CN204790658U - 用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路和具有可变输入电压的开关模式电源 - Google Patents

用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路和具有可变输入电压的开关模式电源 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及使用多个和/或可调的基准电压调整输出电压的控制电路。一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路能够操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号，所述控制信号具有占空比；确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内；以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。还公开了开关模式电源。

Description

用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路和具有可变输入电压的开关模式电源
技术领域
本公开涉及用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路和具有可变输入电压的开关模式电源。
背景技术
本部分提供了与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
开关模式电源一般包括电源开关和一个或多个用于控制电源开关的脉冲宽度调制(PulseWidthModulated，PWM)控制信号。可以通过将输出电压反馈信息与基准电压比较并基于该比较调节电源开关的接通时间段(即，占空比)，来调整这种电源的输出电压。
实用新型内容
该部分提供本公开的总体概述且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在很多应用中，期望将电源的输出电压调节在限定的水平。例如，这可以通过以下进行：将输出电压反馈信息与基准电压相比较，且基于该比较，调节电源中的一个或多个电源开关的占空比。然而，如果例如电源的输入电压变化，则可能难以实现调节输出电压。
根据本公开的一方面，提供了调整具有可变输入电压和至少一个电源开关的开关模式电源的输出电压的方法。该方法包括使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号。所述控制信号具有占空比。该方法还包括：确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内，以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外而调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
根据本公开的另一方面，提供了用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该控制电路可操作以使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号。所述控制信号具有占空比。该控制电路还可操作以：确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内，以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外而调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
根据本公开的另一方面，提供了一种调整开关模式电源的输出电压的方法，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该方法包括：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号。所述控制信号具有占空比。该方法还包括：调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。调节所述基准电压包括根据所述控制信号的所述占空比调节所述基准电压。
根据本公开的另一方面，提供了一种调整开关模式电源的输出电压的方法，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该方法包括：确定所述输入电压；基于所确定的输入电压，从多个基准电压中选择基准电压；以及根据所选择的基准电压，生成用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的占空比。
根据本公开的另一方面，提供了用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该控制电路可操作以：确定所述输入电压；基于所确定的输入电压，从多个基准电压中选择基准电压；以及根据所选择的基准电压，生成用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的占空比。
根据本公开的另一方面，提供了调整开关模式电源的输出电压的方法，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该方法包括：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号。所述控制信号具有占空比。该方法还包括：确定所述开关模式电源内的温度是否高于阈值温度；以及响应于确定所述温度高于所述阈值温度而调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
