CN102916586B - 用于开关电源变换器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于开关电源变换器的系统和方法。该系统包括:第一比较器,被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号;脉宽调制生成器,被配置为至少接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号;驱动器组件,被配置为接收调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流;以及电压改变率检测组件,被配置为采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号。

Description

用于开关电源变换器的系统和方法
技术领域
本发明涉及集成电路。更具体地,本发明提供了响应于负载改变的开关频率和峰值电流调节。仅仅作为示例,本发明已应用于反激式电源变换器。但是将认识到,本发明具有更广泛的应用范围。
背景技术
一般地,传统电源变换系统常常使用变压器来隔离初级侧上的输入电压和次级侧上的输出电压。为了调整输出电压,诸如TL431和光电耦合器之类的某些组件可被用来从次级侧向初级侧上的控制器芯片发送反馈信号。在另外一种方法中,次级侧上的输出电压还可通过磁耦合被反映到初级侧,因此通过直接调节初级侧上的一些参数来控制输出电压。
图1是示出具有初级侧感测和调整的传统反激式电源变换系统的简化示图。该电源变换系统100包括初级绕组110、次级绕组112、辅助绕组114、电源开关120、电流感测电阻器130、输出电缆的等效电阻器140、电阻器150和152以及整流二极管160。例如,电源开关120是双极型晶体管。在另一示例中,电源开关120是MOS晶体管。
为了在预定范围内调整输出电压,常常需要提取出与输出电压和输出负载有关的信息。在电源变换系统100中,这样的信息可以通过辅助绕组114来提取。当电源开关120被导通时,能量被存储在次级绕组112中。然后,当电源开关120截止时,所存储能量被释放到输出端子,并且辅助绕组114的电压如下所示这样来映射次级侧上的输出电压。
V FB = R 2 R 1 + R 2 × V aux = k × n × ( V o + V F + I o × R eq ) (式1)
其中,VFB表示节点154处的电压,并且Vaux表示辅助绕组114的电压。R1和R2分别表示电阻器150和152的电阻值。另外,n表示辅助绕组114与次级绕组112之间的匝数比。具体地,n等于辅助绕组114的匝数除以次级绕组112的匝数。Vo和Io分别表示输出电压和输出电流。此外,VF表示整流二极管160的前向电压,并且Req表示等效电阻器140的电阻值。此外,k表示反馈系数,如下所示:
k = R 2 R 1 + R 2 (式2)
图2是示出反激式电源变换系统100的传统操作机制的简化示图。如图2所示,变换系统100的控制器芯片使用采样保持机制。当次级侧上的退磁过程几乎完成并且次级绕组112的电流Isec几乎变为零时,辅助绕组114的电压Vaux例如在图2的点A处被采样。该采样电压值通常被保持直到下一电压采样被执行为止。通过负反馈环路,该采样电压值可以变得等于基准电压Vref。因此,
VFR=Vref    (式3)
组合等式1和3,可以获得下式:
V o = V ref k × n - V F - I o × R eq (式4)
基于等式4,输出电压随着输出电流的增大而减小。
然而,该电源变换系统100常常不能对输出负载改变提供快速而有效的响应。因此,非常希望改进初级侧感测和调整的技术。
发明内容
本发明涉及集成电路。更具体地,本发明提供了响应于负载改变的开关频率和峰值电流调节。仅仅作为示例,本发明已应用于反激式电源变换器。但是将认识到,本发明具有更广泛的应用范围。
根据一个实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括第一比较器、脉宽调制生成器、驱动器组件和电压改变率检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。脉宽调制生成器被配置为至少接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。此外,驱动器组件被配置为接收调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。另外,电压改变率检测组件被配置为采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,电压改变率检测组件还被配置为将第一经采样信号的大小与第二经采样信号相比较,第二调制周期在第一调制周期之后。该系统还被配置为判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件。如果一个或多个第一条件被满足,则该系统还被配置为增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括:接收第一输入信号和第二输入信号,处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息,以及至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。该方法还包括:至少接收第一比较信号,处理与第一比较信号相关联的信息,并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。另外,该方法包括:接收调制信号,处理与调制信号相关联的信息,并且向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。此外,该方法包括:采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号,并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,第二调制周期在第一调制周期之后。此外,该方法包括:判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件,并且如果一个或多个第一条件被满足,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括第一比较器、脉宽调制生成器、驱动器组件和电压改变率检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。脉宽调制生成器被配置为至少接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。此外,驱动器组件被配置为接收调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。另外,电压改变率检测组件被配置为采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,电压改变率检测组件还被配置为将第一经采样信号的大小与第二经采样信号相比较,第二调制周期在第一调制周期之后。该系统还被配置为:判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否大于第一阈值电压,第一阈值电压大于或等于零;如果第一经采样信号减去第二经采样信号被判定为大于第一阈值电压,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。该系统还被配置为:判断第二经采样信号减去第一经采样信号是否大于第二阈值电压,第二阈值电压大于或等于零;以及如果第二经采样信号减去第一经采样信号被判定为大于第二阈值电压,则减小调制频率和与初级电流有关的峰值大小。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括:接收第一输入信号和第二输入信号,处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息,并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。该方法还包括:至少接收第一比较信号,处理与第一比较信号相关联的信息,并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。另外,该方法包括接收调制信号,处理与调制信号相关联的信息,并且向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。此外,该方法包括采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号,并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,第二调制周期在第一调制周期之后。此外,该方法包括判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否大于第一阈值电压,第一阈值电压大于或等于零;并且如果第一经采样信号减去第二经采样信号被判定为大于第一阈值电压,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。另外,该方法包括判断第二经采样信号减去第一经采样信号是否大于第二阈值电压,第二阈值电压大于或等于零;并且如果第二经采样信号减去第一经采样信号被判定为大于第二阈值电压,则减小调制频率和与初级电流有关的峰值大小。
取决于实施例,可以获得这些益处中的一个或多个。参考下面的详细描述和附图可以全面地理解本发明的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出具有初级侧感测和调整的传统反激式电源变换系统的简化示图。
图2是示出该反激式电源变换系统100的传统操作机制的简化示图。
图3(A)和(B)是示出根据本发明实施例的作为恒压(CV)模式中的电源变换系统的输出电流的函数的峰值电流和开关频率的简化示图。
图4是示出根据本发明实施例的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。
图5是根据本发明实施例的具有恒压控制的开关模式电源变换系统400的简化时序图。
图6是示出根据本发明另一实施例的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。
图7是示出根据本发明又一实施例的具有电压补偿的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。
图8是示出根据本发明实施例的用于电源变换系统700的补偿电流生成器的简化示图。
图9是示出根据本发明又一实施例的具有偏移调制电流的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。
图10是根据本发明另一实施例的用于开关模式电源变换系统的简化时序图。
图11是示出根据本发明又一实施例的响应于输出电流变化动态地调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的某些组件的简化示图。
图12是示出根据本发明一个实施例的在电源变换系统中对开关频率和初级绕组的峰值电流的动态调节的简化流程图。
图13是根据本发明实施例的具有对开关频率和初级绕组的峰值电流的动态调节的开关模式电源变换系统的简化时序图。
图14是示出根据本发明又一实施例的电源变换系统的某些组件的简化示图。
图15是根据本发明又一实施例的如图14所示的开关模式电源变换系统的简化时序图。
图16是示出根据本发明又一实施例的电源变换系统的某些组件的简化示图。
图17是根据本发明又一实施例的如图16所示的电源变换系统的简化时序图。
具体实施方式
本发明涉及集成电路。更具体地,本发明提供了响应于负载改变的开关频率和峰值电流调节。仅仅作为示例,本发明已应用于反激式电源变换器。但是将认识到,本发明具有更广泛的应用范围。
参考图1和图2,与电源变换系统100的输出电压有关的信息通常在每个开关周期中仅被采样一次。开关周期与开关频率成反比,开关频率通常在无负载或轻负载条件时被设置得较低以降低功耗。但是,如果负载从无负载或轻负载变为满负载,则低的开关频率常常导致电源变换系统100的动态响应非常差。例如,如果开关频率在无负载或轻负载条件时为数百赫兹,则与电源变换系统100的输出电压有关的信息每数毫秒(msec)被采样一次。如果负载从无负载或轻负载变为满负载(例如,输出电流在满负载时变为1A),则输出电压可能下降到可接受水平以下,这是因为在例如数毫秒之后下一采样被执行之前控制器不会响应。解决此问题的一种方式是增大无负载或轻负载条件时的开关频率。但是,如果开关频率增大,则无负载或轻负载条件时的初级绕组的峰值电流应当被限制以使得输出电压不会超过可接受水平。尽管如此,其开关频率仍然不可能满足所需的动态响应。
图3(A)和(B)是示出根据本发明实施例的作为恒压(CV)模式中的电源变换系统的输出电流的函数的峰值电流和开关频率的简化示图。这些示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。曲线310表示作为输出电流(例如,Iout)的函数的开关频率(例如,Fsw),并且曲线320表示作为输出电流(例如,Iout)的函数的初级绕组的峰值电流(例如,Ipeak)。例如,如果Iout=I1,则该电源变换系统处于无负载条件,并且如果Iout=I6,则该电源变换系统处于满负载条件。在另一示例中,I1<I2<I3<I4<I5<I6
