CN110601537B - 初级侧恒定电流调节 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“初级侧恒定电流调节”。本公开提供了用于使用初级侧调节来调节开关模式谐振电源转换器的输出电流的设备、系统和方法的各种实施方案。对于至少一个实施方案，一种用于恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路包括变压器，所述变压器具有带有第一端子和第二端子的第一线圈。控制器电路被配置为接收输入电压，并且谐振电路耦接到所述控制器电路和所述第一端子。电流感测电路耦接到所述第二端子并耦接到所述控制器电路。所述电流感测电路被配置为检测感测到的所得电压电位的表示所述变压器的所述输出电流的波动。所述电流感测电路被配置为当所述感测到的所得电压电位大于参考电压时向所述控制器电路提供反馈信号。

Description

初级侧恒定电流调节
技术领域
本文所述的技术整体涉及用于控制由电源转换器产生的电流和电压的方法、系统和装置。本文所述的技术还涉及用于控制由开关模式操作的电源转换器产生的电流和电压的方法、系统和装置。更具体地，本文所述的技术涉及用于调节由开关模式电源转换器提供的恒定电流的方法、系统和装置，其中使用初级侧调节。甚至更具体地，本文所述的技术涉及用于调节由谐振开关模式电源转换器提供的恒定电流的方法、系统和装置，其中使用初级侧调节。
该技术可以结合各种电子设备使用，电子设备诸如电源转换器、发光二极管组件，以及其中希望在低、中等和/或高功率范围内由电源转换器输出恒定电流的各种其他设备和系统。
背景技术
如今，电源转换器通常结合诸如发光二极管(LED)组件、汽车、移动电话、平板电脑、计算机和其他设备的各种设备使用，以将线电压转换成各种输出电压和电流。通常，电源转换器被配置为提供恒定输出电流，而输出电压可能随时间而波动。
如今常用的一种类型的电源转换器是开关模式电源。开关模式电源可以包括使用各种拓扑，包括降压转换器、升压转换器、反相和反激。反激拓扑结构通常包括变压器，该变压器具有与第二(次级)线圈电隔离的第一(初级)线圈，并且通常具有第三(感测)线圈。初级线圈通常耦接到输入电源，并且次级线圈通常耦接到负载，诸如LED组件。通常，两种方法中的一种用于调节电源转换器，使得可以向负载提供恒定电流。关于第一种方法，在次级线圈处监测输出电流，并且将其值中继回初级侧，其中调节通过调整频率和/或脉冲宽度来进行，在此期间，电流在变压器的初级线圈中产生。此类次级侧调节通常涉及使用光耦合器或其他部件来在电源转换器的初级侧和次级侧之间提供电隔离。然而，次级侧调节是复杂的解决方案。关于第二种方法，使用初级侧调节，其中次级侧上的输出电流基于在电源转换器的初级侧上感测到的输入电压和电流来近似。通常应当理解的是，通过调整占空比(初级线圈“导通”的时间与初级线圈“导通”和“关断”时间的总时间的比率)，在初级线圈中以及因此在变压器的输出电压中感生的电压可以改变。同样，通过调整操作频率，可以调节由电源变压器产生的电流。虽然初级侧调节在低功率实施方式中常见，但是对于中等和高功率实施方式，例如其中利用谐振电路技术的那些，需要的是合适的初级侧调节技术。
本公开的各种实施方案通过提供用于在中等和高功率电源转换器(包括使用谐振电路技术的那些)中提供初级侧调节的设备、系统和方法来解决上述和其他问题。
发明内容
根据本公开的至少一个实施方案，提供了用于使用初级侧电流调节来调节由开关模式电源转换器输出的恒定电流的装置、系统或方法。至少一个实施方案可以结合低、中等或高功率实施方式使用。如本文所用，低功率实施方式在电源转换器的输出功率通常小于20瓦时发生。高功率实施方式在电源转换器的输出功率通常大于50瓦时发生。中等功率实施方式通常在20瓦与50瓦之间产生。应当理解，上述范围是出于说明功率范围的比较差异的目的，并且在低、中等或高功率实施方式之间的区别可以基于预期实施方式和用于任何此类系统的设备而变化。本公开的一个或多个实施方式可以被配置为支持输出电源转换器的低、中等、高和/或其组合的功率范围。还应当理解，电源转换器可以包括两个或更多个三级绕组，使得单个电源转换器可以提供各种范围的输出功率。此类三级绕组中的一个或多个可以提供比次级绕组更高或更低的功率范围。此类三级绕组可以用于进一步调节电源转换器的操作。本公开不限于输出电源转换器输出范围、绕组数量或其他的任何范围或排列。
