CN208046473U - 用于控制功率转换器的电路及功率转换器 - Google Patents

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CN208046473U CN201721276227.4U CN201721276227U CN208046473U CN 208046473 U CN208046473 U CN 208046473U CN 201721276227 U CN201721276227 U CN 201721276227U CN 208046473 U CN208046473 U CN 208046473U
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Abstract

本实用新型涉及用于控制功率转换器的电路。一种用于控制功率转换器的电路包括瞬态检测器，所述瞬态检测器包括生成瞬态检测信号的逻辑门，所述瞬态检测器响应于指示所述功率转换器的输出信号的反馈信号而生成所述瞬态检测信号。所述电路还包括增益选择器，所述增益选择器包括生成增益选择信号的计数器，所述增益选择器响应于所述瞬态检测信号而生成所述增益选择信号。所述瞬态检测信号指示所述反馈信号的值在一定范围内并且检测所述反馈信号的多个点。当反馈信号的值在该范围内时，在与检测到的反馈信号的多个点对应的多个时间，功率转换器的控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。

Description

用于控制功率转换器的电路及功率转换器
相关申请的交叉引用
目前本公开要求于2016年9月30日提交的美国临时专利申请 No.62/402,311的权益，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及集成电路装置，更具体地，涉及功率转换器。
背景技术
当交流(AC)电源上的负载不是线性负载(即，负载是非线性负载)时，从AC电源引出的电流可能与AC电源的电压是不同相的。纯电阻负载是线性负载。具有能量存储组件(诸如，电感或电容)的负载可以是非线性负载。在AC电源(诸如，整流器或开关模式电源(SMPS))的周期里不规则地引出电力的负载可以是非线性负载。
当非线性负载正从AC电源引出的电流与AC电源的电压不同相时，正从AC电源引出的电流将比在电流和电压同相的情况下平均更高。这会造成电力浪费并且在AC电源中发生损坏。
负载从AC电源引出的电流与AC电源的电压同相的程度可被表示为负载的功率因数(PF)。理想的线性负载的PF为1，而非线性负载的PF小于1。
可在AC电源和负载之间设置功率因数校正(PFC)电路。PFC 电路进行操作，即使负载所引出的电流的相位不同相或不规则时，通过保持从AC电源引出的电流的相位接近AC电源的电压的相位，将接近1(例如，0.98)的PF呈现给AC电源。
功率转换器将输入电压转换成输出电压并且将输出电压提供到负载。功率转换器可使用包括PFC电路的电流控制回路来执行PFC操作。功率转换器可使用电压控制回路将输出电压调节到基本上恒定的水平。然而，在负载瞬态状况下，电压控制回路的相对低带宽可能导致输出电压的过冲或下冲。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于控制功率转换器的电路。所述电路包括：瞬态检测器，其包括生成瞬态检测信号的逻辑门，所述瞬态检测器响应于指示所述功率转换器的输出信号的反馈信号而生成所述瞬态检测信号，所述瞬态检测信号指示所述反馈信号的值在第一范围内并且检测所述反馈信号的多个点；以及增益选择器，其包括生成增益选择信号的计数器，所述增益选择器响应于所述瞬态检测信号而生成所述增益选择信号，其中，当所述反馈信号的值在所述第一范围内时，在与检测到的所述反馈信号的多个点对应的第一多个时间，所述功率转换器的第一控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
在以上电路的实施例中，所述电路还包括放大器电路，所述放大器电路将所述反馈信号的值和参考信号的值进行比较，并且基于所述反馈信号的值和所述参考信号的值的比较来生成比较信号。
在以上电路的实施例中，所述放大器电路包括彼此并联耦接的多个放大器，所述多个放大器中的每个响应于所述增益选择信号而导通或截止。
在以上电路的实施例中，所述电路还包括：电容器，其具有与所述放大器电路的输出耦接的第一端和与地耦接的第二端；以及电阻器，其具有与所述放大器电路的输出端耦接的第一端和与所述电容器的第一端耦接的第二端。
在以上电路的实施例中，其中，所述逻辑门是第一逻辑门，并且其中，所述瞬态检测器包括：第一比较器，其将所述反馈信号的值与第一阈值信号的值进行比较并且输出第一输出信号；第二比较器，其将所述反馈信号的值与第二阈值信号的值进行比较并且输出第二输出信号；以及第二逻辑门，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号执行第一逻辑运算并且响应于所述第一逻辑运算而生成所述范围信号。
在以上电路的实施例中，所述第一多个时间分别与第二多个时间关联，所述反馈信号的斜率变成在所述第二多个时间基本上等于零。所述瞬态检测器还包括：缓冲器，其接收所述反馈信号；第三比较器，其生成过零检测信号，所述过零检测信号指示所述第一多个时间；以及耦合电容器，其具有与所述缓冲器的输出端耦接的第一端和与所述第三比较器耦接的第二端。