如图3(A)所示,根据一个实施例,如果I1≤Iout<I2,则开关频率(例如,Fsw)以斜率S1f随着输出电流(例如,Iout)改变,如果I2≤Iout<I5,则开关频率(例如,Fsw)以斜率S2f随着输出电流(例如,Iout)改变,并且如果I5≤Iout<I6,则开关频率(例如,Fsw)以斜率S3f随着输出电流(例如,Iout)改变。例如,斜率S1f,S2f和S3f中的每个大于零。
如图3(B)所示,根据另一实施例,如果I1≤Iout<I3,则每个开关周期(例如,Tsw)的峰值电流(例如,Ipeak)以斜率S1p随着输出电流(例如,Iout)改变,如果I3≤Iout<I4,则以斜率S2p改变,并且如果I4≤Iout<I6,则以斜率S3p改变。例如,斜率S1p和S3p均等于或大于零。在另一示例中,斜率S2p大于零。根据又一实施例,该电源变换系统在I1≤Iout<I3时利用脉冲-频率调制进行操作,在I3≤Iout<I4时利用脉冲-频率调制和脉宽调制两者进行操作,并且在I4 ≤Iout<I6时利用脉冲-频率调制进行操作。例如,斜率S1p和S3p均等于零,并且峰值电流(例如,Ipeak)以斜率S2p从Imin增大到Imax
图4是示出根据本发明实施例的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
电源变换系统400包括初级绕组1410、次级绕组1412、辅助绕组1414、开关1420(例如,双极型晶体管)、电流感测电阻器1430、输出电缆的等效电阻器1440、电阻器1450和1452以及整流二极管1460。另外,电源变换系统400还包括退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、比较器460、462和464、逻辑组件466、电阻器470和472以及电容器474。
例如,初级绕组1410、次级绕组1412、辅助绕组1414、开关1420、电流感测电阻器1430、等效电阻器1440、电阻器1450和1452以及整流二极管1460分别与初级绕组110、次级绕组112、辅助绕组114、开关120、电流感测电阻器130、等效电阻器140、电阻器150和152以及整流二极管160相同。在另一示例中,退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、比较器460、462和464、逻辑组件466、电阻器470和472以及电容器474位于芯片410上。在又一示例中,芯片410包括端子412、414和416。
图5是根据本发明实施例的具有恒压控制的开关模式电源变换系统400的简化时序图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
如图5所示,波形510表示作为时间的函数的开关1420的导通和截止条件,波形520表示作为时间的函数的斜坡信号(例如,Vramp),波形530表示作为时间的函数的放大信号431(例如,Vea),并且波形540表示作为时间的函数的反馈信号1455。另外,波形550表示作为时间的函数的感测信号461(例如,Vcs),波形552表示作为时间的函数的控制信号475(例如,Vp),并且波形554表示作为时间的函数的阈值信号473(例如,Vth_max)。
如图4和图5所示,根据一个实施例,与输出电压有关的信息通过辅助绕组1414被提取。例如,辅助绕组1414与电阻器1450和1452一起在节点1454处生成反馈信号1455(例如,与波形540相对应的VFB)。在另一示例中,反馈信号1455(例如,VFB)至少由退磁检测器420和采样开关424接收。
根据一个实施例,作为响应,退磁检测器420向指数生成器440输出信号421。例如,振荡器428也向指数生成器440输出时钟信号429。在另一示例中,指数生成器440生成如下的斜坡信号441(例如,与波形520相对应的Vramp):
V ramp ( n ) = ( V refb - V refa ) × e - ( n × T τ ) + V refa (式5)
其中,Vramp表示斜坡信号441的电压大小。另外,Vrefa和Vrefb均表示恒定电压电平。例如,Vrefa等于1V,Vrefb等于3V。此外,n表示以时钟周期的数目计算的从斜坡信号441的上次复位起斜坡信号441从Vrefb下降的时间。T是时钟信号429的时钟周期。τ是时间常数。具体地,如果0≤n≤64,则τ=128×T;如果64<n≤128,则τ=256×T;如果128<n≤256,则τ=512×T;并且如果256<n≤512,则τ=1024×T。
在一个实施例中,当开关1420截止时,存储在变压器中的能量被释放到输出端。例如,退磁过程开始,并且流经次级绕组1412的电流线性地倾斜下降。例如,当退磁过程几乎结束并且流经次级绕组1412的电流接近零时,采样信号423被采样控制器422生成来通过闭合采样开关424来对反馈信号1455(例如,与波形540相对应的VFB)采样。在另一示例中,在采样处理完成之后,采样开关424响应于采样信号423而断开。在又一示例中,所采样电压被保持在电容器426上,并被与基准电压Vref(例如2V)相比较。
根据一实施例,所采样/所保持电压与基准电压Vref之差被误差放大器430放大以生成放大信号431(例如,与波形530相对应的Vea)。根据另一实施例,放大信号431由电阻器470和比较器450的负输入端子接收。例如,电阻器470与电阻器472和电容器474一起来向比较器460输出控制信号475(例如,与波形552相对应的Vp)。在另一示例中,电阻器470和472以及电容器474形成补偿网络,该补偿网络对放大信号431执行衰减和低通滤波并且生成控制信号475。在又一示例中,比较器450还在正输入端子处接收斜坡信号441(例如,与波形520相对应的Vramp),并且作为响应,向触发器组件452发送输出信号451。
如图5所示,根据一个实施例,当退磁过程开始时,斜坡信号441(例如,与波形520相对应的Vramp)被恢复到初始值(例如,Vrefb),但是在退磁过程完成之后,斜坡信号441以指数方式下降。在另一实施例中,如果斜坡信号441在大小上变得小于放大信号431(例如,与波形530相对应的Vea),则比较信号451变为逻辑低电平,从而使得信号453变为逻辑高电平并且使得开关1420导通。
在另一实施例中,流经初级绕组1410的初级电流1411由电流感测电阻器1430感测,作为响应,电流感测电阻器1430向比较器460、462和464输出感测信号461(例如,与波形550相对应的Vcs)。例如,如果开关1420闭合(例如,被导通),则变压器存储能量并且初级电流1411线性地倾斜上升,从而使得初级电流感测信号461(例如,的Vcs)也线性地倾斜上升。在另一示例中,比较器460的正极端子接收控制信号475(例如,与波形552相对应的Vp),并且比较器460的负极端子接收感测信号461。在另一示例中,比较器462的正极端子接收阈值信号463(例如,与波形554相对应的Vth_max),并且比较器462的负极端子接收感测信号461。在又一示例中,比较器464的正极端子接收感测信号461,并且比较器464的负极端子接收阈值信号465(例如,在大小上比Vth_max小的Vth_min)。
在又一实施例中,比较器460、462和464分别生成比较信号471、473和479,所有这些信号都由逻辑组件466接收。例如,逻辑组件466作为响应生成逻辑信号467。
根据一个实施例,触发器组件452接收比较信号451和逻辑信号467,并且作为响应生成信号453。例如,如图5所示,如果比较信号451为逻辑低电平而逻辑信号467为逻辑高电平,则信号453为逻辑高电平,并且如果比较信号451为逻辑低电平而逻辑信号467也为逻辑低电平,则信号453为逻辑低电平。在另一示例中,如果逻辑信号467为逻辑低电平,则来自
Figure BSA00000552366500101
端子的信号453也为逻辑低电平以便使开关1420截止,而不管比较信号451为逻辑高电平还是逻辑低电平。在又一示例中,如果逻辑信号467为逻辑高电平并且比较信号451为逻辑低电平,则信号453为逻辑高电平以使得开关1420导通。
根据另一实施例,信号453由门驱动器454接收,门驱动器454经由端子412向开关1420输出驱动信号455(例如,经由端子412向双极型晶体管1420输出基极电流455)。例如,如果信号453为逻辑高电平,则驱动信号455使得开关1420闭合(例如,被导通,如波形510所示的)。在另一示例中,如果信号453为逻辑低电平,则驱动信号455使得开关720断开(例如,被截止,如波形510所示的)。
如图4和图5所示,根据一个实施例,输出负载(例如,输出电流)越大,放大信号431(例如,与波形530相对应的Vea)就变得越大,从而使得开关1420的截止时间(例如,Toff)变得越短并且使得开关频率(例如,Fsw)变得越高。根据另一实施例,输出负载(例如,输出电流)越小,放大信号431(例如,与波形530相对应的Vea)就变得越小,从而使得开关1420的截止时间(例如,Toff)变得越长并且使得开关频率(例如,Fsw)变得越低,如图3(A)所示。
根据又一实施例,逻辑组件466包括或(OR)门和其它组件。例如,如果控制信号475(例如,Vp)的大小小于阈值信号465(例如,Vth_min),则感测信号461(例如,与波形550相对应的Vcs)的峰值大小被限制为阈值信号465(例如,与波形556相对应的Vth_min)的大小,并且开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小保持恒定,而不管输出负载(例如,输出电流)如何,如图3(B)中I1≤Iout<I3时所示。
在另一示例中,如果控制信号475(例如,Vp)的大小大于阈值信号465(例如,Vth_min)但小于阈值信号463(例如,Vth_max),则感测信号461(例如,与波形550相对应的Vcs)的峰值大小被限制为控制信号475(例如,与波形552相对应的Vp)的大小。例如,控制信号475(例如,Vp)的大小随着输出负载(例如,输出电流)而增大;因此开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小都随着输出负载(例如,输出电流)增大,如图3(B)中I3≤Iout<I4时所示。
在又一示例中,如果控制信号475(例如,Vp)的大小变得大于阈值信号463(例如,Vth_max),则初级电流感测信号461(例如,与波形550相对应的Vcs)的峰值大小被限制为阈值信号463(例如,与波形554相对应的Vth_max)的大小。例如,开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小都保持恒定,而不管输出负载(例如,输出电流)如何,如图3(B)中I4≤Iout<I6时所示。
如上面讨论并且在此进一步强调的,图4仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。例如,双极型晶体管1420可由MOS晶体管替代,如图6所示。
图6是示出根据本发明另一实施例的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
电源变换系统600包括初级绕组1610、次级绕组1612、辅助绕组1614、开关1620(例如,MOS晶体管)、电流感测电阻器1630、输出电缆的等效电阻器1640、电阻器1650和1652以及整流二极管1660。另外,电源变换系统600还包括退磁检测器620、采样控制器622、采样开关624、电容器626、振荡器628、误差放大器630、指数生成器640、比较器650、触发器组件652、门驱动器654、比较器660、662和664、逻辑组件666、电阻器670和672以及电容器674。
例如,初级绕组1610、次级绕组1612、辅助绕组1614、开关1620、电流感测电阻器1630、等效电阻器1640、电阻器1650和1652以及整流二极管1660分别与初级绕组110、次级绕组112、辅助绕组114、开关120、电流感测电阻器130、等效电阻器140、电阻器150和152以及整流二极管160相同。在另一示例中,退磁检测器620、采样控制器622、采样开关624、电容器626、振荡器628、误差放大器630、指数生成器640、比较器650、触发器组件652、门驱动器654、比较器660、662和664、逻辑组件666、电阻器670和672以及电容器674位于芯片610上。在又一示例中,芯片610包括端子612、614和616。
在又一示例中,除了进行了某些修改以便驱动替代双极型晶体管的MOS晶体管以外,退磁检测器620、采样控制器622、采样开关624、电容器626、振荡器628、误差放大器630、指数生成器640、比较器650、触发器组件652、门驱动器654、比较器660、662和664、逻辑组件666、电阻器670和672以及电容器674分别与退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、比较器460、462和464、逻辑组件466、电阻器470和472以及电容器474类似。
图7是示出根据本发明又一实施例的具有电压补偿的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
