CN115149823A - 控制电路、对应的电子转换器设备及其操作方法 - Google Patents

控制电路、对应的电子转换器设备及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种控制电路、对应的电子转换器设备及其操作方法。一种用于控制电子转换器的开关级的控制电路包括被配置为提供驱动信号的第一端子和被配置为接收第一反馈信号的第二端子。第三端子接收第二反馈信号，并且驱动器电路根据PWM信号提供驱动信号。PWM信号发生器电路根据第一反馈信号、参考阈值以及第二反馈信号或斜率补偿信号生成PWM信号。控制电路被配置为感测输入信号，提供第一补偿参数，并且根据输入感测信号的幂提供第一补偿信号。

Description

控制电路、对应的电子转换器设备及其操作方法
技术领域
本说明书涉及具有多种电路拓扑的电子转换器电路，诸如反激式拓扑或降压升压拓扑。
一个或多个实施例可以适合于在宽值范围内调节转换器电路的输出电压。例如，在如下的一组应用中可能就是这种情况：这些应用设想被提供电源的电气负载值的充分可变性。
背景技术
诸如AC/DC或DC/DC开关模式电源等电源电路在本领域中是众所周知的。电子转换器的种类很多，主要分为隔离型转换器和非隔离型转换器。例如，非隔离型电子转换器是“降压”、“升压”、“降压升压”、
Figure BDA0003567720960000011
“SEPIC”和“ZETA”类型的转换器。相反，隔离型转换器是例如“反激”、“正激”、“半桥”和“全桥”类型的转换器。这种类型的转换器对于本领域技术人员来说是众所周知的，这一点通过例如应用笔记AN513/0393“Topologies forSwitched Mode Power Supplies”(L.Wuidart,1999,STMicroelectronics)得到证明。
可以根据特定应用领域选择不同DC-DC转换器拓扑。诸如LED控制装置和智能充电(例如，在USB-PD协议中)等一些应用领域可能出现输出电压调节的广泛变化，因为电气负载具有固有可变性。
反激和降压升压类型适用于如下这样的应用场景：它们从输入电压中吸收能量并且将其传输到负载，例如经由变压器。
同样，根据应用，为了提供足够的效率和性能水平，转换器电路可以在不同模式下操作(例如，连续导通模式CCM、非连续导通模式DCM、异步模式、同步模式等)并且在不同情况下可靠操作。在这种情况下，DC-DC转换器的设计相当复杂，特别是在电能质量和最大功率传输品质因数方面。
在可能的过载情况下，反激式拓扑可以显示出以下变化范围：最大输入功率，因为它取决于输入电压幅度、波形形状和输出电压；以及在施加可变输入电压时的输入电流失真。
例如，各种应用可能涉及安全布置，诸如电流绝缘和输入功率限制。后者可能专门用于防止过度过热、应对故障风险以及最终燃烧时生成烟雾和气体排放。
用于限制反激式转换器中的最大输入功率的现有解决方案可能会显示出以下缺点中的一个或多个：
限制输入功率考虑了输入电压和峰值电流的波形形状，后者随过载而变化；
峰值电流波形难以补偿，因为它会随过载而变化，
缺乏非经验均衡方法；
解决方案仅对一种输入波形形状和具有可预测占空比的输出的独特配置有效；
不同功率限制取决于输入电压形状或输出电压变化。
发明内容
一个或多个实施例促进克服上述缺点。
根据一个或多个实施例，可以通过具有本文中阐述的特征的控制电路来实现技术益处。
一种控制电路可以是这种电路的示例，该控制电路包括被配置为限制功率转换器的输入功率的处理电路装置，例如，在电子转换器的过载期间控制功率吸收。
一个或多个实施例可以涉及一种对应的电子转换器设备。反激式或降压升压电子转换器可以是这种设备的示例。
一个或多个实施例可以涉及一种在电子转换器中获取高功率因数、HPF和低输入电流失真(THDi)的方法。
一个或多个实施例可以在正常和过载条件两者下使来自线路的功率吸收恒定或均匀，从而抵消板上的应力。
一个或多个实施例可以促进协调相反的性能需求，促进满足关于电力质量和关于最大电力输送的高标准。
一个或多个实施例促进提供恒定的最大功率限制水平，该最大功率限制水平独立于其他参数，例如输入/输出电压幅度或形状和变压器设计。
一个或多个实施例可以在最大功率限制期间提供接近最佳等级的适当功率质量。
一个或多个实施例可以促进获取独立于输入电压幅度、输入电压形状和操作占空比的输入功率限制。
一个或多个实施例可以应用于HPF反激式或降压升压拓扑及其不同控制方案。
一个或多个实施例可以使用专用电路块来检测输入电压的波形和/或根据检测到的源类型来适配输出电平。
一个或多个实施例可以与微控制器结合使用，以促进实时积分计算。
附图说明
现在将参考附图描述一个或多个实施例，仅作为非限制性示例，在附图中：
图1是电子转换器的示例性电路图；
图2和图3是图1的电子转换器的控制电路块的示例性图；
图4是被配置用于限制图1的电子转换器的输入功率电平的示例性电路图；
图5至图8是根据本公开的控制电路的示例性图；以及
图9至图12是图5至图8的电路块的可能实现的示例性图。
具体实施方式
在随后的描述中，说明了一个或多个具体细节，旨在提供对本说明书的实施例的示例的深入理解。实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下获取，或者使用其他方法、组件、材料等来获取。在其他情况下，已知的结构、材料或操作未详细说明或描述，以便实施例的某些方面将不被遮蔽。
在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意在表明与该实施例相关的描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的一个或多个位置处的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”等短语不一定指代一个且相同的实施例。
