CN101908829B - 电源控制器 - Google Patents

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Abstract

示例控制器，包括：第一、第二和第三输入；时延斜波发生器；以及驱动信号发生器。所述第一、第二和第三输入被耦合，以分别接收输入电压读出信号、输出电压读出信号以及输入电流读出信号。所述驱动信号发生器被耦合，以接收由输入电荷控制信号发生器所生成的输入电荷控制信号以及由时延斜波发生器所生成的时延斜波信号。所述输入电荷控制信号是响应于所述输入电流读出信号的积分乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率而生成的，其中所述驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号被耦合，以控制电源的开关从而调节该电源的输出。

Description

电源控制器
技术领域
本发明总体上涉及电源，更具体而言，本发明涉及用于对电源的输出作调节的控制电路。
背景技术
在典型的开关模式（switched-mode）电源应用中，ac-dc电源从普通的ac插座接收介于100伏特和240伏特rms(均方根)之间的输入。该电源中的开关被控制电路接通和断开以提供已调节的输出，该输出可适于向例如用于照明的发光二极管（LED）提供电流。该已调节的输出典型地是已调节的dc电流，而该LED处的电压典型地小于40伏。
向LED提供已调节的电流的ac-dc电源典型地必须满足对功率因子、流电隔离（galvanic isolation）和效率的要求，如下文所解释的。设计者面临以最低成本提供满意方案的挑战。
该插座提供ac电压，该ac电压具有符合振幅（magnitude）、频率和谐波内容（harmonic content）标准的波形。然而，从该插座引出的电流是由接收该ac电压的电源的特性所确定的。在许多应用中，监管机构为可从ac插座引出的电流的特定特性设置了标准。例如，一个标准可对ac电流的特定频率分量的振幅设置限制。在另一个实施例中，一个标准可根据插座提供的功率的量来限制该电流的rms值。功率在本语境中是指能量被消耗的速率，典型地以单位瓦特来计量。
所有这些针对ac电流的标准的总体目标是为了降低分配ac功率的系统上的负荷，该系统有时也被称作电力网（power grid）。处于ac电压的基频以外的频率的电流分量——有时也被称作谐波分量——不做有用功，但是电力网必须具有足以提供它们的容量，且必须耐受与它们相关的损耗。谐波分量通常使理想电流波形失真，以使其具有比递送所需功率所必需的高得多的最大值。如果电力网不具有足以提供谐波分量的容量，则电压的波形将在与电流的失真波形的峰值相重合的时候降到不可接受的值。最期望的ac电流具有处于ac电压的基频的单个频率分量。理想电流将具有这样的rms值，其等于来自插座的功率的值除以电压的rms值。换句话说，当电流具有理想特性时，rms电压与rms电流的乘积将等于来自插座的功率。
功率因子（power factor）是ac电流与理想状态的接近程度的度量。功率因子就是，来自插座的功率除以rms电流与rms电压的乘积。功率因子为100%是理想的。具有除了ac电压的基频之外的频率分量的电流将产生小于100%的功率因子，因为这样的分量增加了rms值却对输出功率无贡献。ac电压的基频在世界上的不同地区典型地是50Hz或60Hz。例如，ac电压的基频在北美和台湾是标称60Hz，而在欧洲和中国则是50Hz。
由于接收ac电压的电源确定了ac电流的特性，所以电源常常在其输入处使用专用的有源电路，以维持高的功率因子。在其输入处仅使用普通无源整流器电路的电源典型地具有低的功率因子，在某些实施例中小于50%，然而典型地需要基本大于90%的功率因子，以满足输入电流的标准，例如国际电工委员会（IEC）标准IED61000-3-2。虽然某些地区的监管机构可推行这些标准，但消费设备制造商常常自发地将他们的产品设计为满足或超越功率因子标准，以实现竞争优势。因此，例如用于LED的ac-dc电源典型地必须包括功率因子校正。
安全机构通常要求电源在输入和输出之间提供流电隔离（galvanic isolation）。流电隔离防止dc电流在电源的输入和输出之间流动。换句话说，施加在具有流电隔离的电源的输入端和输出端之间的高的dc电压将不会在该电源的输入端和输出端之间产生dc电流。对流电隔离的要求是电源成本的一个因素。
具有流电隔离的电源必须维持一个隔离屏障（isolationbarrier），该隔离屏障将输入与输出在电学上隔离。能量必须被传递穿过隔离屏障才能将功率提供到输出，且在许多情况下，反馈信号形式的信息被传递穿过隔离屏障以对输出进行调节。流电隔离典型地是用电磁和电光器件实现的。电磁器件——诸如变换器（transformer）和耦合电感（coupled inductor）——通常被用于在输入和输出之间传递能量以提供输出功率，而电光器件通常被用于在输出和输入之间传递信号以控制输入和输出之间的能量传递。
一个为具有流电隔离的ac-dc电源提供高功率因子的普通方案使用两级功率转换：没有流电隔离的一级对ac输入电流塑形以维持高的功率因子，从而为功率转换的第二级提供中间输出，所述第二级具有带控制电路的流电隔离以调节最终输出。使用不止一级的功率转换增加了系统的成本和复杂度。
