CN104852582B - 具有外部参数检测的功率转换 - Google Patents

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Abstract

依照实施例，一种方法包括在连续的驱动周期中驱动开关模式功率转换器中的电子开关，其中在该驱动周期的每个周期中驱动该开关包括在导通期导通该电子开关且随后在截止期关断该电子开关，和在驱动周期的导通期期间测量该开关模式功率转换器的运行参数，并且如果导通期的时长满足预定义的标准，存储在该导通期中所测得的运行参数。该方法进一步包括如果该运行参数未被存储持续预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，则强制驱动周期的导通期满足该预定义标准。

Description

具有外部参数检测的功率转换
本申请主张2014年2月14日递交的编号为61/940,119的美国临时申请的权益，因此该临时申请通过参考被并入本文中。
技术领域
本公开总的涉及功率转换。
背景技术
当前，随着电子技术的发展，功率转换器被广泛地应用在各个领域。但现有的功率转换器难以对外部参数进行检测或难以基于外部参数进行调整，从而限制了应用。
因此，亟需一种具有外部参数检测的功率转换器以及相应的方法。
发明内容
一种实施例涉及一种方法。该方法包括在连续的驱动周期中驱动开关模式功率转换器中的电子开关，其中在该驱动周期的每个周期中驱动该开关包括在导通期(on-period)导通该电子开关且随后在截止期(off-period)关断该电子开关，以及在驱动周期的导通期期间测量该开关模式功率转换器的运行参数，且如果导通期的时长满足预定义的标准，则存储在该导通期中所测得的运行参数。该方法进一步包括如果该运行参数已被存储持续了预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，使驱动周期的导通期满足该预定义标准。
附图说明
下文中示例参考附图进行解释。附图用于说明特定原理，所以仅用于理解这些原理的必要方便被示出。附图不一定是按比例的。在附图中相同的附图标记表示类似的特征。
图1示出了开关模式功率转换器的一个实施例；
图2示出了生成开关模式功率转换器的输入电压的一个实施例；
图3示出了开关模式功率转换器的电子开关的一个实施例；
图4示出了开关模式功率转换器的整流电路的一个实施例；
图5示出了开关模式功率转换器的反馈电路的一个实施例；
图6示出了说明开关模式功率转换器的一种运行方式的时序图；
图7示出了用于运行开关模式功率转换器的方法的一个实施例；
图8示出了在图7中被示出的方法的修改；
图9示出了开关模式功率转换器的控制器(控制电路)的控制单元的一个实施例；
图10示出了说明一种在驱动电子开关过程中设定导通期的开始的方法的时序图；
图11示出了开关模式功率转换器的一个实施例，在该实施例中驱动电路包括过零(zero crossing)检测器；
图12示出了控制单元更详细的一个实施例；
图13示出了输入电压测量电路的一个实施例；
图14示出了图13中所示的输入电压测量电路中的电压控制器的一个实施例；
图15示意性地示出了开关模式功率转换器中的脉冲延迟的影响；
图16示出了生成用于控制器的供应电压的一个实施例；
图17示出了开关模式功率转换器的另一个实施例。
在下面的具体实施方式中参考了附图。附图构成具体实施方式的一部分，并且以举例说明的方式示出了本发明可以被实施的特定实施例。应当可以理解的是，本文中所描述的各种实施例的特征可彼此结合，除非另有特别说明。
具体实施方式
图1示出了开关模式功率转换器的一个实施例。图1所示的该开关模式功率转换器包括输入端和输出端，该输入端具有用于接收输入电压Vin和输入电流Iin的第一输入节点11和第二输入节点12，该输出端具有用于向负载Z(在图1中用虚线示出)供应输出电压Vout和输出电流Iout的第一输出节点13和第二输出节点14，该负载Z可被连接至输出端13、14。根据一个实施例，该开关模式功率转换器被配置为，从输入电压Vin生成输出电压Vout，从而输出电压Vout具有基本恒定的电压电平，该电压电平很大程度上独立于负载Z的功率消耗。该开关模式功率转换器被配置为，通过适当地驱动电子开关31调节输出电压Vout，电子开关31与变压器的初级绕组21被并联连接。具有初级绕组21和电子开关31的该串联电路被耦接至该开关模式功率转换器的输入端11、12。
该变压器进一步包括次级绕组22和整流电路41，初级绕组22与初级绕组21被电感地耦接，整流电路41被连接在次级绕组22和输出端13、14之间。图1中所示的该开关模式功率转换器具有反激式(flyback)转换器拓扑。即，该变压器的初级绕组21和次级绕组22具有相反的绕组感应(winding sense)。
参考图1，该开关模式功率转换器包括控制器(其也可被称为驱动电路)，其被配置为驱动电子开关31。具体地，控制器10生成驱动信号GD，该驱动信号GD在电子开关31的控制节点处被接收并导通或关断电子开关31。该控制器可被配置为以PWM(脉宽调制)方式驱动电子开关31。在此情况下，该驱动信号是PWM信号。
控制器10包括控制单元5，控制单元5被配置为基于该开关模式功率转换器的输出电压Vout驱动电子开关31。为此，控制器10从反馈电路42接收基于输出电压Vout的反馈信号FB。此外，控制器10被配置为基于该开关模式功率转换器的运行参数驱动电子开关31。根据一个实施例，该运行参数是输入电压Vin。该输入电压Vin可基于变压器的辅助绕组23两端的电压Vaux被测量。辅助绕组23与初级绕组21和次级绕组22被电感地耦接。根据一个实施例，辅助绕组23和次级绕组22具有相同的绕组感应。
