CN104869693B - 用于驱动器的准谐振模式的波谷到波谷切换 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于驱动器的准谐振模式的波谷到波谷切换，描述了当开关接通时将时间从一个电压波谷的时间调整为另一个电压波谷的时间来用于控制平均负载电流或平均负载电压。在一些示例中，调整是瞬时的，而在一些示例中，调整是渐变的。执行示例技术都为开关提供了高切换效率。

Description

用于驱动器的准谐振模式的波谷到波谷切换
本申请要求于2014年2月26日提交的美国临时申请61/945,013的权益，上述全部内容以引用的方式引入本申请。
技术领域
本发明涉及利用驱动器控制负载处的电流或电压。
背景技术
驱动器可用于控制流过负载的电流量以保持流过负载的目标平均电流或者保持负载处的目标平均电压。作为一个示例，驱动器可以控制电流流过负载多长时间或者电流多久一次流过负载，以保持流过负载的期望平均电流或者保持负载处的期望平均电压。
发明内容
本公开描述了用于保持开关的高切换效率的技术，其中驱动器开启和关闭以控制流过负载的平均电流(称为平均负载电流)或控制负载处的平均电压电平(称为平均负载电压)。例如，驱动器接通和断开开关以控制流过负载的电流量，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于目标电流电平或目标电压电平。
在一个示例中，当负载电流或负载电压由于目标电流电平或目标电压电平的改变而需要改变时，驱动器将开关接通的时间调整(例如，调整接通时间或开关的接通时间)到需要最少量的能量接通开的时间，这允许适当的电流流过负载以实现平均负载电流电平或平均负载电压电平。此外，在该示例中，驱动器立刻调整一个或多个开关操作参数以补偿由于开关的接通时间(例如，开关接通的时间)的调整而引起的本来应流过负载的电流量的突变。
在另一示例中，当负载电流或负载电压由于目标电流电平或目标电压电平的变化而需要变化时，驱动器逐渐地将开关的接通时间从一个电压谷调整为另一个电压谷，并且通过可小于最佳接通时间的中间接通时间(例如，没有实现开关的高开高效率的时间)。在该示例中，驱动器逐渐地调整接通时间，同时允许适当量的电流流过负载以实现平均负载电流电平或平均负载电压电平。此外，在该示例中，驱动器的反馈控制回路随着驱动器调整接通时间而逐渐地调整一个或多个开关操作参数，以补偿由于开关的接通时间的调整而引起的否则应流过负载的电流量的变化。
在一个示例中，本发明描述了一种用于控制传送至负载的电能的方法，该方法包括：确定是否将开关的接通时间从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与开关的节点处的振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；确定开关的一个或多个开关操作参数，使得如果接通时间从第一时间调整为第二时间，则传送给负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同；基于调整接通时间的确定，将开关的接通时间调整为第二时间；以及基于所确定的一个或多个开关操作参数为开关设置一个或多个开关操作参数。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制传送至负载的电能的驱动器系统，该驱动器系统包括：变压器，包括具有第一线圈的初级侧和具有第二线圈的次级侧，其中负载连接至第二线圈；开关，耦合至第一线圈；以及驱动器，耦合至开关并被配置为：确定是否将开关的接通时间从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与开关的节点处的振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间，确定开关的一个或多个开关操作参数，使得如果接通时间从第一时间调整为第二时间，则传送给负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同，基于调整接通时间的确定，将开关的接通时间调整为第二时间，以及基于所确定的一个或多个开关操作参数为开关设置一个或多个开关操作参数。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制传送至负载的电能的驱动器，该驱动器包括：控制器，被配置为确定是否将开关的接通时间从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与开关的节点处的所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间，并且确定开关的一个或多个开关操作参数，使得如果接通时间从第一时间调整为第二时间，则传送给负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同；以及脉宽调制(PWM)单元，被配置为基于调整接通时间的确定，将开关的所述接通时间调整为第二时间，以及基于所确定的一个或多个开关操作参数为开关设置一个或多个开关操作参数。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制传送至负载的电能的方法，所述方法包括：确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整开关的接通时间，使得流过负载的平均电流量或负载处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平；确定与振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；基于调整接通时间的确定，从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通，经过与开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间；以及在从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通时间期间，逐渐调整开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给负载的电能量基本恒定。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制传送给负载的电能的驱动器系统，该驱动器系统包括：变压器，包括具有第一线圈的初级侧和具有第二线圈的次级侧，其中负载连接至第二线圈；开关，耦合至第一线圈；以及驱动器，耦合至开关并被配置为确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整开关的接通时间，使得流过负载的平均电流量或负载处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平，确定与振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间，基于调整接通时间的确定，从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通，经过与开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间，以及在从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通时间期间，逐渐调整开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给负载的电能量基本恒定。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制传送给负载的电能的驱动器，该驱动器包括：控制器，被配置为确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整开关的接通时间，使得流过负载的平均电流量或负载处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平，确定与振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间，基于调整接通时间的确定，从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通，经过与开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间，以及在从第一时间到第二时间逐渐调整开关的接通时间期间，逐渐调整开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给负载的电能量基本恒定。
下面在附图和说明书中阐述本公开的一种或多种技术的细节。本公开的其他特征、目标和优势从说明书和附图以及从权利要求中可以显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开描述的一个或多个示例的驱动器系统的示例的电路图。
图2是用于示出驱动器可增加或减小流过变压器的线圈的电流的量的示例性方式的示图。
