CN103036396A - 用于功率转换器控制器的多级采样电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于功率转换器的示例控制器，包括跟踪和保持电路、采样和保持电路和驱动逻辑电路。所述跟踪和保持电路从所述控制器的一个端子接收一个代表所述功率转换器的输出电压的信号。所述跟踪和保持电路包括第一电容器，所述第一电容器提供跟踪所述信号的第一电压，然后保持所述第一电压。当所述第一电压被保持在所述第一电容器上时，所述采样和保持电路对所述第一电压进行采样。所述采样和保持电路包括第二电容器，该第二电容器被耦合以在一个采样时段之后保持代表所述第一电压的第二电压，其中所述第二电容器的电容值大于所述第一电容器的电容值。所述驱动逻辑电路控制所述第一开关，从而响应于所述第二电压来调节所述功率转换器的输出。

Description

用于功率转换器控制器的多级采样电路
技术领域
本发明总体涉及功率转换器控制器，更具体而言，本发明涉及用于功率转换器控制器的采样电路。
背景技术
许多电气设备，例如，蜂窝电话、个人数字助理（PDA）、膝上型计算机等，利用电力来运行。由于电力通常通过壁式插座作为高压交流电流（ac）来递送，所以可使用一般称为功率转换器的设备来通过能量传递元件将高压交流电流（ac）输入变换成经很好调节的直流电流（dc）输出。开关式功率转换器由于它们的高效率、小尺寸和低重量而通常用于为现在的许多电子设备供电。在运行时，通过改变功率转换器中开关的占空比（一般是开关的接通时间与总切换时段（switching period）的比例）、改变切换频率，或者改变每单位时间的脉冲数目，利用开关来提供期望的输出量。
功率转换器可通过感测和控制闭环中的功率转换器的输出，使用控制器来提供对电气设备（通常称为负载）的输出调节。更具体地，控制器可耦合至一个传感器，该传感器提供关于功率转换器的输出的反馈信息，从而调节递送至负载的输出量。控制器通过响应于来自传感器的反馈信息来控制开关接通或断开，以调节递送至负载的输出量，从而将能量脉冲从输入电源（例如，电源线）传递至功率转换器输出。
在功率转换器中用以提供反馈信息的传感器可包括一个光耦合器，该光耦合器接收直接来自功率转换器的输出的关于输出电压的信息。功率转换器的输出还耦合至能量传递元件的次级绕组。该类型的控制方案一般称为“次级侧控制”。替代地，控制器可利用通常称为“初级侧控制”的另一类型的控制方案。在初级侧控制中，传感器可包括能量传递元件的初级参考绕组（例如，偏置绕组），以在将能量递送至输出的切换事件之后，立即提供一个代表功率转换器的输出电压的信号。尽管初级侧控制减小了成本和光耦合器所消耗的功率，但是在没有切换时，输出电压不能被感测。此外，只在有限时间中，初级参考绕组所提供的信号才代表输出电压，尤其是在轻负载状况时。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括：一个跟踪和保持电路，被耦合以接收来自所述控制器的单个端子的信号，所述信号代表所述功率转换器在一个第一开关的至少断开时间的一部分期间的输出电压，其中所述跟踪和保持电路包括一个被耦合以提供第一电压的第一电容器，所述第一电压在所述第一开关的所述断开时间的一部分期间跟踪所述信号，所述第一电容器在所述断开时间的一部分的结束处保持所述第一电压；一个采样和保持电路，被耦合至所述跟踪和保持电路，从而当所述第一电压被保持在所述第一电容器上时对所述第一电压进行采样，其中所述采样和保持电路包括一个第二电容器，所述第二电容器被耦合以保持代表在一个采样时段之后的所述第一电压的第二电压，其中所述第二电容器的电容值大于所述第一电容器的电容值；以及驱动逻辑电路，被耦合至所述采样和保持电路，并且被耦合以控制所述第一开关，从而响应于所述第二电压来调节所述功率转换器的输出。
根据本发明的另一方面，提供一种功率转换器，包括：一个能量传递元件；第一开关，被耦合至所述能量传递元件，以控制通过所述能量传递元件的能量传递；以及一个控制器，被耦合至所述第一开关。所述控制器包括：一个跟踪和保持电路，被耦合以接收来自所述控制器的单个端子的信号，所述信号代表所述功率转换器在一个第一开关的至少断开时间的一部分期间的输出电压，其中所述跟踪和保持电路包括一个被耦合以提供第一电压的第一电容器，所述第一电压在所述第一开关的所述断开时间的一部分期间跟踪所述信号，所述第一电容器在所述断开时间的一部分的结束处保持所述第一电压；一个采样和保持电路，被耦合至所述跟踪和保持电路，从而当所述第一电压被保持在所述第一电容器上时对所述第一电压进行采样，其中所述采样和保持电路包括一个第二电容器，所述第二电容器被耦合以保持代表在采样时段之后的所述第一电压的第二电压，其中所述第二电容器的电容值大于所述第一电容器的电容值；以及驱动逻辑电路，被耦合至所述采样和保持电路，并且被耦合以控制所述第一开关，从而响应于所述第二电压来调节所述功率转换器的输出。
