專利名稱：電源控制器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般設(shè)計(jì)電子學(xué)，并且更具體地，涉及形成半導(dǎo)體器件的 方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去，使用各種結(jié)構(gòu)來(lái)形成電源控制器，電源控制器通過(guò)控制 流過(guò)變壓器的初級(jí)側(cè)的電流而控制變壓器的次級(jí)側(cè)上的輸出電壓。在 一些情況中，使用光耦合器來(lái)感測(cè)輸出電壓的值，并且形成用于控制 通過(guò)初級(jí)側(cè)的電流的反饋信號(hào)。然而，這樣增加了系統(tǒng)的成本。在其 他情況中，變壓器包括輔助繞組，自變壓器的初級(jí)側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生電壓進(jìn) 入該輔助繞組。輔助繞組上的信號(hào)用于控制連接至變壓器的初級(jí)側(cè)的
電源控制器。在2006年9月5日頒布給Reinhard等人的美國(guó)專利號(hào) 7,102,899中公開(kāi)了一個(gè)這樣的控制電路。這些現(xiàn)有電路的一個(gè)問(wèn)題在 于當(dāng)將輔助繞組用作控制信號(hào)時(shí)輸出電壓調(diào)節(jié)的精度。 一般，精度小 于大約10%。另一問(wèn)題在于將次級(jí)繞組中電流的值限制至最大值。如 果不直接地連接至次級(jí)繞組，難以限制次級(jí)電流的值。
因此，期望具有一種降低系統(tǒng)成本的控制方法，其不使用光耦合 器來(lái)形成反饋信號(hào)，提高了精度，并且限制了次級(jí)電流的值。
圖l根據(jù)本發(fā)明示意性示出了電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式； 圖2為根據(jù)本發(fā)明圖示地示出圖1系統(tǒng)的一些信號(hào)的曲線圖； 圖3根據(jù)本發(fā)明示意性示出了另一電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方
式；
圖4根據(jù)本發(fā)明示意性示出了再一電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式；以及
圖5根據(jù)本發(fā)明示意性示出了包括圖1的電源系統(tǒng)的一部分的半 導(dǎo)體器件的放大的平面視圖。
為了簡(jiǎn)單明了的示意，圖中的元件不一定按照比例，并且在不同 的圖中相同的參考號(hào)代表相同的元件。此外，為了說(shuō)明的簡(jiǎn)要，省略 了眾所周知的步驟和元件的說(shuō)明和細(xì)節(jié)。本文中使用的栽流電極是指 器件的元件，例如，MOS晶體管的源極或漏極、或雙極晶體管的發(fā) 射極或集電極、或二極管的正極或負(fù)極，其承栽通過(guò)器件的電流，控 制電極是指器件的元件，例如，MOS晶體管的柵極或者雙電極晶體 管的基極，其控制通過(guò)器件的電流。雖然本文中把器件解釋為確定的 N-溝道或P-溝道器件，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明互 補(bǔ)器件也是可能的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本文中的詞匯 "在...期間"、"在...的時(shí)候"、以及"當(dāng)...時(shí)"不是表示一旦開(kāi)始操作馬 上就會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)的準(zhǔn)確術(shù)語(yǔ)，而是可能會(huì)在被初始操作激起的反應(yīng)之 間有一些微小但合理的延遲，例如傳播延遲。詞匯的使用實(shí)質(zhì)上是指 元件的值具有期望非常接近于規(guī)定值或位置的參數(shù)。然而，正如本領(lǐng) 域所公知， 一直存在阻止值或位置如規(guī)定的精確的較小變化。在本領(lǐng) 域中確認(rèn)，達(dá)到大約10%的變化被認(rèn)為是自所描述的精確的理想值的 合理變化。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性示出了以準(zhǔn)諧振回掃(quasi-resonant flyback)結(jié)構(gòu)連 接的電源系統(tǒng)10的一部分的實(shí)施方式的示意性形式。系統(tǒng)IO在功率 輸入ll和功率返回12之間接收功率例如DC電壓，并且形成用于各 種應(yīng)用的穩(wěn)定輸出電壓，以便例如給電池24充電。系統(tǒng)10的變壓器 17具有初級(jí)側(cè)電感器或繞組18、次級(jí)側(cè)電感器或繞組19以及輔助電 感器或輔助繞組21。次級(jí)繞組19用于在輸出13和輸出返回14之間 形成賴、定輸出電壓。負(fù)載電流或次級(jí)電流20流過(guò)繞組19。整流二極 管22和電容器23用于對(duì)由繞組19形成的電壓進(jìn)行整流并形成實(shí)質(zhì)上的DC輸出電壓。系統(tǒng)10的開(kāi)關(guān)電源控制器40用于控制功率開(kāi)關(guān) 36的接通或關(guān)閉，以調(diào)整輸出13和返回14之間的輸出電壓。連接電 流感測(cè)電阻器37以接收來(lái)自晶體管36的電流35，并在用于限制通過(guò) 電感器18的電流35值的節(jié)點(diǎn)38上形成電流控制(CC)信號(hào)。