图3是示出当开关断开且没有电流流过与负载耦合的线圈时开关节点处的电压变为零的行为的示图。
图4是示出根据本公开的第一示例技术的流程图。
图5是示出根据本公开的第二示例技术的流程图。
具体实施方式
驱动器(诸如作为两个示例的发光二极管(LED)驱动器或电源适配器)可用于控制流过与驱动器连接的负载(例如，在驱动器是LED驱动器的示例中为一个或多个LED)的电流量，使得流过负载的平均电流量(称为平均负载电流)或负载处的平均电压电平(称为平均负载电压)处于目标电流电平或目标电压电平。在本公开中，负载处的电压电平是指负载两端的电位。
在一些示例中，负载连接至逆向变换器和开关。然而，除逆向变换器的拓扑也是可以的，并且在本公开中描述的技术不应理解为仅限于逆向变换器拓扑。驱动器接通和断开开关以控制流过开关的电流量，从而控制平均负载电流或平均负载电压。
当电流流过负载且开关接通时，开关的节点处的电压处于特定的电压电平。当流过与负载连接的线圈(例如，指示器)的电流变为零且开关断开时，开关的节点处的电压趋于振荡，其在开关的节点处创建具有电压波峰和电压波谷的振荡电压。开关的电压可振荡的节点被称为开关节点，并且开关节点处的电压称为开关节点电压。
作为一个示例，开关可以是晶体管，当开关接通时，晶体管处于欧姆模式或主动模式，而当开关断开时，晶体管处于截止模式。在开关为晶体管的示例中，开关的电压振荡的节点可以是晶体管的漏极节点。换句话说，开关节点可以是晶体管的漏极节点，并且开关节点电压可以是晶体管的漏极节点处的电压(即，漏极节点电压)。然而，本公开所描述的示例不限于晶体管为开关。
在一些情况下，振荡电压波谷处的开关节点电压和开关接通时的开关节点电压之间的差值与振荡电压的其他非波谷电压电平的开关节点电压和开关接通时的开关节点电压之间的差值相比最小。例如，假设开关接通时的开关节点处的电压为X，并且开关断开时开关节点处的振荡电压波谷处的电压为Y。在该示例中，Y减去X小于振荡期间开关节点处的非波谷电压减去X。
因此，在振荡电压的波谷处接通开关可以使开关的切换效率最大化，这是因为开关断开时振荡电压波谷的开关节点处的电压最接近开关接通时开关节点处的电压。换句话说，与在振荡电压的非波谷处重新接通开关相比，在振荡电压的波谷处重新接通开关时需要最少量的能量来重新接通开关，这是因为开关接通时的开关节点电压与振荡期间的开关节点电压的差值在电压振荡波谷处最小。在电压波谷处打开开关(例如，作为一个示例，接通晶体管)被称为准谐振切换。
在一些示例中，需要流过负载的电流量可以改变以实现目标电流或电压电平。例如，在负载为一个或多个LED的示例中，用户可调暗或调亮LED，这分别要求减少或增加需要流过负载的电流量。改变需要流过负载的电流量可要求调整开关被接通的时间，并且可能为振荡电压处于非波谷电压电平的时间。然而，在非波谷电压电平处调整开关接通的时间可能导致低切换效率。例如，与振荡电压处于波谷电压电平的情况下使开关节点电压返回到开关接通时的电压电平所需要的能量相比，在非波谷电压电平处接通开关会要求更多的能量来使开关节点电压返回到开关接通时的电压电平。
在振荡电压中，存在多个波峰和波谷，并且在一些情况下，如果开关接通的时间改变(即，开关的接通时间改变)，则可以在后面或前面的波谷处接通开关。在这种情况下，保持切换效率，或者受到非常轻微的影响，因为开关仍然在波谷电压处接通，虽然是不同的电压波谷。然而，如果没有应用补偿，则开关接通时间的这种突变引起流过负载的电流量的分段跳变(即，相对较大的瞬时变化)。
流过负载的电流量的分段跳变是不期望的，并且流过负载的电流量的逐渐变化是希望的。例如，在照明的情况下，如果LED被调暗或调亮，流过LED的电流量的分段跳变导致LED的闪烁，这是观看者不希望看到的。观看者通常更希望LED输出随着LED被调暗或调亮而逐渐变化。
在本公开描述的技术中，控制流过负载的电流量的驱动器可确定是否需要改变开关接通的时间(例如，是否调整开关的接通时间)，以调整流过负载的电流量，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于目标电流或电压电平。在本公开描述的技术中，当开关接通时，流过负载的电流流过开关。如果驱动器确定需要改变接通开关的时间(即，接通时间)，则驱动器可实施本公开所描述的一个或多个示例性技术。
此外，在一些示例中，在调整之前，驱动器在与振荡电压的第一电压波谷相关联的时间处接通开关。换句话说，在一些示例中，在改变流过负载的电流量之前，驱动器可被配置为在振荡电压的第一电压波谷的时间处接通开关。应该理解，“第一电压波谷”不是必须指波谷存在的第一个示例，而是用于区分电压波谷。例如，可以存在多个电压波谷和第一电压波谷，如这种环境所使用的，是指这些电压波谷中的一个。第二电压波谷是指这些电压波谷中的另一种，并且可以是比第一电压波谷更早的电压波谷或随后的电压波谷。
在一个示例中，驱动器可确定与振荡电压中的第二电压波谷相关联的时间并将开关接通的时间(例如，调整接通时间)调整为第二电压波谷的时间。基于是否需要增加或减小流过负载的电流，第二电压波谷可以是早于第一电压波谷的电压波谷或者是第一电压波谷之后的电压波谷，以实现目标电流或电压电平。如上所述，将接通开关的时间从一个电压波谷变为另一个电压波谷可引起流过负载的电流量的分段跳变。
因此，在该示例中，驱动器可补偿流过负载的电流量的这种突变。例如，驱动器可瞬时调整一个或多个开关操作参数，使得紧接在改变开关接通时间之前传送至负载的电能量与紧接在改变开关接通时间之后传送至负载的电能量相同。换句话说，由于当开关接通的时间从一个电压波谷调整到另一个电压波谷时流过负载的电流可以瞬时跳变，所以驱动器可以立刻调整一个或多个操作参数以抵消开关接通时的电流跳变。该示例技术可以称为具有电能补偿的波谷-波谷切换。
开关操作参数的一个示例是开关接通持续时间，其表示驱动器保持开关接通的时间量，其中在开关接通持续时间之后驱动器断开开关。开关操作参数的另一个示例是流过开关的电流的峰值电流幅度阈值，其中当流过开关的电流达到幅度阈值时，驱动器断开开关。
作为另一示例。代替将开关的接通时间从与一个电压波谷相关联的时间调整为与另一个电压波谷相关联的时间，驱动器可逐渐调整在另一电压波谷处开关接通的时间。例如，驱动器可将开关的接通时间从电压波谷的一个接通时间调整为另一个电压波谷的接通时间，以及经过不是电压波谷的中间接通时间，并且处于发生次优切换效率的振荡电压的电压电平。例如，随着LED被调暗，驱动器可逐渐增加开关被再次接通的时间以减少流过负载的电流量。在该示例中，逐渐增加开关被重新接通的时间导致开关接通且振荡电压不是电压波谷引起次优切换效率的情况。
根据本公开描述的技术，在一些示例中，驱动器可逐渐调整开关接通时间(即，逐渐调整开关的接通时间)直到开关接通时间处于允许高切换效率的电压波谷(即，直到开关的接通时间与电压波谷的时间相关联)。然而，逐渐将开关的接通时间调整为与电压波谷相关联的时间引起流过负载的电流量的变化。
在一些示例中，驱动器的返回控制回路可以已经被配置为调整开关操作参数来补偿输入电压和影响流过负载的电流量的其他因素的改变。驱动器的该控制回路可能不够快以补偿流过负载的电流的分段变化(诸如上述示例的情况)。因此，在上述示例中，驱动器可以瞬时调整一个或多个开关操作参数。然而，驱动器的该控制回路可以足够快以补偿电流的逐渐变化，诸如由于逐渐将开关的接通时间从振荡电压处于电压波谷的第一接通时间经过振荡电压处于非波谷时的中间接通时间调整为振荡电压处于电压波谷的第二时间所引起的变化。由于开关接通的时间的逐渐调整，该示例技术可以被称为波谷-波谷的软切换。
在具有电能补偿的波谷-波谷切换或者波谷-波谷软切换中，一旦开关的接通时间被设置为电压波谷，驱动器就可以进一步调整开关的其他操作参数，使得流过负载的平均电流或者负载处的平均电压等于目标电流负载电平或目标电压负载电平。以这种方式，可以实现高切换效率，同时允许流过负载的平均电流或负载处的平均电压等于目标电流电平或目标电压电平。
图1是示出根据在本公开中描述的一个或多个示例的驱动器系统的示例的电路图。例如，图1示出了包括驱动器12和负载13的驱动器系统10。驱动器系统10的示例包括具有所示部件和驱动器12的电路板以及用于插入电源的插头(诸如AC输入源)。
驱动器12可以形成在集成电路(IC)芯片中。可选地，驱动器12的一个或多个单元可以形成在不同的IC芯片中。驱动器12的单元为了容易理解而被示为功能块并且可以在驱动器12内组合或分离。驱动器12的单元可以实施为硬件或软件或在硬件上执行的固件。
在图1所示示例中，负载13包括串联的多个发光二极管(LED)。因此，驱动器12是图1中LED驱动器的示例。驱动器12的另一示例包括电源适配器，其中负载13是便携式计算机。通常，驱动器12可以是被配置为传送电能的电路，并且负载13可以是接收电能的单元。为了易于描述，根据LED驱动器系统的方面来描述在本公开中描述的技术。然而，本公开所描述的技术不应限制于此，而是可以扩展到其他驱动器系统。
负载13的LED在电流流过其中时照明。如图所示，逆向变换器14将电流输出至负载13，使得负载13的LED照明。例如，AC输入源(例如，85至305V AC)连接至驱动器系统10。输入源的AC电压通过全波整流器(例如，耦合至AC输入源的四个二极管)进行整流，并且利用电容器进行滤波。在输入源是DC输入源的示例中，整流器不是必须的，并且连接至图1中的整流器的电容器可以任选地连接至DC输入源。