电源变换系统700包括初级绕组1410、次级绕组1412、辅助绕组1414、开关1420(例如,双极型晶体管)、电流感测电阻器1430、输出电缆的等效电阻器1440、电阻器1450和1452以及整流二极管1460。另外,电源变换系统700还包括退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、比较器460、462和464、逻辑组件466、电阻器470和472以及电容器474。此外,电源变换系统700还包括频率确定组件720、频率到电流转换器730以及电流生成组件740。
例如,退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、比较器460、462和464、逻辑组件466、电阻器470和472、电容器474、频率确定组件720、频率到电流转换器730以及电流生成组件740位于芯片710上。在另一示例中,芯片710包括端子712、714和716。在又一示例中,频率确定组件720、频率到电流转换器730以及电流生成组件740是补偿电流生成器的多个部分。
根据一个实施例,如图3(A)所示,至少对于I2≤Iout<I5来说,开关频率随着输出负载(例如,输出电流)增大并且因此反映了输出负载的大小(例如,输出电流的大小)。例如,频率确定组件720接收触发器组件452的输出信号(其也由门驱动器454接收),并且生成表示开关频率的大小的频率信号721。在另一示例中,频率信号721由频率到电流转换器730接收,并被转换为电流信号731。在又一示例中,电流生成组件740接收电流信号731并且作为响应生成补偿电流741(例如,Icomp)。在又一示例中,电流生成组件740还包括低通滤波器以平滑补偿电流741(例如,Icomp)。
根据另一实施例,补偿电流741(例如,Icomp)经由端子716流出芯片710,并且生成如下的补偿电压:
V comp = R 1 × R 2 R 1 + R 2 × I comp (式6)
其中,Vcomp表示补偿电压,并且Icomp表示补偿电流741。另外,R1和R2分别表示电阻器1450和1452的电阻值。例如,补偿电压被用来补偿因输出电缆(其由等效电阻器1440表示)导致的电压降,并且还补偿在无负载和轻负载条件时因次级绕组和辅助绕组的交叉调整引起的输出电压误差。在另一示例中,补偿电压被用来调节反馈信号1455。
图8是示出根据本发明实施例的用于电源变换系统700的补偿电流生成器的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
该补偿电流生成器包括比较器1110和1112、触发器组件1120、信号生成器1130、触发器组件1140、编码组件1150、与(AND)门1160、开关1170、电流阱1172以及电流源1174。另外,该补偿电流生成器还包括晶体管1280、1282、1284和1286、电阻器1290以及电容器1292。
如图8所示,根据一个实施例,取决于开关频率的补偿电流741被生成。例如,由于较高的开关频率对应于较重的负载条件(例如,较大的输出电流),并且较低的开关频率对应于无负载或轻负载条件(例如,较小的输出电流);因此对于较低的开关频率生成较大的补偿电流,并且对于较高的开关频率生成较小的补偿电流。在另一示例中,补偿电流741通过由电阻器1290和电容器1292形成的低通滤波器被平滑。在又一示例中,补偿电流741经由端子716流出芯片710,并且与电阻器1450和1452一起生成与反馈信号相叠加的补偿电压(例如,Vcomp)。
如上面讨论并在此强调的,图7仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。例如,双极型晶体管1420可由MOS晶体管替代,并且电源变换系统700的一个或多个组件被修改以便驱动替代双极型晶体管的MOS晶体管。
图9是示出根据本发明又一实施例的具有偏移调制电流的响应于输出电流来调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
电源变换系统900包括初级绕组1910、次级绕组1912、辅助绕组1914、开关1920(例如,双极型晶体管)、电流感测电阻器1930、输出电缆的等效电阻器1940、电阻器1950和1952以及整流二极管1960。另外,电源变换系统900还包括退磁检测器920、采样控制器922、采样开关924、电容器926、振荡器928、误差放大器930、指数生成器940、比较器950、触发器组件952和门驱动器954。此外,电源变换系统900还包括频率确定组件1720、频率到电流转换器1730以及电流生成组件1740。此外,电源变换系统900还包括比较器960、频率到电流转换器1750、电流生成组件1760和电阻器1932。
例如,初级绕组1910、次级绕组1912、辅助绕组1914、开关1920、电流感测电阻器1930、等效电阻器1940、电阻器1950和1952以及整流二极管1960分别与初级绕组110、次级绕组112、辅助绕组114、开关120、电流感测电阻器130、等效电阻器140、电阻器150和152以及整流二极管160相同。在另一示例中,退磁检测器920、采样控制器922、采样开关924、电容器926、振荡器928、误差放大器930、指数生成器940、比较器950、触发器组件952、门驱动器954、频率确定组件1720、频率到电流转换器1730、电流生成组件1740、比较器960、频率到电流转换器1750以及电流生成组件1760位于芯片910上。在另一示例中,芯片910包括端子912、914和916。
在又一示例中,退磁检测器920、采样控制器922、采样开关924、电容器926、振荡器928、误差放大器930、指数生成器940、比较器950、触发器组件952、门驱动器954、频率确定组件1720、频率到电流转换器1730以及电流生成组件1740基本上分别与退磁检测器420、采样控制器422、采样开关424、电容器426、振荡器428、误差放大器430、指数生成器440、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、频率确定组件720、频率到电流转换器730以及电流生成组件740相同。
根据一个实施例,至少在图3(A)的区域II中,开关频率随着输出负载(例如,输出电流)增大并且因此反映了输出负载的大小(例如,输出电流的大小)。例如,频率确定组件1720接收触发器组件952的输出信号(其也由门驱动器954接收),并且生成表示开关频率的大小的频率信号1721。在另一示例中,频率信号1721分别由频率到电流转换器1730和1750接收,并且被转换为电流信号1731和1751。
如图9所示,根据一个实施例,电流生成组件1740接收电流信号1731并且作为响应生成补偿电流1741(例如,Icomp),并且电流生成组件1760接收电流信号1751并且作为响应生成偏移调制电流1761(例如,Ioffset)。例如,偏移调制电流1761(例如,Ioffset)随着开关频率的增大而减小,并且因此也随着输出负载的增大(例如,随着输出电流的增大)而减小。
根据另一实施例,偏移调制电流1761(例如,Ioffset)经由端子914流出芯片910,并且生成如下的偏移电压:
Voffset=Rc×Ioffset(式7)
其中,Voffset表示偏移电压,并且Ioffset表示偏移调制电流1761。另外,Rc表示电阻器1932的电阻值。
例如,该偏移电压被用来调节感测信号963(例如,Vcs)。在另一示例中,利用等式7,流经初级绕组1912的初级电流1911的峰值大小被确定为如下:
I peak = V th _ OC - R c × I offset R s (式8)
其中,Ipeak表示初级电流1911的峰值大小,并且Vth_OC表示阈值信号961。另外,Rc表示电阻器1932的电阻值。例如,根据等式8,偏移调制电流1761(例如,Ioffset)随着输出负载的增大(例如,随着输出电流的增大)而减小;因此,初级电流1911的峰值大小随着输出负载的增大(例如,随着输出电流的增大)而增大,但不能超过Vth_OC/Rs
如图9所示,根据一些实施例,补偿电流1741(例如,Icomp)至少由频率到电流转换器1730和电流生成组件1740生成,并且偏移调制电流1761(例如,Ioffset)至少由频率到电流转换器1750和电流生成组件1760生成。例如,尽管补偿电流1741(例如,Icomp)和偏移调制电流1761(例如,Ioffset)都是从由频率确定组件1720生成的频率信号1721得出的,但是电流1741和1761是不同的并且是分开的。
如上面讨论并在此强调的,图9仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。例如,双极型晶体管1920可由MOS晶体管替代,并且电源变换系统900的一个或多个组件被修改以便驱动替代双极型晶体管的MOS晶体管。在另一示例中,电流生成组件1740和1760各自包括低通滤波器。在又一示例中,电流生成组件1740和1760共享低通滤波器,该低通滤波器用来平滑补偿电流1741(例如,Icomp)和偏移调制电流1761(例如,Ioffset)两者。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括:比较器,被配置为接收第一信号和第二信号,并且至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成比较信号。第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该系统包括:脉宽调制生成器,被配置为至少接收比较信号,并且至少基于与比较信号相关联的信息生成调制信号;以及驱动器组件,被配置为接收调制信号并且向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流。该调制信号与调制周期所对应的调制频率相关联。调制频率在第一电流范围内以第一斜率随着输出电流增大,调制频率在第二电流范围内以第二斜率随着输出电流增大,并且调制频率在第三电流范围内以第三斜率随着输出电流增大。第一电流范围和第三电流范围至少被第二电流范围分离开,并且第一斜率、第二斜率和第三斜率的每个大于零。初级电流与每个调制周期期间的峰值大小相关联。峰值大小在第四电流范围内保持不变或者相对于输出电流以第四斜率增大,并且第四斜率等于或大于零。峰值大小在第五电流范围内以第五斜率随着输出电流增大,并且第五斜率大于零。峰值大小在第六电流范围内保持不变或者以第六斜率相对于输出电流增大,并且第六斜率等于或大于零。第四电流范围和第六电流范围至少被第五电流范围分离开。例如,该系统根据图4、图6、图7和/或图9来实现。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括接收第一信号和第二信号。第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该方法包括处理与第一信号和第二信号相关联的信息,至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成比较信号,至少接收比较信号,并且至少基于与比较信号相关联的信息生成调制信号。此外,该方法包括接收调制信号,并且至少基于与调制信号相关联的信息输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流。该调制信号与调制周期所对应的调制频率相关联。调制频率在第一电流范围内以第一斜率随着输出电流增大,调制频率在第二电流范围内以第二斜率随着输出电流增大,并且调制频率在第三电流范围内以第三斜率随着输出电流增大。第一电流范围和第三电流范围至少被第二电流范围分离开,并且第一斜率、第二斜率和第三斜率的每个大于零。初级电流与每个调制周期期间的峰值大小相关联。峰值大小在第四电流范围内保持不变或者相对于输出电流以第四斜率增大,并且第四斜率等于或大于零。峰值大小在第五电流范围内以第五斜率随着输出电流增大,并且第五斜率大于零。峰值大小在第六电流范围内保持不变或者以第六斜率相对于输出电流增大,并且第六斜率等于或大于零。第四电流范围和第六电流范围至少被第五电流范围分离开。例如,该方法根据图4、图6、图7和/或图9来实现。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括:第一比较器,被配置为接收第一信号和第二信号,并且至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成第一比较信号。第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该系统包括:第二比较器,被配置为接收第三信号和第四信号,并且至少基于与第三信号和第四信号相关联的信息生成第二比较信号。第三信号与第二信号有关,并且第四信号与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联。此外,该系统包括:逻辑组件,被配置为至少接收第二比较信号并且至少基于与第二比较信号相关联的信息生成逻辑信号;脉宽调制生成器,被配置为至少接收第一比较信号和逻辑信号,并且至少基于与第一比较信号和逻辑信号相关联的信息生成调制信号;以及驱动器组件,被配置为接收调制信号并且向开关输出驱动信号以调节初级电流。例如,该系统根据图4、图6和/或图7来实现。