根据本公开的另一方面，提供了一种调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关。该控制电路可操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号。所述控制信号具有占空比。该控制电路还可操作以：确定所述开关模式电源内的温度是否高于阈值温度；以及响应于确定所述温度高于所述阈值温度而调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念1、一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路能够操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号，所述控制信号具有占空比；确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内；以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念2、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，根据所述限定的范围的平均占空比调节所述基准电压。
概念3、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，感测所述开关模式电源的输出电流，且其中，所述控制电路可操作以根据所述感测的输出电流调节所述基准电压。
概念4、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，根据占空比从无负载情况到最大负载情况的变化调节所述基准电压。
概念5、根据概念1所述的控制电路，其中，所述限定的范围包括两个端点，且其中，所述控制电路可操作以调节所述基准电压使得所述占空比较接近于所述端点中的一个端点。
概念6、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以感测所述输入电压，且其中，所述控制电路能够操作以，在响应于确定所述控制信号的占空比在所述限定的范围之外而调节所述基准电压之前，根据所感测的输入电压确定所述基准电压。
概念7、根据概念6所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以基于所述感测的输入电压是否落入多个电压范围中的一个电压范围内而确定所述基准电压，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
概念8、根据概念7所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
概念9、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器。
概念10、根据概念1所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
概念11、一种开关模式电源，具有可变输入电压并包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如概念1-10中任一项所述的控制电路。
概念12、根据概念11-13中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
概念13、根据概念11-13中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
概念14、一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路能够操作以：确定所述输入电压；基于所确定的输入电压，从多个基准电压中选择基准电压；以及根据所选择的基准电压，生成用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的占空比。
概念15、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器，且其中，所述数字控制器可操作以选择所述基准电压以及生成所述控制信号。
概念16、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以通过感测所述输入电压来确定所述输入电压。
概念17、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述多个基准电压对应于多个电压范围，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
概念18、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
概念19、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以：通过(a)确定所述可变输入电压是否落入限定的范围内和(b)响应于确定所述可变输入电压落在所述限定的范围之外，基于所选择的基准电压计算新的基准电压，而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念20、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：通过(a)确定感测的温度是否高于限定的阈值温度和(b)响应于确定所述感测的温度高于所述限定的阈值温度，基于所选择的基准电压计算新的基准电压，而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念21、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：通过(a)确定所述控制信号的占空比是否在限定的范围内和(b)响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，基于所选择的基准电压计算新的基准电压而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念22、根据概念14-22中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
概念23、一种开关模式电源，具有可变输入电压，并包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如概念14-22中任一项所述的控制电路。
概念24、根据概念23-25中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
