專利名稱：用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器的領(lǐng)域，具體地而非排他地，涉及一種在恒流操作模式和恒壓操作模式下操作開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器。
背景技術(shù)：
已知在適配器和低功率轉(zhuǎn)換器中使用開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器可以用于提供在輸出電壓范圍上調(diào)節(jié)的最大輸出電流，這對(duì)于如下是需要的移動(dòng)電話、電動(dòng)剃須刀和其他手持應(yīng)用中使用的電池充電，可以提供恒定光輸出而無(wú)調(diào)光的發(fā)光二極管(LED)應(yīng)用，次級(jí)ニ極管中限定的最大耗散，以及具有開(kāi)放連接器的壁式插頭充電器的短路保護(hù)?？梢蕴峁┯糜陔姵爻潆娖鞯母删€隔離的常用SMPS技術(shù)是反激式(flyback)轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)有已公開(kāi)文獻(xiàn)或說(shuō)明書(shū)中任意背景技術(shù)中的列舉或討論并非是看作是對(duì)于所述文獻(xiàn)或背景技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)一部分或公知常識(shí)的承認(rèn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器，所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器具有開(kāi)關(guān)，其中所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器可以按照恒流操作模式和恒壓操作模式工作，其中所述控制器配置為輸出針對(duì)所述開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并且配置為接收感測(cè)電壓輸入信號(hào)；以及初級(jí)電流輸入信號(hào)；其中所述控制器包括恒流模式控制器，配置為處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)并且產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者；恒壓模式控制器，配置為處理感測(cè)的電壓輸入信號(hào)并且輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者；初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器，配置為處理初級(jí)電流輸入信號(hào)、和來(lái)自恒流模式控制器和恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)之ー或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器，配置為處理來(lái)自恒流模式控制器和恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)之ー或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)接通所述開(kāi)關(guān)；其中所述控制器配置為如果所述恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒流模式控制器。這種控制器可以提供在針對(duì)峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率的最大值發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)在恒流操作模式和恒壓操作模式之間轉(zhuǎn)變的有利方式，從而限定轉(zhuǎn)換器的最大輸出功率?？梢岳每刂破骷呻娐分械纳倭扛郊硬考⑶覠o(wú)需要求在控制器集成電路(IC)上的任意附加管腳，按照這種方式相對(duì)于輸出功率來(lái)控制轉(zhuǎn)變。所述恒流模式控制器可以配置為在被使能時(shí)產(chǎn)生輸出控制信號(hào)。在其他示例中，恒流模式控制器可以配置為當(dāng)被使能時(shí)產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)設(shè)置或者修改峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者。如果沒(méi)有使能恒流模式控制器，恒流模式控制器可以配置為產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)不設(shè)置或修改峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者。所述控制器可以配置為如果恒流模式控制器的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒壓模式控制器。這對(duì)于以下情況而言可以是額外的或作為替代如果所述恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒流模式控制器。初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器可以配置為提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，使得所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)配置 為關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)以提供恒定峰值電流處于最大值的操作。在一些實(shí)施例中，如果以恒定的初級(jí)峰值電流控制轉(zhuǎn)換器，可以不需要初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器。所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以配置為提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，使得所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)配置為以處于最大值的恒定頻率接通開(kāi)關(guān)。在一些實(shí)施例中，如果以恒定的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)換器，可以不需要開(kāi)關(guān)頻率轉(zhuǎn)換器。所述控制器可以配置為當(dāng)恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)表示開(kāi)關(guān)頻率和初級(jí)峰值電流在其最大值的操作，并且感測(cè)電壓輸入信號(hào)下降到CC閾值電平時(shí)，使能恒流控制器。CC閾值電平可以在開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓模式操作時(shí)的電壓電平以下。按照這種方式，在恒流操作模式和恒壓操作模式之間提供轉(zhuǎn)變模式。所述控制器可以配置為在恒流操作模式和恒壓操作模式之間轉(zhuǎn)變時(shí)，以開(kāi)關(guān)頻率和初級(jí)峰值電流的最大值來(lái)操作所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器。按照這種方式提供轉(zhuǎn)變模式，從而維持最大輸出功率，并且針對(duì)合適恒定模式下的后續(xù)操作，將輸出電流和輸出電壓之ー調(diào)節(jié)為恒定值。開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器也可以按照調(diào)節(jié)電流操作模式(regulated current mode ofoperation)來(lái)操作。所述控制器可以包括調(diào)節(jié)電流模式控制器，包括前述恒流模式控制器，配置為產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者，使得針對(duì)在CC閾值電平和折返(fold-back)閾值電平之間的感測(cè)電壓輸入信號(hào)，輸出電流保持實(shí)質(zhì)上恒定；以及折返控制器，配置為產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者，使得針對(duì)折返閾值電平以下的感測(cè)電壓輸入信號(hào)，隨著感測(cè)電壓輸入信號(hào)減小，輸出電流減小。這種調(diào)節(jié)電流模式控制器可以使能開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器來(lái)提供折返操作，所述折返操作可以對(duì)于滿足ー些標(biāo)準(zhǔn)而言是需要的，或者在輸出持續(xù)過(guò)低的情況(例如對(duì)于輸出處的短路)下是需要的。恒流模式控制器可以配置為產(chǎn)生針對(duì)開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)和針對(duì)初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)，使得針對(duì)開(kāi)關(guān)最小值以上的開(kāi)關(guān)頻率值來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，并且保持初級(jí)峰值電流恒定。