CN103973117B

CN103973117B - 电压转换器中的电压感测

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Publication number: CN103973117B
Application number: CN201410043057.XA
Authority: CN
Inventors: M·费尔特克勒
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: DE102014101129A1; US9197131B2; US20140211510A1; CN103973117A

Abstract

一种用于感测包括至少一个开关元件和变压器的电压转换器的输出电压的方法。对跨辅助绕组的电压进行采样，或者从跨辅助绕组的电压获得信号，以便于获得在所述至少一个开关元件已经到达第一操作状态之后并且直至辅助电压达到预定义阈值的多个样本。辅助绕组与变压器感应地耦合。至少一个所获得的样本在辅助电压达到预定义阈值之前进行评估。

Description

电压转换器中的电压感测

技术领域

本发明的实施例涉及用于感测电压转换器中的电压的方法和电路，具体地涉及用于感测包括变压器的电压转换器中的输出电压的方法和电路。

背景技术

电压转换器广泛地用于工业中，将第一电压转换成第二电压的自动化或消费电子产品的应用中，其中，第一电压和第二电压在电压水平和信号波形中的至少一个方面不同。开关模式转换器（开关模式电源）包括至少一个开关元件，该开关元件从第一电压生成经脉宽调制（PWM）的电压，并且所述PWM电压由从第一电压生成第二电压的整流器电路来接收。在这一类型的电压转换器中，可以通过控制PWM电压的占空比来控制第二电压的电压水平。

存在其中整流器电路包括变压器的开关模式转换器，所述变压器提供了在第一电压所施加到的输入和提供第二电压可用的输出之间的势垒。在该类型的转换器中，开关元件通常耦合到变压器的初级绕组，即开关元件被布置在整流器电路的初级侧部分，同时在整流器电路的次级侧部分中提供第二电压可用。为了能够通过适当地切换开关元件来控制输出电压，需要将输出电压的电压水平从次级侧部分传递到初级侧部分。

因此，需要提供一种用于将电压转换器的输出电压的电压水平从次级侧有效率地传递到初级侧的方法和电路。

发明内容

第一实施例涉及用于感测包括至少一个开关元件和变压器的电压转换器中的输出电压的方法。该方法包括：在至少一个开关元件已经到达第一操作状态之后并且直至辅助电压达到预定义阈值，对跨辅助绕组的电压或者从跨辅助绕组的电压获得的信号进行采样，以便于获得多个样本，其中，辅助绕组与变压器感应地耦合；以及评估在辅助绕组电压达到预定义阈值之前所获得的至少一个样本。

第二实施例涉及一种电压转换器。电压转换器包括至少一个开关元件、变压器以及与变压器感应地耦合的辅助。感测电路耦合到变压器，并且被配置成在至少一个开关元件已经到达第一操作状态之后并且直至辅助电压达到预定义阈值，获得多个样本，并且评估在辅助绕组电压达到预定义阈值之前所获得的至少一个样本。

附图说明

现在将参考附图来说明示例。附图用于图示基本原理，使得仅图示理解基本原理所需要的各方面。附图没有按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征。

图1示意性地图示了开关模式电压转换器电路的第一实施例；

图2更具体地示意性地图示了电压转换器电路的一个实施例；

图3图示了图2的电压转换器电路的整流器电路的第一实施例；

图4示出了示意性地图示图3的电压转换器的操作原理的时序图；

图5分别图示了图3的电压转换器的跨次级绕组和辅助绕组的电压的时序图；

图6示出了图5的时序图并且图示了用于感测电压转换器的输出电压的方法的一个实施例；

图7图示了耦合到辅助绕组的感测电路的一个实施例；

图8图示了图7的感测电路中的测量电路的一个实施例；

图9图示了图7的感测电路中的采样和存储电路的第一实施例；

图10图示了图7的感测电路中的控制电路的一个实施例；

图11更具体地示出了图9的存储电路的一个实施例；

图12图示了采样和存储电路的第二实施例；

图13图示了根据另一实施例的存储电路；

图14分别示出了当退磁时段非常短时跨次级绕组和辅助绕组的电压的时序图；

图15图示了根据第二实施例的感测电路；

图16图示了根据第三实施例的感测电路；以及

图17图示了根据第四实施例的感测电路。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，对附图进行参考，附图形成具体实施方式的一部分并且通过可以实践本发明的说明性特定实施例来示出。

图1示意性地图示了下文中将称为电压转换器的开关模式电压转换器（还可以被称为开关模式功率转换器）的第一实施例。参考图1，电压转换器包括具有用于接收输入电压Vin的输入端子11、12的输入以及具有用于提供输出电压Vout的输出端子13、14的输出。电压转换器被配置成从输入电压Vin生成输出电压Vout，其中输入电压Vin和输出电压Vout具有不同的电压水平和信号波形中的至少一个。根据一个实施例，输入电压Vin和输出电压Vout是直流电压（DC电压），并且具有不同的电压水平，例如，输入电压Vin具有比输出电压Vout更高的电压水平。根据另一实施例，输入电压Vin是诸如具有正弦波形的电压的交流电压（AC电压），而输出电压Vout是直流电压。

