具有延遲補(bǔ)償?shù)墓β首儞Q的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2014年2月26日提交的第61/944, 869號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先 權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用將其整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)一般而言涉及功率變換，特別涉及具有延遲補(bǔ)償?shù)墓β首儞Q。
【背景技術(shù)】
[0004] 電源系統(tǒng)普遍存在于從計(jì)算機(jī)到汽車等多種電子應(yīng)用中。通常，通過(guò)操作裝載有 電感器或變壓器的開(kāi)關(guān)來(lái)執(zhí)行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC變換產(chǎn)生電源系統(tǒng)中的電壓。這 種系統(tǒng)中的一種類別包括開(kāi)關(guān)電源（SMPS)。由于功率變換是通過(guò)電感器或變壓器的可控充 電和放電來(lái)執(zhí)行的，SMPS-般比其它種類的功率變換系統(tǒng)具有更高的效率并且可以減小由 于電阻壓降上的功率損耗所導(dǎo)致的能量損失。
[0005]SMPS-般包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)和電感器或變壓器。一些具體拓?fù)浒ń祲菏阶儞Q 器、升壓式變換器和反激式變換器等等?？刂齐娐吠ǔＳ糜诮油ê完P(guān)斷開(kāi)關(guān)以對(duì)電感器充 電和放電。在一些申請(qǐng)中，提供至負(fù)載的電流和/或提供至負(fù)載的電壓通過(guò)反饋回路控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] -個(gè)實(shí)施例涉及一種方法。該方法包括在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)周期中驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模式功率變 換器中的電子開(kāi)關(guān)，其中在每一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)包括在接通期接通電子開(kāi)關(guān)，以及 隨后在關(guān)斷期關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)。該方法進(jìn)一步包括基于接通時(shí)間信號(hào)和關(guān)斷閾值的比較建立 接通期，基于開(kāi)關(guān)模式功率變換器的輸出信號(hào)和補(bǔ)償偏置計(jì)算關(guān)斷閾值，以及基于估計(jì)的 延遲時(shí)間計(jì)算在一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)的補(bǔ)償偏置，其中估計(jì)的延遲時(shí)間是基于測(cè)量的延遲時(shí)間 和前一驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)估計(jì)的延遲時(shí)間計(jì)算。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 下面將參考附圖描述示例。附圖用于示出某些原理，因此僅僅示出有助于理解這 些原理所必須的方面。附圖不是按比例繪制的。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的特 征。
[0008] 圖1圖示了開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一個(gè)實(shí)施例；
[0009] 圖2示出了開(kāi)關(guān)模式功率變換器中的電子開(kāi)關(guān)的一個(gè)實(shí)施例；
[0010] 圖3示出了示出開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一種操作方式的時(shí)序圖；
[0011] 圖4原理性圖示了開(kāi)關(guān)模式功率變換器的控制器的一個(gè)實(shí)施例；
[0012] 圖5示出了示出控制器的一種操作方式的時(shí)序圖；
[0013] 圖6圖示了計(jì)算控制器中的延遲補(bǔ)償關(guān)斷閾值的一個(gè)實(shí)施例；
[0014] 圖7更具體地示出了延遲補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)實(shí)施例；
[0015] 圖8圖示了圖7所示出的延遲補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)；
[0016] 圖9示出了由反激式變換器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一個(gè)實(shí)施例； [0017]圖10示出了圖9所示的開(kāi)關(guān)模式功率變換器中的整流電路的一個(gè)實(shí)施例；
[0018]圖11示出了圖9所示的開(kāi)關(guān)模式功率變換器中的反饋電路的一個(gè)實(shí)施例；
[0019] 圖12示出了圖9所示的開(kāi)關(guān)模式功率變換器中的一種操作方式的時(shí)序圖；
[0020] 圖13示出了控制器中的關(guān)斷檢測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例；