按照這種方式，可以確保開(kāi)關(guān)頻率不會(huì)下降到如由開(kāi)關(guān)最小值所定義的可聽(tīng)水平。恒流模式控制器可以配置為產(chǎn)生針對(duì)開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)和針對(duì)初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)，使得當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到開(kāi)關(guān)最小值時(shí)，保持開(kāi)關(guān)頻率恒定在開(kāi)關(guān)最小值處并且調(diào)節(jié)初級(jí)峰值電流。相比于峰值電流，優(yōu)先調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，這在ー些示例中可以認(rèn)為更高效，在一些實(shí)施例中可以認(rèn)為在計(jì)算上更有效。因此，當(dāng)按照恒流模式操作時(shí)可以針對(duì)較高的感測(cè)電壓電平來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以配置為設(shè)置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的頻率。初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器可以配置為設(shè)置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的占空比或接通時(shí)間(因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率是可變的)，或者設(shè)置針對(duì)初級(jí)峰值電流的感測(cè)電平。初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器可以配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模制功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器的輸出控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)峰值電流。恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)可以表示具有最大初級(jí)峰值電流的操作，并且恒流模式控制器的輸出控制信號(hào)可以表示所需的從最大初級(jí)峰值電流的扣減，以按照恒流模式操作。 初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器可以配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒流控制器的輸出控制信號(hào)和來(lái)自恒壓控制器的輸出控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)峰值電流。因?yàn)楫?dāng)按照恒流操作模式操作時(shí)可以不必禁用恒壓控制器，所以可以認(rèn)為這種轉(zhuǎn)換器是有利的。初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器可以包括通過(guò)恒壓控制器可控的第一可變電流源和通過(guò)恒流控制器可控的第二可變電流源。第一和第二可變電流源可以彼此并聯(lián)并具有ー個(gè)公共輸出。來(lái)自第二可變電流源的電流可以配置為被從第一可變電流源的電流中減掉，以在恒流操作模式下調(diào)節(jié)初級(jí)峰值電流。所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器的輸出控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器的輸出控制信號(hào)和來(lái)自恒流控制器的輸出控制信號(hào)兩者來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。因?yàn)楫?dāng)按照恒流操作模式操作時(shí)可以不必禁用恒壓控制器，所以可以認(rèn)為這種轉(zhuǎn)換器是有利的。恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)可以表示具有最大開(kāi)關(guān)頻率的操作，并且恒流模式控制器的輸出控制信號(hào)可以表示所需的從最大開(kāi)關(guān)頻率的扣減，以按照恒流模式操作。所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以包括通過(guò)恒壓控制器可控的第一可變電流源和通過(guò)恒流控制器可控的第二可變電流源。第一和第二可變電流源可以彼此并聯(lián)并具有ー個(gè)公共輸出。來(lái)自第二可變電流源的電流可以配置為被從第一可變電流源的電流中減掉，以在恒流操作模式下調(diào)節(jié)初級(jí)峰值電流。所述恒流模式控制器可以配置為提供輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)防止在零伏特的感測(cè)電壓輸入下初級(jí)峰值電流下降到零。這種最小電平可以用于確保所述控制器可以正確啟動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，提出了ー種操作開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的方法，包括通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者，在恒流操作模式下操作所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器；
當(dāng)峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，將開(kāi)關(guān)模式功率的操作模式從恒流操作模式改變?yōu)楹愎β什僮髂Ｊ?，其中在恒功率操作模式下操作開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器包括應(yīng)用峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)兩者的最大值；以及當(dāng)輸出電壓達(dá)到恒定電壓電平時(shí)，將開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的操作模式從恒功率操作模式改變?yōu)楹銐汗ぷ髂Ｊ?，其中在恒壓操作模式下操作開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器包括調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者?？梢栽诤懔鞑僮髂Ｊ较麻_(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器所經(jīng)受的負(fù)載要求以最大峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率值操作時(shí)，執(zhí)行從恒流操作模式到恒功率操作模式的操作模式改變步驟?？梢栽陂_(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器所經(jīng)受的負(fù)載要求以最大值以下的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率來(lái)產(chǎn)生恒定輸出電壓電平的操作時(shí)，執(zhí)行從恒功率操作模式到恒壓操作模式的開(kāi)關(guān)模式功率的操作模式改變步驟。
可以提供ー種包括這里公開(kāi)的任一控制器的開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器?？梢蕴峁┅`種包括這里公開(kāi)的任一開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器或控制器的電池充電器。可以提供一種計(jì)算機(jī)程序，其中當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序引起計(jì)算機(jī)配置包括這里公開(kāi)的電路、控制器、轉(zhuǎn)換器或器件的任何設(shè)備，或者執(zhí)行這里公開(kāi)的任何方法。所述計(jì)算機(jī)程序可以是軟件實(shí)現(xiàn)，并且可以將所述計(jì)算機(jī)看作是任何合適的硬件，包括數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器以及只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)或電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)形式的實(shí)現(xiàn)，作為非限制性示例。所述軟件可以是匯編程序?？梢詫⑺鲇?jì)算機(jī)程序設(shè)置在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是諸如盤或者存儲(chǔ)器之類的物理計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，或者可以實(shí)現(xiàn)為瞬態(tài)信號(hào)。這種瞬態(tài)信號(hào)可以是網(wǎng)絡(luò)下載的，包括因特網(wǎng)下載。