降低电源成本的努力一直聚焦于除去电光器件及其关联电路。替代方案通常使用具有多个绕组的单个能量传递元件——诸如变换器或耦合电感，以向输出提供能量，并且也获得对控制该输出所必需的信息。成本最低的配置典型地将控制电路和高压开关布置在隔离屏障的输入侧。控制器通过对能量传递元件的绕组处的电压的观察，间接地获得关于输出的信息。提供该信息的绕组也位于隔离屏障的输入侧。为了进一步降低成本和复杂度，控制器也可使用能量传递元件的同一绕组来向该控制器提供能量，并且也获得关于到电源的输入的信息。
隔离屏障的输入侧有时被称为初级侧，而隔离屏障的输出侧有时被称为次级侧。未与初级侧流电隔离的能量传递元件的绕组也是初级侧绕组，有时被称为初级参考绕组（primary reference winding）。初级侧上的、耦合到输入电压并且从输入电压接收能量的绕组，有时被简单地称为初级绕组。向初级侧上的电路递送能量的其他初级参考绕组可具有描述其主要功能的名称，例如偏置绕组（bias winding），或者例如读出绕组（sense winding）。与初级侧绕组流电隔离的绕组是次级侧绕组，有时被称为输出绕组。
虽然使用隔离屏障输入侧的绕组来间接地获得关于流电隔离输出电压的信息是相当明了的，但间接地获得关于流电隔离输出电流的信息则是一项不同的挑战。在许多电源拓扑结构中，仅靠对输入绕组中的电流的测量不足以确定输出电流。用于测量输出电流的传统方案通常包括电流到电压的转换，该转换浪费功率并且使用昂贵的部件来将信号传过隔离屏障。因此，传统方案不能令人满意地在ac-dc转换器中以低成本实现具有高效率和高功率因子的流电隔离。
发明内容
本发明提供了一种电源控制器，包括：第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；输入电荷控制信号发生器，其被耦合以响应于所述输入电流读出信号的积分以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成输入电荷控制信号；以及驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
优选地，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
优选地，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
优选地，所述控制器还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
优选地，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括积分器，该积分器被耦合以对所述输入电流读出信号进行积分，从而生成输入电荷信号。
优选地，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括算术运算器电路，该算术运算器电路被耦合以对所述输入电压读出信号、所述输出电压读出信号和所述输入电荷信号进行乘、除或缩放运算，从而生成所述输入电荷控制信号。
优选地，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括算术运算器电路，该算术运算器电路被耦合以对所述输入电压读出信号、所述输出电压读出信号和所述输入电流读出信号进行乘、除或缩放运算，从而生成已缩放的电流信号，该已缩放的电流信号响应于：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率。
优选地，其中所述已缩放的电流信号是：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率所得的乘积，该乘积进一步被乘以缩放因子。
优选地，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括积分器，该积分器被耦合以对所述已缩放的电流信号进行积分，从而生成所述输入电荷控制信号。
优选地，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
优选地，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
本发明还提供了一种电源控制器，包括：第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；积分器，其被耦合以对所述输入电流读出信号进行积分，以生成输入电荷信号；算术运算器电路，其被耦合以响应于所述输入电荷信号以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成输入电荷控制信号；以及驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
优选地，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
优选地，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
优选地，所述控制器还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
优选地，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
