專利名稱：具有可變切換頻率控制和工作周期調(diào)整的反激式轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換器，特別涉及進(jìn)行初級(jí)端調(diào)節(jié)(primarysideregulation, PSR)的反激式轉(zhuǎn)換器(fly-back converter)。背景技木電源轉(zhuǎn)換器可用于許多應(yīng)用，如將電源出口的交流電(AC)轉(zhuǎn)換成直流電(DC)用于電子裝置。在陰極射線管(CRT)里，當(dāng)光柵點(diǎn)折回或回掃到顯示器下ー個(gè)光柵線的起點(diǎn)時(shí)，反激逆變器被用來阻擋電子束。這種電源轉(zhuǎn)換器仍然被看作是ー個(gè)反激轉(zhuǎn)換器，盡管它們用于許多非CRT的應(yīng)用，如用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)和充電器。需要一個(gè)控制電路去產(chǎn)生ー個(gè)恒定DC輸出電流。可以使用一個(gè)變壓器將連接到AC電源的初級(jí)端與DC輸出端隔離開來以增強(qiáng)安全性。光隔離器(opto-isolator)已經(jīng)被用來隔離控制電路，但這些光隔離器相當(dāng)昂貴，并且不能與集成電路很好地整合在一起。不將控制電路連接到變壓器的次級(jí)(DC)端(secondary side)，控制電路可以連接到初級(jí)(AC)端。使用初級(jí)端傳感調(diào)節(jié)器(PSR)和控制，由于提高了效率且不需要光隔離器，熱量、外觀尺寸、元件數(shù)目、和成本都能夠得以降低。盡管已知有多種反激轉(zhuǎn)換器，但是其中許多反激轉(zhuǎn)換器僅支持脈寬調(diào)制(PWM)控制。一些應(yīng)用可能在大范圍功率上運(yùn)行，會(huì)受益于脈頻調(diào)制(PFM)和跨周期調(diào)制(PSM)，這兩種方式都改變頻率，但保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的脈寬或工作周期。期望有一個(gè)初級(jí)端控制的反激轉(zhuǎn)換器，但不需要光隔離器。期望有ー個(gè)支持PWM和PFM控制并能產(chǎn)生恒定電流驅(qū)動(dòng)的反激轉(zhuǎn)換器。使用一個(gè)能在PSM、PWM、PFM運(yùn)行區(qū)域上模擬功率的電路，就能獲得期望的電流準(zhǔn)確性。期望能有估計(jì)輸出電流的控制。

圖I是ー個(gè)簡(jiǎn)化的切換初級(jí)電流的反激式轉(zhuǎn)換器示意圖。圖2是具有輸出電流估計(jì)而用于PFM和PWM控制的反激轉(zhuǎn)換器示意圖。圖3是圖2反激轉(zhuǎn)換器的三種運(yùn)行模式的電壓-電流圖。圖4A-B是在PSM、PWM、PFM模式的輸出功率圖。圖5A-C是在PSM、PWM, PFM模式的切換波形圖。圖6是為PSM、PWM、PFM模式估計(jì)輸出電流的開關(guān)控制電路方框圖。圖7是電流估計(jì)控制電路運(yùn)行在PWM模式上的波形圖。圖8是廣生抖動(dòng)時(shí)鐘的振蕩器的不意圖。
圖9是工作周期計(jì)算電路不意圖。圖10是電壓-到-電流轉(zhuǎn)換器和乘法器的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)。以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用在特定應(yīng)用及其要求的上下文里提供的本發(fā)明。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的各種修改是顯而易見的，并且在此定義的基本原理可以應(yīng)用到其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不是意在受制于所示和所述的特定實(shí)施例，而是屬干與在此披露的原理和新穎性特征一致的最大范圍。圖I是ー個(gè)簡(jiǎn)化的能切換初級(jí)電流的反激轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。AC電源產(chǎn)生ー個(gè)交流電，其被施加到全波整流橋(full-wave rectifier bridge)的ニ極管上以產(chǎn)生ー個(gè)輸 入電壓VIN?；蛘?，VIN可以是ー個(gè)直流源，不需要由交流電來產(chǎn)生。