CN106569432B - 用于电源转换器的控制模式之间的转换的控制电路和方法 - Google Patents

用于电源转换器的控制模式之间的转换的控制电路和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电源转换器的控制模式之间的转换的控制电路和方法。一种控制电路包括与第一模式相对应的第一积分器电路以及与第二模式相对应的第二积分器电路。该控制电路被配置成：将电源转换器的控制在第一模式和第二模式之间转换，使得第一模式和第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且第一模式和第二模式中的另一者是用于该时间段的非控制模式；以及将对应于非控制模式的第一积分器电路或第二积分器电路的输出设定成与对应于控制模式的第一积分器电路或第二积分器电路的输出相等。还公开了其它示例性控制电路、包括控制电路的电源转换器、以及用于控制电源转换器的方法。

Description

用于电源转换器的控制模式之间的转换的控制电路和方法
技术领域
本发明涉及用于电源转换器的控制模式之间的转换的控制电路和方法。
背景技术
本部分提供了与本发明相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
电源转换器通常根据一个或多个参数而在不同的控制模式下操作。例如，电源转换器有的时候可以被控制在其恒定电压模式下，其它时候被控制在其恒定电流模式下。通常，控制电路包括用于将电源转换器控制在合适的控制模式下的补偿器。
发明内容
本部分提供了本发明的总体概述，且不是对本发明的完整范围或本发明的所有特征的全面公开。
根据本发明的一个方面，一种用于控制电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作的控制电路包括：与所述第一模式相对应且具有输出的第一积分器电路、以及与所述第二模式相对应且具有输出的第二积分器电路。所述控制电路被配置成：将所述电源转换器的控制在所述第一模式和所述第二模式之间转换，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式；以及将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等。
根据本发明的另一方面，公开了一种配置控制电路的方法，所述控制电路用于控制可受控的电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式。所述控制电路包括与所述第一模式相对应的第一积分器电路和与所述第二模式相对应的第二积分器电路。所述方法包括：将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等；以及将所述电源转换器的控制从与所述控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式转换到与所述非控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式。
概念1、一种用于控制电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作的控制电路，所述控制电路包括与所述第一模式相对应且具有输出的第一积分器电路以及与所述第二模式相对应且具有输出的第二积分器电路，所述控制电路被配置成：将所述电源转换器的控制在所述第一模式和所述第二模式之间转换，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式；以及将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等。
概念2、根据概念1所述的控制电路，其中，所述第一模式是恒定电压模式，所述第二模式是恒定电流模式。
概念3、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成感测所述电源转换器的电压和电流、基于感测的所述电流和电流基准之间的比较而从恒定电压模式转换到恒定电流模式、以及基于感测的所述电压和电压基准之间的比较而从所述恒定电流模式转换到所述恒定电压模式。
概念4、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成将电压基准设定成与初始感测的电压相等。
概念5、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于感测的参数从所述第一模式转换到所述第二模式且基于另一感测的参数从所述第二模式转换到所述第一模式。
概念6、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于一个感测的参数在所述第一模式和所述第二模式之间转换。
概念7、根据前述任一项概念所述的控制电路，还包括电压补偿器和电流补偿器，所述电压补偿器包括所述第一积分器电路，所述电流补偿器包括所述第二积分器电路。
概念8、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，与所述非控制模式相对应的电压补偿器或电流补偿器是停用的。
概念9、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，电压补偿器和电流补偿器均包括与其积分器电路不同的一个或多个电路，其中，所述一个或多个电路中的每个电路包括输出，且其中，与所述非控制模式相对应的所述电压补偿器或所述电流补偿器的所述一个或多个电路中的每个电路的所述输出被设定成基本上为零。
