CN117581466A - 自适应斜坡时间调制 - Google Patents

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Abstract

一种用于功率转换器的控制器包括驱动电路和自适应电流限制发生器。所述驱动电路被耦合以接收表示所述功率转换器的输出的功率需求的请求信号。所述驱动电路被配置为响应于所述请求信号而生成驱动信号以控制功率开关的开关。所述自适应电流限制发生器被配置为生成电流限制信号，并且所述驱动电路被配置为当电流感测信号达到所述电流限制信号时，关断所述功率开关。所述自适应电流限制发生器被配置为当开关频率小于频率阈值时，使所述电流限制信号的上限阈值变化到第一值，并且当所述开关频率大于所述频率阈值时，使所述上限阈值变化到第二值。

Description

自适应斜坡时间调制
发明背景
技术领域
本公开内容总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及用于功率转换器的控制器。
背景技术
电子设备使用电力运行。由于开关模式功率转换器效率高、体积小、重量轻，因此它们通常被用来为现今的许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流电。在开关功率转换器中，通过能量传递元件转换高压交流(ac)电输入，以提供经良好调节的直流(dc)电输出。开关模式功率转换器控制器通常通过感测表示一个或多个输出量的一个或多个信号并且在闭合环路中控制输出来提供输出调节。在运行中，利用开关以通过改变占空比(通常是开关的导通时间(on time)与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的每单位时间的脉冲数目来提供期望的输出。这些各种控制模式可以被称为脉冲宽度调制(PWM)控制、脉冲频率调制(PFM)控制或导通(ON)/断开(OFF)控制。
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例示了根据本发明的教导的处于具有同步整流器的反激配置中的开关模式功率转换器的一个实施例。
图2A例示了根据本发明的教导的由自适应电流限制发生器生成的电流限制和请求信号的一个实施例。
图2B例示了根据本发明的教导的由自适应电流限制发生器生成的电流限制和请求信号的另一个实施例。
图3是例示了根据本发明的教导的关于开关频率的相对于第一值VAL1和第二值VAL2的归一化峰值开关电流的示例曲线图的图。
图4例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器中的示例第一控制器。
图5A例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器的示例第一控制器中的上限阈值发生器的一个实施例。
图5B例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器的示例第一控制器中的上限阈值发生器的另一个实施例。
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。
可以利用各种控制模式来调节功率转换器的输出。一种控制模式可以被称为斜坡时间调制(ramp time modulation，RTM)控制。对于RTM控制，由控制器接收用以接通或关断功率开关的请求信号。该请求信号包括接通功率开关的一系列事件。这些请求事件可以按需被接收，或换句话说，每当输出要求附加的能量被递送时，这些请求事件可以被异步接收。例如，在对该请求信号中的事件的一次响应中，该控制器接通该功率开关。当该功率开关的开关电流达到电流限制时，关断该功率开关。该电流限制响应于该请求信号中的连续事件之间的持续时间而变化。例如，该电流限制可以是响应于关断该功率开关而增大并且然后减小的斜坡信号。该电流限制可以在介于下限阈值LOWER和上限阈值UPPER之间的电流限制范围内增大和减小。此增大和减小的斜坡电流限制连同该请求信号可以被用来调制控制该功率开关的接通和关断以调节该功率转换器的输出的驱动信号。
对于RTM控制，归一化峰值开关电流在较慢的开关频率下是相对低的，但是随着开关频率增大，开始快速增大。在此增大之后，响应于增大的开关频率，归一化峰值开关电流增大较少。换句话说，在宽的开关频率范围内，归一化峰值开关电流的斜率是小的。由功率转换器递送的输出功率通常是关于峰值开关电流和开关频率的函数。在此相对小的斜率区域内，输出功率大多由开关频率决定。例如，增大开关频率增大输出功率。
与功率开关相关的典型损耗是传导损耗和开关损耗，也被称为交叉损耗。开关损耗通常与开关在导通状态和断开状态之间转变时发生的损耗相关联。当功率开关传导时，开关上的电压和由开关传导的电流生成传导损耗。传导损耗也被称为I2R损耗并且与由功率开关传导的峰值开关电流成正比。这样，由于在RTM控制的开关频率范围内的相对平坦的峰值开关电流，在中程开关频率下、通常在“正常”负载状况下的传导损耗类似于在较高的开关频率下、诸如在“峰值功率”负载状况下的传导损耗。
对于一些应用，输出功率递送可能不是恒定的。可能存在由功率转换器递送“峰值功率”的时间部分。例如，电视应用具有在一短持续时间内的“峰值功率”状况。一般来说，功率转换器被设计得好像功率转换器连续在“峰值功率”下运行。对于利用RTM的控制器，这可以对应于大约100千赫兹(kHz)的开关频率，以满足峰值功率状况。然而，通常在“正常”运行时、对于RTM控制器以大约40kHz的开关频率进行效率测量。由于用于RTM控制的开关频率与归一化峰值电流之间的关系，效率可能降低。
本公开内容的实施方案包括具有自适应电流限制发生器的控制器。该控制器接收用以接通功率开关的请求信号。当该功率开关的开关电流达到电流限制时，该控制器关断该功率开关。在一个实施例中，该电流限制可以在介于下限阈值LOWER和上限阈值UPPER之间的电流限制范围内增大和减小。电流限制的上限阈值UPPER可以响应于功率开关的开关频率而变化。在一个实施例中，电流限制的上限阈值UPPER被改变，使得开关频率被调节到开关频率阈值fTH。在一个实施例中，电流限制的上限阈值UPPER可以在第一值VAL1和第二值VAL2之间选择，其中第二值VAL2大于第一值VAL1。
如将被示出的，在用于较低功率要求的第一模式(例如，“正常功率”模式)下，对于小于开关频率阈值fTH的开关频率，电流限制的上限阈值被设置为第一值VAL1，这导致形成归一化峰值开关电流关于开关频率的第一曲线图。在用于较高功率要求的第二模式(例如，“峰值功率”模式)下，对于大于开关频率阈值fTH的开关频率，电流限制的上限阈值被设置为第二值VAL2，这导致形成归一化峰值开关电流关于开关频率的第二曲线图。在多个实施例中，电流限制的上限阈值UPPER被配置为在开关频率阈值fTH处在用于第一模式的第一值VAL1和在第二模式下的第二值VAL2之间转变。这样，根据本发明的教导，归一化峰值开关电流的曲线图在针对对于小于开关频率阈值fTH的开关频率所述电流限制被设置为第一值VAL1的第一模式(例如，“正常功率”模式)的归一化峰值开关电流的曲线图和针对对于大于开关频率阈值fTH的开关频率的第二值VAL2的归一化峰值开关电流的曲线图之间转变。
为了例示，图1例示了根据本公开内容的一个实施方案的包括第一控制器124(例如，初级控制器)的功率转换器100，该控制器包括被耦合到驱动电路126的自适应电流限制发生器128。所例示的功率转换器100还包括箝位电路112、能量传递元件T1 104、能量传递元件T1 104的输入绕组106、能量传递元件T1 104的输出绕组108、功率开关SP 110、输入回线111(其以一个三角形例示)、输出整流器DO 114、输出电容器CO 116、输出回线127(其以三条水平线例示)、输出感测电路120、第二控制器122(例如，次级控制器)以及第一控制器124(例如，初级控制器)。还例示了第二控制器122和第一控制器124之间的通信链路135。如所示出的，第一控制器的驱动电路126和自适应电流限制发生器128被耦合到通信链路135以接收来自第二控制器122的请求信号REQ 138。
图1中进一步示出的是输入电压VIN 102、开关漏极电流ID 140、输出电压VO 130、输出电流IO 132、输出量UO 134、输出感测量OS136、请求信号REQ 138、第二驱动信号SR137、初级驱动信号DR 144以及表示通过功率开关SP 110的开关漏极电流ID 140的电流感测信号ISNS142。
在所例示的实施例中，功率转换器100被示出为具有反激拓扑。另外，功率转换器100的输入与功率转换器100的输出被电流隔离，使得输入回线111与输出回线127被电流隔离。由于功率转换器100的输入和输出被电流隔离，因此不存在跨能量传递元件T1 104的隔离屏障的、或在输入绕组106和输出绕组108之间的、或在输入回线111和输出回线127之间的直流(dc)路径。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。
