內(nèi)顯著降低。在該實(shí)施例中，由于輸出電SVot降低這可能指示空載狀況到負(fù)載狀況的變化。在圖3中示出的示例性第三使能開關(guān)循環(huán)3rfESW循環(huán)中，第二峰值電壓信號Upk2表示峰值電壓PKB。此時，當(dāng)?shù)谝环逯惦妷盒盘朥pki (其表示電壓PKa)和第二峰值電壓信號Upk2 (其現(xiàn)在表示電壓PKb)彼此比較時， 確定一個差值。相應(yīng)地，來自圖2的比較電路216輸出的Uchg信號被改變以向驅(qū)動電路204 指示功率轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓Vqut已改變。這樣，控制器102可以確定在功率轉(zhuǎn)換器100 的輸出電壓Vott中已經(jīng)發(fā)生了變化，并可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)調(diào)節(jié)到功率轉(zhuǎn)換器的輸出的能量傳輸。圖4總體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性輸出電壓傳感器的示意圖。在一個實(shí)施例中，輸出電壓傳感器400可以取代圖1中的輸出電傳感器106或圖2中的輸出電壓傳感器206。如所示，輸出電壓傳感器400包括第一采樣信號發(fā)生器SGl 402、第二采樣信號發(fā)生器SG2 404、第一脈沖采樣器電路406、第二脈沖采樣器電路408以及比較電路410。如所描述的實(shí)施例所示，第一脈沖采樣器電路406包括連接至第一 ρ溝道晶體管414的電流源412。在運(yùn)行中，當(dāng)?shù)谝徊蓸用}沖信號Ufsp降低時，晶體管414導(dǎo)通并允許來自電流源412 的恒定電流Ics穿過晶體管414以及雙極結(jié)型晶體管416以及ρ溝道晶體管418。如所示，晶體管418的柵極接收反饋信號Ufb以控制晶體管418的源極的電壓。如進(jìn)一步示出的，雙極結(jié)型晶體管420被連接至晶體管416的基極，以使得晶體管420的射極電壓基本跟隨晶體管416的射極電壓，該電壓表示晶體管418的柵極的反饋信號Ufb的電壓。晶體管416的射極電壓是反饋信號Ufb的電壓和ρ溝道晶體管417的柵-源電壓的總和。在運(yùn)行中，第一采樣信號發(fā)生器SGl 402在接收控制信號Urai后初始化計數(shù)，以及在它達(dá)到預(yù)定的計數(shù)之后，第一采樣信號發(fā)生器SG1402輸出第一采樣脈沖信號UFSP。由于功率轉(zhuǎn)換器的某些設(shè)計參數(shù)，第一采樣信號發(fā)生器SGl 402可以被設(shè)計為具有某個特定的計數(shù)，以使第一采樣脈沖Ufsp在反饋信號Ufb的振鈴電壓的第二峰值中產(chǎn)生。在一個實(shí)施例中，第一采樣信號發(fā)生器SGl 402可以根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的不同設(shè)計參數(shù)而設(shè)置為不同的計數(shù)，以使第一采樣脈沖Ufsp在反饋信號Ufb中的振鈴電壓的第二峰值中產(chǎn)生。在運(yùn)行中，第一采樣脈沖信號Ufsp由晶體管414和晶體管422接收，以允許對振鈴電壓的“第二”峰值的采樣。當(dāng)?shù)谝徊蓸用}沖信號Ufsp降低時，電容器4M充電至反饋信號Ufb的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓。當(dāng)晶體管422關(guān)斷時，電容器4M存儲反饋信號Ufb的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓。在運(yùn)行中，第二采樣信號發(fā)生器SG2 404在接收第二控制信號Ucon2后初始化計數(shù)， 以及在它達(dá)到預(yù)定的計數(shù)之后，第二采樣信號發(fā)生器SG2 404輸出第二采樣脈沖信號USSP。 由于功率轉(zhuǎn)換器的某些設(shè)計參數(shù)，第二采樣信號發(fā)生器SG2 404可以被設(shè)計為具有某個特定的計數(shù)，以使第二采樣脈沖Ussp在反饋信號Ufb的振鈴電壓的第二峰值中產(chǎn)生。在一個實(shí)施例中，第二采樣信號發(fā)生器SG2 404可以根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的不同設(shè)計參數(shù)而設(shè)置為不同的計數(shù)，以使第二采樣脈沖在反饋信號Ufb中的振鈴電壓的第二峰值中產(chǎn)生。如所示， 第二脈沖采樣器電路408包括連接至ρ溝道晶體管4 的電流源426。在運(yùn)行中，當(dāng)?shù)诙蓸用}沖信號Ussp降低時，晶體管4 導(dǎo)通并允許電流穿過晶體管4 和雙極結(jié)型晶體管430 以及P溝道晶體管432。