CN208369476U - 反激式转换器和控制器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种反激式转换器和控制器。反激式转换器包括：变压器，包括在相应的初级侧和次级侧中的、电流地隔离的初级绕组和次级绕组，变压器被配置为提供输出电压；以及反馈级，包括：在次级侧中的次级侧控制级，被配置为至少部分地基于输出电压和参考电压来生成次级控制信号；以及隔离级，被配置为基于次级控制信号在初级侧上生成初级控制信号；在初级侧中的功率开关，功率开关被配置为控制通过初级绕组的电流传导；以及在初级侧中的驱动级，被配置为至少部分地基于初级控制信号和指示通过初级绕组的电流的电流感测信号，来生成用于驱动功率开关的驱动信号，并根据驱动信号来操作功率开关。

Description

反激式转换器和控制器
技术领域
本申请涉及对转换器进行控制，并且具体地涉及使用次级侧电流控制来控制具有反馈隔离的转换器。
背景技术
在功率转换系统领域，反激式转换器是一种具有电流型反馈隔离的降压-升压转换器。在具有电流隔离的转换器中，在与输入电压不同的功率域或侧中提供输出电压。至少部分由于对转换器进行控制所需的各种参数驻留在两个隔离的功率域中的事实，域之间的隔离在反馈控制方面具有挑战。
期望对具有功率隔离的转换器进行反馈控制。还期望在转换器的次级侧执行反馈控制，并将反馈控制用于从初级侧驱动转换器。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种反激式转换器和控制器，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
反激式转换器可以被概括为包括：变压器，包括在相应的初级侧和次级侧中的、电流地隔离的初级绕组和次级绕组，变压器被配置为提供输出电压；以及反馈级，包括：在次级侧中的次级侧控制级，被配置为至少部分地基于输出电压和参考电压来生成次级控制信号；以及隔离级，被配置为基于次级控制信号在初级侧上生成初级控制信号；在初级侧中的功率开关，功率开关被配置为控制通过初级绕组的电流传导；以及在初级侧中的驱动级，被配置为至少部分地基于初级控制信号和指示通过初级绕组的电流的电流感测信号，来生成用于驱动功率开关的驱动信号，并根据驱动信号来操作功率开关。次级侧控制级可以被配置为：使次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态，以指示将要驱动功率开关的时间；并在与初级绕组的期望电流相对应的持续时间内，将次级控制信号保持在断言状态中。驱动级可以被配置为：检测初级控制信号从解除断言状态转变到断言状态；并且响应于检测到初级控制信号从解除断言状态转变到断言状态，将驱动信号断言。驱动级可以被配置为：至少部分地基于初级控制信号，来确定初级绕组的期望电流；将期望电流与通过初级绕组的电流进行比较，以确定通过初级绕组的电流是否达到期望电流；并且响应于确定通过初级绕组的电流达到期望电流，将驱动信号解除断言。驱动级可以被配置为：至少部分地基于初级控制信号的接通持续时间，来确定期望电流。接通持续时间处于初级控制信号的时钟周期中，时钟周期是在初级控制信号从解除断言状态转变到断言状态时结束的先前时钟周期。
隔离级可以包括光耦合器，被配置为：在次级侧中接收次级控制信号；将次级控制信号转换为初级控制信号；并在初级侧中输出初级控制信号。次级侧控制级可以被配置为：至少部分地基于输出电压和参考电压，来生成经补偿的误差信号；将经补偿的误差信号与锯齿波信号进行比较；并且当经补偿的误差信号超过锯齿波信号时，将次级控制信号断言，以及当锯齿波信号超过经补偿的误差信号时，将次级控制信号解除断言。
次级侧控制级可以被配置为：使次级控制信号从断言状态转变到解除断言状态，以指示将要驱动功率开关的时间；以及在与初级绕组的期望电流相对应的持续时间内将次级控制信号保持在解除断言状态中。驱动级可以被配置为：检测初级控制信号从断言状态转变到解除断言状态；以及响应于检测到初级控制信号从断言状态转变到解除断言状态，将驱动信号断言。
