峰值电流模式控制方案的增强信噪比并实现最小占空比解决方案的系统和方法技术方案

用于为电源转换器提供峰值电流模式控制(PCMC)的系统和方法，通过提高电感器(或开关)电流的信噪比，以达到最小的占空比解决方案并消除会引起高输入和输出纹波的亚谐波操作，可以改善抗噪声能力。电流感测电阻器对电流进行感测并转换为电压，以实现峰值电流模式控制方案。为了提高信噪比，仅在主开关的接通时间内添加直流(DC)偏移电压。在每个开关周期之后，通过将电流感测电路的滤波电容器重置为零伏，可以消除由主开关导通引起的前沿尖峰。

【技术实现步骤摘要】
峰值电流模式控制方案的增强信噪比并实现最小占空比解决方案的系统和方法
本公开总体上涉及用于电源转换器的控制器。
技术介绍
DC/DC转换器是一种电源，将输入的DC电压转换为不同的输出DC电压。这种转换器通常包括通过开关电路在电压源和负载之间电耦合的变压器。转换器可以包括至少一个连接在电压源和变压器的初级绕组之间的主开关，以向变压器的次级绕组提供电源传输。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件通常用于一个或多个主开关。用于电源转换器的峰值电流模式控制方案通过将电感器电流(例如，变压器的初级绕组)或开关电流的正斜率与用于对电流水平进行编程的误差信号进行比较来实现。一旦在每个开关周期中电流达到要求的水平，开关就会关闭。实际上，与误差信号相比，电流水平非常小，尤其是在最小负载和最大线路下。这种非常低的电平容易受到反射的肖特基二极管电容和变压器绕组电容引起的噪声尖峰(即差的信噪比)的影响。每当每个周期打开开关时，都会产生此尖峰。如果尖峰具有足够的幅度，则尖峰可能会导致开关过早终止，并可能引起振荡。图1示出了常规的电源转换器10的部分，其包括用于向峰值电流模式控制(PCMC)控制器12提供电流信号的电流感测电阻器RCS。电源转换器包括输入电压源Vin、初级绕组或电感器PW1、主开关Q1和电流感测电阻器RCS。电流感测电阻器RCS经由滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf耦合至PCMC控制器12的电流感测输入节点或引脚CS。PCMC控制器12包括主开关控制输出节点或引脚OUT，其耦合至主开关Q1的栅极以控制主开关的操作。图1示出了节点14处的电压的曲线图15，其是电流感测电阻器RCS上的电压，其与通过初级绕组PW1和主开关Q1的电流成比例。如图所示，存在由主开关Q1的导通引起的前沿尖峰13。信号由滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf滤波，并提供给PCMC控制器的电流感测引脚CS。图1所示的曲线图17示出了节点16处的理想波形。实际上，尖峰13不能被滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf完全滤波。图2示出了图1中节点16在高负载和低线路状态(左)、中负载和中线路状态(中)以及最小负载和最大线路状态(右)时的电压22的曲线图20。可以看出，在最大线路和最小负载状态下，由主开关Q1导通引起的尖峰24支配着实际的电流水平(倾斜信号26)。因此，需要在所有工作状态下提高信噪比并减少或消除前沿尖峰，这有助于消除由于抗干扰性差而引起的意外脉冲跳跃。
技术实现思路
用于电源转换器的峰值电流模式控制(PCMC)控制器的电流感测电路，该电源转换器包括主开关，主开关包括主开关控制节点，并且PCMC控制器包括控制输出和电流感测输入节点，控制输出电耦合至主开关控制节点以控制主开关的操作，电流感测输入节点接收指示主开关的电流的电流信号，电流感测电路可以概括为包括电流感测电阻器、滤波电阻器、滤波电容器和主开关控制节点电阻器；电流感测电阻器与主开关串联电耦合；滤波电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至电流感测电阻器和主开关之间的节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点；滤波电容器电耦合至电流感测输入节点；主开关控制节点电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至主开关控制节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点。主开关可以包括MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至MOSFET开关的栅极。主开关可以包括N沟道MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至N沟道MOSFET开关的栅极。用于电源转换器的峰值电流模式控制(PCMC)控制器，该电源转换器包括具有初级绕组和次级绕组的主变压器，初级绕组电耦合至输入电压节点并电耦合至主开关，次级绕组电耦合至输出电压节点，PCMC控制器可以概括为包括控制输出节点、电流感测输入节点和电流感测电路，控制输出节点电耦合至主开关的主开关控制节点以控制主开关的操作；电流感测输入节点接收表示主开关的电流的电流信号；电流感测电路包括电流感测电阻器、滤波电阻器、滤波电容器和主开关控制节点电阻器，电流感测电阻器与主开关串联电耦合；滤波电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至电流感测电阻器和主开关之间的节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点；滤波电容器电耦合至电流感测输入节点；主开关控制节点电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至主开关控制节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点。PCMC控制器可以利用脉冲宽度调制(PWM)进行控制。电源转换器可以概括为包括变压器、初级电路和峰值电流模式控制(PCMC)控制器，变压器具有初级绕组和次级绕组，初级绕组电耦合至输入电压节点，并且次级绕组电耦合至输出电压节点；初级电路电耦合至初级绕组，初级电路包括主开关；峰值电流模式控制(PCMC)控制器包括控制输出节点、电流感测输入节点和电流感测电路，控制输出节点电耦合至主开关的主开关控制节点以控制主开关的操作；电流感测输入节点接收表示主开关的电流的电流信号；电流感测电路包括电流感测电阻器、滤波电阻器、滤波电容器和主开关控制节点电阻器，电流感测电阻器与主开关串联电耦合；滤波电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至电流感测电阻器和主开关之间的节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点；滤波电容器电耦合至电流感测输入节点；主开关控制节点电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至主开关控制节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点。电源转换器可以是反激转换器。电源转换器可以是正激转换器。电源转换器可以是混合式DC-DC转换器或在印刷电路板(PCB)上构建的DC-DC转换器。电源转换器可以是升压转换器。电源转换器可以是降压转换器。电源转换器可以是隔离的电源转换器。电源转换器可以是非隔离电源转换器。主开关可以包括MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至MOSFET开关的栅极。主开关可以包括N沟道MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至N沟道MOSFET开关的栅极。附图说明在附图中，相同的附图标记表示相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度不必按比例绘制，并且这些元件中的一些可以任意放大和定位以提高绘图的清晰度。此外，所描绘的元件的特定形状并不一定旨在传达有关特定元件的实际形状的任何信息，并且可能仅是为了便于在附图中识别而选择的。图1是实现峰值电流模式控制(PCMC)控制方案的常规的电源转换器的一部分的示意性电路图。图2是表示在高负载和低线路状态(左)、中负载和中线路状态(中)以及最小负载和最大线路状态(右)期间的使用PCMC控制方案的常规的电源转换器的电流感测信号的曲线图。图3是用于实现PCMC控制方案的电源转换器的常规的电流感测电路的示意性电路图。图4是根据一种非限制性示出的实施方式实现PCMC控制方案的电源转换器的示意性电路图。图5是根据一种非限制性示出的实施方式实现PCMC控制方案的电源转换器的示意性电路图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电源转换器的峰值电流模式控制控制器的电流感测电路，所述电源转换器包括主开关，所述主开关包括主开关控制节点，并且所述峰值电流模式控制控制器包括控制输出和电流感测输入节点，所述控制输出电耦合至所述主开关控制节点以控制所述主开关的操作，所述电流感测输入节点接收指示所述主开关的电流的电流信号，所述电流感测电路包括：/n电流感测电阻器，与所述主开关串联电耦合；/n滤波电阻器，包括第一端子和第二端子，所述第一端子电耦合至所述电流感测电阻器和所述主开关之间的节点，所述第二端子电耦合至所述电流感测输入节点；/n滤波电容器，电耦合至所述电流感测输入节点；以及/n主开关控制节点电阻器，包括第一端子和第二端子，该第一端子电耦合至所述主开关控制节点，该第二端子电耦合至所述电流感测输入节点。/n

