CN111697789A - 电源设备、产生输出电压的方法和计算机可读存储硬件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电源设备、从电压转换器产生输出电压的方法和计算机可读存储硬件。该电源设备包括电压转换器、主控制器和偏置控制器。电压转换器包括初级和次级。控制器可操作成基于接收到的反馈信号来控制对来自次级的输出电压的调节。如其名称所表明的，来自次级的输出电压为负载供电。在某些负载状况期间，偏置控制器(通过新颖的偏置)保持电源电压的幅值高于偏置阈值。更具体地，偏置控制器可操作成防止电源电压降到偏置阈值以下，以防止欠压锁定状况，使得当负载增加对由输出电压提供的功率的消耗率时，控制器能够快速地继续从初级到次级的足够能量的传送。

Description

电源设备、产生输出电压的方法和计算机可读存储硬件
技术领域
本发明涉及电源的领域，并且具体涉及电源的电压转换器中的偏置控制。
背景技术
如名称所表明的，常规电压转换器将接收到的输入电压转换为相应的输出电压以给负载供电。
某些电源包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组，以产生输出电压。由初级绕组生成的电压信号可以用作产生为一个或更多个组件供电的电源电压的基础。当控制器中断向初级绕组输入能量时，由于耦接至辅助绕组的电压转换器中的组件导致的泄漏或电流汲取，辅助绕组产生的电源电压的幅值倾向于减小。
发明内容
本公开内容包括观察到，能够改进常规功率转换器以提供在诸如当相应负载几乎不消耗电流时的深度负载下降期间之类的更广泛的各种状况下的操作。本文的实施方式包括提供改进的电压转换器的性能并且即使在负载几乎不消耗功率或完全不消耗功率的状况期间也保持电源电压高于阈值的新颖的方式。
具体地，本文所述的设备(例如电源)包括电压转换器、主控制器和偏置控制器。电压转换器包括初级和次级。控制器可操作成控制来自次级的输出电压的调节。如名称所表明的，从次级输出的输出电压为负载供电。在一个实施方式中，电压转换器还从诸如初级绕组的源产生电源电压。在某些负载状况期间(例如在当几乎没有或完全没有能量输入到初级绕组以增加输出电压的幅值时的低功耗期间)，为控制器供电的电源电压例如由于缺乏输入到初级绕组的能量以及由耦接至辅助绕组或其他电路的电压转换器中的部件引起的泄漏或电流汲取而倾向于降低。如本文所述的偏置控制器可操作成(通过新颖的偏置)保持电源电压的幅值高于偏置阈值，使得即使当没有电流输入到初级绕组时，电源电压也保持为高于阈值以向控制器供电。
在一个实施方式中，偏置控制器可操作成防止电源电压(可能称为偏置电压、电压轨等)降到最小偏置阈值以下，使得控制器能够避免锁定模式(例如Vcc低于最小阈值)，并且由于控制器仍然由适当调节的电源电压供电，所以当负载增加由输出电压提供的功率的消耗率时，快速地将足够能量从初级传送到次级。
注意，如本文所述的任何部件例如电压转换器、主控制器、偏置控制器等，可以以任何合适的方式被实例化。例如，在一个实施方式中，电压转换器、控制器和偏置控制器中的每一个被实例化为数字和/或模拟电子电路。还注意，电源的一个或更多个部件例如电压转换器、主控制器、偏置控制器等中的任何一个可以实现为硬件(例如电路)、软件或硬件和软件的组合。
在一个非限制性示例实施方式中，电压转换器包括包含多个绕组的变压器。初级包括初级绕组和辅助绕组。在这样的实例下，初级绕组可操作成将从输入电压接收到的能量传送到变压器的次级绕组。辅助绕组可操作成生成电源电压，该电源电压在低电流消耗模式期间由偏置控制器来偏置。
在负载从输出电压消耗高于阈值水平的功率的第一模式期间，由于输入到初级绕组的能量，电源电压的幅值被适当地调节到高于阈值。相比之下，在负载从输出电压消耗低于阈值水平的功率的第二模式期间，偏置控制器可操作成对电源电压施加偏置以保持电源电压的幅值高于(最小)偏置阈值。
可以以任何适当的方式实现偏置控制。例如，在一个实施方式中，偏置控制器包括比较器，比较器可操作成将电源电压的幅值与最小偏置阈值进行比较；以及响应于检测到电源电压的幅值基本上等于(低于)最小偏置阈值而激活初级中的开关电路，开关电路的激活将电源电压的幅值增加至高于最小偏置阈值，从而防止锁定。
在一个实施方式中，在激活开关电路达预定的时间量之后偏置从辅助绕组(或其他合适的资源)得到的电源电压，偏置控制器去激活初级中的开关电路。因此，虽然由于负载的低电流消耗，可能不立即需要将能量从初级绕组传送到次级绕组以保持输出电压的调节，但是激活开关电路的短脉冲足够对电源电压进行偏置，使其不低于最小阈值。
本文的其他实施方式包括，在第二模式(低功耗模式)期间，保持电源电压在最小偏置电压水平与最大偏置电压水平之间。在一个实施方式中，将电源电压保持在最小偏置阈值与最大偏置阈值之间对于增加来自次级的输出电压的幅值具有可以忽略不计的影响或没有影响。
如前所述，偏置控制器可以包括比较器。在一个实施方式中，比较器可操作成将电源电压与最大偏置阈值进行比较。响应于检测到电源电压的幅值基本上等于或超过最大偏置阈值，该偏置控制器响应于检测到电源电压的幅值基本上等于最大偏置阈值而去激活初级中的开关电路。
此外，可通过任何适当方式实现在轻载状况期间对电源电压进行偏置的控制。例如，在一个实施方式中，偏置控制器可操作成控制激活初级中的开关电路(例如一个或更多个开关)的持续时间，使得电源电压的幅值被保持为小于最大偏置阈值；开关电路的激活可以从初级传送小部分能量到次级。然而，能量的小部分可能会或可能不会使得为相应负载供电的输出电压的幅值变化。
根据其他实施方式，在负载的低功耗期间，将电源电压保持为高于最小偏置阈值防止了初级(以及由电源电压信号供电的控制器)进入欠压锁定模式，在该欠压锁定模式下，由于主控制器未正确供电，因此阻止或防止了主控制器通过初级的控制来控制输出电压。