控制器可以被概括为包括次级侧控制级，次级侧控制级位于与初级域电流地隔离的次级域中并且被配置为：检测转换器的输出电压；至少部分地基于输出电压和表示转换器的期望输出电压的参考电压，至少通过以下步骤来生成次级控制信号：进行将次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态以及从断言状态转变到解除断言状态中的至少一项，以指示将要驱动转换器的时间；在与转换器的期望电流水平相对应的持续时间内，将次级控制信号保持在断言状态和解除断言状态中的至少一个状态中；以及输出次级控制信号，以用于转换为初级域中的初级控制信号。
控制器还可以包括隔离级，隔离级被配置为接收次级控制信号并且至少通过以下步骤将次级控制信号转换为初级控制信号：检测次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态以及从断言状态转变到解除断言状态中的至少一项；响应于检测到次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态以及从断言状态转变到解除断言状态中的至少一项，将初级控制信号转变到断言状态和解除断言状态中的至少一个状态；以及在与次级控制信号保持在断言状态和解除断言状态中的至少一个状态中的持续时间相对应的持续时间内，将初级控制信号保持在断言状态和解除断言状态中的至少一个状态中。
控制器可以进一步包括驱动级，驱动级在初级域中操作，被配置为检测初级控制信号转变到断言状态和解除断言状态中的至少一个状态；以及响应于检测到初级控制信号转变到断言状态和解除断言状态中的至少一个状态，将用于操作转换器的驱动信号断言或解除断言。驱动级可以被配置为：接收指示转换器的电流水平的电流感测信号；至少部分地基于初级控制信号，来检测转换器的期望电流水平；确定转换器的电流水平是否已达到转换器的期望电流水平；响应于确定转换器的电流水平已达到转换器的期望电流水平，将驱动信号断言或解除断言。驱动级可以被配置为：基于初级控制信号的接通持续时间和关断持续时间中的至少一个持续时间，来检测转换器的期望电流水平。接通持续时间可以处于时钟周期中，时钟周期是在初级控制信号转变到断言状态时结束的先前时钟周期。
方法可以概括为包括：检测转换器的输出电压，转换器具有在相应的初级侧和次级侧中的、电流地隔离的初级绕组和次级绕组；至少部分地基于输出电压和参考电压，在次级侧中生成次级控制信号；将次级控制信号转换为在初级侧中提供的初级控制信号；以及至少部分地基于初级控制信号和指示流过初级绕组的电流的电流感测信号，在初级侧中驱动转换器。生成次级控制信号可以包括：使次级控制信号进行从解除断言状态转变到断言状态以及从断言状态转变到解除断言状态中的至少一项，以指示将要对转换器供电的时间；以及在与初级绕组的期望电流相对应的持续时间内，将次级控制信号保持在断言状态和解除断言状态中的至少一个状态中。生成次级控制信号可以包括生成多个控制信号，其中多个控制信号中的第一控制信号指示将要对转换器供电的时间，并且多个控制信号中的第二控制信号指示初级绕组的期望电流。生成次级控制信号可以包括生成多个控制信号，其中多个控制信号中的第一控制信号指示将要对转换器供电的时间，并且多个控制信号中的第二控制信号指示初级绕组的期望电流。
根据本公开的实施例能够对具有功率隔离的转换器进行反馈控制。此外，根据本公开的实施例还能够在转换器的次级侧执行反馈控制，并将反馈控制用于从初级侧驱动转换器。
附图说明
图1示出了具有反馈控制级的转换器的框图。
图2示出了根据一个实施例的转换器的示意图。
图3示出了根据一个实施例的用于驱动转换器的驱动级的框图。
图4示出了根据一个实施例的次级侧控制级的示意图。
图5示出了根据一个实施例的驱动级的示意图。
图6示出了根据一个实施例的驱动级的示意图。
图7示出了根据一个实施例的峰值电流级的示意图。
图8示出了转换器和反馈控制级的信号图。
具体实施方式
图1示出了具有反馈控制级102的转换器100的框图。转换器100还包括变压器101、切换和感测级103以及输出级105。反馈控制级102包括次级侧控制级104、隔离级106和驱动级108。转换器100在输入电压节点110处接收输入电压(VIN)并在输出电压节点112处将输出电压(VOUT)输出。
变压器101被耦合到切换和感测级103以及输出级105。切换和感测级103还在输入处接收驱动信号并在输出处输出电流感测信号。输出级105将输出电压(VOUT)提供给负载114，负载114被耦合在输出电压节点112和接地节点116之间。
