專利名稱：開關電路的制作方法
技術領域：
本公開內容涉及開關電路領域和操作開關電路的方法，并且具體地，雖然非排他性地，涉及具有控制器的開關電路，該控制器被配置為確定開關電路的平均輸出電流。
背景技術：
在已知的具有位于初級側的干線隔離和控制的開關模式電源(SMPS)中，可能需要檢測將被調整的輸出變量，例如，輸出電壓或輸出電流。檢測到的輸出變量隨后可以用來調整SMPS使得輸出處于目的水平。已知的是，檢測輸出變量，將輸出變量與次級側處的參考值進行比較，并將表示所述比較的誤差信號發(fā)送至初級側，用于調整。EP 1405397 (Koninklijke Philips Electronics N. V)公開了電流受控式開關模 式電源，其中線電壓和初級電流由初級側的輔助繞組仿真。流入電阻器(Rl)中的電流由第一和第二電流鏡緩沖，以在脈寬調制器的輸入端處提供隨著時間變化的電壓。該電壓用來提供開關模式電源的電流模式受控操作。說明書中的現有公開文獻或任何背景技術的列出或討論不應當被當作是對所述文獻或背景技術是現有技術狀態(tài)的一部分或是公知常識的認同。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種開關電路，包括包括至少一個繞組的電感元件；開關，該開關被配置為根據開關控制信號將功率從電壓源輸送至電感元件；和控制器，該控制器被配置為對電感元件上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁通量的信號；以及采用表示電感元件中的磁通量的信號估計峰值磁化電流以控制開關。電感元件中的磁通量也可以被稱為“磁化電流”，并且因此可以為繞組中按匝比進行調整的所有電流的總和。對電感元件上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁通量的信號可以被稱為提供仿真信號。采用該仿真信號使得能夠為峰值磁化電流確定更精確的值，并且因此可以提供更精確的開關電路。由于可以獲得表示該電路的輸出的更精確的反饋，因此該開關電路可以是更精確的，并且可以提供該電路的更精確的控制。在一些示例中，控制器可以被配置為控制開關以提供恒定的平均輸出電流。與現有技術相反，可以減少在從反激變換器(例如)的初級側的信號確定峰值磁化電流時可能引入的至少一些誤差。在一些實施例中，開關可耦接在電壓源和電感元件之間?？刂破骺梢员慌渲脼椴捎帽硎倦姼性械拇磐康男盘栄a償由開關電路中的傳播延遲和/或諧振引起的誤差。在一些實施例中，諧振也可以稱為漏極上升時間，并且可以指1A X 2 X71 X的最大上升時間。在一些或大多數示例中，上升時間由在關斷時通過開關的漏極的電流、漏極節(jié)點上的總電容和輸入電壓確定。這種誤差可能在從反激變換器(例如)的初級側的信號確定峰值磁化電流時由現有技術引入。開關可以為FET或任何其他晶體管。在其中開關為FET的示例中，它在FET的源極處具有電壓(Vsource),并且在FET的源極處具有電壓的期望值(Vsource, setpoint),FET的源極處的電壓(Vsource)可以通過包括在FET的源極處的檢測電阻器而被測量?？刂破鬟M一步被配置為當FET關斷時(SI)將表示電感元件中的磁通量的信號的值記錄為第一值(A),在次級行程(secondary stroke)開始時(S2)在磁通量的峰值處將表示電感元件中的磁通量的信號的值記錄為第二值(B)。該控制器進一步被配置為采用第一值(A)和第二值(B)確定表示電感元件中的磁通量的信號在SI和S2處的值之間的比，以及采用確定的比調整Vsource或Vsource, setpoint,以在控制FET時估計峰值磁化電流。以這種方式，磁化電流在FET閉合之后繼續(xù)增加(S卩，FET的柵極的信號變低)的程度可以被確定，并被記錄為“確定的比”。所述確定的比可以用來偏調Vsource和Vsource, setpoint之間的比較,使得可以更精確地控制平均輸出電流。在一些示例中，檢測FET或電流鏡可以用于檢測通過開關的電流。