在其他实施方式中，如前所述，电压转换器可以被配置成包括变压器。变压器包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组。变压器的初级绕组和辅助绕组布置在初级；变压器的次级绕组布置在次级。初级中的辅助绕组可操作成生成电源电压。如前所述，在某些情况下，电源电压的幅值随着从初级绕组传送到次级绕组的能量的量的变化而变化，以生成输出电压。
根据其他实施方式，次级可被配置成包括反馈电路(或生成器)，该反馈电路可操作成将控制(反馈)传送到初级，反馈控制信号可以被配置成在负载的功率消耗高于阈值水平的状况期间控制初级中的开关电路的激活。来自次级的反馈可以被配置成控制初级中的开关电路的激活，从而将能量从初级传送到次级。在一个实施方式中，当负载处于低功耗模式时，次级只能偶尔提供反馈以激活初级中的开关，以增加输出电压，这也增加了由初级绕组生成的电源电压的幅值。因此，在相当低的(负载)功耗状况期间，次级可以使得电源电压的幅值增加。
如前所述，如本文所述的偏置控制器在极端状况下工作以对电源电压进行偏置，在这种极端状况下，即使是次级也不启动初级中的开关的激活。在低负载消耗状况和由负载恢复较高电流量之后，在正常开关条件下开关电路的激活自然会使电源电压的幅值增加至充分高于最小偏置阈值，使得偏置控制器不再需要将电源电压偏置到高于最小偏置阈值。因此，通过偏置控制器偏置电源电压的需要可以取决于负载消耗的功率或电流量。
因此，本文中的实施方式包括偏置控制器，其可在初级中的高侧开关电路和低侧开关电路的总体去激活期间保持电源电压高于最小偏置阈值。如前所述，初级中的开关电路的激活将能量从初级传送到次级以产生输出电压。初级中的开关电路的去激活可操作成终止从初级到次级的能量传输以生成输出电压，在这种情况下，偏置控制器用作看门狗，以保持电源电压的幅值高于最小阈值或在最小阈值与最大阈值之间。
根据其他的实施方式，最小偏置阈值是至少部分基于从次级输出的输出电压的幅值以为负载供电的自适应阈值。
本文的实施方式比常规技术有用。例如，与常规技术相比，在负载的大功率消耗波动期间，偏置控制器和相关拓扑提供了电压转换器的持续使用。也就是说，以本文所述的方式偏置电源电压防止(诸如从辅助绕组所生成的)电源电压和相应的初级进入欠压锁定模式，在该欠压或锁定模式中，控制器被阻止控制输出电压。
下面更详细地公开这些和其他更特定的实施方式。
注意，本文讨论的任何资源可以包括执行和/或支持本文公开的任何或所有方法操作的一个或更多个计算机化装置、设备、硬件等。换言之，一个或更多个计算机化装置或处理器能够被编程和/或配置成如本文所解释的那样操作以执行本文所述的不同实施方式。
本文中的其它实施方式包括用于执行上文概述和下文详细公开的步骤和/或操作的软件程序。一个这样的实施方式包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在该非暂时性计算机可读存储介质上对软件指令进行编码以便随后执行。当在具有处理器的计算机化装置(硬件)中执行指令时，指令编程和/或使得处理器(硬件)执行本文公开的操作。这样的布置通常被提供为在非暂态计算机可读存储介质上布置或编码的软件、代码、指令和/或其它数据(例如，数据结构)，，所述非暂态计算机可读存储介质例如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、记忆棒、存储装置等、或其它介质例如一个或更多个ROM、RAM，PROM等中的固件、或作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或其他这样的配置能够安装到计算机化装置上，以使计算机化装置执行本文所述的技术。
因此，本文的实施方式针对支持本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
一个实施方式包括计算机可读存储介质和/或系统，其上存储有指令以促进信号偏置和对电压转换器的相应控制，以产生为负载供电的输出电压。这些指令在由计算机处理器硬件执行时，使得计算机处理器硬件(例如一个或更多个相同定位或不同定位的处理器装置或硬件)：接收反馈信号；基于接收到的反馈信号的幅值来调节从初级到次级的能量传送，传送的调节控制从次级输出的输出电压的幅值以给负载供电；以及在开关电路的去激活期间保持(例如来自初级的)电源电压高于偏置阈值，去激活会终止从初级传送能量以生成输出电压。
另一实施方式包括计算机可读存储介质和/或系统，其上存储有便于生成输出电压以为负载供电的指令。这些指令在由计算机处理器硬件执行时，使得计算机处理器硬件(例如一个或更多个相同定位或不同定位的处理器装置或硬件)：将接收到的电源电压与偏置阈值进行比较；响应于检测到电源电压的幅值越过(基本上等于)偏置阈值，激活电压转换器的初级中的开关电路，开关电路的激活使电源电压的幅值增加至高于偏置阈值；以及i)激活开关电路达预定时间量，或ii)响应于检测到电源电压超过(增加至高于)第二阈值(最大偏置阈值)的幅值，去激活电压转换器的初级中的开关电路，以防止电源电压增加至高于第二阈值。
为了清楚起见，增加了上述步骤的顺序。注意，本文所讨论的任何处理步骤能够以任何合适的顺序执行。
本公开内容的其他实施方式包括软件程序和/或相应的硬件，以执行上文概述和下文详细公开的方法实施方式步骤和操作中的任何一个。
应理解，本文所讨论的系统、方法、设备、计算机可读存储介质上的指令等也可严格地实施为软件程序、固件，实施为软件、硬件和/或固件的混合体，或仅实施为硬件例如在处理器(硬件或软件)内，或者在操作系统内或软件应用内。
还注意，尽管本文所讨论的实施方式适用于控制电压转换器的操作，但本文所公开的概念可有利地应用于任何其他合适的电压转换器拓扑。