优选地，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
本发明还提供了一种电源控制器，包括：第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；算术运算器，其被耦合以响应于所述输入电流读出信号以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成已缩放的电流信号；积分器，其被耦合以对所述已缩放的电流信号进行积分，以生成输入电荷控制信号；以及驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
优选地，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
优选地，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
优选地，所述控制器还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
优选地，其中所述已缩放的电流信号是：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率所得的乘积，该乘积进一步被乘以缩放因子。
优选地，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
优选地，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
附图说明
参考下列附图描述了本发明的非限制性和非穷举性的实施方案和实施例，其中在各视图中，相似的标号指的是相似的部分，除非另有说明。
图1是根据本发明的教导的ac-dc电源的功能方框图，该电源包括一个用于维持高功率因子而又调节输出电流的控制器。
图2是根据本发明的教导的ac-dc电源的功能方框图，该电源包括另一个用于维持高功率因子而又调节输出电流的控制器。
图3是根据本发明的教导的一个示例算术运算器电路的示意图。
图4是来自图1和图2的电路的信号的波形的时序图。
图5是根据本发明的教导的一个示例ac-dc反激式电源（flybackpower supply）的功能方框图，该电源包括另一个提供高功率因子而又调节输出电流的控制器。
图6是根据本发明的教导的用于控制一个提供高功率因子而又调节输出电流的单级ac-dc电源的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的说明中，列出了诸多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而显然，对于本领域普通技术人员而言，无需采用这些具体细节来实践本发明。在其他情况下，公知的材料或方法未被详细描述，以避免模糊本发明。
在本说明书全文中，“一个（one）实施方案”“一（a）实施方案”“一个实施例”或“一实施例”的意思是，关乎该实施方案或实施例的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文中各处出现的词组“在一个实施方案中”“在一实施方案中”“一个实施例”或“一实施例”并不必然全都指同一个实施方案或实施例。此外，在一个或多个实施方案或实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的组合和/或子组合被结合。另外，应理解，随此提供的附图是为了向本领域普通技术人员作解释，且这些附图不必然按比例绘出。
图1的功能方框图示出了ac-dc电源100的一个实施例，该电源接收ac输入电压VAC102，该电压具有周期为TL的基本正弦波形，该周期是ac线周期（line period）。图1的示例电源100具有ac输入电流IAC104。
在图1的示例电源中，全波电桥整流器106产生dc已整流电压（rectified voltage）VRECT112，该电压被dc-dc转换器116接收。已整流电压VRECT112相对于输入返回（input return）108而言是正的。Dc-dc转换器116具有输入电流IIN114，该电流具有周期为TS的脉动波形，该周期是开关周期（switching period）。开关周期TS远小于ac线周期TL。开关周期TS是开关频率的倒数，而ac线周期TL是ac线频率的倒数。在一个实施例中，开关周期TS是大约15微秒，而ac线周期TL是大约20毫秒。换句话说，ac线周期TL典型地比开关周期TS大大约1000倍，从而在一个ac线周期内典型地有大约1000个开关周期。
在图1的示例电源中，一个耦合在电桥整流器106的dc端的小电容器C1110为输入电流IIN114的脉冲提供低阻抗源。电容器C1110过滤了输入电流IIN114的高频分量，使得ac输入电流IAC104的振幅随时都基本是dc输入电流IIN114的平均值（average），该平均值是在开关周期TS上取的。电容器C1110足够小，以允许已整流电压VRECT112在每个ac线周期TL内两次变成基本为零。
图1的实施例中的dc-dc转换器116由控制器132控制，以调节基本直流的输出电流IO124，该输出电流在负载128处产生输出电压VO126。输出电压VO126相对于输出返回130而言是正的。在一个实施例中，负载128是LED装置。