此外，特定的构造、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当方式组合。
在本文所附的所有附图中，相同的部分或元素用相同的附图标记/数字表示，并且为了简洁，对应的描述将不再重复。
本文中使用的参考文献仅为了方便而提供，因此不限定保护范围或实施例的范围。
为简单起见，本文中可以使用相同的名称来指定某些电路节点和出现在这些节点处的信号。
图1示出了具有常规反激式拓扑的电子转换器10，电子转换器10包括：
输入节点100a、100b，被配置为耦合到交流(AC)电能的(主)源100以从其接收输入信号VIN；
输出节点102a、102b，被配置为耦合到负载ZL以向其提供输出信号VOUT，
整流桥12，被耦合到输入节点100a、100b并且被配置为对输入信号VIN进行整流，以提供整流后的信号作为输出；
变压器LP、LS，其初级侧被耦合到至少一个输入节点100a并且其次级侧被耦合到输出节点102a、102b，变压器LP、LS在初级侧处具有第一匝数和第一电感LP并且在次级侧处具有第二匝数和第二电感LS，其中第一匝数与第二匝数之比等于n；变压器LS、LP的磁芯从初级侧储存能量并且将其释放到次级侧；
受控开关14，例如以任何已知的半导体技术制造的晶体管，被耦合到变压器LS、LP，开关14被配置为基于施加在其控制端子处的控制信号GD在第一状态与第二状态之间切换，开关14被配置为当处于第一(例如，ON)状态时激活来自主源100的能量在变压器LP、LS的初级电感LP上的累积，而当处于第二(例如，OFF)状态时停用这种累积；开关具有完整周期T，其中能量存储阶段持续时间间隔TON，参考开关14的对应“ON”状态，例如T＝TON+TOFF；
整流器DOUT，诸如二极管或有源结构(例如，同步整流器)，被耦合到第二电感LS和输出节点102a、102b，整流器DOUT被配置为在向次级侧释放能量期间变为活动状态，而在变压器LP、LS的初级侧的能量存储阶段TON被抑制；
输出电容器COUT，被耦合到整流器DOUT和输出节点102a、102b，电容器COUT被配置为过滤开关14的开关活动以在负载ZL上提供连续电压(或电流)VOUT；
误差放大器18，被耦合到整流器DOUT和输出节点VOUT，误差放大器18被配置为测量输出值(例如，电压或电流)并且将其与参考值VREF进行比较，以向控制器电路20提供误差信号FB；误差放大器18可以被耦合到补偿网络19，例如RC网络，补偿网络19被配置为补偿环路响应以提高稳定性和带宽；
控制电路20，包括多个输入/输出端子或节点HV、ZCD、FB、CS、GD。
特别地，如图1所示的控制电路20包括：
第一输入节点HV，被耦合到整流桥12，以从其接收指示输入信号VIN的第一信号HV；例如，第一信号HV可以是整流后的正弦波形，其中这样的波形的峰值是RMS输入电压VRMS的函数，即，Vpk＝√2*VRMS；
第二输入节点ZCD，被耦合到变压器LS、LP并且被配置为接收第二信号ZCD以执行操作时序，如下所述；
第三输入节点CS，被配置为接收第三信号CS，第三信号CS指示转换器电路10的开关活动，例如，指示流过变压器LP、LS的初级侧的第一电感LP的电流；
反馈节点FB，被耦合到次级侧的误差放大器18(例如，经由光耦合器OC，以本身已知的方式)以从其接收误差/反馈信号FB，
输出节点GD，被配置为经由施加到其的一个或多个控制信号GD来控制开关14。
降压升压或反激式电子转换器10可以在称为“边界模式”的不连续模式下操作。在该操作模式下，转换器10在被提供有输入信号(例如，正弦波)时可以提供接近于1的功率因数。
如图1所示，转换器10可以包括辅助绕组LAUX，该辅助绕组LAUX与变压器LS、LP耦合并且被配置为检测流入整流器DOUT中的零电流的出现，以在控制电路20的相应节点处提供第二信号ZCD。在边界模式下，控制电路20可以使用第二信号ZCD作为同步信号来驱动开关14改变状态，同时感测流入整流器DOUT中的电流的LAUX归零。
如图1所示，分流电阻器RS被串联耦合到开关14并且耦合到控制电路20，电阻器RS被配置为读取在开关14中流动的电流CS并且将第三信号提供给控制电路20的相应节点CS。
图1所示的电路的输入功率Pin可以表示为：
Figure BDA0003567720960000061
其中：
LP是变压器LP、LS的初级侧的第一电感
IPK是由RS感测到的峰值开关电流，
fsw是操作频率，即，fSW＝1/T(t)，
图1所示的电路的能量平衡条件可以表示为：
VIN(t)·T_ON(t)＝n·VOUT·T_OFF(t)
其中：
VIN(t)是作为时间的函数的输入电压，
TON(t)是作为时间的函数的开关14的导通状态持续时间，
n是变压器LP、LS的匝数比，
TOFF(t)是作为时间的函数的开关14的关断状态持续时间。
考虑到电感的定义和占空比δ的定义，输入功率Pin也可以表示为：
Figure BDA0003567720960000071
其中
Figure BDA0003567720960000072
是作为时间的函数的占空比。
为简单起见，以下主要针对反激式电路拓扑来讨论一个或多个实施例，应当理解，这种拓扑纯粹是示例性的，而绝非限制性的。一个或多个实施例可以适用于理论上的任何高功率因数转换器电路。特别地，降压升压电路拓扑可能是合适的，因为它可以被建模为包括具有单一匝数比的无损变压器的反激式转换器。
如图1所示的配备有第一配置20a或第二配置20b的控制电路20的转换器电路具有峰值电流IPK(t)，峰值电流IPK(t)可以表示为VIN(t)的缩放副本。考虑到这一点，输入功率可以表示为：