[0021] 圖14圖示了圖7所示出的延遲補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)改進(jìn)；以及
[0022] 圖15示出了由升壓變換器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下述具體描述中，可參考附圖。附圖構(gòu)成描述的一部分并且以圖示的方式示出 本發(fā)明可以在其中實(shí)施的具體實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，在此描述的各種實(shí)施例的特征可以 互相結(jié)合，除非特別指明。
[0024] 圖1示出了開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一個(gè)實(shí)施例。圖1中示出的開(kāi)關(guān)模式功率變換 器包括用于接收輸入電壓Vin和輸入電流Iin的輸入端11、12,和用于向可以連接到輸出端 13、14的負(fù)載Z(圖1中虛線所示）提供輸出電壓Vout和輸出電流lout的輸出端13、14。 輸入端可以包括第一輸入節(jié)點(diǎn)11和第二輸入節(jié)點(diǎn)12,以及輸出端可以包括第一輸出節(jié)點(diǎn) 13和第二輸出節(jié)點(diǎn)14。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)模式功率變換器被設(shè)置為產(chǎn)生輸出信號(hào)，使 得輸出信號(hào)具有基本恒定的信號(hào)值，其完全獨(dú)立于負(fù)載Z的功率損耗。"輸出信號(hào)"可以是 輸出電壓Vout,輸出電流lout或輸出功率Pout。S卩，開(kāi)關(guān)模式功率變換器可以被設(shè)置為調(diào) 節(jié)輸出電壓Vout或輸出電流lout。在下文中，輸出信號(hào)被稱為Sout。
[0025] 開(kāi)關(guān)模式功率變換器被配置為通過(guò)適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)與電感器21串聯(lián)連接的電子開(kāi)關(guān) 31來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)。電感器21是網(wǎng)絡(luò)1的一部分，網(wǎng)絡(luò)1除了電感器21和電子開(kāi)關(guān)31，可 以包括具有至少一個(gè)整流元件和電容器的整流電路。該網(wǎng)絡(luò)可以包括反激式變換器拓?fù)洹?降壓式變換器拓?fù)?、升壓式變換器拓?fù)涞取＞W(wǎng)絡(luò)1的一些示例性實(shí)施例將參考下面的附圖 描述。
[0026] 參考圖1，開(kāi)關(guān)模式功率變換器包括被配置為驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)31的控制器（也可以 被稱為驅(qū)動(dòng)電路）。具體地，控制器10產(chǎn)生在電子開(kāi)關(guān)31的控制節(jié)點(diǎn)上接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào) GD并接通和關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)31。控制器可以被設(shè)置為以PWM(脈沖寬度調(diào)制）方式驅(qū)動(dòng)電子 開(kāi)關(guān)31。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)⑶是PWM信號(hào)。
[0027] 控制器10被配置為基于輸出信號(hào)Sout(即，輸出電壓Vout或輸出電流lout)驅(qū) 動(dòng)電子開(kāi)關(guān)31。為此，控制器10接收基于來(lái)自反饋電路42的輸出信號(hào)的反饋信號(hào)FB。反 饋電路42可以包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器接收輸出信號(hào)Sout或接收參考電壓SKEF(如圖所示）， 或內(nèi)部產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)SKEF。調(diào)節(jié)器比較輸出信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)SKEF，并基于比較結(jié)果產(chǎn)生反饋 信號(hào)FB。基準(zhǔn)信號(hào)SKEF表示輸出信號(hào)Sout的期望信號(hào)值（給定值）。調(diào)節(jié)器421可能具 有比例（P)特性、比例積分（PI)特性等之一的特性。
[0028] 反饋電路42可以進(jìn)一步包括適用于在勢(shì)壘上傳輸反饋信號(hào)FB的傳輸電路。當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)1包括電隔離開(kāi)關(guān)模式功率變換器的輸入端11、12和輸出端13、14的勢(shì)壘時(shí)，可以使用 這種傳輸電路。傳輸電路可以包括光耦合器，或適用于跨勢(shì)壘傳輸信號(hào)的其它類型電路。根 據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，傳輸電路包括變壓器。