晶體管36的接通或關(guān)閉在繞組21的端子27上引起輔助(AX)電 壓，并產(chǎn)生流過(guò)繞組21的輔助電流26。連接二極管28和電容器29 以接收AX電壓，并在功率端子30和返回12之間形成用于運(yùn)行控制 器40的運(yùn)行電壓。電阻器32和電容器33從端子27接收輔助(AX) 電壓，并在輸出34上形成去磁或Dmag(DM)信號(hào)。Dmag(DM)的值 和波形實(shí)質(zhì)上與橫跨繞組21兩端的電壓的值和波形相同，但在時(shí)間 上由電阻器32和電容器33的時(shí)間常數(shù)所延遲。
因?yàn)樽儔浩?7的所有繞組磁性地耦合在一起，繞組19和21每 個(gè)都產(chǎn)生形狀上彼此相同的電壓，但是值與其各自的匝數(shù)成比例。所 以，對(duì)繞組21上的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)使得對(duì)繞組19上的電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)。 有效的輸出電壓等于繞組19上產(chǎn)生的電壓減去二極管22的前向電壓 降。因此，系統(tǒng)10將輸出電壓值調(diào)節(jié)至在目標(biāo)值附近的值的范圍內(nèi) 的目標(biāo)值。例如，目標(biāo)值可以為10伏特(10V)，而值的范圍可以是5 伏特附近加上或減去5%。
控制器40連接至系統(tǒng)10的初級(jí)側(cè)中，并且控制器40的電壓參 考初級(jí)側(cè)。為了判斷輸出電壓的值并調(diào)節(jié)輸出電壓，開(kāi)關(guān)控制器40 配置成從輔助繞組21接收輔助(AX)電壓，并在節(jié)點(diǎn)81處產(chǎn)生偽電流 感測(cè)(PS)信號(hào)，其表示電流20的值和波形。偽電流感測(cè)(PS)信號(hào)用于 控制控制器40對(duì)輔助電壓值進(jìn)行采樣并判斷輸出電壓值的時(shí)間。此 外，輔助電壓的釆樣值用于形成幫助控制器40調(diào)節(jié)輸出電壓值的誤 差信號(hào)(ES)。誤差信號(hào)(ES)還用于形成偽電流感測(cè)(PS)信號(hào)。產(chǎn)生PS 信號(hào)允許控制器40調(diào)節(jié)輸出電壓，而不直接地連接至次級(jí)繞組19或 電參考于次級(jí)繞組19。
控制器40連接成通過(guò)電壓輸入41和電壓返回42從輸出30和返 回12接收功率。輸入41和返回42 —般分別連接至輸出30和返回12?？刂破?0還包括連接成接收輔助(AX)電壓的感測(cè)輸入43、連接至控 制晶體管36的輸出45、電流控制(CC)輸入46、 Dmag(DM)輸入44 和感測(cè)輸入47。輸入44 一般連接至Dmag(DM)輸出34，以接收DM 信號(hào)。輸入47連接成通過(guò)外部電阻器16接收AX電壓。
控制器40的開(kāi)關(guān)控制部分50包括比較器51、開(kāi)關(guān)控制鎖存器 54、緩沖驅(qū)動(dòng)器61、磁滯比較器58和參考電壓發(fā)生器或參考或ref 59。 控制器40的信號(hào)處理部分包括輔助(AX)采樣電路66、偽信號(hào)發(fā)生器 電路65以及誤差放大器74，誤差放大器74除了包括包舍電阻器75 和電容器78的頻率補(bǔ)償器件之外還包括反饋和增益控制電阻器76和 77。電阻器75和電容器78形成了用于穩(wěn)定系統(tǒng)10的運(yùn)行的電極。 參考發(fā)生器電路或ref 72為放大器74提供了參考電壓。AX采樣電 路66包括諸如晶體管68的采樣開(kāi)關(guān)以及諸如電容器67的存儲(chǔ)元件。 偽信號(hào)發(fā)生器電路65包括諸如晶體管80的采樣開(kāi)關(guān)、諸如電容器86 的第二存儲(chǔ)元件、衰減匹配電路82、負(fù)沿檢測(cè)器73、電流限制電路 126以及過(guò)零(zero crossing )檢測(cè)電路或過(guò)零檢測(cè)器或ZCD 87。 ZCD 87包括比較器88、參考發(fā)生器或ref 89、以及正沿檢測(cè)電路90。電 流限制電路126包括比較器128、參考發(fā)生器或ref 127、以及包括電 容器132和電阻器130和131的積分器。衰減匹配電路82包括由電 流鏡連接晶體管83和84形成的電流鏡。外部電流整形電阻器16輔 助電路82的運(yùn)行?？刂破?0的單元例如開(kāi)關(guān)控制部分50、放大器 74、 ZCD 87和電路65 —般連接成接收輸入41和返回42之間的運(yùn)行 功率。