参考图1，电压转换器包括具有至少一个电子开关16的开关电路SW和具有至少一个变压器15的感应整流器电路IRC。具有电子开关16的开关电路SW被配置成接收输入电压Vin，并且生成由感应整流器电路IRC所接收的经脉宽调制的电压V_PWM。感应整流器电路IRC将PWM电压V_PWM变换成输出电压Vout。PWM电压V_PWM是通过驱动所述至少一个开关元件16以脉宽调制的方式来生成的。可以通过使所述至少一个电子开关16接通和断开的控制PWM驱动信号的占空比来控制输出电压Vout。也就是说，可以通过调整所述至少一个电子开关16的PWM操作的占空比来控制输出电压。具体地，输出电压Vout可以被控制为具有根据参考信号而来的预定义的电压水平和/或预定义的电压波形。

为了控制输出电压Vout，需要将输出电压Vout的电压水平传递到开关电路SW。在图1的实施例中，感测电路生成代表输出电压Vout的电压水平的输出信号Sout。开关电路接收输出信号Sout，并且根据该输出信号Sout来调整所述至少一个开关元件16的PWM操作的占空比，以便于控制输出电压Vout的电压水平。

参考图1，感测电路包括与感应整流器电路IRC的变压器15感应耦合的辅助绕组2和评估电路3。评估电路3被配置成评估跨辅助绕组的电压V2，并且从该电压V2生成输出信号Sout。跨辅助绕组的电压V2将在下文中称为辅助电压。

在图2中图示了电压转换器的更具体的实施例，该电压转换器具有包括至少一个开关元件16的开关电路并且具有包括至少一个变压器15的感应整流器电路。利用反激式转换器拓扑来实现图2的电压转换器。在该情况下，开关元件16与变压器15的初级绕组15p串联连接，并且具有开关元件16与初级绕组15p的串联电路连接在输入端子11、12之间。开关元件16和驱动电路17形成前述的开关电路SW。驱动电路17从感测电路3接收输出信号Sout，并且被配置成输出PWM驱动信号S16，该PWM驱动信号S16由开关元件16接收，并且以PWM方式来使开关元件16接通和断开。驱动电路17根据输出信号Sout并且根据内部参考信号来调整PWM驱动信号S16的占空比，使得由输出信号Sout代表的输出电压Vout与参考信号相对应。

变压器15进一步包括与初级绕组15p感应耦合的次级绕组15s。变压器15是感应整流器电路IRC的一部分，在本实施例中，感应整流器电路IRC进一步包括耦合在次级绕组15和输出13、14之间的整流器电路18。

根据图3中图示一个实施例，整流器电路18包括具有整流器元件181和电容性存储元件182的串联电路，其中该串联电路在与次级绕组15s并联连接。在电容性存储元件182两端提供输出电压Vout可用。根据一个实施例，整流器元件181是二极管。然而，还可以使用其他类型的整流器元件，诸如通过MOSFET（未示出）实现的同步整流器（SR）。根据一个实施例，电容性存储元件182是电容器。

参考图4来简要地说明图2的电压转换器的操作原理，图4示意性地示出了PWM驱动信号S16、变压器15的初级电压Vp和次级电压Vs的时序图。初级电压Vp是跨初级绕组15P的电压，并且次级电压Vs是跨变压器15的次级绕组15s的电压。

图4示出了在PWM驱动信号S16的一个驱动周期中的时序图。PWM驱动信号S16的一个驱动周期包括驱动信号S16接通开关元件16的接通时段Ton以及驱动信号S16断开开关元件16的断开时段Toff。在接通时段Ton期间，驱动信号S16具有接通开关元件16的接通水平，并且在断开时段Toff期间，驱动信号S16具有断开开关元件16的断开水平。为了解释的目的，假定驱动信号S16的接通水平是高水平，并且断开水平是低水平。

参考图2和图4，在接通时段期间，即当开关元件16接通，初级电压Vp本质上对应于输入电压Vin。在图2的电压转换器中，初级绕组15p和次级绕组15s具有相反的绕组感测。因此，初级电压Vp和次级电压Vs具有相反的极性。例如，如果输入电压Vin为正电压从而使得初级电压Vp在接通时段期间是正电压时，则次级电压Vs在接通时段Ton期间为负。输入电压Vin和次级电压Vs可以被参考到不同的参考电势。例如，输入电压Vin可以被参考到初级侧参考电势（初级侧大地），并且次级电压Vs可以被参考到次级侧参考电势（次级侧大地）。

应当注意，关于本描述，次级电压Vs的“正水平”表示使整流器电路18偏置的电压水平，使得次级电流Is可以从次级绕组15s流到输出13、14，并且“负水平”使整流器电路偏置，使得整流器电路18防止电流在接通时段Ton期间，即当次级电压Vd为负时，流动通过次级绕组Vs。初级电压Vp的幅度和次级电压Vs的幅度之间的比率通过变压器15的绕组比来定义。

当接通开关元件时，能量被磁性地存储在变压器15中。当开关元件16断开时，次级电压Vs的极性反转，并且次级电压Vs上升，直到次级电流Is通过次级绕组15s和整流器18流动到负载Z（图2中以虚线图示）可以与之连接的输出13、14。只要先前存储在变压器15中的能量已经传递到输出13、14，即只要该变压器15完全退磁，则次级电压Vs减小到零。在电流流动通过次级绕组15s的时间段期间，跨初级绕组15p上存在负电压。然而，因为开关元件16的阻止，所以通过初级绕组15p的电流为零。