功率转换器100从未经调节的输入电压VIN 102向负载118提供输出功率。在一个实施方案中，输入电压VIN 102是经整流和经滤波的交流线路电压。在另一个实施方案中，输入电压VIN 102是直流输入电压。输入电压VIN 102被耦合到能量传递元件104。在一些实施例中，能量传递元件104可以是耦合的电感器、变压器、或电感器。能量传递元件104被示出为包括两个绕组——输入绕组106(也被称为初级绕组)和输出绕组108(也被称为次级绕组)。然而，在其他实施例中，能量传递元件104可以具有不止两个绕组。能量传递元件104的输入绕组106还被耦合到功率开关SP 110并且还被耦合到输入回线111。并联耦合于输入绕组106的是箝位电路112。箝位电路112限制功率开关SP 110上的电压。
输出绕组108被耦合到输出整流器DO 114，该输出整流器在图1中被示例为用作同步整流器的晶体管。然而，应理解，图1中所示出的用作同步整流器实施例的晶体管是可选的，并且在另一个实施例中，输出整流器DO 114可以被示例为二极管。输出电容器CO 116被示出为耦合到输出整流器DO 114和输出回线127。功率转换器100还包括用以调节输出量UO134的电路，在一个实施例中，该输出量可以是输出电压VO 130、输出电流IO 132或二者的组合。输出感测电路120被配置为感测输出量UO 134，以向第二控制器122提供反馈信号或输出感测信号OS136，其表示功率转换器100的输出。
在所描绘的实施例中，第二控制器134被配置为输出第二驱动信号SR 137以控制输出整流器DO 114和响应于输出感测信号OS136而通过通信链路135向第一控制器124输出请求信号REQ 138。在一个实施例中，请求信号REQ 138表示用于功率转换器100的输出的功率需求，并且第一控制器124响应于请求信号REQ 138而控制功率开关SP 110。在另一个实施例中，第二控制器134被配置为将输出感测信号OS136传递到第一控制器124。
如下文将更详细地描述的，在一个实施例中，请求信号REQ 138包括请求事件156，所述请求事件表示用以接通功率开关SP 110的请求，并且是响应于输出感测信号OS136而生成的。在另一些实施方案中，请求事件156可以表示功率开关SP 110的导通时间。在一个实施例中，第二控制器122被配置为将输出感测信号OS136与调节参考进行比较。响应于该比较，第二控制器122可以输出请求信号REQ 138中的请求事件156。请求信号REQ 138可以是矩形脉冲波形，该矩形脉冲波形包括表示请求事件156的脉冲。例如，在所描绘的实施例中，请求事件156由请求信号REQ 138中的脉冲指示，并且具有快速返回到逻辑低值的逻辑高值。在其他实施方案中，应理解，请求信号REQ 138可以是模拟的连续变化的信号，而不是脉冲波形，同时仍然受益于本公开内容的教导。
第二控制器122和第一控制器124可以经由通信链路135进行通信。对于所示出的实施例，第二控制器122被耦合到功率转换器100的次级侧并且参考输出回线127，而第一控制器123被耦合到功率转换器100的初级侧并且参考输入回线111。在实施方案中，第一控制器124和第二控制器122彼此电流隔离，并且通信链路135使用电感耦合(诸如变压器或耦合的电感器、光耦合器、电容耦合或其他维持隔离的装置)提供电流隔离。然而，应理解，在一些实施方案中，第二控制器122与第一控制器124未电流隔离。在一个实施例中，通信链路135可以是由支撑第一控制器124和/或第二控制器122的引线框形成的电感耦合。
在一个实施例中，第一控制器124和第二控制器122可以被形成为被制造为混合或单片集成电路的集成电路的一部分。在一个实施例中，功率开关SP 110也可以被集成在具有第一控制器124和第二控制器122的单个集成电路封装中。此外，在一个实施例中，第一控制器124和第二控制器122可以被形成为单独的集成电路。功率开关SP 114也可以与第一控制器124集成在同一集成电路中，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124、第二控制器122和功率开关SP 110不必被包括在单个封装中，并且可以被实施在单独的控制器封装或组合/单独封装的组合中。
在一个实施例中，功率开关SP 110可以是晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、氮化镓(GaN)晶体管或碳化硅(SiC)晶体管。在另一个实施例中，功率开关SP 110可以是共源共栅开关，该级联开关包括以共源共栅配置耦合在一起的常通第一开关和常关第二开关。第一开关通常可以是GaN或SiC基晶体管，而第二开关可以是MOSFET、BJT或IGBT。
第一控制器124被耦合以接收表示功率开关SP 110的开关漏极电流ID 140的电流感测信号ISNS142和通过通信链路135接收请求信号REQ 138或输出感测信号OS136，并且作为响应，输出初级驱动信号DR 144。第一控制器124向功率开关SP 110提供初级驱动信号DR144，以控制功率开关SP 110的各种开关参数，以控制通过能量传递元件104从功率转换器100的输入侧到输出侧、至功率转换器100的输出的能量传递。这样的参数的实施例包括开关频率fSW(或开关周期TSW)、占空比、导通时间和断开时间，或改变功率开关SP 110的每单位时间的脉冲数目。此外，可以控制功率开关SP 110，使得它具有固定的开关频率fSW或可变的开关频率fSW。
在一个实施方案中，第一控制器124输出初级驱动信号DR 144以控制功率开关SP110的传导。在一个实施例中，第一控制器124响应于请求信号REQ 138中的请求事件156或响应于由输出感测信号OS136提供的信息而输出初级驱动信号DR 144以接通功率开关SP110。在另一个实施例中，当由电流感测信号ISNS142表示的开关漏极电流ID 140达到电流限制(诸如电流限制信号ILIM 148)时，第一控制器124输出初级驱动信号DR 144以关断功率开关SP 110。应理解，可以使用其他控制方法。
如上文所概述的，响应于输出感测信号OS136，第二控制器122确定是否接通功率开关SP 110，并且将请求信号REQ 138中的请求事件156经由通信链路135发送至第一控制器124。在所描绘的实施例中，请求信号REQ 138包括请求事件156，所述请求事件表示用以接通功率开关SP 110的请求。在一个实施例中，请求事件156是请求信号REQ 138中的脉冲。响应于请求事件156，第一控制器124被配置为接通功率开关SP 110。在一个实施例中，请求信号REQ 138中的脉冲的连续前沿或连续后沿之间的持续时间大体上是功率开关SP 110的开关周期TSW。功率开关SP 110的开关频率fSW大体上是开关周期TSW的倒数。这样，请求信号REQ 138表示功率转换器100的开关频率fSW。
如所描绘的实施例中所示出的，驱动电路126接收请求信号REQ 138和电流感测信号ISNS142(其表示开关漏极电流ID 140)以及电流限制信号ILIM 148。驱动电路126输出驱动信号DR 144，以控制功率开关SP 110的接通和关断。在一个实施例中，驱动信号DR 144是逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形，逻辑高部段对应于导通的功率开关SP 110，而逻辑低部段对应于断开的功率开关SP 110。驱动信号DR 144中的连续前沿或连续后沿之间的持续时间大体上是功率开关SP 110的开关周期TSW。驱动电路126响应于请求信号REQ 138中的接收到的请求事件156而输出驱动信号DR 144以接通功率开关SP 110，并且当开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148时，输出驱动信号DR 144以关断功率开关SP110。
如实施例中所示出的，自适应电流限制发生器128响应于请求信号REQ 138和驱动信号DR 144而向驱动电路126输出电流限制信号ILIM 148。在运行中，自适应电流限制发生器128被配置为响应于驱动信号DR 144而确定何时关断功率开关SP 110。自适应电流限制发生器128还被配置为响应于请求信号REQ 138而确定驱动信号DR 144的开关频率fSW/开关周期TSW。