在以上电路的实施例中，其中，所述逻辑门是第一逻辑门，所述电路还包括激活电路，所述激活电路响应于所述瞬态检测信号而生成计数器激活信号。
所述激活电路包括：第一比较器，其将所述反馈信号的值与第一极限信号的值进行比较并且生成第一输出信号；第二比较器，其将所述反馈信号的值与第二极限信号的值进行比较并且生成第二输出信号；第二逻辑门，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号执行第一逻辑运算并且生成计数器复位信号；以及第三逻辑门，其对所述计数器复位信号和所述瞬态检测信号的反相形式执行第二逻辑运算并且生成所述计数器激活信号。
在以上电路的实施例中，其中，所述计数器响应于计数器时钟信号而改变所述增益选择信号的值，所述增益选择器包括：第四逻辑门，其对所述计数器激活信号和计数器停止信号执行第三逻辑运算并且生成所述计数器时钟信号；数字比较器，其将所述增益选择信号的值与阈值进行比较并且生成第三输出信号；以及第五逻辑门，其在所述增益选择信号的值达到所述阈值时，生成具有特定逻辑值的计数器停止信号。
在以上电路的实施例中，所述第一控制回路包括数字PI控制器，并且所述功率转换器还包括第二控制回路，第二控制回路执行功率因数校正操作。
本实用新型提供一种功率转换器。所述功率转换器包括：电流控制回路，其执行功率因数校正操作；以及电压控制回路，其调节输出电压的电平，所述电压控制回路包括生成比较信号的电压控制器，所述比较信号指示参考电压和反馈电压之间的差值，所述反馈电压是所述输出电压的缩放形式，其中，所述电压控制器包括瞬态检测器，所述瞬态检测器包括生成瞬态检测信号的逻辑门，所述瞬态检测器响应于所述反馈电压而生成所述瞬态检测信号，所述瞬态检测信号指示所述反馈电压的值在给定范围内并且检测所述反馈电压的多个点，其中，当所述反馈电压的值在所述给定范围内时，在与检测到的所述反馈电压的多个点对应的多个时间，将所述电压控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
附图说明
在附图中，类似的参考标号在单独视图中连同下面的详细描述一起表示相同或功能上相似的元件，并入并形成说明书的一部分，以进一步例示包括所要求保护的实用新型的构思的实施例并且说明这些实施例的各种原理和优点。
图1例示了根据实施方式的功率转换器的框图。
图2例示了根据实施例的适于用作图1的功率转换器的功率转换器。
图3例示了根据实施例的适于用作图2的电压转换器的电压控制器。
图4例示了根据实施例的适于用作图3的瞬态检测器的瞬态检测器。
图5例示了根据实施例的适于用作图3的激活电路的激活电路。
图6例示了根据实施例的适于用作图3的增益选择器的增益选择器。
图7是适用作根据实施例的图3的放大器电路的可变增益非线性放大器的电路图。
图8例示了根据实施例的电压控制器(例如，图3的电压控制器)的操作。
图9例示了根据实施例的由功率转换器(例如，图2的功率转换器)的电压控制回路执行的处理。
具体实施方式
实施例涉及用于控制功率转换器的电路和方法。
在下面的详细描述中，已经例示和描述了某些例示性实施例。如本领域技术人员将认识到的，可在不脱离本公开的范围的情况下，以各种不同的方式修改这些实施例。因此，附图和描述在本质上将被视为是例示性的而非限制性的。在说明书中，类似的参考标号指定类似的元件。
在实施例中，用于控制功率转换器的方法包括确定反馈信号的值是否在第一范围内，其中，反馈信号指示功率转换器的输出信号。该方法还包括检测反馈信号的多个点，并且当反馈信号的值在第一范围内时，在与检测到的反馈信号的多个点对应的第一多个时间，将功率转换器的第一控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
在实施例中，第一多个时间分别与反馈信号的斜率变成基本上等于零的第二多个时间关联。
图1例示了根据实施例的功率转换器100。功率转换器100接收输入信号(例如，输入电压)IN并且向负载160提供输出信号(例如，输出电压)OUT。
图1中的功率转换器100包括电压控制器110。图1中的电压控制器110可被集成在半导体芯片中，并且半导体芯片可被自身封装或者与一个或更多个其他半导体芯片一起封装。
图1中的负载160可包括一个或更多个集成芯片(IC)。在实施例中，使用输出信号OUT向中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、集成存储器电路、电池充电器、发光二极管(LED) 或其他类型的电负载供电。在实施例中，功率转换器100执行功率因数校正(PFC)，并且负载160包括诸如开关模式电源(SMPS)的 DC-DC转换器。
图2例示了根据实施例的适于用作图1的功率转换器100的功率转换器200。图2中的功率转换器200包括整流器202、电感器 204、开关器件208、输出电容器209、电流控制器218、脉冲宽度调制(PWM)比较器220、缩放电路214、乘法器216、第一电阻器 242和第二电阻器244和电压控制器210。
电源(未示出)向整流器202提供AC输入信号ACIN，整流器202 将接收到的AC输入信号ACIN的负半部反相，以生成经整流后的AC 信号(或经整流后的输入电压)VIN_REC。在实施例中，整流器202是全波桥式整流器。经整流后的输入电压VIN_REC被施加到功率转换器200 的电感器204。
图2中的缩放电路214接收经整流后的输入电压VIN_REC，并且生成经整流后的输入电压VIN_REC的缩放形式。在实施例中，缩放电路214 是电阻型分压器，并且生成经整流后的输入电压VIN_REC的缩小形式。