Dc-dc转换器116典型地包括至少一个开关118、至少一个耦合电感120和至少一个电容器122。所有具有脉动输入电流、典型地用于提供流电隔离输出的标准转换器配置，例如反激式转换器以及例如降压转换器（buck converter）的许多变体，可由图1的实施例中的dc-dc转换器块116代表的开关、耦合电感和电容器装置来实现。
具备dc-dc转换器116和控制器132的功能的各种部件无需局限于图1的示例电源100中所绘方框。个体部件在本公开内容中被分成可轻易识别的区域以帮助解释本发明。因此，例如，当一个部件——诸如开关118——与关联于一种不同功能的电路物理地位于一起时，开关118仍可被视为dc-dc转换器116的一个元件。例如，开关118可以与电桥整流器106封装到一起，或者开关118可以与控制器132的电路一起包括在一个集成电路中，该集成电路被制造为或者是混合（hybrid）集成电路，或者是单片（monolithic）集成电路。
在图1的实施例中，控制器132接收输入电流读出信号（inputcurrent sense signal）UIN134，该信号代表dc输入电流IIN114。控制器132也接收一个输入电压读出信号URECT136，该信号代表已整流输入电压VRECT112。控制器132也接收一个输出电压读出信号UOSENSE，该信号代表输出电压VO126。
在此公开内容中描述的实施方案可使用许多技术以将输入电流IIN114作为电流读出信号UIN134来读出。例如，输入电流可被读出为：分立电阻器上的电压；或者来自电流变换器的电流；或者当输入电流与金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中的电流相等时，跨越该晶体管的导通电阻的电压；或者来自电流敏感场效应晶体管（senseFET）的读出输出（sense output）的电流。因此，本公开内容将省略对dc输入电流IIN114进行读出的技术的具体实施例。
在图1的实施例中，包括在dc-dc转换器116中的开关118响应于从控制器132接收到的驱动信号160。在图1的实施例中，驱动信号160是在一个开关周期TS内可以为高或低的逻辑信号。在一个实施例中，当驱动信号160为高时，开关118是闭合的，而当驱动信号160为低时，开关118是断开的。闭合的开关有时被称为处于开态（onstate）。断开的开关有时被称为处于关态（off state）。换句话说，开着的开关是闭合的，关着的开关是断开的。在图1的实施例中，dc输入电流IIN114是一个脉动电流，其当驱动信号160为低时基本为零。
应理解，输入电流读出信号UIN134、输入电压读出信号URECT136，以及输出电压读出信号UOSENSE138，可以是分别与dc输入电流IIN114、已整流输入电压VRECT112以及输出电压VO126有已知关系的任何信号。例如，电压可作为电流信号而被读出，电流可作为电压信号而被读出。
控制器132包括一个振荡器144，其提供了时序信号（timingsignal），例如设置了开关周期TS的持续时间的时钟信号152，并且也可提供在图1中未示出的其他时序信号。算术运算器电路140接收输入电流读出信号UIN134、输入电压读出信号URECT136以及输出电压读出信号UOSENSE138，以产生已缩放的电流信号（scaled currentsignal）146，该已缩放的电流信号是如下的乘积：输入电流读出信号UIN134乘以输入电压读出信号URECT136与输出电压读出信号UOSENSE138的比率（ratio），再乘以常数缩放因子K1。
控制器132也包括可复位的积分器148。可复位的积分器148对已缩放的电流信号146进行积分，以产生输入电荷控制信号UQ158。从而，算术运算器电路140和可复位的积分器148组成了一个输入电荷控制信号发生器。输入电荷控制信号UQ158与在开关周期期间由dc-dc转换器116接收到的电荷成正比例（directly proportional）。输入电荷控制信号UQ158可被以另一个常数缩放因子K2缩放。在图1的实施例中，可复位的积分器148接收时钟信号152，以将该积分器复位并且开始积分。
在一个实施例中，可复位的积分器148可包括电容器、电流源和开关。该电流源，用表示待积分信号的值，在积分期间对该电容器充电。当该积分器被复位时，该开关使该电容器放电。可复位的积分器148的其他实施例可包括更复杂的特征，包括将该积分器复位到一个不必然为零的已知值，使得该电容器在积分期间的充电发生在该电容器的线性工作范围之内。在另一个实施例中，可复位的积分器148可以是双向积分器（two-way integrator）。也即，可复位的积分器148可通过在一个开关周期TS期间对电容器充电来积分，并且然后可通过在后继开关周期中将该电容器放电来积分。这样的双向积分器在期望驱动信号160具有高的最大占空比（例如，99%-100%）的应用中会是有用的。
在图1的实施例中，包括在控制器132中的时延斜波发生器（delayed ramp generator）142提供了时延斜波信号UDR154。时延斜波信号UDR154典型地是包括分段的线性段（piecewise linearsegments）的信号，其具有为达到来自特定dc-dc转换器的期望功率因子而选择的特性。对于反激式转换器，例如，时延斜波信号UDR154的波形可在开关周期之初具有一个振幅大于零的短的水平段，随之是长得多的一段，该段在下一开关周期之前以恒定斜率降到零。对于降压转换器，例如，时延斜波信号UDR154的波形可在短的水平段之后具有两个以不同斜率线性下降的段。在一个实施例中，时延斜波信号UDR154包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。该时延斜波信号的生成典型地是通过将三角波形的各部分求和来完成的，所述三角波形或是为此目的而生成的，或是从该控制器中的其它电路可轻易得到的。