根据本公开的至少一个实施方案，电源转换器可以包括电流感测电路。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括第一感测二极管，该第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极。第一二极管阳极可以接地，并且第一二极管阴极可以连接到具有操作频率(TSW)的变压器的第一线圈的第二端子。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括第一线圈，该第一线圈具有耦接到输入电压并接收到输入电流(IP)的第一端子。变压器可以包括耦接到提供输出电压和输出电流(IO)的至少一个输出节点的第二线圈。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括第二感测二极管，该第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极。提供感测电阻的感测电阻器和感测电容器可以接地。并且，对于至少一个实施方案，第二二极管阳极可以连接到第二端子，并且第二二极管阴极可以在电压感测节点处并联连接到感测电阻器、感测电容器和补偿电阻器。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括电压参考调节器，该电压参考调节器被配置为在参考电压(VREF)下操作。电压参考调节器可以包括接地节点、第一参考节点和第二参考节点。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括使用具有设定电阻的设定电阻器。设定电阻器可以被配置为接收感测到的电压(VS)。对于至少一个实施方案，可以使用具有补偿电阻的补偿电阻器。补偿电阻器可以在第一参考节点处并联连接到设定电阻器。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得输出电流(IO)在变压器的两个或更多个循环内以恒定值输出的电路。对于至少一个实施方案，输出电流(IO)随感测电阻而变。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括使用具有可变电阻电阻器作为感测电阻器的电流感测电路。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得输出电流(IO)按照以下等式限定的电路：
Figure BDA0002092335790000031
其中：
N＝变压器的线圈比。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得恒定参考电压(VREF)结合电压参考调节器使用的电路。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得感测电阻(RSNS)恒定的电路。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得输入电流(IP)是输出电流(IO)的函数并按照以下等式限定的电路：
Figure BDA0002092335790000032
其中：
IM＝由变压器产生的磁性电流。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得在变压器中的磁性电流(IM)与感测到的电压(VS)成比例并按照以下等式限定的电路：
Figure BDA0002092335790000041
其中：
LM＝变压器的电感；并且
TSW＝变压器的开关频率。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得感测到的电压(VS)随输出电压(VO)、线圈比(N)和输出二极管电压降(VD)而变并根据以下等式限定的电路：
VS＝-(VO+VD)×N。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得输出电流(IO)由在电压感测节点处产生的所得电压电位(VCS)的两个或更多个波动表示的电路。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得所得电压电位(VCS)随参考电压(VREF)、设定电阻、补偿电阻和感测到的电压(VS)而变的电路。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括被配置为使得第二参考节点向耦接到变压器的控制器电路提供反馈信号的电路。对于至少一个实施方案，控制器电路可以被配置为通过改变变压器的操作频率(TSW)来调整感测到的电压(VS)。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括第一感测二极管，该第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极。第一二极管阳极可以接地，并且第一二极管阴极可以连接到和/或耦接到具有操作频率(TSW)的变压器的第一线圈的第二端子。第一线圈可以包括耦接到输入电压并接收到输入电流(IP)的第一端子。第二线圈可以耦接到提供输出电压和输出电流(IO)的至少一个输出节点。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括第二感测二极管，该第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极。感测电阻器可以提供感测电阻。该电路还可以包括感测电容器。感测电阻器和感测电容器可以接地。第二二极管阳极可以连接到第二端子，并且第二二极管阴极可以在电压感测节点处例如并联连接到感测电阻器、感测电容器并连接到补偿电阻器。