在图4中仅示意性地图示了在断开时段期间的次级电压Vs的波形，其中该电压被绘制为当开关元件16断开时升高，只要变压器15中存储有能量就保持基本恒定的电压水平，并且然后减小到零。

实际中，该波形不太理想。图5示出了在断开时段的开始（在图4中由时间t1代表）和变压器已经退磁时的时间（在图4中由时间t3代表）之间的次级电源Vs的更实际的波形。

参考图5，在断开时段的开始处的次级电压Vs从其在接通时段Ton期间具有的负信号水平开始朝向正信号水平升高。在次级电压Vs已经达到最大电压水平之后，寄生振荡在次级电压Vs（在图5的时间t2）进入电压水平基本上恒定的稳定状态之前发生。在断开时段Toff的开始处的次级电压Vs的振荡是由于变压器的寄生杂散电感和变压器的寄生电容而导致的。随着变压器已经退磁，次级电压Vs减小到零。此时，振荡可能再次发生。然而，在图5中仅图示了这些振荡的时段的大约一半（1/2）。时间t3和时间t4之间的时间段与一个振荡周期的四分之一（1/4）相对应。参考图5，t4是次级电压Vs减小到零时候的时间，这在下面进一步详细解释。

参考图5，次级电压Vs在寄生振荡结束处的第二时间t2与变压器15已经退磁时候并且次级电压Vs开始朝向零减小时的时间t3（这在下面将被称为第三时间）之间基本上是恒定的。在该时间段中，次级电压Vs基本上与输出电压Vout加上时间变化的电压相对应。参考图5，该对应于输出电压Vout和次级电压V2之间的差别的时间变化的电压基本上在第二和第三时间t2、t3之间线性减小。

参考图2，次级电压V2的时间变化部分对应于当整流器18传导次级电流Is时跨整流器电路18的电压V18。当如图3中所示实现具有在次级绕组15s和输出13、14之间的一个二极管181的整流器电路18时，跨整流器电路的电压V18基本上由下式给出：

V18=V_F+V₁₈(Is)(1)

V_F表示二极管181的正向电压。该正向电压V_F基本上是恒定的，并且当用硅来实现二极管181时大约为0.7V。V₁₈（Is）表示电压V₁₈（Is）的电流相关部分，在本实施例中，其基本上与次级电流Is成比例。随着次级电流Is随着变压器15退磁而减小（基本上线性），V₁₈（Is）也减小（基本上线性）。在次级电压Vs开始减小到零之前不久的第三时间t3处，变压器15已经退磁并且次级电流Is基本上为零。因此，在该时间t3处，次级电压Vs仅由输出电压Vout和跨二极管（181）的电压V18的恒定部分V_F之和来给出。该恒定部分V_F通过整流器电路18的设计来定义，使得次级电压Vs在次级电压Vs开始减小为零之前不久，很好地代表输出电压Vout。因此，期望评估第三时间t3处或者第三时间t3之前不久的次级电压Vs，以便于感测输出电压Vout，并且提供输出信号Sout。

在图2的电压转换器中，感测电路包括辅助绕组2，该辅助绕组2与次级绕组15s（当然，也与初级绕组15p）感应耦合。跨辅助绕组2的电压V2在断开期间基本上与次级电压Vs成比例，其中，次级电压Vs和跨辅助绕组的电压V2之间的比例因子通过这两个绕组15s、2的绕组比来定义。因此，图5中图示的时序图代表断开时段Toff期间的经评估的电压V2和次级电压Vs二者。作为次级电压Vs的替代，在图2的电路中评估跨辅助绕组2的电压。该电压V2在下面被称为经评估的电压。参考图2，评估电路3耦合到辅助绕组2，并且被配置成从经评估的电压V2生成输出信号Sout。

下文参考图6描述评估电路3（和在评估电路3中所实现的方法）的操作原理。图6再次示出了在断开时间的开始（图6中的时间t1）和经评估的电压V2已经减小到预定阈值（在本实施例中为零）时之间的经评估的电压V2的时序图。

参考图6，由评估电路3所执行的方法包括：在开关元件16到达预定义开关状态（在本实施例中为断开状态）的时间t1处之后并且直至辅助电压2达到预定义阈值（在时间t4处）（在本实施例中为零），对辅助电压V2进行采样。

在图6所示的实施例中，对辅助电压V2进行采样在开关元件16在第一时间t1处断开之后的延迟时间T1之后的第二时间t2处开始。该第一时间t1通过使开关元件16接通和断开的驱动信号S16来定义。根据一个实施例，延迟时间T1是固定的，并且被选择为使得其近似地对应于断开开关元件16之后发生寄生振荡的时间段，或者比该时间段更长。

