具有稳定性补偿的功率转换器控制器制造技术

开关模式功率转换器包括初级侧、能量传递元件以及次级侧。次级侧包括耦接到负载的输出端子，以及跨接在输出端子上的输出电容。次级侧还包括被配置为生成补偿信号的补偿信号发生器。补偿信号用从初级侧传递到次级侧的功率来补偿对输出电容的充电。次级侧还包括被配置为输出经调整的补偿信号的计算电路，该经调整的补偿信号基于补偿信号来补偿代表输出端子处的输出信号的输出感测信号和代表开关模式功率转换器的期望输出电压的参考信号中的一个。次级侧还包括比较器，该比较器用于将经调整的补偿信号与输出感测信号和参考信号中的另一个进行比较。

Power converter controller with stability compensation

The switch mode power converter includes a primary side, an energy transfer element, and a secondary side. The secondary side includes an output terminal coupled to the load, and an output capacitor across the output terminal. The secondary side also includes a compensating signal generator configured to generate a compensating signal. The compensating signal compensates for the charging of the output capacitor by transferring power from the primary side to the secondary side. The secondary side also includes a processor configured to output the calculation circuit compensation signal adjustment, a reference signal of a desired output voltage output by the output signal of the compensation signal based on adjustment of the compensation signal to compensate the representative at the output terminal sensing signal and switching mode power converter in the. The secondary side also includes a comparator for comparing the adjusted compensation signal with the output sensing signal and another of the reference signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有稳定性补偿的功率转换器控制器相关申请的交叉引用根据专利合作条约(PCT)第8条，本申请要求于2015年4月6日提交的美国非临时申请No.14/679,848的优先权，该非临时申请要求于2014年11月14日提交的名称为“POWERCONVERTERCONTROLLERWITHSTABILITYCOMPENSATION(具有稳定性补偿的功率转换器控制器)”的美国临时申请No.62/080,147的权益，上述申请的内容通过引用并入本文。背景1.领域本公开大体上涉及功率转换，更具体地，涉及具有稳定性补偿的功率转换器控制器。2.相关技术描述诸如手机、膝上型计算机等的许多电子设备使用直流(dc)功率运行。传统的壁式插座通常输送高压交流(ac)功率，该高压ac功率需要被转换成直流功率以便由大多数电子设备用作电源。开关模式功率转换器由于它们效率高、尺寸小且重量轻而通常用于将高压ac功率转换成稳压dc功率。开关模式功率转换器通过使功率开关在一个或多个切换周期内周期性地进行切换来产生输出。开关模式功率转换器可以采用控制器来调节输送到电气设备诸如电池的输出功率，该电气设备通常被称为负载。控制器通过响应于代表功率转换器的输出的反馈信号控制功率开关导通和关断来调节到负载的功率。在一个实施例中，控制器可以使用通/断控制技术来调节开关模式功率转换器的输出。在典型的通/断控制技术中，控制器针对每个切换周期通过在前一切换周期结束时将反馈信号与阈值进行比较来决定是允许还是禁止功率开关传导。例如，如果在前一切换周期结束时反馈信号小于阈值，则控制器可以使功率开关在下一切换周期内导通(即，可以启动切换活动)。开关模式功率转换器通常包括输出电容器以平滑输出电压中的纹波。输出电容器可以具有与其相关联的可以被称为等效串联电阻(ESR)的电阻。在控制器使用通/断控制技术并且输出电容器具有小ESR的一些情况下，反馈信号可能无法足够快地对能量从输入到输出的传递做出反应。例如，在切换周期中关断功率开关之后，反馈信号可能无法足够快地越过阈值，使得功率开关在前一切换活动之后过快地导通。这可能引起切换活动的集聚(grouping)，并导致功率转换器的不稳定运行。另外，在一些情况下，噪声可能耦合到反馈信号，使得控制器可能无法准确地检测到反馈信号越过阈值的时间。因此，控制器可能会不合时宜地(mistime)开始功率开关的切换，这可能会引起功率转换器的不稳定性。