图1的实施例的控制器132中的驱动信号发生器（也即，比较器156）将输入电荷控制信号UQ158与时延斜波信号UDR154相比较，以产生驱动信号160。在一个实施例中，当输入电荷控制信号UQ158小于时延斜波信号UDR154时，驱动信号160处于高态，当输入电荷控制信号UQ158大于时延斜波信号UDR154时，驱动信号160处于低态。
在图1的实施例中，控制器132内的功能块可被不同地布置，以按照一个不同的顺序来处置信号以产生相同的结果，如图2的实施例中所示。图2示出了控制器132内的另一功能布置。在图2的实施例中，输入电流读出信号UIN134首先被可复位的积分器148积分和缩放，以产生输入电荷信号UINQ205。然后，算术运算器电路140接收输入电荷信号UINQ205以产生输入电荷控制信号UQ158，该输入电荷控制信号通过比较器156被与时延斜波信号UDR154相比较，如同在图1的实施例中一样。
在图1和图2的实施例中，控制器132内的个体输入信号也可被不同地组合及布置，以产生相同的结果。例如，在将时延斜波信号UDR154与输入电荷控制信号UQ158直接比较的替代布置中，可从输入电荷控制信号UQ158中减去时延斜波信号UDR154，并将该差值与一恒定水平比较。在数学上，这一替代方案只是从比较器156的两个输入减去了相同的信号（时延斜波信号UDR154）。
图3示出了一个示例电路300，该电路可执行图1和图2的算术运算器电路的功能。
在图3的电路中，双极NPN晶体管330、320、325和355是匹配的。以非常好的近似，双极晶体管的基极－射极电压与集电极电流的自然对数成正比例。也即，对于所研究区域中的实用值，
V BE ≈ V T ln ( I C I S )     等式1
其中VBE是基极-射极电压，VT是由物理常数固定的热电压（thermalvoltage），IC是集电极电流，而IS是该晶体管的基极-射极结的反向饱和电流。对于图3中的电路，
VBE1+VBE2＝VBE3+VBE4    等式2
因此，在所有晶体管的基极电流都可忽略的情况下，等式(1)的关系要求电流IX305和IY360通过下式关联
I Y = I C 2 I C 3 I X     等式3
换句话说，将等式(1)的对数关系应用到图3的电路，显示出，输入电流Ix305被乘以电流源310和335的值IC2。也可显示出，输入电流Ix305被除以电流源315和340的值IC3。因此，当IX305与第一信号成比例，而电流源310和335与第二信号成比例时，可通过图3中的电路实现两信号的相乘。当电流源315和340与第三信号成比例时，可实现与第三信号的倒数的相乘。图3的示例电路的许多合适的变体在本领域中是公知的。
在一个实施例中，电流源IC2310和335是由输入电压读出信号URECT136所控制的可变电流源，而电流源IC3315和340是由输出电压读出信号UOSENSE所控制的可变电流源。因此，由于输入电流Ix与输入电荷读出信号UINQ205成正比例，根据图2的实施例，输出电流IY代表输入电荷控制信号UQ158。
图4是图1和图2的控制器132中的信号针对两个完整的开关周期405和410的时序图400。用于定时的一种方便的参考信号是时钟信号152。在示例时序图400中，时钟信号154的下降沿标记了开关周期。例如，开关周期405始于时刻t0415，止于时刻t3430，而开关周期410始于时刻t3430，止于时刻t4435。
在图4的示例时序图400中，驱动信号（“门（GATE）”）160在开关周期405之初变为高，以闭合dc-dc转换器116中的开关118。在开关118为闭合时，dc-dc转换器116可接收dc输入电流IIN114。时序图400示出了时延斜波信号UDR154，其在开关周期405开始之后的一时延时间TD440处于恒定正值，然后在时钟信号152的上升沿处的时刻t2425线性地降至零。如图4所示，时延斜波信号UDR154包括基本零斜率的第一段445，随之是具有有限的线性斜率的第二段450。
在图4的实施例中，时钟信号152的下降沿在时刻t0415、t3430和t4435将可复位的积分器148复位，以将输入电荷控制信号UQ158带到零值。Dc-dc转换器116在驱动信号160为高时接收dc输入电流IIN114，如输入电流读出信号UIN134所指示。输入电荷控制信号UQ158随着可复位的积分器将输入电流读出信号UIN134积分而增加。
示例时序图400示出了，当输入电荷控制信号UQ158小于时延斜波信号UDR154时，驱动信号160保持为高。在图4中，在输入电荷控制信号UQ158变得与时延斜波信号UDR154相等之后，驱动信号160变为低。换句话说，从开关周期TS405之初的时刻t0415，直到输入电荷控制信号UQ158在时刻t1420升至时延斜波信号UDR154的值，开关118为闭合。当输入电荷控制信号UQ在时刻t1420达到时延斜波信号UDR154的值时，开关118在开关周期TS405的剩余时间为断开。