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括电压参考调节器，该电压参考调节器被配置为在参考电压(VREF)下操作。电压参考调节器可以包括接地节点、第一参考节点和第二参考节点。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括具有设定电阻的设定电阻器。设定电阻器可以被配置为接收感测到的电压(VS)。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括具有补偿电阻的补偿电阻器。补偿电阻器可以在第一参考节点处例如并联连接到设定电阻器。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括源电阻器，该源电阻器例如串联连接到第二参考节点并连接到源电压(VCC)。可以包括反馈二极管，该反馈二极管具有耦接到第二参考节点的阴极和耦接到反馈电阻器的阳极。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以包括反馈电阻器，该反馈电阻器耦接到谐振电路的谐振电路控制器。谐振电路控制器可以被配置为基于从电流感测电路接收到的反馈信号而调整变压器的操作频率，以在变压器的多个循环内保持恒定输出电流。对于至少一个实施方案，谐振电路控制器可以包括自振荡MOSFET驱动器电路。
对于至少一个实施方案，电流感测电路可以被配置为生成反馈信号，以供例如谐振电路控制器使用，以便根据感测电阻(RSNS)、变压器的线圈比(N)、变压器的磁性电流(IM)、补偿电阻(RCOMP)、设定电阻(R38)和参考电压(VREF)来保持输出电流。对于至少一个实施方案，输出电流(IO)可以随变压器的参考电压(VREF)、感测电阻(RSNS)和线圈比(N)而变。
根据本公开的至少一个实施方案，公开了用于促进恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路。对于至少一个实施方案，电路可以包括变压器，该变压器具有第一线圈和第二线圈。线圈比(N)限定第一线圈相对于第二线圈。第一线圈包括第一端子和第二端子。第二线圈生成输出电流(IO)和输出电压(VO)。对于至少一个实施方案，控制器电路可以被配置为接收输入电压(VIN)。谐振电路可以耦接到控制器电路和第一端子。电流感测电路可以耦接到第二端子和控制器电路。电流感测电路可以被配置为检测感测到的所得电压电位(VCS)的波动。对于至少一个实施方案，电路可以被配置为使得波动表示变压器的输出电流(IO)。对于至少一个实施方案，电流感测电路可以被配置为当感测到的所得电压电位(VCS)大于参考电压时向控制器电路提供反馈信号。
对于至少一个实施方案，在电路中用于促进恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电流感测电路可以包括第一感测二极管，该第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极。第一二极管阳极接地。第一二极管阴极可以连接到第二端子。可以利用第二感测二极管，该第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极。可以利用提供感测电阻的接地的感测电阻器。第二二极管阳极可以连接到第二端子，并且第二二极管阴极可以连接到感测电阻器和补偿电阻器。可以利用电压参考调节器并将其配置为在参考电压(VREF)下操作。变压器的输出电流(IO)随参考电压、感测电阻和线圈比而变。
对于至少一个实施方案，用于促进恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路可以包括升压器电路，该升压器电路耦接到控制器电路并被配置为向控制器电路提供输入电压。可以利用耦接到主电源和耦接到升压器电路并被配置为向升压器电路提供经整流的主功率信号的源电路。控制器电路可以包括半桥控制器电路。并且，谐振电路可以包括电感-电容谐振电路。
根据本文讨论的电路及其操作原理的使用，还公开了使用初级侧调节来促进谐振变压器输出恒定输出电流的系统、方法和设备。
附图说明
本文关于以下描述和附图中的至少一个进一步公开了由本公开的各种实施方案提供的装置、系统和方法的特征、方面、优点、功能、模块和部件。
图1A是根据本公开的至少一个实施方案的用于控制电源转换器的输出电流的电路的示意图。
图1B是根据本公开的至少一个实施方案的包括谐振电路控制器并用于控制电源转换器的输出电流的电路的示意图。
图2A是被配置为影响谐振电路控制器的定时电阻器并根据本公开的至少一个实施方案的电流感测电路的示意图。
图2B是被配置为影响谐振电路控制器的操作并根据本公开的至少一个实施方案的电流感测电路的示意图。
图3A表示根据本公开的至少一个实施方案的在变压器中随时间而产生的初级电流。
图3B表示根据本公开的至少一个实施方案的随时间而产生的在变压器中的初级电流的第一半循环部分。