在一个实施例中，电流限制信号ILIM 148是响应于请求信号REQ 138中的请求事件156之间的持续时间而增大和减小的斜坡信号。电流限制信号ILIM 148可以在介于下限阈值LOWER和上限阈值UPPER之间的电流限制范围内增大和减小。在一个实施例中，电流限制信号ILIM 148的电流限制范围可以响应于开关频率fSW而变化。例如，电流限制范围的上限阈值UPPER可以响应于开关频率fSW而变化。电流限制范围的上限阈值UPPER被改变，使得开关频率fSW被调节到频率阈值fTH。在多个实施例中，当开关频率fSW被调节到频率阈值fTH时，上限阈值UPPER可以在第一值VAL1和第二值VAL2之间变化。在多个实施例中，当开关频率fSW小于频率阈值fTH时，上限阈值UPPER被限制到第一值VAL1，使得功率转换器100在第一模式(例如，“正常功率”模式)下运行。当开关频率fSW大于频率阈值fTH时，上限阈值UPPER被限制到第二值VAL2，使得功率转换器100在第二模式(例如，“峰值功率”模式)下运行。在所述实施例中，第二值VAL2大于第一值VAL1。
在运行中，由自适应电流限制发生器128输出的电流限制信号ILIM 148是斜坡信号，该斜坡信号被配置为响应于功率开关SP 110关断而增大或减小。电流限制信号ILIM148可以增大到上限阈值UPPER。然后，电流限制信号ILIM 148减小，直到开关漏极电流ID140达到电流限制信号ILIM 148，或电流限制信号ILIM 148减小，直到电流限制信号ILIM148达到下限阈值LOWER。因此，在小于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER大体上是第一值VAL1。在大于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER大体上是第二值VAL2。此外，上限阈值UPPER被改变，使得开关频率fSW被调节到频率阈值fTH。
为了例示，图2A示出了根据本发明的教导的由自适应电流限制发生器128生成的电流限制信号ILIM 148以及请求信号REQ 138的一个实施例200。具体地，图2A中所描绘的实施例例示了电流限制信号ILIM 148减小到下限阈值LOWER。在图2A中，开关漏极电流ID140被例示为细实线，而电流限制信号ILIM 148被示出为粗实线。第一值VAL1 263和第二值VAL2 267被示出以例示上限阈值UPPER 261可以变化的范围。电流限制范围ILIM RANGE265被示出为上限阈值UPPER 261与下限阈值LOWER 259之间的差异。电流限制范围ILIMRANGE 265可以根据上限阈值UPPER 261的值增大或减小，该上限阈值在第一值VAL1 263和第二值VAL2 267之间变化。
在一个实施例中，第一值VAL1 263和第二值VAL2 267之间的比率可以被选择，使得与上限阈值UPPER 261等于第一值VAL1 263(例如，“正常功率”模式)时相比，当上限阈值UPPER 261等于第二值VAL2 267(例如，“峰值功率”模式)时，功率转换器100的输出功率大体上加倍。输出功率大体上与峰值开关电流的平方值成正比。这样，在一个实施例中，第一值VAL1 263大体上是第二值VAL2 267的70％。这样，第二值VAL2 267与第一值VAL1 263之间的差异决定当功率转换器100在两个模式下运行时提供的输出功率或功率递送的差异。
如图2A中所示出的，当接收到请求信号REQ 138中的请求事件156时，功率开关SP110被接通，并且因此开关漏极电流ID 140开始增大。当开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148时，功率开关SP 110关断，并且因此开关漏极电流ID 140减小到零。当功率开关SP 110关断时，电流限制信号ILIM 148增大到上限阈值UPPER 261，并且然后减小。如图2A中所描绘的实施例中所示出的，由于在请求信号REQ 138中未接收到另一个请求事件156，因此电流限制信号ILIM 148减小到下限阈值LOWER 259，这导致开关漏极电流ID 140中没有脉冲。在多个实施例中，应理解，电流限制信号ILIM 148可以在多个步骤中最多增大到上限阈值UPPER 261。
在小于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 261大体上是第一值VAL1263。在大于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 261大体上是第二值VAL2 267。当开关频率fSW大体上等于频率阈值fTH时，上限阈值UPPER 261在介于第一值VAL1 263和第二值VAL2 267之间的电流限制范围ILIM RANGE 265内变化，如例如图2A中所示出的，使得开关频率fSW被调节到频率阈值fTH。
图2B例示了根据本发明的教导的由自适应电流限制发生器128生成的电流限制信号ILIM 148以及请求信号REQ 138的另一个实施例201。具体地，图2B中所描绘的实施例例示了如下实施例：在该实施例中，功率开关SP 110被接通，从而产生开关漏极电流ID 140，使得电流限制信号ILIM 148减小，直到开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148。
如所示出的，当接收到请求信号REQ 138中的请求事件156时，功率开关SP 110被接通，并且因此开关漏极电流ID 140开始增大。当开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148时，功率开关SP 110关断，并且因此开关漏极电流ID 140减小到零。当功率开关SP100关断时，电流限制信号ILIM 148最多增大达上限阈值UPPER 261，并且然后减小。如所示出的，电流限制信号ILIM 148减小，直到开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148。一旦开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 148，电流限制信号ILIM 148增大到上限阈值UPPER 261。如所示出的，请求信号REQ 156的前沿之间的持续时间是开关周期TSW。换句话说，功率开关SP 110的连续接通之间的持续时间大体上是开关周期TSW，并且开关频率fSW是开关周期TSW的倒数。
在小于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 261大体上是第一值VAL1263(例如，“正常功率”模式)。在大于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 261大体上是第二值VAL2 267(例如，“峰值功率”模式)。当开关频率fSW大体上是频率阈值fTH时，上限阈值UPPER 261在介于第一值VAL1 263和第二值VAL2 267之间的电流限制范围ILIMRANGE 265内变化，如例如图2B中所示出的，使得开关频率fSW被调节到频率阈值fTH。
图3例示了根据本发明的教导的曲线图300的一个实施例，该曲线图示出了关于开关频率fSW的相对于用于第一值VAL1 263和第二值VAL2 267的峰值电流曲线的归一化峰值开关电流ID 369。在所描绘的实施例中，用黑色实线例示了归一化峰值开关电流ID 369。如所示出的，对于小于频率阈值fTH 371的开关频率fSW，归一化峰值开关电流ID 369大体上与用于第一值VAL1 263的峰值电流曲线重叠或遵循该峰值电流曲线。在图3中所示出的实施例中，用于第一值VAL1 263的峰值电流曲线用小虚线曲线表示。在多个实施例中，功率转换器可以被认为当归一化峰值开关电流ID 369大体上与用于第一值VAL1 263的峰值电流曲线重叠或遵循该峰值电流曲线时在第一模式(例如，“正常功率”模式)下运行。如上文在图2A-图2B中所讨论的，第一值VAL1 263对应于电流限制范围ILM RANGE 265的下限范围值。
对于大于频率阈值fTH 371的开关频率fSW，归一化峰值开关电流ID 369大体上与用于第二值VAL2 267的峰值电流曲线重叠或遵循该峰值电流曲线。在图3中所示出的实施例中，用于第二值VAL2 267的峰值电流曲线用大虚线曲线表示。在多个实施例中，功率转换器可以被认为当归一化峰值开关电流ID 369大体上与用于第二值VAL2 267的峰值电流曲线重叠或遵循该峰值电流曲线时在第二模式(例如，“峰值功率”模式)下运行。如上文在图2A-图2B中所讨论的，第二值VAL2 267对应于电流限制范围ILM RANGE 265的上限范围值。