如所示，晶體管432的柵極接收反饋信號Ufb以控制晶體管432的源極的電壓。如進(jìn)一步示出的，雙極結(jié)型晶體管434被連接至晶體管430的基極，以使得晶體管434的射極電壓基本跟隨晶體管430的射極電壓，該電壓表示了晶體管432的柵極的反饋信號UFB。晶體管432的射極電壓是反饋信號Ufb的電壓和ρ溝道晶體管430的柵-源電壓的總和。在運(yùn)行中，第二采樣脈沖信號Ussp由晶體管4 和晶體管436接收，以允許振鈴電壓的“第二”峰值的采樣。當(dāng)?shù)诙蓸用}沖信號Ufsp降低時，電容器438充電至反饋電壓Ufb 的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓。當(dāng)晶體管436關(guān)斷時，電容器438存儲了反饋信號Ufb的振鈴電壓的“第二”峰值的峰值電壓。在所闡釋的實(shí)施例中，電容器438在由復(fù)位電路440和η溝道晶體管442設(shè)置的一預(yù)定時間延遲tD后復(fù)位，以接收后續(xù)的反饋電壓采樣。在一個實(shí)施例中，第一脈沖采樣器電路406中的所有部件的尺寸均等于第二脈沖采樣器電路408中的對應(yīng)部件的尺寸。在一個實(shí)施例中，第一脈沖采樣器電路406可以在初始狀況下采樣輸出電壓，以及第二脈沖采樣器電路408可以定期地采樣輸出電壓，以確定與初始狀況相比，輸出電壓是否存在變化。如所示，比較電路410接收電壓Vfbpki，該電壓Vfbpki表示由第一脈沖采樣器電路406在η溝道晶體管444的柵極采樣的峰值電壓。比較電路410也接收電壓Vfbpk2，該電壓Vfbpk2表示第二脈沖采樣器電路408在η溝道晶體管446的柵極采樣的峰值電壓。
在運(yùn)行中，響應(yīng)于表示在晶體管444的源極的Vfbpki和在晶體管446的源極的Vfbpk2 的電壓，比較器448輸出Uqk電壓變化信號，該Uqk電壓變化信號被連接以由圖1中的驅(qū)動電路104或圖2中的驅(qū)動電路204接收。在一個實(shí)施例中，如由連接至晶體管444的電阻器Rl兩端的電壓所確定的，如果Vfbpki和Vfbpk2之差大于閾值時，則Uchg指示在輸出電壓上存在顯著的變化。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，當(dāng)Uqk電壓變化信號向圖1的驅(qū)動電路104 或圖2的驅(qū)動電路204指示在輸出電壓Vot上有顯著變化時，則驅(qū)動電路可以通過輸出開關(guān)信號Usw而響應(yīng)，該開關(guān)信號Usw切換電源開關(guān)108，以這種方式增加通過能量傳遞元件116 從功率轉(zhuǎn)換器100的輸入到功率轉(zhuǎn)換器100的輸出的能量傳遞，以輔助防止輸出電壓Vot降至低于連接至輸出的負(fù)載所需的最小輸出電壓。本發(fā)明所示出的實(shí)施例的上述描述以及摘要中的描述并不意在窮舉，或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的精確形式。雖然在此出于闡釋目的描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案和實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的更寬的宗旨和范圍的情況下，各種等價改型都是可能的。事實(shí)上，應(yīng)認(rèn)識到，特定的電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等均出于解釋的目的而提供，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，其他的實(shí)施方案中也可以使用其他的值。這些改型可以根據(jù)上述具體描述被應(yīng)用至本發(fā)明的實(shí)施例。所附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限制到說明書中和權(quán)利要求中所公開的特定范圍。相反， 范圍由所附權(quán)利要求整體確定，并根據(jù)權(quán)利要求解釋所確立的原則進(jìn)行解釋。本說明書和附圖因此應(yīng)視為闡釋性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于功率轉(zhuǎn)換器中的控制器，包括驅(qū)動電路，用于產(chǎn)生開關(guān)信號，該開關(guān)信號被連接為由連接至所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入和能量傳遞元件的電源開關(guān)接收，以控制從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的能量傳遞；以及輸出電壓傳感器，被連接至所述驅(qū)動電路并被連接以接收表示所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋信號，該輸出電壓傳感器包括第一脈沖采樣器電路和第二脈沖采樣器電路，其中所述第一脈沖采樣器電路被連接以捕獲第一峰值電壓，該第一峰值電壓表示所述反饋信號的第一時間上的該反饋信號的振鈴電壓的第二峰值，所述第二脈沖采樣器電路被連接以捕獲第二峰值電壓，該第二峰值電壓表示所述反饋信號的第二時間上的該反饋信號的振鈴電壓的第二峰值，所述輸出電壓傳感器被連接以響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓向所述驅(qū)動電路輸出變化信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述輸出電壓傳感器還包括比較電路，該比較電路被連接以比較所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓，該比較電路被連接以響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓的比較，向所述驅(qū)動電路輸出所述變化信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述輸出電壓傳感器還包括第一采樣信號發(fā)生器和第二采樣信號發(fā)生器，其中所述第一采樣信號發(fā)生器和所述第二采樣信號發(fā)生器被連接以接收來自所述驅(qū)動電路的第一控制信號和第二控制信號，從而在所述反饋信號的第一時間和第二時間分別初始化所述反饋信號的第一采樣和第二采樣，其中所述第一脈沖采樣器電路被連接以響應(yīng)于所述第一采樣信號發(fā)生器而捕獲所述第一峰值電壓，其中所述第二脈沖采樣器電路被連接以響應(yīng)于所述第二采樣信號發(fā)生器而捕獲所述第二峰值電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述反饋信號是表示電源開關(guān)的切斷狀態(tài)中的電源的輸出的反射信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述第一脈沖采樣器電路和所述第二脈沖采樣器電路分別包括第一電容器和第二電容器，所述第一電容器和所述第二電容器被連接以分別存儲所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其中所述第二脈沖采樣器電路包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路被連接以在一個預(yù)定的時間延遲后復(fù)位所述第二電容器。
7.—種控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，包括切換一個電源開關(guān)以控制從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的能量傳遞；產(chǎn)生表示所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋信號；捕獲第一峰值電壓，該第一峰值電壓表示在所述反饋信號的第一時間上的所述反饋信號的振鈴電壓的第二峰值；捕獲第二峰值電壓，該第二峰值電壓表示在所述反饋信號的第二時間上的所述反饋信號的振鈴電壓的第二峰值；響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓，改變從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的能量傳遞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，還包括響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓的比較，產(chǎn)生一個變化信號，其中所述能量傳遞的改變響應(yīng)于該變化信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，還包括在一預(yù)定的時間延遲后復(fù)位第二峰值電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，其中產(chǎn)生反饋信號包括通過所述功率轉(zhuǎn)換器的能量傳遞元件反射所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，其中產(chǎn)生反饋信號包括切斷所述功率轉(zhuǎn)換器的電源開關(guān)，以通過所述功率轉(zhuǎn)換器的能量傳遞元件反射所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制功率轉(zhuǎn)換器的方法，其中產(chǎn)生反饋信號包括在短導(dǎo)通時間內(nèi)接通所述功率轉(zhuǎn)換器的電源開關(guān)，接著將其切斷，以產(chǎn)生反射輸出電壓的衰減振蕩中的振鈴波形。