图3C表示根据本公开的至少一个实施方案的随时间而产生的在变压器中的初级电流的第二半循环部分。
图3D表示根据本公开的至少一个实施方案的随时间而产生的控制器电路的电压输出的波动。
图3E表示根据本公开的至少一个实施方案的随时间而产生的在变压器的初级侧中的感测到的电压的波动。
具体实施方式
本文所述的各种实施方案涉及用于使用初级侧调节来调节电源转换器的输出电流的装置、系统和方法。更具体地，本文所述的实施方案涉及用于调节谐振开关模式操作的电源转换器的输出电流的方法、系统和装置。本文所述的实施方案可以用于电子设备，诸如被配置用于与LED组件、个人通信设备、工业设备、汽车设备以及与其中希望由提供低、中等和/或高功率输出的电源转换器提供恒定输出电流的任何设备一起使用的电源转换器。虽然本文所述以及如附图中所示的各种实施方案为本领域普通技术人员提供了足够的信息以实践本发明中的一项或多项，如本文所要求保护的或如稍后在要求本公开的优先权的任何申请中要求保护的，应当理解，可以在没有本文提供的细节中的一项或多项的情况下实践一个或多个实施方案。因此，本文所述的各种实施方案是通过示例提供的，并且不旨在也不应当用于限制任何实施方案要求保护的任何发明的范围。
如图1A和图1B所示，并且对于本公开的至少一个实施方案，电源转换器100包括谐振型拓扑，其中在变压器101的初级侧和次级侧之间产生电隔离。变压器101可以包括具有第一数量的绕组NP的第一线圈L1和具有第二数量的绕组NS的第二线圈L2。NP通常大于或小于NS，这取决于是否希望输出电压相对于电源转换器的输出电压而升高或下降。应当理解，本发明的各种实施方案不限于谐振型电源转换器，并且可以结合其他拓扑使用。
电源转换器的初级侧
变压器101的初级侧包括具有第一端子T1和至少一个第二端子T2的第一线圈L1。对于至少一个实施方案，第一线圈L1适当地连接到谐振电路102。谐振电路102适当地耦接到控制器电路110，该控制器电路被配置为控制变压器101的操作频率TSW。控制器电路110可以利用任何期望的配置来控制用于调整变压器的操作频率TSW并由此调节电源转换器100的输出电压VO和输出电流IO的一个或多个开关。控制器电路110可以耦接到升压器电路120。升压器电路120可以以任何期望的配置配置，诸如以降压转换器配置进行配置，以将提供给控制器电路110的输入电压VIN调整到期望电位。升压器电路120可以耦接到源电路130，该源电路被配置为对由主源132提供给电源转换器100的源功率进行调整、隔离、滤波或以其他方式进行调节、调控和/或控制。对于至少一个实施方案，主源132可以包括交流(AC)源，诸如由汽车的交流发电机提供的那种、由家用或商用电源提供的那种或其他。
变压器101的第二端子T2可以耦接到电流感测电路108，该电流感测电路被配置为感测通过第一线圈L1产生的电流。电流感测电路可以被配置为以期望的精度估计通过第二线圈L2产生的电流。谐振电路102、感测电路108、控制器电路110、升压器电路120和源电路130中的每个也可以耦接到公共节点，诸如接地节点118。
更具体地，并且如图1B所示，谐振电路102可以包括以LC、LLC、LCC或其他配置配置的电感电容电路，如本公开的实施方案的任何给定的实施方式所期望的。在图1B中，示出了LCC谐振电路，其包括第一谐振部件103(诸如电感器)、第二谐振部件104(诸如电容器)和第三谐振部件106(诸如第二电容器)。可以根据需要使用其他部件。谐振电路部件的尺寸、特性和配置可以是任何给定的实施方式所期望的。
如图1B所示，电流感测电路108可以耦接到接地节点118，并且电源转换器100可以包括耦接到在节点VHB处的谐振电路102和耦接到接地节点118的控制器电路110。控制器电路110可以用于控制变压器101的操作频率TSW，并且由此控制由电源转换器100提供给负载140的输出电压VO和输出电流IO。对于至少一个实施方案，输出电流IO理想地由控制器电路110保持在恒定值。控制器电路110可以包括用于控制变压器101的操作的一个或多个开关元件。对于至少一个实施方案，第一开关112和第二开关114被配置为半桥配置并在第一节点116处耦接到谐振电路102并耦接到接地节点118。第一开关112和第二开关114可以使用任何期望的设备技术诸如MOSFET或其他来配置。应当理解，包括单个开关配置的开关元件配置可以结合其他实施方案使用。此类开关可以在给定的控制器元件(诸如控制器电路110)内部或外部。
控制器电路110还可以包括谐振电路控制器119，该谐振电路控制器被配置为控制第一开关112和第二开关114的操作。第一开关和第二开关可以被控制使得输出电流IO和输出电压VO被调节，如任何给定的实施方式所期望的。对于一种实施方式，输出电流IO由谐振电路控制器119调节到恒定电流。可结合本公开的至少一个实施方案使用的谐振电路控制器119的一个非限制性示例是由亚利桑那州凤凰城的安森美半导体公司(ONSemiconductor Company,Phoenix Arizona)制造的NCL30059“用于LED照明应用的高电压半桥控制器”。应当理解，谐振电路控制器119和电源转换器100可以被配置为支持固定、窄或宽范围的输出功率、操作频率或其他。还应当理解，至少一个实施方案可以支持低功率、中等功率和高功率范围。