概念25、根据概念23-25中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
概念26、一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路能够操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号，所述控制信号具有占空比；确定所述开关模式电源内的温度是否高于阈值温度；和响应于确定所述温度高于所述阈值温度，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念27、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内；以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
概念28、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述限定的范围包括最大占空比和最小占空比，其中，所述控制电路能够操作以：若感测的温度小于所述阈值温度且所述占空比大于所述最大占空比，则根据限定的占空比调节所述基准电压。
概念29、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，根据限定的占空比计算所调节的基准电压。
概念30、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以感测所述输入电压，以及其中，所述控制电路能够操作以，在响应于确定所述温度高于所述阈值温度而调节所述基准电压之前，根据所感测的输入电压确定所述基准电压。
概念31、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以基于所感测的输入电压是否落入多个电压范围中的一个电压范围内，而确定所述基准电压，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
概念32、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
概念33、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器。
概念34、根据概念26-34中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
概念35、一种开关模式电源，具有可变输入电压，并包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如概念26-34中任一项所述的控制电路。
概念36、根据概念35-37中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
概念37、根据概念35-37中任一项所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
通过采用本文中公开的一个或多个特征，开关模式电源和/或电源电路可以受控制以在足够高的效率下工作，同时调节输出电压，而与电源和/或电源电路的输入电压的变化无关。
根据本文中提供的描述，其它方面和适用范围将变得明显。应当理解，本公开的各个方面可以单独地或与一个或多个其它方面结合地实现。还应当注意，本文中的描述和特定示例仅用于说明的目的且不意图限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于说明选择的实施方式而不是所有可行的实施方式，并不意图限制本公开的范围。
图1为根据本公开的一个示例性实施方式的包括电源电路和控制电路的开关模式电源的框图。
图2为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于响应于确定占空比是否在限定的范围之外而调整输出电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图3为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于根据输出电流调节基准电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图4为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于根据输入电压选择并调节基准电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图5为图4中的包括多个用于选择并调节所述基准电压的控制电路部件的开关模式电源的框图。
图6为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于基于所述开关模式电源内的温度而调节基准电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图7为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于根据输入电压和所述开关模式电源内的温度选择并调节基准电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图8为图7中的包括多个用于选择并调节所述基准电压的控制电路部件的开关模式电源的框图。
图9为根据另一示例性实施方式的包括电源电路和用于根据输入电压选择并调节基准电压的控制电路的开关模式电源的框图。
图10为根据另一示例性实施方式的包括对应于可变输入电压和12.5A负载电流的控制信号的占空比的图表。
图11为根据另一示例性实施方式的包括对应于可变输入电压和12.5A负载电流的调整输出电压的图表。
图12为根据另一示例性实施方式的包括针对从0A改变至50A的瞬态负载的电源电路的调整的输出电压的图表。
图13为根据另一示例性实施方式的包括针对从50A改变至0A的瞬态负载的电源电路的调整的输出电压的图表。
图14为根据另一示例性实施方式的包括对应于可变输入电压和12.5A负载电流的调整的输出电压的图表。
图15为在图1至图9中的电源电路中采用的隔离的正向转换器的示意图。