Figure BDA0003567720960000073
其中：
Γ(t)是指示输入电压/电流随时间的演变的波形类型(例如，正弦曲线、三角形、梯形或DC)的一般波形函数，
pedis“max”指示相应参数的最大值。
假定一般波形函数Γ(t)是周期性的，波形时段为TIN，则平均输入功率
Figure BDA0003567720960000081
可以表示为：
Figure BDA0003567720960000082
从上面的等式可以看出，限制输入功率可能具有挑战性，因为它基于波形函数Γ(t)随时间的演变。
图2和图3是控制电路块20的常规配置的示例性图，其中：
图2是控制电路20的电压控制模式(VCM)配置20a的示例性图，其中基于来自误差放大器18的误差信号FB来确定能量存储时段的持续时间TON，以及
图3是控制电路20的峰值电流模式(PCM)配置20b的示例性图，其中确定能量存储时段TON是基于由分流电阻器RS感测到的电流信号CS达到某个阈值M'，例如，基于来自误差放大器18的误差信号FB。
如图2所示，VCM配置20a的控制电路包括：
逻辑电路块22，被耦合到第二输入节点ZCD并且被配置为从其接收检测信号ZCD以提供第一信号F(例如，方波信号)，
斜坡发生器电路块23，被耦合到逻辑电路块22并且被配置为基于第一驱动信号F(例如，通过对第一信号F进行积分而获取的锯齿波信号)提供斜坡信号H，
缩放电路块24，被耦合到反馈节点FB以从其接收误差信号FB并且被配置为提供阈值M(例如，误差信号FB乘以缩放因子Km，即，将其与自身相加等于缩放因子Km的次数)，
比较器电路块26，具有被耦合到缩放电路24以从其接收阈值M的反相输入节点260a、被耦合到斜坡发生器电路块23以从其接收斜坡信号H的非反相输入节点260b、和用于基于阈值M和所接收的斜坡信号R来提供输出信号的输出节点260c，
存储器电路块28，例如触发器，被耦合到逻辑电路块22以从其接收第一信号F，并且耦合到比较器电路块26的输出节点260c以从其接收输出信号，存储器电路块28被耦合到输出节点GD并且被配置为向其提供控制信号GD。
如图3所示，具有PCM配置20b的控制电路与图2中的VCM配置20a的不同之处在于：
缩放电路块24还被耦合到输入节点HV并且被配置为向比较器电路26的反相输入节点260a提供阈值M'(例如，作为误差信号FB和以缩放因子Km缩放后的输入信号HV的乘积)；
由于斜坡信号H被第三输入节点CS处的信号CS代替，所以斜坡发生器电路块23不存在；这样的信号CS可以表示为RS*IPK(t)；
比较器电路块26的非反相输入节点260b耦合到第三输入节点CS以从其接收由分流电阻器RS感测到的电流信号CS。
图4是被配置为限制输入功率PIN的常规功率限制电路块40的示例性图，该电路块40可以被集成到具有VCM 20a和PCM 20b配置两者的控制电路20中。
如图4所示，功率限制电路40包括：
输入节点41，被配置为被耦合到控制电路20的输入电压节点HV，
峰值检测器电路块42，具有(例如，可调节)增益Kff和保持时间间隔THOLD，例如，THOLD>>TIN，峰值检测器被配置为检测输入电压HV的峰值P(例如，P＝Kff*max(VIN))，
除法器电路块44，被配置为接收检测到的峰值P并且计算其倒数P-1，
调节器电路块46，被配置为以本身已知的方式基于所计算的检测到的峰值P的倒数P-1(例如，自动地)调节最大(功率)电平。
例如，功率限制电路块40的输出节点48被耦合到用于控制电路20的VCM 20a或PCM20b配置的反相节点260a，其中功率限制在第一情况20a下被施加到反馈信号FB并且在第二情况20b下被施加到第三信号CS；
例如，功率限制电路块40的输出节点48被耦合到用于控制电路20的PCM配置20b的误差信号节点FB，其中功率限制被施加到反馈信号FB。
如图4所示的功率限制布置40可能存在一些缺点，包括：
当控制器20处于PCM配置20b并且功率限制电路块40的输出节点48被耦合到放大器比较器电路块26的反相节点260a时，功率限制可以限制感测到的电流CS的开关电流电平IPK(t)，导致输入电流的明显失真，这导致输入电流和输入电压VIN共享相同波形Γ(t)的假定不再有效；
所引入的所施加的限制的常规补偿(例如，从输入电压VIN的峰值开始)是经验性的并且其均衡很复杂；
当控制器处于VCM配置20a并且功率限制电路块40的输出节点48耦合到放大器260的反相节点260a或者耦合到反馈节点FB时，环路响应可以明显慢于时间间隔TIN；结果，虽然峰值电流IPK(t)的波形保持与输入电压VIN的波形相同的波形函数Γ(t)，但其功率限制会基于输入电压波形或输出电压变化而发生不希望的变化。
如图5和图6所示的一个或多个实施例可以克服上述缺点。
为了简单起见，以下主要针对PCM控制电路配置20b的改进解决方案来讨论一个或多个实施例，应当理解，一个或多个实施例可以在必要时适用于VCM配置的控制电路20a。
一个或多个实施例可以利用独立于输入电压形状(pr波形)、输入电压幅度和操作占空比来限制功率电平。这可以基于以下观察：最大输入功率PINmax表达式中涉及的因素可以重新定义，使得：
输入电压HV可以表示为最大输入电压VINmax(可选地，其i次幂)乘以形状因子Γ(t)的乘积，
阈值M'可以表示为输入电压HV、误差信号FB和缩放因子Km的乘积，
峰值电流IPK(t)表示为阈值M'与电流检测电阻RS之比。
因此，峰值电流IPK(t)表达式变为：
Figure BDA0003567720960000111
从该表达式中，可以获取IPKmax的表达式，该表达式可以用于将平均最大输入功率PINmax重新定义为：
Figure BDA0003567720960000112
其中