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括接收第一信号和第二信号,并且第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该方法包括:处理与第一信号和第二信号相关联的信息,至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成第一比较信号,并且接收第三信号和第四信号,第三信号与第二信号有关。第四信号与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联。此外,该方法包括:处理与第三信号和第四信号相关联的信息,至少基于与第三信号和第四信号相关联的信息生成第二比较信号,至少接收第二比较信号,处理与第二比较信号相关联的信息,并且至少基于与第二比较信号相关联的信息生成逻辑信号。而且,该方法包括:至少接收第一比较信号和逻辑信号,至少基于与第一比较信号和逻辑信号相关联的信息生成调制信号,接收调制信号,并且至少基于与调制信号相关联的信息输出驱动信号以调节初级电流。例如,该方法根据图4、图6和/或图7来实现。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括:第一比较器,被配置为接收第一信号和第二信号,并且至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成第一比较信号,并且第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该系统包括:第二比较器,被配置为接收第三信号和第四信号,并且至少基于与第三信号和第四信号相关联的信息生成第二比较信号。第三信号与第二信号有关,并且第四信号与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联。此外,该系统包括:逻辑组件,被配置为至少接收第二比较信号并且至少基于与第二比较信号相关联的信息生成逻辑信号;脉宽调制生成器,被配置为至少接收第一比较信号和逻辑信号,并且至少基于与第一比较信号和逻辑信号相关联的信息生成调制信号。调制信号与调制频率相关联。此外,该系统包括驱动器组件,被配置为接收调制信号并且向开关输出驱动信号以调节初级电流。此外,该系统包括:第一电流生成器,被配置为接收调制信号并且至少基于与调制频率相关联的信息输出补偿电流以生成补偿电压并调节第一信号;以及第二电流生成器,被配置为接收与调制频率相关联的调制信号,并且至少基于与调制频率相关联的信息输出偏移电流以生成偏移电压并调节第四信号。例如,该系统根据图9来实现。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括接收第一信号和第二信号。第一信号至少与电源变换器的输出电流相关联。另外,该方法包括:处理与第一信号和第二信号相关联的信息,至少基于与第一信号和第二信号相关联的信息生成第一比较信号,并且接收第三信号和第四信号,第三信号与第二信号有关。第四信号与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联。此外,该方法包括:处理与第三信号和第四信号相关联的信息,至少基于与第三信号和第四信号相关联的信息生成第二比较信号,至少接收第二比较信号,处理与第二比较信号相关联的信息,并且至少基于与第二比较信号相关联的信息生成逻辑信号。而且,该方法包括:至少接收第一比较信号和逻辑信号,并且至少基于与第一比较信号和逻辑信号相关联的信息生成调制信号。调制信号与调制频率相关联。另外,该方法包括接收调制信号,至少基于与调制信号相关联的信息输出驱动信号以调节初级电流,至少基于与调制频率相关联的信息输出补偿电流以生成补偿电压并调节第一信号,并且至少基于与调制频率相关联的信息输出偏移电流以生成偏移电压并调节第四信号。例如,该方法根据图9来实现。
返回图7,开关频率(例如,Fsw)在无负载或轻负载条件下(例如,较小的输出电流)被增大,以便在输出负载从无负载或轻负载变为满负载时将次级侧上的输出电压增大到合适水平(例如,在满负载时输出电流变为1A)。然而,根据一些实施例,在某些情形中,输出负载的改变可能导致次级侧上的输出电压快速下降,而开关频率仅在响应于输出电压的快速减小的某一延迟之后才被调节。
图10是根据本发明另一实施例的用于开关模式电源变换系统700的简化时序图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。波形1002表示作为时间的函数的次级侧上的输出电压,并且波形1004表示作为时间的函数的开关1420的导通和截止条件。例如,如果波形1004为逻辑高电平,则开关1420闭合(例如,导通),并且如果波形1004为逻辑低电平,则开关1420断开(例如,截止)。
图10中示出了三个时间段TA,TB和TC。时间段TA在时刻t0开始并在时刻t1结束,时间段TB在时刻t1开始并在时刻t4结束,并且时间段TC在时刻t4开始并在时刻t6结束。例如,时刻t2和t3在时间段TB内,并且时刻t5在时间段TC内。在另一示例中,t0≤t1≤t2≤t3≤t4≤t5≤t6
在一个实施例中,在时间段TA期间,电源变换系统700具有轻输出负载或无负载,并且输出负载无变化。例如,输出电压保持恒定(例如,如波形1002所示的大小1006)。在另一示例中,无需调节开关频率或初级绕组的峰值电流,并且开关1420具有恒定的开关周期1010(例如,如波形1004中所示的T0)。
在另一实施例中,在时间段TB的开始处,输出负载从无负载或轻负载变为满负载。例如,输出电压开始从大小1006(例如,在t1处)快速下降,但是反馈信号1455在t2之前不会再次被采样。因此,根据一些实施例,在t2之前,输出电压的下降可能不会被检测到。
根据一个实施例,检测输出电压下降的延迟可能由于补偿电压而持续更长时间。例如,补偿电流741流经端子716,并且生成影响反馈信号1455的电压偏移,如下:
V FB = R 2 R 1 + R 2 × V aux + I comp × R 1 R 2 R 1 + R 2 (式9)
其中,VFB表示反馈信号1455,并且Vaux表示辅助绕组1414的电压。另外,Icomp表示补偿电流741。R1和R2分别表示电阻器1450和1452的电阻值。如等式9所示,根据某些实施例,虽然Vaux反映了初级侧上的输出电压,但是由于Icomp使得VFB通常不会精确地表示初级侧上的输出电压。
例如,在时间段TB期间,尽管输出电压快速下降,但采样反馈信号1455(例如,VFB)的大小可能不会改变很大,并且其可能保持大于基准电压(例如,Vref)。因此,根据一些实施例,放大信号(例如,Vea)不会改变很大,并且进而开关1420的开关频率未被快速地调节。在另一示例中,补偿电流741慢慢地响应输出负载的改变,以确保次级侧上的输出的稳定性。因此,根据某些实施例,在时间段TB期间仅通过监视反馈信号1455(例如,VFB)的大小不能检测到输出电压的快速下降。
根据另一实施例,如图10所示,当反馈信号1455的大小响应于输出电压的快速改变而下降到一定程度时,开关频率和初级绕组的峰值电流可能最终被调节。例如,在时间段TC的开始处,开关1420的开关周期从时段1010减小到时段1014(例如,T1),时段1014对应于增大的开关频率。在另一示例中,作为响应,输出电压在下降到最小大小1016(例如,在时刻t5处)之后开始增大,并且持续增大到大小1012(例如,在时刻t6处)。
根据又一实施例,开关频率在对输出电压的快速降低进行响应的延迟之后被增大。例如,该延迟至少包括等于数个原始开关周期(例如,三个开关周期)的时间段TB。因此,需要一种减小延迟以快速动态地调节开关频率和初级绕组的峰值电流的方案。
图11是示出根据本发明又一实施例的响应于输出电流动态地调节开关频率和峰值电流的电源变换系统的某些组件的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
电源变换系统1100包括辅助侧上的电阻器1450和1452。另外,电源变换系统1100包括采样开关1502、电容器1504、缓冲器1506、误差放大器1508、指数生成器1510、退磁检测器1512、振荡器1514、比较器1516、触发器组件1518、门驱动器1520、电缆压降补偿组件1522、逻辑组件1524、比较器1526、1528和1530、电压改变率检测组件1532(例如,斜率检测组件)、动态增强逻辑控制组件1534、电阻器1536和1538、电容器1540、非(NOT)门1594、与非(NAND)门1590以及与(AND)门1598。
例如,采样开关1502、电容器1504、缓冲器1506、误差放大器1508、指数生成器1510、退磁检测器1512、振荡器1514、比较器1516、触发器组件1518、门驱动器1520、电缆压降补偿组件1522、逻辑组件1524、比较器1526、1528和1530、电压改变率检测组件1532、动态增强逻辑控制组件1534、电阻器1536和1538、电容器1540、非门1594、与非门1590以及与门1598位于芯片1102上。在另一示例中,芯片1102包括端子1542、1544和1546。
根据一个实施例,采样开关1502、电容器1504、误差放大器1508、指数生成器1510、退磁检测器1512、振荡器1514、比较器1516、触发器组件1518、门驱动器1520、逻辑组件1524、比较器1526、1528和1530、电阻器1536和1538以及电容器1540基本上分别与采样开关424、电容器426、误差放大器430、指数生成器440、退磁检测器420、振荡器428、比较器450、触发器组件452、门驱动器454、逻辑组件466、比较器460、464和462、电阻器470和472以及电容器474相同。在又一示例中,电缆压降补偿组件1522包括频率确定组件720、频率到电流转换器730以及电流生成组件740。在又一示例中,端子1542、1544和1546分别与端子712、714和716相同。在又一示例中,电源变换系统1100包括初级绕组1410、次级绕组1412、辅助绕组1414、开关1420和电流感测电阻器1430。
根据另一实施例,通过辅助绕组1414来提取关于输出电压的信息。例如,反馈信号1455(例如,VFB)在如图11所示的节点1454处被生成。在另一示例中,反馈信号1455至少由退磁检测器1512、采样开关1502和电压改变率检测组件1532接收。
根据又一实施例,响应于接收到的反馈信号1455,退磁检测器1512向指数生成器1510输出信号1562。例如,指数生成器1510生成如下的斜坡信号1566(例如,Vramp):
V ramp ( n ) = ( V refb - V refa ) × e - ( n × T τ ) + V refa (式10)
其中,Vramp表示斜坡信号1566的电压大小。另外,Vrefa和Vrefb都表示恒定电压电平。例如,Vrefa等于1V,Vrefb等于3V。此外,n表示以时钟周期的数目计算的从斜坡信号1566的上次复位起斜坡信号1566从Vrefb下降的时间。T是来自振荡器1514的时钟信号1558的时钟周期。此外,τ是时间常数。
根据另一实施例,当开关1420断开(例如,截止)时,存储在变压器中的能量被释放到输出端。例如,退磁过程开始,并且流经次级绕组1412的电流线性地倾斜下降。在另一示例中,当退磁过程几乎结束,流经次级绕组1412的电流接近零时,采样开关1502接收采样信号(例如,脉冲信号)并且被闭合以采样反馈信号1455。在另一示例中,在采样处理完成之后,采样开关1502断开。在又一示例中,所采样电压被保持在电容器1504上,并被与基准电压Vref(例如,2V)相比较。
根据一实施例,所采样/所保持电压与基准电压Vref之差被误差放大器1508放大以生成放大的误差信号1584(例如Vea)。例如,放大的误差信号1584由电阻器1536和比较器1516的负输入端子接收。在另一示例中,电阻器1536与电阻器1538和电容器1540一起来向比较器1526输出控制信号1586。在又一示例中,电阻器1536和1538以及电容器1540形成补偿网络,该补偿网络对放大误差信号1584进行变换处理和低通滤波并且生成控制信号1586。
根据另一实施例,比较器1516还在正输入端子处接收斜坡信号1566(例如,Vramp),并且作为响应向与非门1590发送输出信号1588。例如,与非门1590还接收由非门1594生成的经反相的门控信号1592。在另一示例中,与门1598接收来自与非门1590的输出信号1593以及时钟信号1595(例如,Timer_CC),并且向触发器组件1518生成输出信号1597。
在一个实施例中,流经初级绕组1410的初级电流1411由电流感测电阻器1430感测,作为响应,电流感测电阻器1430向比较器1526、1528和1530输出感测信号1564(例如,Vcs)。例如,如果开关1420闭合(例如,导通),则变压器存储能量并且初级电流1411线性地倾斜上升,从而使得感测信号1564(例如,Vcs)也线性地倾斜上升。在另一示例中,比较器1526的正极端子接收控制信号1586,并且比较器1526的负极端子接收感测信号1564。在又一示例中,比较器1530的正极端子接收阈值信号1531(例如,Vth_max)并且比较器1530的负极端子接收感测信号1564。在又一示例中,比较器1528的负极端子接收感测信号1564并且比较器1528的正极端子接收阈值信号1529(例如,在大小上比Vth_max小的Vth_min)。