由于时延斜波信号UDR154在时刻t1420是下降的，所以输入电荷信号UQ158在时刻t1420和开关周期TS405之末之间变得大于时延斜波信号UDR154。因此，当输入电荷信号UQ158的值变得大于时延斜波信号UDR154的值时，控制器132断开开关118。
图5示出了电源500中的集成电路控制器585的一个实施例，其包括被公知为反激式转换器的特定dc-dc转换器。图5的示例反激式转换器包括一个能量传递元件，其是一个耦合电感T1535，有时被称为变换器。耦合电感T1535具有一个初级绕组525，该初级绕组的一端耦合到已整流输入电压VRECT112。耦合电感T1535具有一个次级绕组530，该次级绕组的一端耦合到输出返回130。耦合电感T1135具有一个读出绕组550，该读出绕组的一端耦合到输入返回108。
图5的示例电源500将dc-dc转换器的开关S1118包括在了集成电路控制器585中。图5的实施例中的开关S1118耦合到初级绕组525的一端。开关S1118响应于驱动信号160而断开和闭合。在一个实施例中，开关S1118可以是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。在另一个实施例中，开关S1118可以是双极结型晶体管（BJT）。在又一个实施例中，开关S1118可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。跨越初级绕组525耦合了一个箝位电路520，以在开关S1断开时限制跨越初级绕组525的电压。
在图5的示例电源500中，控制器585响应于输入电压读出信号136、输出电压读出信号138以及输入电流读出信号134，来生成驱动信号160。在本领域中用于读出开关中电流的几种方法中的任何一种都可提供电流读出信号134。在图5的示例电源中，输入电流读出信号134是电流IS565，其代表开关S1118中的电流ID595的值。在图5的示例电源中，当开关S1118为闭合时，电流ID595与dc输入电流IIN114相同。
图5的示例电源500中的控制器585将输入电压读出信号URECT136作为电流IRECT590来接收，该电流代表已整流输入电压VRECT112的峰值。电容器C2510通过二极管505充电至已整流电压VRECT112的峰值。电容器C2510通过电阻器R1515放电，其放电速率允许电流IRECT590在半个ac线周期TL期间的变化是可忽略的。因此，图5的示例电源500中的示例控制器585响应于已整流输入电压VRECT112的峰值。
在图5的示例电源500中，开关S1118的切换在次级绕组530中产生脉动电流。次级绕组530中的电流被二极管D1540整流并且被电容器C3545滤波，以产生一个基本直流的输出电压VO126和一个输出电流IO135，所述输出电压和输出电流被提供给图5中未示出的一个负载。
图5的示例电源500中的耦合电感T1535包括一个偏置绕组550。偏置绕组550中的电流被二极管555整流并且被电容器570滤波，以产生一个基本直流的电压VB570，其代表输出电压VO126。
图5的示例电源500中的控制器585通过反馈电阻器RFB580将输出电压读出信号UOSENSE138作为反馈电流IFB575来接收，其代表输出电压VO126。利用针对输入电流读出信号UIN134、输入电压读出信号URECT138以及输出电压读出信号UOSENSE138而描述的这些输入，图5的示例电源500中的控制器585以与图1的示例控制器132相同的方式运行。
图6是用于控制电源以产生高功率因子连同已调节的输出电流的方法的流程图。
在步骤605开始之后，在步骤615对输入电压和输出电压进行读出。步骤620为积分步骤设置初始值。接下来，在步骤625将开关闭合，从而允许输入电流流动。当该开关为闭合时，在步骤630对输入电流进行读出。在步骤635，用所读出的输入电压与所读出的输出电压的比率对所读出的输入电流进行缩放。在步骤640生成时延斜波信号。
在步骤645，已缩放的输入电流被积分。在步骤650，已缩放的输入电流的积分被与时延斜波相比较。如果已缩放的输入电流的积分小于时延斜波信号，则输入电流被允许继续流动，而积分行为在步骤625至650继续。如果已缩放的输入电流的积分不小于时延斜波信号，则在步骤655输入电流终止，且该过程转到步骤615继续。

Claims (26)

1.电源控制器，包括：
第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；
第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；
第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；
时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；
输入电荷控制信号发生器，其被耦合以响应于所述输入电流读出信号的积分以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成输入电荷控制信号；以及
驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
