CN113645733A - 具有频率请求电路的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种控制器包括调节电路和频率请求电路。所述调节电路被配置为接收表示输出的信号和表示所述输出的期望值的参考，所述调节电路被配置为响应于所述信号与所述参考之间的差异而输出调节信号。所述频率请求电路被配置为接收所述调节信号并且响应于所述调节信号而输出表示增加开关频率的请求的增加信号和表示减小开关频率的请求的减小信号。所述频率请求电路被配置为：当在长于第一时段的持续时间内所述输出小于所述期望值时使所述增加信号有效，以及当在长于第二时段的持续时间内所述输出大于所述期望值时使所述减小信号有效。

Description

具有频率请求电路的控制器
技术领域
本发明总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及由控制器控制的开关模式功率转换器。
背景技术
许多电子设备，诸如蜂窝电话、膝上型计算机等，由从电源获得的直流(dc)电力供电。常规的壁式插座通常递送高压交流(ac)电力，该高压交流电力被转换为经调节的直流电力以便用作消费电子设备的电力源。在一些应用中，功率转换系统可以级联包括功率因数校正(PFC)级的一个或多个功率转换器级。开关模式功率转换器由于其效率高、体积小、重量轻而被普遍用来将高压交流电力转换为经调节的直流电力。
开关模式功率转换器还包括控制器。输出调节可以通过感测和以闭环控制输出来实现。控制器可以接收表示输出的信号，并且控制器响应于该信号而改变一个或多个参数以将输出调节到期望量。可以使用各种控制模式，诸如脉冲宽度调制(PWM)控制、脉冲频率调制(PFM)控制或导通/断开(ON/OFF)控制。在一个实例中，开关模式功率转换器被用来向发光二极管(LED)设备提供经调节的电力。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
图1是根据本发明的实施方案的具有控制器的功率转换器的功能块图，所述控制器包括调节电路、频率请求电路和驱动信号发生器。
图2A是例示了根据本发明的实施方案的图1的示例调节电路的示意图。
图2B是例示了根据本发明的实施方案的图1的另一个示例调节电路的示意图。
图3是例示了根据本发明的实施方案的图1的示例波形的时序图。
图4是根据本发明的实施方案的图1的控制器的状态机。
图5是根据本发明的实施方案的包括调节电路、频率请求电路、驱动信号发生器和锁定信号发生器的另一个示例控制器的功能块图。
图6是根据本发明的实施方案的具有控制器的另一个示例功率转换器的功能块图，所述控制器包括调节电路、频率请求电路和驱动信号发生器。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本发明的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对本发明的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本发明。
贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
功率转换器可以使用控制器以通过感测和控制功率转换器的输出来向电气设备或负载(例如，诸如LED灯)提供输出调节。更具体地，控制器可以耦合到提供关于功率转换器的输出的信息的传感器，以调节递送到LED灯(也称为负载)的输出量。控制器通过响应于来自传感器的输出感测信息而控制开关接通和关断来调节递送到负载的输出量，以将能量脉冲从输入电力的源(诸如电力线)传递到功率转换器输出。此外，控制器响应于输出感测信息与表示输出的期望量的参考之间的比较而调节递送的输出量。
在LED照明应用中，功率转换器调节到LED灯的输出电流。对于调光应用，表示功率转换器应将LED灯调光多少的调光控制信号被提供给控制器。调光可以通过改变提供给LED灯的电流的量来实现。这可以通过修改输出感测信息或表示输出的期望量的参考来实现。
许多照明应用包括调光要求，所述调光要求是低至非调光输出的1％。另外，即使在这些低调光水平下，效率要求也正在增加。为了实现此调光水平，控制器可以减小与输出感测信息比较的、表示输出的期望量的参考来调节(和/或调光)功率转换器的输出。在这些调光水平下，噪声水平可能变得显著并且传统的控制系统可能变得不稳定，特别是如果这些控制系统使用高增益或高带宽控制环路。解决方案通常包括控制器的内部补偿电路或外部补偿电路，但是封装尺寸可以限制用于控制器的引脚的总数，这限制了可以使用的补偿的量。这样，这些控制环路的不稳定性可以在低调光水平下导致可见的闪烁。
本公开内容的实施方案包括具有调节电路、频率请求电路和驱动信号发生器的控制器。所述调节电路接收表示输出量的输出感测信号和表示输出量的期望值的参考，并且提供表示所述输出感测信号是在所述参考以上还是以下的调节信号。所述频率请求电路接收所述调节信号并且确定是否请求增加或减小控制功率转换器的功率开关的接通和关断的驱动信号的频率。
在稳态状况下，当输出接近期望量时，调节信号应在高状态或低状态之间切换。换句话说，调节信号应指示在小于第一时段(TUP)内输出感测在参考以下，并且调节信号应指示在小于第二时段(TDOWN)内输出感测在参考以上。应理解，所述第一时段和第二时段可以基本上相等。在实施方案中，如果在长于第一时段TUP内输出感测小于参考，则频率请求电路输出增加驱动信号的开关频率的请求，这增加接通和关断功率开关的速率。如果在长于第二时段TDOWN内输出感测大于参考，则频率请求电路输出减小驱动信号的开关频率的请求，这减小接通和关断功率开关的速率。
如将所讨论的，驱动信号发生器接收这些请求并且确定驱动信号的频率和导通时间。此外，驱动信号发生器利用导通时间状态机，该状态机响应于请求的频率而确定导通时间。例如，导通时间状态机的每个状态设置驱动信号的固定的导通时间(并且例如，功率开关的导通时间)。当请求的频率已经达到当前状态的最小频率或最大频率时，状态机将转变状态。利用本公开内容的实施方案，控制器可以在低调光水平下避免不稳定性和闪烁。
为了例示，图1示出了根据本发明的实施方案的具有控制器118的示例功率转换器100的图，所述控制器118包括调节电路120、频率请求电路122和驱动信号发生器124。对于所示出的实施例，功率转换器100由控制器118控制，以将能量从功率转换器100的输入传递到输出。所例示的功率转换器100的实施例包括能量传递元件L1 104、功率开关S1 106、输出二极管D1 108、回线(return，返回)109和输出电容器CO 111。功率转换器100被示出为具有升压拓扑，然而应理解，功率转换器的其他已知拓扑和配置也可以受益于本公开内容的教导。此外，所示出的功率转换器100是非隔离式功率转换器，但是应理解，隔离式功率转换器也可以受益于本公开内容的教导。更进一步，具有用以控制隔离式功率转换器的一个或多个功率开关的一个或多个控制器的隔离式功率转换器也可以受益于本公开内容的教导。
图1的控制器118也被示出为包括调节电路120、频率请求电路122和驱动信号发生器124。频率请求电路122包括增加转变块134和减小转变块136。驱动信号发生器124包括频率发生器138、导通时间选择器140和驱动器142。图1中还示出了输入电压VIN 102、输出电压VO 110、输出电流IO 112、输出感测信号OS 116、参考REF 126、调节信号REG 128、增加信号INC 130、减小信号DEC 132、开关信号SW 144、导通时间信号TON 146和驱动信号DR 148。
功率转换器100从未经调节的输入电压VIN 102向负载114提供输出功率。在一个实施例中，输入电压VIN 102是经整流并且经滤波的交流线电压。在另一个实施例中，输入电压VIN 102是直流输入电压。输入VIN 102耦合到能量传递元件L1 104。如所示出的，能量传递元件L1 104是电感器。开关S1 106的一端耦合在能量传递元件L1 104与输出二极管D1 108之间，开关S1 106的另一端耦合到回线109。在一个实施方案中，开关S1 106可以是晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、碳化硅(SiC)基晶体管、氮化镓(GaN)基晶体管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。此外，功率开关S1 106可以包括以共源共栅配置布置的几个晶体管，诸如高压GaN基晶体管和低压Si基晶体管。