在另一实施例中,比较器1526、1528和1530分别生成比较信号1521、1523和1525,所有这些信号都由逻辑组件1524接收。例如,逻辑组件1524作为响应生成逻辑信号1574。
根据一个实施例,触发器组件1518接收与门1598的输出信号1597和来自逻辑组件1524的逻辑信号1574。例如,作为响应,触发器组件1518生成信号1599。在另一示例中,信号1599由门驱动器1520接收,门驱动器1520经由端子1542向开关1420输出驱动信号1527(例如,经由端子1542向双极型晶体管1420输出基极电流)。在又一示例中,如果信号1599为逻辑高电平,则驱动信号1527使开关1420闭合(例如,导通)。在又一示例中,如果信号1599为逻辑低电平,则驱动信号1527使开关1420断开(例如,截止)。
根据另一实施例,输出负载(例如,输出电流)越大,放大误差信号1584(例如,Vea)就变得越大,从而使得开关1420的截止时间(例如,Toff)变得越短并且使得开关频率(例如,Fsw)变得越高。根据又一实施例,输出负载(例如,输出电流)越小,放大误差信号1584(例如,Vea)就变得越小,从而使得开关1420的截止时间(例如,Toff)变得越长并且使得开关频率(例如,Fsw)变得越低。
根据又一实施例,逻辑组件1524包括或(OR)门和其它组件。例如,如果控制信号1586的大小小于阈值信号1529(例如,Vth_min),则感测信号1564(例如,Vcs)的峰值大小被限制为阈值信号1529(例如,Vth_min)的大小,并且开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小保持恒定,而不管输出负载(例如,输出电流)如何。
在另一示例中,如果控制信号1586的大小大于阈值信号1529(例如,Vth_min)但小于阈值信号1531(例如,Vth_max),则感测信号1564(例如,Vcs)的峰值大小被限制为控制信号1586的大小。例如,控制信号1586的大小随着输出负载(例如,输出电流)而增大;因此开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小都随着输出负载(例如,输出电流)增大。
在又一示例中,如果控制信号1586的大小变得大于阈值信号1531(例如,Vth_max),则感测信号1564(例如,Vcs)的峰值大小被限制为阈值信号1531(例如,Vth_max)的大小。例如,开关1420的导通时间(例如,Ton)和初级电流1411的峰值大小都保持恒定,而不管输出负载(例如,输出电流)如何。
根据又一实施例,如图11所示,电缆压降补偿组件1522接收比较器1516的输出信号1588、振荡器1514的时钟信号1558以及动态增强逻辑控制组件1534的输出信号1552。根据又一实施例,作为响应,电缆压降补偿组件1522生成补偿电流1548(例如,Icomp)。例如,补偿电流1548(例如,Icomp)经由端子1546流出芯片1102,并且生成如下的补偿电压:
V comp = R 1 × R 2 R 1 + R 2 × I comp (式11)
其中,Vcomp表示补偿电压,并且Icomp表示补偿电流1548。另外,R1和R2分别表示电阻器1450和1452的电阻值。例如,补偿电压被用来补偿因次级侧上的输出电缆导致的电压降,并且还补偿在无负载和轻负载条件时因次级绕组和辅助绕组的交叉调整引起的输出电压误差。在另一示例中,补偿电压被用来调节反馈信号1455。
根据又一实施例,电压改变率检测组件1532在开关1420的特定开关周期期间对反馈信号1455采样,并且将当前采样到的反馈信号与在前一开关周期期间先前采样到的反馈信号相比较。例如,基于该比较的结果,电压改变率检测组件1532然后向动态增强逻辑控制组件1534输出信号1550。在另一示例中,信号1550包括一个或多个子信号。根据又一实施例,动态增强逻辑控制组件1534作为响应生成输出信号1552、1554和1556,这些输出信号分别被提供作为电缆压降补偿组件1522、指数生成器1510和逻辑组件1524的另外的输入信号。
例如,输出信号1552被提供用于调节由电缆压降补偿组件1522生成的补偿电流1548(例如,Icomp)。在另一示例中,输出信号1554被提供用于改变由指数生成器1510生成的斜坡信号1566(例如,Vramp)以便调节开关频率。在又一示例中,输出信号1556被提供给逻辑组件1524来调节初级绕组的峰值电流。
图12是示出根据本发明一个实施例的在电源变换系统1100中对开关频率和初级绕组的峰值电流的动态调节的简化流程图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
用于动态地调节开关频率和峰值电流的处理至少包括:用于采样反馈信号的处理1204、用于计算退磁时段的处理1206、用于存储所采样的反馈信号的处理1208、用于将先前采样到的信号减去当前采样到的信号的处理1210、用于增大峰值电流和开关频率的处理1212、用于将当前采样到的信号减去先前采样到的信号的处理1214、用于减小峰值电流和开关频率的处理1216、用于确定峰值电流和开关频率的处理1218以及用于确定脉冲宽度并生成驱动信号的处理1220。
根据一个实施例,在处理1204处,反馈信号1455在当前开关周期(例如,T(n))期间被电压改变率检测组件1532采样以生成当前采样到的信号(例如,X(n))。根据另一实施例,在处理1206处,至少基于与当前采样到的反馈信号(例如,X(n))相关联的信息来计算退磁时段。根据又一实施例,在处理1208处,当前采样到的反馈信号被存储在电压改变率检测组件1532的至少一个或多个组件中。
根据又一实施例,在处理1210中,当前采样到的反馈信号(例如,X(n))被用来与电压改变率检测组件1532中前一开关周期(例如,T(n-1))期间的先前采样到的反馈信号(例如,X(n-1))相减。例如,如果先前采样到的信号(例如,X(n-1))减去当前采样到的信号(例如,X(n))超过第一阈值电压(例如,Vth1),则处理1212被执行。在另一示例中,如果先前采样到的信号(例如,X(n-1))减去当前采样到的信号(例如,X(n))不超过第一阈值电压(例如,Vth1),则处理1214被执行。在又一示例中,第一阈值电压大于或等于零。
根据又一实施例,在处理1212中,峰值电流和开关频率被增大。例如,电压改变率检测组件1532向动态增强逻辑控制组件1534输出信号1550。在另一示例中,作为响应,动态增强逻辑控制组件1534输出信号1554和1556以增大开关频率和初级绕组的峰值电流。在又一示例中,信号1554被提供给指数生成器1510以改变斜坡信号1566(例如,Vramp);因此,开关1420的截止时间(例如,Toff)被缩短并且开关频率被增大。在又一示例中,信号1556被提供给逻辑组件1524以增大初级绕组的峰值电流。在又一示例中,开关频率和初级绕组的峰值电流分别被增大到最大开关频率和最大峰值电流。在又一示例中,在处理1212完成之后,处理1220被执行。
根据又一实施例,在处理1214处,当前采样到的反馈信号(例如,X(n))被减去电压改变率检测组件1532中前一开关周期(例如,T(n-1))期间的先前采样到的反馈信号(例如,X(n-1))。例如,如果减去先前采样到的信号(例如,X(n-1))的当前采样到的信号(例如,X(n))超过第二阈值电压(例如,Vth2),则处理1216被执行。在另一示例中,如果如果减去先前采样到的信号(例如,X(n-1))的当前采样到的信号(例如,X(n))不超过第二阈值电压(例如,Vth2),则处理1218被执行。在又一示例中,第二阈值电压(例如,Vth2)与第一阈值电压(例如,Vth1)相同或不同。在又一示例中,第二阈值电压大于或等于零。
根据又一实施例,在处理1216处,峰值电流和开关频率被减小。例如,电压改变率检测组件1532向动态增强逻辑控制组件1534输出信号1550。在另一示例中,作为响应,动态增强逻辑控制组件1534输出信号1554和1556以增大开关频率和初级绕组的峰值电流。在又一示例中,信号1554被提供给指数生成器1510以改变斜坡信号1566(例如,Vramp);因此,开关1420的截止时间(例如,Toff)被延长并且开关频率被降低。在又一示例中,信号1556被提供给逻辑组件1524以减小初级绕组的峰值电流。在又一示例中,开关频率和初级绕组的峰值电流分别被减小到最小开关频率和最小峰值电流。在又一示例中,在处理1216完成之后,处理1220被执行。
根据又一实施例,在处理1218处,基于放大误差信号1584(例如,Vea)来确定峰值电流和开关频率(例如,针对下一开关周期的)。在处理1218完成之后,处理1220被执行。根据又一实施例,在处理1220处,驱动信号1527的脉冲宽度被确定并且驱动信号1527被生成。
如上面讨论并在此进一步强调的,图12仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。例如,处理1214和1216被跳过。在另一示例中,处理1210和1212被跳过。在又一示例中,处理1206被跳过。在又一示例中,处理1208被跳过。
图13是根据本发明实施例的具有对开关频率和初级绕组的峰值电流的动态调节的开关模式电源变换系统1100的简化时序图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
如图13所示,波形1302表示作为时间的函数的次级侧上的输出电压,波形1304表示作为时间的函数的开关1420的导通和截止条件,并且波形1306表示作为时间的函数的感测信号(例如,VCS)。另外,波形1308表示作为时间的函数的次级侧上的输出电流,并且波形1310表示作为时间的函数的来自电压改变率检测组件1532的信号1550或信号1550的一个子信号。在图13中示出了四个时间段,包括TD,TE,TF和TG
根据一个实施例,在时间段TD期间,电源变换系统1100具有轻输出负载或无输出负载,并且输出负载无变化。例如,输出电压保持恒定(例如,为波形1302所示的大小1316),并且输出电流也保持恒定(例如,为波形1308所示的大小1322)。在另一示例中,电压改变率检测组件1532不检测处理1210中超过第一阈值电压(例如,Vth1)的任何改变或者处理1214中超过第二阈值电压(例如,Vth2)的任何改变,并且因此生成逻辑低电平的信号1550或信号1550的一个子信号(例如,如波形1310所示)。在又一示例中,在时间段TD期间,响应于逻辑低电平的信号1550或信号1550的一个子信号,用于动态调节开关频率或初级绕组的峰值电流的处理1212和处理1216都不被执行。
此外,根据另一实施例,在时间段TD期间,开关1420保持恒定的开关周期1312(例如,如波形1304中所示的T2)。例如,如波形1304中所示的逻辑高电平指示开关1420闭合(例如,导通),并且如波形1304中所示的逻辑低电平指示开关1420断开(例如,截止)。另外,根据又一实施例,流经初级绕组(例如,绕组1410)的初级电流(例如,初级电流1411)被电流感测电阻器(例如,电阻器1430)感测,作为响应,其输出感测信号(例如,与波形1306相对应的VCS)。例如,在时间段TD期间,如果开关1420闭合(例如,导通),则初级电流线性地倾斜上升,从而使得感测信号线性地倾斜上升到大小1326,如波形1306中的波峰所示。
在一个实施例中,在时间段TE的开始处,输出负载从无负载或轻负载变为满负载。例如,作为响应,输出电压从时间段TE开始处的大小1316快速下降(例如,线性地或非线性地)到时间段TE结尾处的大小1318。此外,在另一示例中,在时间段TE期间,输出电流从大小1322快速增大到大小1324。
在另一实施例中,在接近时间段TE的结尾处时,开关1420闭合(例如,如波形1304的上升沿所示的),并且然后开关1420断开(例如,如波形1304的下降沿所示的),并且退磁过程开始。例如,当退磁过程几乎结束时,反馈信号1455由电压改变率检测组件1532在处理1204中进行当前采样。在另一示例中,当前采样到的反馈信号在处理1210中被与前一开关周期期间的先前采样到的反馈信号相比较。根据某些实施例,如果先前采样到的反馈信号的大小超过当前采样到的反馈信号的量不少于第一阈值电压(例如,Vth1),则电压改变率检测组件1532检测并且识别到输出电压的快速降低这个状态。因此,来自电压改变率检测组件1532的信号1550或信号1550的一个子信号在时间段TF的开始处从逻辑低电平变为逻辑高电平(如波形1310的上升沿所示)。在另一实施例中当前采样到的反馈信号的大小超过先前采样到的反馈信号的量且不少于于第二阈值电压(例如,Vth2),则电压改变率检测组件1532检测并且识别到输出电压的快速升高这个状态。
根据又一实施例,作为响应,在时间段TF期间,处理1212被执行。例如,动态增强逻辑控制组件1534作为响应输出信号1554和1556以增大开关频率和初级绕组的峰值电流。在另一示例中,开关频率和初级绕组的峰值电流分别被增大到最大开关频率和最大峰值电流。在另一示例中,开关1420的开关周期从周期1312(例如,如波形1304中所示的T2)降低到周期1314(例如,如波形1304中所示的T3)。在又一示例中,初级绕组的峰值电流的增大使得感测信号的峰值增大(例如,增大到如波形1306中所示的大小1328)。
此外,根据又一实施例,在时间段TF期间,作为响应,输出电压恢复为增大开关频率和初级绕组的峰值电流(例如,如波形1302所示)。例如,输出电压从时间段TF开始处的大小1318增大到大小1320,并且然后在时间段TF的其余部分保持大小1320。在又一示例中,大小1320等于大小1316。如图13所示,根据一些实施例,调节开关频率和初级绕组的峰值电流的延迟近似为时间段TE,其比原始开关周期1312(例如,T2)短得多。例如,与图10相比,调节的延迟已被显著减小。