圖2為具有圖示地示出系統(tǒng)10中的一些信號(hào)的曲線圖的圖表。 橫坐標(biāo)表示時(shí)間，而縱坐標(biāo)表示所示信號(hào)的增加值。曲線91示出了 節(jié)點(diǎn)62上的開(kāi)關(guān)控制(SC)信號(hào)。曲線92示出了通過(guò)次級(jí)繞組19的 電流20。曲線93示出了端子27上的AX電壓。曲線94示出了邊沿 檢測(cè)器73的輸出上的傳送(TR)信號(hào)。曲線95示出了節(jié)點(diǎn)81上的PS 信號(hào)，而曲線96示出了邊沿檢測(cè)器90的輸出上的采樣信號(hào)(SP)。該 說(shuō)明參考圖1和圖2。運(yùn)行時(shí)，因?yàn)榇渭?jí)電流20流過(guò)二極管22，通過(guò)二極管22的電 壓降使得輸出電壓依賴于電流20的值。因此，輔助電壓和DM信號(hào) 因?yàn)闄M跨二極管22兩端的電壓值而不同于輸出電壓。對(duì)于大值的電 流20，橫跨二極管22兩端的電壓降也大，并且當(dāng)電流22的值降低時(shí)， 橫跨二極管22兩端的前向電壓降也降低。在二極管22中的電流20 實(shí)質(zhì)上達(dá)到零時(shí)，橫跨二極管22兩端的前向電壓降等于二極管22的 最小前向電壓，并且橫跨二極管22兩端的電壓變?yōu)閷?shí)質(zhì)上恒定在二 極管22的最小前向電壓降。此時(shí)，AX電壓值表示輸出電壓加上橫跨 二極管22兩端的前向電壓降的恒定值。因此，AX電壓的值能夠用作 反饋信號(hào)以表示輸出電壓?？刂破?0使用采樣(SP)信號(hào)來(lái)采樣AX電 壓，并在電流26的值實(shí)質(zhì)上等于零時(shí)在電容器67上形成采樣信號(hào)。 因?yàn)锳X電壓與橫跨繞組19兩端的電壓成比例，并且具有相同的波 形，在電流20實(shí)質(zhì)上等于零時(shí)，對(duì)AX電壓進(jìn)行采樣。采樣信號(hào)表 示輔助(AX)電壓的值，因而當(dāng)電流20的值實(shí)質(zhì)上等于零時(shí)其表示輸 出電壓。誤差放大器74利用來(lái)自電容器67的采樣值來(lái)形成誤差(ES) 信號(hào)，誤差信號(hào)表示輸出電壓值和輸出電壓期望值之間的差異。開(kāi)關(guān) 控制器50利用ES信號(hào)來(lái)形成開(kāi)關(guān)控制(SC)信號(hào)并控制晶體管36。 當(dāng)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(SC)降低以禁止晶體管36時(shí)，偽信號(hào)發(fā)生器電路65 在電容器86上存儲(chǔ)誤差(ES)信號(hào)的值。衰減電路82以實(shí)質(zhì)上等于電 流20衰減速率的速率對(duì)電容器86放電，所以PS信號(hào)的值和波形與 電流20的值和波形成比例。電流限制電路126在節(jié)點(diǎn)133上形成信 號(hào)，其表示電流20的平均值，并響應(yīng)于電流20的值不小于期望值而 限制電流20的值。
當(dāng)開(kāi)關(guān)控制(SC)信號(hào)為高以導(dǎo)通晶體管36時(shí)，電流35流過(guò)電感 器18。出于解釋的目的，假定之前電容器67存儲(chǔ)的值與AX電壓值 成比例。誤差放大器74接收存儲(chǔ)值并形成表示輸出電壓和輸出電壓 期望值之間差異的誤差(ES)信號(hào)。ES信號(hào)的值存儲(chǔ)在電容器78上。 控制器50將ES信號(hào)與CC信號(hào)進(jìn)行比較以判斷用于禁止晶體管36 的電流35的適當(dāng)值。此時(shí)，ES和CC信號(hào)的值交叉并且比較器51的輸出升高以復(fù)位鎖存器54。如曲線91的TO時(shí)刻所示，來(lái)自鎖存 器54的低電壓使得SC信號(hào)為低，以開(kāi)始禁止晶體管36并抑制電流 35。如曲線92的TO時(shí)刻所示，電流35的變化使得電流20流過(guò)次級(jí) 繞組19，并使得電流26流過(guò)輔助繞組21。電流35的變化產(chǎn)生橫跨 繞組19兩端的次級(jí)電壓。二極管22和電容器23整流并過(guò)濾次級(jí)電 壓，以在輸出13和返回14之間形成輸出電壓。如曲線93所示，電 流35的變化還在端子27和返回12之間產(chǎn)生輔助(AX)電壓。二極管 28和電容器29整流并過(guò)濾輔助電壓以在輸出30上形成工作電壓。電 阻器32和電容器33接收輔助電壓，并在輸出34和返回12之間形成 Dmag(DM)信號(hào)。