附图说明参考以下附图描述非限制性和非穷举性的实施方案，其中，除非另有说明，否则贯穿各视图相同的附图标记指代相同的部件。图1是示出了根据各实施例的利用补偿电路的示例功率转换器的功能框图。图2是示出了根据各实施例的驱动使能信号、驱动信号、同步整流器控制信号以及补偿信号的示例波形的图。图3A是根据各实施例的示例补偿电路的功能框图。图3B是根据各实施例的示例反馈参考电路的功能框图。图3C是根据各实施例的另一示例反馈参考电路的功能框图。图4A是示出了根据各实施例的无补偿的反馈信号、同步整流器控制信号以及驱动信号的示例波形的图。图4B是示出了根据各实施例的有补偿的反馈信号、同步整流器控制信号以及驱动信号的示例波形的图。图5是示出了根据各实施例的利用补偿电路的另一示例功率转换器的功能框图。图6是示出了根据各实施例的另一示例补偿电路和另一示例反馈参考电路的功能框图。贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部件。技术人员将理解的是，附图中的元件是为了简洁和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以有助于提高对本公开的各实施方案的理解。而且，通常不描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的常见但容易理解的元件，以便于较少地妨碍对本公开的这些不同实施方案的观察。具体实施方式图1示出了一个利用补偿电路的示例功率转换器的示意图。在一个实施例中，功率转换器100是通/断功率转换器。在示出的实施例中，功率转换器100是使用通/断控制方案来调节输出量UO126(例如，输出电压、输出电流或者输出电压和输出电流两者的组合)的开关模式功率转换器。具体地，功率转换器100包括同步整流电路114，并且该功率转换器被配置为反激式功率转换器。如进一步示出的，功率转换器100还包括被耦接以接收代表输出量UO126的信号并且控制功率转换器100的电路的控制器132。功率转换器100在输入处接收未经调节的输入电压VIN102，以产生到电负载120的输出电压VO122和输出电流IO124。输入电压VIN102可以是经整流且经滤波的ac电压。如所示出的，输入电压VIN102参考也被称为输入回线(return，回路线、返回)的初级地103，并且输出电压VOUT122参考也被称为输出回线的次级地121。在其他实施例中，功率转换器100可以具有不止一个输出。如图1进一步所示，控制器132包括初级控制器136和次级控制器134，以控制功率转换器100的电路将输出电压VO122调节在期望的电压电平。在一个实施例中，功率转换器100可以在启动时段之后将输出电压VO120调节到期望的电压电平。启动时段可以是从向功率转换器100引入输入电压VIN102开始直到初级控制器136和次级控制器134开始运行以调节输出电压VO122的时间段。在示例功率转换器100中，输出电容器C1118耦接到输出处以平滑输出电压VO122中的纹波。与输出电容器C1118串联的是电阻器R1117，该电阻器表示输出电容器C1118的等效串联电阻(ESR)。图1中还包括能量传递元件T1108，其被示出为具有初级绕组110和次级绕组112的耦合电感器。能量传递元件T1108被耦接以将能量从初级绕组110传递到次级绕组112。此外，能量传递元件T1108提供功率转换器100的初级侧上的电路与功率转换器100的次级侧上的电路之间的电流隔离。换言之，施加在功率转换器100的初级侧与次级侧之间的dc电压将产生基本上零电流。电耦接到初级绕组110的电路可以被称为功率转换器100的初级侧。类似地，电耦接到次级绕组112的电路可以被称为功率转换器100的次级侧。在所描绘的实施例中，功率开关S1156在初级绕组110处耦接到能量传递元件108，并且在输入回线103处耦接到功率转换器100的输入。功率开关S1156可以是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)等。如所示出的，初级控制器136耦接到初级侧的电路部件，诸如功率开关S1156。次级控制器134耦接到次级侧上的电路，诸如同步整流电路114、次级绕组112以及其他电路部件。在运行中，初级控制器136和次级控制器134控制功率转换器100的电路(例如，开关器件S1156和同步整流电路114)，以控制通过能量传递元件T1108从功率转换器100的输入到输出的能量传递。箝位电路106耦接在能量传递元件T1108的初级绕组110上，并且耦接到功率转换器100的输入。箝位电路106运行以箝制(clamp)由来自初级绕组110的漏电感在功率开关S1156上所造成的任何关断尖峰(spike)。初级控制器136和次级控制器134可以包括在集成电路中。在一个实施例中，初级控制器136包括在第一集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关模式功率转换器的控制器电路，所述开关模式功率转换器具有输出电容以使所述开关模式功率转换器的输出电压平滑，所述控制器电路包括：输出感测输入端，所述输出感测输入端被耦接以接收代表所述开关模式功率转换器的所述输出电压的输出感测信号；切换感测信号输入端，所述切换感测信号输入端被耦接以接收指示所述开关模式功率转换器的开关的切换的切换感测信号；补偿电路，所述补偿电路被耦接以接收所述切换感测信号并被配置为基于所述切换感测信号输出经补偿的参考信号，其中，在所述输出电容在充电的时间的至少部分期间，所述经补偿的参考信号代表低于所述开关模式功率转换器的期望输出电压的输出；以及比较器，所述比较器被配置为将所述经补偿的参考信号与代表所述开关模式功率转换器的所述输出电压的所述输出感测信号进行比较，其中，所述比较器被配置为输出指示所述经补偿的参考信号与所述输出感测信号的比较结果的比较结果信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.14 US 62/080,147;2015.04.06 US 14/679,8481.