在又一实施例中,在时间段TG的开始处,输出电压已保持大小1320达数个开关周期(例如,四个开关周期)。例如,电压改变率检测组件1532将信号1550或信号1550的一个子信号从逻辑高电平改变为逻辑低电平(如波形1310的下降沿所示)。根据一个实施例,作为响应,在处理1218中,动态增强逻辑控制组件1534输出信号以减小开关频率和初级绕组的峰值电流。例如,开关1420的开关周期被增大到周期1330(例如,如波形1304中所示的T4)。在另一示例中,初级电流的峰值电流的减小使得感测信号的波峰降低到如波形1306中所示的大小1332。在又一示例中,在时间段TF期间,输出电压和输出电流分别保持在大小1320和大小1324处。
图14是示出根据本发明又一实施例的电源变换系统1100的某些组件的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
电源变换系统1100包括辅助侧上的电阻器1450和1452。另外,电源变换系统1100包括采样开关1502、电容器1504、缓冲器1506、误差放大器1508、指数生成器1510、退磁检测器1512、振荡器1514、比较器1516、触发器组件1518、门驱动器1520、电缆压降补偿组件1522、逻辑组件1524、比较器1526、1528和1530、电压改变率检测组件1532、动态增强逻辑控制组件1534、电阻器1536和1538、电容器1540、非门1594、与非门1590以及与门1598。
电压改变率检测组件1532包括六个开关1602、1604、1606、1608、1636和1638,两个电容器1670和1672,以及三个运算放大器1674、1676和1678。此外,电压改变率检测组件1532包括四个电阻器1680、1682、1684和1686以及比较器1688。例如,电阻器1680和1682的电阻相等,并且电阻器1684和1686的电阻相等。在另一示例中,开关1606和1636同时被断开并且同时被闭合,开关1608和1638同时被断开并且同时被闭合。
在一个实施例中,在第一开关周期期间,响应于开关1602处的采样信号,反馈信号1455在电容器1670处被采样并保持,并且所采样/所保持的反馈信号1690被生成。在一个示例中,在第二开关周期期间,响应于开关1604处的另一采样信号,反馈信号1455在电容器1672处被采样并保持,并且所采样/所保持的反馈信号1692被生成。在另一示例中,第二开关周期紧随着第一开关周期。
根据另一实施例,所采样/所保持的反馈信号1690和1692分别经由运算放大器1674和1676构成缓冲输出。例如,运算放大器1674和1676分别经缓冲器生成输出信号1634和1635。在另一示例中,当开关1606和1636断开并且开关1608和1638闭合时,缓冲器输出信号1634和1635分别经过开关1608和1638。在又一示例中,缓冲输出信号1634和1635的大小分别等于所采样/所保持的反馈信号1690和1692。
根据又一实施例,电阻器1680和1682分别接收缓冲器输出信号1634和1635并生成信号1694和1696。电阻器1680和1682,1684和1686及运算放大器1678构成差值运算组件。例如,信号1694和1696在运算放大器1678中进行差值运算放大,作为响应,运算放大器1678生成放大信号(差值运算放大组件的输出信号)1644。在另一示例中,放大信号1644可被确定为如下:
V o = R 4 R 3 × ( V FB ( n - 1 ) - V FB ( n ) ) (式12)
其中,Vo表示放大信号1644,VFB(n-1)表示缓冲器输出信号1634,并且VFB(n)表示缓冲器输出信号1635。R3和R3′分别表示电阻器1680和1682的电阻,并且R4和R4′分别表示电阻器1684和1686的电阻。例如,R3等于R3′,并且R4等于R4′。
根据又一实施例,差值运算放大组件放大器1678的输出信号1644在比较器1688中被与阈值电压1646(例如,Vth_3)相比较。例如,比较器1688的输出1550作为动态增强逻辑控制组件1534的输入信号。在另一示例中,如果差值运算放大组件的输出信号1644大于阈值电压1646,意味着输出电压正快速下降,则动态增强逻辑控制组件1534输出用于增大开关频率和初级绕组的峰值电流的信号。在又一示例中,阈值电压1646(例如,Vth_3)的大小与处理1210中的第一阈值电压(例如,Vth1)成比例,如下:
V th _ 3 = V th 1 × R 4 R 3 (式13)
其中,Vth_3表示阈值电压1646,并且Vth1表示处理1210中的第一阈值电压。另外,R3和R3′分别表示电阻器1680和1682的电阻,并且R4和R4′分别表示电阻器1684和1686的电阻。例如,R3等于R3′,并且R4等于R4′。
图15是根据本发明又一实施例的如图14所示的开关模式电源变换系统1100的简化时序图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
如图15所示,波形1802表示作为时间的函数的开关1420的导通和截止条件,波形1804表示作为时间的函数的用于开关1602的第一采样信号,并且波形1806表示作为时间的函数的用于开关1604的第二采样信号。另外,波形1808表示作为时间的函数的用于开关1606和1636的第一控制信号,并且波形1810表示作为时间的函数的用于开关1608和1638的第二控制信号。在图15中示出了开关1420的不同开关周期,例如时间段TH,TI和TJ。例如,时间段TH,TI和TJ是三个连续的开关周期。在另一示例中,时刻t7和t8在时间段TH内,时刻t9在时间段TI内,并且时刻t10在时间段TJ内。在又一示例中,t7≤t8≤t9≤t10
根据一个实施例,在时间段TH期间,开关1420在时刻t7处(例如,如波形1802的下降沿所示的)断开(例如,截止),并且退磁过程开始。例如,在t8之前,第一采样信号在时刻t8之前为逻辑低电平(例如,如波形1804所示),因此开关1602断开(例如,截止)。在又一示例中,当退磁过程在时刻t8处几乎结束时,第一采样信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形1804中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1602闭合(例如,导通),并且进而,反馈信号1455在电容器1670处被采样并保持。在又一示例中,所采样/所保持的反馈信号1690被生成以被提供给运算放大器1674。
根据另一实施例,在时间段TI期间,开关1604被用来采样反馈信号1455。例如,在t9之前,被提供给开关1604的第二采样信号为逻辑低电平(例如,如波形1806所示),因此开关1604断开(例如,截止)。在另一示例中,在t9处,第二采样信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形1806中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1604导通(例如,闭合),并且进而,反馈信号1455在电容器1672处被采样并保持。在又一示例中,所采样/所保持的反馈信号1692被生成以被提供给运算放大器1676。
根据又一实施例,在时间段TI期间,开关1606和1636分别用来使经缓冲反馈信号1634和1635通过到运算放大器1678。例如,经缓冲反馈信号1634和1635分别是基于所采样/所保持的反馈信号1690和1692生成的。在另一示例中,在时刻t9之前,用于开关1606和1636的第一控制信号为逻辑低电平(例如,如波形1808所示),并且用于开关1608和1638的第二控制信号为逻辑高电平(例如,如波形1810所示)。因此,根据某些实施例,开关1606和1636断开(例如,截止),并且开关1608和1638闭合(例如,导通)。
在又一示例中,在时刻t9处,第一控制信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形1808中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1606和1636闭合(例如,导通)。在又一示例中,在时刻t9处,第二控制信号从逻辑高电平变为逻辑低电平(例如,如波形1810中的下升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1608和1638断开(例如,截止)。在又一示例中,从运算放大器1674和1676生成的经缓冲反馈信号1634和1635分别通过开关1606和1636。
在另一实施例中,在时间段TJ期间,第一采样信号在t10之前未逻辑低电平,并且在t10处从逻辑低电平变为逻辑高电平。因此,根据某些实施例,开关1602在t10处闭合(例如,导通)。例如,反馈信号1455在电容器1670处被采样并被保持,并且新的所采样/所保持反馈信号1698被生成以提供给运算放大器1674。在另一示例中,所采样/所保持反馈信号1698被运算放大器1674缓冲,运算放大器1674生成新的经缓冲反馈信号1699。
在又一实施例中,在时间段TJ期间,开关1606和1636分别用来使经缓冲反馈信号1699和1635通过到运算放大器1678。例如,在时刻t10之前,用于开关1608和1638的第二控制信号为逻辑低电平(例如,如波形1810所示),并且用于开关1606和1636的第一控制信号为逻辑高电平(例如,如波形1808所示)。因此,根据某些实施例,开关1608和1638断开(例如,截止),并且开关1606和1636闭合(例如,导通)。
在另一示例中,在时刻t10处,第二控制信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形1810中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1608和1638闭合(例如,导通)。在又一示例中,在时刻t10处,第一控制信号从逻辑高电平变为逻辑低电平(例如,如波形1808中的下升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1606和1636断开(例如,截止)。在又一示例中,从运算放大器1674和1676生成的经缓冲反馈信号1699和1635分别通过开关1608和1638。
图16是示出根据本发明又一实施例的电源变换系统1100的某些组件的简化示图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
该电源变换系统1100包括辅助侧上的电阻器1450和1452。另外,电源变换系统1100包括采样开关1502、电容器1504、缓冲器1506、误差放大器1508、指数生成器1510、退磁检测器1512、振荡器1514、比较器1516、触发器组件1518、门驱动器1520、电缆压降补偿组件1522、逻辑组件1524、比较器1526、1528和1530、电压改变率检测组件1532、动态增强逻辑控制组件1534、电阻器1536和1538、电容器1540、非门1594、与非门1590以及与门1598。
电压改变率检测组件1532包括两个开关1850和1852,两个电容器1854和1856,阈值电平位移组件1858、比较器1860、D触发器组件1862以及采样延迟组件1864。
在一个实施例中,在第一开关周期期间,第一采样信号1866被提供给采样延迟组件1864。例如,作为响应,采样延迟组件1864生成经延迟采样信号1868。在另一示例中,开关1852响应于该经延迟采样信号1868而被闭合(例如,导通)。因此,根据某些实施例,反馈信号1455在电容器1856处被采样并被保持达第一开关周期。在另一示例中,所采样/所保持信号1880被生成。在又一示例中,阈值电平位移组件1858接收该所采样/所保持信号1880,并且生成输出信号1870以提供给比较器1860。在又一示例中,输出信号1870的大小等于经延迟采样信号1868减去阈值电压(例如,Vth4)。在又一示例中,阈值电压(例如,Vth4)大于或等于零。
在另一实施例中,在第二开关周期期间,第二采样信号1882被提供给开关1850。例如,作为响应,开关1850闭合(例如,导通)。因此,根据某些实施例,反馈信号1455在电容器1854处被采样并被保持。在另一示例中,所采样/所保持信号1872被生成以提供给比较器1860。在另一示例中,所采样/所保持信号1872在比较器1860中被与输出信号1870相比较。在又一示例中,基于该比较,比较器1860向D触发器组件1862提供信号1874,D触发器组件1862还接收第三采样信号1878和门控信号1876。在又一示例中,D触发器组件1862向动态增强逻辑控制组件1534输出信号1550或信号1550的一个子信号。在又一示例中,如果输出信号1870的大小大于所采样/所保持信号1872,意味着输出电压正快速下降,则动态增强逻辑控制组件1534输出用于调节开关频率和初级绕组的峰值电流的信号。
