开关电力变换器及其控制器电路和控制方法技术

开关电力变换器及其控制器电路和控制方法。开关电力变换器包括：开关节点与用于接收输入电压的输入端子之间的开关；开关节点与第一输出端子之间的电感器；开关节点与第二输出端子之间的二极管；以及开关节点的控制器，其生成用于在开关周期使开关导通和关断的控制信号。控制器包括：第一运算放大器，其通过第一运算放大器的输入端子与第二输出端子之间的反馈电阻器生成反馈电流；第二运算放大器，其通过第二运算放大器的输入端子与开关节点之间的基准电阻器生成基准电流；电流镜电路，其对反馈电流和基准电流进行镜像并基于反馈电流与基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；开关控制电路，其基于控制节点处的控制电压生成控制信号。

Switched Power Converter and Its Controller Circuit and Control Method

【技术实现步骤摘要】
开关电力变换器及其控制器电路和控制方法本申请是申请日为2015年5月12日、申请号为“201510237885.1”、专利技术名称为“用于非隔离电源的反馈方案”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开内容一般涉及电源，并且具体涉及用于非隔离电源的反馈方案。
技术介绍
开关电源被分类成隔离电源或非隔离电源。在隔离电源中，输入端和输出端之间放置有变压器以在输入与输出之间提供电流隔离。非隔离电源包括单个电感器并且在输入与输出之间不具有电流隔离。在对高电压进行操作的非隔离电源中，通常需要高压隔离装置来发送关于输出电压的信息以控制电力开关。例如，可以使用高压二极管来处理高达155V的电压(或高于155V的电压以考虑开关超调)。高压降压变换器中的常规反馈方案使用高压二极管(例如，图6中的DFB)或高压双极结型晶体管(例如，图7中的T2)来将关于高输出电压的信息发送回控制器，该控制器生成用于控制电力开关的控制信号。该常规方法的一个缺点是需要昂贵的高压二极管(例如图6)或高压双极结型晶体管(例如图7)。另一缺点是在下述能力上的限制：每个开关周期仅对输出电压感测一次并且仅在从例如待机模式增加恢复的那个周期中的切换之后对输出电压进行感测。
技术实现思路
在本文中，本公开内容的实施方式描述了用于非隔离开关电力变换器的反馈方案。开关电力变换器被配置成向输出负载如LED负载提供电力。开关电力变换器能够经由用于降压升压变换器或降压变换器的单个传感器来向输出负载提供电力。示例开关电力变换器包括开关、电感器、二极管以及生成使开关导通和关断的控制信号的控制器。控制器通过下述方式来生成控制信号：生成基准信号；对开关节点的电压值与第二输出端子的电压值间的电压差和所生成的基准信号的电压值之间的差进行积分；以及通过对经积分的电压差进行处理来生成控制信号。在一个实施方式中，控制器生成控制信号，使得输出电压在多个开关周期中的一个或更多个开关周期上的平均电压值与基准信号的电压值相同。在一个实施方式中，控制器包括被实现为积分器的运算放大器，该运算放大器对其反相输入端上的电压与非反相输入端上的电压之间的电压差进行积分。在一个实施方式中，控制器还包括耦合在运算放大器的反相输入端与第二输出端子之间的反馈电阻器。在一个实施方式中，控制器还包括耦合在运算放大器的反相输入端与开关节点之间的电流基准。在一个实施方式中，控制器生成控制信号，使得开关节点的电压值与第二输出端子的电压值之间的平均电压差与下述乘积相同：反馈电阻器的电阻值与电流源的电流值的乘积。在一个实施方式中，控制器还包括基准电阻器和电压基准，基准电阻器耦合在运算放大器的反相输入端与电压基准之间，并且电压基准耦合在基准电阻器与开关节点之间。在一个实施方式中，控制器生成控制信号，使得开关节点的电压值与第二输出端子的电压值之间的平均电压差与下述乘积相同：反馈电阻器的电阻值与基准电阻器的电阻值之比和电压源的电压值的乘积。在一个实施方式中，控制器还被配置成在不影响输出电压的平均电压值的情况下改变积分器的时间常数，通过下述方式来改变该时间常数：在保持反馈电阻器的电阻值与基准电阻器的电阻值之比不变的情况下，改变反馈电阻器的电阻值和基准电阻器的电阻值。在一个实施方式中，控制器的运算放大器被配置成使得运算放大器的非反相输入端耦合至开关节点，以用于将与该开关节点相关联的电压电平提供为运算放大器的基准接地电压。实施方式还涉及一种对开关电力变换器进行控制的方法，开关电力变换器包括：耦合在开关节点与用于接收输入电压的输入端子之间的开关；耦合在开关节点与第一输出端子之间的电感器；以及耦合在开关节点与第二输出端子之间的二极管，第一输出端子和第二输出端子被配置成向负载提供输出电压。