概念10、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，电压补偿器和电流补偿器中的至少一者是比例积分微分PID控制器。
概念11、根据前述任一项概念所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
概念12、一种用于向负载提供电力的电力系统，所述电力系统包括电源转换器以及联接至所述电源转换器的根据前述任一项概念所述的控制电路。
概念13、一种配置控制电路的方法，所述控制电路用于控制能够受控的电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式，所述控制电路包括与所述第一模式相对应的第一积分器电路和与所述第二模式相对应的第二积分器电路，所述方法包括：
将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等；以及将所述电源转换器的控制从与所述控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式转换到与所述非控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式。
概念14、根据概念13所述的方法，其中，所述第一模式是恒定电压模式，所述第二模式是恒定电流模式，且其中，转换所述电源转换器的控制包括基于所述电源转换器的感测的电流与电流基准之间的比较而从所述恒定电压模式转换到所述恒定电流模式、以及基于所述电源转换器的感测的电压与电压基准之间的比较而从所述恒定电流模式转换到所述恒定电压模式。
概念15、根据概念13或14所述的方法，还包括将电压基准设定成与初始感测的电压相等。
概念16、根据概念13至15中任一项所述的方法，其中，所述控制电路包括具有所述第一积分器电路的电压补偿器和具有所述第二积分器电路的电流补偿器，所述方法还包括停用与所述非控制模式相对应的所述电压补偿器或所述电流补偿器。
概念17、根据概念13至16中任一项所述的方法，还包括将停用的电压补偿器的与其积分器电路不同的一个或多个电路的输出或者停用的电流补偿器的与其积分器电路不同的一个或多个电路的输出设定成基本上为零。
概念18、根据概念13至17中任一项所述的方法，其中，转换所述电源转换器的控制包括基于一个感测的参数进行转换。
概念19、根据概念13至18中任一项所述的方法，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
适用性的其它方面和领域将从本文提供的描述而变得显而易见。应当理解，本发明的各个方面可以独立地实现或者与一个或多个其它方面组合地实现。还应当理解，本文的描述和具体的示例仅用于说明目的且不意图限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明所选择的实施方式、而不是说明所有可能的实现，且不意图限制本发明的范围。
图1是根据本发明的一个示例性实施方式的包括在多种模式下可操作的电源转换器和控制电路的电力系统的框图，在该控制电路中，一个积分器电路的输出被设定成与另一个积分器电路的输出相等。
图2是根据另一示例性实施方式的数字控制电路的框图，该数字控制电路基于一个感测的参数和基准之间的比较而在将电源转换器控制在恒定电压模式下与将电源转换器控制在恒定电流模式下之间转换。
图3是根据另一示例性实施方式的图2的电压控制回路补偿器的框图。
图4是根据另一示例性实施方式的图2的补偿器以及可控开关的框图，该可控开关用于选择其中一个补偿器的输出以将电源转换器控制在合适的控制模式下。
图5是根据另一示例性实施方式的数字控制电路的框图，该数字控制电路基于两个感测的参数和两个基准而在将电源转换器控制在恒定电压模式下与将电源转换器控制在恒定电流模式下之间转换。
图6A到图6C示出图5的数字控制电路所控制的电源转换器的输出电压和输出电流、以及图5的数字控制电路的电流补偿器输出的波形。
图7A到图7C示出图5的数字控制电路所控制的电源转换器的输出电压和输出电流、以及图5的数字控制电路的电流补偿器输出在电源转换器被控制成提供软启动时的波形。
图8A到图8C示出图5的数字控制电路所控制的电源转换器的输出电压和输出电流、以及图5的数字控制电路的电流补偿器输出在模式之间的转换基于输出电流状态的情况下的波形。
图9是根据另一示例性实施方式的在将电源转换器控制在恒定电压模式下与将电源转换器控制在恒定电流模式下之间转换的模拟控制电路的框图。
在附图中的一些视图中，对应的附图标记表示对应的部件或特征。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
提供示例性实施方式，使得本发明对于本领域技术人员而言将是透彻的，且将范围更全面地传达给本领域的技术人员。提出大量的具体细节，诸如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。本领域的技术人员将要明白，不需要采用特定的细节，示例性实施方式可以以多种不同的形式实施，且不应当被理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，公知的方法、公知的装置结构以及公知的技术未作详细描述。