另外，注意，尽管本文中的不同的特征、技术、配置等中的每一个可以在本公开内容的不同地方讨论，但是，在适当的情况下，可以选择地彼此独立地或彼此组合地执行每个概念。因此，本文所描述的一个或更多个本发明可以以许多不同的方式实施和查看。
另外，注意，本文对实施方式的初步讨论(实施方式的简要描述)并不是有意地指定本公开内容或权利要求保护的发明的每个实施方式和/或递增的新颖方面。相比之下，与常规技术相比，本简要描述仅呈现总体实施方式和对应的新颖点。如下文进一步讨论的，针对本发明的其他细节和/或可能的观点(排列)，读者被引导到本公开内容的详细描述部分(其是实施方式的发明内容)和本公开内容的相应附图。
附图说明
图1是示出根据本文的实施方式的包括主控制器和偏置控制器的电源的示例图；
图2是示出根据本文的实施方式的电源的示例图；
图3是示出根据本文的实施方式的以多种模式操作电压转换器的时序图的示例图；
图4是示出根据本文的实施方式的以多种模式操作电压转换器的时序图的示例图；
图5是示出根据本文的实施方式的可操作成执行一个或更多个操作的计算机体系结构的示例图；
图6是示出根据本文的实施方式的通用方法的示例图。
如附图所示，根据下文更具体的描述，本文的实施方式的前述和其他目的、特征和优点将变得明显，在附图中，相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图不是必须地按比例绘制，而是着重于说明实施方式、原理、概念等。
具体实施方式
如本文所述的电源包括电压转换器、主控制器和偏置控制器。该电压转换器包括初级和次级。在工作期间，控制器可操作成基于在初级中产生的电源电压控制来自次级的输出电压的调节。从次级输出的输出电压为负载供电。在某些负载状况期间，诸如低电流消耗，偏置控制器将电源电压的幅值(通过新颖的偏置)保持在(最小)偏置阈值之上或最小偏置阈值与最大偏置阈值之间。在一个实施方式中，偏置控制器可操作成防止电源电压下降到最小偏置阈值(即，电压值)以下，防止了电源电压的欠压锁定状况，使得在负载增加对由输出电压提供的功率的消耗率时，传送控制器能够快速地继续从初级到次级的足够能量的传送。另外，在负载的低电流消耗期间，偏置控制器防止电源电压增加至高于最大偏置阈值，从而防止了输出电压的幅值增大。
现在，具体地，图1是示出根据本文的实施方式的电源的示例图。
如该示例实施方式中所示，电源100(例如设备、电子装置等)包括主控制器140和电压转换器135。电压转换器135产生为负载118供电的输出电压123。
主控制器140包括偏置控制器141。可替选地，偏置控制器141相对于主控制器140不同地定位。
通过非限制性示例实施方式的另一方式，电压转换器135包括初级101和次级102。电压转换器135还包括相应的变压器160。
变压器160包括初级绕组161、次级绕组162和辅助绕组163。初级绕组161、次级绕组162和辅助绕组163的组合彼此磁耦接。
在该示例实施方式中，初级101包括一个或更多个开关125，所述一个或更多个开关125控制将从输入电压120接收的能量通过初级绕组161传送到变压器160的次级绕组162的操作。
在一个实施方式中，对将从输入电压120接收的能量从初级绕组161到次级102的次级绕组的传送的调节导致生成向负载118供电的输出电压123。对将能量从初级绕组161到次级绕组162的传送的调节将输出电压123的幅值保持在向负载118供电的期望范围内。
注意，本文所述的资源、部件、模块等中的每一个都可以以任何合适的方式实例化。例如，主控制器140、偏置控制器141、电压转换器135等中的每一个都可以被实例化为硬件(例如电子电路)、软件(例如执行的指令集)或硬件和软件资源的组合或包括硬件(例如电子电路)、软件(例如执行的指令集)或硬件和软件资源的组合。
另外，注意，与电源100相关联的硬件实施方式和对应的部件、资源等可以被实例化为数字电路、模拟电路或模拟/数字电子电路两者的组合。
通常，从电压转换器135接收的反馈信号252指示输出电压123的幅值以及/或者在次级绕组162处是否需要更多能量以将输出电压123保持在适当的调节范围内。在将高于阈值的足够能量从初级绕组161传送到次级绕组的正常负载状况期间，辅助绕组163接收足够的能量以保持电源电压175的幅值(可能称为偏置电压，电压轨等)高于阈值以为控制器140供电。
在诸如低于阈值的某些负载状况(例如，负载118仅消耗来自输出电压123的低水平电流的状况)期间，电源电压175的幅值倾向于减小到这样的低幅值，该低幅值使得主控制器140(如反馈252所指示的)不再需要激活一个或更多个开关125来将能量从初级101传送到次级102，以增加输出电压123的幅值。
在一个实施方式中，当开关125被去激活时，主控制器140不再将能量从初级绕组传送到次级绕组以增加输出电压的幅值，电源电压175的幅值例如由于电压转换器135中的部件和/或电路和/或控制器140本身的寄生消耗而会以比输出电压123更快的速率下降，该寄生消耗消耗了由电源电压175提供的功率。
在某些实例中，如前所述，不期望电源电压175的幅值降到阈值Vth1以下。如本文所述，偏置控制器141防止这样的状况。
例如，根据其他实施方式，偏置控制器141用作监控器或看门狗电路，其防止电源电压175的幅值在低负载状况期间降至阈值以下。也就是说，通过如本文进一步讨论的新颖偏置，通过生成控制信号105，偏置控制器141将(例如，从辅助绕组163的输出得到的)电源电压175的幅值保持为高于偏置阈值Vth1。