(VINmax)^i+1是输入电压VIN的最大值(可选地，以可以定制的因子Kff进行缩放)并且升高到第(i+1)次幂；
Figure BDA0003567720960000113
是输入波形Γ(t)的平方乘以占空比δ(t)在波形时段TIN上的积分。
在如图5和图6所示的一个或多个实施例中，可以修改控制电路20以实现补偿“可变”因素的方法并且为最大输入功率PINmax提供“恒定”可控值，如下面讨论的。
如图5所示，PCM配置20b中的控制电路20可以包括：
第一补偿级201、202、203，被耦合到输入节点HV以从其接收输入信号HV，第一补偿级201、202、203被配置为基于输入信号HV提供第一补偿信号α，例如，α＝Kff·(VINmax)i+1；
第二补偿级204、205、206、207，被耦合到输入节点HV以从其接收输入信号HV，第二补偿级204、205、206、207被配置为基于输入信号HV提供第二补偿信号β，例如，
Figure BDA0003567720960000114
第三补偿级208、209，被耦合到第一补偿级201、202、203以从其接收第一补偿信号α并且被耦合到第二补偿级204、205、206、207以从其接收第二补偿信号β，第三补偿级被配置为提供第三补偿信号γ，第三补偿信号γ为第一补偿信号α乘以第二补偿信号β的乘积的倒数，例如，
Figure BDA0003567720960000121
第三补偿信号γ表示误差信号FB的上限。
第四补偿级210，被耦合到存储器电路块28以从其接收输出信号GD并且基于输出信号GD将占空比调制应用于输入信号，例如第三补偿信号γ；
调节器电路块211(其可以使用图4的调节器电路块46)，被耦合到误差节点FB、缩放电路块24和第三补偿级208、209，调节器电路块46被配置为以本身已知的方式(例如，前馈)例如自动地调节最大(功率)电平。
如图5和图6所示，缩放电路块24可以计算输入电压HV乘以缩放因子Km乘以第三补偿信号γ的乘积，以产生功率阈值T，功率阈值T可以表示为
Figure BDA0003567720960000122
其中VFBmax是反馈信号FB的最大值。
因此，一个或多个实施例提供了一种在误差放大器26的输入节点处生成阈值T的极限值的方法。
图6示出了关于图5的备选实施例，其中第四补偿级210可以将占空比调制应用于作为输入信号的功率阈值T以代替第三补偿信号γ。
如图5和图6所示，第一补偿级201、202、203可以包括：
峰值检测器电路块201、202(其可以对应于图4的峰值检测器电路块42)，其具有被配置为提供增益值Kff和保持时间间隔THOLD的可调节增益块201(例如，可编程寄存器或分压器)，例如THOLD>>TIN，峰值检测器被配置为检测输入电压HV的峰值P(例如，P＝Kff*max(VIN))，
功率计算器电路块203，被配置为将检测到的峰值提升到功率(i+1)。
图9示出了第一补偿级201、202、203的又一可能实施例的电路图。如图9所示，第一补偿级201、202、203可以包括：
峰值检测器电路块201、202，包括提供Kff的(电阻)分压器201并且包括被耦合到二极管以提供输入信号HV的最大输入值VINmax的运算放大器，
乘法器电路块203，具有被耦合到峰值检测器电路块201、202的输出的一定数量(i+1)的输入节点，乘法器电路块203被配置为提供被提升到功率(i+1)的最大输入值VINmax，其中i是整数，该整数可以基于电子转换器电路10的应用来选择。
在一个或多个实施例中，峰值检测器201、202也可以使用耦合到ADC的理想二极管和存储VINmax的数字值的存储器电路块来实现，例如ADC转换器和查找并且存储由ADC收集的数据中的最大值的逻辑。
如图5和图6所示，第二补偿级204、205、206、207可以包括：
电平调节电路块204，例如电阻分压器，
归一化处理电路块204、205，被配置为对输入信号HV应用归一化处理，以提供归一化信号，该归一化信号具有等于输入信号HV的波形的波形Γ(t)并且具有单一(最大)幅度，
功率计算器电路块206(例如，乘法器电路块)，被配置为提供对波形进行平方的归一化信号的平方功率，例如Γ2(t)，
积分器电路块207(例如，低通滤波器)，被配置为提供波形Γ(t)的平方在时间间隔TIN上的积分，例如，
Figure BDA0003567720960000131
图10示出了第二补偿级204、205、206、207的实施例，其中执行波形Γ(t)的平方的积分的实时计算。
获取波形Γ(t)的平方在时间间隔TIN上的积分值的替代方法可以包括，如图11所示：
预先计算一组整数值并且将它们存储在以多个存储器寄存器207A作为条目的查找表(LUT)中，
检测206A归一化信号的波形Γ(t)的“形状”，以及
在查找表条目207A中的预先计算的值中选择207B(例如，经由数字多路复用器或模拟选择器)与检测到的波形形状相对应的值。
例如，检测206A归一化信号的波形Γ(t)的形状可以使用形状观察器电路块206A，该形状观察器电路块206A被配置为比较归一化信号的一些预定义参数(例如，峰值与平均值之比、周期性阈值交叉或不存在阈值交叉、不同电平交叉之间的时间段)，其中每个预定义参数值与积分值207A的所存储的LUT的条目相关联。
如图5和图6所示，第三补偿级208、209包括乘法器电路块208和反相器电路块209。
在一个或多个实施例中，当使用PCM配置20b的控制电路20时，缩放电路块24可以被配置为执行第三补偿级208、209的操作，以有利地减小电路的面积占用。
图12示出了如图5和图6所示的第四补偿电路块210的示例性电路图。
如图12所示，第四补偿级210包括：
电流转换器电路块210a，被配置为接收输入信号Vx并且将其转换为电流信号Ix，