本文所使用的术语仅用于描述特定的示例性实施方式且不意图是限制性的。本文中使用的单数形式“一”和“该”可以意图也包括复数形式，上下文另有清楚指示除外。术语“包括”和“具有”是指包含在内，且因此指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或附加。除非具体地确定为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为一定需要按照所讨论的或说明的特定顺序来执行。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚指示，否则本文中使用的诸如“第一”、“第二”的术语和其它数值术语不暗示次序或顺序。因此，在不脱离示例性实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分能够被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于描述，在本文中可以使用空间上相对的术语，诸如“内部”、“外部”、“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等，来描述附图中示出的一个元件或特征与另外的一个或多个元件或特征的关系。空间上相对的术语可以意图除了附图中绘示的取向之外，还涵盖设备在使用或操作中的不同的取向。例如，如果将附图中的设备翻转，则描述为在其它元件或特征的“下面”或“下方”的元件将取向为在该其它元件或特征的“上面”。因此，示例性术语“下面”可以涵盖上面和下面的取向二者。设备可以另外地取向(旋转90度或以其它取向)，且本文中使用的空间上相对的描述符被相应地解释。
根据本发明的一个示例性实施方式的用于将电力供给至负载的电力系统在图1中示出且由附图标记100总体表示。如图1所示，电力系统100包括电源转换器102以及控制电路104，该控制电路104联接至电源转换器102用以控制电源转换器102在一种模式(例如，模式1)以及另一不同模式(例如，模式2)下操作。控制电路104包括对应于模式1并且具有输出108的积分器电路106、以及对应于模式2并且具有输出112的积分器电路110。控制电路104在模式1和模式2之间转换电源转换器102的控制，使得这两种模式中的一种模式是针对一时间段的控制模式，且另一种模式是针对该时间段的非控制模式。控制电路104还被配置成将对应于非控制模式的积分器电路106的输出108、积分器电路110的输出112设定成与对应于控制模式的积分器电路106的输出108、积分器电路110的输出112相等。
例如，如果电源转换器102在模式1下操作，则模式2被视为非控制模式，模式1被视为控制模式。在该具体示例中，捕获对应于模式1的积分器电路106的输出108，并且将对应于模式2的积分器电路110的输出112设定为与积分器电路106的输出108相等。然而，如果电源转换器102在模式2下操作，则模式1被视为非控制模式，模式2被视为控制模式。在该情况下，捕获对应于模式2的积分器电路110的输出112，并且将对应于模式1的积分器电路106的输出108设定成与积分器电路110的输出112相等。
积分器电路106、积分器电路110指定用于控制电源转换器的一个或多个控制信号的占空比或周期。因此，通过将非控制积分器电路的输出设定成与控制积分器电路的输出相等，非控制积分器电路可以使用该设定的输出作为用于控制电源转换器102的期望的控制信号的起始点，而不是常规采用的默认值0。因此，在控制模式转换发生之前，非控制积分器电路不处于饱和状态。
正因如此，在进行控制模式的实际转换之前以及在积分器电路的输出被相应地调整之前，可以基于所设定的输出预调节非控制积分器电路以呈现有效状态。因此，由于非控制积分器电路的该非零起始点，相比于常规系统，一个或多个控制信号的占空比或周期可以对于控制模式的改变进行更快的响应。
当控制电路104在控制模式之间转换时，控制积分器电路(先前的非控制积分器电路)可以基于一个或多个主动控制参数而改变状态，由此替代先前设定的积分器电路的输出。在这样的示例中，使其输出被设定的非控制积分器电路可以使用该设定的输出作为预见性信息。正因如此，相比于传统的转换方法，控制电路104可以对控制模式的转换较快地且以更好的精度作出反应。
电源转换器102的模式1、模式2可以是各种不同的模式。例如且如下文进一步阐述的，控制电路104可以控制电源转换器102在恒定电压(constant voltage，CV)模式以及恒定电流(constant current，CC)模式下操作。在这样的示例中，模式1可以是CV模式或CC模式，模式2可以是CC模式或CV模式。在其它实施方式中，模式1和/或模式2可以是另一合适的控制模式。
在控制积分器电路生成输出之后以及在控制电路104在模式之间转换电源转换器102的控制之前的任何给定的时间点处，非控制积分器电路的输出可以被设定成与控制积分器电路的输出相等。在一些示例中，对应于非控制模式的积分器电路的输出被设定一次或多次。例如，在控制积分器电路生成输出之后，非控制积分器电路的输出可以被设定一次。这可以发生在控制积分器电路生成其第一输出之后、发生在模式1和模式2之间的转换期间等。
在其它实施方式中，非控制积分器电路的输出可以周期性地或随机地或按其它方式被更新。例如且如上文所阐述的，对应于控制模式的积分器电路106、积分器电路110指定一个或多个开关控制信号的占空比或周期。因此，当需要改变该一个或多个信号的占空比或周期时，控制积分器电路的输出相应地改变。正因如此，非控制积分器电路的输出可以被设定，且然后在控制积分器电路的输出变化时(例如，每周期，等等)被重置(例如，被更新)。在其它示例中，非控制积分器电路的输出可以自由地改变。