如图1B所示，控制器电路110可以耦接到(任选的)升压器电路120。当包括时，升压器电路120可以使用任何期望的配置。根据至少一个实施方案，升压器电路120可以包括使用升压器控制器122和升压器开关124。可结合本公开的至少一个实施方案使用的升压器控制器的一个非限制性示例是由亚利桑那州凤凰城的安森美半导体公司制造的NCP1602“增强型高效率功率因数控制器”。应当理解，二极管125、电感器127和电容器126可以用于将升压器电路120耦接到控制器电路110并将输入电压VIN提供到控制器电路110。此外，可以通过使用电容器128、升压器电阻器129以提供升压器开关124与接地节点118和/或本领域已知的其他部件的受限隔离来提供输入功率信号的滤波、转换和/或控制，以防止不期望的电磁发射、过电压状况或其他。应当理解，升压器电路120的电路部件的任何配置可以变化，如给定的实施方式所期望的。应当理解，如本文所用，接地节点118还可以用于指称其中旨在利用电源转换器100的系统的返回或公共节点。
升压器电路120可以适当地耦接到主源132，诸如交流电源(AC)。用于将升压器电路120耦接到主源132的此类部件可以基于实施方式而变化。对于一个非限制性实施方案，整流器桥128可以用于将升压器电路120耦接到主源132并将交流电转换成直流电。然而，应当理解，主源132本身可以提供直流电，并且可不需要使用整流器桥128。
电源转换器的次级侧
第二线圈L2：电源转换器100的次级侧向负载104提供输出功率VO和输出电流IO。次级侧包括前面提到的变压器101的第二线圈L2。次级侧可以包括电容器、整流器、电阻器、电感器或其他电路部件的各种组合，以在期望值或其范围内对输出电压VO和输出电流IO进行滤波、调控、调节等。如结合至少一个实施方案所使用，输出电流IO以恒定电流值提供。如仅出于示例性目的所示，输出部件可以包括第一输出二极管144、第二输出二极管146和输出电容器148。输出电容器148可以用于在电源转换器100的一个或多个开关循环内滤除输出功率的不期望的变化。次级侧通常接地或连接到第二接地/公共/返回节点142。对于至少一个实施方案，第二接地节点142与第一接地节点118电隔离。负载140可以是任何期望的负载，诸如LED组件或其他。
电流感测电路
在图2A中，示出了本公开的实施方案，其中NCL30059半桥控制器用作谐振电路控制器119。如上面所讨论，谐振电路控制器119可以被配置为控制第一开关112和第二开关114的操作，使得输入电压VIN被调节并以期望的电压提供给谐振电路102。对于至少一个实施方案，谐振电路控制器119可以使用脉冲模式频率调制(PFM)。如所熟知和理解的，PFM可以用于改变变压器的操作频率，并且由此调节由电源转换器100产生的输出电压。此外，谐振电路控制器119可以被配置为促进调节和控制变压器101的输入/初级电流，并且由此促进调节和控制次级/输出电流。根据本公开的至少一个实施方案，控制器电路110和谐振电路控制器119被配置为基于对变压器101的输入/初级电流IP的感测而将输出/次级电流IO调节到恒定电流。谐振电路控制器119，诸如当使用NCL30059设备配置时，可以结合各种分立部件使用，以提供信号调控、稳定、滤波或其他。此类分立部件的操作和功能对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，并且因此不在本公开的范围内。此类分立部件可以包括所示的那些，诸如电阻器R110-1至R110-7、二极管D110和电容器C110-1至C110-3。如图所示，电流感测电路108耦接到控制器电路110，使得反馈信号FB输出并在反馈端子TFB处被提供给控制器电路110。
如图2A和图2B所示，电流感测电路108可以被配置为包括第一感测二极管D1、第二感测二极管D2、感测电阻器RSNS和感测电容器CSNS。应当理解，在变压器的多个开关循环内，初级电流IP在正值范围和负值范围之间波动(例如，如以正弦的方式所示)，如图3A至图3C所示，其中正值部分和负值部分的组合构成单个开关循环。应当理解，初级电流IP的形状将随开关频率的变化而变化。例如，当利用较高的开关频率时，IP电流的形状可以缩短，而在较低的开关频率下，IP的形状可以延长，以接近更正弦的形状。通过延长和/或缩短IP的形状，从一个开关循环到下一开关循环，可以实现恒定输出电流。此外，在每个开关循环的一半期间，由初级电流IP的波动引起的电压将从第一“接通”值变化到第二“关断”值，如图3D所示。这些波动或脉冲来自第一开关和/或第二开关的“接通”和“关断”。电压波动反映初级电流IP，并且对于至少一个实施方案，通过由第二感测二极管D2、可调整的感测电阻器RSNS和滤波钳位电容器CSNS的组合形成的电路在每个开关循环(例如，如图3D所示的“循环n”)的一半内进行感测，如图2A和图2B所示。所得电压电位VCS将正弦地波动，如图3E所示，并且因此在节点T4处初级电流IP的一半被采样。应当理解，通过在每个开关循环的仅一半内感测在第一线圈L1上感生的电压，可以最小化因不期望的开关噪声而造成的误差。