图2中的电压控制器210接收使用分压器用输出信号(例如，输出电压)VOUT生成的反馈信号(或反馈电压)VFB。在实施例中，分压器包括如图2中所示的第一电阻器242和第二电阻器244。电压控制器 210生成具有与反馈电压VFB和参考电压之间的差值成比例的值的比较信号(或比较电压)VCOMP。
图2中的乘法器216将经整流后的输入电压VIN_REC的缩放形式与比较电压VCOMP的值相乘。图2中的电流控制器218接收乘法器216的输出信号MS和指示电感器电流IL的大小的电流感测信号CS，并且生成指示接收到的信号MS和CS之间的差值的电流误差信号CE。图2中的PWM比较器220将电流误差信号CE和锯齿波形SW进行比较，并且根据比较结果来生成PWM信号PWM。图2中的开关器件208响应于PWM信号PWM而导通或截止。
包括缩放电路214、乘法器216、电流控制器218和PWM比较器 220的图2中的电流控制回路致使电感器电流IL的波形遵循经整流后的输入电压VIN_REC的形状，因此获得了良好的功率因数。包括电压控制器210以及第一电阻器242和第二电阻器244的图2中的电压控制回路将输出电压VOUT的电平调节成给定电平。在实施例中，电压控制回路的带宽低于线频率(例如，20Hz或更小)和电流控制回路的带宽远高于电压控制回路的带宽。例如，电流控制回路的带宽大于线频率的十倍，并且小于开关频率的三分之一(例如，100KHz)。
图3例示了根据实施例的适于用作图2的电压控制器210的电压控制器。图3中的电压控制器310包括瞬态检测器312、激活电路322、增益选择器332、放大器电路314、电阻器316和电容器318。310
图3中的瞬态检测器312接收反馈电压VFB(例如，图2的反馈电压VFB)并且生成瞬态检测信号TRACT。在实施例中，具有第一逻辑值 (例如，逻辑高值)的瞬态检测信号TRACT指示反馈电压VFB在给定范围内并且检测反馈电压VFB的特定条件。例如，反馈电压VFB的特定条件可以是反馈电压VFB的斜率变得基本上等于零。
图3中的激活电路322接收瞬态检测信号TRACT和反馈电压VFB并且生成计数器激活信号TRCNT和计数器复位信号CNTRST。在实施例中，计数器激活信号TRCNT用作计数器的时钟信号，以改变存储在计数器中的值。
图3中的增益选择器332接收计数器激活信号TRCNT和计数器复位信号CNTRST并且生成增益选择信号GASEL。在实施例中，增益选择器 332响应于计数器激活信号TRCNT的边缘而改变增益选择信号GASEL的值。
图3中的放大器电路314接收反馈电压VFB和参考电压VREF,并且生成具有由放大器电路314的增益值确定的大小和反馈电压VFB与参考电压VREF之间的差值的电流。根据增益选择信号GASEL的值来确定放大器电路314的增益值。在实施例中，放大器电路314是单个放大器，并且当增益选择信号GASEL的值增加时，放大器的增益值减小。在另一个实施例中，放大器电路314包括彼此并联连接的多个跨导放大器 (未示出)，并且当增益选择信号GASEL的值增大时，多个跨导放大器之中的导通放大器减小，从而导致放大器电路314的增益值减小。
在包括电压控制器310的图3的电压控制回路中，可用式1来表示电压控制回路的比例系数P。
在式1中，gm是放大器电路314的增益值，Re是电阻器316的电阻值，并且VOUT是输出电压的电平(例如，图2的输出电压VOUT)。
可用式2来表示电压控制回路的积分系数I。
在等式2中，Ce是电容器318的电容值。如式1和2中示出的，当放大器电路314的增益值gm减小时，比例系数P和积分系数I中的一者或两者也减小。
虽然根据图3中示出的实施例的电压控制回路包括电阻器316和电容器318二者，但是本公开的实施例不限于此。在另一个实施例中，电压控制回路中可省略电阻器316，并且当放大器电路314的增益值gm减小时，电压控制回路的积分系数I可减小。
另外，虽然根据图3中示出的实施例的电压控制回路是使用模拟电路组件实现的，但是本公开的实施例不限于此。在另一个实施例中，可使用数字电路组件(未示出)(例如，数字PI控制器)来实现电压控制回路，并且可响应于增益选择信号GASEL来调节比例系数和积分系数中的任一者或两者。
图4例示了根据实施例的适于用作图3的瞬态检测器312的瞬态检测器412。图4中的瞬态检测器412包括第一比较器414和第二比较器 416、第一逻辑门420和第二逻辑门422、缓冲器418、耦合电容器 426、电阻器428和过零检测(ZCD)比较器424。
图4中的第一比较器414具有接收第一上阈值信号(例如，第一上阈值电压)VBAND1的非反相输入端和接收反馈信号(例如，反馈电压) VFB的反相输入端。当第一上阈值电压VBAND1等于或大于反馈电压VFB时，第一比较器414生成指示第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第一输出信号OT1。
图4中的第二比较器416具有接收反馈电压VFB的非反相输入端和接收第一下阈值信号(例如，第一下阈值电压)VBAND2的反相输入端。当反馈电压VFB等于或大于第一下阈值电压VBAND2时，第二比较器416 生成指示第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第二输出信号OT2。