非控制积分器电路的输出在被设定成与控制积分器电路的输出相等之前，可以等于任何合适的值。例如，非控制积分器电路的输出可以等于其在转换成其非控制状态之前的最后值，且然后被设定成与控制积分器电路的输出相等。在其它实施方式中，非控制积分器电路的输出可以等于0、最大值或另一合适的值。
如图1所示，控制电路104能够经由信号114(例如，使用一个或多个合适的传感器)感测任何一个或多个输入参数，和/或经由信号116(例如，使用一个或多个合适的传感器)感测一个或多个输出参数。所感测的输入参数可以包括输入电压Vin和输入电流Iin，所感测的输出参数包括输出电压Vo和输出电流Io。另外地和/或可替选地，若需要，则感测的温度、感测的中间电压和/或电流、和/或任何合适的参数可以由控制电路104采用。
尽管在图1中没有示出，但是在控制电路104中，基于一个或多个感测的参数(例如，输出电压Vo、输入电流Iin等)的一个或多个误差信号被分别提供给积分器电路106的输入118、积分器电路110的输入120。积分器电路106、积分器电路110中的至少一个积分器电路(例如，控制积分器电路)以及控制电路104的其它电路(如果适用的话)可以使用该一个或多个误差信号来生成用于控制电源转换器102的一个或多个控制信号122。例如，该一个或多个控制信号可以是脉冲宽度调制(PWM)控制信号、脉冲频率调制(PFM)控制信号等，用于控制电源转换器102的一个或多个电源开关(未示出)。
图1的控制电路104可以基于一个或多个感测的参数在模式之间转换。例如且如下文进一步阐述的，控制电路104可以基于两个或更多个参数与两个或更多个基准之间的比较，在模式1和模式2之间转换。比较的输出可以独立地使用(如下文进一步阐述的)、一起使用等，用于模式之间的转换。在其它实施方式中，控制电路104基于一个感测的参数与基准之间的比较，在模式1和模式2之间转换。
例如，图2示出了可以用作图1的控制电路104的数字控制电路200。数字控制电路200可以基于一个感测的参数与基准之间的比较而控制本文公开的电源转换器中的任何一个电源转换器在CV模式和CC模式下操作。
数字控制电路200包括模式检测电路202、电压控制回路204、以及电流控制回路206。电压控制回路204包括电压补偿器V_PID和联接至该电压补偿器V_PID的增益模块Kv，电流控制回路206包括电流补偿器I_PID以及联接至电流补偿器I_PID的增益模块Ki。如下文进一步阐述的，补偿器V_PID、补偿器I_PID均包括类似于图1的积分器电路的积分器电路。
如图2所示，电压控制回路204接收基于电源转换器的感测的输出电压Vo和电压基准VREF的电压误差信号err_Vo，电流控制回路206接收基于电源转换器的感测的电流ISENSE和电流基准IREF的电流误差信号err_I。误差信号err_Vo、误差信号err_I分别被提供给补偿器V_PID、补偿器I_PID，以进行处理。
图2的补偿器V_PID、补偿器I_PID是比例积分微分(PID)控制器。图3示出了可以用作图2的电压补偿器V_PID的一个示例性的PID控制器300。可替选地，若需要，则可以采用另一合适的控制器。电流补偿器I_PID可以包括类似的控制器或另一合适的控制器。
如图3所示，PID控制器300包括比例部件P、积分器部件I和微分部件D。每个部件P、I、D的输出被独立地计算，然后被求和以生成PID输出(图2和图3中示为vpi_out)。尽管没有示出，但每个部件P、I、D包括各种电路(有时被称为数字部件)。例如，比例部件P包括比例电路和增益模块，积分器部件I包括积分器电路和增益模块，微分部件D包括微分电路和增益模块。每个部件的增益模块共同地被示为图2的增益模块Kv。
返回参考图2，模式检测电路202包括电路210，该电路210通过信号208接收电源转换器的感测的参数(例如，电压、电流等)并基于该感测的参数和基准REF确定该电源转换器应当在CV模式还是CC模式下操作。例如，如果该感测的参数大于基准REF，则选择一种模式(例如，CC模式)。然而，如果该感测的参数下降至低于基准REF(例如，滞环)的定义值(例如，90％等)，则控制转换至另一模式(例如，CV模式)。例如，如果感测的电流ISENSE大于电流基准IREF，则可以选择CC模式；如果感测的电流ISENSE小于电流基准IREF减去电流滞环，则可以选择CV模式。因此，在该特定的示例中，采用单一的感测参数来确定何时在控制模式之间转换，采用滞环来基本上防止不期望的控制模式变化。
另外地，在一些情况下，基于一个感测参数的该检测方法可以引起控制模式之间的振荡。在这样的情况下，在初始模式变化之后，可以添加禁用检测电路和/或延迟，从而有助于消除控制模式之间不期望的振荡。
在确定应当采用哪个控制模式后，模式检测电路202将信号CV_mode、信号CC_mode提供给控制回路204、控制回路206中的一者或二者以激活和/或停用合适的补偿器。例如，如果确定电源转换器应当在其CC模式下操作，则信号CC_mode可以为高电平从而激活电流补偿器I_PID，信号CV_mode可以为低电平从而使电压补偿器V_PID停用。因此，在该特定的示例中，与控制模式对应的电流补偿器I_PID是激活的，与非控制模式相对应的电压补偿器V_PID是停用的。
正因如此，在任何给定时间，控制回路204、控制回路206之一(例如，具有激活的补偿器的控制回路)提供输出pi_out用以控制电源转换器。将该输出pi_out与PWM信号基准Fpwm进行比较以生成PWM控制信号PWM_OUT，用以控制如上所述的电源转换器的一个或多个电源开关。例如，如果电源转换器在其CC模式下操作，则电流控制回路206是激活的，且输出pi_out等于电流控制回路206的输出ipi_out。可替选地，如果电源转换器在其CV模式下操作，则电压控制回路204是激活的，且输出pi_out等于电压控制回路204的输出vpi_out。