回线109提供最低电势点，或换句话说相对于功率转换器100的输入的最低电压点。输出二极管D1 108进一步耦合到输出电容器CO 111和功率转换器100的输出。功率转换器100还包括用以调节输出的电路，在一个实施例中，该输出可以是输出电压VO 110、输出电流IO 112或两者的组合。表示功率转换器100的输出的输出感测信号OS 116被提供给控制器118。
控制器118被耦合为接收表示功率转换器100的输出的输出感测信号OS 116，并且输出驱动信号DR 148以控制功率开关S1 106的接通和关断。如将进一步讨论的，控制器118输出驱动信号DR 148以控制功率开关S1 106，使得调节信号REG 128在一个固定的时间段内在两个状态之间转变。在一个实施例中，控制器118可以被形成为集成电路，该集成电路被制造为混合集成电路或单片集成电路。功率开关S1 106也可以被集成在与控制器118相同的集成电路中，或可以被形成在它自己的集成电路上。此外，应理解，控制器118和功率开关S1 106可以被包括在单个封装件中或可以被实施在单独的封装件中。
如所示出的，控制器118包括调节电路120，该调节电路120被耦合为接收输出感测信号OS 116和参考REF 126。参考REF 126表示功率转换器100的输出的期望值。换句话说，参考REF 126可以表示输出电压VO 110、输出电流IO 112或两者的组合的期望值。在一个实施例中，参考REF 126是恒定值。在另一个实施例中，参考REF 126是可变值。对于调光应用的实施例，参考REF 126的值可以被改变以改变功率转换器100的输出的期望值。在一个实施例中，参考REF 126的值越低，功率转换器100的输出的期望值越低。
调节电路120响应于输出感测信号OS 116和参考REF 126而输出调节信号REG128。换句话说，调节信号REG 128表示输出感测信号OS 116与参考REF 126之间的比较。具体地，调节信号REG 128指示输出感测信号OS 116是大于参考REF 126还是小于参考REF126。如将进一步示出的，调节电路120可以是如图2A中所示出的高增益或高带宽脉冲宽度调制控制电路，或调节电路120可以是如图2B中所示出的比较器。由于调节电路120是高增益或高带宽系统，因此调节信号REG 128在两个值之间切换以指示输出感测信号OS 116是大于参考REF 126还是小于参考REF 126。例如，调节信号REG 128是具有变化长度的逻辑高区段或逻辑低区段的矩形脉冲波形。逻辑高区段可以指示参考REF 126大于输出感测信号OS 116，而逻辑低区段指示输出感测信号OS 116大于参考REF 126，或反之亦然。
频率请求电路122被示出为被配置为接收调节信号REG 128，并且输出增加信号INC 130和减小信号DEC 132。如所示出的，频率请求电路122包括增加转变块134和减小转变块136。增加转变块134被配置为接收调节信号REG 128并且输出增加信号INC 130。增加信号INC 130表示增加驱动信号DR 148的开关频率的请求。在运行中，如果调节信号REG128指示在长于第一时段TUP内输出感测信号OS 116小于参考REF 126，则增加转变块134使增加信号INC 130有效(assert)以请求开关频率的增加。例如，增加信号INC 130的逻辑高值指示增加开关频率的请求，而逻辑低值是没有增加开关频率的请求的指示。
类似地，减小转变块136被配置为接收调节信号REG 128并且输出减小信号DEC132。减小转变块136的输入处的小圆圈指示：在一个实施例中，减小转变块136接收反相的调节信号REG 128。减小信号DEC 132表示减小驱动信号DR 148的开关频率的请求。在运行中，如果调节信号REG 128指示在长于第二时段TDOWN内输出感测信号OS 116大于参考REF126，则减小转变块136使减小信号DEC 132有效以请求开关频率的减小。例如，减小信号DEC132的逻辑高值指示减小开关频率的请求，而逻辑低值是没有减小开关频率的请求的指示。在一些实施例中，增加转变块134和减小转变块136二者都可以包括计时器(或计数器)和比较器，以确定调节信号REG 128是否指示在至少第一时段TUP内输出感测信号OS 116小于参考REF 126或在至少第二时段TDOWN内输出感测信号OS 116大于参考REF 126。第一时段TUP和第二时段TDOWN的持续时间可以由控制环路的带宽确定。在一个实施方案中，第一时段TUP和第二时段TDOWN基本上相同。此外，第一时段TUP和第二时段TDOWN可以是从一个或多个值修整或选择的，并且该选择可以基于控制环路的带宽。在一个实施方案中，第一时段TUP和第二时段TDOWN可以基本上等于1毫秒(ms)、2ms、4ms或5ms。
驱动信号发生器124接收增加信号INC 130和减小信号DEC 132，并且被配置为输出驱动信号DR 148。如所示出的，频率发生器138接收增加信号INC 130和减小信号DEC132，并且被配置为响应于增加信号INC 130和减小信号DEC 132而输出开关信号SW 144。在一个实施方案中，频率发生器138响应于增加信号INC 130或减小信号DEC 132而确定开关信号SW 144(并且因此确定驱动信号DR 148)的频率。如果使增加信号INC 130有效，则频率发生器138增加开关信号SW 144的频率。如果使减小信号DEC 132有效，则频率发生器138减小开关信号SW 144的频率。开关信号SW 144是具有与功率开关S1 106的导通时间和断开时间对应的高区段和低区段的长度的矩形脉冲波形。在一个实施例中，低区段与功率开关S1106的断开时间对应，而高区段与功率开关S1 106的导通时间对应，或反之亦然。
驱动器142被耦合为接收开关信号SW 144并且生成驱动信号DR 148以接通和关断功率开关S1 106。驱动信号DR 148是高区段和低区段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，高区段与接通功率开关S1 106对应，并且低区段与关断功率开关S1 106对应。驱动信号DR148的频率和周期响应于开关信号SW 144的频率和周期。此外，由驱动信号DR 148指示的导通时间也响应于开关信号SW 144的导通时间。应理解，驱动信号DR 148和开关信号SW 144的开关周期TSW可以是相应的信号的连续上升沿或连续下降沿之间的时间。此外，开关频率fSW是开关周期的倒数，或在数学上：
Figure BDA0003058171770000081
应理解，驱动信号DR 148的属性基本上类似于开关信号SW 144，然而，与开关信号SW 144相比，驱动信号DR 148的高区段和低区段的幅度可以变化，这取决于功率开关S1 106的驱动特征。
导通时间选择器140被配置为接收开关信号SW 144，并且响应于开关信号SW 144的开关频率fSW(或周期TSW)而输出导通时间信号TON 146。导通时间选择器140被配置为确定开关信号SW 144和驱动信号DR 148二者的导通时间TON。如参考图4将进一步示出的，导通时间选择器140包括具有至少两个状态的状态机。每个状态与驱动信号DR 148和开关信号SW 144的导通时间TON的值对应。导通时间选择器140响应于开关信号SW 144的开关频率fSW的值而在状态之间转变。如果开关信号SW 144的开关频率fSW达到当前状态的最小频率fMIN，则导通时间选择器140转变到具有较短的导通时间TON的状态。如果开关信号SW 144的开关频率fSW达到当前状态的最大频率fMAX，则导通时间选择器140转变到具有较长的导通时间的状态。对于每个状态转变，由于不同的导通时间，开关信号SW 144的开关频率fSW也按奇偶性因子(parity factor)N被调整以维持状态之间的功率奇偶性。对于一个示例状态机，每个状态可以已经设置一个导通时间，该导通时间是先前状态导通时间的两倍。这样，对于具有升压拓扑的功率转换器100，当转变到具有的导通时间是先前导通时间的两倍的状态时，基本上维持功率奇偶性的奇偶性因子将开关频率降低四倍，或当转变到具有的导通时间是先前导通时间的一半的状态时，基本上维持功率奇偶性的奇偶性因子将开关频率增加四倍。对于该实施例，奇偶性因子基本上等于四。导通时间选择器140将表示由状态机确定的导通时间的导通时间信号TON 146输出到频率发生器138。频率发生器138输出具有通过导通时间选择器140经由导通时间信号TON 146提供的导通时间的开关信号SW 144。此外，频率发生器138可以调整开关信号SW 144的开关频率fSW以维持功率奇偶性，如上文所讨论的。