驱动器12连接至全波整流器，并且以这种方式接收来自输入源的电能。例如，根据全波整流器输出的电压来生成用于驱动器12的局部电压(称为VCC)。通过由全波整流器的输出生成的VCC来为驱动器12的部件和单元供电。
逆向变换器14类似地经由全波整流器接收来自输入源的电能。应该理解，为了易于说明，相对于逆向变换器描述了本公开所描述的技术。本公开所描述的技术可以扩展至其他变换器拓扑。
如图所示，逆向变换器包括变压器，其包括具有初级绕组的初级侧(简称为线圈16)、次级绕组(简称为线圈18)和感测绕组(简称为线圈20)。线圈16连接至全波整流器和开关T0。在图1所示示例中，开关T0是n型晶体管，因此线圈16被示为连接至开关T0的漏极节点。为了易于描述，参照初级侧的线圈16连接至开关T0的漏极节点而描述了该示例。然而，本公开所描述的技术不应限于此，而是开关T0可以为p型晶体管。在一些示例中，开关T0可以为功率晶体管(诸如功率金属氧化物半导体场效应开关(MOSFET))、氮化镓(GaN)FET、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)或其他类型的晶体管。在一些示例中，开关T0可以不是晶体管而是可以为其他类型的开关。
通常，开关T0可包括耦合至线圈16的第一节点、控制开关T0是接通还是断开的第二节点以及电流通过其输出开关T0的第三节点。作为示例，在开关T0是晶体管的示例中，开关T0耦合至线圈16的第一节点可以是晶体管的漏极节点，开关T0控制开关T0是接通还是断开的第二节点可以是晶体管的栅极节点，以及开关T0的电流通过其输出开关T0的第三节点可以是晶体管的源极节点。
在本公开所描述的技术中，驱动器12可以控制何时接通或断开开口T0以控制流过负载13的电流量，使得流过负载13的平均电流量(称为平均负载电流)或负载13处的平均电压电平(称为平均负载电压)处于设置的负载电流或负载电压电平(例如，处于目标负载电流电平或目标负载电压电平)。在图1所示示例中，输出电压表示负载13处的电压电平(例如，LED两端的电位)，并且流过负载13的电流为流过LED的电流，其使得LED照明。
当驱动器12接通开关T0时，电流流过线圈16(也称为感应器16)，并进入开关T0，并且流过在驱动器12的电流感测(CS)管脚处连接的电阻器而接地(GND)。流过线圈16的电流不能瞬时变化，因此流过线圈16的电流缓慢上升(在一些示例中为线性上升)。流过线圈16的电流创建磁场，并且当流过线圈16的电流断开时，磁场引发第二侧的线圈18(也称为感应器18)上的电流，其对磁场进行放电。线圈18上的电流流过负载13并照明LED。
当驱动器12断开开关T0时，电流停止流过开关T0。然而，由于线圈16的感应，电流不会立刻停止流过线圈16。相反，流过线圈16的电流通过流过在线圈16左侧示出的电容器以及在逆向变换器14内流动而缓慢下降(在一些实施例中为线性下降)。在电流流过线圈16的同时，电流创建磁场。当电流断开时，磁场创建通过线圈18的次级电流，其缓慢(例如由于感应而线性地)通过负载13耗散并且对磁场进行放电。
如果驱动器12在电流通过线圈16(在一些示例中，负载13达到零(即，零安(0A)的幅度))之前重新接通开关T0，则驱动器12可以认为是以连续导通模式(CCM)进行操作。如果驱动器12在电流通过线圈16(在一些示例中，负载13达到零(即，零安(0A)的幅度))之后重新接通开关T0，则驱动器12可以认为是以不连续导通模式(DCM)进行操作。如更详细描述的，本公开所描述的技术可以以DCM来操作，其中驱动器12在电流通过线圈16(在一些实施例中，负载13达到零)之后确定何时重新接通开关T0，使得平均负载电流或平均负载电压等于设置的负载电流电平或设置的负载电压电平。
例如，驱动器12可基于驱动器12多久接通一次开关T0以及驱动器12接通开关T0多长时间来控制流过负载13的电流量。作为一个示例，如果需要较高的平均负载电流，则驱动器12可以减少接通开关T0之前的电流通过线圈16和/或负载13达到零之后驱动器12等待的时间量，或者驱动器12可以保持开关T0接通较长的时间，或者这两种方式的组合。作为另一示例，如果需要较低的平均负载电流，则驱动器12可以增加接通开关T0之前的电流通过线圈16和/或负载13达到零之后驱动器12等待的时间量，或者驱动器12可以保持开关T0接通较短的时间，或者这两种方式的组合。
图2是用于示出驱动器可以增加或减少流过变压器的线圈的电流量的示例方式的示图。例如，图2示出了流过耦合至开关T0的线圈16的电流以及流过耦合至负载13的线圈18的电流。例如，Icharge电流流过线圈16和开关T0。Idischarge是流过线圈18的电流。流过线圈18的电流利用连接至负载13的电容器进行低通滤波(如图1所示)，并且低通滤波后的电流流过负载13。因此，流过负载13的电流的示图可以不同于流过线圈18的电流的图2所示示图。
在图2所示示例中，一开始，驱动器12接通开关T0允许电流流过线圈16和开关T0，创建磁场。在接通持续时间的末尾，驱动器12断开开关T0，并且由于线圈18的感应，磁场引发流过负载13并线性下降的电流，直到通过线圈18的电流到达零以耗散磁场。然而，在所示示例中，驱动器12不能立即重新接通开关T0。相反，在驱动器12重新接通开关T0之前具有延迟。例如，图2示出了切换周期。切换周期是驱动器12接通开关T0的一个事件与驱动器12接通开关T0的另一个事件之间的时间量(即，开关T0的接通时间)。
基于图2所示示例，可以至少存在两种驱动器12可控制流过负载13的电流量的方式。在控制流过负载13的电流量的第一种方式中，驱动器12可增加或减少切换周期，这实际上增加或减少了驱动器12接通开关T0的时间(即，增加或减少开关T0的接通时间)。切换周期表示驱动器12接通开关T0的频率。
如果流过负载13的电流量需要增加使得平均负载电流或平均负载电压近似等于设置的负载电流电平或负载电压电平(例如，目标负载电流电平或目标负载电压电平)，则驱动器12可更频繁地接通开关T0(即，减小切换周期)。如果流过负载13的电流量需要减少使得平均负载电流或平均负载电压近似等于设置的负载电流电平或负载电压电平，则驱动器12可较不频繁地接通开关T0(即，增加切换周期)。
在控制流过负载13的电流量的第二种方式中，驱动器12可增加或减少开关接通持续时间(即，增加或减少ton)。例如，如果流过负载13的电流量需要增加使得平均负载电流或平均负载电压近似等于设置的负载电流电平或负载电压电平，则驱动器12可增加开关接通持续时间。如果流过负载13的电流量需要减少使得平均负载电流或平均负载电压近似等于设置的负载电流电平或负载电压电平，则驱动器12可减少开关接通持续时间。
增加或减少开关接通持续时间也影响切换周期，因为开关断开持续时间(toff)可以恒定或者变化非常小。例如，驱动器12可以不能够调整开关断开持续时间，因为开关断开持续时间是变压器(包括具有线圈16的初级侧和具有线圈18的次级侧)的电感与连接至变压器的电容的函数。
因此，如果开关接通持续时间改变，则切换周期(即，开关T0的接通时间)相应发生变化，意味着开关周期是开关接通持续时间的函数。如下面更详细描述的，在一些示例中，需要确定何时开关T0应该接通的计算会变得复杂。因此，在一些示例中，本公开所描述的技术可以基于切换周期不是开关接通持续时间的函数或者开关接通持续时间对切换周期具有较小影响的假设来近似何时开关T0应该接通的时间。然而，本公开所描述的技术不限于此。本公开所描述的技术还可以应用于开关接通持续时间或切换周期的改变的影响被考虑在内的情况。
以这种方式，如果驱动器12不能处理计算密集型的任务，则驱动器12可以实施假设切换周期不是开关接通持续时间的函数的示例技术。如果驱动器12的计算效率能够处理计算密集型的任务，则驱动器12可以实施开关接通持续时间对切换周期的影响被考虑在内的示例技术。
如上所述，驱动器12控制流过负载13的电流量的一种方式是通过调整开关接通持续时间来实现。至少可以存在驱动器12调整开关接通持续时间的两种方式。在一个示例中，驱动器12可限定开关接通持续时间，并且在开关接通持续时间过去之后，驱动器12可断开开关T0。作为另一示例，驱动器12可限定Icharge的峰值电流阈值幅度，其中Icharge可以是流过变压器和开关T0的电流。在该示例中，当Icharge达到峰值电流阈值幅度时，如通过连接至驱动器12的CS管脚的电阻器两端的电压所确定的，驱动器12可断开开关T0。
驱动器12是否限定开关T0接通的时间量(即，接通持续时间)可以是设计选择的事情。例如，对于电源适配器，驱动器12可基于峰值电流阈值幅度来限定接通持续时间以提供更加恒定的电源传送。如果驱动器12基于所限定的时间来限定开关T0接通的时间量，则驱动器12可以使无功(reactive)功率最小化。有功(active)功率是指部件消耗电能，而无功功率是指电能在部件和输入源之间的来回传送。基于限定的时间来限定开关T0接通的时间量使得部件看起来像恒定的电阻负载，这提供了更好的功率因数(即，提供了更好的有功功耗且使无功功率最小化)。因此，是否需要更恒定的电能传送或者是否需要更好的功率因数可以确定驱动器12是否限定开关T0接通的实际时间量以限定接通持续时间，或者可以确定驱动器12是否限定峰值电流阈值幅度以限定接通持续时间。
在不连续导通模式(DCM)中，驱动器12可以在通过线圈16(感应器16)的电流达到零(即，达到零安的幅度)之后的任何时间接通开关T0。然而，可以存在比其他时间更有利的重新接通开关T0的特定时间。