在附图的多个视图中，相应的附图标记表示相应的部件或特征。
具体实施方式
现将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
提供示例性实施方式使得本公开将是彻底的且将范围充分地传达至本领域的技术人员。对大量的具体细节(诸如特定部件、设备和方法的示例)进行阐述，以提供对本公开的实施方式的彻底的了解。显然，对于本领域的技术人员而言，不需要采用特定细节，示例性实施方式可以体现为许多不同的形式且不应该解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，对公知的过程、公知的设备结构和公知的技术不进行详细描述。
本文中所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式且不意图进行限制。如本文中所使用的单数形式“一”和“所述”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。本文中描述的方法步骤、过程和操作不应解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行，除非特别指出了执行顺序。还应当理解，可以使用额外的或替选的步骤。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。术语(诸如，“第一”、“第二”和其它数字术语)当在本文中使用时不暗示次序或顺序，除非上下文另有明确说明。因此，在不脱离示例性实施方式的教导的情况下，下文所讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于说明，空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中可以用于描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。空间相对术语可以用于包括所使用的设备或操作的除了图中示出的方向之外的不同的方向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件将被取向为在其它元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下面”可以包括上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或在其它方向上)且本文中所使用的空间相对描述符可以被相应地解释。
根据本公开的一方面，公开了调整具有可变输入电压和至少一个电源开关的开关模式电源(switchedmodepowersupply，SMPS)的输出电压的方法。该方法包括：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的具有占空比的控制信号，以及调节该基准电压以调节用于SMPS的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。该基准电压为所述控制信号的占空比的函数。
通过改变基准电压，控制信号的占空比可以被调节，以在足够高的效率(例如，基本上97％)下操作SMPS。因此，不管输入电压如何变化，SMPS可以在高的效率下操作，同时其输出得到调整。
上述调整输出电压的方法可以通过任何合适的控制电路实施，包括，例如，本文中公开的控制电路。例如，图1示出了SMPS100，SMPS100包括具有电源开关104的电源电路102和控制电路106，该控制电路106可操作以执行本文中公开的方法和/或适用的其它方法。因此，控制电路106可以使用基准电压生成用于电源开关104的控制信号108，确定控制信号108的占空比是否在限定的范围内，响应于确定控制信号的占空比在限定的范围之外，调节基准电压，以调节提供给电源开关104的控制信号108的占空比。
在一些实施方式中，具有可变输入电压和电源开关的SMPS的输出电压，可以通过使用基准电压生成用于至少一个电源开关的具有占空比的控制信号并确定控制信号的占空比是否在限定的范围内而被调整。响应于确定控制信号的占空比在限定的范围之外，可以通过调节基准电压以调节用于SMPS的所述至少一个电源开关的控制信号的占空比来调整所述输出电压。
限定的范围可以对应于允许SMPS在高效率下操作的占空比区域。例如，以及如下进一步所述，可以通过改变基准电压来调节占空比，使得占空比在大量的时间中保持在所限定的范围内。
在一些示例中，所限定的范围可以包括至少一个端点。例如，限定的范围的一个端点可以是最大占空比(Dmax)，限定的范围的另一个端点可以是最小占空比(Dmin)。因此，若控制信号的占空比低于Dmin或高于Dmax，则基准电压可以改变，以调节所述占空比，使得强制占空比回到限定的范围。
然而，若控制信号的占空比在限定的范围内，则基准电压可以保持基本上不变。
在一些示例中，调节所述基准电压包括，根据所述限定的范围的平均占空比调节所述基准电压。例如，所述限定的范围可以包括基于Dmax和Dmin的平均占空比(例如，Davg＝(Dmax+Dmin)/2)。因此，若所述控制信号的占空比低于Dmin，则基准电压可以改变至新的基准电压(例如，Vrefnew＝Vref*Davg/D)。结果是，所述新的基准电压以基本上等于Davg的工作占空比为中心。
可替选地，若所述控制信号的占空比高于Dmax，则所述基准电压可以降低，直至占空比基本上等于Davg。在一些优选的实施方式中，基准电压是逐渐降低的，直至占空比基本上等于Davg。可替选地，若需要，基准电压可以即刻(immediately)改变。在其它实施方式中，可以如上所述通过计算新的基准电压(例如，Vrefnew＝Vref*Davg/D)来降低基准电压。
另外地和/或可替选地，调节基准电压可以包括，根据感测的输出电流(Iout)和/或根据从无负载情况到最大负载情况(例如，Ioutmax)的占空比变化(⊿D)来调节基准电压。例如，若占空比低于Dmin或高于Dmax，则基准电压可以改变至新的基准电压Vrefnew＝Vref*Dnew/D，其中，Dnew通过以下等式确定：
Dnew＝Davg-(ΔD/2)+(ΔD*Iout/Ioutmax)(1)
因此，例如，若占空比高于Dmax，则基准电压可以降低从而将占空比改变至低于Dmax的值。