圖I示出了已知的反激式轉(zhuǎn)換器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器；圖3用圖表示出了圖2的控制器的示例操作；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的控制器；圖6用圖表示出了圖4的控制器的示例操作；以及圖7用圖表示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器的示例操作。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器。所述控制器可以產(chǎn)生用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，使得開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的輸出可以按照恒流操作模式和恒壓操作模式操作。所述控制器可以處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)和初級(jí)電流輸入信號(hào)，以便控制以下之ー或兩者，以按照恒流模式或恒壓模式操作(i)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)的峰值電流；(ii)開(kāi)關(guān)頻率。按照這種方式，可以控制開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，使得在恒流模式和恒壓模式之間轉(zhuǎn)變時(shí)不超過(guò)針對(duì)(i)和(ii)的最大值，因此不超過(guò)最大輸出功率。可以利用相對(duì)較少的附加集成部件實(shí)現(xiàn)這種方式的在操作模式之間的轉(zhuǎn)變，并且在ー些實(shí)施例中不需要控制器集成電路(IC)上的附加管腳。圖I示出了已知的反激式轉(zhuǎn)換器100。反激式轉(zhuǎn)換器100包括控制器102，在該示例中該控制器也包括反激式轉(zhuǎn)換器100的開(kāi)關(guān)104。這里將不會(huì)描述在現(xiàn)有技術(shù)眾所周知的反激式轉(zhuǎn)換器100的ー些部件。如現(xiàn)有技術(shù)已知的，開(kāi)關(guān)104串聯(lián)連接在變壓器108的初級(jí)繞組106和感測(cè)電阻器110之間。感測(cè)電阻器110的另一端接地。 變壓器108包括輔助繞組112，所述輔助繞組用于向控制器102提供電源電壓和電流。這種電源電流在圖I中示出為Isupply 124，并且提供給控制器102的VCC管腳。此夕卜，包括兩個(gè)電阻器R1114和R2116的電阻分壓器與輔助繞組112串聯(lián)連接，以向控制器102的FB管腳提供感測(cè)的電壓信號(hào)130。從兩個(gè)電阻器R1114和R2116的結(jié)點(diǎn)提供該感測(cè)電壓信號(hào)130，并且該感測(cè)電壓信號(hào)表示由于變壓器108的輔助繞組112、初級(jí)繞組106和次級(jí)繞組118之間的磁耦合而導(dǎo)致的反激式轉(zhuǎn)換器的輸出。在圖I中也標(biāo)識(shí)了以下信號(hào)Iprimary 120，表示流過(guò)初級(jí)繞組112并也流過(guò)開(kāi)關(guān)104的電流；Fswitch 122，表示控制器102操作開(kāi)關(guān)104的頻率；Iout 126,表不反激式轉(zhuǎn)換器100的輸出電流；以及Vout 128,表不反激式轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓。這里公開(kāi)的ー個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及用于反激式轉(zhuǎn)換器100的控制器102，可以改善轉(zhuǎn)換器100的性能。本發(fā)明的實(shí)施例可以不使用或者使用最少的附加電路，并且可以使用在控制器102的FB管腳處的最大輸出功率級(jí)別和感測(cè)的反激式電壓130，作為用于控制轉(zhuǎn)換器的輸出的兩個(gè)基準(zhǔn)參數(shù)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器200。控制器200可以是圖I的控制器102的一部分，以提供根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器。開(kāi)關(guān)沒(méi)有示出是圖2的控制器200的一部分，盡管在其他實(shí)施例中可以包括諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)之類的開(kāi)關(guān)作為控制器200的一部分?？刂破?00接收感測(cè)的電壓輸入信號(hào)202和對(duì)變壓器初級(jí)側(cè)的電流(Ipiimmy)加以表示的初級(jí)電流輸入信號(hào)204，所述感測(cè)的電壓輸入信號(hào)202可以是由圖I的電阻分壓器114、116提供的信號(hào)(Vfb) 130。如圖I所示，可以將初級(jí)電流輸入信號(hào)204看作是流過(guò)變壓器108的初級(jí)側(cè)的感測(cè)電阻器(Rsense 110)的電流?？刂破?00輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206，所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)可以用于操作轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)。在該示例中，感測(cè)電壓輸入信號(hào)202是在開(kāi)關(guān)周期的導(dǎo)通結(jié)束附近，在次級(jí)沖程(secondary stroke)的末端已經(jīng)感測(cè)和采樣的Vfb的值。在開(kāi)關(guān)周期中的這ー時(shí)刻，F(xiàn)B管腳上的感測(cè)電壓(將稱作Vfbs)是輸出處的次級(jí)電壓的良好表示。在次級(jí)沖程的末端，可以將Vfbs看作是良好的值，因?yàn)閂fbs不會(huì)受到由電流換向引起的漏極處的任何振鈴(ringing)的顯著影響，它是在如下時(shí)間采樣的在該時(shí)間，具有次級(jí)輸出ニ極管的最小正向電壓，并且部件之間跡線的銅電阻上、ニ極管電阻上和次級(jí)輸出電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)上具有最小電壓降。假定輸出ニ極管上下降的電壓(Vditjde)比輸出電壓(V。」小得多。當(dāng)使用要求高效率的轉(zhuǎn)換器時(shí)會(huì)尤其如此，，要求高效率的轉(zhuǎn)換器例如是具有5V輸出電壓并使用O. 3V低電壓肖特基ニ極管的轉(zhuǎn)換器。感測(cè)電壓信號(hào)的采樣值(Vfbs)和轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(V。」之間的近似關(guān)系是Vout = Vfbs · ns/na · (R1+R2) /R2其中
ns是次級(jí)繞組的匝數(shù)；na是輔助繞組的匝數(shù)；以及Rl和R2是圖I所示的電阻橋114、116中的電阻器的值。當(dāng)圖I的反激式轉(zhuǎn)換器100作為按照非連續(xù)傳導(dǎo)模式(discontinuousconduction mode,DCM)的電源操作時(shí),姆ー個(gè)開(kāi)關(guān)周期向如圖I所示的變壓器108的次級(jí)繞組118 (輸出)和輔助繞組112傳遞能量包V2 · Lp. Ipeak20轉(zhuǎn)換器可以具有針對(duì)Ipeak_max和fswitc;h-max的最大值，其限定了可以傳遞的最大功率。可以將針對(duì)初級(jí)電流(Ipeak_max)和開(kāi)關(guān)頻率(fswitc;h-max)的最大值看作是在控制器IC上存儲(chǔ)的控制范圍的端值。在一些示例中用戶可以通過(guò)設(shè)置外部感測(cè)電阻器的值來(lái)定義與
行比較的峰值初級(jí)電流的值。下面提供進(jìn)ー步的細(xì)節(jié)。最大傳送功率是其中IpMk__表示針對(duì)峰值初級(jí)電流的最大值；fswiteh_max表不開(kāi)關(guān)頻率的最大值；以及Lp是初級(jí)繞組的電感。將Vrat的以上近似代入最大功率等式給出了 Iout = Pout_max/Vout I0Ut12· Lp. Ipeak-max · fswitch-maxZVoutI— — 11. Lp. Ipeak-max · f switch-max/ (^FBS · nS/na· (R1+R2) /R2))為了在Vfbs改變時(shí)維持恒定的輸出電流，可以調(diào)整以下表達(dá)式中的任ー個(gè)或兩個(gè)使得它們恒定fswitch_max/VFBS ;和 / 或Ipeak-max /VfBS。應(yīng)該理解的是以上等式中的所有其他參數(shù)(也就是Lp、ns、na、Rl和R2)是轉(zhuǎn)換器常數(shù)?？梢詫⒖刂破?00輸出的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206提供給MOSFET的柵極，以控制MOSFET的傳導(dǎo)溝道(漏極和源極之間)的傳導(dǎo)性。如上所述在ー些示例中，開(kāi)關(guān)(未示出)可以是控制器200的一部分，并且控制器可以具有與開(kāi)關(guān)的各個(gè)端子分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)管腳(例如圖I中所示的控制器102的漏極和源極管腳)?？