图3是示出当开关断开且没有电流流过线圈16时开关节点处的电压行为的示图。例如，图3示出了叠加在Icharge和Idischarge(类似于图2所示的Icharge和Idischarge)的图示上的表示开关T0的开关节点处的电压的电压VAUX(虚线)的行为。
例如，电压VAUX可以是连接至线圈16的开关T0的开关节点(例如，在开关T0是晶体管的示例中为漏极节点)处的电压的反映。通常，电压VAUX示出了连接至线圈16的开关T0的开关节点处的电压的行为。如图3所示，在开关接通持续时间内，开关节点电压(例如，开关T0的漏极电压)处于恒定的低电压电平。该恒定的低电压电平被称为接通持续时间开关节点电压电平。在开关断开持续时间内，尽管开关T0断开，但电流仍然流过线圈16，并且开关节点电压处于相对恒定的高电压电平(可能具有轻微下降)。
然而，当通过线圈16的电流达到零且开关T0断开时，开关节点电压以周期Tosc开始振荡。振荡频率(即，1/Tosc)是连接至开关T0的部件的函数，并且驱动器12不能够控制振荡的频率。在启动期间(例如，当驱动器系统10连接至输入源)，驱动器12的启动控制26可确定振荡周期Tosc。
开关节点处的电压振荡创建了电压波峰和电压波谷。例如，如图3所示，振荡电压(即，当(1)通过线圈16的电流为零且(2)开关T0断开时开关的漏极节点的电压)包括电压波谷36和电压波谷40以及电压波峰38。电压波谷36发生在toff之后的时间0.5×Tosc处，电压波谷40发生在toff之后的时间1.5×Tosc处，以及电压波峰38发生在toff之后的时间Tosc处。
图3还示出了三个假设的切换周期：切换周期A、切换周期B和切换周期C，其中每个切换周期都示出了开关T0重新接通时的时间(即，每一个都示出了开关T0的接通时间)。在图3中，切换周期A处于电压波谷36的时间处，切换周期B处于电压波峰38的时间处，以及切换周期C处于电压波谷的时间处。在一些示例中，如果驱动器12在电压波谷36或电压波谷40处重新接通开关T0，则开关T0的切换效率可以最大化。
在本公开所描述的技术中，需要重新接通开关T0的能量可以与接通持续时间开关节点电压电平与振荡电压的电压电平之间的差值相关。接通持续时间开关节点电压电平与振荡电压的电压电平之间的差值越小，当开关T0被重新接通时需要允许开关节点电压返回到接通持续时间开关节点电压电平的能量就越小。通过开关T0的切换效率来表示当开关T0被重新接通时使开关节点电压返回到接通持续时间节点电压电平所需的能量。
在图3中，电压差值42表示电压波谷36处的电压与接通持续时间开关节点电压电平(例如，开关T0接通时开关T0的漏极节点处的电压)之间的差值。电压差值44表示电压波峰38处的电压与接通持续时间开关节点电压电平之间的差值，以及电压差值46表示电压波谷40处的电压与接通持续时间开关节点电压电平之间的差值。
如图所示，电压差值42是接通持续时间开关节点电压电平与振荡电压的任何其他电压电平之间的最小电压差值。因此，如果驱动器12在振荡电压处于电压波谷36时重新接通开关T0，则需要最少的能量来使开关节点电压返回到接通持续时间节点电压电平，这产生最高的切换效率。如图所示，电压差值46是接通持续时间开关节点电压电平与振荡电压的任何其他电压电平(除了电压波谷36)之间的次小电压差值。因此，如果驱动器12在振荡电压处于电压波谷40时重新接通开关T0，则需要次少的能量来使开关节点电压返回到接通持续时间节点电压电平，这产生几乎最高的切换效率。如图所示，电压差值44是接通持续时间开关节点电压与振荡电压的任何其他电压电平之间的最大电压差值。因此，如果驱动器12在振荡电压处于电压波峰38时重新接通开关T0，则需要最多的能量来使开关节点电压返回到接通持续时间节点电压电平，这导致最低的切换效率。
因此，为了实现高切换效率，驱动器12可被配置为在振荡电压的电压波谷的时间处接通开关T0。例如，用户可以通过将负载电流电平设置为最高电平来将LED的亮度水平设置为最高水平。在该示例中，驱动器12可被配置为在电压波谷36的时间处接通开关T0。换句话说，驱动器12可以设置开关T0的接通时间等于切换周期A。相反，用户可以通过将负载电流电平设置为最低电平来将LED的最亮水平设置为最低水平。在该示例中，驱动器12可被配置为在电压波谷40的时间处接通开关T0。换句话说，驱动器12可设置开关T0的接通时间等于切换周期C。
应该理解，图3为了易于说明和描述示出了两个电压波谷。通常，可以具有多个电压波谷和多个电压波峰。因此，在一些示例中，驱动器12可被配置为在这些电压波谷中的任一处接通开关T0。
在上述示例中，驱动器12可基于在振荡电压中何时发生电压波谷来确定何时接通开关T0。因此，驱动器12可需要被配置为确定何时发生电压波谷。
返回参照图1，变压器包括感测侧，其包括线圈20。线圈20可以感测线圈16处的电压。由于线圈16连接至开关T0的发生电压振荡的开关节点(例如，在开关T0是晶体管的示例中为漏极节点)，所以线圈20可以感测开关T0的开关节点处的电压，并将电压馈送至驱动器12。例如，驱动器系统10包括分压器22，其连接至驱动器12的过零检测(ZCD)管脚。因此，驱动器12经由ZCD管脚接收跟踪开关节点电压(其是连接至逆向变换器14的开关T0的节点(例如，开关T0的漏极节点)处的电压)的部分电压。分压器22可以是任选的或者结合到驱动器12中。
例如，如果在开关节点处存在电压振荡，则电压振荡可被线圈20感测到，被分压器22分压，并耦合至ZCD管脚。驱动器12的ZCD单元30可确定所感测的电压何时下降到零以下(例如，从零以上变到零以下)，并向驱动器12的控制器24输出表示所感测的电压降到零以下的信号。基于所感测的电压降到零以下的时间，控制器24可确定将在振荡电压中发生电压波谷的时间。例如，在振荡周期的四分之一处可发生电压波谷。在一些示例中，启动控制26可在启动期间已经确定振荡周期(Tosc)。因此，当ZCD单元30向控制器24输出表示所感测的电压过零伏的信号时，控制器24可确定将在大约Tosc/4的时间之后在感测的振荡电压中发生电压波谷。由于所感测的电压跟踪开关节点处的电压，所以控制器24可确定将从感测到的电压从大于零的电压过零开始之后大约Tosc/4的时间在开关节点处的振荡电压中发生电压波谷。
在本公开描述的技术中，当通过线圈16的电流达到零时，开关节点处的电压开始振荡。尽管驱动器12不能够确定振荡开始的精确时间，但驱动器12仍然能够基于来自线圈12的感测电压的过零检测来确定何时将发生电压波谷。
一旦驱动器12确定开关T0接通的时间以实现高切换效率，驱动器12也就可以确定开关接通持续时间(ton)。再次，驱动器不能够控制控制开关断开持续时间(toff)。此外，开关T0接通的时间也设置了切换周期(例如，开关T0将在基于何时实现高切换效率而确定的每个切换周期接通)。
为了确定开关接通持续时间，电流感测(CS)单元34接收表示流过开关T0的电流量的电压。例如，如图所示，电流流过开关T0和连接至驱动器12的CS管脚的电阻器，在CS管脚处创建与流过开关T0的电流量成比例的电压。CS单元34可向控制器24输出表示流过开关T0的电流量的信号。响应于此，控制器24可以确定开关接通持续时间，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于所设置的负载电流或设置的负载电压。
以这种方式，控制器24可确定开关T0的切换周期(即，开关T0断开之后被重新接通的时间，也称为开关接通时间)以及T0被接通多长时间(即，开关接通持续时间)。然后，控制器24可使脉宽调制(PWM)单元32基于所确定的切换周期在适当的时间接通开关T0并基于所确定的开关接通持续时间保持T0接通适当的时间量。
因此，CS单元34、控制器24和PWM单元32形成反馈控制回路以针对给定的切换周期调整开关接通持续时间，如利用来自ZCD单元30和启动控制部26的输出所确定的，控制流过负载13的电流量，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于设置的负载电流电平或设置的负载电压电平。例如，通过控制何时开关T0接通和断开，控制流过线圈16的电流，控制流过负载13的电流量。在一些示例中，驱动器12的内部温度可要求调整开关接通持续时间。因此，温度传感器28可向控制器24输出表示内部温度的信号，并且控制器24可将该内部温度用作用于确定开关导通持续时间的一个变量。
然而，用户可以修改所设置的负载电流电平或设置的负载电压电平。例如，所设置的负载电流电平可以是LED最亮的水平，并且用户可以调暗LED，或者所设置的负载电流电平可以是LED最暗的水平，并且用户可以调亮LED。在该示例中，反馈控制回路可调整开关接通持续时间，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于所设置的负载电流电平或设置的负载电压电平(即，用户设置的修改电平可称为目标负载电流电平或目标负载电压电平)。在一些情况下，对于作为反馈控制回路的一部分控制器24可调整开关接通持续时间到什么程度存在限制。
作为反馈控制回路的一部分，当控制器24不再能够调整开关接通持续时间以实现所需的平均负载电流或平均负载电压时，控制器24可调整切换周期(例如，调整开关接通时间)。在一些示例中，控制器24可以不需要等到控制器24不再能够调整开关接通持续时间以实现所需平均负载电流或平均负载电压为止，而是可以在更早的时间点调整切换周期(例如，开关接通时间)。