电阻支路210b，包括耦合到开关210c的电阻Rd，开关210c被连接到参考电位(例如，地)，开关210c被配置为由从存储器块28提供的输出信号GD驱动，以提供占空比调制，
电容支路210d，与电阻支路210b并联以提供平均电压输出信号，例如，(Vx/δc)*Gd*Rd。
图7和图8示出了以配置20a进行配置的控制电路20中的实施例。为简洁起见，此处不再重复对具有与前述讨论相同的附图标记的电路块的详细描述，因为前述中的这些块的描述同样适用于图7和图8。
如本文所示，一种用于控制电子转换器(例如，10)的开关级(例如，LP、LS、14)的控制电路(例如，20、20a、20b)，该电子转换器被配置为在其输入端子(例如，100a、100b)处接收输入电压(例如，VIN)并且在其输出端子(例如，102a、102b)处提供输出电压(例如，VOUT)，上述开关级包括电感(例如，LS、LP)，该控制电路包括：
一个或多个第一端子，被配置为向上述开关级的一个或多个电子开关(例如，14)提供一个或多个相应驱动信号(例如，GD)；
第二端子，被配置为从反馈电路(例如，OC)接收与上述输出电压成比例的第一反馈信号(例如，FB)；
第三端子，被配置为从电流传感器(例如，RS)接收与上述开关级的电感(例如，LP)中的电流成比例的第二反馈信号(例如，CS)；
驱动器电路(例如，28)，被配置为根据脉宽调制(PWM)信号提供上述一个或多个驱动信号；
PWM信号发生器电路(例如，26)，被配置为根据上述第一反馈信号、参考阈值以及上述第二反馈信号或斜率补偿信号(例如，H)，生成上述PWM信号，其中上述PWM信号发生器电路包括比较器电路，该比较器电路被配置为执行上述第二反馈信号或斜率补偿信号中的一者与上述阈值的比较，作为上述比较的结果提供上述PWM信号(例如，VM)；
其中控制电路包括处理电路装置(例如，201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)，该处理电路装置被配置为：
响应于在上述输入端子处接收到上述AC输入信号，感测(或接收、获取)输入感测信号(例如，HV)，
提供第一补偿参数i并且根据输入感测信号的幂提供第一补偿信号(例如，α)，该幂等于经递增的第一补偿参数i+1；
基于输入感测信号提供第二补偿信号(例如，β)，第二补偿信号指示输入感测信号的波形(Γ)，
提供第三补偿信号(例如，γ)，第三补偿信号为第一补偿信号乘以第二补偿信号的乘积的倒数，第三补偿信号指示上述第一反馈信号的最大值；
基于上述控制信号对第三补偿信号应用占空比调制，
基于第三补偿信号调节输入感测信号的最大功率电平。
如本文所示，控制电路包括乘法器电路块(例如，24)，该乘法器电路块被耦合到第一端子以从其接收输入感测信号并且耦合到处理电路装置以从其接收第三补偿信号，乘法器电路块具有缩放因子(例如，Km)并且被配置为提供输入电压乘以缩放因子乘以第三补偿信号的乘积，以获取输入信号的功率的阈值(例如，T)。
如本文所示，输入信号(VIN)的功率的阈值表示为
Figure BDA0003567720960000161
其中VFBmax是上述第一反馈信号的最大值，Km是上述缩放因子，Kff是另一缩放因子，RS是上述电流传感器的电阻。
如本文所示，被配置为提供上述第一补偿信号的处理电路装置包括：
峰值检测器电路块(例如，201、202)，被配置为检测输入感测信号的峰值，峰值检测器具有可调节增益块(例如，201、Kff)和保持时间间隔，
功率计算器电路块(例如，203)，被配置为将检测到的输入感测信号的峰值自身乘以等于上述经递增的第一补偿参数i+1的次数。
如本文所示，处理电路装置(被配置为提供上述第二补偿信号)包括：
归一化处理电路块(例如，204、205)，被配置为对输入感测信号应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，该归一化信号指示输入感测信号的波形(例如，Γ(t))，
功率计算器电路块(例如，206)，被配置为接收归一化信号并且提供其功率谱(例如，Γ2(t))，
积分器电路块(例如，207)、优选地是低通滤波器，被配置为接收归一化信号的功率谱并且对其应用积分处理，以提供随时间的积分信号。
如本文所示，被配置为提供上述第二补偿信号的处理电路装置包括：
归一化处理电路块(例如，204、205)，被配置为对输入感测信号应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，该归一化信号指示输入感测信号的波形(例如，Γ(t))，
多个存储器寄存器(例如，207A)，被配置为存储一组积分信号值，该组积分信号值指示至少两个不同波形的平方功率随时间的积分，
波形检测电路块(例如，206A)，被配置为执行归一化信号的参数集合与阈值的比较，作为上述比较的结果提供选择信号，其中上述参数集合中的每个参数值与存储在多个存储器寄存器中的积分信号值相关联，以及
选择电路块(例如，207B)、优选地是多路复用器，被配置为基于所获取的选择信号访问多个存储器寄存器中的存储器寄存器，所访问的存储器寄存器与检测到的输入感测信号的波形相关联。
如本文所示，归一化信号的该参数集合包括以下中的至少一项：归一化信号的峰值与平均值之比、一个或多个周期性阈值交叉(的存在)、以及不同电平的阈值交叉之间的时间段。
如本文所示，被配置为基于上述控制信号将占空比调制应用于第三补偿信号的处理电路装置包括：
转换器电路块(例如，210a)，被配置为接收输入电压信号(例如，Vx、γ)并且将其转换为电流信号(例如，Ix)，
电阻支路(例如，210b、Rd)，耦合到开关电路(例如，210c)，该开关电路被配置为基于上述输出信号而被驱动以进行开关，
电容支路(例如，210d)，与电阻支路并联布置以提供上述开关电压的平均值作为输出信号。
如本文所示，一种电子转换器(例如，10)、优选地是反激式转换器包括：