刂破?00包括峰值電流調(diào)節(jié)器208，所述峰值電流調(diào)節(jié)器可以設(shè)置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206的至少ー個(gè)參數(shù)，以操作所述開(kāi)關(guān)，使得調(diào)節(jié)通過(guò)變壓器的初級(jí)側(cè)的峰值電流?？刂破?00也包括開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器210，所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器可以設(shè)置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206的至少ー個(gè)參數(shù)，以調(diào)節(jié)操作開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。在一個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器210可以用于直接影響開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206的頻率，這可以包括設(shè)置什么時(shí)候應(yīng)該接通開(kāi)關(guān)；并且峰值電流調(diào)節(jié)器可以用于影響針對(duì)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)206的初級(jí)峰值電流或接通時(shí)間的感測(cè)電平，這可以包括設(shè)置什么時(shí)候應(yīng)該關(guān)斷開(kāi)關(guān)。如上所述，可以調(diào)節(jié)峰值初級(jí)電流和/或開(kāi)關(guān)頻率，以改變輸出功率并且維持恒定的輸出電流。控制器200包括恒流模式控制器212，所述恒流模式控制器配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)向峰值電流調(diào)節(jié)器208和開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器210提供控制信號(hào)。類似地，控制器200包括恒壓模式控制器214，所述恒壓模式控制器配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)向峰值電流調(diào)節(jié)器208和開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器210提供控制信號(hào)。峰值電流調(diào)節(jié)器208也接收初級(jí)電流輸入信號(hào)(Ipiinmy) 204，使得通過(guò)初級(jí)側(cè)的電流可用于控制器200。在該示例中，恒壓控制器214向恒流控制器212提供使能信號(hào)218，使能信號(hào)218指示恒壓控制器214是否提供對(duì)具有最大開(kāi)關(guān)頻率和最大峰值初級(jí)電流的操作加以表示的輸出控制信號(hào)。按照這種方式，當(dāng)峰值電流(Ipeak)和開(kāi)關(guān)頻率(fswitJ在其最大值處操作吋，發(fā)生從恒壓模式到恒流模式的轉(zhuǎn)變。恒壓模式控制器214可以固有地(inherently) 知曉什么時(shí)候引起峰值電流調(diào)節(jié)器208和開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器210使用這些最大值，并且因此可以相應(yīng)地設(shè)置使能信號(hào)218。在該示例中，當(dāng)反激式轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，可以不需要禁用恒壓控制器214。也將感測(cè)電壓輸入信號(hào)202提供給恒流控制器212和恒壓控制器214。當(dāng)⑴感測(cè)電壓輸入信號(hào)202在恒定電流(CC)閾值以下，以及(ii)使能信號(hào)218指示開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器以最大開(kāi)關(guān)頻率和最大峰值初級(jí)電流操作時(shí)，可以使能恒流控制器212。在其他示例中，恒流模式控制器212可以向恒壓控制器214提供使能信號(hào)220，使能信號(hào)220可以是除了針對(duì)恒流控制器212的使能信號(hào)218之外的附加信號(hào)，或者可以代替使能信號(hào)218。在該示例中，恒壓模式控制器214向恒流控制器212提供使能信號(hào)218。在其他示例中，可以通過(guò)恒流控制器212和恒壓控制器214的一個(gè)或兩者來(lái)提供用于設(shè)置使能信號(hào)218的功能，或者可以通過(guò)分立的部件來(lái)提供該功能。在這些示例中，可能需要反饋峰值電流值和開(kāi)關(guān)頻率，因?yàn)檫@些參數(shù)的使用中的值可能不容易獲取。對(duì)于涉及電池充電器的本發(fā)明實(shí)施例，例如用于對(duì)移動(dòng)電話等充電的開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器，對(duì)于正被充電的設(shè)備而言，在現(xiàn)有技術(shù)中公知的是改變表現(xiàn)給開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻杭，以控制是利用恒流還是恒壓對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電。例如，當(dāng)電池幾乎充滿吋，電池可以從充電器汲取恒定電壓，以及當(dāng)電池幾乎為空吋，電池可以從充電器汲取恒定電流。將存在充電器從恒流模式到恒壓模式的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。現(xiàn)在將參考圖3描述圖2的控制器200的示例操作，其示出了在垂直軸的次級(jí)沖程末尾的感測(cè)電壓(Vfbs)和水平軸上的輸出電流(I。」之間的關(guān)系。作為示例，用于全局干線輸入的5W適配器的反激式控制器可以5V的恒壓操作模式和IA的恒流操作模式。如上所述，轉(zhuǎn)換器具有可以傳遞的最大功率，如下所述定義 I out-max 12· Lp. Ipeak—max · 土 switch—max如果在曲線上彼此對(duì)應(yīng)地繪制輸出電流和感測(cè)電壓，可以將能夠傳遞的最大功率看作是恒定功率雙曲線308。恒定功率雙曲線308上的任意位置表示具有最大峰值初級(jí)電
流(IpKik-miJ和最大開(kāi)關(guān)頻率(f switch-max
)的操作。
針對(duì)功率雙曲線上的操作點(diǎn)的輸出電流是Iout = Pout_max/Vout如果轉(zhuǎn)換器按 照恒定輸出電流操作模式操作，那么可以減小輸出功率，以當(dāng)表現(xiàn)給轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻抗減小吋，針對(duì)減小的輸出電壓而維持恒定的輸出電流。根據(jù)以上等式應(yīng)該理解的是，可以通過(guò)減?、舊switc;h、或(ii)Ipeak、或(iii)fswitc;h和Ipeak,來(lái)減小輸出功率級(jí)別。在垂直軸上示出了感測(cè)電壓的三個(gè)閾值電平。這些閾值電平是=Vfbsct 302，表示當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)的所需采樣電壓；VFBS。。304，表示轉(zhuǎn)換器從恒流操作模式或向恒流操作模式轉(zhuǎn)變時(shí)的采樣電壓電平，并且是上述的CC閾值電平的示例；以及UVLO306，表示電壓封鎖(lock out)電平。UVLO電平306定義了針對(duì)采樣電壓的最小值，可以確保向控制器供應(yīng)足夠的電壓以正確操作。在一個(gè)示例中，諸如移動(dòng)電話之類的設(shè)備可以改變展現(xiàn)給功率轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻抗，使得其根據(jù)電池的充電水平來(lái)接收合適的電流和功率。操作轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)，使得在達(dá)到最大峰值初級(jí)電流和最大開(kāi)關(guān)頻率之前，轉(zhuǎn)換器針對(duì)電流值提供恒定輸出電壓電平(Vfbsct 302)，這在圖3中將其示出為使最大功率雙曲線308。也就是說(shuō)，允許輸出電流在恒壓模式下増加，直至不能傳遞任何更多功率為止。在由圖3的參考數(shù)字310所表示的這一點(diǎn)上，在不超過(guò)最大功率308的情況下，在停留在恒電壓模式的同時(shí)，不能進(jìn)ー步増加輸出電流。在點(diǎn)310處，通過(guò)最大功率雙曲線308定義了輸出電流值，初級(jí)峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率位于它們的最大值，并且輸出電流等于最大功率除以輸出電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換器在最大功率下按照恒壓模式操作時(shí)，展現(xiàn)給轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻抗持續(xù)降低時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)換器，使得輸出電流和輸出電壓繼續(xù)沿著最大功率雙曲線308從點(diǎn)310到點(diǎn)312，增加電流并且降低電壓?？