参考图6，该方法进一步包括选择在第三时间t3时或之前所获得的至少一个样本。在图6中，T2表示获得所述至少一个经评估的样本的第五时间t5和辅助电压V2达到预定义阈值的第四时间t4之间的时间段。该时间段T2被选择为使得第五时间t5对应于第三时间t3或者（稍微）在第三时间t3之前，使得在第五时间t5处，辅助电压V2基本上具有恒定的电压水平，也就是在辅助电压V2朝向零减小之前。从至少一个样本生成代表输出电压Vout的输出信号Sout。根据一个实施例，仅对一个样本进行评估，即在第五时间t5处获得的样本。根据另一实施例，选择两个或更多个（多个）样本，计算所选择的本值的平均值，并且根据该平均值来生成输出信号Sout的信号水平。根据一个实施方式，多个样本包括在第五时间t5处获得的样本和在第五时间t5之前直接获得的至少一个其他样本。第五时间在下文还被称为评估时间。

根据另一实施例，从在第五时间t5处结束的评估时段TEVAL内获得的多个样本中选择至少一个其他样本。

参考以上说明中，辅助电压V2基本上与次级电压Vs成比例，并且次级电压Vs基本上与输出电压Vout加上第三时间t3处的整流器电路18的已知正向电压V_F相对应。假设评估时间t5接近第三时间t3，在第五时间t5处获得的至少一个样本代表输出电压Vout，使得输出信号Sout在基于至少一个所选择的样本来被生成时还代表输出电压Vout。对在评估时段T_EVAL内所获得的多个样本进行评估的情形中，评估时段T_EVAL的长度被选择为使得辅助电压V2在T_EVAL内基本上恒定。

为了确保评估时间t5在辅助电压Vs开始减小的时间t3之前，时间段T2被选择为使得寄生振荡的一个周期的至少四分之一（1/4）在第三时间t3之后发生。在第三时间t3和第四时间t4之间的时间段对应于这一周期的四分之一。这些寄生振荡主要是由于电路的寄生电容和初级绕组15p的电感所导致的，寄生电容诸如至少一个开关元件16和变压器15的寄生电容。因此，寄生振荡的周期取决于该电路的具体设计。该周期可以通过针对每个具体设计的试验或模拟来获得，并且可以用于在该电路操作之前适当地调整时间段T2。根据一个实施例，T2在0.2μs和2μs之间。

图7示意性地图示了评估电路3的一个实施例，该评估电路3被配置成以之前参考图6说明过的方式来评估辅助电压V2并且生成输出信号S_out。参考图7，评估电路3包括测量电路4，该测量电路4耦合到辅助绕组2并且被配置成生成代表辅助电压V2的测量信号S2。采样和存储电路5接收该测量信号S2，并且被配置成对测量信号S2进行采样，以存储通过对测量信号S2进行采样所获得的样本，并且将在评估时段T_EVAL内获得的至少两个样本的平均值或样本输出到输出级10，该输出级10输出该输出信号Sout。采样和存储电路5的操作由控制电路7来控制，该控制电路7还接收测量信号S2，并且将控制信号CTRL输出到采样和存储电路5。

图8图示了测量电路4的一个实施例。该测量电路4包括具有串联连接的第一和第二电阻器41、42的分压器。具有电阻器41、42的串联电路与辅助绕组2并联连接。在作为对于第一和第二电阻器41、42公共的电路节点的分压器的抽头（输出）处提供代表跨辅助绕组2的电压V2的测量信号S2可用。可选地，缓冲器44接收抽头处的电势，并且提供测量信号S2。根据另一选项，诸如二极管的整流器元件43与该分压器电阻器中的一个分压电阻器并联连接。在本实施例中，整流器元件被与第二分压器电阻器42并联连接，并且被连接为使得分压器的抽头处的负电压（电势）的幅度被限制为整流器元件43的正向电压。在分压器的输出处的该负电压在开关元件16处于接通状态并且对初级绕组15p施加输入电压Vin时存在，并且可以在变压器15已经退磁并且寄生振荡发生时如图5和图6中所示的第四时间t4之后存在。辅助电压的正信号的值，即在第一时间之后不久并且直至第四时间t4的信号值，不受整流器元件43的影响。

图9更具体地示出了采样和存储电路5的一个实施例。该采样和存储电路5包括具有n个存储单元6₁、6₂、6₃、6_N的存储电路6。该存储单元6₁-6_n中的每一个存储单元被配置成存储测量信号S2的一个样本。在图9中，出于说明的目的，仅图示了四个存储单元。然而，存储电路6当然可以包括多于四个的存储单元。根据一个实施例中，存储电路6包括16个存储单元、32存储单元或者甚至多于32个的存储单元。

参考图8中，复用器8接收测量信号S2，并且被配置成根据各个存储单元61-6n中的地址计数器信号ADR来存储测量信号S2的样本。地址信号ADR包括具有n个不同地址的序列，其中每个地址与一个存储单元6₁-6_n相关联。即，复用器8在一个时刻将测量信号S2的瞬时信号水平存储在与在该时刻由复用器8接收到的地址相关联的存储单元6₁-6_n中。在下文中，ADR（i）表示n个计数器值中的一个，并且6_i表示与计数器值ADR（i）相关联的存储单元。

寻址电路52根据由时钟生成器51所输出的时钟信号CLK来输出地址信号ADR。寻址电路52改变地址的频率定义测量信号S2被采样的采样频率。该频率可以对应于时钟信号CLK的频率。然而，采样频率也可以低于时钟频率。例如，可以通过仅在时钟信号CLK的每第m个信号脉冲改变地址来获得仅为时钟频率的1/m的一小部分的采样频率。