开关级，包括电感(例如，L)并且被配置为在其输入端子处接收输入电压并且在其输出端子处提供输出电压，以及
根据一个或多个实施例的控制电路(例如，20、20a、20b)。
如本文所示，一种控制电子转换器的开关级的方法包括经由根据一个或多个实施例的控制电路来驱动上述开关级。
将另外理解，在伴随本说明书的附图所示的各种个体实现选项不一定旨在以附图所示的相同组合来采用。因此，一个或多个实施例可以相对于附图所示的组合个体地和/或以不同组合采用这些(否则非强制性的)选项。
在不损害基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于仅以示例方式描述的内容变化，甚至显著变化，而不偏离保护范围。
一种用于控制电子转换器(10)的开关级(LP、LS、14)的控制电路(20、20a、20b)，该电子转换器(10)被配置为在其输入端子(100a、100b)处接收输入电压(VIN)并且在其输出端子(102a、102b)处提供输出电压(VOUT)，上述开关级(LP、LS、14)包括电感(LS、LP)，该控制电路(20、20a、20b)可以概括为包括：
一个或多个第一端子，被配置为向上述开关级(LP、LS、14)的一个或多个电子开关(14)提供一个或多个相应驱动信号(GD)；
第二端子，被配置为从反馈电路(OC)接收与上述输出电压(VOUT)成比例的第一反馈信号(FB)；
第三端子，被配置为从电流传感器(RS)接收与上述开关级(LP、LS、14)的电感(LP)中的电流成比例的第二反馈信号(CS)；
驱动器电路(28)，被配置为根据脉宽调制PWM信号(VM)提供上述一个或多个驱动信号(GD)；
PWM信号发生器电路(26)，被配置为根据上述第一反馈信号(FB)、参考阈值(T)以及上述第二反馈信号(CS)或斜率补偿信号(H)，生成上述PWM信号，其中上述PWM信号发生器电路包括比较器电路(26)，比较器电路(26)被配置为执行上述第二反馈信号(CS)或斜率补偿信号(H)中的一者与上述阈值(T)的比较，作为上述比较的结果提供上述PWM信号(VM)；
其中控制电路(20、20a、20b)包括处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)，处理电路装置被配置为：
响应于在上述输入端子(100a、100b)处接收到上述AC输入信号(VIN)，感测输入感测信号(HV)；
提供第一补偿参数i并且根据上述输入感测信号升高到等于经递增的第一补偿参数i+1的幂，提供第一补偿信号(α)；
基于输入感测信号(HV)提供第二补偿信号(β)，第二补偿信号(β)指示输入感测信号(HV)的波形(Γ)；
提供第三补偿信号(γ)作为第一补偿信号(α)乘以第二补偿信号(β)的乘积的倒数，第三补偿信号(γ)指示上述第一反馈信号(FB)的最大值；
基于上述控制信号(GD)对第三补偿信号(γ)应用占空比调制；
根据第三补偿信号(γ)调节输入感测信号(HV)的最大功率电平。
乘法器电路块(24)可以耦合到第一端子(HV)以从其接收输入感测信号并且耦合到处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)以从其接收第三补偿信号(γ)，乘法器电路块(24)具有缩放因子(Km)并且被配置为提供输入电压(HV)乘以缩放因子(Km)乘以第三补偿信号(γ)的乘积，以获取输入信号(VIN)的功率阈值(T)。
输入信号(VIN)的功率阈值(T)可以表示为
Figure BDA0003567720960000201
其中：VFBmax是上述第一反馈信号(FB)的最大值；Km是上述缩放因子；Kff是另外的缩放因子；RS是上述电流传感器的电阻。
处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)可以包括：
峰值检测器电路块(201、202)，被配置为检测输入感测信号(HV)，峰值检测器具有可调节增益块(201、Kff)和保持时间间隔；
功率计算器电路块(203)，被配置为将检测到的输入感测信号(HV)的峰值自身乘以等于上述经递增的第一补偿参数i+1的次数。
处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)可以包括：
归一化处理电路块(204、205)，被配置为对输入感测信号(HV)应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，该归一化信号指示输入感测信号(HV)的波形(Γ(t))；
功率计算器电路块(206)，被配置为接收归一化信号并且提供其功率谱(Γ2(t))；
积分器电路块(207)、优选地是低通滤波器，被配置为接收归一化信号的功率谱并且对其应用积分处理，以提供随时间的积分信号。
处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)可以包括：
归一化处理电路块(204、205)，被配置为对输入感测信号(HV)应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，该归一化信号指示输入感测信号(HV)的波形(Γ(t))；
多个存储器寄存器(207A)，被配置为存储一组积分信号值，该组积分信号值指示至少两个不同波形的平方功率随时间的积分；
波形检测电路块(206A)，被配置为执行归一化信号的参数集合与阈值的比较，提供选择信号以作为上述比较的结果，其中上述参数集合中的每个参数值与存储在多个存储器寄存器(207A)中的积分信号值相关联；
选择电路块(207B)、优选地是多路复用器，被配置为基于所获取的选择信号来访问多个存储器寄存器(207A)中的存储器寄存器，所访问的存储器寄存器与所检测的输入感测信号的波形相关联(高压)。