可以通过各种不同的方法激活和/或停用补偿器V_PID、补偿器I_PID。例如，控制电路200可以调用一个补偿器的函数以激活该补偿器，且不调用(例如，无动作)另一补偿器的函数。在这样的情况下，激活的补偿器在退出函数时，可以更新输出pi_out。这可以减少控制电路资源(例如，计算过程等)。
在其它示例中，补偿器V_PID、补偿器I_PID可以利用提供给一个或两个补偿器、联接至该补偿器的一个或多个开关等的启用信号而激活，和/或利用提供给一个或两个补偿器、联接至该补偿器的一个或多个开关等的禁用信号而停用。例如，图4示出了包括电压补偿器V_PID和电流补偿器I_PID的数字控制电路200的一部分，该电压补偿器V_PID和该电流补偿器I_PID基于开关402、开关404的位置而激活和停用。在这样的示例中，开关402、开关404可以由信号CV_mode、信号CC_mode控制。就这一点而论，一个补偿器(激活的补偿器)的输出被选择且连接至输出pi_out，另一补偿器(停用的补偿器)的输出与输出pi_out断开连接。
类似于图1的控制电路104，图2的控制电路200将来自非控制补偿器的积分器电路的输出设定成与来自控制补偿器的积分器电路的输出相等。例如，当电源转换器在其CC模式下操作时，来自电压补偿器V_PID(即，非控制补偿器)的积分器电路(例如，图3的积分器部件I)的输出被设定成与来自电流补偿器I_PID(即，控制补偿器)的积分器电路的输出相等。
另外地，如上所述，每个补偿器V_PID、I_PID除了其相应的积分器电路外，还可以包括具有输出的一个或多个电路。在这样的情况下，计算这些输出用以控制补偿器(例如，激活的补偿器)。然而，来自非控制补偿器的一个或多个电路的输出可以被设定成基本上为零或另一合适的值。例如，这可以发生在控制模式之间的转换期间。
例如，当电源转换器在其CC模式下操作时，来自电压补偿器V_PID的其它的一个或多个电路的输出可以被设定成基本上为零。因此，在图3的特定的电压补偿器V_PID 300中，比例部件P的输出和微分部件D的输出可以被设定成基本上为零。
例如，在图4中，电流补偿器I_PID是控制补偿器，电压补偿器V_PID是非控制补偿器。因此，在该特定的示例中，电流补偿器I_PID的比例部件输出(Prop1)、微分部件输出(Diff1)以及积分器部件输出(Integ1)如上所述被计算且求和。另外地，电压补偿器V_PID的比例部件输出(Prop0)和微分部件输出(Diff0)被设定成基本上为零，积分器部件输出(Integ0)如上所述被设定成与电流补偿器I_PID的计算的积分器部件输出(Integ1)相等。
图5示出了另一示例性的数字控制电路500，该数字控制电路500基本上类似于图2的数字控制电路200且也可以被用作图1的控制电路104。然而，图5的数字控制电路500包括与图2的模式检测电路202不同的模式检测电路502。例如，数字控制电路500可以基于两个或更多个参数与两个或更多个基准之间的比较，控制本文中公开的电源转换器中的任一个电源转换器在CV模式和CC模式下操作。
控制电路500感测电源转换器的输出电压Vo和电流ISENSE。在图5的具体示例中，感测的电流ISENSE是电源转换器的输出电流。在其它实施方式中，电流ISENSE可以是电源转换器的另一合适的电流，诸如输入电流、中间电流等。另外地和/或可替选地，控制电路500可以采用另一电压(诸如输入电压)，而非输出电压Vo。
如图5所示，模式检测电路502包括联接至与门508的运算放大器504、联接至与门510的运算放大器506、以及SR或非锁存器512。具体地，运算放大器504接收电源转换器的感测的电流ISENSE和电流基准IREF(如上所述)且将一信号输出到与门508。然后，与门508将一信号输出到SR或非锁存器512的置位(S)输入。类似地，运算放大器506接收电源转换器的感测的输出电压Vo以及电压基准VREF(如上所述)且将一信号输出到与门510。然后，与门510将一信号输出到SR或非锁存器512的复位(R)输入。
在图5的具体示例中，如果感测的电流ISENSE大于或等于电流基准IREF，则选择CC模式；如果感测的输出电压Vo大于或等于电压基准VREF，则选择CV模式。例如，如果感测的电流ISENSE大于或等于电流基准IREF且控制电路500使电源转换器在其CC模式下操作，则锁存器512的输出Q为高电平，锁存器512的互补输出Q’为低电平，且由于感测的电流ISENSE大于或等于电流基准IREF，因此运算放大器504的输出为高电平。就这一点而论，与门508的输出(以及锁存器512的置位(S)输入)为低电平。如果运算放大器506的输出保持为低电平(例如，由于感测的输出电压Vo小于电压基准VREF)，则与门510的输出(以及锁存器512的复位(R)输入)为低电平。这引起锁存器512以激活信号CC_mode和停用信号CV_mode的方式来进行锁存。
然而，如果感测的输出电压Vo变得大于或等于电压基准VREF，则运算放大器506的输出变为高电平，这使得与门510的输出(以及复位(R)输入)变为高电平。这引起锁存器512的输出反转。即，互补输出Q’变为高电平，输出Q变为低电平，由此激活信号CV_mode且停用信号CC_mode。该反转可以基于感测的输出电压Vo以及感测的电流ISENSE而继续。就这一点而论，从CC模式到CV模式的模式转换基于感测的输出电压Vo和电压基准VREF之间的比较，从CV模式到CC模式的模式转换基于感测的电流ISENSE和电流基准IREF之间的比较。
在其它实施方式中，模式检测电路502可以利用软件功能，而非图5的与门508、与门510和/或SR或非锁存器512来实现。