輔助(AX)電壓還被施加通過(guò)電阻器16的電阻以及晶體管83的導(dǎo) 通電阻，這樣形成了流過(guò)晶體管83的電流。 一般，電阻器16的值遠(yuǎn) 大于晶體管83的導(dǎo)通電阻，使得電阻器16和輔助電壓的值決定流過(guò) 晶體管83的電流值。晶體管83和84以電流鏡像結(jié)構(gòu)連接，使得通 過(guò)晶體管84的電流85的值按照晶體管83和84之間的尺寸比與通過(guò) 晶體管83的電流值成比例。因此，通過(guò)晶體管84的電流85表示AX 電壓。電流85用于對(duì)電容器86上存儲(chǔ)的電壓放電。因?yàn)殡娏?5表 示AX電壓，所以在節(jié)點(diǎn)81處形成的偽信號(hào)(PS)表示電流20的值和 波形。因?yàn)镻S信號(hào)與電流20成比例，如曲線圖92和95的Tl時(shí)刻 所示，在電流20達(dá)到零的同時(shí)，偽(PS)信號(hào)實(shí)質(zhì)上達(dá)到零。當(dāng)PS信 號(hào)達(dá)到零時(shí)，過(guò)零檢測(cè)器87的輸出升高。邊沿檢測(cè)器90檢測(cè)來(lái)自比 較器88的上升沿，并形成窄帶脈沖，其導(dǎo)通晶體管68以在電容器67 上存儲(chǔ)反饋(FB)信號(hào)，反饋信號(hào)表示輔助(AX)電壓，因此，表示輸出 電壓。FB信號(hào)由通過(guò)電阻器15和25配置的分壓器形成。誤差放大 器74利用電容器67上的采樣信號(hào)來(lái)形成ES信號(hào)。來(lái)自邊沿檢測(cè)器 卯的脈沖剛好足夠?qū)挼貙?dǎo)通晶體管一段時(shí)間，從而足以將電容器68 充電至FB信號(hào)的值。
電流限制電路126形成表示電流20的平均值的信號(hào)，并響應(yīng)于 電流20的平均值大于期望值而減少晶體管36的導(dǎo)通時(shí)間。ref 127的輸出值代表期望值。電阻器130和131與電容器132—起積分PS信 號(hào)，以在節(jié)點(diǎn)133處形成表示電流20的平均值的積分信號(hào)。如果積 分信號(hào)的值小于ref 127的值，那么比較器128的輸出的值不影響來(lái) 自比較器51輸出的信號(hào)。如果積分信號(hào)大于ref 127的值，那么比較 器128的輸出升高并且將鎖存器54的復(fù)位輸入拉高。將比較器的輸 出拉高使得鎖存器54復(fù)位，并且縮短了晶體管36的導(dǎo)通時(shí)間，從而 降低了次級(jí)電流20的值。 一般，比較器128的輸出驅(qū)動(dòng)器由于高側(cè) 晶體管而不是低側(cè)晶體管而具有開(kāi)路漏極輸出(open drain output), 使得輸出僅僅可以將比較器51的輸出拉高而不是降低。
隨后，當(dāng)Dmag(DM)信號(hào)的值降低至比參考59的值小時(shí)，比較 器58的輸出升高以置位鎖存器54，并使得開(kāi)關(guān)控制(SC)信號(hào)再次為 高。高的SC信號(hào)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)36并使得電流35再一次流過(guò)電感器18。 晶體管36保持導(dǎo)通，直到ES信號(hào)與再次置位鎖存器54的CS信號(hào) 的值相交。來(lái)自鎖存器54的低向信號(hào)(low going signal)使得邊沿檢測(cè) 器73形成短脈沖，其再次暫時(shí)地導(dǎo)通晶體管80以將存儲(chǔ)在電容器78 上的信號(hào)傳送至電容器86。
偽(PS)信號(hào)和電流20之間的關(guān)系如下列等式所示
I20=(I35peak)/Np)-(((VO+VF)/LS)*Toff)
其中，
120-電流20的值；
I35peak——電流35的峰值；
Np=N20/N18——繞組20與繞組18的匝數(shù)比；
VO——輸出電壓的值；
VF——^黃跨二極管22兩端的前向電壓；
LS-繞組19的感應(yīng)系數(shù)；以及
Toff——電流變?yōu)榱闼蟮臅r(shí)間。
當(dāng)晶體管36由控制器40關(guān)斷時(shí)，輸入46上電流控制(CS)信號(hào) 的值和誤差信號(hào)(ES)的值等于如下所示 Ves=Vcc=R37*I35neak其中，
Ves——誤差信號(hào)ES的值；
Vcc——輸入46上的電流控制信號(hào)CC的值；以及 R37——電阻器37的值。
解出I35的Ves方程，并將其帶入I20的方程，得到
I20=((Ves/(R37*Np))-(((VO+VF)/LS)*Toff)
當(dāng)晶體管36關(guān)斷時(shí)，如TO時(shí)刻所示，AX電壓增加到峰值。在 TO時(shí)刻，如曲線93所示，橫跨二極管22兩端的電壓等于最大值。 當(dāng)電流20降低時(shí)，橫跨二極管22兩端的電壓減小。AX電壓不具有 由二極管22引起的變化，所以AX電壓開(kāi)始處于比通過(guò)電感器19的 電壓更大的值。因?yàn)殡娏?5由AX電壓形成，存儲(chǔ)在電容器86上的 電壓開(kāi)始根據(jù)以下等式衰減