归一化信号的参数集合可以包括以下中的至少一项：归一化信号的峰值与平均值之比；一个或多个周期性阈值交叉；以及不同电平的阈值交叉之间的时间段。
处理电路装置(201、202、203、204、205、206、207、208、209、210)可以包括：
转换器电路块(210a)，被配置为接收输入电压信号(Vx、γ)并且将其转换为电流信号(Ix)；
电阻支路(210b、Rd)，耦合到开关电路(210c)，该开关电路被配置为基于上述输出信号(GD)而被驱动以进行开关；
电容支路(210d)，与电阻支路(210b)并联布置以提供上述开关电压的平均值作为输出信号。
一种电子转换器(10)、优选地是反激式转换器可以概括为包括：
开关级(LS、LP、14)，包括电感(L)并且被配置为在其输入端子(100a、100b)处接收输入电压(VIN)并且在其输出端子(102a、102b)处提供输出电压(VOUT)；以及
控制电路(20、20a、20b)，被耦合到上述开关级(LS、LP、14)。
一种控制电子转换器(10)的开关级(LP、LS、14)的方法，该方法可以概括为包括经由控制电路(20、20a、20b)来驱动上述开关级(LP、LS、14)。
可以组合上述各种实施例以提供其他实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应当被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求有权享有的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (20)

1.一种用于控制电子转换器的开关级的控制电路，所述电子转换器被配置为在所述电子转换器的输入端子处接收输入电压并且在所述电子转换器的输出端子处提供输出电压，所述开关级包括电感，所述控制电路包括：
第一端子，被配置为向所述开关级的电子开关提供驱动信号；
第二端子，被配置为从反馈电路接收与所述输出电压成比例的第一反馈信号；
第三端子，被配置为从电流传感器接收与所述开关级的电感中的电流成比例的第二反馈信号；
驱动器电路，被配置为根据脉宽调制PWM信号提供所述驱动信号；以及
PWM信号发生器电路，被配置为根据所述第一反馈信号、参考阈值以及所述第二反馈信号或斜率补偿信号生成所述PWM信号，
其中所述控制电路包括处理电路装置，所述处理电路装置被配置为：
响应于在所述输入端子处接收到所述输入电压，感测输入感测信号；以及
提供第一补偿参数，并且根据所述输入感测信号升高到等于经递增的第一补偿参数的幂，提供第一补偿信号。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述PWM信号发生器电路包括比较器电路，所述比较器电路被配置为执行所述第二反馈信号或所述斜率补偿信号中的一者与所述阈值的比较，并且所述PWM信号发生器电路被配置为基于所述比较生成所述PWM信号。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述处理电路装置被配置为：
基于所述输入感测信号提供第二补偿信号，所述第二补偿信号指示所述输入感测信号的波形；
提供第三补偿信号，所述第三补偿信号为所述第一补偿信号乘以所述第二补偿信号的乘积的倒数，所述第三补偿信号指示所述第一反馈信号的最大值；
基于所述控制信号对所述第三补偿信号应用占空比调制；以及
基于所述第三补偿信号调节所述输入感测信号的最大功率电平。
4.根据权利要求3所述的控制电路，包括乘法器电路块，所述乘法器电路块被配置为接收所述输入感测信号，并且被耦合到所述处理电路装置并且被配置为从所述处理电路装置接收所述第三补偿信号，所述乘法器电路块具有缩放因子并且被配置为提供所述输入电压乘以所述缩放因子乘以所述第三补偿信号的乘积，以获取所述输入信号的功率的阈值。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其中所述输入信号的所述功率的所述阈值被表示为
Figure FDA0003567720950000021
其中：
VFBmax是所述第一反馈信号的所述最大值；
Km是所述缩放因子；
Kff是另一缩放因子；
RS是所述电流传感器的电阻。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述处理电路装置包括：
峰值检测器电路块，被配置为检测所述输入感测信号的峰值，所述峰值检测器具有可调节增益块和保持时间间隔；以及
功率计算器电路块，被配置为将所检测的所述输入感测信号的峰值自身乘以等于经递增的所述第一补偿参数的次数。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述处理电路装置包括：
归一化处理电路块，被配置为对所述输入感测信号应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，所述归一化信号指示所述输入感测信号的波形；
功率计算器电路块，被配置为接收所述归一化信号并且提供所述归一化信号的功率谱；以及
积分器电路块，被配置为接收所述归一化信号的所述功率谱并且对所述功率谱应用积分处理，以提供随时间的积分信号。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其中所述积分器电路块包括低通滤波器。
9.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述处理电路装置包括：
归一化处理电路块，被配置为对所述输入感测信号应用归一化处理，以提供具有单一幅度的归一化信号，所述归一化信号指示所述输入感测信号的波形；