图6A到图6C示出了基于图5的控制电路500的各种波形。具体而言，图6A和图6B分别示出了由控制电路500控制的电源转换器的输出电流和输出电压，该输出电流和输出电压由线602和线604表示。图6C示出了分别由线606、线608、和线610表示的图5的输出pi_out、图5的电流补偿器I_PID的输出ipi_out、以及选择的模式状态。当线610等于零时，选择的模式状态是CV模式；且当线610等于0.5时，选择的模式状态为CC模式。
在图6A到图6C的框A中，电源转换器的输出电流(图6A的线602)开始增大，引起电源转换器变得超载。就这一点而论，输出电流(线602)增大且输出电压(线604)减小，如图6A和图6B所示。此时，控制电路500从控制电源转换器处于其CV模式转换为控制电源转换器的处于其CC模式，如图6C所示。就这一点而论，电流补偿器输出(图6C的线608)用来控制该电源转换器。
如图6C的框A中所示，在控制从CV模式切换为CC模式之后，输出pi_out(线606)快速地赶上输出ipi_out(线608)且以输出ipi_out继续。就这一点而论，进行CV模式到CC模式的转换，而在输出电流(线602)和输出电压(线604)中不具有大的毛刺，如图6A和图6B所示。这是如上所述的将电流补偿器(即，在框A中的转换之前的非控制补偿器)的积分器电路的输出设定成与电压补偿器(即，在框A中的转换之前的控制补偿器)的积分器电路的输出相等的结果。
当在框A中电源转换器从其CV模式转换为其CC模式时，电压补偿器(即在框A后的非控制补偿器)的积分器电路的输出可以等于零、其最后的激活值、最大值或另一合适的值，如上所述。这可以继续，直到电源转换器在如图6C所示的框B中转换回到其CV模式。此时，如上所述，电压补偿器的积分器电路的输出被设定为与电流积分器电路的输出相等。
在一些情况下，当电源转换器在框A中转换至其CC模式时，电源转换器中的输出电容器可以引起输出电流过冲。例如，该过冲可以通过减小输出电容器的规格而缩短。
如图6C的框B中所示，当输出电压(线604)变得大于电压基准VREF时，电源转换器转换回至其CV模式。然而，在该转换之前，由于高的负载转换速率，输出pi_out快速增大(例如，持续大约一个PWM周期的毛刺612)。在转换至CV模式之前的该增大可以较快地将输出电压推向其规定的水平。该高的负载转换速率可以由于电源转换器的感测的输出电压与电压基准VREF之间的差异引起。
一旦电源转换器转换至其CV模式(框B)，则激活电压补偿器，且输出pi_out与输出vpi_out(没有示出)相匹配。同时，输出电压(线604)在稳定在规定的电压(12V)之前经历小的过冲。该过冲相比于在常规方法中经历的过冲而言是微不足道的，且可以通过优化补偿器的值而进一步减小。
另外地，在电源转换器在框B中从其CC模式转换到其CV模式之后，电流补偿器(即，在框B后的非控制补偿器)的输出ipi_out(线608)等于其最后的激活值。因此，输出ipi_out保持为如图6C所示。可替选地，如上所述，输出ipi_out可以设定为零、最大值或另一合适的值。
在一些实施方式中，可以调整负载转换速率，以基本上移除毛刺612。例如，电压基准VREF(或本文公开的另一电压基准)可以被设定成等于电源转换器的初始感测的电压，以提供软启动。这可以减少电压补偿器的稳定时间并提供更严格的输出电压控制。此后，若有需要，则可以调整电压基准。
图7A到图7C示出了基本上类似于图6A到图6C的波形的各种波形。然而，图7A到图7C的波形对应于控制电路500，该控制电路500控制电源转换器提供软启动，如上所述。另外地，模式之间的转换基于输出电流的状态。具体地，如果输出电流大于电流基准IREF，则选择CC模式；如果输出电流小于电流基准IREF减去电流基准IREF的百分之一(即，IREF-0.01*IREF)，则选择CV模式。
如图7C的框C中所示，电源转换器从其CC模式转换回至其CV模式。这由线610指示，线610表示如上所述的选择的模式状态。如图所示，由于调整的负载转换速率(与图6A到图6C相比)，输出pi_out(线706)逐渐增大。就这一点而言，与图6B的输出电压(线604)相比，图7B的输出电压(线704)被严格控制成处于较缓慢的增加率，直到达到其标称的输出电压规格(12V)。这可以最小化输出电压过冲。类似地，如图7A所示，输出电流(线702)与图6A的输出电流(线602)相比，以较小的波动进行转换。
另外地，类似于图6C的输出ipi_out(线608)，在电源转换器在框C中转换为其CV模式之后，电流补偿器的输出ipi_out(线708)等于其最后的激活值。
图8A到图8C示出了与图6A到图6C的波形基本上类似的各种波形。然而，图8A到图8C的波形对应于图5的控制电路500，该控制电路500基于如在图7A到图7C中说明的输出电流状态而控制电源转换器在模式之间的转换。图8A和图8B分别示出了电源转换器的输出电流(线802)和输出电压(线804)。
当电源转换器正在其CC模式(在框D之前，由图8C的线610表示)下操作时，如上所述，输出pi_out(线806)与电流补偿器的输出ipi_out(线808)匹配。在电源转换器在框D中转换到其CV模式之后，输出pi_out(线806)快速地上升且最终与输出vpi_out(没有示出)相匹配。
该上升是由于图8B的输出电压(线804)与图5的电压基准VREF之间的差异引起的，如上所述。然而，当基于输出电流状态(而非图6A到图6C中的输出电压状态)在模式之间转换时，输出电压(线804)的过冲与图6B的输出电压(线604)的过冲相比得以减小。这是由该输出电流状态比图6A到图6C的输出电压状态更早地触发而引起。就这一点而言，模式之间的转换(且因此基于输出vpi_out的控制)较早地开始以降低该过冲。