另外地和/或可替选地，调节基准电压可以包括调节基准电压使得占空比较接近端点之一。因此，可以调节基准电压，使得占空比较接近Dmax或者Dmin。
例如，若期望使占空比较接近Dmax，而占空比当前低于Dmin，则基准电压可以改变至新的基准电压Vrefnew＝Vref*Dnew/D，其中，Dnew通过以下等式确定：
Dnew＝(Dmax-1)-(ΔD*Iout/Ioutmax)(2)
可替选地，若占空比高于Dmax，则基准电压可以降低至新的基准电压Vrefnew＝Vref*Dnew/D，其中，Dnew通过以下等式确定：
Dnew＝(Davg+1)+(ΔD*Iout/Ioutmax)(3)
另外，若(Dmax-Dmin)＞2*(ΔD*Iout/Ioutmax)，则以上等式(3)可以简化如下：Dnew＝(Davg)+(ΔD*Iout/Ioutmax)。因此，在以上示例中，可以调节基准电压，以改变占空比，使得其更接近于Dmax。
另外地，Dmin、Dmax、Davg、△D等可以是在启动时限定的值。类似地，基准电压可以是在启动SMPS时限定的值，且然后，如果适用的话，可以被调节。可替选地，基准电压可以不被限定，而是在启动SMPS之后确定的。例如，SMPS可以以基本上等于Davg的固定的占空比启动。则基准电压可以基于固定的占空比而确定或在软启动结束时而确定。则一旦输出电压被调整，占空比可以改变(如上所述)。
可替选地，可根据可变输入电压确定基准电压。例如，可以通过从对应于多个(例如，两个或更多)电压范围的多个(例如，两个或更多)基准电压中选择基准电压而确定基准电压。在这样的情况下，每一电压范围可以与一不同的基准电压相关联。因此，SMPS的输入电压可以被确定(例如，感测等)，且基准电压可以基于输入电压落入哪个电压范围而从多个基准电压中选择。
对应于多个电压范围的多个基准电压可以存储在例如控制电路等中。因此，基准电压可以从存储的多个基准电压中选择。
若如上所述根据可变输入电压确定基准电压，则基准电压可以被改变(如上所述)，以调节提供给SMPS的电源开关的控制信号的占空比。
在一些实施方式中，电压范围可以仅包括非连续的范围。在这样的情况中，非连续的范围可以有助于降低滞后。可替选地，电压范围可以仅包括连续的范围、一些连续的范围和一些非连续的范围等。
响应于确定占空比是否在限定的范围之外而调整输出电压的以上方法可以通过任何合适的控制电路实施，包括例如本文中公开的控制电路。例如，图2至图5示出了示例性电源，该示例性电源包括具有电源开关(未示出)的电源电路102和控制电路，该控制电路可操作以执行以上公开的方法和/或适用的其它方法(例如，本文中公开的其它方法)。
图2示出了SMPS200，SMPS200包括控制电路206，该控制电路206具有基准电压发生器208、误差信号发生器210和比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制电路212。基准电压发生器208接收占空比(借助控制信号214)并向误差信号发生器210输出基准电压Vref。误差信号发生器210将基准电压Vref与输出电压Vout比较，以基于基准电压Vref与输出电压Vout之间的差异生成误差信号Verr。PID控制电路212可以基于误差信号Verr为控制信号214计算新的占空比，以控制电源电路102的一个或多个电源开关。可替选地，除了用于计算新的占空比、生成控制信号214等的PID控制电路212之外，控制电路206还可以包括一个或多个其它控制部件，或控制电路206可以包括替代用于计算新的占空比、生成控制信号214等的PID控制电路212的一个或多个其它控制部件。
图3示出了SMPS300，SMPS300包括具有基准电压发生器308的控制电路306。控制电路306类似于图2中的控制电路206，但是包括感测输出电流Iout。例如且如图3所示，基准电压发生器308接收表示输出电流Iout的信号310。因此，基准电压发生器308可以根据感测到的输出电流Iout和/或根据如上所述占空比从无负载情况到最大负载情况(例如，Ioutmax)的变化(⊿D)，调节基准电压Vref。
图4示出了SMPS400，其包括具有基准电压发生器408的控制电路406。控制电路406类似于图2中的控制电路206，但是包括感测输入电压Vin。例如且如图4所示，基准电压发生器408接收表示输入电压Vin的信号410。因此，如上所述，基准电压发生器408可以选择基准电压Vref、调节基准电压Vref至新的基准电压(例如，Vrefnew)等。
在一些实施方式中，图4中的基准电压发生器408可以包括多于一个的、用于生成和/或调节基准电压的部件。例如，图5示出了基准电压发生器408，基准电压发生器408包括接收输入电压Vin且选择基准电压Vref(如上所述)的部件以及如上所述在满足多个条件之一(例如，占空比在限定的范围之外，等)时改变基准电压(例如，改变至Vrefnew)的另一部件。因此且如图5所示，基准电压发生器408可以输出基准电压Vref或新的基准电压Vrefnew。
在其它示例性实施方式中，具有可变输入电压和一个或多个电源开关的SMPS的输出电压，可以通过使用基准电压生成用于电源开关的具有占空比的控制信号及确定SMPS内的温度是否高于阈值温度而调整。响应于确定所述温度高于阈值温度，可以通过调节基准电压来调节用于SMPS的电源开关的控制信号的占空比来调整输出电压。
例如，该温度可以通过感测SMPS内的一个或多个工作温度来确定。可替选地，SMPS内的温度可以以另一合适的方式确定。
此外，在一些优选实施方式中，SMPS的输出电压可以被调整比温度保持不变的时间段更短的时间段。可替选地，SMPS的输出电压可以被调整另一合适的时间段。
在一些示例中，可以根据限定的占空比计算调节的基准电压。例如，限定的占空比可以是SMPS中转换功率损耗最小化的最佳占空比(Dopt)。在一些情况下，最佳占空比(Dopt)可以在Dmax和Dmin之间(如上所述)。
另外地，除了如上所述的SMPS内的温度，还通过确定控制信号的占空比，可以调整SMPS的输出电压。例如，若温度小于阈值温度且占空比小于Dmax或大于Dmin(如上所述)，则基准电压可以保持基本上不变。
然而，若温度小于阈值温度，而占空比大于Dmax或小于Dmin，则基准电压可以被降低或被增加至新的基准电压(Vrefnew)，新的基准电压(Vrefnew)通过以下等式确定：
Vrefnew＝Vref*Dopt/D(4)
因此，如等式(4)所示，基准电压可以根据最佳占空比(Dopt)而调节。