附图说明
参考下列附图来描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有指示，在各个视图中，相同的参考数字指代相同的部分。
图1是根据本发明的教导的一个功能方块图，示出了包括控制器的一个示例功率转换器。
图2是根据本发明的教导的一个功能方块图，示出了具有包括初级参考绕组的感测电路的示例功率转换器。
图3是根据本发明的教导的一个功能方块图，示出了一个示例控制器。
图4示出了根据本发明的教导的与示例多级采样电路相关联的示例电压波形和电流波形以及时钟信号。
具体实施方式
公开了关于感测在功率转换器中的电压的实施例。在随后的描述中，陈述了许多具体细节，从而提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应明了，不必需采用所述具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述公知材料或方法，以避免模糊本发明。
在本说明书全文中提到“一个实施方案”“一实施方案”“一个实施例”或“一实施例”意为，关于该实施方案或实施例所描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书的多个地方出现的短语“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”未必全都指相同的实施方案或实施例。此外，在一个或多个实施方案或实施例中，所述具体特征、结构或特性可通过任何合适的组合和/或子组合而被组合。具体的特征、结构或特性可被包括在提供所描述的功能的集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适部件中。此外，应理解，在此所提供的附图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，且这些图未必按比例绘制。
如将讨论的，用于功率转换器的示例集成控制器通过感测和控制闭环中的功率转换器的输出来提供输出调节。包括在功率转换器中的感测电路可依赖于能量传递元件的隔离绕组之间的磁耦合，从而提供代表输出电压的信号。如前面所提及的，这种类型的控制通常称为“初级侧控制”或使用初级侧反馈的控制。
尽管初级侧反馈去除了由光耦合器所耗费的成本和功率，但是在没有切换时，输出电压不能被感测。因而，根据本文的教导的示例控制器包括一个采样电路，以对感测电路所提供的信号进行采样。在一个实施例中，采样电路包括一个电容器，以存储已采样的信号。随后，存储在电容器中的所感测的信号被控制器的驱动逻辑电路所接收，以控制电源开关。然而，仅在有限时间内，感测电路所提供的信号才代表输出电压，尤其是在轻负载状况时。
此外，对于在轻负载时利用脉冲跳跃（pulses kipping）的控制器，存储所感测的信号的电容器应当足够大，从而将所感测的信号的值保持数个时钟周期（clock cycle）。如将进一步讨论的，控制器包括一个提供时钟信号的振荡器。时钟信号的频率可以部分地确定开关的切换频率。在某些运行状况下，开关在每一时钟周期期间被使能（enable），这样，切换频率基本上等于时钟频率。然而，在轻负载状况下，开关并非在每一时钟周期都被使能，有效切换频率小于时钟频率。这样，存储有所感测的信号的电容器应当足够大，以将所感测的信号的值保持数个时钟周期，直至至少下一切换事件。
因而，为在少量时间中对单个大电容器充电以存储所感测的输出电压，可能要求使用快速、高电流的缓冲器，该缓冲器利用更大的功率，并且设计比较复杂。因此，本发明的实施方案利用多级采样电路，以感测和存储由感测电路所提供的信号。在一个实施例中，多级采样电路包括一个跟踪和保持级，随后是一个采样和保持级，以感测和存储一个功率转换器的输出电压。跟踪和保持级被耦合，以跟踪所感测的输出电压，然后将所感测的输出电压保持在一个小电容器上，该小电容器使用简单的缓冲器来充电。一旦所感测的输出电压被保持在较小的跟踪和保持电容器上，就使用采样和保持级将所保持的值传递至一个较大的电容器（例如，接近十倍的电容）。这样，多级反馈电路可将所感测的输出电压快速保持在跟踪和保持电路的小电容器上，然后通过将所感测的输出电压传递至采样和保持电路的较大的电容器上，该控制器可将所感测的输出电压的值保持多个时钟周期。在一个实施方案中，利用该跟踪和保持电路允许控制器在最近可能的时刻处获取所感测的输出电压的值。