该方法包括：生成基准信号；对开关节点的电压值与第二输出端子的电压值之间的电压差和所生成的基准信号的电压值之间的差进行积分；以及通过对经积分的电压差进行处理来生成控制信号，该控制信号使开关在多个开关周期的每个开关周期导通和关断。根据一个实施例，一种开关电力变换器包括：耦合在开关节点与用于接收输入电压的输入端子之间的开关；耦合在开关节点与第一输出端子之间的电感器；耦合在开关节点与第二输出端子之间的二极管，第一输出端子和第二输出端子被配置成向负载提供输出电压；以及耦合至开关节点的控制器，控制器被配置成生成控制信号，控制信号用于在开关的多个开关周期中的每个开关周期使开关导通和关断。控制器包括：第一运算放大器，其通过耦合在第一运算放大器的输入端子与第二输出端子之间的反馈电阻器来生成反馈电流；第二运算放大器，其通过第二运算放大器的输入端子与开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流；电流镜电路，其对反馈电流和基准电流进行镜像，并且基于反馈电流与基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；开关控制电路，其基于控制节点处的控制电压来生成控制信号。根据一个实施例，一种用于开关电力变换器的控制器电路包括：第一运算放大器，其通过耦合在第一运算放大器的输入端子与开关电力变换器的接地端子之间的反馈电阻器来生成第一电流；第二运算放大器，其通过第二运算放大器的输入端子与开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流，开关节点耦合至开关电力变换器的开关以在开关闭合时接收开关电力变换器的输入电压；电流镜电路，其对反馈电流和基准电流进行镜像，并且基于反馈电流与基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；以及开关控制电路，其基于控制节点处的控制电压来生成用于控制开关的控制信号。根据一个实施例，提供一种对开关电力变换器进行控制的方法，开关电力变换器具有：耦合在输入端子与开关节点之间的开关；耦合在开关节点与第一输出端子之间的电感器；耦合在开关节点与第二输出端子之间的二极管。该方法包括：由第一运算放大器通过耦合在第一运算放大器的输入端子与第二输出端子之间的反馈电阻器来生成反馈电流；由第二运算放大器通过第二运算放大器的输入端子与开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流；由电流镜电路对反馈电流进行镜像以生成镜像反馈电流，并且由电流镜电路对基准电流进行镜像以生成镜像基准电流；由积分电路对镜像反馈电流与镜像基准电流之间的差进行积分以生成控制电压；以及由开关控制电路生成用于控制开关的切换的控制信号。附图说明图1是根据本公开内容的示例实施方式的降压变换器的框图。图2是示出根据示例实施方式的图1的降压变换器的操作的时序图。图3是示出根据示例实施方式的用于非隔离电源的使用电流基准的反馈方案的电路图。图4是示出根据示例实施方式的用于非隔离电源的使用电压基准的反馈方案的电路图。图5是示出根据示例实施方式的用于非隔离电源的使用电流镜的反馈方案的电路图。图6是示出用于非隔离电源的使用高压二极管的常规反馈方案的电路图。图7是示出用于非隔离电源的使用双极结型晶体管的常规反馈方案的电路图。具体实施方式附图(图)和以下描述仅通过说明的方式涉及各种实施方式。应当指出的是，根据以下讨论，将容易认识到本文所公开的结构和方法的替选实施方式是在不背离本文所讨论的原理情况下可以采用的可行替选方案。现在将详细地参照在附图中示出其示例的若干实施方式。要指出的是，在任何可实行的情况下，可以在附图中使用相似或相同附图标记，并且其可以表示相似或相同的功能。本公开内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电力变换器，包括：耦合在开关节点与用于接收输入电压的输入端子之间的开关；耦合在所述开关节点与第一输出端子之间的电感器；耦合在所述开关节点与第二输出端子之间的二极管，所述第一输出端子和所述第二输出端子被配置成向负载提供输出电压；以及耦合至所述开关节点的控制器，所述控制器被配置成生成控制信号，所述控制信号用于在所述开关的多个开关周期中的每个开关周期使所述开关导通和关断，其中，所述控制器包括：第一运算放大器，其通过耦合在所述第一运算放大器的输入端子与所述第二输出端子之间的反馈电阻器来生成反馈电流；第二运算放大器，其通过所述第二运算放大器的输入端子与所述开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流；电流镜电路，其对所述反馈电流和所述基准电流进行镜像，并且基于所述反馈电流与所述基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；开关控制电路，其基于所述控制节点处的所述控制电压来生成所述控制信号。