类似地，若温度高于阈值温度(如上所述)，基准电压可以被调节(例如，增加等)至通过上面的等式(4)确定的新的基准电压。
在其它实施方式中，若温度继续上升，最佳占空比(Dopt)可以变成固定值，直至温度下降。例如，若温度上升至高于第二阈值温度，其中该第二阈值温度高于如上所述的阈值温度，则直至温度下降至低于该更低的阈值温度之前，可以基于固定的最佳占空比(Dopt)确定上面的等式(4)中计算的新的基准电压。在温度降低至低于该更低的阈值温度之后，控制过程可以如上所述而操作。
此外且如上所述，基准电压(例如，在启动时)、Dmin、Dmax等，可以为限定的值。类似地，阈值温度可以是限定的值。可替选地，如上所述，基准电压可以根据该可变输入电压而确定。
例如，若基准电压根据可变输入电压而确定，则若SMPS内的温度高于阈值温度则可以根据上面的等式(4)调节基准电压。可替选地，如果SMPS内的温度低于阈值温度，则基准电压可以不变。
响应于确定SMPS内的温度是否高于阈值温度而调整输出电压的以上方法，可以通过任何合适的控制电路实施，例如，包括本文中公开的控制电路。例如，图6至图8示出了包括具有电源开关(未示出)的电源电路102和可操作以执行以上公开的方法和/或适用的其它方法(例如，本文中公开的其它方法)的控制电路的示例性电源。
图6示出了示例性SMPS600，其包括具有基准电压发生器608的控制电路606。控制电路606类似于图2中的控制电路206。然而，控制电路606感测SMPS600内的温度。例如且如图6所示，基准电压发生器608接收表示SMPS600内的温度的信号610。因此，如上所述，基准电压发生器608可以基于SMPS600内的温度改变基准电压Vref，以调节用于SMPS600的电源开关的控制信号的占空比。
图7示出了SMPS700，其包括具有基准电压发生器708的控制电路706。控制电路706类似于图4中的控制电路406。然而，如上所述，控制电路706感测SMPS700内的温度。因此，如上所述，基准电压发生器708可以选择基准电压Vref(例如，基于输入电压)，调节基准电压Vref至新的基准电压(例如，Vrefnew)等。
图8示出了图7中的基准电压发生器708，基准电压发生器708包括接收输入电压Vin并选择基准电压Vref(如上所述)的部件以及如上所述如果满足多个条件中的一个条件(例如，温度高于阈值温度、占空比在限定的范围之外等)则改变基准电压(例如，改变至Vrefnew)的另一部件。因此且如图8所示，基准电压发生器708可以输出基准电压Vref或新的基准电压Vrefnew。
在其它示例性实施方式中，具有可变输入电压和一个或多个电源开关的SMPS的输出电压可以通过以下而调整：确定输入电压，基于确定的输入电压从多个基准电压中选择一基准电压，以及根据所选择的基准电压产生用于SMPS的电源开关的控制信号以调节所述控制信号的占空比。
如上所述，可以基于确定的输入电压从多个基准电压中选择基准电压。例如，通过从如上所述对应于多个电压范围的多个基准电压中选择基准电压可以确定基准电压。
在一些示例中，生成控制信号可以包括确定可变输入电压是否落入限定的范围内。响应于确定可变输入电压落在限定的范围之外，可以通过基于选择的基准电压计算新的基准电压来生成控制信号，以调节用于电源开关的控制信号的占空比。
限定的范围可以是任何合适的电压范围。例如，限定的范围可以是约36V至约40V。在选择基准电压(例如，基于输入电压)后，若输入电压在36V至40V之间，可以基于选择的基准电压计算新的基准电压。新的基准电压可以通过上述的等式(4)计算。计算新的基准电压的结果是，当输入电压在限定的范围内时，控制信号的占空比可以进一步得到优化。
可替选地，生成所述控制信号可以包括：确定感测的温度是否高于如上所述的限定的阈值温度。响应于确定感测的温度高于限定的阈值温度，可以通过基于所选择的基准电压计算新的基准电压来生成控制信号，以调节用于电源开关的该控制信号的占空比。在这样的情况下，可以基于上述的等式(4)计算该新的基准电压。
在一些示例中，生成控制信号可以包括，确定控制信号的占空比是否在如上所述的限定的范围内。响应于确定控制信号的占空比在限定的范围之外，可以通过基于选择的基准电压计算新的基准电压来生成控制信号，以调节控制信号的占空比。
在这样的示例中，若占空比小于如上所述的最小占空比Dmin，则新的基准电压可以根据限定的范围的平均占空比Davg来计算。可替选地，若占空比高于如上所述的最大占空比Dmax，则新的基准电压可以被计算，使得占空比基本上等于平均占空比Davg。
在其它示例中，可以根据限定的占空比计算新的基准电压。例如，如上所述参考等式(4)，可以根据最佳占空比(Dopt)计算新的基准电压。
响应于基于确定的输入电压选择基准电压而调整输出电压的以上方法，可以通过任何合适的控制电路实施，例如，包括本文中公开的控制电路。例如，可以采用如上参考图4、图5、图7和图8所述的控制电路。
此外，图9示出了另一示例性SMPS900，其包括可以采用的控制电路906。如图9所示，SMPS900包括具有电源开关(未示出)的电源电路102和控制电路906，控制电路906可操作以执行以上公开的方法和/或适用的其它方法(例如，本文中公开的其它方法)。
图9中的控制电路906类似于图4中的控制电路406。然而，如图9所示，控制电路906包括基准电压发生器908，该基准电压发生器908不接收提供给电源电路102的电源开关的控制信号的占空比。而是，基准电压发生器908基于感测的输入电压Vin而选择(且之后输出)基准电压Vref。如上所述，基准电压可以从存储的、对应于多个电压范围的多个基准电压中选择。
图10和图11示出了包括确定占空比是否在如上所述限定的范围之外的控制电路的SMPS的控制信号的占空比和该SMPS的输出电压的示例性图表。图10为根据负载电流12.5A、基于电源电路的输入电压Vin而示出占空比的示例性图表1000。在图10的示例中，当限定的基准电压可以最初设置为9V时，占空比的限定的范围(如上所述)可以包括为42％的Dmin、为48％的Dmax和为45％的Davg。如图10所示，线1002表示输入电压Vin从42V增加到60V的占空比，而线1004表示输入电压Vin从60V降低到42V的占空比。