根据其他的实施方式，偏置控制器141可操作成防止电源电压175降至最小偏置阈值Vth1以下，使得当负载118(例如响应于瞬态电流消耗状况而)突然增加了由输出电压123提供的功率消耗率时，主控制器140(由于控制器140在被偏置时由健康的电源电压175供电)能够快速将(从输入电压120所接收的)足够的能量从初级101(也就是电压转换器135的初级侧)传送到次级102(也就是电压转换器135的次级侧)。偏置控制器141还防止电源电压175增加至高于最大偏置阈值，从而防止输出电压123的幅值增加和输出电压123的幅值可能超过最大可允许输出值(其可能损坏负载118)的可能的失调状况。
下面进一步讨论这些实施方式的具体细节。
图2是示出根据本文的实施方式的电源的示例图。
如在更详细的实施方式中所示，电源100包括主控制器140以及电压转换器135。
主控制器140包括偏置控制器141以及驱动器221和驱动器222。在此示例实施方式中，偏置控制器141包括比较器241。
如前所述，电压转换器135包括初级101和次级102。主控制器140的驱动器221被耦接以通过控制信号105-1来驱动和控制开关125-1的栅极。主控制器140的驱动器222可操作以利用控制信号105-2来驱动和控制开关125-2的栅极。
在该示例实施方式中，初级101包括反馈电路201、监控器电路275、开关125-1、开关125-2、电感器L1、电感器L2、电容器C1、初级绕组161和辅助绕组163。电感器L1和L2以及电容器C1支持电源101的谐振操作。当LLC电路不切换时，高侧开关125-1和低侧开关125-2两者都关断。
如进一步所示，开关125-1的漏极节点连接至输入电压120。开关125-1的源极节点连接至开关125-2的漏极。开关125-2的源极节点连接至接地基准电压。
如进一步所示，电感器L1耦接在开关125-1的源极节点与初级绕组161之间。电感器L2并联地连接在初级绕组161两端。电容器C1提供电感器L2和初级绕组161的组合与开关125-2的源极节点之间的连通性，该源极节点连接至接地基准。
初级101的监控器电路275包括二极管D1、二极管D2、辅助绕组163和电容器Cvcc。如图所示，监控器电路275的二极管D1耦接在辅助绕组163的第一节点或端点与节点238之间。监控器电路275的二极管D2耦接在辅助绕组163的第二节点或端点与节点238之间。电容器Cvcc连接在节点238与接地之间。此外，节点238耦接至主控制器140的输入节点Vcc。
反馈电路202接收输出电压123并生成传送至光耦合器291的反馈信号251。反馈电路201将光耦合器291耦接至主控制器140的HBFB节点。在一个实施方式中，光耦合器291产生(来自反馈信号251的)反馈信号252，该反馈信号252通过反馈电路201被馈送至主控制器140的HBFB节点。
次级102还包括由控制信号SR0驱动的开关225-1、由控制信号SR1驱动的开关225-2、二极管D3、二极管D4、电容器Cout和反馈电路202。
如图所示，二极管D3并联地耦接在开关225-1的漏极节点与开关节点225-1的源极节点之间。开关225-1的漏极节点连接至次级绕组162的第一端。开关225-1的源极节点连接至第二接地基准。
二极管D4并联地耦接在开关225-2的漏极节点与开关节点225-2的源极节点之间。开关225-2的漏极节点连接至次级绕组162的第二端。开关225-2的源极节点连接至第二接地基准。
次级绕组162的(中心)抽头节点耦接至节点277。电容器Cout耦接在节点277与第二接地基准电压之间。电容器Cout存储输出电压123。
反馈电路202耦接至节点277以监视输出电压123。如上所述，反馈电路202生成输入到光耦合器291的信号251。光耦合器291将接收到的信号251转换为传送至主控制器140的HBFB节点的相应输出反馈信号252。
另外，如图2中图示地示出，变压器160提供支持从初级101到次级102的能量传送的耦接。如先前所讨论的，在相反的方向上，光耦合器291提供了将反馈252从反馈电路202传送到反馈电路201和主控制器140的相应HBFB节点的方式。在一个实施方式中，反馈信号252指示输出电压123的幅值；控制器140使用反馈信号252作为基础来控制开关125并将输出电压123的幅值保持在期望的电压范围内。
电源100包括偏置控制器141。注意，可以以任何合适的方式来(通过偏置控制器141或其他合适的资源)实现偏置控制。
在一个实施方式中，偏置控制器141包括一个或更多个比较器，例如比较器241。
比较器241可操作以：将电源电压175的幅值与阈值Vth1(例如最小偏置阈值)进行比较。通过从偏置控制器141输出的一个或更多个偏置控制信号268，偏置控制器141响应于检测到电源电压175的幅值基本上等于或小于最小偏置阈值Vth1来激活初级101中的开关电路125。
例如，通过生成控制信号105，开关电路的激活(切换)(例如开关125-1和开关125-2在导通和关断之间切换，诸如第一个周期中开关125-1处于导通且125-2为关断；第二周期中开关125-1为关断且开关125-2为导通；第三周期中开关125-1为导通且开关125-2为关断；第四周期中开关125-1为关断且开关125-2为导通；且在激活期间依此类推)使得电流从输入电压120流过初级绕组161；辅助绕组163接收一部分能量，使电压175的幅值增加至高于最小偏置阈值Vth1。注意，开关电路125的去激活意味着开关125-1和开关125-2都被设置为关断状态。还要注意，开关125-1和开关125-2两者永远不会同时为导通，因为这会将源120(Vin)短路到相应的接地基准。
在一个实施方式中，在开关电路125的激活(如先前所讨论的那样切换)达至少短的持续时间以偏置从辅助绕组163(或其他合适的资源)得到的电源电压175之后，偏置控制器141去激活(断开开关125-1和125-2两者)初级101中的开关电路125。因此，尽管可能不立即需要将能量从初级绕组161传送到次级绕组162来保持输出电压123稳定(例如增加其幅值)，但是激活开关电路125的短脉冲足够对电压175进行偏置，使得电压175基本上不降至最小阈值Vth1以下。在一个实施方式中，电源电压175仅需要宽松的调节(必须高于UVLO且低于绝对最大额定值)。本文的实施方式包括控制变压器160的绕组或匝数比，以保持Naux*Vbias始终低于Ns*Vout，其中Ns＝次级绕组162上的匝数且Naux是辅助绕组163上的匝数；Vbias＝Vcc或电源电压175。