根据一个实施例，控制器10包括测量电路6，测量电路6被连接至辅助绕组23且被配置为基于辅助电压Vaux生成运行参数信号SVin。控制器10的控制单元5接收该运行参数信号，且被配置为基于该运行参数信号SVin驱动电子开关31。该运行参数信号表示运行参数(例如，输入电压Vin)。这将在下文中进行更详细地说明。
根据一个实施例，控制器10被配置为基于输入电流Iin驱动电子开关31。在此情况下，电流传感器32测量输入电流Iin，且向控制器10供应表示输入电流Iin的电流检测信号CS。电流感应器32可被实施为与电子开关31被串联连接的分流电阻器(图1中未示出)。在此情况下，该分流电阻器两端的电压可被用作电流检测信号CS。
根据一个实施例，输入电压Vin和输出电压Vout一样基本上是直流电压。参考图2，该基本上直流的输入电压Vin可使用桥整流器17和电容器18从交流电网电压Vg被生成，其中电容器18被连接在该开关模式功率转换器的输入节点11、12之间。在此实施例中，在图1中所示的该开关模式功率转换器能够被用于从电网电压Vg生成直流输出电压Vout。
电子开关31能够是常规电子开关。根据图3中所示的一个实施例，电子开关31是MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)。该MOSFET包括在漏极节点和源极节点之间的负载路径以及作为控制节点的栅极节点。当图3所示的MOSFET被用作图1中所示的开关模式功率转换器中的电子开关31时，该栅极节点接收驱动信号GD，并且负载路径(漏-源路径)与变压器的初级绕组21被串联连接。然而，电子开关31并不限于被实施为MOSFET。另一种类型的晶体管，比如，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、BJT(双极型结晶体管)、JFET(结场效应晶体管)或甚至数种晶体管的结合(比如，具有JFET和MOSFET的级联电路)也可被使用。
整流电路41能够被实施为具有常规整流电路拓扑。此整流电路41的一个实施例在图4中被示出。根据此实施例的整流电路41包括具有整流器元件411和电容器412的串联电路，其中该串联电路与变压器的次级绕组22被并联连接，并且其中输出电压Vout可在电容器412两端获得。整流器元件411在图4中被示为二极管。然而，另一种类型的整流器元件(比如，作为同步整流器(SR)运行的MOSFET)可代替地被使用。
根据另一个实施例，整流电路41具有比先前所说明的拓扑更为复杂的拓扑。根据图4中用虚线示出的一个实施例，具有电感器413和另外的电容器414的串联电路与本文先前所说明的电容器412被并联连接。在此情况下，输出电压Vout可在另外的电容器414两端获得。
图5示出了反馈电路42的一个实施例。参考图5，反馈电路42包括调节器421，调节器421接收输出电压Vout，且接收参考电压VREF(如图所示)或在内部生成该参考电压。调节器421将输出电压Vout与参考电压VREF进行比较，并基于此比较生成反馈信号FB。调节器421可具有比例(P)特性、比例-积分(PI)特性等中的一种。根据一个实施例，调节器421被实施在该开关模式功率转换器的次级侧上，且反馈电路42包括发射器422，发射器422被配置为通过由变压器所提供的电势势垒(隔离势垒)将反馈信号FB从该开关模式功率转换器的次级侧传输至初级侧。控制器10被实施在此实施例的初级侧上。发射器电路422可包括光耦合器，或者任何其他类型的适合于将信号传输穿过电势势垒的电路。根据另一个实施例，发射器422包括另一个变压器。
运行该开关模式功率转换器的一种方法参考图6被说明。图6示出了在该开关模式功率转换器的一个驱动周期期间，驱动信号GD、输入电流Iin、次级侧电流I22和辅助电压Vaux的时序图。参考图1，次级侧电流I22是流经次级绕组22的电流。参考图6，初级侧电流Iin在该导通期结束时达到峰值，且次级侧电流I22在截止期Toff开始时达到峰值。仅用于说明目的，初级侧电流Iin和次级侧电流I22被示为具有相同的峰值。实际上，这些峰值是成比例的，其中I22p＝N21/N22·Iinp。I22p表示次级侧电流的峰值，Iinp表示初级侧电流的峰值，且N21/N22表示初级绕组21的绕组的数量N21和次级绕组22的绕组的数量N22的匝数比(winding ratio)。因此，图6中的例证表示N21＝N22的特定情况，或者示出了被规格化为初级侧电流Ip的峰值的次级侧电流I22。
控制器10被配置为在连续的驱动周期中驱动电子开关31。参考图6，每个驱动周期包括导通期和随后的截止期，在导通期中驱动信号GD具有导通该电子开关的导通电平(on-level)，在截止期中驱动信号GD具有关断该电子开关的截止电平(off-level)。为说明目的，假定该导通电平对应于高信号电平，且该截止电平对应于低信号电平。一个驱动周期的总时长Tp由导通期的时长Ton加上截止期的时长Toff给定。导通期时长Ton在下文中将被称为导通时间(on-time)，截止期时长Toff在下文中将被称为截止时间(off-time)。