寻址电路被配置成给出以预定义的顺序包括在地址信号中的n个不同的地址。也就是说，在寻址电路已经输出具有n个不同地址的序列之后，寻址电路再次开始输出相同的地址序列。以该方式，图9的存储电路6操作得类似循环缓冲器。也就是说，复用器8根据地址信号ADR来将后续样本以预定义的顺序写入各个存储单元6₁-6_n。出于说明的目的，假定第一样本被存储在第一存储单元6₁中，第二样本被存储在第二存储单元6₂中，以此类推。在第n样本已经被存储到第n存储单元6_n中之后，由地址信号控制的复用器8返回第一存储单元6₁，并且以与之前相同的预定义的顺序将接下来的样本序列写入存储单元6₁-6_n中。以该方式，存储电路6中总是存储最近的n个样本。样本被写入各个存储单元6₁，6_n的顺序通过地址信号CNT来定义。

根据一个实施例，寻址电路52包括计数器，该计数器被配置成以预定义的顺序输出n个不同的计数器的值，并且通过时钟信号来计时。出于说明的目的，假定该计数器根据时钟信号所提供的时钟来从1到n进行计数。当计数器值达到n并且计数器接收到下一个时钟脉冲时，该计数器被重置为1。在该实施例中，地址信号包括计数器值的序列，其中，每个计数器的值代表一个地址。

控制电路7被配置成当代表辅助电压V2的测量信号S2达到预定义阈值时，停止对测量信号S2进行采样并且将测量信号S2的样本存储在存储电路6中的过程。参考图9，控制电路7接收测量信号S2和驱动信号S16，并且将控制信号CTRL输出到复用器8和寻址电路52。根据一个实施例，控制信号CTRL可以具有两个不同的信号水平，即第一水平和第二水平。第一水平也将被称作采样和存储水平，并且第二水平在下面将被称作读取水平。当控制信号CTRL具有采样和存储水平时，使得复用器8和寻址电路52能够对测量信号S2进行采样并且将测量信号的样本存储在存储电路6中。当控制电路CTRL具有读取水平时，复用器8和/或计数器52被禁用，使得没有新的样本被存储在存储电路6中并且至少一个样本从存储电路6被读取。这将在下面进一步详细说明。在图9的实施例中，当测量信号达到预定义阈值或降低到预定义阈值以下时，控制信号CTRL从样本和存储水平改变为读取水平。然而，代替测量信号S2，从辅助电压V2得到的任何其他信号可以用于检测次级电压Vs达到零的那些时间，并且生成控制信号CTRL。

图10中图示了控制电路7的一个实施例。在该实施例中，控制电路7包括比较器71，该比较器71将测量信号S2的信号水平与参考信号S_REF的信号水平作比较。参考信号S_REF代表预定义阈值。当测量信号S2的信号水平达到参考信号S_REF或降低到参考信号S_REF以下时，比较器输出信号S71改变为指示该测量信号S2已经达到参考信号S_REF或降低到参考信号S_REF以下的信号水平。然后，比较器输出信号S71使得控制信号CTRL从第一水平改变为第二水平。控制信号CTRL被保持在第二水平上，直到开关元件16再次断开。该功能可以通过许多不同的方式来获得。在本实施例中，诸如SR触发器的触发器存储比较器输出信号S71的信号水平的改变。当测量信号S2达到阈值S_REF时，触发器被设置，并且当驱动信号S16处于断开水平时，驱动信号S16的下降沿将触发器73重置。为了防止辅助电压V2的采样在第一时间t1处已经开始，可选的延迟元件74延迟在触发器73的重置输入处所接收的驱动信号S16。该触发器74的延迟时间与在第一时间t1和时间t2之间的时间T1（见图6）相对应，在所述时间t1处开关元件16断开，在所述时间t2处辅助电压V2和测量信号S2的采样分别开始。

参考图6，评估时间t5结束在辅助电压V2达到预定义阈值（在图6的实施例中为零）的第四时间t4之前的数个采样时段。为了评估在评估时间t5处所获得的所述至少一个样本，在评估时间t5处写入存储电路6的所述至少一个样本必须从存储电路6中读取。在图9的采样和存储电路5中，使用计数器信号地址来标识在评估时间t5处已经写入的存储单元。下文中，ADR（停止）表示在控制信号CTRL禁用寻址电路52和第一复用器8时的地址信号ADR的地址。该地址在下面被称为停止地址。停止地址ADR（停止）定义最近的样本已经被写入的存储单元。该样本可以是在辅助电压V2（或测量信号S2）达到预定义阈值之前不久或之后不久，即第四时间t4之前不久或之后不久，所获得的样本。在测量信号S2达到阈值与控制电路7对计数器和复用器解除激活之间不可避免地存在延迟时间，从而使一个或多个样本可以在第四时间t4之后被写入到存储电路6中。

可以容易地使用停止地址以及寻址电路52生成地址信号的顺序来标识在最近的样本已经被写入到由ADR（停止）所表示（所寻址）的存储单元中之前已经写入数个采样时段的存储单元。例如，如果要评估在最近的样本之前采样所获得的p个采样时段，该样本已经被写入的地址可以容易地通过在地址序列中从停止地址ADR（停止）回溯p个地址来获得。