图11为根据负载电流12.5A、基于电源电路的输入电压Vin而说明输出电压Vout的示例性图表1100。如图11所示，随着输入电压Vin从42V增加至60V，输出电压Vout(通过线1102表示)基本上调整在约9.7V、约10.4V、约11.1V、约11.8V和约12.75V。此外，当输入电压Vin从60V降低至42V时，输出电压Vout(通过线1104表示)基本上调整在约9.4V、约10.25V、约11V、约11.8V和约12.75V。
图12和图13示出了针对瞬态负载、基于如上所述的占空比的限定的范围的调整的输出电压Vout的示例性图表。例如，图12中的图表示出了针对从0A变化至50A的瞬态负载的调整的输出电压Vout，而图13的图表示出了针对从50A变化至0A的瞬态负载的调整的输出电压Vout。
图14为根据负载电流12.5A、基于SMPS的输入电压Vin而说明输出电压Vout的示例性图表1400。在图14的示例中，SMPS包括基于如上所述确定的输入电压而从多个基准电压中选择基准电压的控制电路。如图14所示，随着输入电压Vin变化(例如，在42V和60V之间)，输出电压Vout基本上调整在约10V、约11V、约12V和约12.5V。
本文中公开的电源电路可以包括任何合适的DC-DC开关转换器拓扑结构，例如，该拓扑结构包括：回扫转换器、正向转换器、降压转换器、升压转换器、桥式转换器(例如，全桥式、半桥式等)、谐振转换器(例如，LLC转换器等)等。例如，图15示出了包括具有联接至隔离变压器的电源开关Q1、Q2、Q3和Q4的隔离正向转换器的电源电路。可替选地，电源电路可以包括非隔离转换器拓扑结构。此外，电源电路可以被用作中间母线转换器。
本文中公开的控制电路可以包括模拟控制电路、数字控制电路(例如，数字信号处理器(DSP)、微处理器、微控制器等)，或混合控制电路(例如，数字控制电路和模拟控制电路)。因此，本文中公开的方法可以通过数字控制器执行。此外，整个控制电路、控制电路的一部分可以是集成电路(IC)，或整个控制电路都不是集成电路(IC)。
例如，若电源电路包括隔离变压器，则控制电路可以是在隔离势垒的次级侧。在这样的情况下，控制信号可以穿过隔离势垒(例如，借助隔离变压器、光耦合器等)控制位于电源电路初级侧的电源开关。
此外，如期望，本文中公开的方法可以重复。例如，控制电路可以如所期望和/或在适当时连续地执行所述方法。
通过按需改变基准电压和占空比，SMPS的输出电压可以被调整，而无关电源电路的输入电压的变化。因此，在一些情况下，输出电压可以无需感测输入电压或另外确定输入电压而被调整。这可带来增加的SMPS功率密度。例如，在一些不检测输入电压的示例性实施方式中，功率密度可以通过不包括感测输入电压或另外确定输入电压的部件而增加。此外，这可以允许控制电路以更小的复杂度实施。
此外，通过采用本文中公开的控制电路，包括电源电路的SMPS可以在输入电压的可变范围上以最佳占空比而操作，例如，输入电压的可变范围包括从42V到60V。在一些示例中，最佳占空比可以是基本上较高的占空比。例如，图14中的隔离正向转换器，当针对电源开关Q1、Q2、Q3和Q4的控制信号的占空比为约100％时，其工作在足够高的效率区域内。因此，SMPS通过在最佳占空比处工作，其工作可以更高效并具有更低的功率转换损失、产热以及所需的冷却能。相应地，可以获得绿色模式。
此外，因为本文中公开的电源中，峰值电流相比平均电流为低，导电损耗可被最小化。另外，因为本文中公开的电源开关可以是零电压开关(ZVS)，则开关损耗可以被最小化。
本领域技术人员可见，本文中公开的多种SMPS可以是例如，DC/DC电源转换器。
出于说明和描述目的，已提供了实施方式的以上描述。目的并不是详尽的或限制本公开。特定的实施方式的各个元件或特征通常不局限于该特定的实施方式，而是在适用的情况下，可以互换且可以用在选择的实施方式中，即使没有特定地示出或描述。其也可以以多种方式进行变化。这样的变化不被认为是脱离本公开，且所有这样的改动意在包括在本公开的范围内。

Claims (37)

1.一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路的特征在于，所述控制电路能够操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号，所述控制信号具有占空比；确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内；以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，根据所述限定的范围的平均占空比调节所述基准电压。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，感测所述开关模式电源的输出电流，且其中，所述控制电路可操作以根据所述感测的输出电流调节所述基准电压。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以，根据占空比从无负载情况到最大负载情况的变化调节所述基准电压。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述限定的范围包括两个端点，且其中，所述控制电路可操作以调节所述基准电压使得所述占空比较接近于所述端点中的一个端点。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以感测所述输入电压，且其中，所述控制电路能够操作以，在响应于确定所述控制信号的占空比在所述限定的范围之外而调节所述基准电压之前，根据所感测的输入电压确定所述基准电压。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以基于所述感测的输入电压是否落入多个电压范围中的一个电压范围内而确定所述基准电压，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
9.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
11.一种具有可变输入电压的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电源包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如权利要求10所述的控制电路。