参考图6，输入电流Iin在导通时间Ton期间增加，并且在截止时间Toff期间减少。参考图1，在导通时间期间，电子开关31将变压器的初级绕组21连接至输入端11、12，在输入端11、12处输入电压Vin可获得。在导通时间Ton期间输入电流Iin的增长的斜率基本与输入电压Vin的电压电平成比例，并且基本分别与初级绕组21和变压器的电感成反比。在导通时间Ton期间，初级绕组两端的电压V21基本对应于输入电压Vin，且次级绕组22两端的电压V22基本对应于–N22/N21Vin，其中N21表示初级绕组21的绕组数量，N22表示次级绕组22的绕组数量。由于次级绕组22两端的电压V22在导通期期间是负的(这是因为初级绕组21和次级绕组22具有相反的绕组感应)，在导通期期间流经次级绕组22的电流I22是0。
在截止时间Toff开始时，初级绕组21两端的电压V21以及随后次级绕组22两端的电压V22反转极性，并且增加直至次级绕组22两端的电压V22基本对应于输出电压Vout加上整流电路41两端的电压V41。在图4所示的整流电路41中，电压V41基本对应于整流器元件411的正向电压。在截止时间期间，初级绕组21被退磁，并在导通时间期间将电感地存储在初级绕组21中的能量分别转移至次级绕组22和输出端13、14。
该开关模式功率转换器的输入电压Vout能够通过控制该开关模式电源供应器在单个驱动周期中的平均输入功率被控制。在一个驱动周期中的平均输入电力PAVG由下式给定：
其中PAVG是在一个驱动周期中的平均输入功率，Tp是驱动周期的时长，Vin是输入电压，和Iin是输入电流。方程式(1)是基于假定输入电压Vin相对于时长Tp缓慢变化，从而输入电压能够被认为在一个驱动周期期间是恒定的。
在图6所示的实施例中，在次级侧电流I22已被减少至0之后很快的驱动周期开始。在此实施例中，在一个驱动周期中的平均输入功率PAVG能够通过改变导通时间或通过改变截止时间被改变。
根据一个实施例，控制器10基于反馈信号FB控制导通时间Ton。在此实施例中，控制器10基于该反馈信号FB在内部生成阈值电平Ith，并且当由电流检测信号CS所表示的输入电流Iin达到电流阈值Ith时，关断电子开关31。
不同的标准可被用于设定导通期的开始。根据一个实施例，控制器10以断续电流模式(DCM)运行该开关模式功率转换器。在此情况下，电子开关31周期性地被导通，其中开关频率被选择以使次级侧电流I22在每个驱动周期中减少至0。根据另一个实施例，控制器10以准谐振(QR)模式运行该开关模式功率转换器，在其中新的驱动周期的开始分别地基于次级侧电流I22已减少至0的时刻或者变压器已被退磁的时刻被选择。这将在本文下文中进一步详细说明。
根据一个实施例，该开关模式功率转换器被配置为从具有变化的电压电平的输入电压Vin提供输出电压Vout。该输入电压Vin例如可在70V和380V之间变化。由于输入电压Vin的电压电平可影响该开关模式功率转换器的运行，亟需测量输入电压Vin的电压电平。参考上述说明，输入电压Vin的电压电平基于辅助电压Vaux的电压电平被测量。
图6示出了辅助电压Vaux的理想时序图。由于辅助绕组23和初级绕组21之间的感应式耦接，在导通时间Ton期间，辅助电压Vaux的电压电平对应于
Vaux＝-N23/N21·Vin (2a)
其中N23表示辅助绕组23的绕组数量。在截止时间期间，只要流经次级绕组22的电流I22未被减少至0，辅助电压Vaux的电压电平基本对应于
Vaux＝N23/N22·(Vout+V41) (2b)
随着次级侧电流I22减少至0，即，随着变压器完全被退磁，次级侧电压V22以及随后辅助电压Vaux变为0。
如上所述，图6中所示的时序图表示理论(理想)情况。在实际电路中，寄生设备(比如，变压器的寄生电容)可导致该辅助电压Vaux的振荡，特别是在该变压器已被退磁之后。这将在下文中参考图10进一步详细说明。此外，辅助电压Vaux的振荡可在导通期开始时出现，因此在导通期开始之后的一定时间中，辅助电压Vaux并不代表输入电压Vin。此外，为了可靠地测量辅助电压Vaux的电压电平，在测量电路6中的寄生效应可能要求辅助电压Vaux基本稳定(平稳)。虑及于此，在导通期期间基于辅助电压Vaux可靠地测量输入电压Vin可要求导通时间Ton比预定义时长阈值更长。该时长阈值考虑了导通期开始时振荡的时长和测量电路6的特性。根据一个实施例，所要求的最小导通时间TonMIN特别地在0.9μs(微秒)和1.1μs之间。然而，可存在在单个驱动周期中的导通时间短于该最小导通时间TonMIN的运行情况。这在下文中进行说明。
为了以开关频率(即，在声学范围之上的频率)运行电子开关31，和为了能够以相对小的电感器实现该开关模式功率转换器，20kHz至100kHz(例如，60kHz)的切换频率可能是期望的。当负载Z的功率消耗相对低时，由于效率考虑，开关频率范围的下边界被选择。根据一个实施例，导通期Ton的时长可变成小于1μs或甚至小于0.5μs。然而，为了可靠地测量输入电压Vin，这与将导通期Ton的时长调节至高于预定义时长阈值(TonMIN)是矛盾的。
通过控制器10执行的方法的一个实施例，其允许该开关模式功率转换器独立于负载Z的功率消耗可靠地测量运行参数(比如，输入电压Vin)，在下文中参考图7进行说明。图7是说明控制器10的运行的流程图，并且更具体地，是说明控制器10中的控制单元5的运行的流程图。
在开关模式运行开始时(图7中的步骤101)，计数操作开始。这通过设定计数器参数为0(i＝0)表示(图7中的步骤102)。“从开关模式开始”意思是控制器10开始在连续的驱动周期中驱动电子开关31，其中在每个驱动周期中，电子开关31在导通期中被导通且在随后的截止期中被关断。在开关模式运行开始之后，控制器10控制导通期Ton的时长以调节输出电压Vout。根据一个实施例，这包括基于反馈信号FB控制导通时间Ton。在导通时间Ton结束时或结束之后，控制器10将导通期的时长Ton与时长阈值TonREF比较(图7中的步骤104)。该时长阈值表示可靠地测量该运行参数所要求的最小导通时间TonMIN。如果导通时间Ton比时长阈值TonREF更长，则导通时间期间所测得的运行参数被存储(图7中的步骤105)，并且控制器10重新开始计数操作。根据一个实施例，在导通时间中所测得的运行参数是输入电压Vin。在此情况下，输入电压Vin的表示(比如图1中所示的测量信号SVin)被存储。