13.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括能量傳遞元件，連接在所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入和所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出之間；電源開關(guān)，連接至所述能量傳遞元件和所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入；控制器，包括驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路產(chǎn)生開關(guān)信號，該開關(guān)信號被連接以被所述電源開關(guān)接收，從而控制從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入到所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的能量傳遞；以及輸出電壓傳感器，被包括在所述控制器中并被連接至所述驅(qū)動電路，該輸出電壓傳感器被連接以接收表示所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋信號，該輸出電壓傳感器包括第一脈沖采樣器電路和第二脈沖采樣器電路，所述第一脈沖采樣器電路被連接以捕獲第一峰值電壓，該第一峰值電壓表示所述反饋信號的第一時間上的反饋信號的振鈴電壓的第二峰值， 所述第二脈沖采樣器電路被連接以捕獲第二峰值電壓，該第二峰值電壓表示所述反饋信號的第二時間上的反饋信號的振鈴電壓的第二峰值，所述輸出電壓傳感器被連接以響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓向所述驅(qū)動電路輸出變化信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出電壓傳感器進(jìn)一步包括比較電路，該比較電路被連接以比較所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓，該比較電路被連接以響應(yīng)于所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓的比較，向所述驅(qū)動電路輸出所述變化信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出電壓傳感器還包括第一采樣信號發(fā)生器和第二采樣信號發(fā)生器，其中所述第一采樣信號發(fā)生器和所述第二采樣信號發(fā)生器被連接以接收來自所述驅(qū)動電路的第一控制信號和第二控制信號，從而在所述反饋信號的所述第一時間和所述第二時間分別初始化所述反饋信號的第一采樣和第二采樣，其中所述第一脈沖采樣器電路被連接以響應(yīng)于所述第一采樣信號發(fā)生器捕獲所述第一峰值電壓， 其中所述第二脈沖采樣器電路被連接以響應(yīng)于所述第二采樣信號發(fā)生器捕獲所述第二峰值電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述反饋信號是通過能量傳遞元件接收的、表示電源開關(guān)的切斷狀態(tài)中的電源的輸出的反射信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第一脈沖采樣器電路和所述第二脈沖采樣器電路分別包括第一電容器和第二電容器，所述第一電容器和所述第二電容器被連接以分別存儲所述第一峰值電壓和所述第二峰值電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第二脈沖采樣器電路包括復(fù)位電路，該復(fù)位電路被連接以在一預(yù)定的時間延遲后復(fù)位所述第二電容器。
全文摘要
一種用于功率轉(zhuǎn)換器中以檢測輸出電壓變化的控制器。示例控制器包括驅(qū)動電路以產(chǎn)生開關(guān)信號。該開關(guān)信號被連接為由連接至能量傳遞元件和功率轉(zhuǎn)換器的輸入的電源開關(guān)接收，以控制由功率轉(zhuǎn)換器的輸入到其輸出的能量傳遞。輸出電壓傳感器被連接至驅(qū)動電路，并被連接以接收表示功率轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋信號。輸出電壓傳感器包括第一和第二脈沖采樣器電路。第一脈沖采樣器電路被連接以捕獲第一峰值電壓，其表示反饋信號的第一時間上的反饋信號的振鈴電壓的第二峰值。第二脈沖采樣器電路被連接以捕獲第二峰值電壓，其表示反饋信號的第二時間上的反饋信號的振鈴電壓的第二峰值。輸出電壓傳感器被連接以響應(yīng)于第一和第二峰值電壓向驅(qū)動電路輸出變化信號。
文檔編號H02M3/335GK102237798SQ20111010749
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者A·B·奧戴爾, A·B·詹格里安, H·吳 申請人:電力集成公司