在图9的实施例中，计算单元53接收停止地址ADR（停止）和参数p，并且计算要读取的至少一个存储单元的地址ADR（读取）。寻址电路52生成地址的顺序可以被存储在计算单元中，以便于使计算单元53能够获得要读取的地址。

在该实施例中，其中寻址电路52包括通过时钟信号来周期性地递增（递减）的计数器，并且其中地址增大（减小）计数器值，读取地址ADR（读取），可以通过从停止地址ADR（停止）减去（加上）参数p来计算。

出于说明的目的，假设在地址信号ADR中的后续地址（每一个都由计数器值所代表）之间的差为q，从而ADR（i+1）-ADR（i）=q，其中ADR（i+1）和ADR（i）表示地址信号ADR中的后续地址。q在下面被称为增量。该增量可以是正值，其中，在该情况下，计数器周期性地递增计数器值，或者可以是负值，其中，在该情况下，计数器周期性地递减计数器值。根据一个实施例，q=1。

出于说明的目的，进一步假设评估时间t5是在最近的样本被写入ADR（停止）处的存储单元中之前p个采样时段的时间。参数p被选择为使得p乘以一个采样周期对应于参考图6说明的时间段T2（或略长）。即，p乘以一个采样周期是在第三时间t3之后发生的寄生振荡的一个周期的至少四分之一。为了便于说明，进一步假设仅在评估时间t5获得的样本（这可选地定义评估时段T_EVAL的结束）要被评估。在该情况下，读取地址ADR（读取）可以基于停止地址而被计算为：

ADR(读取)=ADR(停止)-p·q.(2)

计算单元可以被实现为简单的减法器，该减法器从ADR（停止）减去p·q。p·q被存储在存储54中，在本实施例中诸如寄存器。计算单元53计算在ADR（停止）和p·q之间的差，使得根据ADR（停止）和p·q之间的关系，计算单元53输出该差，或者输出最高可能的地址加上该差。例如，假设地址信号ADR代表在1和n之间的地址，并且增量q是1。如果偏移p·q大于ADR（停止），则该差将使地址范围下溢。在该情况下，地址n+ADR（停止）-p·q将作为读取地址ADR（读取）被输出。在每种情况下，读取地址ADR（读取）对应于在最近的样本之前已经写入p个样本时段的存储单元的地址。

在第一复用器被解除激活时由控制信号CTRL激活的第二复用器9接收读取地址ADR（读取），从与读取地址ADR（读取）相关联的存储单元中读取样本，并且将该样本转发到输出级（图7中的10）。

根据另一实施例中，第二复用器9不仅读取存储在由ADR（读取）所代表的存储单元中的样本，而且也从在由ADR（读取）所代表的存储单元之前已经直接写入的存储单元的相邻存储单元读取样本但在评估时段T_EVAL内读取样本。在该情况下，复用器9在同一时间或在后续时间中向输出级10提供两个或更多的样本。在该情况下，输出级10计算这些样本的平均值，并且根据该平均值来输出该输出信号S_OUT。

图11图示了存储电路6的一个实施例。在图6的实施例中，各个存储单元6₁-6_n被实现为电容性存储元件，具体地被实现为用于诸如初级侧参考电势的参考电势的端子和复用器8之间所连接的电容。在该实施例中，复用器8包括多个开关81₁-81_n，其中，每个开关被连接在电容性存储元件6₁中的一个和提供测量信号S2可用的测量电路2（图11中未示出）的输出之间。复用器8还包括驱动电路82，该驱动电路82接收地址信号CNT并且根据地址信号ADR来驱动各个开关81₁-81_n。存储电路6的操作原理如下。为了说明的目的，假定在一个时刻处的测量信号S2的样本要被存储在该时刻处由地址ADR（i）所代表的存储单元6_i中（其中6_i表示的存储单元中的任意一个存储单元）。然后，驱动电路82闭合与存储单元6_i相关联的开关81_i，使得电容性存储元件6i中被充电到与测量信号S2的信号水平相对应的电压。

参考图11，第二复用器9还包括多个开关91₁-91_n，其中，这些开关中的每一个开关被连接在存储元件6₁-6_n中的一个存储元件和存储电路6的输出之间，其中，输出被耦合到输出级10（图11中未示出）。驱动电路92被配置成根据读取地址ADR（读取）来接通和断开各个开关91₁-91_n。为了从由地址ADR（读取）所代表的存储元件读取样本，驱动电路92闭合与该存储单元相关联的开关元件，以便于将对应的存储单元耦合到评估样本的输出级10。更具体地，在图11的实施例中，输出级10评估跨相应的电容性存储元件的电压的电压水平。

可选地，驱动电路92根据地址ADR（读取）来将两个或更多个相邻的电容性存储元件一次耦合到输出。“相邻的存储单元”是随后写入的那些存储单元。然后，输出处的电压对应于先前存储在这些电容性存储元件中的电压的平均值。

图12图示了采样和存储电路5的另一实施例。该实施例仅使用一个复用器8，该复用器8用于将样本存储在存储电路6中并且用于从存储电路6取回样本。在该情况下，控制电路7控制第一对开关551、552。这些开关中的第一个耦合在测量电路（未示出）与复用器8的输入/输出之间，并且第二个被连接在复用器8的输入/输出与采样和存储电路6的输出之间。控制电路7还控制复用器56，该复用器56向复用器转发由计算单元53提供的地址信号ADR或读取地址ADR（读取）。当控制信号CTRL具有采样和保持水平时，第一开关551被激活，第二开关被解除激活，并且复用器向复用器8转发由寻址电路52提供的地址信号ADR。在该情况下，对测量信号进行采样，并且样本被存储在存储电路6中。