如果导通时间Ton比时长阈值TonREF短，所测得的运行参数(如果有测量)不被存储，并且计数变量被增加(图7中的步骤106)。在此时，计数变量i表示已出现的所具有的导通时间短于时长阈值的连续导通期的数量。该计数变量然后被与阈值iREF进行比较(图7中的步骤107)。如果该计数变量并不匹配该阈值iREF，该方法继续下一个驱动周期，在该周期中导通时间再次被控制以调节输出电压Vout。然而如果该计数变量已达到该阈值iREF，则控制器10在下个驱动周期中强制导通时间为至少长达时长阈值TonREF。根据一个实施例，时长阈值TonREF被选择，从而外部参数在此时段中能够被可靠地测量。在下文中，比阈值TonREF短的导通时间将被称为短导通时间。
在参考图7所说明的该方法中，如果预定义数量的驱动周期的已过去(在此期间，导通期的时长短于时长阈值TonREF)，在一个驱动周期中的导通期被迫为具有相当于时长阈值TonREF或更长的导通时间Ton。在图7所示的该方法中，该预定义数量对应于计数器阈值iREF。仅以说明为目的，假定计数变量I在每个具有导通时间Ton短于时长阈值的驱动周期之后递增。应当理解的是，其他计数方法也可被使用。根据一个实施例(未示出)，在开始时，该计数变量被设定为起始值而不是0，并且该计数变量在每个具有导通时间Ton短于时长阈值的驱动周期之后递减。在此实施例中，该计数阈值iREF小于该起始值，并且该起始值与计数阈值iREF之差表示，在控制器10强制一个驱动周期中导通期Ton为至少时长阈值TonREF之前，可经历的具有短导通期的连续驱动周期的数量。
根据另一个实施例，控制器10并不对具有短导通时间的驱动周期进行计数，而是测量自上次运行参数被存储所经历的时间。在此实施例中，在步骤102中计时器被设定为开始时间，步骤106可被省略，且在步骤107中，控制器10检查计时器是否已达到结束时间。该计时器每次在运行参数被存储时被重置。在此实施例中，如果新的(更新)运行参数已被存储持续时间比预定义时段更长，控制器10迫使在驱动周期中的导通时间Ton至少对应于时长阈值TonREF，其中该时段由开始时间和结束时间之间的时间差给定。在特定实施例中，导通时间Ton能够通过适当地调节峰值电流被设定为至少对应于时长阈值TonREF。例如，将定义峰值电流的电流阈值Ith(参见图15)设定为参考峰值电流值IthREF，导致导通时间Ton等于或大于所提及的参考时长TonREF。
在下文中，控制器运行以使一个驱动周期的导通时间Ton等于或者大于阈值TonREF，将被称为插入测量脉冲，因为驱动信号的该脉冲主要用于测量运行参数。
根据一个实施例，在控制器10插入测量脉冲之前可经历预定义数量的具有短导通时间的驱动周期，或者所经历的预定义时段是固定的。在图7所示的实施例中，参数iREF表示该数量。根据一个实施例，该数量或时段被编程在控制单元5之中。
根据另一个实施例(图8中所示)，该预定义数量或预定义时段可变化。在图8所示的实施例中，在控制器10已强制执行长导通期之后该预定义数量或预定义时段被改变。在此实施例中，控制器10可包括存储不同数量或时段的查阅表(look-up table)，时段并且控制器10可被配置为从该查阅表中选择这些数量或时段中的一个。例如，时段从1ms和10ms(特别是5ms和10ms)之间的范围中被选择。
在参考图7和图8所说明的方法中，导通期的导通时间Ton在每个驱动周期之后被与时长阈值TonREF进行比较。然而，这仅是示例。根据另一个实施例，控制器10仅每2个驱动周期、3个驱动周期、4驱动周期等将导通期的时长Ton与时长阈值进行比较。
为了调节输出电压Vout控制器10在驱动周期中控制导通时间的控制器10的运行可被称为第一运行模式。在控制器10强制该导通时间等于或大于时长阈值(即，插入测量脉冲)的运行模式可被称为第二运行模式。因此，控制器10以第一运行模式运行，除非运行参数已被更新持续了预定义数量的驱动周期或预定义期间。由于运行参数(比如，输入电压Vin)可变化，为了能够适当地调节输出电压Vout，更新运行参数可以是必要的。在控制器10插入测量脉冲的那些驱动周期中，在各个驱动周期中所接收的平均输入功率(能量)可高于控制输出电压Vout所需要的。然而，由于这些测量脉冲功率偶尔被引入，其并不显著影响(干扰)对输出电压Vout的调节。
根据一个实施例，如果运行参数已被更新持续预定义数量的驱动周期或预定时段，仅一个测量脉冲被引入。根据另一个实施例，两个或三个测量脉冲被插入，而不是仅一个测量脉冲。
图9示出了控制单元5的一个实施例，控制单元5基于反馈信号FB和从测量电路6所接收的运行参数SVin生成驱动信号GD。图9所示的控制单元5包括数字处理单元50(比如，微控制器)。处理单元50从接收反馈信号FB的模数转换器(ADC)54处接收反馈信号FB的数字表现形式。处理单元50另外从接收运行参数SVin的ADC55处接收运行参数SVin的数字表现形式。控制单元5进一步包括触发器51，触发器51基于导通信号SON和截止信号SOFF生成驱动信号GD。触发器51的输出信号是假定为导通电平和截止电平中的一个的逻辑信号。导通电平导通电子开关31，并且截止电平关断电子开关31。可选地，驱动器52被连接在触发器51的输出端和电子开关之间。驱动器52被配置为将触发器51输出信号的信号电平适配为适合于驱动电子开关31的信号电平。在图9所示的实施例中，触发器51被实施为SR触发器。然而，这仅是示例。能够假定两个不同状态的任何其他类型的触发器或设备也可被使用。