次级侧控制级104在输入处接收输出电压。次级侧控制级104还接收参考电压。次级侧控制级104在输出处输出次级控制信号。隔离级106在输入处接收次级控制信号并且在输出处提供初级控制信号。驱动级108从切换和感测级103接收初级控制信号和电流感测信号，并将驱动信号输出到切换和感测级103。
转换器100可以是任何类型的转换器(例如，反激式转换器或有源钳位反激式转换器)。转换器100可以是半桥转换器、正向转换器、全桥转换器或谐振反激式转换器。转换器100可以具有隔离的初级侧或域和次级侧或域。初级侧和次级侧可以例如通过转换器100的变压器101电流地隔离。初级侧可以根据输入电压的功率域进行操作，并且次级侧可以根据输出电压的功率域进行操作。
转换器100可以接收输入电压，并且对输入电压进行操作来产生用于驱动负载114的输出电压。转换器100可以相对于输入电压增加或降低输出电压，并且因此可以分别处于升压或降压转换器族类。输出电压可以用于驱动负载114。
次级侧控制级104接收输出电压和参考电压。参考电压表示转换器100的期望的或寻求的输出电压电平。次级侧控制级104确定经补偿的误差电压，其表示参考电压和输出电压之间的差。次级侧控制级104使用经补偿的误差电压来确定转换器100的操作的定时。次级侧控制级104可以确定切换转换器100的定时以及转换器100的期望电流水平。由次级侧控制级104输出的次级控制信号表示用于控制转换器100的控制参数。
如本文所述，控制参数可以包括向转换器100提供输入电压的时间以及转换器100的初级绕组的期望电流水平。注意，初级和次级控制信号均可以是多个控制信号，该多个控制信号携带用于控制本文所述的转换器100的参数。
其中可以包括光耦合器的隔离级106被配置为基于次级控制信号生成初级控制信号。隔离级106在不破坏初级侧和次级侧之间的边界(例如，功率域隔离边界)的情况下，将次级控制信号通过信道或隧道引导到初级侧中。期望隔离级106及时将次级控制信号转变为初级控制信号。例如，期望初级和次级控制信号之间的滞后最小。
驱动级108接收电流感测信号和来自隔离级106的初级控制信号。驱动级108基于电流感测信号和初级控制信号生成驱动信号。驱动级108将驱动信号输出到切换和感测级103。驱动信号指示如本文所述的转换器100的定时操作。
由于次级侧控制级104(在次级侧及其功率域中操作)确定用于转换器100的控制参数(例如，转换器100的切换定时和期望电流水平)，因此认为转换器100由次级侧控制来进行控制。处于初级侧中以及初级侧功率域之下的驱动级108根据控制参数来执行控制参数并操作转换器100。
由于在次级侧处提供转换器100的输出电压，因此期望次级侧控制。输出电压可以用于在不使功率域相交的情况下，通过次级侧控制级104来控制转换器100。
此外，在某些应用(例如，通用串行总线(USB)供电(PD)应用)中，转换器的次级侧预先安装了控制器。控制器用于向外部元件等提供关于负载114和故障检测的信息。可以在不需要附加电路并同时保持相同的电路占用面积的情况下，通过这样的控制器来执行次级侧控制。因此，次级侧控制可以在不添加附加硬件的情况下重新调整或使用现有的控制能力。应注意，在各种实施例中，可以由控制器、微控制器或处理器来实现次级侧控制级104。类似地，也可以由控制器、微控制器或处理器来实现驱动级108。
图2示出了根据一个实施例的变压器101、切换和感测级103以及输出级105的示意图。变压器101包括初级绕组120和次级绕组122。切换和感测级103包括功率晶体管124和感测电阻126。输出级105包括二极管128和输出电容130。初级绕组120具有耦合到输入电压节点110的第一端子以及耦合到功率晶体管124的漏极的第二端子。功率晶体管124的源极耦合到电流感测节点132。由本文所描述的驱动信号来驱动功率晶体管124的栅极。
电流感测节点132被耦合到感测电阻126的第一端子。感测电阻126的第二端子被耦合到接地节点134，接地节点134可以是虚拟接地。将电流感测节点132分接来提供电流感测信号。
次级绕组122的第一端子被耦合到接地节点116。次级绕组122的第二端子被耦合到二极管128的阳极。二极管128的阴极被耦合到输出电压节点112。输出电容130被耦合在输出电压节点112和接地节点116之间。