举例而言，图1是根据本发明的教导的一个功能方块图，示出了包括控制器122的示例功率转换器100。所示出的功率转换器100的实施例包括：能量传递元件T1 104、能量传递元件T1 104的初级绕组106、能量传递元件T1 104的次级绕组108、开关S1 110、输入返回111、箝位电路112、整流器D1 114、输出电容器C1 116、输出返回117、感测电路120、控制器122和集成电路125。控制器122示出为包括单个反馈端子123、多级采样电路132和驱动逻辑电路134。图1中还示出输入电压VIN 102、输出量UO、输出电压VO、输出电流IO、感测信号USENSE 124、电流感测信号126、驱动信号128和开关电流ID 130。在示出的实施例中，出于解释的目的，功率转换器100示出为一个具有回扫拓扑的功率转换器。应理解，功率转换器的其他已知拓扑和配置也可从本发明的教导中受益。
功率转换器100从一个未经调节的输入VIN 102提供输出功率至负载118。在一个实施方案中，输入VIN 102是一个经整流和经滤波的ac线电压。在另一实施方案中，输入电压VIN 102是dc输入电压。输入VIN 102耦合至能量传递元件T1104。在本发明的一些实施方案中，能量传递元件T1 104可以是耦合电容器。在本发明的一些其他实施方案中，能量传递元件T1 104可以是变压器。在图1的实施例中，能量传递元件T1 104包括两个绕组，一个初级绕组106和一个次级绕组108。NP和NS分别是初级绕组106和次级绕组108的匝数。在图1的实施例中，初级绕组108可认为是输入绕组，次级绕组112可认为是输出绕组。初级绕组106还耦合至电源开关S1 110，电源开关S1 110则又耦合至输入返回111。此外，箝位电路112耦合在能量传递元件T1 104的初级绕组106两端。
能量传递元件T1 104的次级绕组108耦合至整流器D1 114。在图1示出的实施例中，整流器D1 114示例为一个二极管，次级绕组108耦合至该二极管的阳极。然而，在一些实施方案中，整流器D1 114可以是用作同步整流器的晶体管。输出电容器C1 116和负载118都耦合至整流器D1114。在图1的实施例中，输出电容器C1 116和负载118都耦合至该二极管的阴极。输出被提供至负载118，并且可提供作为输出电压VO、输出电流IO或者这两者的组合。
功率转换器100进一步包括用于调节输出（示例为输出量UO）的电路系统。感测电路120被耦合，以感测输出量UO并且提供感测信号USENSE 124，该感测信号USENSE 124代表输出量UO。如下面更加详细讨论的，感测电路120可感测来自能量传递元件T1 104的附加绕组的输出量。在另一实施方案中，感测电路120可通过一个电路（例如，光耦合器）感测直接来自功率转换器100的输出的输出量UO。通常，输出量UO为输出电压VO、输出电流IO或者这两者的组合。
控制器122耦合至感测电路120，并且可包括多个端子。在端子123处，控制器122接收来自感测电路120的感测信号USENSE 124。控制器122进一步包括用于接收电流感测信号126且用于将驱动信号128提供至开关S1 110的端子。电流感测信号126可以代表开关S1 110中的开关电流ID 130。此外，控制器122提供驱动信号128至开关S1110，以控制各个切换参数。所述参数的实施例可包括开关S1 110的切换频率、切换时段（switching period）、占空比或者各自的接通时间和断开时间。
如图1中所示，控制器122包括多级采样电路132和驱动逻辑电路134。多级采样电路132被耦合，以接收感测信号USENSE 124。之后，多级采样电路的输出被耦合至驱动逻辑电路134，且被驱动逻辑电路134所接收。驱动逻辑电路134还接收电流感测信号126并且响应于多级采样电路的输出来输出驱动信号128。在一些实施方案中，驱动逻辑电路134还响应于电流感测信号126来输出驱动信号128。
在图1的实施例中，输入电压VIN 102相对于输入返回111是正的，输出电压VO相对于输出返回117是正的。图1的实施例示出了输入返回111和输出返回117之间的流电隔离（galvanic isolation）。换句话说，施加在输入返回111和输出返回117之间的dc电压将产生基本上为零的电流。因而，电气耦合至初级绕组106的电路与电气耦合至次级绕组108的电路流电隔离。
在运行时，图1的功率转换器100从一个未经调节的输入VIN 102提供输出功率至负载118。功率转换器100利用能量传递元件T1 104来在初级绕组106和次级绕组108之间传递能量。箝位电路112耦合至能量传递元件T1 104的初级绕组106，以限制开关S1 110上的最大电压。开关S1 110响应于接收自控制器122的驱动信号128而被打开和闭合。通常的理解是，闭合的开关可导通电流，且被认为是接通的；打开的开关不能导通电流，且被认为是断开的。在图1的实施例中，开关S1 110响应于控制器122来控制电流ID 130，以获得功率转换器100的指定性能。在一些实施方案中，开关S1 110可以是一个晶体管，控制器122可包括集成电路和/或分立的电气部件。在一个实施方案中，控制器122和开关S1 110一起被包括在单个集成电路125中。在一个实施例中，集成电路是单块集成电路。在另一个实施例中，集成电路是混合集成电路。