在运行中，调节信号REG 128指示由输出感测信号OS 116提供的输出是大于参考REF 126还是小于参考REF 126。如果在长于第一时段TUP内输出感测信号OS 116小于参考REF 126，则增加转变块134使增加信号INC 130有效以增加开关信号SW 144和驱动信号DR148的开关频率fSW。如果在长于第二时段TDOWN内输出感测信号OS 116大于参考REF 126，则减小转变块136使减小信号DEC 132有效以减小开关信号SW 144和驱动信号DR 148的开关频率fSW。频率发生器138分别地响应于有效的增加信号INC 130或减小信号DEC 132而增加或减小开关信号SW 144的开关频率fSW。开关信号SW 144的开关频率fSW的增加或减小可以持续地发生，或可以作为一系列减小阶跃函数发生。此外，增加或减小可以是线性的或指数的。导通时间选择器140响应于开关信号SW 144的开关频率fSW而确定开关信号SW 144(并且因此确定驱动信号DR 148)的导通时间。如果开关信号SW 144的开关频率fSW达到最小频率fMIN，则减小导通时间。如果开关信号SW144的开关频率fSW达到最大频率fMAX，则增加导通时间。为了增加或减小导通时间TON，减小或增加开关频率以维持功率转换器100的一致的功率奇偶性。这样，对于功率转换器100，具有频率请求电路122的控制器118可以减小不稳定性并且减小闪烁。
图2A例示了调节电路220，该调节电路220是图1中所示出的调节电路120的一个实施例。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。图2A中所示出的调节电路220包括跨导放大器221、积分器223和比较器225。示例调节电路220可以是PWM调节的一个实施例，在该实施例中，输出感测信号OS 116与参考REF126之间的差异确定调节信号REG 128的逻辑高区段和逻辑低区段的持续时间。此外，在一个实施例中，调节电路220的增益或带宽可以被选择为足够高，使得输出感测信号OS 116与参考REF 126之间的任何差异将启动调节信号REG 128的转变。
跨导放大器221被耦合为接收输出感测信号OS 116和参考REF 126。对于所示出的实施例，跨导放大器221在其非反相输入处接收输出感测信号OS 116并且在其反相输入处接收参考REF 126。跨导放大器的输出是表示输出感测信号OS 116与参考REF 126之间的差异乘以增益因子gm的电流信号。在一个实施例中，跨导放大器221的增益可以是高的，使得跨导放大器221根据输出感测信号OS 116是大于参考REF 126还是小于参考REF 126而饱和到其最小输出或最大输出。积分器223被配置为接收跨导放大器221的输出电流并且输出电压信号。从积分器223输出的电压信号表示输出感测信号OS 116与参考REF 126之间的差异。
比较器225被配置为接收积分器223的输出和斜坡信号RAMP 227。如所示出的，比较器225被耦合为在其非反相输入处接收积分器223的输出并且在其反相输入处接收斜坡信号RAMP 227。比较器225的输出是调节信号REG 128。如果积分器223的输出大于斜坡信号RAMP 227，则调节信号REG 128是逻辑高值，并且如果积分器223的输出小于斜坡信号RAMP227，则调节信号REG 128是逻辑低。对于所示出的实施例，调节信号REG 128是固定频率的PWM信号，并且占空比表示输出感测信号OS 116与参考REF 123之间的差异。对于PWM调节电路220，调节信号REG 128的值将与驱动信号DR 148的导通时间或占空比对应。然而，由于调节电路220是高增益/带宽系统，因此调节信号REG 128在其最小值和最大值之间切换，与最小导通时间或占空比或最大导通时间或占空比对应。这样，调节信号REG 128与输出感测信号OS 116是在参考REF 126以上还是在参考REF 126以下对应。
在运行中，调节信号REG 128响应于输出感测信号OS 116与参考REF 126之间的差异而将值改变为逻辑高或逻辑低。对于所示出的实施例，调节信号REG 128在输出感测信号OS 116小于参考REF 126时是逻辑高并且在输出感测信号OS 116大于参考REF 126时是逻辑低。这样，调节信号REG 128中的逻辑高值指示功率转换器100的输出小于输出的期望值，而逻辑低值指示功率转换器100的输出大于输出的期望值。
在稳态状况下，当输出接近期望量时，调节信号128应在高状态或低状态之间切换。换句话说，调节信号128应指示在小于第一时段TUP内输出感测信号OS 116在参考REF126以下，并且调节信号128应指示在小于第二时段TDOWN内输出感测信号在参考REF 126以上。应理解，第一时段和第二时段可以基本上相等。
如果调节信号REG 128指示在长于第一时段TUP内功率转换器100的输出小于期望值，则频率请求电路122请求增加驱动信号DR 148的开关频率fSW。开关频率fSW的增加将增加功率开关S1 106被接通和关断的速率。如果调节信号REG 128指示在长于第二时段TDOWN内功率转换器100的输出大于期望值，则频率请求电路122请求减小驱动信号DR 148的开关频率fSW。开关频率fSW的减小将减小功率开关S1 106被接通和关断的速率。
图2B例示了另一个示例调节电路220，该调节电路220是图1中所示出的调节电路120的一个实施例。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。对于所示出的实施例，调节电路220由比较器220示例，该比较器220被配置为接收参考REF126和输出感测信号OS 116。如所示出的，比较器220在其非反相输入处接收参考REF 126并且在其反相输入处接收输出感测信号OS 116。比较器220的输出是调节信号REG 128。
在运行中，调节信号REG 128在输出感测信号OS 116小于参考REF 126时是逻辑高并且在输出感测信号OS 116大于参考REF 126时是逻辑低。这样，调节信号REG 128中的逻辑高值指示功率转换器100的输出小于输出的期望值，而逻辑低值指示功率转换器100的输出大于输出的期望值。
在稳态状况下，当输出接近期望量时，调节信号128应在高状态或低状态之间切换。换句话说，调节信号128应指示在小于第一时段TUP内输出感测信号OS 116在参考REF126以下，并且调节信号128应指示在小于第二时段TDOWN内输出感测信号在参考REF 126以上。应理解，第一时段和第二时段可以基本上相等。
如果调节信号REG 128指示在长于第一时段TUP内功率转换器100的输出小于期望值，则频率请求电路122请求增加驱动信号DR 148的开关频率fSW。开关频率fSW的增加将增加功率开关S1 106被接通和关断的速率。如果调节信号REG 128指示在长于第二时段TDOWN内功率转换器100的输出大于期望值，则频率请求电路122请求减小驱动信号DR 148的开关频率fSW。开关频率fSW的减小将减小功率开关S1 106被接通和关断的速率。
图3例示了调节信号REG 128、增加信号INC 130、减小信号DEC 132的时序图300。此外，还示出了随时间的开关信号SW 144和驱动信号DR 148的频率fSW 347的值。对于所示出的实施例，调节信号REG是可变频率信号，然而，应理解，示例调节信号REG 128也可以是固定频率信号。
在时间t0处，调节信号REG 128转变到指示参考REF 126大于输出感测信号OS116——或换句话说，功率转换器100的输出小于期望值——的逻辑高值。如所示出的，增加信号INC 130和减小信号DEC 132二者都是逻辑低，指示这些信号还未有效，并且开关信号SW 144和/或驱动信号DR 148的开关频率fSW 347保持在其初始值f0 351处。
在时间t1处，调节信号REG 128已经保持逻辑高达第一时段TUP 334，指示在大于第一时段TUP 334内功率转换器100的输出小于期望值。这样，使增加信号INC 130有效。对于所示出的实施例，增加信号INC 130转变到逻辑高值。减小信号DEC 132保持无效和逻辑低。响应于增加信号INC 130，开关信号SW 144和/或驱动信号DR 148的开关频率fSW 347从其初始值f0 351增加。如所示出的，开关频率fSW 347继续增加直到增加信号INC 130在时间t2处不有效(例如，转变到逻辑低值)为止。然而，如果开关频率fSW 347达到最大频率FMAX349，则开关频率fSW 347也可以按奇偶性因子N减小。在一个实施例中，如果开关频率fSW347达到最大频率FMAX 349，则驱动信号发生器124经由导通时间选择器140转变到具有用于开关信号SW 144和驱动信号DR 148的较长的导通时间TON的下一个状态，并且开关频率fSW 347按奇偶性因子N减小。在一个实施例中，最大频率FMAX 349可以基本上等于100kHz。由于设计的分辨率，可以选择最大频率FMAX 349。此外，可以选择最大频率FMAX 349，使得开关频率fSW 347的增加将不到1％的附加功率提供给功率转换器的输出。