變壓器10可以有ー個(gè)鐵芯，以增強(qiáng)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的互感，初級(jí)繞組連接在輸入電壓VIN和漏極電壓VD之間，次級(jí)繞組連接到次級(jí)ニ極管26( secondary diode )。在變壓器10里的第三繞組連接到輔助電壓VAUX。變壓器10的繞組方向，如圖中的點(diǎn)所示，由于變壓器10里的互感，突然斷開向下的初級(jí)電流IP會(huì)導(dǎo)致次級(jí)電流IS向上流動(dòng)。同樣，突然斷開初級(jí)電流IP會(huì)導(dǎo)致輔助電流從變壓器10流到電壓VAUX，然后經(jīng)過感應(yīng)電阻器32,34而在變壓器10的輔助回路里產(chǎn)生取樣電壓NS。變壓器10的主回路有初級(jí)電流IP，其從VIN流過變壓器10的初級(jí)繞組到VD，然后流過開關(guān)20到初級(jí)感應(yīng)電壓VCS，最后流過初級(jí)感應(yīng)電阻器30而接地。初級(jí)電流IP是穿過初級(jí)感應(yīng)電阻器30的電流，其產(chǎn)生初級(jí)感應(yīng)電壓VCS，等于I-R壓降(drop)，或VCS=IP*RS，其中RS是初級(jí)感應(yīng)電阻器30的電阻值。變壓器10的二次回路有次級(jí)電流IS，其從變壓器10的次級(jí)繞組流經(jīng)正向偏壓次級(jí)ニ極管26到輸出電壓V0。當(dāng)次級(jí)電流IS不是來自變壓器10時(shí)，次級(jí)電容器28存儲(chǔ)電荷以提供一個(gè)更恒定的電流穿過負(fù)載電阻器24。變壓器10的三次回路有輔助電流，其從變壓器10的三次繞組輔助電壓VAUX流經(jīng)感應(yīng)電阻器32、34到地。感應(yīng)電阻器32、34形成一個(gè)分壓器，產(chǎn)生取樣電壓VS。開關(guān)20是ー個(gè)η-溝道晶體管，其柵極由柵極電壓VG控制。當(dāng)柵極電壓VG從高變換到低吋，穿過變壓器10的初級(jí)電流被突然切斷，導(dǎo)致開關(guān)20斷開。當(dāng)柵極電壓VG從低變換到高時(shí)，初級(jí)電流緩慢增加，使得開關(guān)20接通。當(dāng)開關(guān)20接通時(shí)，初級(jí)電流緩慢增カロ，因?yàn)樽儔浩?0的電感起到阻止電流突變的作用。取樣保持(S/Η)鎖存器42取樣該取樣電壓VS，并驅(qū)動(dòng)誤差放大器36的ー個(gè)輸入，其比較該取樣電壓和ー個(gè)參考電壓VREF。誤差放大器36的比較結(jié)果被輸入PWM控制器44?？刂苹芈?0中的PWM控制器44通過控制柵極電壓VG而將開關(guān)20接通和斷開。PWM控制器44驅(qū)動(dòng)VG至高，而在每個(gè)時(shí)鐘周期接通開關(guān)20。當(dāng)VCS高于ー個(gè)內(nèi)部VCS參考電壓時(shí)，PWM控制器44驅(qū)動(dòng)VG至低而斷開開關(guān)20。當(dāng)取樣電壓VS下降低于VREF時(shí)，控制器提高該內(nèi)部VCS參考電壓。當(dāng)取樣電壓VS上升高于VREF時(shí)，控制器降低該內(nèi)部VCS參考電壓。誤差放大器36可以是ー個(gè)運(yùn)算放大器或其他種類的放大器。誤差放大器36有一個(gè)高增益，迫使VS通過反饋而去匹配VREF。圖2是用于PFM和PWM控制的具有輸出電流估計(jì)的反激轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。來自變壓器10的第三繞組的輔助電壓VAUX經(jīng)過感應(yīng)電阻器32、34，產(chǎn)生取樣電壓VS，其被取樣保持(S/Η)鎖存器42取樣。誤差放大器36比較該取樣電壓和參考電壓VREF，以控制PWM/PFM控制器54，其驅(qū)動(dòng)開關(guān)20的柵極電壓VG。當(dāng)開關(guān)20切換的初級(jí)電流流經(jīng)初級(jí)感應(yīng)電阻器30時(shí)，產(chǎn)生電壓VCS。脈沖前沿消隱器(Leading edge blanker)52阻止VCS的脈沖前沿，以去除例如由于ニ極管而引起的短時(shí)干擾脈沖(glitch)，并檢測(cè)經(jīng)過初級(jí)感應(yīng)電阻器30的峰值電流。該檢測(cè)到的峰值電流的數(shù)值從脈沖前沿消隱器52送到輸出電流估計(jì)器60。電壓控制振蕩器(VC0)56根據(jù)誤差放大器36的輸出電壓和誤差放大器38的輸出電壓而產(chǎn)生ー個(gè)時(shí)鐘頻率。VCO 56的最大頻率可以由電阻器58控制。VCO 56還產(chǎn)生ー個(gè)小的三角電壓波動(dòng)(ripple)并加在峰值電流參考值上，其由誤差放大器36和誤差放大器38的輸出電壓來調(diào)節(jié)的。