参考图9，控制单元5进一步包括导通电路7和截止电路8，导通电路7被配置为通过触发器51导通电子开关31，截止电路8被配置为通过触发器51关断电子开关31。在图9所示的实施例中，该导通电流生成导通信号，且截止电路生成截止信号。导通电路7被配置为通过生成导通信号SON的预定义信号电平或者预定义边沿设置触发器51(为了导通电子开关31)。同样地，截止电路8被配置为通过生成截止信号SOFF的预定义信号电平或者预定义边沿重置触发器51(为了关断电子开关31)。
参考图9，控制单元5进一步包括时间测量电路53，时间测量电路53被配置为测量单个驱动周期的导通时间Ton。在图9所示的实施例中，时间测量电路53接收导通信号SON和截止信号SOFF。基于这些信号SON、SOFF，时间测量电路53被配置为计算导通电路7导通电子开关31时的时间和截止电路8关断电子开关31时的时间之间的时间差。由时间测量电路53向处理单元50所提供的测量信号STon表示一个驱动周期的导通期的导通时间Ton。
导通电路7和截止电路8由处理单元50进行控制。根据一个实施例，处理单元50控制导通电路7，从而该导通电路以处理单元50所定义的开关周期导通电子开关31。在此情况下，控制器10以DCM运行该开关模式电源供应器。
截止电路8从电流传感器接收表示输入电流Iin的电流检测信号CS，并从处理单元50接收电流阈值信号CSth。电流阈值信号CSth表示期望关断电子开关31时的电流阈值Ith。根据一个实施例，关断电路8基于电流检测信号CS和电流阈值信号CSth关断电子开关31，例如每次检测信号CS表明输入电流Iin已达到阈值信号ITH时关断电子开关31。
参考本文前文中的说明，辅助电压Vaux的振荡可在变压器被退磁之后和在电子开关31再次被导通之前出现。图10示出了在辅助电压Vaux的振荡出现的一个驱动周期中，输入电流Iin、次级侧电流I22和辅助电压Vaux的时序图。参考图10，振荡的辅助电压Vaux周期性地通过零，和周期性地具有局部最小值(谷)。辅助电压Vaux的振荡出现，因为初级电压V21的寄生振荡在变压器已被退磁之后出现。这些寄生振荡由变压器的寄生电容(未示出)导致(这些寄生电容中的一个可被认为是与初级绕组21被并联连接，且寄生电容的另一个能被认为是与电子开关31被并联连接)。可以看出每次辅助电压Vaux具有波谷，电子开关31两端的电压由于寄生振荡具有最小值。为了减少开关损耗，期望当辅助电压Vaux基本在波谷中时导通电子开关31。
根据图11中所示的一个实施例，该开关模式功率转换器包括过零检测器9，过零检测器9接收辅助电压Vaux，并被配置为基于该辅助电压Vaux的过零来检测该辅助电压Vaux的谷。振荡频率(或振荡周期)可在该制造过程结束时被计算或测量，且与此频率相关的信息可被存储在该控制器中。基于该过零信息和频率信息，控制器10(特别是过零检测器9)可检测到在Vaux的下降沿上的过零的定义时间(例如，对于第一谷是1/4的振荡周期)之后出现的谷。该过零检测器被配置为输出信号SZCD，该信号SZCD表示Vaux上的振荡的最小值的时间。辅助电压Vaux的预定义谷出现的时刻通过以适当的延迟时间(例如，如上所述的1/4振荡周期)延迟Vaux的下降沿所检测到的过零被表明。参考图10，在电子开关31再次被导通之前，辅助电压Vaux可具有数个谷。根据一个实施例，控制单元5被配置为生成信号SZCD，从而该信号SZCD携带与时间相关的信息，此时具有预定义的序号的谷出现。在每个驱动周期中，该顺序号表明该谷在辅助电压Vaux的第一过零后可出现的一系列谷中的顺序。例如，在第一过零后的第一谷可具有序号1。根据一个实施例，该信号SZCD包括每次具有预定义顺序号的谷被检测到时的信号脉冲。
该预定义顺序号在运行期间可改变。即，可存在期望在第一谷时导通的运行情况，同时在其他运行情况下可期望较晚(即，在具有较高顺序号时)导通。根据一个实施例，处理单元5向过零检测器9提供在每个驱动周期中过零检测器9要检测哪个谷的信息。
根据一个实施例(在图9中用虚线示出)，导通电路7接收过零检测器9的输出信号SZCD，并且在每次该信号SZCD指示辅助电压Vaux的预定义的谷被检测到(即，在过零的1/4振荡周期之后出现的谷)时，导通电子开关31，从而以QR模式运行该开关模式功率转换器。
图12更详细地示出了控制单元5的一个实施例。在此实施例中，导通电路7包括与门(AND-gate)71，与门71从过零检测器9接收输出信号SZCD和从第一比较器72接收输出信号。第一比较器72从处理单元50接收第一配置信号CFG1，并且从时间测量电路53的计数器531接收计数信号S531。该计时器531在每次电子开关31被导通时(即，在每个导通期开始时)通过导通信号SON被重置。因此，导通电子开关31定义了驱动周期的开始，计数信号S531表示自该驱动周期开始后所经历的时间。第一配置信号CFG1表示驱动周期的最小时长。也就是说，电子开关31不能够被导通，直至已经历驱动周期的最小时长。在图12所示的实施例中，为了生成该导通信号SON，这通过将第一比较器72的输出信号与过零检测器9的输出信号SZCD与连接(AND-connecting)而获得。第一比较器72的输出信号假定信号电平，该信号电平仅在由第一配置信号CFG1所定义的时间期已经历之后，能够使过零检测器9的输出信号导通电子开关31。