调整切换周期可以导致切换效率低下。例如，参照图3，假设初始切换周期等于切换周期A，并且用户调暗LED到控制器24需要调整切换周期的水平(例如，增加切换周期)。在该示例中，可以不实现所设置的负载电流或设置的负载电压电平，控制器24将切换周期从切换周期A增加到切换周期B。如上所述，切换周期B提供了最低的切换效率，因为差值44是振荡电压与接通持续时间开关节点电压电平之间的最大差值。
在本公开中描述的示例性技术提供了保持高切换效率同时允许所需电流流过负载13使得平均负载电流或平均负载电压等于目标电流负载电平或目标电压负载电平的方式。在第一示例技术中，控制器24调整切换周期，使得切换周期立刻从第一电压波谷变为第二电压波谷。在该第一示例技术中，控制器24还立刻调整切换操作参数(例如，通过调整时间或峰值电流调整开关导通持续时间)，使得紧接在将切换周期从第一电压波谷调整到第二电压波谷之前以及紧接在将切换周期从第一电压波谷调整到第二电压波谷之后，使传送至负载13的电能保持相同。在驱动器12调整切换周期到第二电压波谷之后，如果用户进一步修改目标电流负载电平或目标电压负载电平，则控制器24可以作为反馈控制回路的一部分来调整开关导通持续时间，并且如果控制器24不能通过调整开关接通持续时间来实现目标电流负载电平或目标电压负载电平，则立刻改变电压波谷。
在第二示例技术中，控制器24调整切换周期经过中间切换周期(即，中间开关接通时间)到达与电压波谷相关联的切换周期。该中间切换周期可以是振荡电压的非波谷电压电平，导致切换效率低下。然而，在第二示例技术中，控制器24可逐渐调整切换周期直到切换周期处于电压波谷。在第二示例性技术中，反馈控制回路可逐渐调整开关操作参数以校正流过负载13引起与目标电流负载电平或目标电压负载电平偏离的电流量的变化。类似于上面所述，在驱动器12将切换周期调整到第二电压波谷之后，如果用户进一步修改目标电流负载电平或目标电压负载电平，则控制器24可作为反馈控制回路的一部分调整开关接通持续时间，并且如果控制器24不能通过调整开关接通持续时间来实现目标电流负载电平或目标电压负载电平则逐渐将开关的接通时间调整为另一个电压波谷。
在第二示例技术中，在开关的接通时间的逐渐调整期间，控制器24可将开关的接通时间调整为与振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间。此外，在一个或多个开关操作参数的逐渐调整期间，在将接通时间从第一时间调整为第二时间的过程中，当接通时间被调整为与非波谷电压相关联的中间时间时，控制器24可调整一个或多个开关操作参数以保持传送至负载13的电能量近似恒定。
下面更加详细地描述第一和第二示例技术，但是通常，两种示例技术最终都调整切换周期使得开关T0在开关节点处的振荡电压的电压波谷处接通(即，调整接通时间，使得开关T0在电压波谷处接通)。第一和第二示例技术相对于其他技术来说是有利的，因为第一和第二示例技术调整开关接通时间等于具有电压波谷的时间，而其他技术调整开关接通时间等于可能没有电压波谷的时间。换句话说，第一和第二示例技术都利用波谷-波谷切换，而其他技术仅在单个波谷设置处进行操作。由于第一和第二示例技术都使用波谷-波谷切换，所以在波谷处切换被称为准谐振切换，第一和第二示例技术都可使用准谐振切换。
第一示例技术利用控制器24立刻将开关接通时间从一个电压波谷的时间调整为另一电压波谷的时间的开环方案，而不是感测流过开关T0的最终电流并逐渐调整流过负载13的电流量，控制器24立刻确定需要使传送给负载13的电能在紧接在开关接通时间调整之前和紧接在开关接通时间调整之后保持相同的开关操作参数。在这种情况下，第一示例技术可以认为是具有电能补偿的波谷-波谷切换。
在第二示例技术中，控制器24不立刻将开关接通时间从一个电压波谷的时间调整到另一个电压波谷的时间。相反，控制器24逐渐将开关接通时间从一个电压波谷的时间调整经过振荡电压不处于电压波谷的中间接通时间，直到开关接通时间为另一个电压波谷的时间为止。这种将开关接通时间逐渐调整为另一电压波谷使得负载电流电平或负载电压电平偏离目标电流负载电平或目标电压负载电平。在该第二示例技术中，不同于开环方案中立刻确定所需的开关操作参数，第二示例技术依赖于反馈控制环路来逐渐调整开关操作参数以校正负载电流电平或负载电压电平与目标电流负载电平或目标电压负载电平的偏离。从这一方面来说，第二示例技术可以认为是波谷-波谷的软切换。
在一些示例中，对于第一示例技术，与第二示例技术相比，不存在降低切换效率的中间时间，并且驱动器12不需要确定开关接通时间是否到达电压波谷，因为驱动器12立刻跳变至电压波谷。在一些示例中，对于第二示例技术，与第一示例技术相比，由于开关接通时间的逐渐调整，所以对于波谷-波谷切换发生的闪烁(flicker)量可以最小。
以下更加详细地描述第一示例技术。为了说明和易于描述，以下描述将开关接通时间从切换周期A调整为切换周期C的示例，反之亦然。在下文中，切换周期为切换周期A的切换接通持续时间被称为ton,1，并且切换周期A被称为T1。切换周期为切换周期C的切换接通持续时间被称为ton,2，并且切换周期C被称为T2。
如上所述，切换周期的立刻变化导致电能的分段跳变。对于照明来说，电能的这种分段跳变表现为闪烁，并且对光质量具有负面影响。因此，为了避免闪烁，紧接在切换周期改变之前的电能和紧接在切换周期改变之后的电能应该相同(即，利用恒定电能实现切换周期的转变)。
在第一示例技术中，从一个电压波谷调整到另一个电压波谷时需要保持恒定电能的开关操作参数(例如，开关接通持续时间)基于目前的开关接通持续时间、目标的切换周期和寄生振荡周期(Tosc)。例如，传送至负载13的电能等于：
P＝1/2*Vin2*ton2/L/T (等式1)
在等式1中，Vin(输入电压)和L(电感)是恒定的，意味着ton2/T应该保持恒定。换句话说，紧接在将切换周期从T1调整到T2或者从T2调整到T1之前和紧接在将切换周期从T1调整到T2或者从T2调整到T1之后的ton2/T应该相同。因此，对于将切换周期T增加或减少Tosc，使得：
ton2＝ton1*sqrt((T1+Tosc)/T1)＝ton1*sqrt(1+Tosc/T1) (等式2)
ton1＝ton2*sqrt((T2-Tosc)/T2)＝ton2*sqrt(1-Tosc/T2) (等式3)
等式2用于将开关接通时间从切换周期A增加到切换周期C(即，从T1增加到T2)。等式3用于将开关接通时间从切换周期C减小到切换周期A(即，从T2减小到T1)。此外，如上所述，开关接通持续时间(例如，ton1和ton2)可影响开关接通时间(例如，T1和T2)。换句话说，开关接通时间是开关接通持续时间的函数，但是等式2和等式3基于切换周期不是ton的函数的近似来生成(即，T＝f(ton))，但是等式2和3基于假设T！＝f(ton))的近似。
控制器24确定补偿准谐振切换中的波谷改变处的切换周期的改变的接通时间。在一些示例中，控制器24可以是具有有限处理能力的数字控制器，并且执行对于控制器24来说不实际的平方根操作。代替执行平方根操作，在一些示例中，控制器24可以使用查找表确定平方根。在一些示例中，代替使用查找表，控制器24可以使用其泰勒级数近似平方根：
(1+x)0.5＝1+(1/2)x–(1/8)x2+(1/16)x3–(5/128)x4+(7/256)x5 (等式4)
为了减少控制器24需要执行的处理，控制器24可以计算泰勒级数的前两项并停止，结果近似实际的平方根值。在这种情况下，等式2和等式3简化为：
ton2＝ton1*(1+Tosc/T1/2)＝ton1*(T1+Tosc/2)/T1 (等式5)
ton1＝ton2*(1+Tosc/T2/2)＝ton2*(T2-Tosc/2)/T2 (等式6)
在等式5和6中，等式的后一形式(即，等式5中的ton1*(T1+Tosc/2)/T1和等式6中的ton2*(T2-Tosc/2)/T2)最好为固定的点数，因为其通过首先相乘然后除以结果来降低量化噪声。此外，第一示例技术基于各种近似。因此，最后确定的开关接通持续时间可以不是精确的，但是驱动器12的反馈控制回路校正与精确值的任何偏离。
为了测试第一示例技术是否工作良好，可以测量开关处的输出电压，如果测量表明开关接通持续时间(ton)和开关接通时间(切换周期)同时以分段跳变立刻改变，则第一示例技术可以是非常有用的。然而，这种同时分段跳变方式的立刻变化不需要对于第一示例技术是有效的。
此外，如上所述，可以有两种方式来设置开关接通持续时间：(1)设置接通持续时间和(2)设置峰值电流。等式1-3、5和6可应用于控制器24将接通持续时间设置为开关接通持续时间的示例。以下描述用于控制器24设置峰值电流阈值幅度以设置开关接通持续时间的示例的等式。
当接通持续时间通过峰值电流来设置时，用于电能的等式为：
P＝1/2*L*Ipk2/T (等式7)
类似于上面所述，L是恒定的，因此Ipk2/T保持恒定，使得紧接在开关接通时间改变之前和开关接通时间改变之后的电能是相同的。Ipk是峰值电流阈值幅度。此外，开关接通时间(即，切换周期T)是Ipk的函数，但是基于切换周期不是Ipk的函数的近似来生成等式(即，T＝f(Ipk)，而等式则基于近似T！＝f(Ipk))。
类似于等式2和3：
Ipk2＝Ipk1*sqrt((T1+Tosc)/T1)＝Ipk1*sqrt(1+Tosc/T1) (等式8)