來自脈沖前沿消隱器52的峰值電流以及電流形式的開關(guān)頻率被施加在輸出電流估計(jì)器60上，經(jīng)過取樣保持(S/Η)鎖存器42得知放電時(shí)間TD。輸出電流估計(jì)器60有了這些輸入，產(chǎn)生變壓器10次級(jí)端上輸出電流IS的ー個(gè)估計(jì)。由輸出電流估計(jì)器60產(chǎn)生的估計(jì)輸出電流被轉(zhuǎn)換成ー個(gè)電壓，并與參考電壓VREF由誤差放大器38進(jìn)行比較。比較結(jié)果又應(yīng)用到PWM/PFM控制器54上，以進(jìn)ー步調(diào)整應(yīng)用到開關(guān)20上的切換信號(hào)，柵極電壓VG的脈寬和頻率?？刂齐娐?0產(chǎn)生輸出電流的ー個(gè)估計(jì)，對(duì)開關(guān)20的切換信號(hào)進(jìn)行脈寬和頻率控制?？刂齐娐?0可以以三種運(yùn)行模式運(yùn)行跨周期調(diào)制(PSM)、脈寬調(diào)制(PWM)、脈頻調(diào)制(PFM)0大范圍的輸出功率可以通過使用三種運(yùn)行模式而得到支持。圖3是圖2反激轉(zhuǎn)換器三種運(yùn)行模式的電壓-電流圖。在跨周期調(diào)制(PSM)模式202期間，刪除了一些開關(guān)20切換信號(hào)的脈沖，因此降低了頻率和輸出功率。在PSM模式202，輸出電壓和/或電流非常低，所以達(dá)到了非常低的輸出功率。在脈寬調(diào)制(PWM)模式204，頻率保持恒定，但是開關(guān)20的切換信號(hào)VG的脈寬穩(wěn)定增加。因?yàn)槊}寬増加，所以工作周期増加，開關(guān)20保持接通的每個(gè)時(shí)間段(周期)的量也增加。這就有更多時(shí)間給初級(jí)電流上升，產(chǎn)生更高的峰值初級(jí)電流，有更多時(shí)間給輸出電容器充電，提高輸出電壓。更高的輸出電壓和/或輸出電流會(huì)產(chǎn)生更高的輸出功率。在脈頻調(diào)制(PFM)模式206，在PWM模式204結(jié)束時(shí)脈寬已經(jīng)達(dá)到最大的工作周期。脈寬保持恒定(在絕對(duì)時(shí)間內(nèi))，頻率增加。更高的頻率會(huì)増加初級(jí)電流的傳遞，也會(huì)增加到輸出負(fù)載的充電電流，增加輸出電壓和/或電流以及功率。 在恒定電流(CC)模式208，次級(jí)輸出電流(圖2的IS)保持恒定，但是輸出電壓(圖2的V0)下降。在恒定電壓(CV)模式210，輸出電流IS増加，而輸出電壓VO保持不變。輸出電流增加直到最大功率輸送點(diǎn)212。CV模式210和CC模式208每個(gè)都可以三種模式運(yùn)行PSM模式202、PWM模式204、PFM模式206。三種模式都增加效率。轉(zhuǎn)換器還可以運(yùn)行在低壓保護(hù)模式上，如在CV模式210下的斜線所示。該反激轉(zhuǎn)換器能提供的最大功率出現(xiàn)在最大功率輸送點(diǎn)212處。在最大功率輸送點(diǎn)212，最大輸送功率可以通過調(diào)整RS值、初級(jí)感應(yīng)電阻器30的電阻值、初級(jí)繞組數(shù)Np和次級(jí)繞組數(shù)Ns的比值而選擇。在PSM模式202、PWM模式204和PFM模式206，次級(jí)輸出電流IS的平均值IS_Ave=Iout 是Iout=l/2(Np/Ns)*(1/RS)*(TD/TS)*Vcs_pk其中Np和Ns是變壓器10的初級(jí)繞組數(shù)和次級(jí)繞組數(shù)，RS是初級(jí)感應(yīng)電阻器30的電阻值，當(dāng)次級(jí)電流IS流動(dòng)時(shí)，TS是應(yīng)用在開關(guān)20上的切換信號(hào)VG的周期，TD是放電時(shí)間，所以TD/TS是次級(jí)電流的工作周期，Vcs_pk是周期里VCS的峰值。輸出電流取決于連接到轉(zhuǎn)換器上的負(fù)載，如圖2中VO上的電阻器24。例如，ー個(gè)5V1A的轉(zhuǎn)換器可以連接有各種負(fù)載，如以下表格I所示。
權(quán)利要求