【技术特征摘要】
20190619 US 16/446,2981.用于电源转换器的峰值电流模式控制控制器的电流感测电路，所述电源转换器包括主开关，所述主开关包括主开关控制节点，并且所述峰值电流模式控制控制器包括控制输出和电流感测输入节点，所述控制输出电耦合至所述主开关控制节点以控制所述主开关的操作，所述电流感测输入节点接收指示所述主开关的电流的电流信号，所述电流感测电路包括：
电流感测电阻器，与所述主开关串联电耦合；
滤波电阻器，包括第一端子和第二端子，所述第一端子电耦合至所述电流感测电阻器和所述主开关之间的节点，所述第二端子电耦合至所述电流感测输入节点；
滤波电容器，电耦合至所述电流感测输入节点；以及
主开关控制节点电阻器，包括第一端子和第二端子，该第一端子电耦合至所述主开关控制节点，该第二端子电耦合至所述电流感测输入节点。


2.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中，所述主开关包括MOSFET开关，并且所述主开关控制节点电阻器的所述第一端子电耦合至所述MOSFET开关的栅极。


3.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中，所述主开关包括N沟道MOSFET开关，并且所述主开关控制节点电阻器的所述第一端子电耦合至所述N沟道MOSFET开关的栅极。


4.用于电源转换器的峰值电流模式控制控制器，所述电源转换器包括具有初级绕组和次级绕组的主变压器，所述初级绕组能够电耦合至输入电压节点并电耦合至主开关，所述次级绕组能够电耦合至输出电压节点，所述峰值电流模式控制控制器包括：
控制输出节点，电耦合至所述主开关的主开关控制节点以控制所述主开关的操作；
电流感测输入节点，接收表示所述主开关的电流的电流信号；以及
电流感测电路，包括：
电流感测电阻器，与所述主开关串联电耦合；
滤波电阻器，包括第一端子和第二端子，所述第一端子电耦合至所述电流感测电阻器和所述主开关之间的节点，所述第二端子电耦合至所述电流感测输入节点；
滤波电容器，电耦合至所述电流感测输入节点；以及
主开关控制节点电阻器，包括第一端子和第二端子，该第一端子电耦合至所述主开关控制节点，该第二端子电耦合至所述电流感测输入节点。


5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：库温·拉姆，索万·桑，莱斯利·卡夫，米克尔·托马斯，
申请(专利权)人：克兰电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US