如图3中所描绘的实施例中所示出的，对于大体上等于频率阈值fTH 371的开关频率fSW，上限阈值UPPER 261在介于第一值VAL1 263和第二值VAL2 267之间的电流限制范围ILM RANGE 265中变化，使得归一化峰值开关电流ID 369被调节为在用于第一值VAL1 263的峰值电流曲线(图3中的小虚线)和用于第一值VAL2 267的峰值电流曲线(图3中的大虚线)之间转变。在多个实施例中，应理解，上限阈值UPPER 261可以在多个步骤中在第一值VAL1 263和第二值VAL2267之间转变，以在频率阈值fTH 371下在第一模式和第二模式之间(例如，在“正常功率”模式和“峰值功率”模式之间)调节归一化峰值开关电流ID 369。
在多个实施例中，应理解，更快的开关频率fSW通常对应于耦合到功率转换器100的更大的输出负载118。如所示出的，对于第一值VAL1263曲线和第二值VAL2 267曲线，在较低的开关频率fSW下存在一个较陡的斜率部分，其中该斜率在中间向较高的开关频率fSW减小。针对大虚线曲线的归一化峰值开关电流ID 369大于小虚线曲线，例示了在第二值VAL2 267处(例如，在“峰值功率”模式下)的较大的输出功率能力。然而，当开关频率fSW小于频率阈值fTH 371时，与小虚线曲线(第一值VAL1 263)相比，对于大虚线曲线(第二值VAL2 267)，传导损耗更大。
因此，图3中用黑实线表示的归一化峰值开关电流ID 369例示了根据本公开内容的实施方案的控制器的一个示例运行。在大于频率阈值fTH 371的开关频率fSW下，归一化峰值开关电流ID 369示出了控制器被配置为如用大虚线曲线(例如，上限阈值UPPER 261＝第二值VAL2267)所指示的那样运行，这使得与如果控制器以小虚线曲线(例如，上限阈值UPPER 261＝第一值VAL1 263)运行相比，控制器能够提供更多的输出功率。
因此，如上文所概述的，具有大于频率阈值fTH 371的开关频率fSW的运行区域可以被认为是“峰值功率”(例如，第二模式)区域，其中功率转换器100被配置为在小持续时间内提供“峰值功率”。具有在频率阈值fTH 371以下的开关频率fSW的运行区域可以被认为是“正常功率”(例如，第一模式)区域，其中功率转换器100被配置为如用小虚线曲线(例如，上限阈值UPPER 261＝第一值VAL1 263)所指示的那样运行，这使得功率转换器100能够以较小的传导损耗运行，这与大虚线曲线(例如，上限阈值UPPER 261＝第二值VAL2 267)相比提高了效率。如所提及的，当功率转换器100被调节到频率阈值fTH 371处时，电流限制范围ILIMRANGE 265的上限阈值UPPER 261可以在第一值VAL1 263(例如，“正常功率”模式)和第二值VAL2 267(例如，“峰值功率”模式)之间变化，以在“正常功率”和“峰值功率”模式之间以在频率阈值fTH 371处的开关频率fSW调节归一化峰值开关电流ID 369。
在一个实施例中，频率阈值fTH 371大体上是80kHz。然而，在其他实施例中，应理解，频率阈值fTH 371可以由用户选择或调整。例如，在多个实施例中，频率阈值fTH 371可以是80kHz、100kHz或110kHz，并且该选择可以由设计者通常选择的频率来决定，以运行功率转换器以向负载提供全功率。
图4例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器中的第一控制器424的一个实施例。应理解，图4的第一控制器424可以是示出如图1中所示出的第一控制器124的更多细节的一个实施例，并且上文所描述的类似地命名和编号的元件在下文类似地耦合和起作用。
如图4描绘的实施例中所示出的，第一控制器424包括驱动电路426和自适应电流限制发生器428。在该实施例中，驱动电路426被示出为包括比较器468和锁存器466。比较器468接收电流限制信号ILIM 448和电流感测信号ISNS 442，该电流感测信号表示开关电流ID 140。如所示出的，比较器468在其反相输入处接收电流限制信号ILIM 448，并且在其非反相输入处接收电流感测信号ISNS 442。如所描绘的实施例中所示出的，锁存器466被耦合以接收请求信号REQ 438和比较器468的输出。具体地，在锁存器466的置位输入S处接收请求信号REQ 438，而在锁存器466的复位输入R处接收比较器468的输出。锁存器466的Q输出被示出为初级驱动信号DR 444。
在运行中，当在请求信号REQ 438(其使锁存器466置位)中接收到请求事件456时，驱动电路426在锁存器466的Q输出处输出用于初级驱动信号DR 444的逻辑高值。当比较器468检测到由电流感测信号ISNS 442表示的开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM448(其使锁存器466复位)时，初级驱动信号DR 444转变到逻辑低值。
如图4中所描绘的示例自适应电流限制发生器428被示出为包括单稳多谐振荡器470(例如，单次(one-shot))、上限阈值发生器473和斜坡发生器447，该斜坡发生器包括充电电流源IC 472、放电电流源IDIS 476、逆变器489和电容器CLIM 480。
如所例示的实施例中所示出的，上限阈值发生器473被耦合以接收请求信号REQ438和阈值信号VFTH 475，该阈值信号表示频率阈值fTH 371。在一个实施例中，阈值信号VFTH475是电压信号。如下文将更详细地讨论的，上限阈值发生器473被配置为响应于请求信号REQ 438和阈值信号VFTH 475而生成上限阈值UPPER 461。
单稳多谐振荡器470被配置为接收初级驱动信号DR 444并且向斜坡发生器447输出充电信号CHG 492。在一个实施例中，充电信号CHG 492是固定持续时间的矩形脉冲，响应于初级驱动信号DR 444而在充电信号CHG 492中使该固定持续时间的矩形脉冲有效。在一个实施例中，单稳多谐振荡器470响应于指示功率开关SP 110的关断的初级驱动信号DR444而输出充电信号CHG 492。在运行中，由单稳多谐振荡器470响应于初级驱动信号DR 444中的后沿而在充电信号CHG 492中使所述固定持续时间的脉冲有效。
斜坡发生器447的逆变器489接收充电信号CHG 492并且输出放电信号DIS 494。应理解，放电信号DIS 494是反向的充电信号CHG 492。
开关S1 474被配置为由充电信号CHG 492控制，而开关S2 478被配置为由放电信号DIS 494控制。当充电信号CHG 492被有效时，开关S1 474被接通，并且电容器CLIM 480由电流源IC 472充电，并且电容器CLIM 480上的电压增大。电容器CLIM 480上的电压是电流限制信号ILIM 448。如所示出的，电流源IC 472被耦合在上限阈值UPPER 461和开关S1 474之间。因此，电容器CLIM 480被充电到的最大值是上限阈值UPPER 461，该上限阈值由上限阈值发生器473输出。换句话说，电流限制信号ILIM 448可以达到的最大值由上限阈值UPPER461决定。
在由单稳多谐振荡器470提供的脉冲的固定持续时间之后，充电信号CHG 492被无效，并且放电信号DIS 494被有效。当放电信号DIS 494被有效时，开关S2 478被接通，并且电容器CLIM 480由电流源IDIS 476放电，并且电容器CLIM 480上的电压(例如，电流限制信号ILIM 448)减小。如所示出的，电流源IDIS 476被耦合在开关S2 478和下限阈值LOWER 459之间。因此，电容器CLIM 480上的电压(例如，电流限制信号ILIM 448)减小，直到如由电流感测信号ISNS 442表示的开关漏极电流ID 140达到电流限制信号ILIM 448或电容器CLIM上的电压(例如，电流限制信号ILIM 448)达到下限阈值LOWER 459。
上限阈值发生器473被配置为接收请求信号REQ和表示频率阈值fTH 371的阈值信号VFTH 475。上限阈值发生器473根据请求信号REQ 438确定开关频率fSW，并且使上限阈值UPPER 461变化。应理解，上限阈值发生器473可以根据其他信号(诸如驱动信号DR 444)确定开关频率fSW。在小于频率阈值fTH 371的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 461大体上是第一值VAL1 263。在大于频率阈值fTH的开关频率fSW下，上限阈值UPPER 461大体上是第二值VAL2 267。当开关频率fSW大体上是频率阈值fTH 371时，上限阈值UPPER 461在第一值VAL1263和第二值VAL2 267之间变化，使得开关频率fSW被调节到频率阈值fTH 371。
图5A例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器的示例第一控制器中的上限阈值发生器573A的一个实施例。应理解，图5A的上限阈值发生器573A可以是如图4中所示出的上限阈值发生器473的一个实施例，并且上文所描述的类似地命名和编号的元件在下文中类似地耦合和起作用。