1.ー個(gè)電流控制器，包括 振蕩器，其產(chǎn)生一具有ー頻率的振蕩信號(hào)，該頻率與ー頻率信號(hào)有夫； 峰值電流參考產(chǎn)生器，其產(chǎn)生一反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)表示一目標(biāo)電壓，該目標(biāo)電壓是一初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值目標(biāo)，其中所述初級(jí)感應(yīng)電壓是由一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組的初級(jí)電流產(chǎn)生的； 其中所述初級(jí)電流是在所述振蕩信號(hào)的頻率上進(jìn)行切換的； 目標(biāo)比較器，其比較所述初級(jí)感應(yīng)電壓和所述目標(biāo)電壓，使得當(dāng)所述初級(jí)感應(yīng)電壓到達(dá)所述目標(biāo)電壓時(shí)，所述初級(jí)電流停止； 輸出電流估計(jì)器，其產(chǎn)生ー估計(jì)信號(hào)，所述估計(jì)信號(hào)是所述變壓器的次級(jí)繞組的平均次級(jí)電流的ー個(gè)估計(jì)值； 拐點(diǎn)取樣器，其對(duì)所述變壓器三次繞組的輔助電流產(chǎn)生的輔助電壓進(jìn)行取樣，當(dāng)所述變壓器次級(jí)繞組的次級(jí)電流停止流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生ー個(gè)拐點(diǎn)電壓，所述拐點(diǎn)取樣器也產(chǎn)生ー個(gè)放電時(shí)間信號(hào)，當(dāng)所述次級(jí)電流流動(dòng)時(shí)，所述放電時(shí)間信號(hào)是有效的，當(dāng)所述次級(jí)電流不流動(dòng)時(shí)，所述放電時(shí)間信號(hào)是無效的； 恒定電流CC誤差放大器，其比較所述輸出電流估計(jì)器的所述估計(jì)信號(hào)和ー個(gè)CC參考值，以產(chǎn)生ー個(gè)CC控制信號(hào)； CC控制器，其由所述CC控制信號(hào)啟動(dòng)，用于在脈寬調(diào)制PWM模式期間調(diào)整所述峰值電流參考產(chǎn)生器產(chǎn)生的所述目標(biāo)電壓，用于在脈頻調(diào)制PFM模式期間調(diào)整所述振蕩器的所述頻率； 其中所述輸出電流估計(jì)器產(chǎn)生的所述估計(jì)信號(hào)，是關(guān)于所述放電時(shí)間信號(hào)、所述頻率信號(hào)、和所述初級(jí)感應(yīng)電壓的ー個(gè)函數(shù)，因此，所述平均次級(jí)電流是從所述放電時(shí)間信號(hào)、所述頻率信號(hào)、和所述初級(jí)感應(yīng)電壓而進(jìn)行估計(jì)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電流控制器，其中所述輸出電流估計(jì)器還包括 周期計(jì)算器，其接收所述放電時(shí)間信號(hào)、ー個(gè)表示所述初級(jí)電流流動(dòng)時(shí)的切換信號(hào)、和所述頻率信號(hào)，用于產(chǎn)生ー個(gè)周期信號(hào)，所述周期信號(hào)表示對(duì)所述振蕩器頻率歸ー化的次級(jí)電流的ー個(gè)工作周期； 電壓轉(zhuǎn)換器，其對(duì)所述初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值進(jìn)行取樣并產(chǎn)生ー個(gè)峰值電流，所述峰值電流是所述初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值轉(zhuǎn)換成一個(gè)電流； 乘法器，其將所述峰值電流乘以所述周期信號(hào)，以產(chǎn)生所述估計(jì)信號(hào)； 其中所述估計(jì)信號(hào)是所述次級(jí)電流的工作周期乘以所述初級(jí)感應(yīng)電壓峰值的ー個(gè)函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流控制器，其中所述周期計(jì)算器包括 第一電流源，其產(chǎn)生ー頻率指示電流，該頻率指示電流與所述頻率信號(hào)成比例； 第一開關(guān)，其在所述放電時(shí)間信號(hào)下是閉合的，以允許所述頻率指示電流流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)； 取樣電容器，其在所述第一節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)所述第一開關(guān)閉合時(shí)，其被所述頻率指示電流充電； 第一放電開關(guān)，在所述第一開關(guān)閉合之前，其對(duì)所述取樣電容器進(jìn)行放電； 第二開關(guān)，當(dāng)所述放電時(shí)間信號(hào)是非有效時(shí)，其是閉合的，所述第二開關(guān)連接所述第一節(jié)點(diǎn)到第二節(jié)點(diǎn)； 