PS=Ves-(I85/C86)*T 電流85可以表達(dá)為
185 = Vax/R16*SR83 并且Vax可以表示為 Vax = (N2)(VO+VF) 其中，
PS——PS信號(hào)的值；
185——通過(guò)晶體管84的電流85的值；
C86——電容器86的值；
T——對(duì)電容器C86放電的時(shí)間；
Vax——端子27上的AX電壓的值；
SR83——晶體管83和84之間的尺寸比；以及
N2-繞組19和21之間的壓數(shù)比(N19/N21)。
將Vax的等式帶入185的等式并且將185的等式帶入PS的等式 中，得到
PS 二 Ves-((N2(VO+VF))/(R16*C86)).
解出PS的以上方程和119的方程的公共項(xiàng)Ves，并使得方程彼此相等，得到
((R37*Np)/(R16*C86))=(l/L19)
針對(duì)被選為用于控制PS信號(hào)的外部元素，解上式，得到 R16*C86 = R37*Np*L19
一般，難以選擇匝數(shù)比的值和變壓器17的感應(yīng)系數(shù)。因此，可 以選擇電容器86的值和電阻器16和37的值以便為PS信號(hào)提供期望 的行為。在優(yōu)選實(shí)施方式中，控制器40形成在半導(dǎo)體管芯上，并且 電容器86形成在相同的半導(dǎo)體管芯上。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，電阻 器16和37的值可以選擇成使得上述方程平衡，并控制系統(tǒng)10的運(yùn) 行以使得PS信號(hào)的值和波形實(shí)質(zhì)上與電流20的值和波形成比例。這 祥《吏得控制器40在電流20實(shí)質(zhì)過(guò)零處1吏用輸出電壓的值，以調(diào)節(jié)輸 出電壓的值。
電阻器15的第一端子一般連接至繞組21的端子27和電阻器16 的第一端子。電阻器16的第二端子連接至輸入47。輸入47—般連接 至晶體管83的漏極和柵極以及晶體管84的柵極。晶體管83的源極 一般連接至晶體管84的源極和返回42。晶體管84的漏極一般連接至 節(jié)點(diǎn)81、比較器88的反向輸入、電阻器131的第一端子、電容器86 的第一端子和晶體管80的源極。電容器86的第二端子連接至返回42。 電阻器131的第二端子一般連接至電阻器130的第一端子、電容器132 的第一端子以及比較器128的反向輸入。電阻器130的第二端子一般 連接至電容器132的第二端子并連接至返回42。比較器128的非反向 輸入連接至ref 127的輸出。比較器128的輸出連接至比較器51的輸 出。晶體管80的漏極一般連接至節(jié)點(diǎn)79、比較器51的非反向輸入、 電容器78的第一端子和電阻器75的第一端子。電容器78的第二端 子連接至返回42。電阻器75的第二端子一般連接至放大器74的輸出 和電阻器76的第一端子。電阻器76的第二端子一般連接至電阻器77 的第一端子和放大器74的反向輸入。放大器74的非反向輸入連接至 ref 72的輸出。電阻器77的第二端子一般連接至電容器67的第一端 子和晶體管68的源極。電容器67的第二端子連接至返回42。晶體管68的漏極連接至輸入43。晶體管68的柵極連接至邊沿檢測(cè)器90的 輸出。邊沿檢測(cè)器卯的輸入連接至比較器88的輸出。比較器88的 非反向輸入連接至ref 89的輸出。晶體管80的柵極連接至邊沿檢測(cè) 器73的輸出，邊沿檢測(cè)器73的輸入一般連接至鎖存器54的Q輸出 和緩沖器61的輸入。緩沖器61的輸出連接至輸出45。鎖存器54的 置位輸入連接至比較器58的輸出。比較器58的反向輸入連接至輸入 46,而比較器58的非反向輸入連接至ref59的輸出。鎖存器54的復(fù) 位輸入連接至比較器51的輸出。比較器51的反向輸入連接至輸入46。 控制器40的輸入43 —般連接至電阻器15的第一端子和電阻器25的 第一端子。電阻器25的第二端子連接至返回12。電阻器15的第二端 子連接至繞組21的端子27。
圖3示意性示出了以準(zhǔn)諧振回掃結(jié)構(gòu)連接的電源系統(tǒng)115的一部 分的實(shí)施方式的示意性結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)115以不連續(xù)^^式運(yùn)行。系統(tǒng)115 為圖1和圖2的說(shuō)明中所述的系統(tǒng)10的可選實(shí)施方式。系統(tǒng)115類 似于系統(tǒng)IO，但是具有反饋網(wǎng)絡(luò)，并且包括作為圖1和圖2的說(shuō)明中 所述的控制器40的可選實(shí)施方式的控制器116。反饋網(wǎng)絡(luò)包括電阻器 120和121、齊納二極管119和光耦合器122，光耦合器122具有光發(fā) 射器123和諸如光子晶體管124的光檢測(cè)器。反饋(FB)網(wǎng)絡(luò)形成表示 輸出電壓值的反饋(FB)信號(hào)。其他公知的反饋網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)代替圖3 中所示的反饋網(wǎng)絡(luò)?？刂破?16在FB輸入49上接收FB信號(hào)?？刂?器116包括與圖1和圖2的說(shuō)明中所述的電路65類似的偽信號(hào)發(fā)生 器電路125，但是電路125不包括ZCD87。此外，控制器116不包括 采樣電路66和誤差放大器74。