[0029] 電子開(kāi)關(guān)31可以是傳統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)。根據(jù)圖2所示的一個(gè)實(shí)施例，電子開(kāi)關(guān)31 是M0SFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。該M0SFET包括漏極和源極之間的負(fù)載路徑，以及 柵極作為控制極。當(dāng)圖2所示的M0SFET作為圖1所示的開(kāi)關(guān)模式功率變換器中的電子開(kāi) 關(guān)31使用時(shí)，柵極節(jié)點(diǎn)接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD，并且負(fù)載路徑（漏-源路徑）與電感器21串聯(lián)連 接。然而，電子開(kāi)關(guān)31并不僅限于由M0SFET實(shí)現(xiàn)。也可以使用另一種類型的晶體管，例如 IGBT(絕緣柵雙極晶體管）、BJT(雙極結(jié)型晶體管）、JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）或者甚至 是多個(gè)晶體管的組合，例如JFET和M0SFET的級(jí)聯(lián)電路。
[0030] 開(kāi)關(guān)模式功率變換器的一種操作方式參考圖3描述。圖3示出，在開(kāi)關(guān)模式功率 變換器的一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD和電感器電流L的時(shí)序圖。電感器電流U是電感 器21上的電流。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電感器電流]^對(duì)應(yīng)于輸入電流Iin。
[0031] 控制器10被配置為在連續(xù)驅(qū)動(dòng)周期中驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)31。參考圖3,每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期 包括電子開(kāi)關(guān)31接通（在接通狀態(tài)）的接通期，和隨后電子開(kāi)關(guān)31關(guān)斷（在關(guān)斷狀態(tài)）的 關(guān)斷期。一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期的整個(gè)持續(xù)時(shí)間Tp通過(guò)接通期的持續(xù)時(shí)間Ton與關(guān)斷期的持續(xù)時(shí) 間Toff相加得到。以下接通期的持續(xù)時(shí)間Ton被稱為接通時(shí)間，以及以下關(guān)斷期的持續(xù)時(shí) 間Toff被稱為關(guān)斷時(shí)間。整個(gè)持續(xù)時(shí)間Tp取決于開(kāi)關(guān)頻率fsw，其為驅(qū)動(dòng)信號(hào)⑶接通和 關(guān)斷的頻率，Tp=l/fsw。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)頻率在20kHz和100kHz之間。在這種情況 下，一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期的持續(xù)時(shí)間Tp在10微秒（ys) ( =l/100kHz)至50微秒（=l/20kHz) 之間。
[0032] 參考圖3,在接通時(shí)間Ton內(nèi)，電感器電流、增加，而在關(guān)斷時(shí)間Toff內(nèi)，電感器 電流L減小。增加的斜率可以取決于輸入電壓Vin。下面可以進(jìn)一步參考本文中的實(shí)施例 描述。
[0033] 電子開(kāi)關(guān)31的接通時(shí)間Ton和關(guān)斷時(shí)間Toff由驅(qū)動(dòng)信號(hào)⑶決定。為了接通電 氣開(kāi)關(guān)31，驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD呈現(xiàn)接通電平，以及為了關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)31，驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD呈現(xiàn)關(guān)斷電 平。僅僅是作為示例的目的，假設(shè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的接通電平對(duì)應(yīng)于高信號(hào)電平，并且關(guān)斷電平對(duì) 應(yīng)于低信號(hào)電平。在圖3中，T〇n(；D表示當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD具有接通電平的時(shí)間段。以下具有 接通電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD的信號(hào)脈沖將被稱為接通脈沖。由于控制器10和電子開(kāi)關(guān)31中 不可避免的延遲，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD的信號(hào)值從接通電平變換為關(guān)斷電平時(shí)，電子開(kāi)關(guān)31不會(huì) 立即關(guān)斷。也就是說(shuō)，電子開(kāi)關(guān)31在驅(qū)動(dòng)信號(hào)GD的信號(hào)值從接通電平變?yōu)殛P(guān)斷電平的某 個(gè)時(shí)間段（延遲時(shí)間）Tdel保持接通狀態(tài)。