例如,第一采样信号1866、第二采样信号1882和经延迟采样信号1868包括脉冲信号。在另一示例中,所采样/所保持信号1872在第二采样信号1882的脉冲信号的下降沿处被与输出信号1870相比较。在又一示例中,第二开关周期紧随着第一开关周期。在又一示例中,阈值电压Vth4的大小等于处理1210中的第一阈值电压(例如,Vth1)。在又一示例中,阈值电压Vth4的大小与阈值电压1646(例如,Vth_3)成比例。
在又一实施例中,在第二开关周期期间,第二采样信号1882被提供给采样延迟组件1864。例如,采样延迟组件1864作为响应生成新的经延迟采样信号。在另一示例中,开关1852响应于该新的经延迟采样信号而闭合(例如,导通)。因此,根据某些实施例,反馈信号1455在电容器1856处被采样并被保持达第二开关周期。在另一示例中,新的所采样/所保持信号生成以被提供给阈值电平位移组件1858。在又一示例中,阈值电平位移组件1858作为响应生成新的输出信号以提供给比较器1860。在又一示例中,比较器1860将来自阈值电平位移组件1858的新的输出信号与电容器1854在第三开关周期期间生成的另一所采样/所保持信号相比较。在又一示例中,第三开关周期紧随着第二开关周期。
图17是根据本发明又一实施例的如图16所示的电源变换系统1100的简化时序图。该示图仅仅是示例,其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替代和修改。
如图17所示,波形2002表示作为时间的函数的开关1420的导通和截止条件,波形2004表示作为时间的函数的反馈信号1455。波形2006表示作为时间的函数的用于开关1850的第三采样信号,并且波形2008表示作为时间的函数的用于开关1852的第四采样信号。在图17中示出了开关1420的不同开关周期。例如,开关1420的整个开关周期TL以及开关周期TM的一部分被示出。在另一示例中,TL和TM是两个连续的开关周期。在又一示例中,时刻t11,t12,t13和t14在时间段TL内,并且时刻t15和t16在时间段TM内。在又一示例中,t11≤t12≤t13≤t14≤t15≤t16
根据一个实施例,在时间段TL期间,开关1420在时刻t11处(例如,如波形2002的下降沿所示)断开(例如,截止),并且退磁过程开始(例如,如波形2004所示的)。例如,第三采样信号在时刻t12之前为逻辑低电平(例如,如波形2006所示),并且因此开关1850断开(例如,截止)。在另一示例中,在时刻t12处,第三采样信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形2006中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1850闭合(例如,导通)。在又一示例中,反馈信号1455在电容器1854处被采样并被保持达时间段TL。在又一示例中,第三采样信号在时刻t13处从逻辑高电平变为逻辑低电平(例如,如波形2006中的下降沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1850断开(例如,截止)。
根据另一实施例,在时间段TL期间,第四采样信号在时刻t14之前为逻辑低电平(例如,如波形2008所示)。例如,开关1852断开(例如,截止)。在另一示例中,在时刻t14处,第四采样信号从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形2008中的上升沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1852闭合(例如,导通),并且进而反馈信号1455在电容器1856处被采样并被保持。在又一示例中,t13与t14之间的差值为预定时间段Td。在又一示例中,反馈信号1455在t13处的大小近似等于反馈信号1455在t14处的大小。
根据又一实施例,在时间段TM期间,第三采样信号在时刻t15处从逻辑低电平变为逻辑高电平(例如,如波形2006中的上降沿所示)。因此,根据某些实施例,开关1850闭合(例如,导通),并且进而反馈信号1455在电容器1854处被采样并被保持。在另一示例中,所采样/所保持信号1872被生成以提供给比较器1860。在又一示例中,第三采样信号在时刻t16处从逻辑高电平变为逻辑低电平(例如,如波形2006中的下升沿所示)。在又一示例中,在时刻t16处,由阈值电平位移组件1858生成的输出信号1870在比较器1860处被与所采样/所保持信号1872相比较。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括第一比较器、脉宽调制生成器、驱动器组件和电压改变率检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。脉宽调制生成器被配置为至少接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。此外,驱动器组件被配置为接收调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。另外,电压改变率检测组件被配置为采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,电压改变率检测组件还被配置为将第一经采样信号的大小与第二经采样信号相比较,第二调制周期在第一调制周期之后。该系统还被配置为判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件。如果一个或多个第一条件被满足,则该系统还被配置为增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。例如,该系统至少根据图11、图12、图13、图14、图15、图16和/或图17来实现。
根据另一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括:接收第一输入信号和第二输入信号,处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息,以及至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。该方法还包括:至少接收第一比较信号,处理与第一比较信号相关联的信息,并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。另外,该方法包括:接收调制信号,处理与调制信号相关联的信息,并且向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。此外,该方法包括:采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号,并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,第二调制周期在第一调制周期之后。此外,该方法包括:判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件,并且如果一个或多个第一条件被满足,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。例如,该方法至少根据图11、图12、图13、图14、图15、图16和/或图17来实现。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的系统包括第一比较器、脉宽调制生成器、驱动器组件和电压改变率检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。脉宽调制生成器被配置为至少接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。此外,驱动器组件被配置为接收调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。另外,电压改变率检测组件被配置为采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,电压改变率检测组件还被配置为将第一经采样信号的大小与第二经采样信号相比较,第二调制周期在第一调制周期之后。该系统还被配置为:判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否大于第一阈值电压,第一阈值电压大于或等于零;如果第一经采样信号减去第二经采样信号被判定为大于第一阈值电压,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。该系统还被配置为:判断第二经采样信号减去第一经采样信号是否大于第二阈值电压,第二阈值电压大于或等于零;以及如果第二经采样信号减去第一经采样信号被判定为大于第二阈值电压,则减小调制频率和与初级电流有关的峰值大小。例如,该系统至少根据图11、图12、图13、图14、图15、图16和/或图17来实现。
根据又一实施例,一种用于开关电源变换器的方法包括:接收第一输入信号和第二输入信号,处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息,并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,第一输入信号至少与和电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联。该方法还包括:至少接收第一比较信号,处理与第一比较信号相关联的信息,并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成调制信号,调制信号与调制频率相关联。另外,该方法包括接收调制信号,处理与调制信号相关联的信息,并且向开关输出驱动信号以调节流经电源变换器的初级绕组的初级电流,初级电流与调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联。此外,该方法包括采样反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号,并且采样反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,第二调制周期在第一调制周期之后。此外,该方法包括判断第一经采样信号减去第二经采样信号是否大于第一阈值电压,第一阈值电压大于或等于零;并且如果第一经采样信号减去第二经采样信号被判定为大于第一阈值电压,则增大调制频率和与初级电流有关的峰值大小。另外,该方法包括判断第二经采样信号减去第一经采样信号是否大于第二阈值电压,第二阈值电压大于或等于零;并且如果第二经采样信号减去第一经采样信号被判定为大于第二阈值电压,则减小调制频率和与初级电流有关的峰值大小。例如,该方法至少根据图11、图12、图13、图14、图15、图16和/或图17来实现。
例如,本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地是利用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件和/或软件与硬件组件的一种或多种组合来实现的。在另一示例中,本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地在一个或多个电路中实现,例如在一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路中实现。在又一示例中,本发明的各个实施例和/或示例可以相组合。
虽然已描述了本发明的特定实施例,然而本领域技术人员将明白,存在与所述实施例等同的其它实施例。因此,将明白,本发明不局限于所示出的特定实施例,而是仅由权利要求的范围来限定。

Claims (25)

1.一种用于开关电源变换器的系统,该系统包括:
第一比较器,被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,所述第一输入信号至少与和所述电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联;
脉宽调制生成器,被配置为至少接收所述第一比较信号并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成调制信号,所述调制信号与调制频率相关联;
驱动器组件,被配置为接收所述调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流,所述初级电流与所述调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联;以及
电压改变率检测组件,被配置为采样所述反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样所述反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,所述电压改变率检测组件还被配置为将所述第一经采样信号的大小与所述第二经采样信号相比较,所述第二调制周期在所述第一调制周期之后;
其中,所述用于开关电源变换器的系统还被配置为:
判断所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件;
如果所述一个或多个第一条件被满足,则增大所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