4.根据权利要求1所述的控制器，还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括积分器，该积分器被耦合以对所述输入电流读出信号进行积分，从而生成输入电荷信号。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括算术运算器电路，该算术运算器电路被耦合以对所述输入电压读出信号、所述输出电压读出信号和所述输入电荷信号进行缩放运算，从而生成所述输入电荷控制信号。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中所述缩放运算包括乘或除。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括算术运算器电路，该算术运算器电路被耦合以对所述输入电压读出信号、所述输出电压读出信号和所述输入电流读出信号进行缩放运算，从而生成已缩放的电流信号，该已缩放的电流信号响应于：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述缩放运算包括乘或除。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述已缩放的电流信号是：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率所得的乘积，该乘积进一步被乘以缩放因子。
11.根据权利要求8所述的控制器，其中所述输入电荷控制信号发生器还包括积分器，该积分器被耦合以对所述已缩放的电流信号进行积分，从而生成所述输入电荷控制信号。
12.根据权利要求1所述的控制器，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
13.根据权利要求1所述的控制器，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
14.电源控制器，包括：
第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；
第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；
第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；
时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；
积分器，其被耦合以对所述输入电流读出信号进行积分，以生成输入电荷信号；
算术运算器电路，其被耦合以响应于所述输入电荷信号以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成输入电荷控制信号；以及
驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
15.根据权利要求14所述的控制器，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
17.根据权利要求14所述的控制器，还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
18.根据权利要求14所述的控制器，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
19.根据权利要求14所述的控制器，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
20.电源控制器，包括：
第一输入，其待被耦合以接收输入电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输入电压；
第二输入，其待被耦合以接收输出电压读出信号，该信号代表所述电源的dc输出电压；
第三输入，其待被耦合以接收输入电流读出信号，该信号代表所述电源的输入电流；
时延斜波发生器，其被耦合以生成时延斜波信号；
算术运算器，其被耦合以响应于所述输入电流读出信号以及所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率，来生成已缩放的电流信号；
积分器，其被耦合以对所述已缩放的电流信号进行积分，以生成输入电荷控制信号；以及
驱动信号发生器，其被耦合以接收所述时延斜波信号和所述输入电荷控制信号并且调节所述电源的输出，其中，该驱动信号发生器响应于所述输入电荷控制信号和所述时延斜波信号而产生驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关。
21.根据权利要求20所述的控制器，其中所述时延斜波信号包括多个分段的线性段。
22.根据权利要求21所述的控制器，其中所述多个分段的线性段包括基本零斜率的第一段，随之是具有有限的线性斜率的第二段。
23.根据权利要求20所述的控制器，还包括振荡器，该振荡器被耦合以生成时钟信号，其中所述时延斜波信号是响应于该时钟信号而生成的。
24.根据权利要求20所述的控制器，其中所述已缩放的电流信号是：所述输入电流读出信号乘以所述输入电压读出信号与所述输出电压读出信号的比率所得的乘积，该乘积进一步被乘以缩放因子。
25.根据权利要求20所述的控制器，其中所述驱动信号发生器产生所述驱动信号，该驱动信号待被耦合以控制所述电源的开关从而调节所述电源的输出电流。
26.根据权利要求20所述的控制器，其中所述开关和所述控制器被集成到单个单片集成器件中。
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