·
控制器可以被配置為將Vsource, setpoint的值乘以第一值/第二值(A/B),以提供修正的Vsource, setpoint信號，并且將修正的Vsource, setpoint信號與Vsource進行比較，以確定開關將操作的時間。根據該示例，可以從開關電路的之前的操作循環(huán)記錄第一和/或第二值，使得可以在不必為將被記錄的第二值等待當前循環(huán)的情況下操作開關電路?？刂破骺梢员慌渲脼閷source在SI時的值乘以第二值/第一值(B/A),以確定峰值磁化電流?？刂破鬟€可以被配置為將表示電感元件中的磁通量的信號乘以縮放因子⑶，以提供表示峰值磁化電流的修改信號；以及調整縮放因子(D)，使得表示電感元件中的磁通量的修改信號的值在初級行程期間趨向于通過開關的電流的值；以及通過在開關電路的次級行程開始時測量表示電感元件中的磁通量的修改信號確定峰值磁化電流。開關電路的初級行程可以被認為是開關閉合瞬時和電感器的最大磁化電流的瞬時之間的時間段。次級行程可以被認為是磁能流向輸出端直到電感元件中的電流越過零的時間段。在替代實施例中，初級行程可以被認為是開關閉合的瞬時和開關關斷的瞬時之間的時間段?？刂破骺梢园ǚe分器，該積分器被配置為處理表示電感元件中的磁通量的修改信號和表示通過開關的電流的信號，以調整縮放因子(D)。這可以在模擬或數字域中進行?？刂破骺梢园ㄒ粋€或多個開關，所述一個或多個開關被配置為將表示電感元件中的磁通量的修改信號和/或表示通過開關的電流的信號從積分器上斷開，使得不根據不是在初級行程期間獲得的信號更新縮放因子(D)?？刂破骺梢园ū容^器，該比較器被配置為將表示電感元件中的磁通量的信號與在初級行程期間通過開關的電流進行比較。控制器可以包括增/減計數器，該增/減計數器被配置為根據比較器的輸出增加或減小縮放因子⑶。增/減計數器可以被配置為，在比較器的輸出被認為代表表示電感元件中的磁通量的修改信號和表示通過開關的電流的信號之間可接受的比較時不調整縮放因子(D)。比較器輸出可以在與系統的邏輯狀態(tài)相關聯的特定時刻被處理。在其他示例中，控制器可以包括窗口比較器，其被配置在縮放因子⑶位于窗口之外時增加或減小縮放因子(D)。本領域技術人員將認識到，其他實施方案是可行的。例如，數字實施方案可以用來與實際電流的測量值和仿真信號相關地調整縮放因子(D)。 控制器還可以被配置為采用峰值磁化電流確定平均輸出電流。平均輸出電流可以用于控制開關電路的開關。該電路可以包括連接至電感元件的輔助繞組。輔助繞組被配置為向控制器提供表 示電感元件上的電壓的信號。電感元件可以為變壓器，并且控制器被配置為對變壓器的磁化電感上的電壓進行積分以產生表示變壓器中的電流的信號。可以提供一種開關電路，包括包括至少一個繞組的電感元件；開關，該開關被配置為根據開關控制信號將功率從電壓源輸送至電感元件；和控制器，該控制器被配置為對電感元件上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁化電流的信號；當開關關斷時(SI)將表示電感元件中的磁化的信號的值記錄為第一值(A);在次級行程開始時(S2)將表示電感元件中的磁化電流的信號的值記錄為第二值(B)；米用第一值(A)和第二值(B)確定表不電感兀件中的磁化電流的信號在SI和S2處的值之間的比；以及采用確定的比調整Vsource或Vsource, setpoint,以在控制FET時估計峰值磁化電流。可以提供一種開關電路，包括包括至少一個繞組的電感元件；開關，該開關被配置為根據開關控制信號將功率從電壓源輸送至電感元件；和控制器，該控制器被配置為對電感元件上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁化電流的信號；將表示電感元件中的磁化電流的信號乘以縮放因子⑶，以提供表示電感元件中的磁化電流的修改信號；以及調整縮放因子(D)，使得表示電感元件中的磁化電流的修改信號的值在初級行程期間趨向于通過開關的電流的值；以及通過在開關電路的次級行程開始時測量表示電感元件中的磁化電流的修改信號確定峰值磁化電流。