注意，作为激活开关电路125达预定时间量的备选，本文的其他实施方式包括在负载118的低电流消耗期间对电源电压175(Vcc)进行偏置的第二模式期间，偏置控制器141可以被配置成将电源电压175保持在最小电压水平(例如Vth1)与最大偏置电压水平(Vth2)之间，如以下进一步讨论的。
在一个实施方式中，将电源电压175保持为高于阈值Vth1或最小偏置阈值Vth1与最大偏置阈值Vth2之间对增加来自次级102的输出电压123的量值具有可忽略的影响或没有影响。
本文的实施方式比常规技术有用。例如，与常规技术相反，在负载的大功耗波动期间，偏置控制器和相关拓扑提供了电压转换器的持续使用。也就是说，以本文所述的方式对电压进行偏置可防止电源电压175(诸如来自辅助绕组的电压)和相应的初级进入欠压或锁定模式，在该欠压或锁定模式中，控制器被阻止控制输出电压。
Figure BDA0002407550720000121
Figure BDA0002407550720000122
其中，Np＝初级绕组161的匝数；Ns＝次级初级绕组162的匝数；Naux＝辅助绕组163的匝数。
在通过反馈调节进行开关期间，Vout(输出电压123)和Vcc(电源电压175)由变压器160的匝数比(参见公式1和公式2)来限定。
但是在突发阶段期间，Vout和Vcc根据其负载而降低
然后，VCC可能会降至其最低“生存”或锁定水平以下：
Figure BDA0002407550720000123
Figure BDA0002407550720000124
Figure BDA0002407550720000125
在Vcc下降之后，通过偏置控制器141进行的开关操作使其回到远远高于最小“生存”(Vcc.uv-lo)水平的水平。
同时，只有相关的“新”输出电压(Vnew.out)高于输出电压123的当前幅值，开关电路125的激活才会对输出电容器Cout进行充电。
只要“新”Vout(又称Vnew.out)低于输出电压123的实际幅值，就只会对电容器Cvcc的电压175充电(电压幅值增加)。因此，与每个绕组相关的匝数可用于促进电压175的偏置。
例如：NAUX/NS＝1.33，VOUT＝12VV，“VCC”＝16V，现在如果VCC＝15V，VNEW.OUT＝15V/1.33＝11.27V<12V，则输出电压123不会增加。
在该示例性实施方式中，控制器140提供了Vcc(电源电压175)的生成而没有显著的副作用(例如当负载118不消耗足够的电流来保证电容器Cout的进一步充电时，不必要增加输出电压123的幅值)。
图3是示出根据本文的实施方式的以多种模式操作电压转换器的时序图的示例图。
曲线图300示出了根据本文的实施方式的控制将能量从初级绕组161传送到次级绕组162来将输出电压123保持在第一模式以及在第二模式期间对电压175(Vcc)的偏置。
在负载118消耗来自输出电压123的功率(例如高于阈值消耗水平)的第一模式(例如时间T1与时间T5之间)期间，电压175的幅值能够操作成根据变压器160的绕组中的匝数来按比例跟踪输出电压123的幅值。
如先前所讨论，控制器140从次级102接收反馈252。具体地，在此示例实施方式中，控制器140在控制器140的HBFB节点处接收反馈252。
响应于在时间T1检测到信号HBFB的幅值增加至HBFBLLC SW-ON的阈值，控制器140通过在时间T1与T2之间或其附近的控制信号105-1和105-2的脉冲(一次或更多次)来启动开关电路125至导通状态的激活。如前所述，在开关电路125的激活期间，通过控制信号105-1和105-2，开关125-1为导通，而开关125-2为关断；当控制开关125-2被控制为导通时，开关125-1被控制为关断(参见上面的激活示例)。注意，根据实施方式，在时间T1与T2之间的控制信号105-1和控制信号105-2可以包括一个或更多个脉冲(例如高侧突发脉冲和低侧突发脉冲)。
如进一步所示，以先前讨论的方式在时间T1与T2之间的不同时间处激活开关125-1和125-2会使得输出电压123的幅值增加并且使得电压175(Vcc)的幅值增加。
以类似的方式，在第一模式期间，在时间T3与T4之间，基于接收到的反馈信号252，控制器140通过在时间T3与T4之间的控制信号105-1和105-2的脉冲来启动控制开关电路125至导通状态的激活。
相比之下，在负载118消耗从输出电压123提供的非常小的功率(或电流)(例如，低于阈值水平)的第二模式(例如，在时间T5与T9之间)期间，偏置控制器141可操作成对电源电压175施加偏置以将电压175的幅值保持为高于最小偏置阈值Vth1。
更具体地，在时间T5之后的第二模式期间，主控制器140接收反馈252。然而，在该示例实施方式中，反馈252不会使得主控制器140向开关电路125施加脉冲；因此，在时间T6与T9之间，反馈252的量值不会升高至高于阈值HBFBLLC SW-ON。然而，如前所述，偏置控制器141将电压175与电压阈值Vth1进行比较。响应于检测到电压175(在节点Vcc处)的量值越过(基本上等于或将要低于)最小阈值Vth1，偏置控制器141经由控制信号105-1和105-2的脉冲在时间T6处或时间T6左右时启动开关电路125到导通状态的激活。