时间测量电路53进一步包括捕获单元532，捕获单元532接收计数信号S531和截止信号SOFF。捕获单元532在截止信号SOFF关断电子开关31时捕获计数信号(计数读数)S531，且将所述捕获的计数读数作为表示导通期的时长的信号STon发送至处理单元50。基于该信号STon，处理单元50决定导通时间Ton是否比时长阈值TonREF短。
参考图12，截止电路8包括第一比较器82，第一比较器82接收电流检测信号的数字表示。该第一比较器另外接收电流阈值信号CSth。截止电路8进一步包括第二比较器83，第二比较器83从处理单元50接收接收读数S531和第二配置信号CFG2。第二配置信号CFG2表示电子开关31的最大导通期。或门(OR-gate)81从第一比较器和第二比较器82、83接收输出信号。在此实施例中，当由电流检测信号CS所表示的输入电流Iin达到由信号CSth所表示的电流阈值Ith时，或者当电子开关31(在图12中未示出)已导通持续了最大导通期(该最大导通期由第二配置信号CFG2所定义)时，截止电路8关断电子开关31。
在图12中所示的电路，该处理单元可通过将电流阈值设置为足够高的电平以插入测量脉冲，该电平可使导通时间Ton对应于TonREF或更长。
图13示出了测量电路6的一个实施例，测量电路6被配置为测量辅助电压Vaux。在此实施例中，具有两个电阻器61、62的分压器与辅助绕组23被并联连接。电压控制器63被耦接至该分压器的分接头(tap)，且被配置为控制电阻器62两端的电压V62基本对于参考电压V62REF。另外的电流传感器64检测电流Is，该电流Is是为了控制电压V62由电压控制器63提供该分接头。根据一个实施例，电阻器62的电阻R6显著小于另外的电阻61的电阻R61(R62<<R61)。在此情况下，电流Is能够被认为基本流经电阻器61。此外，参考电压V62REF可在导通时间期间被设置为显著小于辅助电压Vaux。因此，电阻器61两端的电压V61基本相当于辅助电压Vaux，从而基于已知的电阻器61的电阻R61，辅助电压Vaux能够从电流Is如下计算出：
Vaux＝Is·R61. (3)
因此，由另外的电流传感器64所测得的电流Is是辅助电压Vaux的表示，且因此，是输入电压Vin的表示。根据一个实施例，参考电压V62REF在-100mV和-300mV之间。电阻器61的电阻R61例如在5kΩ和30kΩ之间。根据一个实施例，电阻器612的电阻R62小于R61的20％。
参考图13，取样保持(S/H)电路65从另外的电流传感器接收测量信号，该信号表示电流Is。根据一个实施例，S/H电路65接收门驱动信号GD，并且每次该门驱动信号关断电子开关时(即，导通时间结束时)，对测量信号S64进行取样并保持该信号。因此，运行参数信号SVin表示输入电压Vin，输入电压Vin在每个导通时间结束时由辅助电压Vaux表示。由运行参数信号SVin所表示的运行参数是否被存储由处理单元基于所测得的导通时间Ton做出决定。
图14示出了图13中所示出的电压控制器63的一个实施例。在此实施例中，电压控制器63包括可操作的放大器631，放大器631从位于第一输入端的参考电压源632接收参考电压V62REF。此外，可操作放大器632接收位于第二输入端的电阻器62两端的电压V62。
在上述说明中，假定当输入电流Iin达到电流阈值Ith时，电子开关31关断。然而，由于控制器10和开关31中不可避免的传播延迟，在输入电流Iin达到电流阈值Ith时的时间和电子开关31关断时的时间之间存在时间延迟。这在图15中被示出。在图15中，Δt表示截止电路8(基于信号CS)检测到输入电流Iin已达到电流阈值Ith时的时间和电子开关31关断时的时间之间的时间差。参考图12，该时间延迟可由比较器82、或门91、触发器51和驱动器52中的传播延迟导致，并且另外地由电子开关31不可避免的开关延迟导致。
根据一个实施例，控制器10被配置为对该时间延迟Δt进行补偿。即，控制器10(特别是处理单元50)在基于反馈信号FB计算电流阈值信号CSth(其表示Ith)时将该时间差Δt期间的输入电流Iin的增量ΔIin考虑在内。然而，因为输入电流Iin的斜率取决于输入电压，该电流差ΔIin取决于该输入电压Vin。也就是说，在给定的时间差Δt时，电流差ΔIin随着输入电压Vin的增加而增加。因此，处理单元50在延迟补偿时须考虑所测得的输入电压Vin。
根据另一个实施例，定义最大导通期的第二配置信号CFG2取决于输入电压Vin，以限制该开关模式功率转换器的最大输入功率。根据一个实施例，最大导通期随着输入电压Vin的增加而减少。
根据另一个实施例，辅助绕组23还被用于向控制器10提供供应电压Vcc。在该在图16中所示出的实施例中，整流器19例如包括二极管191和电阻器192，其接收辅助电压Vaux。此实施例中，供应电压Vcc可在电容器192两端获得。
应当注意的是，本文先前所说明的原理并不限于在反激式转换器的环境中使用，而是也可被用在其他类型的转换器中。图17示出了升压转换器的一个实施例，该升压转换器包括与电子开关31被串联连接的电感器21，其中该串联电路被连接至输入端11、12。辅助绕组23与电感器21被电感地耦接，且测量电路6接收辅助电压Vaux。辅助绕组23和电感器21具有相同的绕组感应，从而辅助电压表示电感器21两端的电压。当电子开关31被导通时，该电感器两端的电压V21基本相当于输入电压Vin，从而辅助电压Vaux在电子开关31导通期期间表示输入电压Vin。类似于本文之前说说明的实施例，为了调节输出电压Vout，控制器10根据反馈信号FB驱动电子开关31。该反馈信号FB是基于输出电压Vout。