梢詫⑵淇醋魇亲畲蟛僮鞴β誓Ｊ交蜣D(zhuǎn)變操作模式。然后允許增加輸出電流，直至輸出電壓滿足用于切換到恒流操作模式的閾值電平VFBS。。304為止。在閾值電平VFBS。。304處，輸出電流具有所需的恒定值。利用圖3的參考數(shù)字312來(lái)標(biāo)識(shí)至恒流模式的這種轉(zhuǎn)變，當(dāng)(i)初級(jí)峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于其最大值(因此正在傳遞最大功率)，并且(ii)在次級(jí)沖程結(jié)束時(shí)的感測(cè)電壓(Vfbs)在閾值電平(Vfbscc 304)以下時(shí)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變。圖3所示的本發(fā)明實(shí)施例的操作提供了在恒壓模式310的結(jié)束和恒流模式312的開(kāi)始之間的操作裕度(operation margin)。在恒壓模式中，將感測(cè)電壓(Vfbs)調(diào)節(jié)到參考值Vfbsw 302。一旦感測(cè)電壓(Vfbs)下降到稍微更低的Vf■的閾值電平304以下，則使能恒流模式。應(yīng)該理解的是在其他實(shí)施例中，依賴于要求的恒定電壓和恒定電流的電平以及可以傳遞的最大功率308，Vfbsw 302和Vfbscc 304之間的差異的大小可以大于或小于圖3所示的大小。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換器按照恒流模式操作，并且隨著所示設(shè)備提供的負(fù)載阻抗繼續(xù)降低而輸出電壓減小時(shí)，必須減小輸出功率以維持恒定輸出電流。這是由于眾所周知的關(guān)系P =IXV0如上面詳細(xì)討論的，可以改變開(kāi)關(guān)頻率fswitc;h和/或峰值初級(jí)電流Ipeak,以調(diào)節(jié)輸出功率。在一些示例中，由控制器的涉及恒壓操作的部件對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率fswitc;h和峰值初級(jí)電流Ipeak的值的貢獻(xiàn)仍然涉及到最大值；控制器的涉及恒流操作的部件用于將開(kāi)關(guān)頻率fswitch和峰值初級(jí)電流Ipeak的值從這些最大值減小。在該示例中，當(dāng)采樣的輸出電壓Vfbs下降到VF·閾值電平304以下吋，開(kāi)關(guān)頻率fswitch減小并且隨著Vfbs縮小，以維持恒定的輸出電流。重新排列提供Iwt和fswitc;h之間關(guān)系的以上等式，并且假設(shè)當(dāng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率(fswitch)時(shí)保持峰值初級(jí)電流(IpeakJ恒定 fswitch — Iout/ ( /2· Lp- Ipeak-max ) · (^FBS· nS/na· (R1+R2) /R2) — kFsw. Vfbs其中kFsw是對(duì)以上等式中的所有固定參數(shù)加以表示的常數(shù)。 在開(kāi)關(guān)頻率fswitc；h達(dá)到開(kāi)關(guān)最小水平之如，可以減小開(kāi)關(guān)頻率fswiteh。針對(duì)開(kāi)關(guān)頻率fswitc；h的開(kāi)關(guān)最小水平的示例是人耳的可聽(tīng)界限(可以將其看作是20kHz)，或者是認(rèn)為實(shí)際上聽(tīng)不見(jiàn)的任意值。在圖3中用參考數(shù)字314示出了調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率fswitc;h的輸出電壓范圍，即直到fswitch達(dá)到可聽(tīng)閾值水平之前為止。當(dāng)輸出電壓進(jìn)ー步減小，并且開(kāi)關(guān)頻率fswiteh位于可聽(tīng)界限時(shí)，減小初級(jí)峰值電流Ipeak而不是f—以維持恒定輸出電流水平。重新排列提供し和Ipeak之間關(guān)系的以上等式，并且假設(shè)當(dāng)調(diào)節(jié)峰值電流(Ipeak)時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率(fswitc；h)恒定 Ipeak = ^flout{VFBS.n2 /.(M +尺2)/尺2))71Z72丄P·/謂.ic/2 = kIpk^Vfbs其中kIpk是對(duì)以上等式中的所有固定參數(shù)加以表示的常數(shù)。因此，Ipeak隨縮小，以維持恒定輸出電流。在圖3中用參考數(shù)字316示出了可以調(diào)節(jié)峰值初級(jí)電流Ipeak的輸出電壓范圍。在該示例中，存在輸出電壓可以減小至的界限，如閾值電平UVL0306所限定的。這種閾值電平306指的是控制器的最小電源電壓，并且要求該閾值電平確?？刂破髟诜€(wěn)態(tài)操作時(shí)正確操作。例如并且如圖I所示，可以將控制器設(shè)置為從轉(zhuǎn)換器的變壓器的輔助繞組 接收器電源電壓(Vrc)的分立集成電路102。這ー電源電壓(Vcc)必須保持在最小值以上；這ー最小電平稱作Vcc的欠壓封鎖電平(UVLO)。在圖3中用參考數(shù)字318示出了在閾值電平UVLO 306以下轉(zhuǎn)換器的操作，在318這一點(diǎn)已經(jīng)減小了 fswitah和Ipeak,并且維持非連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)操作。在啟動(dòng)期間發(fā)生UVLO以下的操作，這是轉(zhuǎn)變情況，其中輸出電壓從OV增加到關(guān)于UVLO電平的電平306以上的所需電平?？刂破骺梢苑乐筬switdl和Ipeak減小為0，以確保從OV輸出電壓的啟動(dòng)?？梢詫?duì)于UVLO 306的值設(shè)置為小于在穩(wěn)態(tài)使用時(shí)很可能要求的值。例如，當(dāng)電池具有相對(duì)較少電荷時(shí)可以使用恒流模式，并且UVLO閾值306可以表不在電用完了的電池所要求的電壓電平以下的感測(cè)電壓電平(Vfbs)上的操作。在一個(gè)示例中，UVLO閾值可以表示IV的輸出電壓，并且電用完了的電池將展現(xiàn)負(fù)載，該負(fù)載將按照2V的電壓電平汲取恒定電流。在一些示例中，可以適當(dāng)?shù)囟x針對(duì)O輸出電壓的操作，因此定義O感測(cè)電HVfbs,使得所述轉(zhuǎn)換器可以利用最小Iprak電流操作，并且使能轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)。這在圖3中用參考數(shù)字320表示。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地是初始地在恒流模式下從最大輸出電壓電平(Vfbscc 304)開(kāi)始調(diào)節(jié)fswitc；h-max/VFBS(與Ipeak相反),使得轉(zhuǎn)換器按照相對(duì)接近邊界傳導(dǎo)模式(boundaryconduction mode, BCM)的非連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)來(lái)操作。這可以提高效率。圖4示出了說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程。所述方法提供了當(dāng)從開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器恒流操作模式轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐翰僮髂Ｊ綍r(shí)控制器可以如何控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的示例。所述方法開(kāi)始于步驟402，其中控制器提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)引起轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作。
在恒流操作模式期間，輸出電壓可以隨著展現(xiàn)給轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻抗增加而增加。這是圖4的步驟404。當(dāng)增加電池上電荷時(shí)，可以按照這種方式増加負(fù)載阻杭。當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流模式操作時(shí)，應(yīng)該理解的是當(dāng)輸出電壓增壓時(shí)輸出功率増加，并且這可以通過(guò)増加