不是利用來(lái)自放大器74的誤差(ES)信號(hào)來(lái)形成PS信號(hào)，控制器 116利用在輸入49上接收的FB信號(hào)。控制器116將反饋(FB)信號(hào)值 存儲(chǔ)在電容器78上。當(dāng)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(SC)降低以禁止晶體管36時(shí)， 偽信號(hào)發(fā)生器電路125將FB信號(hào)存儲(chǔ)值從電容器78傳送至電容器 86。衰減匹配電路82以實(shí)質(zhì)上等于電流20衰減速率的速率對(duì)電容器 86 -l電，所以PS信號(hào)的值和波形與電流20的值和波形成比例。如上在圖1和圖2中對(duì)于電路125所描述一樣，電路126利用PS信號(hào) 來(lái)限制電流20的值。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，如果電流20的值超過(guò)期望值， 只要積分器電路積分PS信號(hào)的值并使得晶體管36的導(dǎo)通時(shí)間降低， 積分器電路125就可以具有各種實(shí)施方式。例如，比較器128和ref 127 可以由發(fā)射極連接至返回42的雙極晶體管所代替?；鶚O可以連接至 節(jié)點(diǎn)133或者通過(guò)另一電阻器連接至節(jié)點(diǎn)133。
圖4示意性示出了是圖3的說(shuō)明中所解釋的系統(tǒng)115的可選實(shí)施 方式的電源系統(tǒng)100的一部分的實(shí)施方式的示意性結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)100類 似于系統(tǒng)115，只是系統(tǒng)100配置成用電流控制以固定頻率和連續(xù)傳 導(dǎo)沖莫式運(yùn)^亍。系統(tǒng)100包括電源控制器101，電源控制器101為在圖 3的說(shuō)明中解釋的控制器116的可選實(shí)施方式。控制器101類似于控 制器116,只是控制器101包括偽信號(hào)電路102和開(kāi)關(guān)控制部件109， 偽信號(hào)電路102是電路125的可選實(shí)施方式。開(kāi)關(guān)控制部分109類似 于部分50，只是部分109包括固定頻率振蕩器107并且不使用比較器 58、 ref59和輸入44。電路102類似于電路125,只是電路102包括 負(fù)沿檢測(cè)器103和諸如晶體管104的開(kāi)關(guān)。當(dāng)SC信號(hào)升高時(shí)，負(fù)沿 檢測(cè)器103形成短脈沖，這樣導(dǎo)通晶體管104—段時(shí)間，在這段時(shí)間 內(nèi)足以對(duì)電容器86放電。這允許系統(tǒng)100以連續(xù)傳導(dǎo)模式運(yùn)行，而 不是如系統(tǒng)115所使用的不連續(xù)傳導(dǎo)模式。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)選擇變壓器17的感應(yīng)系數(shù)值 以提供這樣的運(yùn)行，該系統(tǒng)IOO還可以以不連續(xù)傳導(dǎo)才莫式運(yùn)行。
圖5示意性示出了形成在半導(dǎo)體管芯111上的半導(dǎo)體器件或集成 電路110的實(shí)施方式的一部分的放大的平面視圖。控制器40或者可 選的控制器116形成在管芯111上。管芯lll還可以包括出于簡(jiǎn)化附 圖的目的而未在圖5中示出的其他電路?？刂破?0和器件或集成電
管芯111上。
鑒于上述內(nèi)容，顯然，公開(kāi)了一種新穎的器件和方法。包括在其中的其他特征在于形成了一種控制器，以便在次級(jí)電流的大致過(guò)零處
利用AX電壓的值，從而形成用于調(diào)整輸出電壓的反饋信號(hào)。反饋信
號(hào)的值還用于形成用于判斷次級(jí)電流過(guò)零的偽信號(hào)。該偽信號(hào)的使用
提供了對(duì)于次級(jí)電壓的精確判斷。利用在過(guò)零處的輔助電壓去除了次
級(jí)側(cè)整流二極管的影響并提高了調(diào)節(jié)的精度。
盡管利用具體的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的主旨，但是顯然對(duì) 于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很多可選項(xiàng)和變化將是明顯的。例如，