2.如权利要求1所述的系统,还被配置为在所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号大于第一阈值电压时,判定所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号满足所述一个或多个第一条件,所述第一阈值电压大于或等于零。
3.如权利要求1所述的系统,还被配置为:
判断所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号是否满足一个或多个第二条件;
如果所述一个或多个第二条件被满足,则减小所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
4.如权利要求3所述的系统,还被配置为在所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号大于第二阈值电压时,判定所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号满足所述一个或多个第二条件,所述第二阈值电压大于或等于零。
5.如权利要求3所述的系统,还包括:
指数生成器,被配置为生成所述第二输入信号;以及
动态控制组件,被耦合到所述电压改变率检测组件并且被配置为至少生成第三输入信号和第四输入信号;
其中,所述指数生成器还被配置为至少接收所述第三输入信号,并且作为响应改变所述第二输入信号以增大或减小所述调制频率。
6.如权利要求5所述的系统,还包括:逻辑控制组件,被配置为至少接收所述第四输入信号,并且作为响应改变逻辑信号以增大或减小与所述初级电流有关的所述峰值大小。
7.如权利要求6所述的系统,其中,所述脉宽调制生成器还被配置为接收所述逻辑信号,并且至少基于与所述第一比较信号和所述逻辑信号相关联的信息来生成所述调制信号。
8.如权利要求1所述的系统,其中,所述第二调制周期紧随所述第一调制周期之后。
9.如权利要求1所述的系统,还包括:第二比较器,被配置为接收第三输入信号和第四输入信号并且至少基于与所述第三输入信号和所述第四输入信号相关联的信息生成第二比较信号,所述第三输入信号与所述第一输入信号有关,所述第四输入信号与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联。
10.如权利要求9所述的系统,还包括:第三比较器,被配置为接收所述第四输入信号和第一阈值信号,并且至少基于与所述第四输入信号和所述第一阈值信号相关联的信息来生成第三比较信号;以及
第四比较器,被配置为接收所述第四输入信号和第二阈值信号,并且至少基于与所述第四输入信号和所述第二阈值信号相关联的信息来生成第四比较信号。
11.如权利要求1所述的系统,其中,所述脉宽调制生成器包括:
与非门,被配置为至少接收所述第一比较信号;
与门,被耦合到所述与非门;以及
触发器组件,被耦合到所述与门和逻辑控制组件并且被配置为生成所述调制信号。
12.如权利要求1所述的系统,其中,所述开关是双极型晶体管。
13.如权利要求1所述的系统,其中,所述开关是MOS晶体管。
14.如权利要求1所述的系统,还包括:电流生成器,被配置为接收所述第一比较信号并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息输出补偿电流,以生成补偿电压并调节所述第一输入信号。
15.如权利要求1所述的系统,其中,所述电压改变率检测组件包括:
第一采样和保持电路,被配置为对所述反馈信号采样以生成所述第一调制周期期间的所述第一经采样信号;
第二采样和保持电路,被配置为对所述反馈信号采样以生成所述第二调制周期期间的所述第二经采样信号;
运算放大器,被配置为接收第三输入信号和第四输入信号并且生成第一输出信号,所述第三输入信号的大小与所述第一经采样信号成比例,所述第四输入信号的大小与所述第二经采样信号成比例,所述第一输出信号表示所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号;以及
比较器,被配置为接收所述第一输出信号和第三阈值电压,并且至少基于与所述第一输出信号和所述第三阈值电压相关联的信息生成第二比较信号。
16.如权利要求15所述的系统,还包括:
动态控制组件,被配置为至少接收所述第二比较信号并且至少生成第二输出信号;
逻辑控制组件,被配置为至少接收所述第二输出信号,并且作为响应改变逻辑信号以增大或减小与所述初级电流有关的所述峰值大小;
其中,所述脉宽调制生成器还被配置为接收所述逻辑信号,并且至少基于与所述第一比较信号和所述逻辑信号相关联的信息来生成所述调制信号。
17.如权利要求15所述的系统,还被配置为在所述第一输出信号大于所述第三阈值电压时,判定所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号满足所述一个或多个第一条件,所述第三阈值电压大于或等于零。
18.如权利要求1所述的系统,其中,所述电压改变率检测组件包括:
第一采样和保持电路,被配置为对所述反馈信号采样以生成所述第一调制周期期间的所述第一经采样信号;
第二采样和保持电路,被配置为对所述反馈信号采样以生成所述第二调制周期期间的所述第二经采样信号;
电压电平位移组件,被配置为接收所述第一经采样信号并且生成第一输出信号,所述第一输出信号的大小等于所述第一经采样信号减去第四阈值电压;以及
第二比较器,被配置为接收所述第一输出信号和所述第二经采样信号,并且生成第二比较信号。
19.如权利要求18所述的系统,还包括:
动态控制组件,被配置为至少接收所述第二比较信号并且至少生成第二输出信号;
逻辑控制组件,被配置为至少接收所述第二输出信号,并且作为响应改变逻辑信号以增大或减小与所述初级电流有关的所述峰值大小;
其中,所述脉宽调制生成器还被配置为接收所述逻辑信号,并且至少基于与所述第一比较信号和所述逻辑信号相关联的信息来生成所述调制信号。
20.如权利要求18所述的系统,还被配置为在所述第一输出信号大于所述第二经采样信号时,判定所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号满足所述一个或多个第一条件,所述第四阈值电压大于或等于零。
21.一种用于开关电源变换器的方法,该方法包括:
接收第一输入信号和第二输入信号;
处理与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息;
至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,所述第一输入信号至少与和所述电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联;
至少接收所述第一比较信号;
处理与所述第一比较信号相关联的信息;
至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成调制信号,所述调制信号与调制频率相关联;
接收所述调制信号;
处理与所述调制信号相关联的信息,并产生驱动信号;
向开关输出所述驱动信号以调节流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流,所述初级电流与所述调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联;
采样所述反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号;
采样所述反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,所述第二调制周期在所述第一调制周期之后;
判断所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号是否满足一个或多个第一条件;以及
如果所述一个或多个第一条件被满足,则增大所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
22.如权利要求21所述的方法,还包括:
判断所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号是否满足一个或多个第二条件;
如果所述一个或多个第二条件被满足,则减小所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
23.一种用于开关电源变换器的系统,该系统包括:
第一比较器,被配置为接收第一输入信号和第二输入信号并且至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,所述第一输入信号至少与和所述电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联;
脉宽调制生成器,被配置为至少接收所述第一比较信号并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成调制信号,所述调制信号与调制频率相关联;
驱动器组件,被配置为接收所述调制信号并向开关输出驱动信号以调节流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流,所述初级电流与所述调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联;
电压改变率检测组件,被配置为采样所述反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号并且采样所述反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,所述电压改变率检测组件还被配置为将所述第一经采样信号的大小与所述第二经采样信号相比较,所述第二调制周期在所述第一调制周期之后;
其中,所述用于开关电源变换器的系统还被配置为:
判断所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号是否大于第一阈值电压,所述第一阈值电压大于或等于零;
如果所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号被判定为大于所述第一阈值电压,则增大所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小;
判断所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号是否大于第二阈值电压,所述第二阈值电压大于或等于零;以及
如果所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号被判定为大于所述第二阈值电压,则减小所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
24.如权利要求23所述的系统,还被配置为:
如果所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号被判定为大于所述第一阈值电压,则将所述调制频率增大到预定最大频率并且将所述峰值大小增大到预定最大大小;以及
如果所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号被判定为大于所述第二阈值电压,则将所述调制频率减小到预定最小频率并且将所述峰值大小减小到预定最小大小。
25.一种用于开关电源变换器的方法,该方法包括:
接收第一输入信号和第二输入信号;
处理与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息;
至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息来生成第一比较信号,所述第一输入信号至少与和所述电源变换器的输出电流有关的反馈信号相关联;
至少接收所述第一比较信号;
处理与所述第一比较信号相关联的信息;
至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成调制信号,所述调制信号与调制频率相关联;
接收所述调制信号;
处理与所述调制信号相关联的信息,并产生驱动信号;
向开关输出所述驱动信号以调节流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流,所述初级电流与所述调制频率所对应的每个调制周期期间的峰值大小相关联;
采样所述反馈信号以生成第一调制周期期间的第一经采样信号;
采样所述反馈信号以生成第二调制周期期间的第二经采样信号,所述第二调制周期在所述第一调制周期之后;
判断所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号是否大于第一阈值电压,所述第一阈值电压大于或等于零;
如果所述第一经采样信号减去所述第二经采样信号被判定为大于所述第一阈值电压,则增大所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小;
判断所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号是否大于第二阈值电压,所述第二阈值电压大于或等于零;以及
如果所述第二经采样信号减去所述第一经采样信号被判定为大于所述第二阈值电压,则减小所述调制频率和与所述初级电流有关的所述峰值大小。
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