重取樣電容器，其在所述第二節(jié)點(diǎn)上； 第二電流源，其產(chǎn)生第二源電流到第三節(jié)點(diǎn)； 鋸齒電容器，其在第三節(jié)點(diǎn)上，被所述第二源電流充電； 第二放電開關(guān)，在ー個(gè)周期開始之前，其對(duì)所述鋸齒電容器進(jìn)行放電，以響應(yīng)ー個(gè)由所述振蕩器產(chǎn)生的重置信號(hào)RESET，該重置信號(hào)具有所述振蕩信號(hào)的頻率； 比較器，其比較所述第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)以產(chǎn)生所述周期信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流控制器，其中所述電壓轉(zhuǎn)換器包括 輸入開關(guān)，當(dāng)所述初級(jí)電流流動(dòng)時(shí)，其連接所述初級(jí)感應(yīng)電壓到第四節(jié)點(diǎn)； 第一轉(zhuǎn)換電容器，其在第四節(jié)點(diǎn)上，其被所述初級(jí)感應(yīng)電壓充電； 轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)所述初級(jí)電流停止流動(dòng)時(shí)，其連接所述第四節(jié)點(diǎn)到第五節(jié)點(diǎn)； 第二轉(zhuǎn)換電容器，其在第五節(jié)點(diǎn)上； 轉(zhuǎn)換誤差放大器，其接收所述第五節(jié)點(diǎn)作為ー個(gè)輸入，還有ー個(gè)反饋節(jié)點(diǎn)作為ー個(gè)輸入，其驅(qū)動(dòng)ー個(gè)基極節(jié)點(diǎn)； 晶體管，其使用所述基極節(jié)點(diǎn)去控制在第六節(jié)點(diǎn)和所述反饋節(jié)點(diǎn)之間流動(dòng)的所述峰值電流； 轉(zhuǎn)換電阻器，其連接在所述第六節(jié)點(diǎn)和地之間； 第一鏡像晶體管，其柵極和漏極連接到所述第六節(jié)點(diǎn)； 其中所述初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值被取樣并被轉(zhuǎn)換為所述峰值電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流控制器，其中所述乘法器包括 第二鏡像晶體管，其柵極連接到所述第六節(jié)點(diǎn)，用于將所述經(jīng)過第一鏡像晶體管的峰值電流鏡像到第七節(jié)點(diǎn)； 乘法器開關(guān)，為響應(yīng)所述周期信號(hào)，其閉合以連接所述第七節(jié)點(diǎn)到ー個(gè)估計(jì)節(jié)點(diǎn)； 估計(jì)電容器，其連接到所述估計(jì)節(jié)點(diǎn)，用于產(chǎn)生在所述估計(jì)節(jié)點(diǎn)上的所述估計(jì)信號(hào)； 其中ー個(gè)鏡像峰值電流乘以所述周期信號(hào)以產(chǎn)生所述估計(jì)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流控制器，還包括 恒定電壓CV誤差放大器，其比較來自所述拐點(diǎn)取樣器的所述拐點(diǎn)電壓和ー個(gè)CV參考值，以產(chǎn)生ー個(gè)CV控制信號(hào)； CV控制器，其被所述CV控制信號(hào)啟動(dòng)，用于在脈寬調(diào)制PWM模式期間調(diào)整由所述峰值電流參考產(chǎn)生器產(chǎn)生的所述目標(biāo)電壓，在脈頻調(diào)制PFM模式期間調(diào)整所述振蕩器的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流控制器，還包括 抖動(dòng)產(chǎn)生器，其在低輸出功率上被啟動(dòng)，用于略過ー個(gè)基礎(chǔ)時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖，以在跨周期調(diào)制PSM模式期間產(chǎn)生所述振蕩信號(hào)，PSM模式的啟動(dòng)是比PWM模式要更低的輸出功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流控制器，還包括 前沿消隱器，其連接到一個(gè)接收所述初級(jí)電流的初級(jí)感應(yīng)電阻器上，所述前沿消隱器用于濾除當(dāng)所述初級(jí)電流開始流動(dòng)而產(chǎn)生所述初級(jí)感應(yīng)電壓時(shí)出現(xiàn)的短時(shí)干擾脈沖； 由此，所述初級(jí)感應(yīng)電壓被濾波。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流控制器，還包括 反饋鉗位器，其連接到所述拐點(diǎn)取樣器，用于將所述輔助電壓鉗位到地，其中所述輔助電壓的低于地電壓的電壓偏移被鉗位到地。