图4中的第一逻辑门(例如，第一与(AND)门)420分别从第一比较器414和第二比较器416接收第一输出信号OT1和第二输出信号 OT2，并且对第一输出信号OT1和第二输出信号OT2执行逻辑与运算，以生成范围信号BANDIN。范围信号BANDIN表示反馈电压VFB是否在第一上阈值电压VBAND1和第一下阈值电压VBAND2之间的范围内。在实施例中，当反馈电压VFB在第一上阈值电压VBAND1和第一下阈值电压VBAND2之间的范围内时，范围信号BANDIN具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)，并且当反馈电压VFB超出该范围时，具有第二逻辑值(例如，逻辑低值)。
图4中的缓冲器418具有均一增益并且具有接收反馈电压VFB的非反相输入端。缓冲器418使输出端处的电压电平基本上等于反馈电压 VFB的电平。
图4中的耦合电容器426具有与缓冲器418的输出端连接的第一端和与电阻器428和ZCD比较器424的反相输入端连接的第二端部。耦合电容器426使反馈电压VFB的AC分量从中经过并且阻挡反馈电压 VFB的DC分量。
ZCD比较器424具有与地连接的非反相输入端，并且生成指示反馈电压VFB的多个特定点的ZCD信号ZC。在实施例中，反馈电压VFB的多个特定点分别与反馈电压VFB变成基本上等于零的多个时间关联。例如，反馈电压VFB在多个时间具有峰值，并且当反馈电压VFB的斜率具有等于或小于0.1V/s、0.3V/s、0.5V/s、1V/s、5V/s或10V/s 的大小时，反馈电压VFB的斜率变成基本上等于零。在图4中示出的实施例中，当反馈电压VFB在第一时间具有峰值时，ZCD信号ZC在与第一时间和给定延迟量之和的第二时间从第一逻辑值(例如，逻辑低值) 转换成第二逻辑值(例如，逻辑高值)。例如，基于电阻器428的电阻值和耦合电容器426的电容值来确定给定的延迟量。
图4中的第二逻辑门(例如，第二与门)422接收范围信号 BANDIN和ZCD信号ZC，并且生成瞬态检测信号TRACT。在实施例中，具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的瞬态检测信号TRACT指示反馈电压VFB在第一上阈值电压VBAND1和第一下阈值电压VBAND2之间的范围内，并且检测到反馈电压VFB的特定点。
图5例示了根据实施例的适于用作图3的激活电路322的激活电路 522。激活电路522包括第一比较器524和第二比较器526、第一逻辑门 528、反相器530、第二逻辑门534。
图5中的第一比较器524具有接收第一上限信号(例如，第二上阈值电压)VBAND_UP的反相输入端和接收反馈电压VFB的非反相输入端。当反馈电压VFB超过第二上阈值电压VBAND_UP时，第一比较器524生成指示第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第一输出信号OUT1，而当反馈电压VFB小于第二上阈值电压VBAND_UP时，第一比较器524生成第二逻辑值(例如，逻辑低值)。
图5中的第二比较器526具有接收第二上限信号(例如，第二下阈值电压)VBAND_DN的非反相输入端和接收反馈电压VFB的反相输入端。当反馈电压VFB小于第二下阈值电压VBAND_DN时，第二比较器526生成指示第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第二输出信号OUT2，而当反馈电压VFB等于或大于第二下阈值电压VBAND_DN时，第二比较器526生成第二逻辑值(例如，逻辑低值)。
图5中的第一逻辑门(例如，或(OR)门)528分别从第一比较器 524和第二比较器526接收第一输出信号OT1和第二输出信号OT2，并且对第一输出信号OUT1和第二输出信号OUT2执行逻辑或运算，以生成计数器复位信号CNTRST。在实施例中，当反馈电压VFB超过第二上阈值电压VBAND_UP或者反馈电压VFB小于第二较低阈值电压VBAND_DN时，计数器复位信号CNTRST具有特定逻辑值(例如，逻辑高值)。
图5中的反相器530接收计数器复位信号CNTRST，并且将计数器复位信号CNTRST的反相形式提供到第二逻辑门534。第二逻辑门(例如，与门)534接收计数器复位信号CNTRST和瞬态检测信号TRACT的反相形式，并且对接收到的信号CNTRST和TRACT执行逻辑与运算，以生成计数器激活信号TRCNT。
图6例示了根据实施例的适于用作图3的增益选择器的增益选择器632。增益选择器632包括第一逻辑门634、计数器636、数字比较器 638和第二逻辑门640。
图6中的第一逻辑门(例如，或门)634接收计数器激活信号 TRCNT和计算机停止信号CNTSTOP，并且对接收到的信号TRCNT和 CNTSTOP执行逻辑或运算，以生成时钟信号CLK。在实施例中，当计数器停止信号CNTSTOP具有逻辑高值时，时钟信号CLK具有逻辑高值，与计数器激活信号TRCNT的值无关。
图6中的计数器636接收时钟复位信号CNTRST和时钟信号CLK，并且响应于接收到的信号CNTRST和CLK而生成增益选择信号 GASEL。在实施例中，当时钟复位信号CNTRST具有第一逻辑值(例如，逻辑低值)时，计数器636是上计数器并且响应于时钟信号CLK 的上升沿而增大增益选择信号GASEL的值。当时钟复位信号CNTRST具有第二逻辑值(例如，逻辑高值)时，向上计数器636被复位。
增益选择信号GASEL的值用于调节放大器电路(例如，图3的放大器电路314)的增益值。在实施例中，放大器电路包括彼此并联连接的多个跨导放大器，并且多个跨导放大器中的每个具有接收反馈电压(例如，图3的反馈电压VFB)的正输入端和接收参考电压(例如，图3的参考电压VREF)的负端子。在该实施例中，当增益选择信号GASEL的值增大时，多个跨导放大器之中的导通放大器的数量减少。结果，放大器电路的增益值减小。在另一个实施例中，放大器电路是包括多个跨导放大器的可变增益非线性放大器，如下面将参考图7描述的。