虽然本发明的各种示例性实施例已被公开，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，显然本领域的技术人员可以做出各种变化和修改以实现本发明的优点中的一些。对于本领域的熟练技术人员，显然执行相同功能的其他部件可被适当的替换。应当提及的是，参考特定特征进行说明的特征可与其他特征结合，即使是在未被明确提及的情况下。此外，本发明的方法可使用适当的处理器指令在全部软件实施中被实现，或者在利用硬件逻辑和软件逻辑的结合以达到相同结果的混合实施中被实现。对本发明构思的该修改旨在被所附权利要求覆盖。
在一个或多个示例中，在本文中所描述的功能可至少部分地在硬件(比如，特定的硬件部件或者处理器)中执行。更普遍地，该技术可在硬件、处理器、软件、固件或其任意组合中执行。如果在软件中执行，则该功能可作为计算机可读媒介上的一个或多个指令或者代码被存储或传输并被基于硬件的处理单元执行。计算机可读媒介可包括相当于有形媒介(比如，数据存储媒介)的计算机可读存储媒介，或者通信媒介，其包括例如根据通信协议有利于计算机程序从一处传送至另一处的任何媒介。以这种方式，计算机可读媒介通常可相当于(1)非暂时性的有形计算机可读存储媒介或者(2)通讯媒介(比如，信号或者载波)。数据存储媒介可以是可被一个或多个计算机或者一个或多个处理器访问以检索指令、代码和/或数据结构用于实现本公开中所描述的技术的任何可用媒介。计算机程序产品可包括计算机可读媒介。
举例来说，但并不作为限定，计算机可读存储媒介可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁盘存储设备、快闪存储器，或者能够用于以指令或数据结构的形式存储所期望的程序代码而且可被计算机访问的任何其他媒介。而且任何连接完全可以称为计算机可读媒介，即，计算机可读传输媒介。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(比如，红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程数据源中被传输而来，那么该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(比如，红外线、无线电和微波)也被包含在媒介的定义中。然而，应当可以理解的是，计算机可读存储媒介和数据存储媒介并不包括连接、载波、信号或其他暂时性媒介，反而指向非暂时性、有形的存储媒介。如本文中所使用的磁盘和光盘，包括高密度光盘(CD)、镭射光盘、光碟、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再生数据，而光盘使用激光器光学地再生数据。上述媒介的组合也应当被包括在计算机可读媒介的范围内。
指令可由一个或者多个处理器执行，如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPLA)或其他等效集成电路或分立逻辑电路。因此，如本文所用的术语“处理器(processor)”可指的是任何前述结构或者适合于执行本文中所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，本文中所描述的功能可在被配置为用于编码和解码的专用硬件模块和/或软件模块之中被提供，或者该专用的硬件模块和/或软件模块被并入组合的编码解码器中。另外，该技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全被实施。
本公开的技术可在各种各样的设备或装置中被实施，包括无线手机、集成电路(IC)或IC组(例如，芯片组)。各种元件、模块或单元在本公开被描述，以强调设备被配置为执行所公开的技术的功能性方面，但并不一定要求通过不同的硬件单元来实现。当然，如上面所描述的，各种单元可被结合在单个硬件单元中，或者可通过一些可互操作的硬件单元(包括如上描述的一个或多个处理器)连同合适的软件和/或固件来提供。
空间相关术语比如“下(under、below、lower)”、“上(over、upper)”等被用于简化描述，以解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在涵盖除了那些在附图中所示出的不同方位之外的器件的不同方位。此外，术语比如“第一(first)”、“第二(second)”等，也被用于描述各元件、区域、部分等，并且也并非意在限制。贯穿整个具体实施方式，同样的术语指同样的元件。
如本文所用，术语“具有(having)”、“包括(containing、including、comprising)”等是开放式术语，表示所陈述的元件或特征的存在，但并不排除其它的元件或特征。冠词“一(a或an)”和“该(the)”旨在包括复数形式以及单数形式，除非上下文另有明确说明。
考虑上述范围的变化和应用，应当理解的是，本发明既不受前述具体实施方式限制，也不受附图限制。相反，本发明仅由下述权利要求及其等同物限制。

Claims (26)

1.一种用于功率转换的方法，包括：
在连续的驱动周期中驱动开关模式功率转换器中的电子开关，其中在所述驱动周期的每个周期中驱动所述开关包括在导通期导通所述电子开关，且随后在截止期关断所述电子开关；
在所述驱动周期的所述导通期期间，测量所述开关模式功率转换器的运行参数，且如果导通期的时长满足预定义的标准，则存储在导通期中所测得的所述运行参数；以及
如果所述运行参数未被存储持续预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，则强制驱动周期的所述导通期满足所述预定义标准。