开关S1 110的运行还在初级绕组106两端产生时变电压VP。通过变压器作用，在次级绕组108两端产生电压VP的成比例复制，比例因子是次级绕组108的匝数NS除以初级绕组106的匝数NP。开关S1 110的切换还在整流器D1 114处产生脉动电流。整流器D1 114中的电流被输出电容器C1 116滤波，以在负载118处产生基本恒定的输出电压VO、输出电流IO或这两者的组合。
感测电路120感测输出量UO，从而将感测信号USENSE 124提供至控制器122。在图1的实施例中，控制器122还接收电流感测输入126，该电流感测输入126中继（relay）在所述开关S1 110中所感测的开关电流ID 130。可以多种方式来感测开关电流ID 130，例如通过分立电阻器两端的电压，或者当晶体管导通时在晶体管两端的电压。
控制器122输出驱动信号128，以响应于各种不同的系统输入来运行开关S1 110，从而基本上将输出量UO调节至期望值。通过使用感测电路120和控制器122，在闭环中调节开关式功率转换器100的输出。控制器122进一步包括多级采样电路132，以接收和存储由感测信号USENSE 124所提供的输出量UO。随后所存储的输出量UO被输出至驱动逻辑电路134。多级采样电路132提供一种在不使用昂贵的、快速缓冲器的情况下来快速存储输出量UO并且将输出量UO保持数个时钟周期的方式。
图2是根据本发明的教导的一个功能方块图，示出了包括初级参考绕组（例如，偏置绕组206）的感测电路120的示例功率转换器200。功率转换器200是功率转换器100的一种可能的实施方式，并且进一步提供了关于可能的感测电路120和多级采样电路132的细节。在图2中，示例感测电路120示出为包括偏置绕组206和电阻器R1 208和R2 210。偏置绕组206可以是能量传递元件T1 104的一个附加绕组。所示的多级采样电路132的实施例在图2中示出为包括一个跟踪和保持电路220和一个采样和保持电路222。
在示出的实施方案中，感测电路120提供感测信号USENSE124。电阻器R1 208和R2 210耦合在偏置绕组206两端。偏置绕组206和电阻器R2 210耦合至输入返回111。在示出的实施例中，电阻器R2 210两端的电压（反馈电压VFB）被用作感测信号USENSE124。在端子123处，反馈电压VFB被控制器122接收并进一步被多级采样电路132所接收。
在运行时，当次级绕组108上的整流器D1 114导通时，偏置绕组206响应于输出电压VO而产生电压VB。在开关S1 110的至少断开时间的一部分（a portion of an OFF time）期间，反馈电压VB和感测信号USENSE124代表输出电压VO。在一个实施方案中，感测信号USENSE124仅在该断开时间的一部分期间代表输出电压VO。在开关S1 100的接通时间期间，偏置绕组206响应于输入电压VIN 102而产生电压VB。在另一实施例中，偏置绕组210还可为控制器122内的电路提供电源。电阻器R1 208和R2 210被用于成比例缩小偏置绕组206的电压。这样，反馈电压VFB是偏置电压VB的成比例的形式。
应理解，在以下方面许多变体都是可能的，即，利用偏置绕组来感测输出电压VO并且用于提供感测，同时在流电隔离的情况下还供电至控制器。例如，偏置绕组可分别应用一个类似于整流器D1 114的整流器和一个类似于电容器C1 116的电容器，以产生dc偏置电压同时提供来自整流器的阳极的ac反馈信号。这样，附加的无源部件（例如，电阻器）可被用在偏置绕组上，以将来自绕组的电压成比例改变为更加适合被控制器122接收的值。
使用偏置绕组206来感测输出电压VO，提供了输出电压VO和控制器122之间的流电隔离，而无需使用光耦合器。然而，当使用能量传递元件104的绕组来感测输出电压VO时，偏置绕组206处的电压VB仅在输出整流器D1 114导通时代表输出电压VO。换句话说，感测电路120可以仅在开关S1 110的断开时间期间感测输出电压VO。然而，当开关S1 110的切换频率高时（对应于较短的切换时段），存在很少的时间来感测功率转换器的输出。如进一步将示出的，在切换循环（switching cycle）的断开时间期间，电压VB代表输出电压VO，然后下降为零。负载越小，在断开时间期间，输出电压VO下降为零的速度越快。这样，同样存在仅有较少的时间来感测功率转换器200的输出电压VO。本发明的实施方案利用多级采样电路132来快速获取最近可能的时刻处的感测信号USENSE 124（即，反馈电压VFB）的值，且不需要快速、高电流缓冲器，同时在多个切换循环中将反馈电压VFB保持在大电容器上。如将进一步讨论的，反馈电压VFB被跟踪和保持电路220所跟踪，反馈电压VFB的值被快速保持在小电容器上。一旦该值被保持，反馈电压VFB的值就通过采样和保持电路222传递至较大的电容器，该较大的电容器可将该值保持多个切换循环和时钟周期，而无需考虑实际反馈电压VFB的状态。