图6中的数字比较器638将增益选择信号GASEL与阈值信号TH进行比较，并且根据比较结果来生成第一输出信号CR<0>、第二输出信号CR<1>和第三输出信号CR<2>。在实施例中，当增益选择信号 GASEL具有小于阈值信号TH的值时，第一输出信号CR<0>具有逻辑高值，当增益选择信号GASEL具有等于阈值信号TH的值时，第二输出信号CR<1>具有逻辑高值，并且当增益选择信号GASEL具有比阈值信号 TH大的值时，第三输出信号CR<2>具有逻辑高值。
图6中的第二逻辑门(例如，或门)640接收第二输出信号CR<1> 和第三输出信号CR<2>，并且对接收到的信号CR<1>和CR<2>执行逻辑或运算。结果，当增益选择信号GASEL达到阈值信号TH的给定值时，第二逻辑门640生成具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的计数器停止信号CNTSTOP。第一逻辑门634生成具有逻辑高值的时钟信号 CLK，而不管计数器激活信号TRCNT的值如何，因此计数器636停止改变增益选择信号GASEL的值。
图7是根据实施例的可变增益非线性放大器714(下文中，放大器 714)的电路图。放大器714适于用作图3的放大器电路314。
图7中的放大器714包括多个跨导放大器，包括第一跨导放大器702、上部第二跨导放大器704A和下部第二跨导放大器704B、上部第三跨导放大器706A和下部第三跨导放大器706B以及上部第四跨导放大器708A和下部第四跨导放大器708B。多个跨导放大器中的每个在使能时依据下式根据其正输入和负输入之间的差值而吸收电流：
其中，IOUT是输出电流的大小，INP是正(+)输入端的电压， INN是负(-)输入端的电压，g是跨导增益(单位：安/伏)，IMAX是跨导放大器能够吸收的最大电流。
一直启用第一跨导放大器702。第二跨导放大器704A和704B根据第二放大器使能信号AON2而启用，第三跨导放大器706A和706B根据第三放大器使能信号AON3而启用，并且第四跨导放大器708A和 708B根据第四放大器使能信号AON4而启用。
由解码器720根据放大器增益选择信号GASEL的值来使第二放大器使能信号AON2、第三放大器使能信号AON3和第四放大器使能信号 AON4有效。在实施例中，第二放大器使能信号AON2一直有效，当放大器增益选择信号GASEL小于第一阈值时，第三放大器使能信号AON3 有效，并且当放大器增益选择信号GASEL小于第二阈值时，第三放大器使能信号AON3和第四放大器使能信号AON4二者有效。因此，根据放大器增益选择信号GASEL的值，放大器使能信号中的1个、2个或3 个有效。
在图7的实施例中，第一跨导放大器702的增益g为100μA/V，剩余的跨导放大器具有500μA/V的增益，使得剩余跨导放大器的组合增益(即，能启用的放大器)可以是500、1000或1500μA/V，这取决于有多少能启用的放大器被打开。但是本公开的实施例不限于此。
第一跨导放大器702的负输入端与参考电压VREF耦合。上部第二跨导放大器704A、上部第三跨导放大器706A和上部第四跨导放大器 708A的负输入端与上部频带参考电压VBU耦合。下部第二跨导放大器 704B、下部第三跨导放大器706B和下部第四跨导放大器708B的负输入端与下部频带参考电压VBL耦合。所有跨导放大器的正输入端与反馈电压VFB耦合。
上频带参考电压VBU和下频带参考电压VBL被选定为，使得在反馈电压VFB小于下阈值电压VBAND2时由下部第二跨导放大器704B、下部第三跨导放大器706B和下部第四跨导放大器708B确定，在反馈电压 VFB大于下阈值电压VBAND2且小于上阈值电压VBAND1时由第一跨导放大器702确定，并且当反馈电压VFB小于下阈值电压VBAND2时由上部第二跨导放大器704A、上部第三跨导放大器706A和上部第四跨导放大器 708A确定。
在实施例中，通过以下步骤来产生该行为：选择较低频带参考电压 VBL，使得当反馈电压VFB等于下阈值电压VBAND2时，下部第二跨导放大器704B、下部第三跨导放大器706B和下部第四跨导放大器708B达到其最大电流IMAX，通过选择参考电压VREF，使得当反馈电压VFB等于下阈值电压VBAND2时，第一跨导放大器702开始吸收电流，以及通过选择上部频带参考电压VBU，使得当反馈电压VFB等于上部阈值电压 VBAND1时，上部第二跨导放大器704A、上部第三跨导放大器706A和上部第四跨导放大器708A开始吸收电流。
VBL＝VBAND2-IMAX/g， 式4
VREF＝VBAND， 式5
VBU＝VBAND1， 式6
其中，IMAX是每个跨导放大器能够吸收的最大电流，并且g是下部第二跨导放大器704B、第三跨导放大器706B和第四跨导放大器708B 中的每个的增益。
所有启用的放大器的电流被相加成为总电流ISUM，总电流ISUM根据下式来生成比较电压VCOMP：
VCOMP＝Vcc-(ISUM x R), 式7
其中，R是图7中示出的电阻器716的电阻值。
结果，放大器714根据下式来生成比较电压VCOMP：
其中，R是电阻器716的电阻，N是有效的放大器使能信号 AON2、AON3和AON4的数量，g是能启用的跨导放大器704A、 704B、706A、706B、708A和708B中的每个的增益，g1是第一跨导放大器702的增益，并且IMAX是跨导放大器中的每个能吸收的最大电流，并且VMI是能启用的放大器的输入端上的电压差对应于IMAX并且等于IMAX/g。