Ipeakヽ fswitch 或兩者來(lái)實(shí)現(xiàn)。在步驟406，當(dāng)針對(duì)Ipeak和fswiteh的值處于它們最大值時(shí)，輸出功率達(dá)到已針對(duì)轉(zhuǎn)換器定義的最大值。在步驟408，控制器以針對(duì)Ipeak和fswiteh的最大值操作轉(zhuǎn)換器，并且當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加時(shí)允許改變輸出電流和輸出電壓，以維持輸出功率的最大值。如上所述，這包括輸出電流和輸出電壓遵循輸出功率雙曲線，并且可以看作是恒定功率操作模式。在步驟410，輸出電壓達(dá)到所需的恒定輸出電壓電平。在步驟412，當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加時(shí)，轉(zhuǎn)換器按照恒壓模式操作，具有降低的電流。在步驟412的操作期間，操作轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)，使得開(kāi)關(guān)頻率(fswitJ和峰值初級(jí)電流(Iprak)中的任一個(gè)或兩者從它們的最大值降低。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器500。圖6圖表地示出了圖5的控制器500的性能。圖6示出了四條曲線曲線602不出了米樣的感測(cè)電壓輸入信號(hào)536 (Vfbs)和反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(Vout)之間的關(guān)系；曲線604示出了采樣的感測(cè)電壓輸入信號(hào)536(Vfbs)和峰值初級(jí)電壓(Vpeak)之間的關(guān)系。將理解，Vpeak與峰值初級(jí)電流(Ipeak)成比例；曲線606示出了采樣的感測(cè)電壓輸入信號(hào)536 (Vfbs)和開(kāi)關(guān)頻率之間的關(guān)系；以及曲線608示出了采樣的感測(cè)電壓輸入信號(hào)536 (Vfbs)和反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電流(Iout)之間的關(guān)系?？刂破鹘邮兆鳛楦袦y(cè)電壓輸入信號(hào)的示例的Vfb輸入信號(hào)502、和作為對(duì)變壓器的初級(jí)繞組中的電流加以表不的信號(hào)的不例的VPrimal7輸入信號(hào)504。峰值初級(jí)電流(Ipeak)的值等于Vprimal7輸入信號(hào)504除以Rsense電阻器534的值?？刂破飨驁?chǎng)效應(yīng)晶體管532的柵極提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)506。應(yīng)該理解的是連接在晶體管532的源極和地之間的Rsense電阻器534可以并非控制器IC 一部分的分立部件。這種分立Rsense電阻器給出了用于設(shè)置最大功率的設(shè)計(jì)自由度，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)改變感測(cè)電阻器Rsense 534的電阻來(lái)定義在確定峰值初級(jí)電流Ipeak時(shí)向Vp,iMy輸入信號(hào)504施加的除法因子。因此，在圖5中示出的控制器的部件與控制器集成電路(IC)的四個(gè)管腳相連FB、GND、漏極和源扱。從與圖I的比較中應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的該實(shí)施例不需要在控制器IC上設(shè)置任何附加管腳。這是本發(fā)明的這ー實(shí)施例的有利特征。在其他示例中，可以使用內(nèi)部感測(cè)電阻器或結(jié)合了電流鏡的感測(cè)FET來(lái)代替分立感測(cè)電阻器Rsense 534。將感測(cè)電壓輸入信號(hào)Vfb 502提供給采樣保持部件530。所述采樣保持部件530配置為在次級(jí)沖程結(jié)束時(shí)感測(cè)Vfb 502，以提供采樣電壓輸入信號(hào)Vfbs 536。將米樣電壓輸入信號(hào)Vfbs 536作為輸入提供給恒壓(CV)控制器514。CV控制器514可以處理采樣電壓輸入信號(hào)Vfbs 536，以向開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器510提供控制信號(hào)510并且向峰值電流調(diào)節(jié)器508提供控制信號(hào)538。CV控制器514調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率和峰值初級(jí)電流，使得在恒壓模式期間維持所需的恒定電壓。開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器510包括可變電流源(しぬ)548，所述電流源是通過(guò)來(lái)自CV控制器514的控制信號(hào)540可調(diào)節(jié)的。將來(lái)自Itjsew 548的電流作為輸入提供給電流控制振蕩器550。電流控制振蕩器550的輸出表示所需的開(kāi)關(guān)頻率(fswiteh)，并且提供給脈沖發(fā)生器552。將脈沖發(fā)生器552的輸出作為置位輸入提供給SR觸發(fā)器546。將SR觸發(fā)器546的Q輸出作為輸入提供給柵極驅(qū)動(dòng)器放大器554，并且柵極驅(qū)動(dòng)器放大器554的輸出是開(kāi)關(guān)控制信號(hào)506。按照這樣的方式控制SR觸發(fā)器546的置位輸入，這限定了開(kāi)關(guān)控制信號(hào)506中從低到高的連續(xù)轉(zhuǎn)變之間的時(shí)間段，因此設(shè)置了什么時(shí)間接通開(kāi)關(guān)532。這種時(shí)間段表示反激式轉(zhuǎn)換器的連續(xù)初級(jí)沖程之間的間隙，因此表示反激式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率。峰值電流調(diào)節(jié)器508包括可變電流源(Ipeakw) 542，所述可變電流源是通過(guò)來(lái)自CV控制器514的控制信號(hào)538可調(diào)節(jié)的。將來(lái)自Ipeakev 542的電流提供給峰值電阻器Rpeak566，使得將在Rpaek 566上下降的電壓作為輸入提供給比較器544的反相輸入。在圖5中將該電壓稱作Vpeak。向比較器544的非反相輸入提供由變壓器的初級(jí)側(cè)電流導(dǎo)致的感測(cè)電阻器Rsense 530上下降的電壓504。因此，輸入信號(hào)504表不Ilffimal7輸入信號(hào)。將比較器544的輸出提供給SR觸發(fā)器546的復(fù)位輸入，以便控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)506何時(shí)變低，因此控制允許電流流過(guò)反激式轉(zhuǎn)換器初級(jí)繞組的開(kāi)關(guān)周期的比例。按照這種方式，峰值電流調(diào)節(jié)器508設(shè)置何時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)。參考圖6的曲線，并且從曲線的右手側(cè)開(kāi)始朝左移動(dòng)，可以將所述曲線看作是表示當(dāng)向電池充電并且轉(zhuǎn)換器輸出處展現(xiàn)的負(fù)載改變時(shí)轉(zhuǎn)換器的性能?？梢钥闯觯槍?duì)在兩條虛線610、612之間的Vfbs值的轉(zhuǎn)換器操作，輸出電壓(曲線602)恒定，并且峰值初級(jí)電流(由曲線604表示)、開(kāi)關(guān)頻率(曲線606)和輸出電流(曲線608)逐漸增加。應(yīng)該理解的是峰值初級(jí)電流(曲線604)和開(kāi)關(guān)頻率(曲線606)不一定需要線性增加以維持恒定輸出電壓。在該實(shí)施例中，通過(guò)保持相應(yīng)的控制信號(hào)538、540在最大值以下，CV控制器514可以確保峰值初級(jí)電流和開(kāi)關(guān)頻率不會(huì)增加到大于它們的最大值的值。以針對(duì)峰值初級(jí)電流和開(kāi)關(guān)頻率的最大值進(jìn)行操作，這引起轉(zhuǎn)換器提供最大功率輸出。當(dāng)由轉(zhuǎn)換器的負(fù)載汲取的電流增加，使得控制信號(hào)538、540位于它們的最大值時(shí)，將控制信號(hào)固定在它們的最大、值，并且設(shè)置由CV控制器514輸出的EnableCC信號(hào)556。參考圖6的曲線，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率(曲線606)和峰值初級(jí)電流(曲線604)恒定在它們的最大值時(shí)，在虛線612、614之間發(fā)生以最大輸出功率的操作。針對(duì)輸出電壓(曲線602)和輸出電流(曲線608)的值在612和614之間實(shí)質(zhì)上恒定，盡管在一些實(shí)施例中如圖3所示，在轉(zhuǎn)變期間在輸出電流中可能存在小的增加，并且在輸出電壓中可能存在降低。在由虛線612表示的時(shí)刻，EnableCC信號(hào)556置位。恒流(CC)控制器512從CV控制器514接收EnableCC信號(hào)556。CC控制器512也接收來(lái)自采樣保持部件530的Vfbs信號(hào)536。CC控制器512配置為當(dāng)(i)EnableCC信號(hào)556置位，以及(ii)VFBS的值小于用于改變到恒流操作模式的CC閾值電平(VFBS。。)吋，向峰值電流調(diào)節(jié)器508和開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器510提供控制信號(hào)558、560，以引起轉(zhuǎn)換器按照恒流模式操作。在圖6中用虛線614標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)變到恒流操作模式的時(shí)刻。由CC控制器512提供給開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器510的控制信號(hào)558用于控制可變電流源Isutoserc 562?？勺冸娏髟碔subtjsecc 562與由CV控制器514控制的對(duì)應(yīng)可變電流源I_CT 548并聯(lián)，使得提供給電流控制振蕩器550的最終電流是(しぬ-1-。3。。。)。按照這種方式，可以將CC控制器512看作是當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流模式操作時(shí)能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)頻率從其最大值減小。