在时间t2处，调节信号REG 128转变到逻辑低值，指示输出感测信号OS 116大于参考REF 126，或换句话说，功率转换器100的输出大于期望值。增加信号INC 130被无效(deassert)并且转变到逻辑低值。因为第二时段TDOWN 336还未过去，所以减小信号DEC132保持无效。此外，开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t2处达到的值处。
在时间t3处，调节信号REG 128已经保持逻辑低达第二时段TDOWN 336，指示在大于第二时段TDOWN 336内功率转换器100的输出大于期望值。这样，使减小信号DEC 132有效。对于所示出的示例，减小信号DEC 132转变到逻辑高值。增加信号INC 130保持无效和逻辑低。响应于减小信号DEC 132，开关信号SW 144和/或驱动信号DR 148的开关频率fSW 347减小。如所示出的，开关频率fSW 347继续减小直到减小信号DEC 132在时间t4处不有效(例如，转变到逻辑低值)为止。然而，如果开关频率fSW 347达到最小频率FMIN 350，则开关频率fSW 347也可以按奇偶性因子N增加。在一个实施例中，如果开关频率fSW 347达到最小频率FMIN 350，则驱动信号发生器124经由导通时间选择器140转变到具有用于开关信号SW 144和驱动信号DR 148的较短的导通时间TON的下一个状态，并且开关频率fSW 347按奇偶性因子N增加。在一个实施例中，最小频率FMIN 350可以基本上等于18kHz。可以选择最小频率FMIN 350以避免可听噪声范围。
在时间t4处，调节信号REG 128转变到逻辑高值，指示输出感测信号OS 116小于参考REF 126，或换句话说，功率转换器100的输出小于期望值。减小信号DEC 132被无效并且转变到逻辑低值。因为第一时段TUP 334还未过去，所以增加信号INC 130保持无效。此外，开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t4处达到的值处。
类似于时间t1，在时间t5处，调节信号REG 128已经保持逻辑高达第一时段TUP 334并且增加信号INC 130有效。减小信号DEC 132保持无效和逻辑低。响应于增加信号INC130，开关频率fSW 347从其在时间t4处的值增加。如所示出的，开关频率fSW 347继续增加直到增加信号INC 130在时间t6处不有效为止。
类似于时间t2，在时间t6处，调节信号REG 128转变到逻辑低值，指示输出感测信号OS 116大于参考REF 126。增加信号INC 130被无效并且转变到逻辑低值。因为第二时段TDOWN 336还未过去，所以减小信号DEC 132保持无效。此外，开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t6处达到的值处。
类似于时间t3，在时间t7处，调节信号REG 128保持逻辑低达第二时段TDOWN 336并且减小信号DEC 132有效。增加信号INC 130保持无效和逻辑低。响应于减小信号DEC 132，开关信号SW 144和/或驱动信号DR 148的开关频率fSW 347减小。如所示出的，开关频率fSW347继续减小直到减小信号DEC 132在时间t8处不有效为止。
在时间t8处，调节信号REG 128转变到逻辑高值，指示输出感测信号OS 116小于参考REF 126。减小信号DEC 132被无效并且转变到逻辑低值。因为第一时段TUP 334还未过去，增加信号INC 130保持无效。此外，开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t8处达到的值处。
在时间t9处，调节信号REG 128转变到逻辑低值，指示输出感测信号OS 116大于参考REF 126。增加信号INC 130保持无效，因为调节信号REG 128在超过第一时段TUP 334的持续时间内不是逻辑高。如图3中所示出的，在时间t9之后并且在时间t10之前，调节信号REG128正在逻辑高值与逻辑低值之间切换。然而，调节信号REG 128是逻辑高的持续时间不超过第一时段TUP 334，并且调节信号REG 128是逻辑低的持续时间不超过第二时段TDOWN336。这样，增加信号INC 130或减小信号DEC 132都不有效并且开关频率fSW 347保持在值f1352处，该值f1 352是在时间t8处开关频率fSW 347达到的值。对于此实施例，值f1 352大于初始值f0 351。
在时间t10处，因为调节信号REG 128在大于第二时段TDOWN 336的持续时间内是逻辑低，所以减小信号DEC 132再一次有效，并且开关频率fSW 347从值f1 352减小。
在时间t11处，当调节信号REG 128转变到逻辑高值时，减小信号DEC 132被无效。如所示出的，在第一时段TUP 334已经过去之前调节信号REG 128转变到逻辑低值，并且增加信号INC 130保持无效。开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t11处达到的值处。
在时间t12处，因为调节信号REG 128在大于第二时段TDOWN 336的持续时间内是逻辑低，所以减小信号DEC 132再一次有效，并且开关频率fSW 347从开关频率fSW 347在时间t11处达到的值减小。
在时间t13处，当调节信号REG 128转变到逻辑高值时，减小信号DEC 132再次被无效。开关频率fSW 347保持恒定在其在时间t13处达到的值处，该值被示出为值f2 353。在时间t13之后，调节信号REG 128在逻辑高值与逻辑低值之间切换，并且调节信号REG 128是逻辑高的持续时间不超过第一时段TUP 334，并且调节信号REG 128是逻辑低的持续时间不超过第二时段TDOWN 336。这样，增加信号INC 130或减小信号DEC 132都不有效并且开关频率fSW347保持在值f2 353处，该值f2 353是在时间t13处开关频率fSW 347达到的值。对于此实施例，值f2 353小于初始值f0 351。
图4例示了状态机400，该状态机400是由图1的导通时间选择器140实施的一个示例状态机。状态机400被示出为包括三个状态：第一状态454、第二状态455和第三状态456。然而，应理解，可以利用两个或更多个状态。每个状态对于在最小频率FMIN 350和最大频率FMAX 349之间的一系列开关频率fSW设置开关信号SW 144的固定的导通时间TON，这导致在确定的频率下驱动信号DR 148和功率开关S1 106的导通时间。
第一状态454设置开关信号SW 144的导通时间，并且因此将驱动信号DR 148和功率开关S1 106设置为第一导通时间T1。如果开关信号SW 144的开关频率fSW在最小频率FMIN350和最大频率FMAX 349之间，则导通时间选择器140保持在第一状态454。然而，如果开关信号SW 144的开关频率fSW达到最大频率FMAX 349，则导通时间选择器140转变到第二状态455。
第二状态455设置开关信号SW 144的导通时间，并且因此将驱动信号DR 148和功率开关S1 106设置为第二导通时间T2。在一个实施例中，第二导通时间T2大于第一导通时间T1。此外，第二导通时间T2可以是第一导通时间T1的两倍。对于状态转变，频率发生器138响应于导通时间选择器140提供的导通时间TON而改变开关信号SW144的开关频率fSW。换句话说，频率发生器138响应于导通时间选择器140的状态而改变开关信号SW 144的开关频率fSW。对于所示出的实施例，当转变到具有较长的导通时间的状态时，开关频率fSW按奇偶性因子N减小。对于从第一状态454到第二状态455的转变，开关频率fSW被设置为最大频率FMAX349除以奇偶性因子N。应理解，为奇偶性因子N选择的值至少部分地取决于为最大频率FMAX349选择的值和为每个状态选择的导通时间。对于所示出的实施例，与先前状态比较，每个状态的导通时间TON加倍。这样，奇偶性因子将基本上等于四。此外，选择奇偶性因子N以在状态之间转变时维持功率转换器100的输出的功率奇偶性。