图3是一个根据本发明的教导的功能方块图，示出了一个示例控制器322。控制器322是图1和图2中所示的控制器122的一种可能的实施方式。所示出的控制器322的实施例包括端子123、驱动逻辑电路（例如，脉冲宽度调制（PWM）电路302）、振荡器304、跟踪和保持电路306、采样和保持电路308和自适应采样计时器312。PWM电路302示出为包括锁存器316、限流发生器317和比较器314。跟踪和保持电路306示出为包括跟踪和保持电容器318、跟踪和保持开关S2、电阻器320和缓冲器324。采样和保持电路308示出为包括采样和保持电容器330、采样和保持开关S3和缓冲器332。
如图3中所示，跟踪和保持电路306耦合至端子123，以接收感测信号USENSE 124。在跟踪和保持电路306内，缓冲器324被耦合，以接收来自端子123的感测信号UFB 124。缓冲器324进一步耦合至电阻器320，而电阻器320耦合至开关S2。开关S2被耦合，以响应于使能信号SW2_EN来控制所述跟踪和保持电路306是否跟踪或保持来自缓冲器324的输出的值。例如，当开关S2被使能（即，闭合）时，电容器318两端的电压跟踪缓冲器324的输出。类似地，当开关S2被禁用（即，打开）时，电容器318两端的电压被保持。
在示出的图3的实施例中，采样和保持电路308耦合至跟踪和保持电路306的输出。缓冲器332被耦合，以接收跟踪和保持电路306的输出，并且进一步耦合至开关S3。开关S3进一步耦合至采样和保持电容器330，且被耦合以响应于使能信号SW3_EN来控制采样和保持电路308是否采样或保持来自缓冲器332的输出的值。例如，当开关S3被使能（即，闭合）时，电容器330两端的电压在采样时段中对缓冲器332的输出进行积分。类似地，当在采样时段结束时，开关S3被禁用（即，打开）时，电容器330两端的电压被保持。在一个实施方案中，电容器330的电容值远远大于电容器318的电容值。例如，电容器330的电容值可以为电容器318的电容值的约10倍。在一个实施方案中，电容器318足够小，以快速跟踪和获取感测信号USENSE 124，而电容器318足够大，以将感测信号USENSE 124（在一个实施方案中为图2中所示的反馈电压VFB）的值存储并保持为开关S1 110的多个时钟周期。举例而言，电容器318可以是约5pH，电容器330可以是约50pF。电容器330的值可根据高温时的过程泄漏（process leakage）和用于调节输出的技术要求而定。
PWM电路302耦合至采样和保持电路308的输出。PWM电路302生成驱动信号128以控制开关S1 110，从而响应于采样和保持电路的输出（即，保持在电容器330上的电压）以及还响应于电流感测信号126来调节功率转换器的输出。具体而言，限流发生器317耦合至电容器330，并且响应于保持在电容器330上的值来输出一个可变限流阈值319。在一个实施方案中，限流发生器317包括一个误差放大器（未示出），以放大所采样的输出电压（如由保持在电容器330上的值所指示的）和参考值之间的差。然后，误差放大器的输出可以被转换为代表功率转换器的输出处的负载状况的限流阈值。例如，高限流阈值可代表高负载状况，然而低限流阈值可代表输出处的轻负载状况。
比较器314被耦合，以将电流感测信号126与可变限流阈值319进行比较，并且禁用开关S1 110（参看图2）。比较器314被耦合至锁存器316的重置输入端，当电流感测信号126超出限流阈值319时，锁存器316被重置。锁存器316还被耦合，以借助于在锁存器316的设定输入端所接收的时钟信号而在每一切换时段使能开关S1 110。在一个实施方案中，振荡器304的频率还是开关S1 110的切换频率。然而，在轻负载操作期间，这未必是真实的。在一个实施方案中，振荡器304生成具有固定频率的时钟信号，使得每一切换循环的切换时段T都是固定的。在轻负载状况下，电源开关S1 110并非在每一时钟周期处都被使能，并且有效切换频率低于时钟频率。这样，电容器330应当足够大，以将所感测的信号的值保持数个时钟周期，直至至少下一切换事件。