在一个实施方式中，偏置控制器141还将电源电压175与电压阈值Vth2(例如最大阈值)进行比较。响应于检测到(在主控制器140的节点Vcc处的)电源电压175的幅值增加至例如超过最大阈值Vth2，偏置控制器141通过在时间T7左右终止控制信号105-1和105-2的脉冲，来启动控制开关电路至关断状态的激活。因此，偏置控制器141在时间T6与T7之间启动激活开关电路125的突发以将电源175保持为高于最小阈值。
如所提及的，根据实施方式，激活时间T6与T7之间的控制信号105-1和105-2可以包括一个或更多个脉冲(例如高侧突发脉冲)。
如进一步所示，在时间T6与T7之间激活开关电路125会使得电源电压175(例如Vcc)幅值增加；然而，电源电压175(Vcc)的幅值没有变化，因为次级绕组上的电压小于输出电压123的当前幅值。
在典型的BM(突发模式)固定波动控制器中，HBFB节点能够设置LLC关断阈值。当Vcc(电源电压175)下降到低于VCC.LLCON阈值(Vth1)时，控制器141启动相对于初级绕组161的LLC开关，以避免当电源电压175下降到低于锁定电压VCC.UV-LO时发生的锁定模式。之后，由于电源电压175(Vcc)的幅值增加至高于VCC.LLCOFF阈值(Vth2)，因此偏置控制器141相对于初级绕组161中断LLC(谐振)。在一个实施方式中，只要相关的VOUT.NEW低于输出电压123的幅值，控制器就提供Vcc调节而对输出电压123没有副作用。注意，VCC.LLCON和VCC.LLCOFF阈值可以是相同或不同的阈值设置。
图4是示出根据本文的实施方式的以多种模式操作电压转换器的时序图的示例图。
曲线图400示出了根据本文的实施方式的控制在第一模式期间将能量从初级绕组161传送到次级绕组162以保持输出电压123以及在第二模式期间对电源电压175(Vcc)的偏置。
在负载118消耗来自输出电压123的高于阈值水平的功率的第一模式(例如时间T11与时间T15之间)期间，如图所示，电源电压175的幅值能够操作成根据变压器160的绕组中的匝数按比例跟踪输出电压123的幅值。
以与先前讨论的方式类似的方式，控制器140从次级102接收反馈252。具体地，主控制器140和偏置控制器141在控制器140的HBFB节点处接收反馈252。
响应于检测到节点HBFB处的反馈252信号的幅值增加至HBFBLLC SW-ON的阈值，控制器140通过在时间T11与T12之间的控制信号105-1和105-2的脉冲来启动开关电路125至导通状态的激活。注意，根据实施方式，在时间T11与T12之间的控制信号105-1和105-2可以包括一个或更多个脉冲(例如高侧突发脉冲和低侧突发脉冲)。
如图所示，在时间T11与T12之间的开关电路125的激活使得输出电压123的幅值增加，并且使得电压175(Vcc)的幅值增加。
以类似的方式，在第一模式期间，在时间T13与T14之间，控制器140基于反馈信号252通过在时间T13与T14之间的控制信号105-1和105-2的脉冲来启动开关电路125至导通状态的激活。
相比之下，在负载118消耗从输出电压123提供的非常小的功率(或电流)(例如低于消耗阈值水平)的第二模式(例如时间T15与T18之间)期间，偏置控制器141可操作成对电源电压175施加偏置以保持电源电压175的幅值高于最小偏置阈值Vth1(VCC.LLC-ON)，最小偏置阈值Vth1(VCC.LLC-ON)高于欠压锁定阈值VCC.UV-LO。(这将防止由于电源进入锁定模式而使得电压转换器135的进一步操作)。
更具体地，在第二模式期间，控制器140通过反馈电路202和反馈电路201从第二级102接收反馈252。然而，在这个示例性实施方式中，在时间T15与T17之间，反馈252不会使得主控制器140向开关电路125施加高侧突发脉冲和低侧突发脉冲，因为在时间T15和时间T17之间，反馈252不会升高至高于阈值HBFBLLC SW-ON。然而，在时间T15之后的这样的时间段内，偏置控制器141将电源电压175的幅值与电压阈值Vth1(VCC.LLC-ON)进行比较。
响应于检测到(在节点Vcc处的)电源电压175的幅值越过(基本上等于或即将低于)最小阈值Vth1(VCC.LLC-ON)，偏置控制器141通过在时间T16附近处控制信号105-1和105-2的脉冲，来启动开关电路125至导通状态的激活。在该示例性实施方式中，代替将电源电压175与第二电压阈值Vth2(例如最大阈值)进行比较以终止开关电路125的脉冲，偏置控制器141保持开关电路125的激活达相对于开关激活时间T16的预定时间量。
响应于在时间T17处检测到预定时间量的期满，偏置控制器141通过在时间T17附近终止控制信号105-1和105-2的脉冲来终止控制开关电路125至关断状态的激活。因此，偏置控制器141在时间T16与T17之间启动激活开关电路125的突发以偏置电源电压175(Vcc)。
注意，根据实施方式，时间T16与T17之间的控制信号105-1和105-2可以包括一个或更多个脉冲(例如高侧突发脉冲和低侧突发脉冲)。
如图400中进一步示出的，在时间T16与T17之间激活开关电路125会使得电源电压175的幅值增大；然而，由于次级绕组162处的电压小于输出电压123的当前幅值，因此输出电压123的幅值没有变化。
因此，在典型的BM(突发模式)固定波动控制器中，主控制器140的HBFB节点可以设置LLC关断阈值。当Vcc降至VCC.LLCON阈值以下时，控制器141启动LLC开关(脉冲突发)达预定时间量(或最小时间量)。之后，在终止之后，由于电压175(Vcc)的幅值增加至高于VCC.LLCOFF阈值，因此LLC电路的谐振操作停止。在一个实施方式中，只要相关的VOUT.NEW低于输出电压123的幅值，则控制器提供(电源电压175的)Vcc调节，而对输出电压123没有副作用。注意，VCC.LLCON和VCC.LLCOFF阈值可以是相同或不同的阈值设置。