10.一個(gè)調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，包括 變壓器，其有初級(jí)繞組接收ー輸入電壓并輸出ー漏極電壓在漏極節(jié)點(diǎn)上，所述變壓器還有次級(jí)繞組輸出次級(jí)電流，所述次級(jí)電流是因?yàn)榱鬟^所述初級(jí)繞組的初級(jí)電流的變化的互感而感應(yīng)產(chǎn)生的； 開關(guān)，其在所述漏極節(jié)點(diǎn)從所述變壓器接收所述初級(jí)電流，并被ー柵極電壓控制以切換所述初級(jí)電流到初級(jí)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，其中所述開關(guān)是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET ； 初級(jí)感應(yīng)晶體管，其連接到所述初級(jí)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所述開關(guān)連接所述初級(jí)電流到所述初級(jí)感應(yīng)電阻器時(shí)，其在所述初級(jí)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生初級(jí)感應(yīng)電壓； 雙態(tài)鎖存器，其產(chǎn)生一切換信號(hào)去控制所述開關(guān)的柵極電壓； 振蕩器，其產(chǎn)生ー設(shè)置信號(hào)SET，以設(shè)置所述雙態(tài)鎖存器而啟動(dòng)所述切換信號(hào)并驅(qū)動(dòng)所述柵極電壓成為ー使能電壓(enablingvoltage),所述使能電壓使所述開關(guān)傳導(dǎo)所述初級(jí)電流從所述變壓器到所述初級(jí)感應(yīng)電阻器； 重置比較器，其接收所述初級(jí)感應(yīng)電壓并接收一反饋電壓，當(dāng)所述初級(jí)感應(yīng)電壓穿過所述反饋電壓時(shí)，產(chǎn)生一重置信號(hào)RESET到所述雙態(tài)鎖存器，； 其中所述重置信號(hào)重置所述雙態(tài)鎖存器，解除所述切換信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)所述柵極電壓成為ー無能電壓(disabling voltage)，所述無能電壓使所述開關(guān)隔離所述變壓器和所述初級(jí)感應(yīng)電阻器； 輸出電流估計(jì)器，其產(chǎn)生ー估計(jì)信號(hào)，所述估計(jì)信號(hào)是所述次級(jí)電流在ー個(gè)周期上的平均的估計(jì)，所述輸出電流估計(jì)器產(chǎn)生的所述估計(jì)信號(hào)是關(guān)于所述振蕩器的頻率信號(hào)、和所述初級(jí)感應(yīng)電壓的ー個(gè)函數(shù)，其中所述振蕩器的頻率信號(hào)表示所述設(shè)置信號(hào)的ー個(gè)頻率； 第一誤差放大器，其從所述輸出電流估計(jì)器接收所述估計(jì)信號(hào)并接收第一參考電壓，所述第一誤差放大器比較所述估計(jì)信號(hào)和所述第一參考電壓，以產(chǎn)生第一控制信號(hào)； 第一反饋控制器，其接收所述第一控制信號(hào)，用于調(diào)整所述反饋電壓并用于調(diào)整所述振蕩器的頻率和所述設(shè)置信號(hào)，以回應(yīng)所述第一控制信號(hào)； 由此，所述初級(jí)電流被切換以控制所述次級(jí)電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，還包括 所述變壓器的第三繞組，其在輔助節(jié)點(diǎn)上輸出輔助電流，所述輔助電流是因?yàn)榱鬟^所述初級(jí)繞組的初級(jí)電流的變化的互感而感應(yīng)產(chǎn)生的； 其中所述輔助電流產(chǎn)生ー輔助電壓； 拐點(diǎn)取樣器，當(dāng)所述輔助電流停止流動(dòng)時(shí)，其取樣所述輔助電壓，以產(chǎn)生一拐點(diǎn)電壓，所述拐點(diǎn)取樣器還產(chǎn)生ー放電時(shí)間信號(hào)，當(dāng)所述輔助電流流動(dòng)時(shí)，所述放電時(shí)間信號(hào)是有效的，所述輔助電流停止流動(dòng)時(shí)，所述放電時(shí)間信號(hào)是無效的； 