如图3中所示，控制器322还包括自适应采样计时器312。自适应采样计时器312适于生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL，该信号可被用于生成多个计时信号，以控制跟踪和保持电路306以及采样和保持电路308的运行。例如，所示出的自适应采样计时器312的实施例被耦合，以提供自适应采样计时器信号AST_SIGNAL，该信号被用于生成使能信号SW2_EN以及使能信号SW3_EN。如上面所提及的，感测信号USENSE 124仅在电源开关S1断开的一部分时间期间代表输出电压。因此，自适应采样计时器312可生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL，使得自适应采样计时器信号AST_SIGNAL的逻辑高段的长度代表此时感测信号USENSE 124提供关于输出电压的信息。因而，自适应采样计时器312控制跟踪和保持电路306，使得电容器318仅在该部分时间期间（即，当开关S1断开时的感测信号USENSE 124代表输出电压的这部分时间期间）跟踪感测信号USENSE 124。这部分时间可在此称为自适应采样时间（例如，当AST_SIGNAL是逻辑高时）。因而，自适应采样时间是其中感测信号USENSE 124可代表输出电压的至少一部分时间。
在一个实施方案中，自适应采样计时器信号AST_SIGNAL基于驱动信号脉动至高值。对于图2中示出的实施例，感测信号USENSE 124代表断开时间期间的输出电压VO。这样，在开关S1 110的断开时间期间，自适应采样计时器信号AST_SIGNAL脉动至逻辑高值。逻辑高段（即，自适应采样时间）的长度可基于负载情况。此外，自适应采样计时器312可生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL，使得在电源开关S1 110断开之后的一个固定的延迟时间（例如，0.22μs），开关S2接通（即，闭合），以允许感测信号USENSE124的跳动（ringing），所述跳动可以在电源开关S1断开之后立刻发生直到减弱。
此外，感测信号USENSE124代表输出电压的时间量可随着功率转换器的输出处的负载状况而改变（例如，在1.2-2.5μs之间）。例如，对于轻负载状况时，感测信号USENSE124代表输出电压的时间量小于对于高负载状况时所述感测信号USENSE124代表输出电压的时间量。因此，自适应采样计时器312被耦合，以响应于代表功率转换器的输出处的负载状况的负载状况信号ULOAD而生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL。因而，在一个实施方案中，自适应采样计时器312生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL，使得自适应采样时间（例如，开关S2闭合的时间）随着功率转换器的输出处的负载状况而改变（例如，在1.2-2.5μs之间）。
在一个实施方案中，计时信号SW2_EN和SW3_EN中的每一个响应于自适应采样计时器信号AST_SIGNAL而脉动持续一个固定时间段。尽管未示出，单稳态多谐振荡器可被用于生成使能信号SW2_EN和SW3_EN。此外，使能信号SW2_EN和SW3_EN响应于自适应采样时间的结束而脉动。在一个实施例中，使能信号SW2_EN在自适应采样时间结束时降低至逻辑低值。此外，使能信号SW3_EN在自适应采样时间结束时脉动至高逻辑值。因此，跟踪和保持电路306保持电容器318上的值的时间以及采样和保持电路308采样的时间还响应于功率转换器的输出处的负载状况。
如上面所提及的，可变限流阈值319代表功率转换器的输出处的负载状况。因此，在一个实施方案中，自适应采样计时器312被耦合以接收限流阈值发生器317的输出，以及负载状况信号ULOAD是可变限流阈值319。在另一实施方案中，误差电压（限流发生器317中的误差放大器的输出）可被用作负载信号ULOAD，以确定负载状况。在这些实施例中，自适应采样计时器312响应于电源开关S1 110断开而生成自适应采样计时器信号AST_SIGNAL。在一个实施例中，随着自适应采样计时器信号AST_SIGNAL脉动至逻辑高值，自适应采样计时器312响应于开关S1 110断开来开始为电容器（该电容器被包括在自适应采样计时器312中）充电。用于为电容器充电的电流是固定电流源和代表限流阈值的电流之间的差。一旦电容器上的电压增大到参考电压，则自适应采样计时器312将自适应采样计时器信号AST_SIGNAL转变回至逻辑低值。因而，随着限流阈值减小，为包括在自适应采样计时器312中的电容器充电的电流增大。这样，对于轻负载状况，电容器充电所花费的时间和自适应采样时间都减小。自适应采样计时器312还可包括被自适应采样计时器信号AST_SIGNAL所触发的一个或多个单稳态多谐振荡器（例如，单触发），以生成计时信号SW2_EN和SW3_EN。