電感元件可以為變壓器，并且在這種示例中，控制器可以被配置為對變壓器的任何繞組上的電壓進行積分以產生表示變壓器中的磁化電流的信號。采用變壓器作為電感元件的開關電路包括反激變換器，并且本發(fā)明的實施例對于以下情形是有用的在不必如本領域已知的那樣采用光耦合器的情況下，在維持變壓器的初級側和次級側之間的干線隔離的同時提供反饋。開關電路可以被配置為根據峰值磁化電流直接地或間接地調整其輸出。這可以根據由控制器提供的反饋而提供性能改善的開關電路，這對于輸出電流而言可以表示比現有技術可實現的更精確的值。該電路可以包括連接至電感元件的輔助繞組，其中輔助繞組可以被配置為提供能夠由控制器使用的信號，以產生表示電感元件中的電流的信號?？刂破骺梢园ū慌渲脼楫a生表示電感元件中的磁化電流的信號的積分器，其中積分器包括復位管腳，其被配置為接收表示電感元件中的磁化電流為零的復位信號，并且其 中積分器被配置根據復位信號而被復位；和/或放大器，包括偏移消除電路。表示電感元件中的電流為零的復位信號可以代表次級行程結束、輔助繞組處的電壓值的轉折點(其可以被稱為“谷值”或“最高值”)、或自由諧振期間漏極電壓的轉折點的指示。自由諧振被定義下述間隔期間的諧振，即變壓器中的電流和變壓器繞組節(jié)點處的寄生電容都進行振鈴振蕩，在輸出端中的任何二極管或輔助電源中沒有正向電流流動。開關電路可以為反激變換器、升壓變壓器、降壓變壓器或任何其他類型的開關模式電源(SMPS)，其中能量被臨時存儲在電感元件和隨后釋放至輸出端(反激變換)，或被存儲和輸送(降壓轉換)，或釋放和輸送(升壓轉換)?？梢蕴峁┯嬎銠C程序，當在計算上運行時，該計算機程序使得計算機配置任何設備，包括在此公開的開關電路、控制器或裝置，或者進行在此公開的任何方法。作為非限制性示例，計算機程序可以是軟件方案，計算機可以被認為是任何合適的硬件，包括數字信號處理器、微控制器、以及只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)或電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)中的任何實施方案。所述軟件可以為匯編程序。計算機程序可以設置在計算機可讀介質上，如磁盤或存儲裝置，或者可以被實現為瞬態(tài)信號。這種瞬態(tài)信號可以被網絡下載，包括互聯網下載。


現在將參照附圖，以舉例的方式給出描述，在附圖中圖I說明經由光耦合器進行誤差反饋的現有反激變換器；圖2圖示反激變換器的操作；圖3圖示磁化電流和通過反激變換器中的MOSFET的電流之間的關系；圖4說明根據本發(fā)明的實施例的開關電路；圖5說明根據本發(fā)明的另一種實施例的開關電路；圖6說明根據本發(fā)明的實施例的控制器；圖7圖示圖5的電路中的節(jié)點處的電流和電壓值；圖8示意性地說明用于減小設定值的本發(fā)明的實施例，期望將電路調整至該設定值；圖9示意性地說明用于增加FET的源極處的記錄電壓的本發(fā)明的實施例；
圖10示意性地說明用于調整仿真電壓信號的幅值的本發(fā)明的實施例；圖11說明一種實施例，其中增/減計數器用來遞增地調整縮放因子D ；圖12說明包括降壓變壓器的本發(fā)明的實施例；圖13說明圖12的降壓變壓器電路中的示例性信號；圖14和15說明根據本發(fā)明的實施例的用于將信號提供至控制器的其他示例；以及圖16說明根據本發(fā)明的實施例的積分器，其被配置為在電壓域中操作。
具體實施方式