如前所述，本文的实施方式比常规技术有用。例如，控制电压转换器135以提供输出电压123的调节(在正常范围电流消耗的第一模式期间)和控制电源电压175的偏置高于阈值Vth1(在负载118的极低电流消耗的第二模式期间)的组合确保电压转换器135在低电流消耗模式期间避免锁定状况。将电源电压175的偏置控制在阈值Vth2以下(在负载118的极低电流消耗的第二模式期间)来确保在低电流消耗模式期间输出电压123不会不必要地增加。偏置电源电压175的低功耗使用简单的电路提供更高效率的功率转换。
图5是用于实现如先前根据本文实施方式所讨论的任何操作的计算机系统的示例框图。
如本文所讨论的任何资源(例如主控制器140、偏置控制器141、电压转换器135等)可以被配置成包括计算机处理器硬件和/或相应的可执行指令，以执行如本文所讨论的不同操作。
如图所示，本示例的计算机系统550包括互连511，该互连511可操作以耦接计算机可读存储介质512例如非暂态类介质(可以是其中可以存储和检索数字信息的任何适当类型的硬件存储介质)、处理器513(计算机处理器硬件)、I/O接口514和通信接口517。
I/O接口514支持到存储库580的连接。
计算机可读存储介质512可以是诸如存储器、光学存储装置、硬盘驱动器、软盘等的任何硬件存储装置。在一个实施方式中，计算机可读存储介质512存储指令和/或数据。
如图所示，计算机可读存储介质512可与控制器应用140-1(例如，包括指令)一起编码以执行本文所讨论的任何操作。
在一个实施方式的操作期间，处理器513通过使用互连511访问计算机可读存储介质512，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质512上的控制器应用140-1中的指令。控制器应用140-1的执行产生控制器处理140-2以执行本文所讨论的任何操作和/或处理。
本领域技术人员将理解，计算机系统550可以包括其他处理和/或软件和硬件部件，例如控制硬件资源的分配和使用以执行控制器应用140-1的操作系统。
根据不同的实施方式，注意，计算机系统可以位于各种类型的装置中的任何一种，包括但不限于电源、开关电容转换器、电源转换器、移动计算机、个人计算机系统、无线装置、无线接入点、基站、电话装置、台式计算机、膝上型计算机、笔记本、上网本计算机、主机系统、手持计算机、工作站、网络计算机、应用服务器、存储装置、消耗电子装置例如照相机、摄像机、机顶盒、移动装置、视频游戏机、手持视频游戏装置、外围装置例如开关、调制解调器、路由器、机顶盒、内容管理装置、手持遥控装置、任何类型的计算或电子装置等。计算机系统550可以位于任何位置，或者可以包括在任何网络环境中的任何适当资源中，以实现本文所讨论的功能。
现在将通过图6中的流程图讨论由不同资源支持的功能。注意，以下流程图中的步骤可以按任何适当的顺序执行。
图6是示出根据本文实施方式的示例性方法的流程图600。注意，上面讨论的概念会有一些重叠。
在处理操作610中，主控制器140接收来自电压转换器135的初级101的电源电压175。
在处理操作620中，主控制器140基于反馈电压信号252的幅值来调节从初级101(诸如初级绕组161)到次级102(诸如次级绕组162)的能量传送。能量传送的调节至少部分地控制由次级102输出的输出电压123的幅值来为负载118供电。
在处理操作630中，偏置控制器141在负载118的低电流消耗模式期间例如当电压转换器135的初级101中的开关125被去激活时，将电源电压175保持为高于偏置阈值(例如阈值Vth1)，这终止或基本上减少了从初级101到次级102的能量传送，以生成输出电压123。由于在低电流消耗模式时不需要从初级绕组161向次级绕组162传送能量，如下文进一步讨论的那样，监控电源电压175的幅值并防止其降至阈值以下。
在与处理操作630相关联的子处理操作632中，为了保持电源电压175高于最小阈值Vth1，偏置控制器141将电源电压175的幅值与偏置阈值Vth1进行比较。
在与处理操作630相关联的子处理操作634中，偏置控制器141响应于检测到电源电压175的量值越过或基本上等于偏置阈值Vth1而激活初级101中的开关电路125；开关电路125的激活将电源电压175的幅值增加至高于偏置阈值Vth1。
在与处理操作630相关联的子处理操作634中，在开关电路125的激活达预定时间量之后，或者检测电源电压175的幅值超过第二阈值(最大偏置阈值Vth2)，偏置控制器141去激活初级101中的开关电路125，以防止电源电压175增加至高于第二阈值Vth2。如前所述，在一个实施方式中，当处于偏置模式时，开关电路125的激活在持续时间上足够短，使得开关电路125的激活对增加输出电压123的幅值具有可忽略的影响或没有影响。
再次注意，本文中的技术非常适合在电源应用中使用。然而，应当注意，本文中的实施方式不限于在此类应用中使用，并且本文中讨论的技术也非常适合于其他应用(例如反激、正向、半桥LLC和全桥电源架构等)。
虽然本发明已经参照其优选实施方式被特别地示出和描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所定义的本申请的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。这些变化旨在被本申请的范围所覆盖。因此，本申请的实施方式的前述描述不是限制性的。相反，对本发明的任何限制在以下权利要求中给出。

Claims (20)

1.一种电源设备，包括：
电压转换器，其包括初级和次级；
主控制器，其由电源电压供电，所述主控制器能够操作成基于反馈电压信号来控制对来自所述次级的输出电压的调节，所述输出电压从所述次级被输出以为负载供电；以及