Ipk1＝Ipk2*sqrt((T2-Tosc)/T2)＝Ipk2*sqrt(1-Tosc/T2) (等式9)
类似于具有泰勒级数近似的等式5和6：
Ipk2＝Ipk1*(1+Tosc/T1/2)＝Ipk1*(T1+Tosc/2)/T1 (等式10)
Ipk1＝Ipk2*(1+Tosc/T2/2)＝Ipk2*(T2-Tosc/2)/T2 (等式11)
以下详细描述第二示例技术。在该示例中，从一个波谷到另一个波谷的切换变化不是以跳变进行而是使用缓慢变化。在该示例中，反馈控制回路调整开关操作参数(例如，基于时间或基于峰值电流的开关接通持续时间)，使得平均负载电流或平均负载电压近似等于所设置的负载电流电平或设置的负载电压电平。
在第二示例技术中，如果切换周期减小，则可以具有目标波谷N和另一个切换周期，而如果切换周期增加，则可以具有目标波谷N和另一个切换周期。为了易于理解，在下文，电压波谷36被称为N1，且电压波谷40被称为N2。
当切换周期需要增加时，控制器24可以将切换周期设置为N1(电压波谷36)的时间并且可以将目标波谷设置为N2(电压波谷40)。如上所述，在ZCD单元32检测过零的时间之后，启动控制26可确定Tosc，控制器24可从中确定多个电压波谷的定时。
在该示例中，由于设置的切换周期(N1)小于N2的时间，所以驱动器12可以在N1的时间保持切换。对于增加切换周期来说，控制器24可将切换周期逐渐从N1增加到N2，这允许反馈控制回路补偿流过负载13的电流量。当控制器24确定通过逐渐增加切换周期达到N2处的电压波谷时，控制器24将切换周期设置为N2。
当切换周期需要减小时，控制器24可将切换周期设置为N2的时间，并且可将目标波谷设置为N1。在该示例中，由于设置切换周期(N2)大于N1的时间，所以驱动器12可以在N2的时间处保持切换。对于减小切换周期来说，控制器24可将切换周期逐渐从N2减小到N1，这允许反馈控制回路补偿流过负载13的电流量。当控制器24确定通过逐渐减小切换周期达到N1处的电压波谷时，控制器24将切换周期设置为N1。
例如，在波谷N1和N2之间确定时间(例如，如果N1和N2是相邻波谷，则为Tosc，其中N1在N2之前)，PWM单元32可支持为切换周期生成定时(其基于检测到N1的时间加上或减去可调整的延迟)的机制。如果期望从N1变为N2，则延迟可以从0逐渐增加到Tosc。如果期望从N2变为N1，则延迟可以从Tosc逐渐减小到0。例如，为了从N1变为N2，控制器24可以使PWM单元32逐渐增加切换时间从N1加上0和Tosc之间的延迟。原始切换周期可以是N1+0，然后N1+0.01，然后N1+0.02等，直到切换周期为N1+Tosc，其等于N2。相反，从N2到N1，原始切换周期可以为N2-0，然后N2-0.01，然后N2-0.02等，直到切换周期为N2-Tosc，其等于N1。
在上述示例中，将切换周期增加或减小0.01仅仅是为了易于理解而不应视为限制。切换周期的更细小或更粗放的增加或减小都是可能的。例如，在第二示例技术中，增加或减小切换周期可以认为是切换周期的模拟增加或减小，其中，在增加切换周期的过程中，切换周期临时处于N1和N2之间的许多中间切换周期，或者在减小切换周期的过程中，切换周期临时处于N2和N1之间的许多中间切换周期。第一示例技术可以认为是切换周期的数字增加或减小，其中切换周期从N1跳变至N2，反之亦然，在这种情况下，切换周期不处于任何其他中间切换周期。
此外，类似于第一示例技术，可通过检测开关处的电压来监控切换周期。如果测量表示切换周期没有跳变而是从一个波谷过渡到另一个波谷，则第二示例技术可以工作良好。然而，即使在切换周期中存在微小或察觉不到的跳变，则第二示例技术也可以工作良好。
例如，第二示例技术可以如下概念化：开关的接通时间可以设置为与电压波谷36相关联的第一时间，并且控制器24可确定从与电压波谷36相关联的第一时间调整开关的接通时间，使得流过负载13的平均电流量或负载13处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平。在该示例中，控制器24可确定与电压波谷40相关联的第二时间。然而，代替从第一时间到第二时间分段跳变接通时间，控制器24可以更小的步长尺寸逐渐调整接通时间。从概念上来说，这可以认为是控制器24调整接通时间使得开关的接通时间短暂地处于与非电压波谷相关联的时间。例如，接通时间可以认为被调整使得接通时间与振荡的电压波谷36和电压波谷40之间的每一个点相关联，而在第一示例技术中，接通时间从与电压波谷36相关联的时间跳变至与电压波谷40相关联的时间。换句话说，第一示例技术可以认为是接通时间的数字调整，而第二示例技术可以认为是接通时间的模拟调整。
例如，控制器24可以逐渐调整开关的接通时间，使得在开关的接通时间的逐渐调整期间，控制器24将开关的接通时间调整为与开关节点处的振荡电压中的非波谷电压(例如，电压波峰38)相关联的中间时间。在逐渐调整期间，控制器24的反馈回路调整操作参数以保持功率电平基本恒定。例如，在一个或多个开关操作参数的逐渐调整期间，在接通时间从第一时间调整为第二时间的过程中，当接通时间被调整为与非波谷电压相关联的中间时间时，控制器24可调整一个或多个开关操作参数以保持传送至负载的电能量基本恒定。
例如，在第一和第二示例技术中，假设开关的接通时间被设置为与电压波谷36相关联的第一时间。然后，假设用户改变应该流过负载13的电流量(设置目标电流电平)。在这种情况下，在接通时间相同的情况下，控制器24的反馈回路调整开关的接通持续时间。然而，在某点处，控制器24的反馈回路可以不再调整接通持续时间来实现目标电流电平。
在第一示例技术中，控制器24引起从与电压波谷36相关联的第一时间分段跳变至与电压波谷40相关联的第二时间，并设置一个或多个开关操作参数以使电能基本相同。以这种方式，存在非常小的闪烁。然后，控制器24的反馈回路保持调整开关的接通持续时间直到通过负载13的电流等于目标电流电平。
在第二示例技术中，控制器24将接通时间逐渐从与电压波谷相关联的第一时间调整到与电压波谷40相关联的第二时间，并且在接通时间的逐渐调整期间逐渐调整开关操作参数以保持所传输的电能量近似恒定。然后，控制器24的反馈回路保持调整开关的接通持续时间直到通过负载13的电流等于目标电流电平。
以这种方式，对流过负载13的电流量的调整是可能的，同时保持高切换效率。例如，如果控制器24的反馈回路能够调整接通持续时间使得流过负载13的电流等于目标电流电平，则控制器24可以不调整开关的接通时间。然而，当控制器24的反馈回路不能够调整接通持续时间以使通过负载13的电流等于目标电流电平时，控制器24可以调整接通时间。为了维持切换效率，可以期望调整接通时间至波谷电压，然后允许控制器24的反馈回路进一步调整接通持续时间，使得通过负载13的电流等于目标电流电平。
第一示例技术执行接通时间从一个波谷电压到另一个波谷电压的跳变。如果不进行附加步骤，则会由于电流的瞬时变化而存在闪烁。为了解决该问题，控制器24确定调整一些开关操作参数使得电能基本相同。以这种方式，接通时间可以从一个波谷电压跳变至另一个波谷电压，但是电能保持相同，因此没有闪烁。然后，反馈回路可以接管并调整接通持续时间以实现目标电流电平。
第二示例技术执行接通时间从一个波谷电压到另一个波谷电压的逐渐调整。在这种逐渐调整过程中，接通时间临时处于非波谷电压，但是反馈回路能够控制接通持续时间以使功率电平保持恒定。然后，一旦控制器24将接通时间设置为波谷电压，则反馈回路就可以接管并调整接通持续时间以实现目标电流电平。
尽管利用电流电平描述了上述示例，但这些技术不限于此，而是可以扩展到目标电压电平。此外，在一些示例中，如上所述，目标电流电平或目标电压电压可以基于流过负载13的平均电流量或者负载13处的平均电压量。
图4是示出根据本公开的第一示例技术的流程图。在图4中，控制器24可确定是否将开关T0的接通时间从与开关T0的节点(例如，漏极节点)处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间(例如，与波谷电压36或40相关联的时间)调整为与开关接点处的振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间(例如，与波谷电压40或36相关联的时间)(50)。
例如，控制器24可基于是否调整流过负载的电流量来确定是否调整开关接通时间(即，开关T0的接通时间)使得流过负载的平均电流量或负载处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平。此外，当T0断开且没有电流流过与开关T0连接的线圈(例如，线圈16)时，在开关T0的漏极节点(作为一个示例)处发生振荡电压。
控制器24可针对开关确定一个或多个开关操作参数，使得如果接通时间从第一时间调整为第二时间，则传送至负载的电能量在调整之前和调整之后是相同的(52)。在一些示例中，一个或多个开关操作参数包括限定开关接通多长时间的持续时间。在一些示例中，一个或多个开关操作参数包括限定开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。此外，在一些示例中，控制器24可实施开环方案以确定操作参数，其中控制器24可确定一个或多个开关操作参数而不需要确定流过开关的电流量。