其中所述輸出電流估計(jì)器還從所述拐點(diǎn)取樣器接收所述放電時(shí)間信號(hào)，其中所述輸出電流估計(jì)器還產(chǎn)生所述估計(jì)信號(hào)，所述估計(jì)信號(hào)是所述放電時(shí)間信號(hào)的ー個(gè)函數(shù)； 由此，所述放電時(shí)間信號(hào)是從所述輔助電流而產(chǎn)生的，并計(jì)入所述估計(jì)信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，還包括第二誤差放大器，其所述拐點(diǎn)取樣器接收所述拐點(diǎn)電壓，并接收第二參考電壓，所述第ニ誤差放大器比較所述拐點(diǎn)電壓和所述第二參考電壓，以產(chǎn)生第二控制信號(hào)； 第二反饋控制器，其接收所述第二控制信號(hào)，用于調(diào)整所述反饋電壓，并用于調(diào)整所述振蕩器的頻率和所述設(shè)置信號(hào)，以回應(yīng)所述第二控制信號(hào)； 由此，所述第二反饋控制器在恒定電壓模式期間是有效的，其調(diào)節(jié)所述次級(jí)電流以產(chǎn)生一;〖亙定輸出電壓穿過ー輸出負(fù)載，所述次級(jí)電流經(jīng)過該輸出負(fù)載。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第一反饋控制器在恒定電流模式期間是有效的，其調(diào)節(jié)所述次級(jí)電流到一恒定的平均值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出電流估計(jì)器還包括 工作周期計(jì)算電路，其接收所述放電時(shí)間信號(hào)和所述振蕩器的ー頻率信號(hào)，所述振蕩器的頻率信號(hào)表示所述設(shè)置信號(hào)的頻率，用于產(chǎn)生一工作周期信號(hào)，所述工作周期信號(hào)是對(duì)所述設(shè)置信號(hào)的頻率歸一化的； 電壓-到-電流轉(zhuǎn)換器，其將所述初級(jí)感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成ー感應(yīng)的峰值電流； 乘法器，其將所述感應(yīng)峰值電流乘以所述工作周期信號(hào)以產(chǎn)生一估計(jì)電流； 輸出電容器，其被所述估計(jì)電流充電以產(chǎn)生所述估計(jì)信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出電流估計(jì)器產(chǎn)生的所述估計(jì)信號(hào)是和次級(jí)電流的一平均值IS_ave相關(guān)的，IS_ave是關(guān)于所述初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值Vcs_pk、所述初級(jí)感應(yīng)電阻器的電阻值RS、所述變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)Np、所述變壓器次級(jí)繞組匝數(shù)Ns、和工作周期TD/TS的ー個(gè)函數(shù)，如下等式IS_ave=l/2*(Np/Ns)*(1/RS)*(TD/TS)*Vcs_pk ； 其中TS是所述設(shè)置信號(hào)的周期，TD是所述放電時(shí)間信號(hào)有效的時(shí)間。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)所述第一反饋控制器運(yùn)行在脈寬調(diào)制PWM模式上，其中所述反饋電壓增加，而所述設(shè)置信號(hào)的頻率保持恒定在5%以內(nèi)；當(dāng)運(yùn)行在脈頻調(diào)制PFM模式上時(shí)，其中所述設(shè)置信號(hào)的頻率增加，而所述反饋電壓保持恒定在.5%以內(nèi)。