图4示出了根据本发明的教导的示例电压波形和电流波形以及与一个示例多级采样电路相关联的时钟信号，例如包括在图3的控制器322中的多级采样电路。进一步参考图1-图3来描述图4的波形和时钟信号。
偏置绕组电压VB和驱动信号波形在图4的顶部处示出。如图4中所示，偏置绕组电压VB（以及由此反馈电压VFB）代表在开关S1接通期间（例如，当驱动信号为高时）的线输入电压VIN，并且代表在开关S1断开期间（例如，当驱动信号为低时）的输出电压VO。在切换循环T1开始时，AST_SIGNAL是低的。此外，使能信号SW2_EN是低的，电容器318未跟踪感测信号USENSE124。在切换循环T1的开始处，感测信号USENSE124经由偏置绕组电压VB代表输入电压VIN。
如图4中所示，当开关首次断开时，在偏置绕组电压中存在跳动。因此，自适应采样计时器312可延迟断言（assert）AST_SIGNAL，从而允许跳动首次减弱。在一个实施方案中，断言AST_SIGNAL和使能信号SW2_EN之前的所述延迟是一个固定延迟。一旦AST_SIGNAL被断言（即，转变至逻辑高），则使能信号SW2_EN转变至逻辑高值，电容器318开始跟踪感测信号USENSE124，该感测信号USENSE124现在经由反馈电压VFB代表输出电压。
偏置绕组电压VB下降为零之前的时间量是由功率转换器的输出处的负载状况引起。因而，偏置绕组电压VB代表输出电压VO的时间量也取决于负载状况。例如，负载越小，偏置绕组VB代表输出电压的时间越短。因此，自适应采样计时器312提供响应于这些负载状况的自适应采样时间402，以允许有效反馈信息被提供至多级采样电路132。
在自适应采样时间402结束时，AST_SIGNAL转变为逻辑低。此外，在自适应采样时间402结束时，使能信号SW2_EN切换为逻辑低，以将该值保持在跟踪和保持电容器318上。开关S2在自适应采样时间402结束时被打开（即，被禁用），以至少部分地确保一个更精确表示的输出电压被保持在跟踪和保持电容器318上，这是由于感测信号USENSE124中的跳动在此时已减弱。
在自适应采样时间402结束时，使能信号SW3_EN转变为逻辑高值。当SW3_EN转变为逻辑高值从而使能开关S 3时，电容器330开始对保持在跟踪和保持电容器318上的值进行采样。电容器330在采样时段（即，SW3_EN信号为高的时间）中对保持在跟踪和保持电容器318上的值进行积分。在一个实施方案中，SW3_EN信号为高的时间是一个固定时段。在采样和保持电路308的采样时段结束时，保持在跟踪和保持电容器318上的值现在被保持在电容器330上，以供驱动逻辑电路302用于调节功率转换器的输出。随着时间过去，电容器将放电，并且将失去存储在电容器上的值（即，电压）。较大的电容器将比一个较小的电容器保持其值更长的时间。如上面所讨论的，电容器330的电容值大（例如，50pF），使得保持在电容器330上的样本持续多个时钟周期有效。因而，驱动逻辑电路302即使在没有切换的情况下也可继续获得有效的反馈信息。此外，如图4中所示，通过采样和保持电路308的采样甚至可以发生在偏置绕组电压VB之后，因而感测信号USENSE 124不再代表输出电压。
上面对本发明的示例实施例的描述（包括摘要中所描述的）不旨在是穷举性的或者被限制为所公开的精确形式。尽管在此描述的本发明的具体实施方案和实施例用于示例目的，但是在不背离本发明的更宽的精神和范围的情况下，多种等同变体是可能的。确实，应理解，具体的电压、电流、频率、功率范围值、时间等都被提供用于解释的目的，根据本发明的教导，其他值也可用在其他实施方案和实施例中。
在上述详细描述的启示下，可对本发明的实施例做出这些变体。在随后的权利要求中所使用的术语不应当解释为将本发明限制到说明书和权利要求书所公开的具体实施方案中。而是，完全由随后的权利要求来确定范围，所述权利要求根据权利要求解释的既定原则来解释。因此，本发明的说明书和附图被认为是示例性而非限制性的。

Claims (15)

1.一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括：
一个跟踪和保持电路，被耦合以接收来自所述控制器的单个端子的信号，所述信号代表所述功率转换器在一个第一开关的至少断开时间的一部分期间的输出电压，其中所述跟踪和保持电路包括一个被耦合以提供第一电压的第一电容器，所述第一电压在所述第一开关的所述断开时间的一部分期间跟踪所述信号，所述第一电容器在所述断开时间的一部分的结束处保持所述第一电压；
一个采样和保持电路，被耦合至所述跟踪和保持电路，从而当所述第一电压被保持在所述第一电容器上时对所述第一电压进行采样，其中所述采样和保持电路包括一个第二电容器，所述第二电容器被耦合以保持代表在一个采样时段之后的所述第一电压的第二电压，其中所述第二电容器的电容值大于所述第一电容器的电容值；以及