當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作吋，Isubosccc為0，因此對(duì)轉(zhuǎn)換器操作沒(méi)有貢獻(xiàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，來(lái)自CV控制器514的控制輸出信號(hào)540維持其最大值。由CC控制器512提供給峰值電流調(diào)節(jié)器508的控制信號(hào)506用于控制可變電流源1 564?？勺冸娏髟碔subpeakrc 564與由CV控制器514控制的對(duì)應(yīng)可變電流源Ipeakcv542并聯(lián)，使得提供給比較器544的反相輸入的最終電流是(Ipeakw-Isubpeam)。按照這種方式，可以將CC控制器512看作是當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流模式操作時(shí)能夠?qū)⒎逯党跫?jí)電流從其最大值減小。當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作吋，I—。為零，因此對(duì)于轉(zhuǎn)換器的操作沒(méi)有貢獻(xiàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，來(lái)自CV控制器514的控制輸出信號(hào)538維持其最大值。應(yīng)該理解的是，CC控制器612可以配置為產(chǎn)生一起使轉(zhuǎn)換器的輸出電流保持恒定的任何控制信號(hào)558、560。圖6將用于描述ー個(gè)示例，其中初始地調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率控制信號(hào)558而不是峰值電流控制信號(hào)560，直到開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到開(kāi)關(guān)最小值為止。在其他實(shí)施例中，可以采用更加成熟復(fù)雜的控制算法，使得一起或者按照任意方式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率控制信號(hào)558和峰值電流控制信號(hào)560，以提供所需的輸出值。參考圖6，并且考慮從虛線614開(kāi)始從右向左移動(dòng)的操作，在開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到虛線616處與人耳可聽(tīng)界限相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)最小值之前，開(kāi)關(guān)頻率(曲線608)從其最大值(在圖6中稱作FswCVmax,并且可以將其看作等效于以上討論的fswitdl_max)逐漸減小。也就是說(shuō)，避免了小于開(kāi)關(guān)最小值的開(kāi)關(guān)頻率下的操作可能被人耳聽(tīng)到，這在ー些實(shí)施例中可能認(rèn)為令人厭煩的。如圖6所示，恒流模式下的最大開(kāi)關(guān)頻率(FswCVmax)和減小的開(kāi)關(guān)頻率之間的差與IfsubofsdX可變電も丨L源562的值成比例。針對(duì)IfsubofselX電も丨し源562的取大值疋I
suboscCCmax，
表示可
聽(tīng)限制處的操作。在該示例中，CC控制器512向相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)558施加閾值Isubtjs。⑩ax，使得不超過(guò)可聽(tīng)閾值。當(dāng)在圖6的虛線616處達(dá)到可聽(tīng)閾值吋，針對(duì)進(jìn)一歩降低的負(fù)載保持開(kāi)關(guān)頻率(曲線606)恒定，并且減小峰值初級(jí)電流(曲線604)以便維持恒定輸出電流(曲線608)。盡管為了方便起見(jiàn)在曲線604中示出了 Vfbs和Vpeak之間的線性關(guān)系，根據(jù)以上描述和等式應(yīng)該理解的是，根據(jù)Vfbs的平方根減小Vpeak，以便維持恒定輸出電流。也就是說(shuō)(利用 lout/ (1/2. Lp. Fsw-max))
權(quán)利要求
1.一種用于開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器(200 ;500)，所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器具有開(kāi)關(guān)(532)，其中所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式和恒壓操作模式操作，其中所述控制器(200 ；500)配置為輸出針對(duì)所述開(kāi)關(guān)(532)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ;506)，并且配置為接收 感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202 ；502);以及 初級(jí)電流輸入信號(hào)(204 ；504)； 其中所述控制器(200 ；500)包括 恒流模式控制器(212 ;512)，配置為處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202;502)并且產(chǎn)生輸出控制信號(hào)(558，560)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之一或兩者； 恒壓模式控制器(214 ;514)，配置為處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202 ；502)并且產(chǎn)生輸出控制信號(hào)(538，540)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之一或兩者； 初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208 ;508)，配置為處理初級(jí)電流輸入信號(hào)(204 ;504)、以及來(lái)自恒流模式控制器(212 ；512)和恒壓模式控制器(214 ；514)的輸出控制信號(hào)(538，560)之一或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ；506)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)(532)； 開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(210 ;510)，配置為處理來(lái)自恒流模式控制器(212 ；512)和恒壓模式控制器(214 ；514)的輸出控制信號(hào)(540,558)之一或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ；506)接通所述開(kāi)關(guān)(532);以及 其中所述控制器(200;500)配置為如果所述恒壓模式控制器(214;514)的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒流模式控制器(212 ;512)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制器(200;500)，其中所述控制器(200 ；500)配置為如果恒流模式控制器(212;512)的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒壓模式控制器(214 ；514)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的控制器(200;500)，其中 所述初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208 ；508)配置為提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ;506)，使得所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)配置為關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)(532)，以提供恒定峰值電流處于最大值的操作；或者所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(210 ；510)配置為提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ;506)，使得所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)配置為以處于最大值的恒定頻率來(lái)接通所述開(kāi)關(guān)(532)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述控制器(200 ；500)配置為當(dāng)恒壓模式控制器的輸出控制信號(hào)表示開(kāi)關(guān)頻率和初級(jí)峰值電流處于它們的最大值的操作，并且感測(cè)電壓輸入信號(hào)(Vfbs ;212)下降到在開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓模式操作時(shí)的電壓電平(Vfbsct，302)以下的CC閾值電平(Vfbscc，304)時(shí)，使能恒流控制器(512)。