17.一個(gè)用于變壓器的多模式控制電路，包括 時(shí)鐘產(chǎn)生器，其產(chǎn)生一具有一切換頻率的重置信號(hào)RESET，所述切換頻率與一頻率控制信號(hào)成比例； 工作周期計(jì)算電路，其產(chǎn)生ー對(duì)所述切換頻率歸一化的工作周期信號(hào)； 電壓-到-電流轉(zhuǎn)換器，其將ー初級(jí)感應(yīng)電壓的峰值轉(zhuǎn)換為ー感應(yīng)峰值電流； 乘法器，其將所述感應(yīng)峰值電流乘以所述工作周期信號(hào)，以產(chǎn)生一估計(jì)電流； 輸出電容器，其被所述估計(jì)電流充電，以產(chǎn)生一估計(jì)電壓； 其中所述估計(jì)電壓是變壓器的次級(jí)電流ー個(gè)平均周期的估計(jì)值； 其中所述初級(jí)感應(yīng)電壓是從變壓器初級(jí)電流流過ー開關(guān)和ー電阻器而產(chǎn)生的； 反饋比較器，其比較所述初級(jí)感應(yīng)電壓和一反饋電壓，以產(chǎn)生ー結(jié)束信號(hào)；其中所述開關(guān)被一具有所述切換頻率的振蕩器信號(hào)閉合，被所述結(jié)束信號(hào)斷開；模式控制器，如果所述估計(jì)電流超過ー參考值，其被啟動(dòng)，在脈寬調(diào)制PWM模式期間，所述模式控制器改變所述反饋電壓以調(diào)整脈寬，而保持所述頻率控制信號(hào)在5%以內(nèi)，在脈頻調(diào)制PFM模式期間，所述模式控制器改變所述頻率控制信號(hào)，而保持所述反饋電壓在5%以內(nèi)； 由此，所述切換頻率或所述反饋電壓是根據(jù)所述估計(jì)電流超過所述參考值而改變的，以控制所述變壓器的次級(jí)電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多模式控制電路，還包括 拐點(diǎn)產(chǎn)生裝置，其接收所述變壓器第三繞組的第三電流產(chǎn)生的輔助電壓，當(dāng)所述次級(jí)電流跌落至O時(shí)，用于在ー拐點(diǎn)取樣所述輔助電壓； 拐點(diǎn)比較裝置，用于比較由所述拐點(diǎn)產(chǎn)生裝置取樣的所述輔助電壓和一拐點(diǎn)參考值； 恒定電壓模式控制器裝置，當(dāng)輔助電壓超過所述拐點(diǎn)參考值時(shí)，其被啟動(dòng)，在脈寬調(diào)制PWM模式期間，用于改變所述反饋電壓以調(diào)整脈寬，而保持所述頻率控制信號(hào)在5%以內(nèi)，在脈頻調(diào)制PFM模式期間，所述模式控制器改變所述頻率控制信號(hào)，而保持所述反饋電壓在5%以內(nèi)； 由此，所述切換頻率或所述反饋電壓是根據(jù)所述輔助電壓超過所述拐點(diǎn)參考值而改變的，以控制所述變壓器的次級(jí)電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多模式控制電路，其中所述拐點(diǎn)產(chǎn)生裝置還包括 放電時(shí)間產(chǎn)生裝置，當(dāng)所述第三電流流動(dòng)時(shí)，用于產(chǎn)生一放電時(shí)間信號(hào)； 其中所述工作周期計(jì)算電路接收所述放電時(shí)間信號(hào)、所述頻率控制信號(hào)、和所述初級(jí)感應(yīng)電壓； 其中所述工作周期計(jì)算電路產(chǎn)生所述工作周期信號(hào)，其是關(guān)于所述放電時(shí)間信號(hào)、所述頻率控制信號(hào)、和所述初級(jí)感應(yīng)電壓峰值的函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多模式控制電路，還包括 抖動(dòng)產(chǎn)生器，當(dāng)所述切換頻率小于在脈寬調(diào)制PWM模式里的時(shí)，其略過由振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖，以產(chǎn)生所述重置信號(hào)。
全文摘要
一種反激式功率轉(zhuǎn)換器，包括電流估計(jì)控制回路，其感應(yīng)變壓器內(nèi)的初級(jí)輸出電流以控制次級(jí)輸出。初級(jí)側(cè)控制電路切換變壓器的初級(jí)電流接通和斷開。當(dāng)經(jīng)過變壓器輔助繞組的次級(jí)電流流動(dòng)時(shí)，由輔助回路里的分壓器為拐點(diǎn)取樣，而產(chǎn)生放電時(shí)間。通過將放電時(shí)間乘以一與切換頻率成正比的電流，并與一具有切換頻率的鋸齒信號(hào)相比較，而計(jì)算出歸一化的工作周期。初級(jí)側(cè)電壓的峰值是從初級(jí)電流回路感應(yīng)的，并被轉(zhuǎn)換成一電流并乘以歸一化的工作周期，以產(chǎn)生一估計(jì)電流。誤差放大器比較估計(jì)電流和一參考值，以調(diào)整振蕩器頻率和峰值電流而控制初級(jí)切換。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102684503SQ20121014712
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
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