驱动逻辑电路，被耦合至所述采样和保持电路，并且被耦合以控制所述第一开关，从而响应于所述第二电压来调节所述功率转换器的输出。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中当所述采样和保持电路对保持在所述第一电容器上的所述第一电压进行采样时，接收自所述单个端子的信号不代表所述功率转换器的输出电压。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述跟踪和保持电路进一步包括一个被耦合至所述第一电容器的跟踪和保持开关，其中所述第一电压在所述跟踪和保持开关被使能时跟踪，并且在所述跟踪和保持开关被禁用时保持。
4.根据权利要求3所述的控制器，进一步包括一个自适应采样计时器，该自适应采样计时器被耦合至所述跟踪和保持电路，以控制所述跟踪和保持开关。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述自适应采样计时器适于禁用所述跟踪和保持开关，以响应于所述功率转换器的输出处的负载状况而将所述第一电压保持在所述第一电容器上。
6.根据权利要求4所述的控制器，其中所述采样和保持电路进一步包括一个被耦合至所述第二电容器的采样和保持开关，其中当所述采样和保持开关被使能时所述采样时段开始，以及当所述采样和保持开关被禁用时将所述第二电压保持在所述第二电容器上。
7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述第一开关被包括在所述集成电路控制器中。
8.一种功率转换器，包括：
一个能量传递元件；
第一开关，被耦合至所述能量传递元件，以控制通过所述能量传递元件的能量传递；以及
一个控制器，被耦合至所述第一开关，所述控制器包括：
一个跟踪和保持电路，被耦合以接收来自所述控制器的单个端子的信号，所述信号代表所述功率转换器在一个第一开关的至少断开时间的一部分期间的输出电压，其中所述跟踪和保持电路包括一个被耦合以提供第一电压的第一电容器，所述第一电压在所述第一开关的所述断开时间的一部分期间跟踪所述信号，所述第一电容器在所述断开时间的一部分的结束处保持所述第一电压；
一个采样和保持电路，被耦合至所述跟踪和保持电路，从而当所述第一电压被保持在所述第一电容器上时对所述第一电压进行采样，其中所述采样和保持电路包括一个第二电容器，所述第二电容器被耦合以保持代表在采样时段之后的所述第一电压的第二电压，其中所述第二电容器的电容值大于所述第一电容器的电容值；以及
驱动逻辑电路，被耦合至所述采样和保持电路，并且被耦合以控制所述第一开关，从而响应于所述第二电压来调节所述功率转换器的输出。
9.根据权利要求8所述的功率转换器，其中当所述采样和保持电路对保持在所述第一电容器上的所述第一电压进行采样时，接收自所述单个端子的信号不代表所述功率转换器的输出电压。
10.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述跟踪和保持电路进一步包括一个被耦合至所述第一电容器的跟踪和保持开关，其中所述第一电压在所述跟踪和保持开关被使能时跟踪，并且在所述跟踪和保持开关被禁用时保持。
11.根据权利要求10所述的功率转换器，其中所述控制器进一步包括一个自适应采样计时器，该自适应采样计时器被耦合至所述跟踪和保持电路，以控制所述跟踪和保持开关。
12.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述自适应采样计时器适于禁用所述跟踪和保持开关，以响应于所述功率转换器的输出处的负载状况而将所述第一电压保持在所述第一电容器上。
13.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述采样和保持电路进一步包括一个被耦合至所述第二电容器的采样和保持开关，其中当所述采样和保持开关被使能时所述采样时段开始，以及当所述采样和保持开关被禁用时将所述第二电压保持在所述第二电容器上。
14.根据权利要求8所述的功率转换器，还包括一个感测电路，被耦合以将所述信号提供至所述控制器，所述感测电路包括所述能量传递元件的一个初级参考绕组，其中在所述第一开关的至少断开时间的一部分期间，所述初级参考绕组两端的电压代表所述输出电压，并且在所述第一开关的至少接通时间的一部分期间，所述初级参考绕组两端的电压代表所述功率转换器的线输入电压。
15.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述控制器和所述第一开关被包括在单个集成电路中。
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