控制器24可基于调整接通时间的确定将开关的接通时间调整为第二时间(54)。控制器24可基于所确定的一个或多个开关操作参数为开关设置一个或多个开关操作参数(56)。在一些示例中，控制器24可与设置一个或多个开关操作参数同时使PWM单元32调整何时接通开关的时间(例如，调整接通时间)。
图5是示出根据本公开的第二示例技术的流程图。控制器24可确定是否从与开关节点处的振荡电压值的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整开关的接通时间，使得流过负载的平均电流量或者负载处的平均电压量近似等于目标电流负载电平或目标电压负载电平(60)。此外，当开关断开且没有电流流过与开关连接的线圈时，在开关的漏极节点处发生振荡电压。
控制器24可确定与振荡电压值的第二电压波谷相关联的第二时间(62)。例如，控制器24可基于通过线圈16的电流达到零的时间(例如，基于来自ZCD单元30的指示)来确定与振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间。控制器24可基于调整接通时间的确定将开关的接通时间逐渐从第一时间调整为第二时间，经过与开关节点处的振荡电压值的非波谷电压相关联的中间时间(64)。在开关的接通时间从第一时间到第二时间的逐渐调整期间，控制器24可逐渐调整开关的一个或多个开关操作参数以保持传送至负载的电能量近似恒定(66)。
例如，在开关的接通时间的逐渐调整期间，控制器24可将开关的接通时间调整为与开关节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间。此外，在一个或多个开关操作参数的逐渐调整期间，在接通时间从第一时间到第二时间的调整期间当接通时间被调整为与非波谷电压相关联的中间时间时，控制器24可调整一个或多个开关操作参数以保持传送至负载的电能量近似恒定。
作为一个示例，在开关的接通时间从第一时间到第二时间的逐渐调整期间，控制器24可利用反馈控制回路(其感测流过开关的电流量)来逐渐调整。在一些示例中，一个或多个开关操作参数包括限定开关接通多长时间的持续时间。在一些示例中，一个或多个开关操作参数包括限定开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
在一个或多个示例中，以硬件、软件或任何它们的组合来实施所描述的功能。如果以软件来实施，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并被基于硬件的处理单元(例如，驱动器12的控制器24)执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质的有形介质。以这种方式，计算机可读介质通常可对应于非暂时性的有形计算机可读存储介质。数据存储介质可以是任何可用介质，其可被一个或多个计算机或者一个或多个处理器访问来检索指令、代码和/或数据结构用于实施本公开所描述的技术。计算机程序产品可包括计算机可读介质。
通过示例但不限制，这种计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备、闪存或者任何其他可用于以指令或数据结构形式存储期望的程序代码且可被计算机访问的介质。应该理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括载波、信号或其它瞬态介质，而是专用于非瞬态、有形的存储介质。如本文所使用的，磁盘和圆盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再生数据，而圆盘利用激光光学地再生数据。上述组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。
可通过一个或多个处理器(例如，驱动器12的控制器24)来执行指令，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效集成或分立逻辑电路。因此，本文所使用的术语“处理器”或“控制器”可表示任何上述结构或适合于实施本文所述技术的任何其他结构。此外，可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实施这些技术。
可以在各种设备或装置(包括集成电路(IC)或IC组(例如，芯片组))中实施本公开的技术。在本公开中描述各种部件、模块或单元以强调被配置为执行所公开技术的设备的功能方面，但是不是必须要求通过不同的硬件单元来实现。此外，如上所述，结合适当的软件和/或固件，各种单元可在硬件单元中组合或者通过包括上述一个或多个处理器的可互操作硬件单元的组合来提供。
描述了各种示例。执行示例和其他示例均包括在以下权利要求的范围内。

Claims (38)

1.一种用于控制传送至负载的电能的方法，所述方法包括：
基于所述负载处的目标电流负载电平或目标电压负载电平确定是否将开关的接通时间从与所述开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与所述开关的节点处的所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；
确定所述开关的一个或多个开关操作参数，使得如果所述接通时间从所述第一时间调整为所述第二时间，则传送给所述负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同；
基于调整所述接通时间的确定，将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间；以及
基于确定的所述一个或多个开关操作参数为所述开关设置所述一个或多个开关操作参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间以及设置所述一个或多个开关操作参数包括：与设置所述一个或多个开关操作参数同时地，将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的持续时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定一个或多个开关操作参数包括：确定所述一个或多个开关操作参数，但不确定流过所述开关的电流的量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否调整所述接通时间包括：确定是否调整流过所述负载的电流的量，使得流过所述负载的电流的平均量或所述负载处的电压的平均量等于目标电流负载电平或目标电压负载电平。
7.根据权利要求1所述的方法，其中当所述开关断开且没有电流流过与所述开关连接的线圈时，在所述开关的漏极节点处发生所述振荡电压。
8.一种用于控制传送至负载的电能的驱动器系统，所述驱动器系统包括：
变压器，包括具有第一线圈的初级侧和具有第二线圈的次级侧，其中所述负载连接至所述第二线圈；
开关，耦合至所述第一线圈；以及
驱动器，耦合至所述开关并被配置为：
基于所述负载处的目标电流负载电平或目标电压负载电平确定是否将所述开关的接通时间从与所述开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与所述开关的节点处的所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；
确定所述开关的一个或多个开关操作参数，使得如果所述接通时间从所述第一时间调整为所述第二时间，则传送给所述负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同；
基于调整所述接通时间的确定，将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间；以及
基于确定的所述一个或多个开关操作参数为所述开关设置所述一个或多个开关操作参数。
9.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中所述变压器还包括具有第三线圈的感测侧，以及其中所述驱动器被配置为基于所述感测侧感测到所述开关的节点处的电压以及过零检测单元确定所感测到的电压过零的时间来确定与所述第一电压波谷相关联的所述第一时间和与所述第二电压波谷相关联的所述第二时间。
10.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中为了将所述接通时间调整为所述第二时间以及设置所述一个或多个开关操作参数，所述驱动器被配置为与设置所述一个或多个开关操作参数同时地，将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间。
11.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的持续时间。
12.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
13.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中为了确定一个或多个开关操作参数，所述驱动器被配置为确定所述一个或多个开关操作参数，但不确定流过所述开关的电流的量。