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述控制器(200 ；500)配置為在恒流操作模式(312)和恒壓操作模式(310)之間轉(zhuǎn)變時(shí)，以開(kāi)關(guān)頻率和初級(jí)峰值電流的最大值來(lái)操作所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器，其中所述開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照調(diào)節(jié)電流操作模式來(lái)操作，并且所述控制器包括 調(diào)節(jié)電流模式控制器，包括所述恒流模式控制器，配置為產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之ー或兩者，使得針對(duì)在CC閾值電平(304)和折返閾值電平(706)之間的感測(cè)電壓輸入信號(hào)電平，輸出電流保持實(shí)質(zhì)上恒定(702);以及 折返控制器，配置為產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，所述輸出控制信號(hào)用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率工作參數(shù)之ー或兩者，使得針對(duì)折返閾值電平(706)以下的感測(cè)電壓輸入信號(hào)電平，當(dāng)感測(cè)電壓輸入信號(hào)減小時(shí)，輸出電流減小(704)。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述恒流模式控制器(212 ；512)配置為產(chǎn)生針對(duì)開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(210 ；510)的輸出控制信號(hào)(558)和針對(duì)初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208;508)的輸出控制信號(hào)(560)，使得針對(duì)開(kāi)關(guān)最小值以上的開(kāi)關(guān)頻率值來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，并且保持初級(jí)峰值電流恒定(314)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器(200;500)，其中所述恒流模式控制器(212 ；512)配置為產(chǎn)生針對(duì)開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(210 ；510)的輸出控制信號(hào)(558)和針對(duì)初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208 ；508)的輸出控制信號(hào)(560)，使得當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到開(kāi)關(guān)最小值(316)時(shí)，保持開(kāi)關(guān)頻率恒定在開(kāi)關(guān)最小值處并且調(diào)節(jié)初級(jí)峰值電流。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208 ；508)配置為設(shè)置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206 ；506)的接通時(shí)間。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(508)配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模制功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器(514)的輸出控制信號(hào)(538)來(lái)調(diào)節(jié)峰值電流。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(508)配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒流控制器(512)的輸出控制信號(hào)(560)和來(lái)自恒壓控制器(514)的輸出控制信號(hào)(538)兩者來(lái)調(diào)節(jié)峰值電流。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(508)包括通過(guò)恒壓控制器(514)可控的第一可變電流源(542)和通過(guò)恒流控制器(512)可控的第二可變電流源(564)，其中第一和第二可變電流源(542，564)彼此并聯(lián)，并且從第一可變電流源(542)的電流中減去來(lái)自第二可變電流源(564)的電流，以調(diào)節(jié)恒流操作模式下的初級(jí)峰值電流。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(510)配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒壓操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器(514)的輸出控制信號(hào)(540)來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(510)配置為當(dāng)開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流操作模式操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自恒壓控制器(514)的輸出控制信號(hào)(540)和來(lái)自恒流控制器(512)的輸出控制信號(hào)(558)兩者來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的控制器(200;500)，其中所述開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(510)包括通過(guò)恒壓控制器(514)可控的第一可變電流源(548)和通過(guò)恒流控制器(512)可控的第二可變電流源(562)，其中第一和第二可變電流源(548，562)彼此并聯(lián)，并且從第一可變電流源(548)的電流中減去來(lái)自第二可變電流源(562)的電流，以調(diào)節(jié)恒流操作模式下的開(kāi)關(guān)頻 率。
全文摘要
公開(kāi)了一種具有開(kāi)關(guān)(532)的開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的控制器(200；500)，開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器按照恒流和恒壓操作模式操作，控制器(200；500)配置為輸出針對(duì)開(kāi)關(guān)(532)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206；506)，并且配置為接收感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202；502)和初級(jí)電流輸入信號(hào)(204；504)?？刂破?200；500)包括恒流模式控制器(212；512)，處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202；502)并產(chǎn)生輸出控制信號(hào)(558，560)，用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之一或兩者；恒壓模式控制器(214；514)，處理感測(cè)電壓輸入信號(hào)(202；502)并且產(chǎn)生輸出控制信號(hào)(538，540)，用于控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率操作參數(shù)之一或兩者；初級(jí)峰值電流調(diào)節(jié)器(208；508)，處理初級(jí)電流輸入信號(hào)(204；504)、以及來(lái)自恒流模式控制器(212；512)和恒壓模式控制器(214；514)的輸出控制信號(hào)(538，560)之一或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206；506)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)(532)；開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器(210；510)，處理來(lái)自恒流模式控制器(212；512)和恒壓模式控制器(214；514)的輸出控制信號(hào)(540，558)之一或兩者，以配置開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(206；506)接通所述開(kāi)關(guān)(532)?？刂破?200；500)配置為如果所述恒壓模式控制器(214；514)的輸出控制信號(hào)表示峰值電流和開(kāi)關(guān)頻率處于最大值的操作，則使能恒流模式控制器(212；512)。
文檔編號(hào)H02M3/28GK102739054SQ20121010710
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
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