在此描述的一個或多個實施例涉及開關電路，如反激變換器，其具有包括至少一個繞組的電感元件和耦接在電壓源和電感元件之間的開關。通過根據開關控制信號操作開關，可以將功率從電壓源輸送至電感元件。開關電路還可以包括控制器，該控制器被配置為采用表示電感元件中的磁通量(其也可以稱為磁化電流)的仿真信號以在控制開關時精確地考慮峰值磁化電流。以這種方式，由于可以更精確地控制開關電路的輸出，因此可以提供更精確的平均輸出電流。圖I說明現有的反激變換器，其檢測輸出變量，產生誤差信號120，并且可以經由光耦合器122將誤差信號120發(fā)送至反激變換器的初級側。圖I的電路接收干線功率信號102，干線功率信號102經由干線濾波器108提供至橋式整流器110。橋式整流器110的正輸出提供至變壓器的初級側106的第一接線端。變壓器的初級側106的第二接線端耦接至場效應晶體管(FET) 104的漏極，FET 104的源極連接至橋式整流器110的負輸出。FET 104配置為作為與電壓源102和變壓器的初級側106串聯連接的開關操作，使得當開關閉合時可以將功率從電壓源102輸送至變壓器的初級側106。FET 104根據在其柵極從反激控制器130接收的開關控制信號操作。反激控制器130被配置為使得FET 104的在源極和漏極之間的傳導溝道周期地導通(從而閉合開關)，使得在電路的輸出端處提供期望的輸出電流112。變壓器的次級側107串聯連接至二極管114和電容器116，如本領域已知的那樣。二極管114和電容器116之間的接合點處的信號當作輸出電壓112，并且在該示例中還提供至次級控制元件118。次級控制元件118將輸出電壓(或任何其他輸出變量,如電流或功率)與參考值進行比較，以產生表示兩個信號之間的差異的誤差信號120。誤差信號120提供至光耦合器122的發(fā)光二極管124，使得誤差信號120可以從電路/變壓器的次級側輸送至與電路/變壓器的初級側相關聯的光耦合器122的光電探測器126。應當理解，光耦合器122的使用維持電路的初級側和次級側之間的隔離，這是反激變換器的已知特征。在光電探測器126處接收到的信號隨后提供至反激控制器130作為調整輸入128，使得反激控制器130可以調整FET/開關104的操作，以考慮已經接收到的誤差信號將輸出調整到目的水平。在一些示例中，光耦合器122和次級控制元件118會被認為太昂貴，并且在低功率適配器市場和LED驅動器市場中可能特別會是如此。因此，可能希望提供不包括光耦合器的開關電路。
在許多應用中，必須將電流限制和控制到某個值，例如 在用于電池充電的低功率適配器中，必須限制電流并且添加電流調整器。 為了驅動發(fā)光二極管(LED)，需要電流源，其通常要求比適配器應用中更高的精度?？梢砸圆煌姆绞健⒉徊捎霉怦詈掀鬟M行輸出電流的控制I.在第一種方式中，采用下述等式確定每個循環(huán)的輸入能量并將其除以測量的Vtjut (必須在初級側測量該Vtjut)
權利要求
1.一種開關電路(400),包括 電感元件(406),該電感元件包括至少一個繞組； 開關(404)，該開關被配置為根據開關控制信號(412)將功率從電壓源(402)輸送至電感元件(406);和 控制器(408)，該控制器被配置為 對電感元件(406)上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁通量的信號；以及 采用表示電感元件中的磁通量的信號估計峰值磁化電流以控制開關(404)。
2.根據權利要求I所述的開關電路(400)，其中控制器(408)被配置為采用表示電感元件中的磁通量的信號補償由開關電路中的傳播延遲和/或諧振引起的誤差。
3.根據權利要求I或2所述的開關電路，其中該開關為FET(504)，該FET在FET的源極處具有電壓Vsource,并且在FET的源極處具有電壓的期望值Vsource, setpoint,并且 其中控制器(508)進一步被配置為 在FET(504)關斷時(SI)將表示電感元件中的磁通量的信號的值記錄為第一值(A)；在次級行程開始時(S2)將表示電感元件中的磁通量的信號的值記錄為第二值(B)；采用第一值(A)和第二值(B)以確定表示電感元件中的磁通量的信號在FET (504)關斷時(SI)和在次級行程開始時(S2)的值之間的比；以及 采用確定的比調整Vsource或Vsource, setpoint,以在控制FET (504)時估計峰值磁化電流。