如所描绘的实施例中所示出的，上限阈值发生器573A包括频率测量电路549，该频率测量电路包括电流源I1 581、电容器C1 583和开关S3 579。频率测量电路549被配置为测量初级功率开关SP 110的开关频率fSW。应理解，通过测量初级功率开关SP 110的开关频率fSW，频率测量电路549也测量初级功率开关SP 110的开关周期TSW，该开关周期是开关频率fSW的倒数。请求信号REQ 538中的请求事件556接通开关S3 579，以使电容器C1 583放电。在所描绘的实施例中，开关S3 578被配置为在由如所示出的耦合到开关S3 579的延迟电路577决定的延迟之后响应于请求信号REQ 538而接通。然后，由电流源I1581对电容器C1 583充电，以测量初级功率开关SP 110的开关频率fSW/开关周期TSW。因此，电容器C1 583上的开关频率电压VFSW 585(也被称为开关频率信号VFSW 585)表示开关频率fSW/开关周期TSW。
应理解，开关频率fSW越快，开关周期TSW越短，并且电容器C1 583上的开关频率电压VFSW 585越小。换句话说，开关频率fSW越慢，开关周期TSW越长，并且电容器C1 583上的开关频率电压VFSW 585越大，因为电流源I1 581对电容器C1 583充电的时间更多。这样，较大的开关频率电压VFSW 585对应于较慢的开关频率fSW。
如图5A中所描绘的实施例中所示出的，放大器级551被耦合以接收表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585和表示频率阈值fTH 371的阈值信号VFTH 575。在所示出的实施例中，阈值信号VFTH 575是表示频率阈值fTH 371的电压。放大器级551被配置为响应于开关频率电压VFSW 585和电压VFTH 575而生成电流IREG1 589。在所描绘的实施例中，放大器级551包括跨导放大器G1 587，该跨导放大器将表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585与表示频率阈值fTH 371的电压VFTH 575进行比较，以生成输出电流IREG1589。对于所示出的实施例，跨导放大器G1 587具有正增益。放大器级551的输出电流IREG1 589的方向和幅度由开关频率电压VFSW 585和电压VFTH 575之间的差异决定或响应于所述差异而变化。如所示出的，在跨导放大器G1 587的反相输入处接收开关频率电压VFSW585，而在跨导放大器G1 587的非反相输入处接收电压VFTH 575。如果电压VFTH 575大于开关频率电压VFSW 585，跨导放大器G1 587提供电流IREG1 589以对电容器C2 593充电。如果电压VFTH 575小于电压VFSW 585，跨导放大器G1 587拉动电流IREG1 589，以使电容器C2 593放电。
如果开关频率电压VFSW 585小于电压VFTH 575，这指示开关频率fSW大于频率阈值fTH 371。跨导放大器G1提供电流IREG1 589给开关S4 591和电容器C2 593，使得电容器C2593被充电。电容器C2 593上的电压是上限阈值UPPER 561。这样，上限阈值UPPER 561增大。
如果开关频率电压VFSW 585大于电压VFTH 575，这指示开关频率fSW小于频率阈值fTH 371。跨导放大器G1 587从开关S4 591和电容器C2 593吸收电流IREG1 589，使得电容器C2 593被放电。这样，上限阈值UPPER 561减小。
在所描绘的实施例中，开关S4 591和电容器C2 593形成积分器553。开关S4 591由请求信号REQ 538控制。请求信号REQ 538中的接收到的请求事件556充当更新信号，并且开关S4 591被接通，并且电容器C2 593由电流IREG1 589充电或放电，这取决于开关频率电压VFSW 585小于如由放大器级551的跨导放大器G1 587决定的电压VFTH 575还是大于电压VFTH575。这样，电容器C2 593上的上限阈值UPPER 561可以被改变，以将开关频率fSW调节到频率阈值fTH 371。应理解，由延迟电路577决定的接通开关S4 591和接通开关S3 579之间的延迟具有足够的持续时间，使得在开关S3 579使电容器C1 583上的开关频率fSW/开关周期TSW的测量结果复位之前，电容器C2 593具有足够的时间更新。
二极管D1 595和二极管D2 597被包括在被耦合到电容器C2 593的限制器555中。如所示出的，二极管D1 595的阳极被耦合到第一值VAL1 563，并且D1 595的阴极被耦合到电容器C2 593。二极管D2 597的阳极被耦合到电容器C2 593，并且二极管D2 597的阴极被耦合到第二值VAL2 567。这样，电容器C2 593上的电压(例如，上限阈值UPPER 561)被限制或不被充电到大于第二值VAL2 567的值或被放电到小于第一值VAL1 563的值。
图5B例示了根据本发明的教导的被包括在开关模式功率转换器的示例第一控制器中的上限阈值发生器573B的另一个实施例。应理解，图5B的上限阈值发生器573B可以是如图4中所示出的上限阈值发生器473的另一个实施例，并且上文所描述的类似地命名和编号的元件在下文类似地耦合和起作用。应理解，图5B的示例上限阈值发生器573B与图5A中所示出的示例上限阈值发生器573A共享一些类似之处，在放大器级551中具有用于跨导放大器的附加可变增益级，如下文将示出的。
例如，如图5B中所描绘的实施例中所示出的，上限阈值发生器573B的放大器级551还包括第二跨导放大器G2 598，该第二跨导放大器还被耦合到频率测量电路549的电容器C1 583以接收表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585。第二跨导放大器G2598还被耦合以接收表示频率阈值fTH 371的电压VFTH 575。如所示出的，在第二跨导放大器G2 598的反相输入处接收开关频率电压VFSW 585，而在第二跨导放大器G2 598的非反相输入处接收电压VFTH 575。对于所示出的实施例，第二跨导放大器G2 598具有正增益。与跨导放大器G1 587类似，第二跨导放大器G2 598也将表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585与表示频率阈值fTH 371的电压VFTH 575进行比较并且提供电流IREG2 599。电流IREG2 599的方向和幅度由开关频率电压VFSW 585和电压VFTH 575之间的差异决定或响应于该差异而变化。跨导放大器G2 598提供电流IREG2 599给积分器553的电容器C2 593，使得电容器C2 593被充电，并且当开关频率电压VFSW 585显著小于电压VFTH 575(例如开关频率FSW显著大于频率阈值fTH)时，上限阈值UPPER 561增大。另外，第二跨导放大器G2 598从电容器C2 593吸收电流IREG2 599，使得电容器C2 593被放电，并且当开关频率电压VFSW 585显著大于电压VFTH 575(例如开关频率fSW显著小于频率阈值fTH)时，上限阈值UPPER 561减小。
然而，跨导放大器G2 598不为放大器级551提供或吸收电流，除非表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585大于较低频率电压VLF 559并且小于较高频率电压VHF 557。在一个实施例中，电压VLF 559表示用于增大的增益的频率，该频率小于频率阈值fTH 371，而电压VHF 557表示用于增大的增益的频率，该频率大于频率阈值fTH 371。应理解，电压VLF 559大于电压VFTH 575，该电压VFTH 575大于电压VHF 557，或在数学上VLF>VFTH>VHF。
这样，图5B中所描绘的示例放大器级551还包括比较器U1 584、比较器U2 582、或(OR)门586、开关S5 574和开关S6 578。比较器U1 584被示出为在其反相输入处接收较低频率电压VLF 559，并且在其非反相输入处接收开关频率电压VFSW 585。比较器U2 582被示出为在其非反相输入处接收较高频率电压VHF 557并且在其反相输入处接收开关频率电压VFSW585。比较器U1 584的输出和比较器U2 582的输出由或门586接收。或门586的非反相输出控制开关S5 574的接通和关断，而或门586的反相输出控制开关S6 578的接通和关断。开关S5574被示出为耦合在积分器553的开关S4 591和跨导放大器G2598的输出之间。开关S6 578被示出为耦合在跨导放大器G2 598的输出和输入回线511之间。