尽管图2的控制电路200和图5的控制电路500是数字控制电路，但应当理解，本文公开的任一个控制电路可以是数字控制电路、模拟控制电路或混合控制电路(例如，数字控制电路和模拟电路)。数字控制电路可以包括数字信号控制电路(DSC)、数字信号处理器(DSP)等。另外地，控制电路可以包括一个或多个用于实现本文描述的转换器控制特征的处理器。而且，控制电路的一个或多个部件(例如，一个或多个处理器、部件等)可以置于一个或多个集成电路上。
例如，图9示出了模拟控制电路900，该模拟控制电路900实现了本文中所公开的用于控制电源转换器在CC模式和CV模式下操作的方法。控制电路900可以用作图1的控制电路104的至少一部分。如图9所示，控制电路900包括电流积分器电路902和电压积分器电路904。电流积分器电路902包括比较器906、电容器C3、电容器C4、电容器C5、电阻器R4、电阻器R5和电阻器R6，电压积分器电路904包括比较器908、电容器C1、电容器C2、电容器C6、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3。控制电路900可以包括另外的电路，该另外的电路例如包括比例电路、微分电路等。
比较器906比较感测的电流ISENSE和电流基准IREF，并提供电流积分器电路902的输出用以将电源转换器控制在其CC模式下。类似地，比较器908比较感测的电压VSENSE和电压基准VREF，并提供电压积分器904的输出用以将电源转换器控制在其CV模式下。
当电源转换器从其CV模式转换到其CC模式时(如上所述)，电流积分器电路902(非控制电路)的电容器C5的值被设定成等于电压积分器电路904(控制电路)的电容器C6的值。在该时间期间，使电容器C3、电容器C4短路以重置它们的值。就这一点而言，电流积分器电路902的输出被设定成与电压积分器电路904的输出相等。
类似地，当电源转换器从其CC模式转换到其CV模式时，电压积分器电路904(非控制电路)的电容器C6的值被设定成与电流积分器电路902(控制电路)的电容器C5的值相等。另外地，使电容器C1、电容器C2短路以重置它们的值。就这一点而言，电压积分器电路904的输出被设定成与电流积分器电路902的输出相等。
尽管图9中没有示出，但控制电路900包括模式检测电路。该模式检测电路可以是本文公开的模式检测电路中的任一个模式检测电路、或另一合适的模式检测电路。基于所感测的电流和/或电压，模式检测电路可以将信号(cc_mode和/或cv_mode)发送给联接在控制电路900的积分器电路和输出pi_out之间的开关910、开关912中的一者或两者。因此且如上所述，一个积分器电路(例如，控制电路)的输出可以被选择且连接至输出pi_out，另一积分器电路(非控制电路)的输出可以与输出pi_out断开连接。
另外地，本文公开的特征可以在目前的控制电路中实现。例如，这些特征可以被编码且嵌入到目前的控制电路的合适的数字部件中。因此，将这些特征实施于目前的控制电路，将不需要另外的电路部件且因此将不增大控制电路的成本。
本文公开的电源转换器可以包括能够在不同的控制模式下操作的任何合适的转换器。例如，电源转换器可以包括正激转换器、推挽正激转换器、反激转换器、并网逆变器等。另外地，电源转换器可以具有任何合适的拓扑，诸如半桥拓扑、全桥拓扑、降压拓扑、升压拓扑、降压-升压拓扑等。另外，电源转换器可以是电源的部件，该电源诸如为服务器电源、脉冲电源、备用电源、用于LED的电源等。例如，电源转换器可以是AC-DC电源、DC-DC电源等的部件。
尽管本文公开的补偿器是PID控制器，但应当理解，可以采用其它合适的补偿器。例如，补偿器可以包括比例积分(PI)控制器等。另外地，PID控制器可以是极零点PID控制器、极点PID控制器等。另外地，由于补偿器被独立地对待，因此一个控制电路的补偿器可以是不同的。例如，控制电路的电压补偿器可以是PID控制器，同一控制电路的电流补偿器可以是PI控制器。
另外地，在一些实施方式中，仅控制积分器电路是激活的，因此使用控制电路资源。就这一点而言，非控制积分器电路是未激活的且不使用控制电路资源。因此，在包括这样的特征的控制电路(包括目前的控制电路)中不需要另外的控制电路带宽。
相比于常规方法，通过采用本文公开的一个或多个特征，在控制模式之间的转换可以更稳定、更准确、复杂度更小且更快，而不增大控制电路带宽和成本。就这一点而言，与常规系统相比，由于发生较少的不必要的转换事件，因此控制模式效率可以提高。另外地，与常规系统相比，当在控制模式之间转换时，可以减小(且在一些情况下消除)输出毛刺。例如，通过在控制模式之间的转换之前将非控制积分器电路的输出设定为与控制积分器电路的输出相等，在不考虑补偿器的可能的稳定时间和/或硬件限制的情况下，输出毛刺可以小至一个PWM周期、小于大约100微秒等。
而且，与常规系统相比，实现一个或多个特征所需的控制电路资源可以减少。例如，与可需要资源的大约百分之二十的增多的常规系统相比，实现本文公开的一个或多个特征的控制电路可以需要资源的大约百分之三的增多。