如图2A和图2B所示，由VCS的波动表示的感测到的输出电流被提供给补偿电阻器RCOMP，该补偿电阻器RCOMP在第一参考节点T5处并联连接到电压参考调节器U3和设定电阻器R38。在至少一个实施方案中，U3可以是由亚利桑那州凤凰城的安森美半导体公司制造的NCV431B“低电压精密可调整的分流调节器”。如图所示，在第一参考节点T5处，参考电压VREF与电压参考调节器相关联。对于至少一个实施方案，参考电压VREF是1.24伏。应当理解，参考电压VREF可以是固定的，可以提供不同的参考电压，和/或可以根据至少一个实施方案的需要而进行调整。补偿电阻器RCOMP的值可以是固定的或可变的。应当理解，较高的输出电压可能需要较大的补偿电阻器。如图所示，由补偿电阻器RCOMP和电阻器R38产生的电压在第一参考节点T5处组合。当这些电压超过参考电压VREF时，调节器U3被激活，并且反馈信号经由反馈端子TFB提供给控制器。应当理解，当电源转换器100提供更高的输出电压时，可能需要补偿与感测到的输出电流相关联的所得电压电位VCS。VS和VCS之间的关系可以按照等式1确定，其中对于至少一个实施方案，VREF和R38是固定值。
等式1：
Figure BDA0002092335790000111
其中R38>>RCOMP
如进一步所示，感测到的电压VS由电容器CO和二极管D3生成。应当理解，VS随电源转换器的输出功率VO、输出二极管144和146上的电压降、以及匝数比N而变，如等式2以数学的方式表达的，其中输出二极管电压降VD通常为约0.7伏。
等式2：
VS＝-(VO+VD)×N
如图2A和图2B进一步所示，电压参考调节器U3适当地耦接以向谐振电路控制器119提供反馈信号FB。反馈信号FB可以用于调整电源转换器的开关频率，并且由此调节电源转换器的输出电流。应当理解，由于VS表示输出电压VO，因此反馈信号FB可以考虑输出电压的两个变化，同时还促进将输出电流IO调节到恒定值。
如图2A所示，为了便于此类调节，对于至少一个实施方案，电压参考调节器U3经由第二参考节点T6和源电阻器R32耦接到源电压VCC，其中C21是补偿电容器。应当理解，源电压VCC提供由源电阻器R32使用的最小偏置电流。最小偏置电流使错误反馈信令尽可能少地发生。对于至少一个实施方案，源电压VCC由升压器电路120提供。应当理解，对于至少一个实施方案，通过由谐振电路控制器119基于谐振电路控制器119的参考电压与调节器的最小电压之间的施加在电阻器R30上并经由反馈二极管D4的反馈信号FB而确定差值来保持恒定输出电流。应当理解，当经由定时电阻器RT引脚流出谐振电路控制器119的电流改变时，电源转换器100的开关频率也改变，并且输出电流IO可以被调节。此类调节有利地造成平均恒定输出电流，其中与此类平均值的任何偏差出现在可接受的范围内。
如图2A和图2B所示，电流感测电路108可以被配置为基于通过变压器101的初级电流IP而感测输出电流IO。应当理解，变压器电流IP包括两个部分，即输出电流IO和磁性电流IM。还应当理解，当使用初级侧调节时，不能直接地测量IO。然而，输出电流IO根据磁性电流IM和第一线圈L1绕组的数量NP与第二线圈L2绕组的数量NS的比率N来反映在初级电流IP中。此外，应当理解，磁性电流IM也随变压器的操作频率TSW的频率、变压器的电感LM和之后上升感测到的电压VS而变。这些关系可以在等式3至5中以数学的方式表达如下：
等式3：
Figure BDA0002092335790000121
其中：N＝线圈比＝NP/NS
IP＝变压器电流、初级侧；
IO＝输出电流；
IM＝磁性电流；
NP＝初级绕组＝第一线圈L1的绕组数量；并且
NS＝次级绕组＝第二线圈L2的绕组数量。
等式4：
Figure BDA0002092335790000122
其中：VS＝感测到的电压；
TSW＝变压器的操作频率；并且
LM＝变压器的电感。
等式5：
Figure BDA0002092335790000123
此外，应当理解，输出电流IO随参考电压VREF、感测电阻器RSNS和比率N而变，该关系可以按照等式6以数学的方式表达。
等式6：
Figure BDA0002092335790000131
应当理解，当VREF和N是固定值时，感测电阻器RSNS的值的变化造成输出电流IO的值的对应变化，使得IO可以通过适当地调整感测电阻器RSNS的值来在给定数量的开关循环内保持在恒定值处。
此外，谐振电路控制器119对操作频率TSW的调整也可以用于考虑到任何循环间偏差，以将恒定输出电流保持在根据给定的变压器的RSNS值指定的输出电流值。还应当理解，对于其他实施方案，可以改变参考电压VREF、绕组数量或感测电阻器RSNS的值中的一个或多个以保持恒定输出电流IO。
因此，应当理解，描述使用初级侧调节来保持恒定输出电流的设备、系统和方法，其中利用感测电阻器将输出电流设定在期望值并利用控制器基于感测到的初级电流而调整电源转换器的开关频率，同时还基于输出电压的变化而调整操作频率。