在运行中，如果表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585小于电压VLF 559并且大于电压VHF 557(例如VHF<VFSW<VLF)，则开关频率fSW相对接近频率阈值fTH 371，并且因此仅跨导放大器G1 587被利用以对电容器C2 593充电或使电容器C2 593放电并且使上限阈值UPPER 561变化。换句话说，如果表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585小于电压VLF 559并且大于电压VHF 557(例如，VHF<VFSW<VLF)，则比较器U1 584和比较器U2 582二者的输出为低，或门586的非反相输出为低，并且开关S5 574是断开的。或门586的反相输出为高并且开关S6 578是导通的，并且电流IREG2 599被引导到输入回线511并且不被包括在放大器级551的输出电流中以对电容器C2 593充电或使电容器C2 593放电。
如果表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585大于电压VLF 559(例如，VFSW>VLF)，这指示开关频率fSW远低于或显著低于频率阈值fTH 371，并且由跨导放大器G2598提供的附加的电流IREG2 599可以被利用以快速使开关频率fSW回到调节。比较器U1584的输出为高，或门586的非反相输出为高，而或门586的反相输出为低。这样，开关S5 574被闭合，并且S6 578被打开。开关频率电压VFSW 585大于电压VFTH 575，并且从电容器C2 593拉动的放大器级551的输出电流包括由跨导放大器G1 587和跨导放大器G2 598二者提供的电流IREG1 589和IREG2 599。换句话说，跨导放大器G1 587和跨导放大器G2 598二者从电容器C2593吸收电流，并且电容器C2593被放电。因此，与如果仅利用跨导放大器G1 589相比，电容器C2 593上的上限阈值UPPER 561电压减小得更快。
如果表示开关频率fSW/开关周期TSW的开关频率电压VFSW 585小于电压VHF 557(例如，VFSW<VHF)，这指示开关频率fSW远大于或显著大于频率阈值fTH 371，并且由跨导放大器G2598提供的附加的电流IREG2 599可以被利用以快速使开关频率fSW回到调节。比较器U2582的输出为高，或门586的非反相输出为高，而或门586的反相输出为低。这样，开关S5 574被闭合，并且开关S6 578被打开。开关频率电压VFSW 585小于电压VFTH 575，并且由跨导放大器G1587和跨导放大器G2 598二者提供给积分器553的电容器C2 593的放大器级551的输出电流包括电流IREG1 589和电流IREG2 599。换句话说，跨导放大器G1 587和跨导放大器G2 598二者提供电流给电容器C2 593，并且电容器C2 593被充电。与如果仅利用跨导放大器G1 587相比，电容器C2 593上的上限阈值UPPER 561增大得更快。
作为一个实施例，电压VFTH 575可以表示80kHz，而较高频率电压VHF 557可以表示100kHz，并且较低频率电压VLF 559可以表示65kHz。如果开关频率fSW大于65kHz但是小于100kHz时，则开关S5 574被打开，而开关S6 578被闭合，并且跨导放大器G1 587被用来拉动或推动电流IREG1 589以对电容器C2 593充电或使电容器C2 593放电。如果开关频率fSW小于65khz，跨导放大器G1 587和跨导放大器G2598二者被使用以拉动电流IREG1 589和IREG2 599以使电容器C2 593放电，并且使上限阈值UPPER 561减小。如果开关频率fSW大于100kHz时，跨导放大器G1 587和跨导放大器G2 598二者被使用以推动电流IREG1 589和IREG2 599以对电容器C2 593充电，以使上限阈值UPPER 561增大。限制器555的二极管D1 595和二极管D2597被耦合到电容器C2 593并且限制电容器C2 593上的电压(例如上限阈值UPPER 561)，使得电容器C2 593不被充电到大于第二值VAL2 567的值或被放电到小于第一值VAL1 563的值。
对本发明的所例示的实施例的上述描述，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来替代地限定本发明：
实施例1.一种用于功率转换器的控制器，包括：驱动电路，其被耦合以接收表示所述功率转换器的输出的功率需求的请求信号，其中所述驱动电路被配置为生成驱动信号以控制功率开关的开关，以控制从所述功率转换器的输入侧到所述功率转换器的输出侧的能量传递，其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求信号而控制所述功率开关；以及自适应电流限制发生器，其被配置为响应于所述驱动信号和所述请求信号而生成电流限制信号，其中所述驱动电路被配置为当表示通过所述功率开关的电流的电流感测信号达到所述电流限制信号时，关断所述功率开关，其中所述自适应电流限制发生器被配置为当所述功率开关的开关频率小于频率阈值时，使所述电流限制信号的电流限制范围的上限阈值变化到第一值，并且当所述功率开关的所述开关频率大于所述频率阈值时，使所述电流限制信号的所述电流限值范围的上限阈值变化到第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
实施例2.根据实施例1所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器被配置为使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值在所述第一值和所述第二值之间变化，以将所述驱动信号的所述开关频率调节到所述频率阈值。
实施例3.根据实施例1或2所述的控制器，其中当所述自适应电流限制发生器使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值变化到所述第一值时，所述功率转换器被配置为在第一模式下运行，其中当所述自适应电流限制发生器使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值变化到所述第二值时，所述功率转换器被配置为在第二模式下运行，并且其中与当所述功率转换器被配置为在所述第一模式下运行时相比，当所述功率转换器被配置为在所述第二模式下运行时，所述功率转换器的功率递送更大。
实施例4.根据实施例1至3中的任一个所述的控制器，其中所述电流限制信号是斜坡信号，所述斜坡信号被配置为响应于所述功率开关关断而增大并且随后减小。
实施例5.根据实施例1至4中的任一个所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器包括：上限阈值发生器，其被配置为响应于所述请求信号而生成所述电流限制范围的所述上限阈值和表示所述频率阈值的频率阈值电压；以及斜坡发生器，其被耦合到所述上限阈值发生器，所述斜坡发生器被配置为响应于所述驱动信号和所述电流限制范围的所述上限阈值而生成所述电流限制信号。
实施例6.根据实施例1至5中的任一个所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器还包括被耦合以响应于所述驱动信号而生成充电信号的单稳多谐振荡器，其中所述斜坡发生器被配置为响应于所述充电信号和所述电流限制范围的所述上限阈值而生成所述电流限制信号。
实施例7.根据实施例1至6中的任一个所述的控制器，其中所述上限阈值发生器包括：频率测量电路，其被配置为接收所述请求信号以生成表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压；放大器级，其被配置为响应于所述开关频率电压与所述频率阈值电压之间的差异而生成输出；以及积分器，其被配置为响应于所述放大器级的输出和所述请求信号而生成所述电流限制范围的所述上限阈值。
实施例8.根据实施例1至7中的任一个所述的控制器，还包括限制器，所述限制器被耦合到所述积分器，以将所述电流限制范围的所述上限阈值限制到介于所述第一值和所述第二值之间的范围。
实施例9.根据实施例1至8中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级包括第一跨导放大器，所述第一跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出。
实施例10.根据实施例1至9中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级还包括第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出。