在图7的实施例中，通过将上偏移电压VOFF_U和下偏移电压 VOFF_L分别与参考电压VREF相加，使用第一加法器722和第二加法器724来生成上频带参考电压VBU和下频带参考电压VBL。
图8例示了根据实施例的电压控制器(例如，图2的电压控制器 210)的操作。该图示出了反馈电压VFB(例如，图3中的反馈电压 VFB)、范围信号BANDIN(例如，图4中的范围信号BANDIN)、ZCD 检测信号ZC(例如，图4中的ZCD检测信号ZC)、瞬态检测信号 TRACT(例如，图4中的瞬态检测信号TRACT)、计数器复位信号 CNTRST(例如，图5中的计数器复位信号CNTRST)、计数器激活信号 TRCNT(例如，图5中的计数器激活信号TRCNT)、增益选择信号 GASEL(例如，图6中的增益选择信号GASEL)、计数器停止信号 CNTSTOP(例如，图6中的计数器停止信号CNTSTOP)和电感器电流IL (例如，图2中的电感器电流IL)。
在图8中的第一时间t1，反馈电压VFB变成基本上等于第一下阈值电压VBAND2(例如，图4中的第一下阈值电压VBAND2)。例如，当反馈电压VFB和第一下阈值电压VBAND2之间的差值变成等于或小于第一下阈值电压VBAND2的电平的预定百分比(例如，0.1％、0.5％、1％、3％、5％或10％)时，反馈电压VFB变成基本上等于第一下阈值电压 VBAND2。图4中的第二比较器416向图4中的与门420提供具有第一逻辑值(例如，高逻辑值)的第二输出信号OT2。由于反馈电压VFB小于第一上阈值电压VBAND1(例如，图4中的第一上阈值电压VBAND1)，因此图4中的第一比较器414将指示第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第一输出信号OT1提供到与门420。结果，图4中的与门420生成具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的范围信号BANDIN。
在图8中的第二时间t2，图4中的耦合电容器426的第二端部处的电压与零电压相交，因此，图4中的ZCD比较器424生成具有第一逻辑值的ZCD信号ZC(例如，逻辑高值)。在图4中示出的实施例中，根据电阻器428的电阻值和耦合电容器426的电容值来确定第二时间t2和与反馈电压VFB的紧接在前峰值对应的时间之间的延迟量。结果，图 4中的与门422生成具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的瞬态检测信号TRACT。因为反馈电压VFB保持在第二上阈值电压VBAND_UP和第二下阈值电压VBAND_DN之间，图5中的或门528继续生成具有第二逻辑值(例如，逻辑低值)的计数器复位信号CNTRST。图5中的反相器530 将具有第一逻辑值(例如，高逻辑值)的计数器复位信号CNTRST的反相形式提供到图5中的与门534。与门534接收计数器复位信号 CNTRST和瞬态检测信号TRACT的反相形式，并且生成具有第一逻辑值 (例如，逻辑高值)的计数器激活信号TRCNT。图6中的或门634接收具有第一逻辑值的计数器激活信号TRCNT和具有第二逻辑值(例如，逻辑低值)的计数器停止信号CNTSTOP。结果，或门634将从第二逻辑值 (例如，逻辑低值)转换成第一逻辑值(例如，逻辑高值)的时钟信号 CLK提供到图6中的计数器636。响应于时钟信号CLK的第一上升沿，计数器636将增益选择信号GASEL的值从第一值GV1变成第二值 GV2，从而导致图3中的放大器电路314的增益值减小第一给定量。
在图8中的第四时间t4，图4中的耦合电容器426的第二端部处的电压与零电压相交，因此，图4中的ZCD比较器424生成具有第一逻辑值的ZCD信号ZC(例如，逻辑高值)。图4中的与门422生成具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的瞬态检测信号TRACT，并且图5中的与门534生成具有第一逻辑值的计数器激活信号TRCNT(例如，逻辑高值)。结果，响应于时钟信号CLK的第二上升沿，图6中的计数器 636将增益选择信号GASEL的值从第一值GV1变成第三值GV3，从而导致图3中的放大器电路314的增益值减小第二给定量。
图8中的第五时间t5，图4中的耦合电容器426的第二端处的电压与零电压相交。结果，响应于时钟信号CLK的第三上升沿，图6中的计数器636将增益选择信号GASEL的值从第三值GV3变成第四值 GV4，从而导致图3中的放大器电路314的增益值减小第三给定量。
在图8中的第六时间t6，图4中的耦合电容器426的第二端处的电压与零电压相交。结果，响应于时钟信号CLK的第四上升沿，图6中的计数器636将增益选择信号GASEL的值从第四值GV4变成第五值 GV5，从而导致图3中的放大器电路314的增益值减小第四给定量。