虽然上文已经以一定程度的特殊性或者参考一个或多个单独实施方案描述了受权利要求保护的本发明的各种实施方案，但是本领域技术人员可在不脱离受权利要求保护的本发明的实质或范围的情况下对所公开的实施方案进行许多改变。本文所使用和描述的部件可被设置在一个或多个集成电路组件中，并且可包括使用通常已知的电路元件，包括但不限于逻辑分立元件、有源和无源元件。因此可以设想到其他实施方案。意图在于，包含在以上描述中并且在附图中示出的所有内容应被解释为仅是对实施方案的说明而非限制。对第一、第二等等的端子、线圈、部件或其他的参考仅出于解释和清楚的目的，并非旨在限制。在不脱离如所附权利要求中定义的本发明的基本要素的情况下，可以进行细节或结构的改变。另外，为了描述清楚起见，通篇使用字词“连接”和“耦接”，并且它们应当被解释为包括直接连接或间接连接。此类连接可以包括电、光、电光、机械、电磁或其他连接，因为此类连接是本领域的普通技术人员已知的。

Claims (20)

1.一种电流感测电路，包括：
第一感测二极管，所述第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极；
其中所述第一二极管阳极接地；并且
其中所述第一二极管阴极连接到具有操作频率TSW的变压器的第一线圈的第二端子；
其中所述第一线圈包括耦接到在输入电流IP处所接收到的输入电压的第一端子；
其中所述变压器包括耦接到提供输出电压和输出电流IO的至少一个输出节点的第二线圈；
第二感测二极管，所述第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极T4；
感测电阻器，所述感测电阻器提供感测电阻RSNS；
感测电容器；
其中所述感测电阻器和所述感测电容器并联连接，且一端接地，另一端接所述第二二极管阴极T4；
电压参考调节器，所述电压参考调节器被配置为在参考电压VREF下操作，所述电压参考调节器包括：
接地节点；
第一参考节点T5；以及
第二参考节点T6，其中所述电压参考调节器在所述第二参考节点T6处连接到源电阻器R32；
设定电阻器，所述设定电阻器具有设定电阻R38；
其中所述设定电阻器被配置为接收感测到的电压VS，VS由电容器Co和二极管D3根据等式VS＝-(VO+VD)*N生成，其中VO表示所述变压器的输出电压，VD表示输出二极管(144、146)上的电压降，N表示所述变压器的线圈比；以及
补偿电阻器，所述补偿电阻器具有补偿电阻RCOMP；
其中所述补偿电阻器在所述第一参考节点T5处连接到所述设定电阻器；
其中所述第二二极管阳极连接到所述第二端子，并且所述第二二极管阴极在电压感测节点T4处并联连接到所述感测电阻器、所述感测电容器和所述补偿电阻器。
2.根据权利要求1所述的电流感测电路，
其中所述输出电流IO在所述变压器的两个或更多个循环内以恒定值输出。
3.根据权利要求2所述的电流感测电路，
其中所述输出电流IO随所述感测电阻RSNS而变。
4.根据权利要求3所述的电流感测电路，
其中所述感测电阻器是可变电阻电阻器。
5.根据权利要求3所述的电流感测电路，
其中所述输出电流IO按照以下等式限定：
Figure FDA0002721754150000021
其中：
N＝所述变压器的线圈比。
6.根据权利要求5所述的电流感测电路，
其中所述参考电压VREF是恒定的。
7.根据权利要求5所述的电流感测电路，
其中所述感测电阻RSNS是恒定的。
8.根据权利要求5所述的电流感测电路，
其中所述输入电流IP是所述输出电流IO的函数并按照以下等式限定：
Figure FDA0002721754150000022
其中：
IM＝由所述变压器产生的磁性电流。
9.根据权利要求8所述的电流感测电路，
其中所述磁性电流IM与所述感测到的电压VS成比例并按照以下等式限定：
Figure FDA0002721754150000031
其中：
LM＝所述变压器的电感；并且
TSW＝所述变压器的开关频率。
10.根据权利要求9所述的电流感测电路，
其中所述感测到的电压VS随所述输出电压VO、所述线圈比N和输出二极管电压降VD而变并按照以下等式限定：
VS＝-(VO+VD)×N。
11.根据权利要求5所述的电流感测电路，
其中所述输出电流IO由在所述电压感测节点处产生的所得电压电位VCS的两个或更多个波动表示。
12.根据权利要求11所述的电流感测电路，
其中所述所得电压电位VCS随所述参考电压VREF、所述设定电阻、所述补偿电阻和所述感测到的电压VS而变。
13.根据权利要求12所述的电流感测电路，
其中所述第二参考节点向耦接到所述变压器的控制器电路提供反馈信号；
其中所述控制器电路通过改变所述变压器的操作频率TSW来调整所述感测到的电压VS。
14.一种电流感测电路，包括：
第一感测二极管，所述第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极；
其中所述第一二极管阳极接地；并且
其中所述第一二极管阴极连接到具有操作频率TSW的变压器的第一线圈的第二端子；
其中所述第一线圈包括耦接到在输入电流IP处所接收到的输入电压的第一端子；