偏置控制器，其能够操作成保持所述电源电压的幅值高于偏置阈值。
2.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述初级包括初级绕组和辅助绕组，所述辅助绕组能够操作成生成所述电源电压；并且
其中，在所述负载消耗了高于消耗阈值水平的功率的第一模式期间，所述电源电压的幅值能够操作成跟踪所述输出电压的幅值。
3.根据权利要求2所述的电源设备，其中，在所述负载消耗了来自所述输出电压的低于所述消耗阈值水平的功率的第二模式期间，所述偏置控制器能够操作成偏置所述电源电压以保持所述电源电压的幅值高于所述偏置阈值，所述偏置阈值为最小偏置阈值。
4.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述偏置控制器包括比较器，所述比较器能够操作成：
比较所述电源电压的幅值与所述偏置阈值；以及
所述偏置控制器能够操作成响应于检测到所述电源电压的幅值等于或低于所述偏置阈值，激活所述初级中的开关电路，所述开关电路的激活将所述电源电压的幅值增加至高于所述偏置阈值。
5.根据权利要求4所述的电源设备，其中，所述偏置控制器还能够操作成在激活所述开关电路达预定时间量之后，去激活所述初级中的所述开关电路。
6.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述偏置阈值是最小偏置阈值；并且
其中，将所述电源电压保持在所述最小偏置阈值与最大偏置阈值之间对增加来自所述次级的输出电压的幅值具有可忽略不计的影响。
7.根据权利要求4所述的电源设备，其中，所述比较器还能够操作成：
比较所述电源电压的幅值和最大偏置阈值；以及
所述偏置控制器能够操作成响应于检测到所述电源电压的幅值等于或大于所述最大偏置阈值，去激活所述初级中的所述开关电路。
8.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述偏置阈值是最小偏置阈值；并且
其中，所述偏置控制器能够操作成控制激活所述初级中的开关电路的持续时间，使得所述电源电压的幅值被保持为小于最大偏置阈值，所述开关电路的激活将能量从所述初级传送至所述次级。
9.根据权利要求1所述的电源设备，其中，在所述负载的低功耗期间将所述电源电压保持为高于所述偏置阈值，防止了所述初级进入欠压锁定模式，在所述欠压锁定模式中，所述主控制器被阻止通过控制所述初级来控制所述输出电压。
10.根据权利要求1所述的电源设备，还包括：
变压器，其包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组；
其中，所述变压器的所述初级绕组和所述辅助绕组被布置在所述初级中；并且
其中，所述变压器的所述次级绕组被布置在所述次级中。
11.根据权利要求10所述的电源设备，其中，在所述初级中的所述辅助绕组能够操作成生成所述电源电压，所述电源电压的幅值随着从所述初级绕组被传送到所述次级绕组的能量的量的变化而变化，以生成所述输出电压。
12.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述次级包括反馈电路，所述反馈电路能够操作成将控制信号传送至所述初级，所述控制信号在所述负载的功耗高于阈值水平的状况期间控制所述初级中的开关电路的激活；并且
其中，通过所述控制信号对所述开关电路的激活：i)将能量从所述初级传送到所述次级，并且ii)将所述电源电压的幅值增加至充分高于所述偏置阈值。
13.根据权利要求1所述的电源设备，其中，所述偏置控制器能够操作成在所述初级中的开关电路的去激活期间将所述电源电压保持为高于所述偏置阈值，所述初级中的开关电路的去激活能够操作成终止从所述初级到所述次级的能量传送以生成所述输出电压。
14.根据权利要求7所述的电源设备，其中，所述最大偏置阈值是至少部分基于所述输出电压的幅值的自适应阈值。
15.一种从包括初级和次级的电压转换器产生输出电压的方法，所述方法包括：
接收电源电压信号；
基于反馈信号的幅值，调节从所述初级到所述次级的能量的传送，对所述传送的调节控制从所述次级输出的输出电压的幅值，以为负载供电；以及
保持所述电源电压高于第一偏置阈值。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，保持所述电源电压包括：
比较所述电源电压和所述第一偏置阈值；以及
响应于检测到所述电源电压的幅值等于或低于所述第一偏置阈值来激活所述初级中的开关电路，所述开关电路的激活将所述电源电压的幅值增加至高于所述第一偏置阈值。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在激活所述开关电路达预定时间量之后，去激活所述初级中的开关电路，以防止所述电源电压增加至高于第二偏置阈值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述电源电压保持在所述第一偏置阈值与所述第二偏置阈值之间对增加从所述次级输出的输出电压的幅值具有可忽略不计的影响。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
响应于检测到所述电源电压等于或高于第二偏置阈值，去激活所述初级中的开关电路。
20.一种在其上存储有指令的计算机可读存储硬件，所述指令在由计算机处理器硬件执行时使得所述计算机处理器硬件：
接收电源电压信号；
基于接收到的反馈信号的幅值，调节从电压转换器的初级到次级的能量的传送，对所述传送的调节控制从所述次级输出的输出电压的幅值，以为负载供电；以及
在所述负载的电流消耗低于电流消耗阈值期间，保持所述电源电压的幅值高于偏置阈值。
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