如果当在第二状态455中时开关频率fSW达到最小频率FMIN 350，则状态机400从第二状态455返回到第一状态454。如先前所提及的，第一状态454将开关信号SW 144的导通时间设置为第一导通时间T1。此外，对于到具有较短的导通时间的状态的转变，开关频率fSW按奇偶性因子N增加。对于从第二状态455到第一状态454的转变，开关频率fSW被设置为最小频率FMIN 350乘以奇偶性因子N。
如果当在第二状态455中时开关频率fSW达到最大频率FMAX 349，则状态机400从第二状态455转变到第三状态456。第三状态456设置开关信号SW 144的导通时间，并且因此将驱动信号DR 148和功率开关S1 106设置为第三导通时间T3。在一个实施例中，第三导通时间T3大于第二导通时间T2，该第二导通时间大于第一导通时间T1。此外，第三导通时间T3可以是第二导通时间T2的两倍，并且是第一导通时间T1的四倍。对于从第二状态455到第三状态456的转变，开关频率fSW被设置为最大频率FMAX 349除以奇偶性因子N。
如果当在第三状态456中时开关频率fSW达到最小频率FMIN 350，则状态机400从第三状态456返回到第二状态455。如先前所提及的，第二状态455将开关信号SW 144的导通时间设置为第二导通时间T2。此外，对于到具有较短的导通时间的状态的转变，开关频率fSW按奇偶性因子N增加。对于从第三状态456到第二状态455的转变，开关频率fSW被设置为最小频率FMIN 350乘以奇偶性因子N。对于所示出的实施例，最小频率FMIN 350的值和最大频率FMAX 349的值对于每个状态基本上相同。然而，应理解，每个状态可以被最小频率FMIN的不同的值和最大频率FMAX的不同的值限制。另外，在最小频率FMIN和最大频率FMAX 349除以奇偶性因子N(例如FMAX/N)之间可以存在差异以提供迟滞来使状态机稳定。
图5例示了另一个示例控制器518，该控制器518包括调节电路120、频率请求电路122和驱动信号发生器124。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述那样耦合和起作用。然而，至少一个区别是控制器518还包括锁定发生器电路558，该锁定发生器电路558被配置为从调节电路120接收调节信号REG 128并且将锁定信号LOCK 560输出到驱动信号发生器124。锁定发生器电路558还被配置为接收功率转换器100的参考REF 126、输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102中的一个或多个。在实施方案中，锁定发生器电路558被配置为监测调节信号REG 128和参考REF 126、输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102中的至少一个或多个，以确定锁定信号LOCK 560是否应有效。锁定信号LOCK 560表示锁定或保持由驱动信号发生器124的频率发生器138确定的开关频率fSW的值。有效的锁定信号LOCK 560将锁定或保持由频率发生器138确定的开关频率fSW的值，不管是增加信号INC 130有效还是减小信号DEC 132有效。
在一个实施例中，锁定发生器电路558包括稳态转变检测电路562和锁存器564。稳态转变检测电路562被配置为接收调节信号REG 128并且将信号输出到锁存器564的设置输入。稳态转变检测电路562输出的信号表示确定控制器518和功率转换器100已经达到稳态状况。对于所例示的实施例，稳态转变检测电路562监测调节信号REG 128以确定控制器518和功率转换器100是否已经达到稳态状况。在一个实施方案中，如果调节信号REG 128在第一时段TUP和第二时段TDOWN内在逻辑高区段和逻辑低区段之间转变，则稳态转变检测电路562确定功率转换器100处于稳态。此外，如果调节信号REG 128在至少一个固定时段内在第一时段TUP和第二时段TDOWN内在逻辑高区段和逻辑低区段之间转变，则稳态转变检测电路562确定功率转换器100处于稳态。一旦稳态转变检测电路562确定功率转换器100处于稳态状况，稳态转变检测电路562就输出信号以设置锁存器564，该锁存器564使锁定信号LOCK560有效以锁定或保持频率发生器138。
响应于参考REF 126、输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102中的一个或多个，锁定信号LOCK 560被无效并且解锁或解除保持频率发生器138。如所示出的，锁存器564的复位输入被配置为接收参考REF 126、输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102中的一个或多个。在运行中，如果参考REF 126、输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102中的任一个的改变发生，则锁存器564被复位并且锁定信号LOCK 560被无效。应理解，如果锁定发生器电路558未被配置为接收输出感测信号OS 116或输入电压VIN 102，则仅参考REF 126的改变将复位锁存器564，并且对于其他信号反之亦然。然而，在一个实施方案中，锁存器564接收所有三个信号以确定锁定信号LOCK 560是否应被无效。在另一个实施方案例中，锁定信号LOCK560最初有效，并且如果参考REF 126改变，则锁定信号LOCK 560解锁。在一个实施例中，参考REF 126由于输出的调光水平的改变而改变。
图6例示了根据所公开的实施方案的包括第三控制器654的另一个示例功率转换器600。对于所示出的实施例，第三控制器654被示出为接收负载电流感测信号IS 664、恒定电流参考CCREF 670和感测到的贮存电压VR 667，并且输出第三驱动信号DR3 660以控制调节器电路642的第三功率开关S3 646。应理解，第三控制器654是如上文所讨论的控制器118或控制器518的一个实施例，并且至少包括如上文所讨论的调节电路、频率发生器和驱动信号发生器。此外，负载电流感测信号IS 664是输出感测信号OS 116的一个实施例，恒定电流参考CCREF 670是参考REF 126的一个实施例，感测到的贮存电压VR 667是输入电压VIN 102的一个实施例，第三驱动信号DR3 660是驱动信号DR 148的一个实施例，第三功率开关S3646是功率开关S1 106的一个实施例，并且调节器电路642是功率转换器100的一个实施例，如关于图1、图2A、图2B、图3、图4和图5所示出的和所讨论的。这样，应理解，第三控制器654如上文根据本公开内容的实施方案所讨论的那样被配置和起作用。
图6的功率转换器600包括第一控制器652和第二控制器650。此外，第二控制器包括第三控制器654。如所示出的功率转换器600是从一个输入向第一输出和第二输出提供能量的多输出功率转换器。此外，功率转换器600是具有隔离的多输出功率转换器。功率转换器600具有彼此电流隔离的初级(例如，输入)侧和次级(例如，输出)侧。如所示出的，功率转换器600的初级侧的电路以输入回线613为参考，而次级侧的电路以输出回线617为参考。能量传递元件T1 606传递能量并且提供初级侧与次级侧之间的电流隔离。对于所示出的实施例，第一控制器652以输入回线613为参考并且控制功率转换器600的初级侧的第一功率开关S1 614。第二控制器650和第三控制器654以输出回线617为参考并且分别控制功率转换器600的次级侧的第二开关S2和第三开关S3 646。
功率转换器600从未经调节的输入电压VIN 602向负载628提供输出电力，在一个实施例中，该未经调节的输入电压VIN 602是经整流的交流线电压或经整流并且经滤波的交流线电压。功率转换器600被耦合为接收输入电压VIN 602并且提供经调节的输出。通常，功率转换器600的输出是输出电压VO 630、输出电流IO 632或两者的组合。在功率转换器600的初级侧上是由第一控制器652控制的第一功率开关S1614。第一控制器652控制功率开关S1614的一个或多个开关参数以控制由能量传递元件T1 606传递的能量量。如所示出的，箝位电路604被示出为耦合在能量传递元件T1 606的输入绕组608两端，并且可以被配置为限制第一功率开关S1 614上的电压。此外，第一控制器652与第二控制器650通信。如所示出的，第一控制器652可以经由通信链路657从第二控制器650接收请求信号REQ 656。通信链路657使用电感耦合件(诸如变压器或耦合电感器)、光耦合器、电容耦合件或其他维持电流隔离的设备提供电流隔离。