出于说明和描述的目的，已经提供了实施方式的以上描述。其不意图是详尽的或限制本发明。特定的实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定的实施方式，但在合适的情况下，是可互换的且能够在所选择的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。这些元件或特征也可以以多种方式变化。这样的变化不应被视为脱离本发明，且所有这样的改动意图包含在本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种用于控制电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作的控制电路，所述控制电路包括与所述第一模式相对应且具有输出的第一积分器电路以及与所述第二模式相对应且具有输出的第二积分器电路，所述控制电路被配置成：将所述电源转换器的控制在所述第一模式和所述第二模式之间转换，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式；以及将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一模式是恒定电压模式，所述第二模式是恒定电流模式。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成感测所述电源转换器的电压和电流、基于感测的所述电流和电流基准之间的比较而从恒定电压模式转换到恒定电流模式、以及基于感测的所述电压和电压基准之间的比较而从所述恒定电流模式转换到所述恒定电压模式。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成将电压基准设定成与初始感测的电压相等。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于感测的参数从所述第一模式转换到所述第二模式且基于另一感测的参数从所述第二模式转换到所述第一模式。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路被配置成基于一个感测的参数在所述第一模式和所述第二模式之间转换。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制电路，还包括电压补偿器和电流补偿器，所述电压补偿器包括所述第一积分器电路，所述电流补偿器包括所述第二积分器电路。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其中，与所述非控制模式相对应的电压补偿器或电流补偿器是停用的。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其中，电压补偿器和电流补偿器均包括与其积分器电路不同的一个或多个电路，其中，所述一个或多个电路中的每个电路包括输出，且其中，与所述非控制模式相对应的所述电压补偿器或所述电流补偿器的所述一个或多个电路中的每个电路的所述输出被设定成零。
11.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述电压补偿器和所述电流补偿器中的至少一者是比例积分微分PID控制器。
12.一种用于向负载提供电力的电力系统，所述电力系统包括电源转换器以及联接至所述电源转换器的根据权利要求1所述的控制电路。
13.一种配置控制电路的方法，所述控制电路用于控制能够受控的电源转换器在第一模式和与所述第一模式不同的第二模式下操作，使得所述第一模式和所述第二模式中的一者是用于一时间段的控制模式，且所述第一模式和所述第二模式中的另一者是用于所述时间段的非控制模式，所述控制电路包括与所述第一模式相对应的第一积分器电路和与所述第二模式相对应的第二积分器电路，所述方法包括：
将对应于所述非控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出设定成与对应于所述控制模式的所述第一积分器电路或所述第二积分器电路的输出相等；以及
将所述电源转换器的控制从与所述控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式转换到与所述非控制模式相对应的所述第一模式或所述第二模式。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一模式是恒定电压模式，所述第二模式是恒定电流模式，且其中，转换所述电源转换器的控制包括基于所述电源转换器的感测的电流与电流基准之间的比较而从所述恒定电压模式转换到所述恒定电流模式、以及基于所述电源转换器的感测的电压与电压基准之间的比较而从所述恒定电流模式转换到所述恒定电压模式。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将所述电压基准设定成与初始感测的电压相等。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，转换所述电源转换器的控制包括基于一个感测的参数进行转换。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述控制电路包括数字控制电路。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，所述控制电路包括具有所述第一积分器电路的电压补偿器和具有所述第二积分器电路的电流补偿器，所述方法还包括停用与所述非控制模式相对应的所述电压补偿器或所述电流补偿器。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括将停用的电压补偿器的与其积分器电路不同的一个或多个电路的输出或者停用的电流补偿器的与其积分器电路不同的一个或多个电路的输出设定成零。
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