12.根据权利要求11所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
13.根据权利要求11所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
14.一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路的特征在于，所述控制电路能够操作以：确定所述输入电压；基于所确定的输入电压，从多个基准电压中选择基准电压；以及根据所选择的基准电压，生成用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的占空比。
15.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器，且其中，所述数字控制器可操作以选择所述基准电压以及生成所述控制信号。
16.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以通过感测所述输入电压来确定所述输入电压。
17.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述多个基准电压对应于多个电压范围，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
18.根据权利要求17所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
19.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以：通过(a)确定所述可变输入电压是否落入限定的范围内和(b)响应于确定所述可变输入电压落在所述限定的范围之外，基于所选择的基准电压计算新的基准电压，而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
20.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：通过(a)确定感测的温度是否高于限定的阈值温度和(b)响应于确定所述感测的温度高于所述限定的阈值温度，基于所选择的基准电压计算新的基准电压，而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
21.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：通过(a)确定所述控制信号的占空比是否在限定的范围内和(b)响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，基于所选择的基准电压计算新的基准电压而生成所述控制信号，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
22.根据权利要求14-21中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
23.一种具有可变输入电压的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电源包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如权利要求15所述的控制电路。
24.根据权利要求23所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
25.根据权利要求23所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
26.一种用于调整开关模式电源的输出电压的控制电路，所述开关模式电源具有可变输入电压和至少一个电源开关，所述控制电路的特征在于，所述控制电路能够操作以：使用基准电压生成用于所述至少一个电源开关的控制信号，所述控制信号具有占空比；确定所述开关模式电源内的温度是否高于阈值温度；和响应于确定所述温度高于所述阈值温度，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
27.根据权利要求26所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以：确定所述控制信号的所述占空比是否在限定的范围内；以及响应于确定所述控制信号的所述占空比在所述限定的范围之外，调节所述基准电压，以调节用于所述开关模式电源的所述至少一个电源开关的所述控制信号的所述占空比。
28.根据权利要求27所述的控制电路，其中，所述限定的范围包括最大占空比和最小占空比，其中，所述控制电路能够操作以：若感测的温度小于所述阈值温度且所述占空比大于所述最大占空比，则根据限定的占空比调节所述基准电压。
29.根据权利要求27所述的控制电路，其中，根据限定的占空比计算所调节的基准电压。
30.根据权利要求26所述的控制电路，其中，所述控制电路可操作以感测所述输入电压，以及其中，所述控制电路能够操作以，在响应于确定所述温度高于所述阈值温度而调节所述基准电压之前，根据所感测的输入电压确定所述基准电压。
31.根据权利要求30所述的控制电路，其中，所述控制电路能够操作以基于所感测的输入电压是否落入多个电压范围中的一个电压范围内，而确定所述基准电压，每一电压范围与不同的基准电压相关联。
32.根据权利要求31所述的控制电路，其中，所述多个电压范围是非连续的范围。
33.根据权利要求26所述的控制电路，其中，所述控制电路包括数字控制器。
34.根据权利要求26-33中任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路包括比例-积分-微分PID控制电路。
35.一种具有可变输入电压的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电源包括具有至少一个电源开关的电源电路、以及如权利要求26所述的控制电路。
36.根据权利要求35所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括正向转换器。
37.根据权利要求35所述的开关模式电源，其中，所述电源电路包括隔离变压器。
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