第一控制器652被配置为接收请求信号REQ 656并且输出第一驱动信号DR1 658以控制第一功率开关S1 614的开关。如将进一步讨论的，请求信号REQ 656响应于功率转换器600的一个或多个感测到的输出。在一个实施例中，第一驱动信号DR1 658是具有变化的持续时间的逻辑高区段和逻辑低区段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，第一驱动信号DR1658中的逻辑高值接通第一功率开关S1 614，而逻辑低值关断第一功率开关S1 614。逻辑高区段的持续时间可以被称为导通时间，而逻辑低区段的持续时间可以被称为第一功率开关S1 614的断开时间。导通时间和断开时间的总和可以被称为开关周期，该开关周期是第一功率开关S1 614的开关频率的倒数。第一控制器652还被示出为接收表示功率转换器的输入电压VIN 602的输入感测信号615。响应于输入感测信号615，第一控制器652可以改变第一驱动信号DR1 658的一个或多个参数。
在一个实施例中，第一控制器652和第二控制器650控制第一功率开关S1 614，使得功率转换器600的输入电流通过按一个因子与输入电压VIN 602成比例，该因子在整个半线周期内基本上固定，以维持功率因子。此外，第一控制器652和第二控制器650控制第一功率开关S1 614以调节输出电压VO 630、输出电流IO 632或两者的组合。能量传递元件T1 606被示出为两个输出绕组——耦合到第一输出的第一输出绕组610和耦合到第二输出的第二输出绕组612。输出整流器D1 616耦合到第一输出绕组610，而第二开关S2 620耦合到输出整流器D1 616。在一个实施例中，第二开关S2 620是直通FET(passFET)，然而第二开关S2620也可以是同步整流器。第二开关S2 620的开关操作由第二控制器650控制，以向负载628提供经调节的输出电压VO 630、输出电流IO 632或两者的组合。第二控制器650接收多个输出感测信号以确定第二开关S2 620的开关操作，诸如表示第一输出电压(例如，输出电容器CO 626两端的输出电压VO 630)的反馈信号FB 665和表示第二输出电压(例如，贮存电容器CRES 638两端的贮存电压VRES 640)的贮存感测VR 667。第二控制器650还被配置为接收表示功率转换器600的负载电流IL 634的负载感测信号IS 664。如所示出的，电阻器622和电阻器624串联地耦合在输出电容器CO 626两端并且向第二控制器650提供反馈信号FB 665。电流感测电阻器636可以串联地耦合到负载628以提供负载电流感测信号IS 664。第二控制器650输出第二驱动信号DR2 641，该第二驱动信号DR2 641控制直通开关(pass switch)S2620的开关以控制到功率转换器600的第一输出(例如，输出电容器CO 626两端的电压)的能量递送。
功率转换器600还包括耦合在功率转换器600的多个输出之间的调节器电路642。第二控制器650包括输出第三驱动信号DR3 660的第三控制器654，该第三驱动信号DR3 660控制第三功率开关S3 646的开关以控制从功率转换器600的第二输出(例如，贮存电容器CRES 638)到功率转换器600的第一输出(例如，输出电容器CO 626)的能量递送。
第二控制器650被示出为包括请求控制装置668和第二驱动信号发生器671。请求控制装置668被示出为被配置为接收反馈信号FB 665和负载电流感测信号IS并且输出请求信号REQ 656。请求信号REQ 656可以包括响应于反馈信号FB 665和/或负载电流感测信号IS而生成的请求事件，并且指示第一控制器652应接通第一功率开关S1 614。请求信号REQ656可以是脉跳到逻辑高值并且迅速返回到逻辑低值的矩形脉冲波形。逻辑高脉冲可以被称为请求事件。请求事件的上升沿(或下降沿)之间的时间可以被称为请求周期TREQ，并且请求频率fREQ是请求周期TREQ的倒数。请求事件的请求频率fREQ(并且因此请求周期TREQ)可以响应于反馈信号FB 665和/或负载电流感测信号IS。然而，应理解，请求控制装置668可以接收被用来输出请求信号REQ 656的附加的信号或甚至其他信号。
第二驱动信号发生器671被配置为接收反馈信号FB 665和负载电流感测信号IS664并且生成第二驱动信号DR2 641。第二驱动信号DR2 641控制第二开关S2 620的接通和关断。在一个实施例中，第二驱动信号DR2 641是具有变化的持续时间的逻辑高区段和逻辑低区段的矩形脉冲波形。逻辑高区段可以对应于接通的开关，而逻辑低区段可以对应于关断的开关。为了调节提供给负载628的输出，第二控制器650可以结合发送请求信号REQ 656经由第二驱动信号DR2 641改变第二驱动信号DR2 641的一个或多个开关参数。示例参数可以包括导通时间、断开时间和开关频率/开关周期。
第一控制器652和第二控制器650可以被形成为集成电路的一部分，该集成电路被制造为混合集成电路或单片集成电路。在一个实施例中，第一功率开关S1 614也可以与第一控制器652和第二控制器650集成在单个集成电路封装件中。此外，在一个实施例中，第一控制器652和第二控制器650可以被形成为单独的集成电路。第一功率开关S1 614也可以被集成在与第一控制器652相同的集成电路中，或可以被形成在其自己的集成电路上。此外，应理解，第一控制器652、第二控制器650和第一功率开关S1 614都不必被包括在单个封装件中，并且可以被实施在单独的控制器封装件或组合的封装件/单独的封装件的组合中。
当功率转换器600的瞬时输入功率超过负载628的需求(加上一些损耗)时，第二控制器650控制直通开关S2 620断开以阻止输出电压VO 630超过其期望值。当第一输出绕组610上的直通开关S2 620是打开(即，断开)时，来自输出的剩余能量在第二输出绕组612和第二输出整流器D2 618中产生电流，以将剩余能量存储在贮存电容器CRES 638中。如所示出的，输出整流器D2 618和贮存电容器CRES 638耦合在第二输出绕组612两端。贮存电压VRES640是贮存电容器CRES 638两端的电压，并且以输出回线617为参考。在其他实施例中，输出整流器D2 618可以是由第二控制器650驱动的开关。
调节器电路642耦合在贮存电容器CRES 638与输出电容器CO 626之间。调节器电路642可以是非隔离式功率转换器。图6的实施例例示了用于调节器电路642的升压转换器。然而，在另一个实施例中，降压转换器也可以用于调节器电路642。此外，调节器电路642可以由第三控制器654控制，该第三控制器654根据本公开内容的教导被配置和起作用。对于所示出的实施例，电感器L1 644耦合在贮存电容器CRES 638与第三功率开关S3 646之间。第三功率开关S3 646耦合到输出回线617，而输出整流器D3 648耦合到电感器L1 644和输出电容器CO 626。如上文所提及的，调节器电路642是参考图1、图2A、图2B、图3、图4和图5所例示和所讨论的功率转换器100的一个实施例。第三功率开关S3 646是功率开关S1 106的一个实施例，电感器L1 644是能量传递元件L1 104的一个实施例，输出整流器D3 648是输出整流器D1 108的一个实施例，并且输出电容器CO 626是图1、图2A、图2B、图3和图4的输出电容器CO 111的一个实施例。应理解，根据本公开内容的实施方案，第三功率开关S3 646如关于功率开关S1 106所讨论的那样被控制。
当瞬时输入功率小于负载628的需求加上功率转换电路中的损耗时，调节器电路642从贮存电容器CRES 638接收电流以补充递送到负载628的能量。在一个实施例中，当能量传递元件T1 606向功率转换器的输出(即，负载628)递送比所需的能量多的能量时，贮存电压VRES 640增加。当能量传递元件T1 606向功率转换器600的第一输出递送所需的能量时，贮存电压VRES 640是基本上恒定的，并且当能量传递元件T1 606不递送所需的能量时，贮存电压VRES 640减小。换句话说，当调节器电路642从贮存电容器CRES 638汲取电荷时，贮存电压VRES 640减小。