在图8中的第七时间t7，反馈电压VFB超过第一下阈值电压 VBAND2，因此范围信号BANDIN具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)。因为ZCD信号ZC具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)，所以图4中的与门422生成具有第一逻辑值的瞬态检测信号TRACT(例如，逻辑高值)。结果，响应于时钟信号CLK的第五上升沿，图6中的计数器 636将增益选择信号GASEL的值从第五值GV5变成第六值GV6，从而导致图3中的放大器电路314的增益值减小第五给定量。增益选择信号 GASEL的第六值GV6达到给定值(例如，图6中的阈值信号TH的值)，因此图6中的数字比较器638生成具有第一逻辑值(例如，逻辑高值)的第二输出信号CR<1>。图6中的或门640生成具有第一逻辑值(例如，高逻辑值)的计数器停止信号CNTSTOP，由此停用图6中的计数器636。
在图8中示出的实施例中，增益选择信号GASEL的值从第一值GV1变成第六值GV6，使得图3中的放大器电路314的对应增益值逐渐且离散地减小。当放大器电路314的增益值减小时，包括电压控制器 (例如，图2中的电压控制器210)的电压控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者也减小，从而导致电压控制回路的带宽减小。例如，分别与增益选择信号GASEL的第一值GV1、第二值GV2、第三值 GV3、第四值GV4、第五值GV5和第六值GV6对应的放大器电路314 的第一增益值、第二增益值、第三增益值、第四增益值、第五增益值和第六增益值使电压控制回路的带宽分别是600-700Hz、300-400Hz、150- 200Hz、100-130Hz、50-60Hz、10-30Hz。
虽然图6中示出的实施例使用了增益选择信号GASEL的六个增益值 GV1至GV6，但是本公开的实施例不限于此。在实施例中，增益选择信号GASEL的增益值的数量可以是3至10的范围内的任何自然数。
如上所述，根据本公开的实施例的功率转换器包括电压控制回路，并且逐渐减小在瞬态模式期间的比例系数和积分系数中的一者或两者，直到功率转换器在正常PFC模式下开始操作。结果，当功率转换器在瞬态模式下操作时，可基本上防止功率转换器的输出电压的过冲或下冲。
此外，在功率转换器的电感器电流(例如，图2中的电感器电流 IL)具有相对低的大小时，比例系数和积分系数中的一者或两者减小 (例如，图8中的第二时间t2)。结果，电压控制器不会显著中断功率转换器中包括的电流控制回路的操作。
图9例示了根据实施例的由功率转换器(例如，图2中的功率转换器200)的电压控制回路执行的处理900。电压控制回路包括电压控制器(例如，图2中的电压控制器210)和电阻器(例如，图2中的第一电阻器242和第二电阻器244)。电压控制器包括瞬态检测器(例如，图3中的瞬态检测器312)、激活电路(例如，图3中的激活电路 322)、增益选择器(例如，图3中的增益选择器332)和放大器电路 (例如，图3中的放大器电路314)。
在S920中，瞬态检测器接收指示功率转换器的输出信号(例如，图2中的输出电压VOUT)的反馈信号(例如，图2中的反馈电压 VFB)，并且确定反馈信号的值是否在给定范围内。在实施例中，给定范围是第一阈值信号(例如，图4中的第一上阈值电压VBAND1)的值和第二阈值信号(例如，图4中的第一下阈值电压VBAND2)的值之间的预定范围。
在S940中，瞬态检测器检测反馈信号的多个点。例如，瞬态检测器包括生成指示第一多个时间的ZCD信号的耦合电容器(例如，图4 中的耦合电容器426)、电阻器(例如，图4中的电阻器428)和ZCD 比较器(例如，图4中的ZCD比较器424)。第一多个时间分别与反馈信号的多个点对应，并且分别与反馈信号的斜率变成基本上等于零的第二多个时间关联。在实施例中，第一多个时间分别与第二多个时间关联，使得基于电阻器的电阻值和电容器的电容值来确定第一多个时间中的一个和第二多个时间中的对应一个之间的延迟量。
在S960中，当反馈信号的值在给定范围内时，电压控制器在第一多多个时间中减少功率转换器的第一控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者。在实施例中，电压控制器包括增益选择器，增益需选择器生成增益选择信号以改变放大器电路的增益值，从而导致电压控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。在另一个实施例中，电压控制器包括数字PI控制器。
本公开的实施例包括被配置成执行本文中描述的一个或更多个操作的电子装置，例如，一个或更多个封装半导体器件。然而，实施例不限于此。
A1.本公开的实施例包括一种用于控制功率转换器的方法，所述方法包括：
确定反馈信号的值是否在第一范围内，其中，所述反馈信号指示所述功率转换器的输出信号；
检测所述反馈信号的多个点；以及
当反馈信号的值在第一范围内时，在与检测到的反馈信号的多个点对应的第一多个时间，将功率转换器的第一控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
A2.根据A1所述的方法，其中，第一多个时间分别与第二多个时间关联，在第二多个时间，反馈信号的斜率变成基本上等于零。
A3.根据A1所述的方法，所述方法还包括：
致使瞬态检测信号在第一多个时间从第一逻辑值转换成第二逻辑值；以及
响应于瞬态检测信号而改变增益选择信号的值。
A4.根据A3的方法，其中，增益选择信号的值响应于瞬态检测信号的边缘而改变，并且
其中，所述比例系数和所述积分系数中的一者或两者响应于所述增益选择信号的改变后的值而减小。
A5.根据A3的方法，所述方法还包括当增益选择信号的值达到给定值时改变增益选择信号的值。
A6.根据A3的方法，其中，第一控制回路包括彼此并联耦接的多个放大器，多个放大器中的每个响应于增益选择信号而导通或截止，该方法还包括响应于增益选择信号的值而改变打开的放大器的数量。