2.如权利要求1所述的方法，
其中如果导通期比预定义的时段长，则导通期满足所述预定义标准。
3.如权利要求1所述的方法，
其中所述运行参数是所述开关模式功率转换器的输入电压。
4.如权利要求3所述的方法，
其中所述开关模式功率转换器包括具有辅助绕组的变压器，以及
其中评估所述运行参数包括评估所述辅助绕组两端的电压。
5.如权利要求4所述的方法，
其中评估所述辅助绕组两端的所述电压包括：
将电流驱入分压器的分接头中，所述分压器与所述辅助绕组被并联连接，从而所述分压器的第一电阻器两端的电压具有预定义电压，以及
测量所述电流以代表所述辅助绕组两端的所述电压。
6.如权利要求1所述的方法，
其中所述预定义的时长和驱动周期的所述预定义数量中的一个是固定的。
7.如权利要求1所述的方法，
其中所述预定义的时长和驱动周期的所述预定义数量中的一个是可变的，从而在强制驱动周期的所述导通期比时长阈值更长之后，其被改变。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述导通期未被强制为比时长阈值更长的那些驱动周期中的至少一些周期中，基于所述开关模式功率转换器的输出信号调节所述导通期的所述时长。
9.如权利要求8所述的方法，
其中基于所述开关模式功率转换器的输出信号调节所述导通期的所述时长包括：
当已经达到导通期的预定义最大时长时，关断所述电子开关。
10.如权利要求1所述的方法，
其中所述开关模式功率转换器包括反激式转换器拓扑和升压转换器拓扑中的一种。
11.如权利要求1所述的方法，
其中所述开关模式功率转换器包括具有辅助绕组的变压器，以及
其中所述方法进一步包括：
评估所述辅助绕组两端的电压，并基于此评估开始所述导通期。
12.一种用于开关模式功率转换器的驱动电路，其中所述驱动电路被配置为：
在连续的驱动周期中驱动所述开关模式功率转换器的电子开关，从而在所述驱动周期的每个周期中，所述电子开关在导通期被导通，且随后在截止期被关断，
在所述驱动周期的所述导通期期间，测量所述开关模式功率转换器的运行参数，且如果导通期的时长满足预定义的标准，则存储 在导通期中所测得的所述运行参数，以及
如果所述运行参数未被存储持续预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，则强制驱动周期的所述导通期满足所述预定义标准。
13.如权利要求12所述的驱动电路，
其中如果导通期比预定义的时段更长，则导通期满足所述预定义标准。
14.如权利要求12所述的驱动电路，
其中所述运行参数是所述开关模式功率转换器的输入电压。
15.如权利要求14所述的驱动电路，
其中为了评估所述运行参数，所述驱动电路被配置为：
评估变压器的辅助绕组两端的电压。
16.如权利要求15所述的驱动电路，
其中所述驱动电路被配置为：
将电流驱入分压器的分接头中，所述分压器与所述辅助绕组被并联连接，从而所述分压器的第一电阻器两端的电压具有预定义电压，以及
测量所述电流以代表所述辅助绕组两端的所述电压。
17.如权利要求12所述的驱动电路，
其中所述预定义的时长和驱动周期的所述预定义数量中的一个是固定的。
18.如权利要求12所述的驱动电路，
其中所述驱动电路被配置为，改变所述预定义的时长和驱动周期的所述预定义数量中的一个，从而其在强制驱动周期的所述导通期比时长阈值更长之后改变。
19.如权利要求12所述的驱动电路，进一步被配置为
在所述导通期未被强制为比时长阈值更长的那些驱动周期中的至少一些周期中，基于所述开关模式功率转换器的输出功率调节所述导通期的所述时长。
20.如权利要求19所述的驱动电路，进一步被配置为
当已经达到导通期的预定义最大时长时，关断所述电子开关。
21.如权利要求12所述的驱动电路，进一步被配置为
评估变压器的辅助绕组两端的电压，并且基于此评估开始所述导通期。
22.一种开关模式功率转换器，包括：
电子开关；以及
驱动电路，其中所述驱动电路被配置为：
在连续的驱动周期中驱动所述开关模式功率转换器的电子开关，从而在所述驱动周期的每个周期中，所述电子开关在导通期被导通，且随后在截止期被关断，
在所述驱动周期的所述导通期期间，测量所述开关模式功率转换器的运行参数，且如果导通期的时长满足预定义的标准，则存储在所述导通期中所测得的所述运行参数，以及
如果所述运行参数未被存储持续了预定义数量的驱动周期或者预定义的时长，则强制驱动周期的所述导通期满足所述预定义标准。
23.如权利要求22所述的开关模式功率转换器，
其中所述开关模式功率转换器包括反激式转换器拓扑和升压转换器拓扑中的一种。
24.一种用于功率转换的方法包括：
在连续的驱动周期中驱动开关模式功率转换器中的电子开关，其中在所述驱动周期的每个周期中驱动所述开关包括在导通期导通所述电子开关，且随后在截止期关断所述电子开关；
在第一运行模式中，基于所述功率转换器的输出信号调节所述导通期；
在第二运行模式中，强制所述导通期比时长阈值水平更高；以及
如果在所述第一运行模式中，导通期未能持续预定义数量的驱动周期或预定义时段满足预定义标准，则进入所述第二运行模式持 续至少一个驱动周期。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括：
评估所述开关模式功率转换器在所述导通期中的运行参数。
26.如权利要求25所述的方法，
其中所述运行参数是所述开关模式功率转换器的输入电压。
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