当控制信号CTRL具有读取水平时，第一开关55₁被解除激活，第二开关55₂被解除激活，并且另一复用器56向复用器转发读取地址ADR（读取）。在该情况下，由读取地址ADR（读取）所代表的至少一个存储单元被读取，并且样本被输出到输出级10（图12中未示出）。

图13示出了存储电路6中的另一实施例。图13的存储电路6是图11的存储电路6的修改。在图13的存储电路6中，省略了图11中图示的第二复用器9。

可以存在电压转换器的操作情形，在该情形中，开关元件16的接通时段Ton相对短，使得在每个驱动周期中，仅少量能量被存储在变压器中。因此，该变压器退磁非常快。图14分别图示了在该情况下的次级电压Vs和辅助电压V2的典型波形。参考图14，紧接在寄生振荡结束之后的辅助电压V2开始减小到零。因此，在该情况下，不存在辅助电压V2基本恒定以便于被评估的时段。在该操作情形中，为了还能够提供输出信号S_OUT，评估电路3可选地包括峰值电压检测器，该峰值电压检测器被配置成分别检测测量信号S2或辅助电压V2的峰值电压，并且输出代表该峰值电压的信号。

图15图示了包括这样的峰值电压检测器的评估电路3的一个实施例。图15的实施例是基于图7的实施例。在该实施例中，附图标记20表示峰值电压检测器。峰值电压检测器20接收测量信号S2，并且输出代表测量信号S2的峰值电压的峰值信号S20。峰值电压检测器20可以在每个驱动周期的开始或结束处被重置。根据一个实施例，峰值电压检测器20接收驱动信号S16，其中，每当驱动信号S16的信号水平从断开水平改变为接通水平时，即在接通时段Ton的开始处，或者当信号水平从接通水平改变为断开水平时，即在断开时段的开始处，驱动信号S16重置峰值电压检测器。复用器30接收采样和存储电路5的输出以及峰值电压检测器20的输出，并且根据另一控制信号CTRL2来向输出级10输出这些输出信号中的一个输出信号。另一控制电路40接收驱动信号S16和测量信号S2，并且当测量信号S2达到预定义阈值时，计算在断开时段的开始（图6中的t1）和第四时间t4之间的时间。当该时间段比预定义时间阈值短时，另一控制信号CTRL2使得复用器30将峰值电压检测器20的输出耦合到提供输出信号Sout可用的评估电路3的输出。否则，采样和存储电路5下游连接的输出级10被耦合到评估电路3的输出。

根据图16中所示的另一实施例，由计算单元50来替换复用器30，该计算单元50计算峰值信号S20和输出级的输出信号的加权和，使得：

Sout=a·S10+b·S20(3)

其中a+b=1，并且S10是输出级10的输出信号。根据电压转换器的输出功率来计算加权因子a、b，其中，因子的权重随着输出功率增加而增大。计算单元60根据输出功率来生成加权因子a、b。根据一个实施例，驱动信号S16的占空比代表输出功率，其中，输出功率随着占空比的增大而增加。在本实施例中，计算单元60接收驱动信号S16。

图17图示了评估电路3的另一实施例。该评估电路3基于图5的评估电路3，并且与图3的评估电路的不同之处在于，替代存储54，计算电路55提供从停止地址ADR（停止）计算读取地址ADR（读取）所需要的参数p.q（或当q=1时的p）。参考前述说明，p被选择为使得至少一个所评估的样本（在评估时间t5处获得的样本）是在第三时间t3时或之前获得的一个样本。在图17的实施例中，计算电路55耦合到存储电路6，并且被配置为基于存储在存储电路6中的样本来确定第三时间t3处获得的样本。该计算电路55通过控制信号CTRL来控制，并且在控制信号具有在读取水平时被激活。当计算电路55被激活时，其读取存储在存储电路6中的全部n个样本，并且计算从存储电路6中取回的样本序列的二阶导数。那些序列的二阶导数为零的样本分别是在辅助电压V2和测量信号S2的曲线上的第二和第三时间t2、t3之间的样本，而在第三时间t3和第四时间t4之间获得的那些样本的二阶导数是负的。因此，具有零的二阶导数的序列中最近存储的样本对应于第三时间t3处获得的样本。基于在第三时间t3所获得的样本的地址和停止地址ADR（停止），计算单元55然后计算参数p，并且将该参数p输出到计算单元53。

虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域的技术人员来说明显的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出实现本发明的一些优点的各种改变和修改。对于本领域的技术人员来说明显的是，可以适当地替换执行相同功能的其他组件。应当提到，参考特定附图说明书的特征可以与即使在没有明确地提及的那些情况中的其他附图中的特征相结合。此外，本发明的方法可以以全部软件实现、使用适当的处理器指令或以利用硬件逻辑和软件，逻辑来实现相同结果的混合实现来实现。这样的对本发明原理的修改旨在由所附权利要求涵盖。