一种用于开关模式功率转换器的控制器电路，所述开关模式功率转换器具有输出电容以使所述开关模式功率转换器的输出电压平滑，所述控制器电路包括：输出感测输入端，所述输出感测输入端被耦接以接收代表所述开关模式功率转换器的所述输出电压的输出感测信号；切换感测信号输入端，所述切换感测信号输入端被耦接以接收指示所述开关模式功率转换器的开关的切换的切换感测信号；补偿电路，所述补偿电路被耦接以接收所述切换感测信号并被配置为基于所述切换感测信号输出经补偿的参考信号，其中，在所述输出电容在充电的时间的至少部分期间，所述经补偿的参考信号代表低于所述开关模式功率转换器的期望输出电压的输出；以及比较器，所述比较器被配置为将所述经补偿的参考信号与代表所述开关模式功率转换器的所述输出电压的所述输出感测信号进行比较，其中，所述比较器被配置为输出指示所述经补偿的参考信号与所述输出感测信号的比较结果的比较结果信号。2.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，代表所述开关模式功率转换器的所述输出电压的所述输出感测信号与所述经补偿的参考信号之间的差在由所述输出电容开始充电所触发的第一时间段具有的幅度高于在所述第一时间段之后的幅度。3.根据权利要求2所述的控制器电路，其中，所述差具有用于补偿所述输出电容的充电的幅度和持续时间。4.根据权利要求3所述的控制器电路，其中，所述第一时间段的持续时间延长到所述输出电容的充电结束以后。5.根据权利要求2所述的控制器电路，其中，所述差随时间基本上线性地减小。6.根据权利要求5所述的控制器电路，其中，所述差在所述第一时间段内随时间以第一基本上线性的斜率减小，并且在所述第一时间段之后随时间以第二基本上线性的斜率减小，其中，所述第一基本上线性的斜率的每单位时间减小量大于所述第二基本上线性的斜率的每单位时间减小量。7.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，在所述输出电容在放电的时间的至少部分期间，所述比较器被配置为将代表所述开关模式功率转换器的所述期望输出电压的所述参考信号与代表所述开关模式功率转换器的所述输出的所述输出感测信号进行比较。8.根据权利要求7所述的控制器电路，其中，所述时间的所述部分是所述输出电容在放电的全部时间。9.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，所述切换感测信号指示所述开关模式功率转换器的功率开关的切换和所述开关模式功率转换器的次级侧同步整流器的切换中至少之一。10.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，所述比较结果信号指示将启动所述开关模式功率转换器的功率开关的切换。11.根据权利要求2所述的控制器电路，其中，在断续传导模式下，所述差具有通过流过输出负载的电流来补偿所述输出电容的放电的幅度和持续时间。12.一种开关模式功率转换器，包括：初级侧，所述初级侧具有输入；能量传递元件；次级侧，所述次级侧通过所述能量传递元件与所述初级侧电流隔离，所述次级侧包括：输出端子，所述输出端子将所述开关模式功率转换器耦接至负载，输出电容，所述输出电容并联耦接在所述输出端子上，补偿信号发生器，所述补偿信号发生器被配置为生成具有幅度和定时的补偿信号，其中，所述补偿信号用从所述初级侧传递到所述次级侧的功率来补偿对所述输出电容充电；计算电路，所述计算电路被配置为输出经调整的补偿信号，所述经调整的补偿信号基于所述补偿信号补偿代表在所述输出端子处的输出信号的输出感测信号和代表所述开关模式功率转换器的期望输出电压的参考信号中的一个；以及比较器，所述比较器用以将所述经调整的补偿信号与所述输出感测信号和所述参考信号中的另一个进行比较。13.根据权利要求12所述的开关模式功率转换器，其中，所述次级侧还包括被配置为选择性地将电流从所述能量传递元件传导到所述输出电容的整流器。14.根据权利要求13所述的开关模式功率转换器，其中，所述整流器包括由驱动信号驱动的同步整流器。15.根据权利要求12所述的开关模式功率转换器，其中，所述补偿信号发生器被选择为基于从所述能量传递元件到所述输出电容的电流传导的定时来触发所述补偿信号。16.根据权利要求12所述的开关模式功率转换器，其中，所述补偿信号在由所述输出电容开始充电所触发的第一时间段具有的幅度高于在所述第一时间段之后的幅度。17.根据权利要求16所述的开关模式功率转换器，其中，所述补偿信号的幅度随时间基本上线性地减小。18.根据权利要求17所述的开关模式功率转换器，其中，所述补偿信号的幅度在所述第一时间段内以第一基本上线性的斜率减小，并且在所述第一时间段之后以第二基本上线性的斜率减小，其中，所述第一基本上线性的斜率的每单位时间减小量大于所述第二基本上线性的斜率的每单位时间减小量。19.根据权利要求16所述的开关模式功率转换器，其中，在所述输出电容在放电的时间的至少部分期间，所述比较器被配置为将代表所述期望输出电压的所述参考信号与代表所述开关模式功率转换器的所述输出的所述输出感测信号进行比较。20.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚瑟·B·奥德尔，维克拉姆·巴拉克里希南，罗兰·S·圣皮耶尔，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国,US