偽信號(hào)發(fā)生器電路65可以具有各種其他的實(shí)施方式，例如模擬-數(shù)字 轉(zhuǎn)換器。此外，存儲(chǔ)器件例如電容器86可以作為數(shù)字存儲(chǔ)元件來(lái)實(shí) 施。另外，為了清楚地描述，在全文中使用詞語(yǔ)"連接(connect)"， 但是，其意味著與詞語(yǔ)"耦合(couple)"具有相同的意思。因此，應(yīng) 該將"連接"解釋為包括直接連接或間接連接。
權(quán)利要求
1.一種電池充電器，其包括開(kāi)關(guān)控制器，其配置成形成適于控制功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，以控制通過(guò)變壓器的初級(jí)電感器的電流；偽發(fā)生器電路，其配置成從所述變壓器的輔助繞組接收輔助電壓，并產(chǎn)生表示通過(guò)所述變壓器的次級(jí)繞組的電流的電流感測(cè)信號(hào)；以及電流限制電路，其配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)，并響應(yīng)于所述電流感測(cè)信號(hào)的第一值而終止所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電器，其中，所述開(kāi)關(guān)控制 器和所述輔助電壓具有共同的參考。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電器，其還包括采樣電路， 所述采樣電路配置成在所述電流感測(cè)信號(hào)的實(shí)質(zhì)上過(guò)零處對(duì)所述輔 助電壓進(jìn)行采樣，并響應(yīng)于所述電流感測(cè)信號(hào)形成采樣信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池充電器，其還包括誤差放大器， 所述誤差放大器耦合成接收所述采樣信號(hào)并形成誤差信號(hào)，其中，所 述開(kāi)關(guān)控制器利用所述誤差信號(hào)來(lái)形成所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池充電器，其中，所述偽發(fā)生器電 路耦合成接收所述誤差信號(hào)并存儲(chǔ)表示所述誤差信號(hào)的第一信號(hào)，并 且配置成以代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的所述電流的衰減速率的第一速 率衰減所述第一信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電器，其中，所述偽發(fā)生器 電路以代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的所述電流的衰減速率的速率衰減所 述電流感測(cè)信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池充電器，其中，所述偽發(fā)生器 電路將代表所述輸出電壓的反饋信號(hào)存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)電容器上，將第 二電容器充電至表示存儲(chǔ)在所述第一電容器上的所述誤差信號(hào)的值， 并且以代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的所述電流的衰減速率的第一速率對(duì)所述第二電容器放電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池充電器，其還包括采樣電路， 所述采樣電路配置成形成表示來(lái)自誤差放大器的誤差信號(hào)的第一存 儲(chǔ)信號(hào)，對(duì)所述第一存儲(chǔ)信號(hào)采樣并形成代表所述第一存儲(chǔ)信號(hào)的第 二存儲(chǔ)信號(hào)，以及以代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的所述電流的衰減速率的 速率衰減所述第二存儲(chǔ)信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電器，其中，所述電流限制電 路包括積分器，所述積分器可操作地耦合成對(duì)所述電流感測(cè)信號(hào)積 分，并響應(yīng)于所述第一值終止所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的導(dǎo)通周期。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池充電器，其還包括比較器，所 述比較器配置成將所述電流感測(cè)信號(hào)的所述積分的結(jié)果與參考值進(jìn) 行比較。