【技术特征摘要】
2014.12.31 US 14/587,4161.一种开关电力变换器，包括：耦合在开关节点与用于接收输入电压的输入端子之间的开关；耦合在所述开关节点与第一输出端子之间的电感器；耦合在所述开关节点与第二输出端子之间的二极管，所述第一输出端子和所述第二输出端子被配置成向负载提供输出电压；以及耦合至所述开关节点的控制器，所述控制器被配置成生成控制信号，所述控制信号用于在所述开关的多个开关周期中的每个开关周期使所述开关导通和关断，其中，所述控制器包括：第一运算放大器，其通过耦合在所述第一运算放大器的输入端子与所述第二输出端子之间的反馈电阻器来生成反馈电流；第二运算放大器，其通过所述第二运算放大器的输入端子与所述开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流；电流镜电路，其对所述反馈电流和所述基准电流进行镜像，并且基于所述反馈电流与所述基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；开关控制电路，其基于所述控制节点处的所述控制电压来生成所述控制信号。2.根据权利要求1所述的开关电力变换器，其中，所述反馈电阻器耦合在所述第一运算放大器的反相输入端与所述第二输出端子之间，并且其中，所述第一运算放大器的非反相输入端耦合至基准电压。3.根据权利要求1所述的开关电力变换器，其中，所述基准电阻器耦合在所述第二运算放大器的反相输入端与所述开关节点之间，并且其中，所述第二运算放大器的非反相输入端耦合至基准电压。4.根据权利要求1所述的开关电力变换器，其中，所述电流镜电路包括：第一电流镜部件，其对所述反馈电流进行镜像以生成镜像反馈电流；第二电流镜部件，其对所述基准电流进行镜像以生成镜像基准电流；第三电流镜部件，其对所述镜像基准电流进行反相以生成反相镜像基准电流；输出电流路径，其对所述镜像反馈电流与所述反相镜像基准电流进行组合以生成控制电流；以及耦合在所述控制节点与所述开关节点之间的积分电容器，其用于对所述控制电流进行积分以生成所述控制电压。5.根据权利要求1所述的开关电力变换器，其中，基于所述反馈电阻器的电阻值与所述基准电流的电流值的乘积来控制所述开关节点在所述多个开关周期中的一个或更多个开关周期上的平均电压。6.根据权利要求5所述的开关电力变换器，其中，所述反馈电阻器耦合在所述第一运算放大器的反相输入端与所述开关电力变换器的接地端子之间，并且其中，所述第一运算放大器的非反相输入端耦合至基准电压，其中，所述基准电阻器耦合在所述第二运算放大器的反相输入端与所述开关节点之间，并且其中，所述第二运算放大器的非反相输入端耦合至基准电压，并且其中，所述开关节点上的电压在所述多个开关周期上的平均基于所述反馈电阻器的电阻值与所述基准电阻器的电阻值之比和所述基准电压的电压值的乘积。7.根据权利要求1所述的开关电力变换器，其中，所述开关控制电路包括脉冲宽度调制控制器。8.一种用于开关电力变换器的控制器电路，所述控制器电路包括：第一运算放大器，其通过耦合在所述第一运算放大器的输入端子与所述开关电力变换器的接地端子之间的反馈电阻器来生成第一电流；第二运算放大器，其通过所述第二运算放大器的输入端子与开关节点之间的基准电阻器来生成基准电流，所述开关节点耦合至所述开关电力变换器的开关以在所述开关闭合时接收所述开关电力变换器的输入电压；电流镜电路，其对所述反馈电流和所述基准电流进行镜像，并且基于所述反馈电流与所述基准电流之间的积分差在控制节点上生成控制电压；以及开关控制电路，其基于所述控制节点处的所述控制电压来生成用于控制所述开关的控制信号。9.根据权利要求8所述的控制器电路，其中，所述反馈电阻器耦合在所述第一运算放大器的反相输入端与所述开关电力变换器的所述接地端子之间，并且其中，所述第一运算放大器的非反相输入端耦合至基准电压。10.根据权利要求8所述的控制器电路，其中，所述基准电阻器耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德雷·B·马利宁，
申请(专利权)人：戴乐格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US