其中所述变压器包括耦接到提供输出电压和输出电流IO的至少一个输出节点的第二线圈；
第二感测二极管，所述第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极T4；
感测电阻器，所述感测电阻器提供感测电阻；
感测电容器；
其中所述感测电阻器和所述感测电容器并联连接，且一端接地，另一端接所述第二二极管阴极T4；
电压参考调节器，所述电压参考调节器被配置为在参考电压VREF下操作，所述电压参考调节器包括：
接地节点；
第一参考节点T5；以及
第二参考节点T6，其中所述电压参考调节器在所述第二参考节点T6处连接到源电阻器R32；
设定电阻器，所述设定电阻器具有设定电阻R38；
其中所述设定电阻器被配置为接收感测到的电压VS，VS由电容器Co和二极管D3根据等式VS＝-(VO+VD)*N生成，其中VO表示所述变压器的输出电压，VD表示输出二极管(144、146)上的电压降，N表示所述变压器的线圈比；
补偿电阻器，所述补偿电阻器具有补偿电阻RCOMP；
其中所述补偿电阻器在所述第一参考节点T5处连接到所述设定电阻器；
源电阻器，所述源电阻器串联连接到所述第二参考节点并连接到源电压VCC；
反馈二极管，所述反馈二极管具有耦接到所述第二参考节点的阴极和耦接到反馈电阻器的阳极；
其中所述反馈电阻器耦接到谐振电路的谐振电路控制器；
其中所述第二二极管阳极连接到所述第二端子，并且所述第二二极管阴极在电压感测节点T4处连接到所述感测电阻器、所述感测电容器和所述补偿电阻器；并且
其中所述谐振电路控制器被配置为基于从所述电流感测电路接收的反馈信号而调整所述变压器的所述操作频率，以在所述变压器的多个循环内保持恒定输出电流。
15.根据权利要求14所述的电流感测电路，
其中所述谐振电路控制器是自振荡MOSFET驱动器电路。
16.根据权利要求14所述的电流感测电路，
其中生成所述反馈信号来根据所述感测电阻RSNS、所述变压器的线圈比N、所述变压器的磁性电流IM、所述补偿电阻RCOMP、所述设定电阻R38和所述参考电压VREF而保持所述输出电流。
17.根据权利要求14所述的电流感测电路，其中所述输出电流IO随所述参考电压VREF、所述感测电阻RSNS和所述线圈比N而变。
18.一种用于恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路，包括：
变压器，所述变压器具有第一线圈和第二线圈；
其中线圈比N限定所述第一线圈相对于所述第二线圈；
其中所述第一线圈具有第一端子和第二端子；
其中所述第二线圈生成输出电流IO和输出电压VO；
控制器电路，所述控制器电路被配置为接收输入电压VIN；
谐振电路，所述谐振电路将所述控制器电路和所述第一端子耦接；
电流感测电路，所述电流感测电路耦接到所述第二端子和所述控制器电路；
所述电流感测电路被配置为检测在电压感测节点T4处感测到的所得电压电位VCS的波动，其中所述电压感测节点T4为第二二极管阴极；
其中所述波动表示所述变压器的所述输出电流IO；
其中所述电流感测电路被配置为当所述感测到的所得电压电位VCS以及感测到的电压VS经由补偿电阻器RCOMP和电阻器R38在第一参考节点T5处产生的电压大于参考电压时向所述控制器电路提供反馈信号，VS由电容器Co和二极管D3根据等式VS＝-(VO+VD)*N生成，其中VO表示所述变压器的输出电压，VD表示输出二极管(144、146)上的电压降，N表示所述变压器的线圈比，其中所述补偿电阻器RCOMP在所述第一参考节点T5处连接到所述电阻器R38；并且
其中所述反馈信号表示所述变压器的所述输出电流IO和所述输出电压VO。
19.根据权利要求18所述的用于恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路，包括：
其中所述电流感测电路包括：
第一感测二极管，所述第一感测二极管具有第一二极管阳极和第一二极管阴极；
其中所述第一二极管阳极接地；并且
其中所述第一二极管阴极连接到所述第二端子；
第二感测二极管，所述第二感测二极管具有第二二极管阳极和第二二极管阴极；
接地的感测电阻器，所述接地的感测电阻器提供感测电阻；
其中所述第二二极管阳极连接到所述第二端子，并且所述第二二极管阴极在电压感测节点T4处连接到所述感测电阻器和补偿电阻器的一端，所述补偿电阻器的另一端连接到第一参考节点T5；
电压参考调节器，所述电压参考调节器被配置为在参考电压VREF下操作；并且
其中所述输出电流IO随所述参考电压、所述感测电阻和所述线圈比而变。
20.根据权利要求18所述的用于恒定输出电流谐振变压器的初级侧调节的电路，包括：
升压器电路，所述升压器电路耦合到且被配置为向所述控制器电路提供输入电压；
源电路，所述源电路耦合到主电源和所述升压器电路且被配置为向所述升压器电路提供经整流的主电源信号；
其中所述控制器电路包括半桥控制器电路；并且
其中所述谐振电路包括电感-电容谐振电路。
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