实施例11.根据实施例1至10中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级还包括：第一比较器，其具有被耦合以接收所述开关频率电压的第一输入和被耦合以接收表示小于所述频率阈值的频率的较低频率电压的第二输入；第二比较器，其具有被耦合以接收表示大于所述频率阈值的频率的较高频率电压的第一输入和被耦合以接收所述开关频率电压的第二输入；或门，其被耦合到所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出；第一开关，其被耦合在所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出之间，其中所述第一开关被配置为响应于所述或门的输出而被控制；以及第二开关，其被耦合在所述第二跨导放大器的输出和回线之间，其中所述第二开关被配置为响应于所述或门的反向输出而被控制。
实施例12.根据实施例1至11中的任一个所述的控制器，其中所述频率阈值电压表示80千赫兹，并且其中所述较低频率电压阈值表示65千赫兹，其中所述较高频率电压表示100千赫兹。
实施例13.根据实施例1至12中的任一个所述的控制器，其中所述驱动电路包括：比较器，其具有被耦合以接收所述电流感测信号的第一输入和被耦合以接收所述电流限制信号的第二输入；以及锁存器，其具有被耦合到所述比较器的输出的复位输入和被耦合以接收所述请求信号的置位输入，其中所述锁存器的输出被耦合以生成所述驱动信号。
实施例14.根据实施例1至13中的任一个所述的控制器，其中所述请求信号包括表示所述功率转换器的输出的所述功率需求的请求事件，并且其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求事件而输出所述驱动信号以接通所述功率开关。
实施例15.一种用于功率转换器的控制器，包括：驱动电路，其被配置为响应于请求信号而生成驱动信号以控制功率开关的开关，以控制从所述功率转换器的输入侧到所述功率转换器的输出侧的能量传递，所述请求信号包括表示所述功率转换器的输出的请求事件，其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求信号中的所述请求事件而接通所述功率开关；以及自适应电流限制发生器，其被配置为响应于所述驱动信号和所述请求信号而生成电流限制信号，其中所述驱动电路被配置为当表示通过所述功率开关的电流的电流感测信号达到所述电流限制信号时，关断所述功率开关，其中所述自适应电流限制发生器还包括：上限阈值发生器，其被配置为响应于所述功率开关的开关频率与频率阈值之间的比较而生成所述电流限制信号的电流限制范围的上限阈值。
实施例16.根据实施例15所述的控制器，其中所述上限阈值发生器包括：放大器级，其被配置为将所述功率开关的开关频率和频率阈值进行比较以生成输出，其中所述放大器级的输出被配置为响应于所述功率开关的所述开关频率和所述频率阈值之间的差异而变化；以及积分器，其被配置为响应于所述放大器级的输出和所述请求信号而生成所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值。
实施例17.根据实施例15或16所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器还包括被耦合到所述上限阈值发生器的斜坡发生器，其中所述斜坡发生器被配置为生成响应于所述功率开关关断而在所述电流限制范围内增大并且然后减小的所述电流限制信号。
实施例18.根据实施例15至17中的任一个所述的控制器，其中所述上限阈值发生器还包括频率测量电路，所述频率测量电路被配置为接收所述请求信号以生成表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压，其中所述放大器级被配置为响应于所述开关频率电压与表示所述频率阈值的频率阈值电压之间的差异而生成输出。
实施例19.根据实施例15至18中的任一个所述的控制器，其中所述上限阈值发生器被配置为使所述电流限制范围的所述上限阈值在第一值和第二值之间变化，以将所述开关频率调节到所述频率阈值。
实施例20.根据实施例15至19中的任一个所述的控制器，其中所述上限阈值发生器还包括被耦合到所述积分器的限制器，以将所述电流限制范围的所述上限阈值限制到介于所述第一值和所述第二值之间的范围内。
实施例21.根据实施例15至20中的任一个所述的控制器，其中所述限制器被配置为当所述驱动信号的所述开关频率小于所述频率阈值时将所述上限阈值限制到所述第一值，其中所述限制器被配置为当所述驱动信号的开关频率大于所述频率阈值时将所述上限阈值限制到所述第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
实施例22.根据实施例15至21中的任一个所述的控制器，其中当所述电流限制范围的所述上限阈值被限制到所述第一值时所述功率转换器的功率消耗小于当所述电流限制范围的所述上限阈值被限制到所述第二值时所述功率转换器的功率消耗。
实施例23.根据实施例15至22中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级包括第一跨导放大器，所述第一跨导放大器被耦合以接收表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压和表示所述频率阈值的频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出。
实施例24.根据实施例15至23中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级还包括第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出。
实施例25.根据实施例15至24中的任一个所述的控制器，其中所述放大器级还包括：第一比较器，其具有被耦合以接收所述开关频率电压的第一输入和被耦合以接收表示小于所述频率阈值的频率的较低频率电压的第二输入；第二比较器，其具有被耦合以接收表示大于所述频率阈值的频率的较高频率电压的第一输入和被耦合以接收所述开关频率电压的第二输入；或门，其被耦合到所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出；第一开关，其被耦合在所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出之间，其中所述第一开关被配置为响应于所述或门的输出而被控制；以及第二开关，其被耦合在所述第二跨导放大器的输出和回线之间，其中所述第二开关被配置为响应于所述或门的反向输出而被控制。
实施例26.根据实施例15至25中的任一个所述的控制器，其中所述驱动电路包括：比较器，其具有被耦合以接收所述电流感测信号的第一输入和被耦合以接收所述电流限制信号的第二输入；以及锁存器，其具有被耦合到所述比较器的输出的复位输入和被耦合以接收所述请求信号的置位输入，其中所述锁存器的输出被耦合以生成所述驱动信号。

Claims (26)

1.一种用于功率转换器的控制器，包括：
驱动电路，其被耦合以接收表示所述功率转换器的输出的功率需求的请求信号，其中所述驱动电路被配置为生成驱动信号以控制功率开关的开关，以控制从所述功率转换器的输入侧到所述功率转换器的输出侧的能量传递，其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求信号而控制所述功率开关；以及
自适应电流限制发生器，其被配置为响应于所述驱动信号和所述请求信号而生成电流限制信号，其中所述驱动电路被配置为当表示通过所述功率开关的电流的电流感测信号达到所述电流限制信号时，关断所述功率开关，其中所述自适应电流限制发生器被配置为当所述功率开关的开关频率小于频率阈值时，使所述电流限制信号的电流限制范围的上限阈值变化到第一值，并且当所述功率开关的所述开关频率大于所述频率阈值时，使所述电流限制信号的所述电流限值范围的上限阈值变化到第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器被配置为使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值在所述第一值和所述第二值之间变化，以将所述驱动信号的所述开关频率调节到所述频率阈值。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中当所述自适应电流限制发生器使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值变化到所述第一值时，所述功率转换器被配置为在第一模式下运行，其中当所述自适应电流限制发生器使所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值变化到所述第二值时，所述功率转换器被配置为在第二模式下运行，并且其中与当所述功率转换器被配置为在所述第一模式下运行时相比，当所述功率转换器被配置为在所述第二模式下运行时，所述功率转换器的功率递送更大。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述电流限制信号是斜坡信号，所述斜坡信号被配置为响应于所述功率开关关断而增大并且随后减小。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器包括：