4.根據權利要求3所述的開關電路，其中控制器被配置為將Vsource，setpoint的值乘以(812)第一值/第二值(A/B),以提供修正的Vsource, setpoint信號(804),并且將修正的Vsource, setpoint信號與Vsource進行比較，以確定開關將操作的時間。
5.根據權利要求3所述的開關電路，其中控制器被配置為將Vsource在SI時的值乘以(910)第二值/第一值(B/A)，以確定峰值磁化電流。
6.根據權利要求I或2所述的開關電路，其中控制器進一步被配置為 將表示電感元件中的磁通量的信號乘以(1008 ；1108)縮放因子(D1006，1106)，以提供表示電感元件中的磁通量的修改信號(1004);以及 調整縮放因子(D 1006，1106)，使得表示電感元件中的磁通量的修改信號(1004)的值在初級行程期間趨向于通過開關的電流的值(1012);以及 通過在開關電路的次級行程開始時測量表示電感元件中的磁通量的修改信號(1004)確定峰值磁化電流。
7.根據權利要求6所述的開關電路，其中控制器包括積分器(1010，1030)，該積分器被配置為處理表示電感元件中的磁通量的修改信號(1004)和表示通過開關的電流的信號(1012)，以調整縮放因子(D 1006,1106)。
8.根據權利要求7所述的開關電路，其中控制器包括一個或多個開關(1014,1016，10181022),所述一個或多個開關被配置為將表不電感兀件中的磁通量的修改信號(1004)和/或表示通過開關的電流的信號從積分器上斷開，使得根據在初級行程期間獲得的信號僅更新縮放因子(D)。
9.根據權利要求6所述的開關電路，其中控制器包括 比較器，該比較器被配置為將表示電感元件中的磁通量的信號與在初級行程期間通過開關的電流進行比較；和 增/減計數器(1120)，該增/減計數器被配置為根據比較器的輸出增加或減小縮放因子(D 1106)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中控制器進一步被配置為采用峰值磁化電流確定平均輸出電流。
11.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中該電路包括連接至電感元件的輔助繞組(510)，并且輔助繞組(510)被配置為向控制器提供表示電感元件上的電壓的信號。
12.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中電感元件為變壓器，并且控制器被配置為對變壓器的任何繞組上的電壓進行積分以產生表示變壓器中的電流的信號。
13.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中控制器被配置為控制開關以提供恒定的平均輸出電流。
14.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中開關電路為反激變換器。
15.根據前述權利要求中任一項所述的開關電路，其中電感元件(406)進一步包括輔助電感繞組，該輔助電感繞組被配置產生表示電感元件中的磁通量的信號。
全文摘要
本申請公開了一種開關電路(400)，包括包含至少一個繞組的電感元件(406)和開關(404)，該開關被配置為根據開關控制信號(412)將功率從電壓源(402)輸送至電感元件(406)。該開關電路(400)還包括控制器(408)，該控制器被配置為對電感元件(406)上的電壓進行積分以產生表示電感元件中的磁通量的信號，以及采用表示電感元件中的磁通量的信號估計峰值磁化電流以控制開關(404)。
文檔編號H02M3/335GK102751877SQ20121011327
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2011年4月20日
發(fā)明者威萊姆斯·朗格斯拉格, 漢斯·哈爾貝施塔特, 祖恩·克萊恩彭寧 申請人:Nxp股份有限公司