A7.根据A3的方法，其中，所述第一控制回路包括数字比例-积分 (PI)控制器。
A8.根据A3的方法，所述方法还包括：
确定反馈信号的值是否在第二范围内；以及当所述反馈信号的值超出所述第二范围时，复位所述增益选择信号的值。
A9.根据A3的方法，其中，第一控制回路调节输出信号的值，并且
其中，所述功率转换器还包括第二控制回路，第二控制回路执行功率因数校正(PFC)操作。
虽然已经结合目前被认为是实际实施例描述了本实用新型，但是实施例不限于所公开的实施例，而是相反地，可包括随附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。处理中描述的操作顺序是例示性的并且一些操作可被重新排序。另外，可组合两个或更多个实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制功率转换器的电路，所述电路包括：
瞬态检测器，其包括生成瞬态检测信号的逻辑门，所述瞬态检测器响应于指示所述功率转换器的输出信号的反馈信号而生成所述瞬态检测信号，所述瞬态检测信号指示所述反馈信号的值在第一范围内并且检测所述反馈信号的多个点；以及
增益选择器，其包括生成增益选择信号的计数器，所述增益选择器响应于所述瞬态检测信号而生成所述增益选择信号，
其中，当所述反馈信号的值在所述第一范围内时，在与检测到的所述反馈信号的多个点对应的第一多个时间，所述功率转换器的第一控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
2.根据权利要求1所述的电路，所述电路还包括：
放大器电路，其将所述反馈信号的值和参考信号的值进行比较，并且基于所述反馈信号的值和所述参考信号的值的比较来生成比较信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述放大器电路包括彼此并联耦接的多个放大器，所述多个放大器中的每个放大器响应于所述增益选择信号而导通或截止。
4.根据权利要求2所述的电路，所述电路还包括：
电容器，其具有与所述放大器电路的输出端耦接的第一端和与地耦接的第二端；以及
电阻器，其具有与所述放大器电路的输出端耦接的第一端和与所述电容器的第一端耦接的第二端。
5.根据权利要求2所述的电路，其中，所述逻辑门是第一逻辑门，并且其中，所述瞬态检测器还包括：
第一比较器，其将所述反馈信号的值与第一阈值信号的值进行比较并且输出第一输出信号；
第二比较器，其将所述反馈信号的值与第二阈值信号的值进行比较并且输出第二输出信号；
第二逻辑门，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号执行第一逻辑运算并且响应于所述第一逻辑运算而生成所述范围信号。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第一多个时间分别与第二多个时间关联，所述反馈信号的斜率变成在所述第二多个时间基本上等于零；以及
其中，所述瞬态检测器还包括：
缓冲器，其接收所述反馈信号；
第三比较器，其生成过零检测信号，所述过零检测信号指示所述第一多个时间；以及
耦合电容器，其具有与所述缓冲器的输出端耦接的第一端和与所述第三比较器耦接的第二端。
7.根据权利要求2所述的电路，其中，所述逻辑门是第一逻辑门，所述电路还包括：
激活电路，其响应于所述瞬态检测信号而生成计数器激活信号，其中，所述激活电路包括：
第一比较器，其将所述反馈信号的值与第一极限信号的值进行比较并且生成第一输出信号；
第二比较器，其将所述反馈信号的值与第二极限信号的值进行比较并且生成第二输出信号；
第二逻辑门，其对所述第一输出信号和所述第二输出信号执行第一逻辑运算并且生成计数器复位信号；以及
第三逻辑门，其对所述计数器复位信号和所述瞬态检测信号的反相形式执行第二逻辑运算并且生成所述计数器激活信号。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述计数器响应于计数器时钟信号而改变所述增益选择信号的值，并且
其中，所述增益选择器包括：
第四逻辑门，其对所述计数器激活信号和计数器停止信号执行第三逻辑运算并且生成所述计数器时钟信号；
数字比较器，其将所述增益选择信号的值与阈值进行比较并且生成第三输出信号；以及
第五逻辑门，其在所述增益选择信号的值达到所述阈值时，生成具有特定逻辑值的计数器停止信号。
9.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一控制回路包括数字PI控制器，并且
其中，所述功率转换器还包括第二控制回路，所述第二控制回路执行功率因数校正操作。
10.一种功率转换器，所述功率转换器包括：
电流控制回路，其执行功率因数校正操作；以及
电压控制回路，其调节输出电压的电平，所述电压控制回路包括生成比较信号的电压控制器，所述比较信号指示参考电压和反馈电压之间的差值，所述反馈电压是所述输出电压的缩放形式，
其中，所述电压控制器包括瞬态检测器，所述瞬态检测器包括生成瞬态检测信号的逻辑门，所述瞬态检测器响应于所述反馈电压而生成所述瞬态检测信号，所述瞬态检测信号指示所述反馈电压的值在给定范围内并且检测所述反馈电压的多个点，
其中，当所述反馈电压的值在所述给定范围内时，在与检测到的所述反馈电压的多个点对应的多个时间，所述电压控制回路的比例系数和积分系数中的一者或两者减小。
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