多个存储器寄存器，被配置为存储一组积分信号值，所述一组积分信号值指示至少两个不同波形的平方功率随时间的积分；
波形检测电路块，被配置为执行所述归一化信号的参数集合与阈值的比较，以提供选择信号作为所述比较的结果，其中所述参数集合中的每个参数值与存储在所述多个存储器寄存器中的积分信号值相关联；以及
选择电路块，被配置为基于所获取的所述选择信号来访问所述多个存储器寄存器中的存储器寄存器，所访问的所述存储器寄存器与所检测的所述输入感测信号的波形相关联。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述选择电路块包括多路复用器。
11.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述归一化信号的所述参数集合包括以下中的至少一项：
所述归一化信号的峰值与平均值之比；
一个或多个周期性阈值交叉；以及
不同电平的阈值交叉之间的时间段。
12.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述处理电路装置包括：
转换器电路块，被配置为接收输入电压信号并且将所述输入电压信号转换为电流信号；
电阻支路，被耦合到开关电路，所述开关电路被配置为基于所述输出信号而被驱动以进行开关；以及
电容支路，与所述电阻支路并联布置以提供所述开关电压的平均值作为输出信号。
13.一种电子转换器，包括：
输入端子，被配置为接收输入电压；
输出端子，被配置为提供输出电压；
开关级，包括电感；以及
控制电路，被耦合到所述开关级，所述控制电路包括：
第一端子，被配置为向所述开关级的电子开关提供驱动信号；
第二端子，被配置为从反馈电路接收与所述输出电压成比例的第一反馈信号；
第三端子，被配置为从电流传感器接收与所述开关级的电感中的电流成比例的第二反馈信号；
驱动器电路，被配置为根据脉宽调制PWM信号提供所述驱动信号；以及
PWM信号发生器电路，被配置为根据所述第一反馈信号、参考阈值以及所述第二反馈信号或斜率补偿信号生成所述PWM信号，
其中所述控制电路包括处理电路装置，所述处理电路装置被配置为：
响应于在所述输入端子处接收到所述输入电压，感测输入感测信号；以及
提供第一补偿参数并且根据所述输入感测信号升高到等于经递增的第一补偿参数的幂提供第一补偿信号。
14.根据权利要求13所述的电子转换器，其中所述PWM信号发生器电路包括比较器电路，所述比较器电路被配置为执行所述第二反馈信号或所述斜率补偿信号中的一者与所述阈值的比较，并且所述PWM信号发生器电路被配置为基于所述比较生成所述PWM信号。
15.根据权利要求14所述的电子转换器，其中所述处理电路装置被配置为：
基于所述输入感测信号提供第二补偿信号，所述第二补偿信号指示所述输入感测信号的波形；
提供第三补偿信号，所述第三补偿信号为所述第一补偿信号乘以所述第二补偿信号的乘积的倒数，所述第三补偿信号指示所述第一反馈信号的最大值；
基于所述控制信号对所述第三补偿信号应用占空比调制；以及
基于所述第三补偿信号调节所述输入感测信号的最大功率电平。
16.根据权利要求15所述的电子转换器，其中所述控制电路还包括乘法器电路块，所述乘法器电路块被配置为接收所述输入感测信号，并且被耦合到所述处理电路装置并且被配置为从所述处理电路装置接收所述第三补偿信号，所述乘法器电路块具有缩放因子并且被配置为提供所述输入电压乘以所述缩放因子乘以所述第三补偿信号的乘积，以获取所述输入信号的功率的阈值。
17.一种控制电子转换器的开关级的方法，所述电子转换器具有被配置为接收输入电压的输入端子和被配置为提供输出电压的输出端子，所述开关级包括电感，所述方法包括：
在控制电路的第一端子处，向所述开关级的电子开关提供驱动信号；
在所述控制电路的第二端子处，接收与所述输出电压成比例的第一反馈信号；
在所述控制电路的第三端子处，接收与所述开关级的电感中的电流成比例的第二反馈信号；
由所述控制电路的驱动器电路根据脉宽调制PWM信号提供所述驱动信号；以及
由所述控制电路的PWM信号发生器电路根据所述第一反馈信号、参考阈值以及所述第二反馈信号或斜率补偿信号生成所述PWM信号；
响应于在所述输入端子处接收到的所述输入电压，由所述控制电路的处理电路装置感测输入感测信号；以及
由所述处理电路装置提供第一补偿参数和根据所述输入感测信号升高到等于经递增的第一补偿参数的幂提供第一补偿信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中生成所述PWM信号包括：由比较器电路执行所述第二反馈信号或所述斜率补偿信号中的一者与所述阈值的比较，并且所述PWM信号生成器电路被配置为基于所述比较生成所述PWM信号。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
由所述处理电路装置基于所述输入感测信号提供第二补偿信号，所述第二补偿信号指示所述输入感测信号的波形；
由所述处理电路装置提供第三补偿信号，所述第三补偿信号为所述第一补偿信号乘以所述第二补偿信号的乘积的倒数，所述第三补偿信号指示所述第一反馈信号的最大值；
由所述处理电路装置基于所述控制信号对所述第三补偿信号应用占空比调制；以及
由所述处理电路装置基于所述第三补偿信号调节所述输入感测信号的最大功率电平。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
由所述控制电路的乘法器电路块接收所述输入感测信号和所述第三补偿信号；以及
由所述乘法器电路块提供所述输入的功率的阈值，所述功率的阈值为所述输入电压乘以所述缩放因子乘以所述第三补偿信号的乘积。
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