诸如“下方”、“以下”、“下层”、“上方”、“以上”等的空间关系术语用于便于说明以解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在包括器件的不同取向以及与附图中描绘的那些不同的取向。另外，诸如“第一”、“第二”等的术语也可以用于描述各种元件、区域、部分等，并且还不旨在限制。在说明书中，相同的术语指相同的元件。

如本文所用，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，指示存在所陈述的元件或特征，而不排除其他元件或特征。冠词“一”，“一个”和“所述”旨在包括复数以及单数，除非上下文另外明确说明。

应当理解，本文所述的各种实施方式的特征可以彼此结合，除非以其他方式具体指出。

虽然这里已经图示和描述了特定实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等效实现可以被代替为所示出和所描述的特定实施例。本申请意在涵盖本文所讨论的特定实施例的任何适配或变化形式。因此，希望本发明仅由权利要求及其等同进行限定。

Claims

1.一种用于感测电压转换器中的输出电压的方法，所述电压转换器包括开关元件和变压器，所述方法包括：

在所述开关元件断开之后并且在辅助电压达到预定义阈值之前，对跨辅助绕组的所述辅助电压或者从跨辅助绕组的所述辅助电压获得的信号进行采样，以便于获得多个样本，其中，所述辅助绕组与所述变压器感应耦合；以及

对在所述辅助电压达到所述预定义阈值之前所获得的至少一个样本进行评估，其中，对所述至少一个样本进行评估包括：对在所述辅助电压达到所述预定义阈值之前所获得的多个样本的平均值进行评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义阈值为零。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述辅助电压达到所述预定义阈值之前预定义时间获得所述至少一个样本。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述辅助电压达到所述预定义阈值的时间之前0.2μs和2μs之间获得所述至少一个样本。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，采样包括对跨所述辅助绕组的所述辅助电压或者从跨所述辅助绕组的所述辅助电压获得的所述信号进行周期性地采样。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：获得最近样本，其中，所述至少一个样本是在所述最近样本之前预定义数目的样本处所获得的样本。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，使用样本的序列来计算所述预定义数目，其中，计算所述数目包括计算所述序列的二阶导数。

8.根据权利要求1所述的方法，

其中，对所述辅助电压进行采样包括将样本组存储在存储电路中，所述样本组在采样时段的结束处的时间窗中获得，

其中，对所述至少一个样本进行评估包括从所述存储电路获得所述至少一个样本。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中，所述存储电路包括n个数目的存储单元，其中，每个存储单元被配置成存储一个样本，并且

其中，存储所述样本组包括以预定义顺序将时间上连续的样本存储在所述存储单元中，使得在已经将n个样本存储在所述存储电路中之后，将每个额外的样本存储在当前保持最早样本的存储单元中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，从所述存储电路获得所述至少一个样本包括：

标识所述样本组中的最近的一个已经写入的存储单元；以及

标识在最近样本之前在第p个采样时段的样本已经写入的存储单元，并且从该存储单元获得所述样本，其中p是预定义数目。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：从紧接在所标识的存储单元已经被写入之前或之后写入的至少一个其他存储单元获得样本。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述存储电路包括多个电容性存储元件。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述开关元件断开之后检测所述辅助电压的峰值；以及

其中，感测所述输出电压包括，当所述开关元件断开的时间和所述辅助电压达到所述预定义阈值的时间之间的时间差在预定义时间阈值以下时，对所述峰值进行评估。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预定义时间阈值为1μs。

15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述开关元件断开之后检测所述辅助电压的峰值，

其中，感测所述输出电压包括计算所述峰值的加权和与所述至少一个样本的加权和。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个样本的权重随着所述电压转换器的输出功率的增加而增大。

17.一种电压转换器，包括：

开关元件；

变压器；

辅助绕组，所述辅助绕组与所述变压器感应耦合；以及

感测电路，所述感测电路耦合到所述辅助绕组，并且被配置为在所述开关元件断开之后并且在跨所述辅助绕组的辅助电压达到预定义阈值之前而获得多个样本，并且对在跨所述辅助绕组的所述辅助电压达到所述预定义阈值之前所获得的至少一个样本进行评估，其中，所述感测电路被配置成对在跨所述辅助绕组的所述辅助电压达到所述预定义阈值之前所获得的多个样本的平均值进行评估。

18.根据权利要求17所述的电压转换器，其中，所述感测电路被配置成对在跨所述辅助绕组的所述辅助电压达到所述预定义阈值之前预定义时间所获得的至少一个样本进行评估。

19.根据权利要求17所述的电压转换器，其中，所述感测电路被配置成对跨所述辅助绕组的所述辅助电压或者从跨所述辅助绕组的所述辅助电压获得的信号进行周期性地采样。

20.根据权利要求17所述的电压转换器，其中，所述感测电路被配置成获得最近样本，并且对在所述最近样本之前预定义数目的样本处所获得的至少一个样本进行评估。

21.根据权利要求20所述的电压转换器，其中，所述感测电路被配置成使用样本序列来计算所述预定义数目，其中，计算所述数目包括计算所述序列的二阶导数。

22.根据权利要求17所述的电压转换器，其中，所述感测电路进一步包括存储电路，所述存储电路被配置成存储在采样时段的结束处的时间窗中所获得的样本组，并且进一步被配置成对存储在所述存储电路中的至少一个样本进行评估。