14.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中为了确定是否调整所述接通时间，所述驱动器被配置为确定是否调整流过所述负载的电流的量，使得流过所述负载的电流的平均量或所述负载处的电压的平均量等于目标电流负载电平或目标电压负载电平。
15.根据权利要求8所述的驱动器系统，其中当所述开关断开且没有电流流过所述第一线圈时，在所述开关的漏极节点处发生所述振荡电压。
16.一种用于控制传送至负载的电能的驱动器，所述驱动器包括：
控制器，被配置为：
基于所述负载处的目标电流负载电平或目标电压负载电平确定是否将开关的接通时间从与所述开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间调整为与所述开关的节点处的所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；以及
确定所述开关的一个或多个开关操作参数，使得如果所述接通时间从所述第一时间调整为所述第二时间，则传送给所述负载的电能的量在紧接在调整之前和紧接在调整之后基本相同；以及
脉宽调制(PWM)单元，被配置为：
基于调整所述接通时间的确定，将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间；以及
基于确定的所述一个或多个开关操作参数为所述开关设置所述一个或多个开关操作参数。
17.根据权利要求16所述的驱动器，其中所述控制器被配置为使所述PWM单元与设置所述一个或多个开关操作参数同时地将所述开关的所述接通时间调整为所述第二时间。
18.根据权利要求16所述的驱动器，其中所述一个或多个开关操作参数包括以下参数中的一个：
限定所述开关接通多长时间的持续时间；或者
限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
19.一种用于控制传送至负载的电能的方法，所述方法包括：
确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整所述开关的接通时间，使得流过所述负载的平均电流量或所述负载处的平均电压量等于目标电流负载电平或目标电压负载电平；
确定与所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；
基于调整接通时间的确定，从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间，经过与所述开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间；以及
在从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间期间，逐渐调整所述开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给所述负载的电能量基本恒定。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述开关的接通时间的逐渐调整期间，所述开关的接通时间被调整到与所述开关的节点处的振荡电压中的所述非波谷电压相关联的所述中间时间，以及其中在所述一个或者多个开关操作参数的逐渐调整期间，在所述接通时间从所述第一时间到所述第二时间的调整期间，当所述接通时间被调整到与所述非波谷电压相关联的所述中间时间时，所述一个或者多个开关操作参数被调整以保持传送到所述负载的所述电能量基本恒定。
21.根据权利要求19所述的方法，其中逐渐调整所述一个或者多个开关操作参数包括在所述开关的接通时间从所述第一时间到所述第二时间的逐渐调整期间利用感测流过所述开关的电流量的反馈控制回路进行逐渐调整。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的持续时间。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
24.根据权利要求19所述的方法，其中当所述开关断开且没有电流流过与所述开关连接的线圈时，在所述开关的漏极节点处发生所述振荡电压。
25.一种用于控制传送给负载的电能的驱动器系统，所述驱动器系统包括：
变压器，包括具有第一线圈的初级侧和具有第二线圈的次级侧，其中负载连接至所述第二线圈；
开关，耦合至所述第一线圈；以及
驱动器，耦合至所述开关并被配置为
确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整所述开关的接通时间，使得流过所述负载的平均电流量或所述负载处的平均电压量等于目标电流负载电平或目标电压负载电平；
确定与所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；
基于调整接通时间的确定，从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间，经过与所述开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间；以及
在从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间期间，逐渐调整所述开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给所述负载的电能量基本恒定。
26.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中在所述开关的接通时间的逐渐调整期间，所述驱动器将所述开关的接通时间调整到与所述开关的节点处的振荡电压中的所述非波谷电压相关联的所述中间时间，以及其中在所述一个或者多个开关操作参数的逐渐调整期间，在所述接通时间从所述第一时间到所述第二时间的调整期间，当所述接通时间被调整到与所述非波谷电压相关联的所述中间时间时，所述驱动器调整所述一个或者多个开关操作参数以保持传送到所述负载的所述电能量基本恒定。
27.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中所述变压器进一步包括感测侧，所述感测侧包括第三线圈，以及其中所述驱动器被配置为基于感测所述开关的节点处的电压的所述第三线圈和确定所感测的电压何时过零的过零检测单元确定所述第二时间。
28.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中为了逐渐调整所述一个或者多个开关操作参数，所述驱动器被配置为在所述开关的接通时间从所述第一时间到所述第二时间的逐渐调整期间利用感测流过所述开关的电流量的反馈控制回路进行逐渐调整。
29.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的持续时间。
30.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
31.根据权利要求25所述的驱动器系统，其中当所述开关断开且没有电流流过所述第一线圈时，在所述开关的漏极节点处发生所述振荡电压。
32.一种用于控制传送给负载的电能的驱动器，所述驱动器包括：
控制器，被配置为：
确定是否从与开关的节点处的振荡电压中的第一电压波谷相关联的第一时间开始调整所述开关的接通时间，使得流过所述负载的平均电流量或所述负载处的平均电压量等于目标电流负载电平或目标电压负载电平；
确定与所述振荡电压中的第二电压波谷相关联的第二时间；
基于调整接通时间的确定，从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间，经过与所述开关的节点处的振荡电压中的非波谷电压相关联的中间时间；以及
在从所述第一时间到所述第二时间逐渐调整所述开关的接通时间期间，逐渐调整所述开关的一个或多个开关操作参数以保持传送给所述负载的电能量基本恒定。
33.根据权利要求32所述的驱动器，其中在所述开关的接通时间的逐渐调整期间，所述控制器将所述开关的接通时间调整到与所述开关的节点处的振荡电压中的所述非波谷电压相关联的所述中间时间，以及其中在所述一个或者多个开关操作参数的逐渐调整期间，在所述接通时间从所述第一时间到所述第二时间的调整期间，当所述接通时间被调整到与所述非波谷电压相关联的所述中间时间时，所述控制器调整所述一个或者多个开关操作参数以保持传送到所述负载的所述电能量基本恒定。
34.根据权利要求32所述的驱动器，其中为了逐渐调整所述一个或者多个开关操作参数，所述控制器被配置为在所述开关的接通时间从所述第一时间到所述第二时间的逐渐调整期间利用感测流过所述开关的电流量的反馈控制回路进行逐渐调整。
35.根据权利要求32所述的驱动器，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的持续时间。
36.根据权利要求32所述的驱动器，其中所述一个或多个开关操作参数包括限定所述开关接通多长时间的峰值电流阈值幅度。
37.根据权利要求32所述的驱动器，其中当所述开关断开且没有电流流过连接到所述开关的线圈时，在所述开关的漏极节点处发生所述振荡电压。
38.根据权利要求32所述的驱动器，其中所述控制器被配置为基于通过连接到所述开关的线圈的电流何时达到零的时间确定与所述振荡电压中的所述第二电压波谷相关联的所述第二时间。
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