上限阈值发生器，其被配置为响应于所述请求信号而生成所述电流限制范围的所述上限阈值和表示所述频率阈值的频率阈值电压；以及
斜坡发生器，其被耦合到所述上限阈值发生器，所述斜坡发生器被配置为响应于所述驱动信号和所述电流限制范围的所述上限阈值而生成所述电流限制信号。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器还包括被耦合以响应于所述驱动信号而生成充电信号的单稳多谐振荡器，其中所述斜坡发生器被配置为响应于所述充电信号和所述电流限制范围的所述上限阈值而生成所述电流限制信号。
7.根据权利要求5所述的控制器，其中所述上限阈值发生器包括：
频率测量电路，其被配置为接收所述请求信号以生成表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压；
放大器级，其被配置为响应于所述开关频率电压与所述频率阈值电压之间的差异而生成输出；以及
积分器，其被配置为响应于所述放大器级的输出和所述请求信号而生成所述电流限制范围的所述上限阈值。
8.根据权利要求7所述的控制器，还包括限制器，所述限制器被耦合到所述积分器，以将所述电流限制范围的所述上限阈值限制到介于所述第一值和所述第二值之间的范围。
9.根据权利要求7所述的控制器，其中所述放大器级包括第一跨导放大器，所述第一跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中所述放大器级还包括第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述放大器级还包括：
第一比较器，其具有被耦合以接收所述开关频率电压的第一输入和被耦合以接收表示小于所述频率阈值的频率的较低频率电压的第二输入；
第二比较器，其具有被耦合以接收表示大于所述频率阈值的频率的较高频率电压的第一输入和被耦合以接收所述开关频率电压的第二输入；
或门，其被耦合到所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出；
第一开关，其被耦合在所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出之间，其中所述第一开关被配置为响应于所述或门的输出而被控制；以及
第二开关，其被耦合在所述第二跨导放大器的输出和回线之间，其中所述第二开关被配置为响应于所述或门的反向输出而被控制。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中所述频率阈值电压表示80千赫兹，并且其中所述较低频率电压阈值表示65千赫兹，其中所述较高频率电压表示100千赫兹。
13.根据权利要求1所述的控制器，其中所述驱动电路包括：
比较器，其具有被耦合以接收所述电流感测信号的第一输入和被耦合以接收所述电流限制信号的第二输入；以及
锁存器，其具有被耦合到所述比较器的输出的复位输入和被耦合以接收所述请求信号的置位输入，其中所述锁存器的输出被耦合以生成所述驱动信号。
14.根据权利要求1所述的控制器，其中所述请求信号包括表示所述功率转换器的输出的所述功率需求的请求事件，并且其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求事件而输出所述驱动信号以接通所述功率开关。
15.一种用于功率转换器的控制器，包括：
驱动电路，其被配置为响应于请求信号而生成驱动信号以控制功率开关的开关，以控制从所述功率转换器的输入侧到所述功率转换器的输出侧的能量传递，所述请求信号包括表示所述功率转换器的输出的请求事件，其中所述驱动电路被配置为响应于所述请求信号中的所述请求事件而接通所述功率开关；以及
自适应电流限制发生器，其被配置为响应于所述驱动信号和所述请求信号而生成电流限制信号，其中所述驱动电路被配置为当表示通过所述功率开关的电流的电流感测信号达到所述电流限制信号时，关断所述功率开关，其中所述自适应电流限制发生器还包括：
上限阈值发生器，其被配置为响应于所述功率开关的开关频率与频率阈值之间的比较而生成所述电流限制信号的电流限制范围的上限阈值。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述上限阈值发生器包括：
放大器级，其被配置为将所述功率开关的开关频率和频率阈值进行比较以生成输出，其中所述放大器级的输出被配置为响应于所述功率开关的所述开关频率和所述频率阈值之间的差异而变化；以及
积分器，其被配置为响应于所述放大器级的输出和所述请求信号而生成所述电流限制信号的所述电流限制范围的所述上限阈值。
17.根据权利要求15所述的控制器，其中所述自适应电流限制发生器还包括被耦合到所述上限阈值发生器的斜坡发生器，其中所述斜坡发生器被配置为生成响应于所述功率开关关断而在所述电流限制范围内增大并且然后减小的所述电流限制信号。
18.根据权利要求16所述的控制器，其中所述上限阈值发生器还包括频率测量电路，所述频率测量电路被配置为接收所述请求信号以生成表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压，其中所述放大器级被配置为响应于所述开关频率电压与表示所述频率阈值的频率阈值电压之间的差异而生成输出。
19.根据权利要求16所述的控制器，其中所述上限阈值发生器被配置为使所述电流限制范围的所述上限阈值在第一值和第二值之间变化，以将所述开关频率调节到所述频率阈值。
20.根据权利要求19所述的控制器，其中所述上限阈值发生器还包括被耦合到所述积分器的限制器，以将所述电流限制范围的所述上限阈值限制到介于所述第一值和所述第二值之间的范围内。
21.根据权利要求20所述的控制器，其中所述限制器被配置为当所述驱动信号的所述开关频率小于所述频率阈值时将所述上限阈值限制到所述第一值，其中所述限制器被配置为当所述驱动信号的开关频率大于所述频率阈值时将所述上限阈值限制到所述第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
22.根据权利要求20所述的控制器，其中当所述电流限制范围的所述上限阈值被限制到所述第一值时所述功率转换器的功率消耗小于当所述电流限制范围的所述上限阈值被限制到所述第二值时所述功率转换器的功率消耗。
23.根据权利要求16所述的控制器，其中所述放大器级包括第一跨导放大器，所述第一跨导放大器被耦合以接收表示所述功率开关的所述开关频率的开关频率电压和表示所述频率阈值的频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出。
24.根据权利要求23所述的控制器，其中所述放大器级还包括第二跨导放大器，所述第二跨导放大器被耦合以接收所述开关频率电压和所述频率阈值电压，其中所述放大器级的输出响应于所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出。
25.根据权利要求24所述的控制器，其中所述放大器级还包括：
第一比较器，其具有被耦合以接收所述开关频率电压的第一输入和被耦合以接收表示小于所述频率阈值的频率的较低频率电压的第二输入；
第二比较器，其具有被耦合以接收表示大于所述频率阈值的频率的较高频率电压的第一输入和被耦合以接收所述开关频率电压的第二输入；
或门，其被耦合到所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出；
第一开关，其被耦合在所述第一跨导放大器的输出和所述第二跨导放大器的输出之间，其中所述第一开关被配置为响应于所述或门的输出而被控制；以及
第二开关，其被耦合在所述第二跨导放大器的输出和回线之间，其中所述第二开关被配置为响应于所述或门的反向输出而被控制。
26.根据权利要求15所述的控制器，其中所述驱动电路包括：
比较器，其具有被耦合以接收所述电流感测信号的第一输入和被耦合以接收所述电流限制信号的第二输入；以及
锁存器，其具有被耦合到所述比较器的输出的复位输入和被耦合以接收所述请求信号的置位输入，其中所述锁存器的输出被耦合以生成所述驱动信号。
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