11. 一種形成電源控制器的方法，其包括以下步驟 配置開(kāi)關(guān)控制器以形成適于控制功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，從而 控制通過(guò)變壓器的初級(jí)電感器的電流，以調(diào)節(jié)所述變壓器的次級(jí)繞組 上的輸出電壓；配置所述電源控制器以接收代表來(lái)自所述變壓器的輔助繞組的 輔助電壓的感測(cè)信號(hào)，并形成代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的電流的電流感 測(cè)信號(hào)；以及配置電流限制電路以接收所述電流感測(cè)信號(hào)并響應(yīng)于所述電流 感測(cè)信號(hào)的第 一值而使得所述功率開(kāi)關(guān)被禁止。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，配置電源控制器以形 成電流感測(cè)信號(hào)的步驟包括配置所述電源控制器以存儲(chǔ)來(lái)自誤差放 大器的誤差信號(hào)從而形成存儲(chǔ)值，并以代表通過(guò)所述次級(jí)繞組的所述 電流的衰減速率的速率衰減所述存儲(chǔ)值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，配置電流限制電路以 接收電流感測(cè)信號(hào)的步驟包括可操作地耦合所述電流感測(cè)信號(hào)以形 成所述電流感測(cè)信號(hào)的平均值，并將所述平均值與參考值進(jìn)行比較。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其還包括配置所述電源控制器以接收代表所述輸出電壓的反饋信號(hào)，并使用所迷反饋信號(hào)形成 所述電流感測(cè)信號(hào)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，配置電流限制電路以 接收電流感測(cè)信號(hào)的步驟包括可操作地耦合所述電流感測(cè)信號(hào)以形 成所述電流感測(cè)信號(hào)的平均值，并將所述平均值與參考值進(jìn)行比較。
16. —種形成電源控制器的方法，其包括以下步驟 配置開(kāi)關(guān)控制器以形成適于控制功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，從而控制通過(guò)變壓器的初級(jí)電感器的電流以調(diào)節(jié)所述變壓器的次級(jí)繞組 上的輸出電壓；配置所述電源控制器以利用來(lái)自所述變壓器的輔助繞組的輔助 電壓來(lái)形成具有實(shí)質(zhì)上與通過(guò)所述次鈒繞組的電流的過(guò)零相同的過(guò) 零的電流感測(cè)信號(hào)；以及配置所述電源控制器以利用所述電流感測(cè)信號(hào)來(lái)將通過(guò)所述次 級(jí)繞組的所述電流的值限制為不大于第一值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，配置電源控制器以利 用輔助電壓的步驟包括將所述開(kāi)關(guān)控制器配置成參考所述輔助繞組所參考的公共電壓。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其還包括以下步驟配置誤 差放大器以使用來(lái)自所述輔助繞組的所述輔助電壓來(lái)形成代表所述 輸出電壓與所述輸出電壓的期望值的差異的誤差信號(hào)，并配置所述電 源控制器以使用所述誤差信號(hào)來(lái)形成所述電流感測(cè)信號(hào)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其還包括以下步驟配置所 述電源控制器以接收代表所述輸出電壓的反饋信號(hào)，以及配置所述電 源控制器以利用所述反饋信號(hào)來(lái)形成所述電流感測(cè)信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，配置電源控制器以利 用電流感測(cè)信號(hào)的步驟包括可操作地耦合電流限制電路以接收所述 電流感測(cè)信號(hào)，形成代表所述電流感測(cè)信號(hào)的平均值的信號(hào)，以及將 所述平均值與代表所述第一值的信號(hào)進(jìn)行比較。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源控制器及其方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)控制器利用變壓器的輔助繞組電壓來(lái)形成代表通過(guò)變壓器的次級(jí)繞組的電流的信號(hào)?？刂破髋渲贸蓪⑼ㄟ^(guò)次級(jí)繞組的電流限制到最大值。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101617462SQ200780051811
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者F·萊爾米特 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司