第三控制器654被包括在第二控制器650中，并且被配置为输出第三驱动信号DR3660以控制第三功率开关S3 646的接通和关断。第三控制器654是如上文所讨论的控制器118或控制器518的一个实施例，并且被配置为接收负载电流感测信号IS 664、恒定电流参考CCREF 670和感测到的贮存电压VR 667。此外，负载电流感测信号IS 664是输出感测信号OS 116的一个实施例，恒定电流参考CCREF 670是参考REF 126的一个实施例，感测到的贮存电压VR 667是输入电压VIN 102的一个实施例，并且第三驱动信号DR3 660是驱动信号DR148的一个实施例。应理解，第三控制器654至少包括关于图1、图2A、图2B、图3、图4和图5所讨论的调节电路、频率发生器和驱动信号发生器，并且根据先前所提及的信号的实施例，利用负载电流感测信号IS 664、恒定电流参考CCREF 670，感测到的贮存电压VR 667来输出第三驱动信号DR3 660。
对本发明的所例示的实施例的以上述描述，包括摘要中所描述的内容，并非意在是穷举的或是对所公开的确切形式的限制。虽然出于例示性目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，各种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供具体示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是用于解释的目的，并且根据本发明的教导，也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。
尽管在权利要求书中限定了本发明，但是应理解，可以根据以下实施例替代地限定本发明：
实施例1.一种用于与功率转换器一起使用的控制器，包括：调节电路，所述调节电路被配置为接收表示所述功率转换器的输出的输出感测信号和表示所述输出的期望值的参考，所述调节电路被配置为响应于所述输出感测信号与所述参考之间的差异而输出调节信号；频率请求电路，所述频率请求电路被配置为接收所述调节信号并且响应于所述调节信号而输出表示增加所述功率转换器的功率开关的开关频率的请求的增加信号和表示减小所述功率开关的所述开关频率的请求的减小信号，所述频率请求电路还包括：增加转变块，所述增加转变块被配置为接收所述调节信号并且输出所述增加信号，当所述调节信号指示在长于第一时段的持续时间内所述输出小于所述期望值时，使所述增加信号有效；以及减小转变块，所述减小转变块被配置为接收所述调节信号并且输出所述减小信号，当所述调节信号指示在长于第二时段的持续时间内所述输出大于所述期望值时，使所述减小信号有效；以及驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被配置为接收所述增加信号和所述减小信号并且输出用于控制所述功率开关的驱动信号，其中所述驱动信号的所述开关频率响应于所述增加信号和所述减小信号。
实施例2.根据实施例1所述的控制器，其中所述调节电路是高带宽脉冲宽度调制调节电路，并且如果所述输出感测信号小于所述参考，则所述调节信号基本上等于第一值，并且如果所述输出感测信号大于所述参考，则所述调节信号基本上等于第二值。
实施例3.根据实施例1或2所述的控制器，所述调节电路还包括：跨导放大器，所述跨导放大器被配置为接收所述输出感测信号和所述参考；积分器，所述积分器被配置为接收所述跨导放大器的输出；以及比较器，所述比较器被配置为接收所述积分器的输出和斜坡信号，其中所述调节信号是从所述比较器输出的。
实施例4.根据实施例1至3中任一个所述的控制器，其中所述调节电路是比较器，并且如果所述输出感测信号小于所述参考，则所述调节信号基本上等于第一值，并且如果所述输出感测信号大于所述参考，则所述调节信号基本上等于第二值。
实施例5.根据实施例1至4中任一个所述的控制器，其中当所述调节信号指示在短于所述第一时段的持续时间内所述功率转换器的所述输出小于所述期望值时，所述增加转变块不使所述增加信号有效。
实施例6.根据实施例1至5中任一个所述的控制器，其中当所述调节信号指示在短于所述第二时段的持续时间内所述功率转换器的所述输出大于所述期望值时，所述减小转变块不使所述减小信号有效。
实施例7.根据实施例1至6中任一个所述的控制器，其中所述第一时段和所述第二时段基本上相等。
实施例8.根据实施例1至7中任一个所述的控制器，所述驱动信号发生器还包括：频率发生器，所述频率发生器被配置为接收所述增加信号和所述减小信号并且输出表示所述功率开关的所述开关频率的开关信号，其中所述开关信号是具有与所述功率开关的导通时间和断开时间对应的导通时间区段和断开时间区段的矩形脉冲波形；以及导通时间选择器，所述导通时间选择器被配置为接收所述开关信号并且输出表示所述功率开关的所述导通时间的导通时间信号，其中所述开关信号的所述导通时间区段响应于所述导通时间信号。
实施例9.根据实施例1至8中任一个所述的控制器，其中所述驱动信号发生器还包括驱动器，所述驱动器被耦合为接收所述开关信号并且输出所述驱动信号。
实施例10.根据实施例1至9中任一个所述的控制器，其中所述导通时间选择器包括状态机，所述状态机被配置为响应于由所述开关信号提供的所述开关频率而确定所述功率开关的所述导通时间。
实施例11.根据实施例1至10中任一个所述的控制器，其中所述状态机包括具有第一固定的导通时间的第一状态、具有第二固定的导通时间的第二状态以及具有第三固定的导通时间的第三状态，其中当所述开关频率基本上等于最大频率时，所述状态机从所述第一状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第三状态，并且其中当所述开关频率基本上等于最小频率时，所述状态机从所述第三状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第一状态。
实施例12.根据实施例1至11中任一个所述的控制器，其中所述第三固定的导通时间大于所述第二固定的导通时间，并且所述第二固定的导通时间大于所述第一固定的导通时间。
实施例13.根据实施例1至12中任一个所述的控制器，其中当从所述第一状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第三状态时，所述开关频率除以奇偶性因子，并且当从所述第三状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第一状态时，所述开关频率乘以所述奇偶性因子。
实施例14.根据实施例1至13中任一个所述的控制器，还包括锁定发生器电路，所述锁定发生器电路被配置为接收所述调节信号，以及所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的输入中的至少一个，并且输出锁定信号，其中所述锁定信号阻止所述开关频率响应于所述增加信号和所述减小信号。
实施例15.根据实施例1至14中任一个所述的控制器，所述锁定发生器电路包括：稳态转变检测电路，所述稳态转变检测电路被配置为接收所述调节信号并且确定所述功率转换器是否处于稳态状况；以及锁存器，所述锁存器耦合到所述稳态转变检测电路，并且被配置为接收所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的所述输入中的至少一个并且输出所述锁定信号，其中响应于所述稳态转变检测电路确定所述功率转换器处于所述稳态状况，使所述锁定信号有效，以及响应于所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的所述输入中的至少一个的改变，使所述锁定信号无效，并且输出所述锁定信号。
实施例16.根据实施例1至15中任一个所述的控制器，其中所述锁定发生器电路响应于所述参考的改变而使所述锁定信号无效。
实施例17.一种用于控制功率转换器的功率开关的方法，包括：接收表示所述功率转换器的输出的输出感测信号；确定所述输出感测信号与表示所述功率转换器的所述输出的期望值的参考之间的差异；确定在大于第一时段的持续时间内所述输出小于所述期望值；响应于确定在大于所述第一时段的所述持续时间内所述输出小于所述期望值而增加所述功率开关的开关频率；确定在大于第二时段的持续时间内所述输出大于所述期望值；以及响应于确定在大于所述第二时段的所述持续时间内所述输出大于所述期望值而减小所述功率开关的所述开关频率。
实施例18.根据实施例17所述的方法，还包括：响应于所述开关频率而确定所述功率开关的导通时间；如果所述开关频率基本上等于最大频率，则增加所述导通时间；以及如果所述开关频率基本上等于最小频率，则减小所述导通时间。
实施例19.根据实施例17或18所述的方法，其中如果所述开关频率基本上等于最大频率则增加所述导通时间还包括：将所述开关频率设置为所述最大频率除以奇偶性因子。
实施例20.根据实施例17至19中任一个所述的方法，其中如果所述开关频率基本上等于最小频率则减小所述导通时间还包括：将所述开关频率设置为所述最小频率乘以奇偶性因子。
实施例21.根据实施例17至20中任一个所述的方法，还包括：如果所述输出感测信号与所述参考之间的差异指示所述功率转换器的稳态状况，则锁定所述开关频率。
实施例22.根据实施例17至21中任一个所述的方法，还包括：响应于所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的输入中的至少一个的改变而解锁所述开关频率。

Claims (22)

1.一种用于与功率转换器一起使用的控制器，包括：
调节电路，所述调节电路被配置为接收表示所述功率转换器的输出的输出感测信号和表示所述输出的期望值的参考，所述调节电路被配置为响应于所述输出感测信号与所述参考之间的差异而输出调节信号；
频率请求电路，所述频率请求电路被配置为接收所述调节信号并且响应于所述调节信号而输出表示增加所述功率转换器的功率开关的开关频率的请求的增加信号和表示减小所述功率开关的所述开关频率的请求的减小信号，所述频率请求电路还包括：
增加转变块，所述增加转变块被配置为接收所述调节信号并且输出所述增加信号，当所述调节信号指示在长于第一时段的持续时间内所述输出小于所述期望值时，使所述增加信号有效；以及
减小转变块，所述减小转变块被配置为接收所述调节信号并且输出所述减小信号，当所述调节信号指示在长于第二时段的持续时间内所述输出大于所述期望值时，使所述减小信号有效；以及
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被配置为接收所述增加信号和所述减小信号并且输出用于控制所述功率开关的驱动信号，其中所述驱动信号的所述开关频率响应于所述增加信号和所述减小信号。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述调节电路是高带宽脉冲宽度调制调节电路，并且如果所述输出感测信号小于所述参考，则所述调节信号基本上等于第一值，并且如果所述输出感测信号大于所述参考，则所述调节信号基本上等于第二值。
3.根据权利要求2所述的控制器，所述调节电路还包括：
跨导放大器，所述跨导放大器被配置为接收所述输出感测信号和所述参考；
积分器，所述积分器被配置为接收所述跨导放大器的输出；以及
比较器，所述比较器被配置为接收所述积分器的输出和斜坡信号，其中所述调节信号是从所述比较器输出的。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述调节电路是比较器，并且如果所述输出感测信号小于所述参考，则所述调节信号基本上等于第一值，并且如果所述输出感测信号大于所述参考，则所述调节信号基本上等于第二值。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中当所述调节信号指示在短于所述第一时段的持续时间内所述功率转换器的所述输出小于所述期望值时，所述增加转变块不使所述增加信号有效。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中当所述调节信号指示在短于所述第二时段的持续时间内所述功率转换器的所述输出大于所述期望值时，所述减小转变块不使所述减小信号有效。
7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述第一时段和所述第二时段基本上相等。
8.根据权利要求1所述的控制器，所述驱动信号发生器还包括：
频率发生器，所述频率发生器被配置为接收所述增加信号和所述减小信号并且输出表示所述功率开关的所述开关频率的开关信号，其中所述开关信号是具有与所述功率开关的导通时间和断开时间对应的导通时间区段和断开时间区段的矩形脉冲波形；以及
导通时间选择器，所述导通时间选择器被配置为接收所述开关信号并且输出表示所述功率开关的所述导通时间的导通时间信号，其中所述开关信号的所述导通时间区段响应于所述导通时间信号。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述驱动信号发生器还包括驱动器，所述驱动器被耦合为接收所述开关信号并且输出所述驱动信号。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述导通时间选择器包括状态机，所述状态机被配置为响应于由所述开关信号提供的所述开关频率而确定所述功率开关的所述导通时间。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述状态机包括具有第一固定的导通时间的第一状态、具有第二固定的导通时间的第二状态以及具有第三固定的导通时间的第三状态，其中当所述开关频率基本上等于最大频率时，所述状态机从所述第一状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第三状态，并且其中当所述开关频率基本上等于最小频率时，所述状态机从所述第三状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第一状态。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中所述第三固定的导通时间大于所述第二固定的导通时间，并且所述第二固定的导通时间大于所述第一固定的导通时间。
13.根据权利要求11所述的控制器，其中当从所述第一状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第三状态时，所述开关频率除以奇偶性因子，并且当从所述第三状态转变到所述第二状态或从所述第二状态转变到所述第一状态时，所述开关频率乘以所述奇偶性因子。
14.根据权利要求1所述的控制器，还包括锁定发生器电路，所述锁定发生器电路被配置为接收所述调节信号，以及所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的输入中的至少一个，并且输出锁定信号，其中所述锁定信号阻止所述开关频率响应于所述增加信号和所述减小信号。
15.根据权利要求14所述的控制器，所述锁定发生器电路包括：
稳态转变检测电路，所述稳态转变检测电路被配置为接收所述调节信号并且确定所述功率转换器是否处于稳态状况；以及
锁存器，所述锁存器耦合到所述稳态转变检测电路，并且被配置为接收所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的所述输入中的至少一个并且输出所述锁定信号，其中响应于所述稳态转变检测电路确定所述功率转换器处于所述稳态状况，使所述锁定信号有效，以及响应于所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的所述输入中的至少一个的改变，使所述锁定信号无效，并且输出所述锁定信号。
16.根据权利要求14所述的控制器，其中所述锁定发生器电路响应于所述参考的改变而使所述锁定信号无效。
17.一种用于控制功率转换器的功率开关的方法，包括：
接收表示所述功率转换器的输出的输出感测信号；
确定所述输出感测信号与表示所述功率转换器的所述输出的期望值的参考之间的差异；
确定在大于第一时段的持续时间内所述输出小于所述期望值；
响应于确定在大于所述第一时段的所述持续时间内所述输出小于所述期望值而增加所述功率开关的开关频率；
确定在大于第二时段的持续时间内所述输出大于所述期望值；以及
响应于确定在大于所述第二时段的所述持续时间内所述输出大于所述期望值而减小所述功率开关的所述开关频率。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
响应于所述开关频率而确定所述功率开关的导通时间；
如果所述开关频率基本上等于最大频率，则增加所述导通时间；以及
如果所述开关频率基本上等于最小频率，则减小所述导通时间。
19.根据权利要求18所述的方法，其中如果所述开关频率基本上等于最大频率则增加所述导通时间还包括：将所述开关频率设置为所述最大频率除以奇偶性因子。
20.根据权利要求18所述的方法，其中如果所述开关频率基本上等于最小频率则减小所述导通时间还包括：将所述开关频率设置为所述最小频率乘以奇偶性因子。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括：
如果所述输出感测信号与所述参考之间的差异指示所述功率转换器的稳态状况，则锁定所述开关频率。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括：
响应于所述参考、所述输出感测信号或所述功率转换器的输入中的至少一个的改变而解锁所述开关频率。
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