变压器101在输入电压节点110处接收输入电压(VIN)。输入电压可以是直流(DC)电压。输入电压可以是整流器(未示出)的输出，由此整流器可以用于将交流(AC)电压转换为作为输入电压被提供的DC电压。
驱动信号控制变压器101的操作。驱动信号将功率晶体管124接通和关断。当功率晶体管124接通(即，处于导电状态)并且将输入电压施加到输入电压节点110时，电流(IL0)将流过变压器101的初级绕组120。当功率晶体管124关断(即，处于不导电状态)时，电流将停止流过初级绕组120。在接通时间期间流过初级绕组120的电流流动影响在关断期间流过次级绕组122的电流(IL1)流动，并且因此影响在输出电压节点112处获得的输出电压。通常，功率晶体管124接通的时间越长，依赖于负载114的输出电压越高。接通功率晶体管124的定时以及功率晶体管124接通的持续时间决定输出电压。
被取作电流感测节点132处的电压的电流感测信号表示流过变压器101的初级绕组120的电流(IL0)。
通常，驱动信号是在接通状态和关断状态之间交替的脉宽调制(PWM)信号。驱动信号的占空比表示驱动信号接通的持续时间(驱动信号接通时间)与驱动信号接通和关断的总持续时间(驱动信号的接通/关断时间二者)之间的比率。
应注意，尽管按照约定在本文中将驱动信号以及其他信号描述为当它们被设置为逻辑1或高轨道电压时接通、断言(assert)或启用，并且在本文中将驱动信号以及其他信号描述为当它们被设置为逻辑0或低轨道电压或接地时关断、解除断言(deassert)或停用，但是在不脱离本文描述的实施例的教导的情况下，可以将该约定反转。在备选的约定中，启用、断言或接通信号可以指示将信号设置为接地电压或逻辑零，而停用、解除断言或关断信号可以指示将信号设置为高轨道电压(例如，VCC)或逻辑1。
还应注意，尽管图2中示出了反激式转换器，但是可以在不脱离本文所述的实施例的教导的情况下，替代地使用有源钳位反激式转换器或谐振反激式转换器。
图3示出了根据一个实施例的驱动级108a的框图。驱动级108a包括峰值电流级136、占空比终止级138以及切换级140。峰值电流级136接收初级控制信号，并且基于初级控制信号来确定转换器100的初级绕组120的期望电流水平。期望电流水平可以是转换器100的初级侧的峰值电流。初级控制信号的接通持续时间可以用于表示期望电流水平。在一个实施例中，峰值电流级136可以包括滤波器(例如，阻容(RC)滤波器)。滤波器可以用于基于初级控制信号的占空比来确定期望的电流水平。峰值电流级136输出表示期望电流水平的峰值电流信号。
占空比终止级138接收来自峰值电流级136的峰值电流信号和来自切换和感测级103的电流感测信号。占空比终止级138将期望电流水平与所感测的电流水平进行比较。占空比终止级138基于比较来生成终止信号。占空比终止级138将终止信号输出到切换级140。终止信号指示驱动信号的终止定时，使得流过初级绕组120的电流(IL0)不超过由初级控制信号指示的期望电流水平。
切换级140从隔离级106接收初级控制信号并从占空比终止级138接收终止信号。初级控制信号指示启用驱动信号的时间。切换级140根据由初级控制信号指示的时间来启用驱动信号，以向转换器100供电。
重新参考图2，启用驱动信号将功率晶体管124接通。接通功率晶体管124使得流经变压器101的初级绕组120的电流(IL0)增加。
当电流达到由初级控制信号指示的期望电流水平时，切换级140停用驱动信号。为此，当启用终止信号时，切换级140停用驱动信号。因此，当初级控制信号指示将功率晶体管124将要接通时，驱动级108a将功率晶体管124接通。当初级绕组120的感测电流达到期望电流时，驱动级108a将功率晶体管124关断。
因为驱动信号的接通时间由初级绕组120的电流水平决定，所以可以说转换器100由电流模式控制来控制。
图4示出了根据一个实施例的次级侧控制级104的示意图。次级侧控制级104包括锯齿波信号发生器142、分压器144、参考电压发生器146、误差放大器148和比较器150。
锯齿波信号发生器142具有被耦合到比较器150的第一输入的输出。比较器150的第二输入被耦合到误差放大器148的输出。误差放大器148具有两个输入；第一输入被耦合到参考电压发生器146的输出以及第二输入被耦合到分压器144的输出。分压器144具有被耦合到转换器100的输出电压节点112的输入。
分压器144检测输出电压(VOUT)并将输出电压缩放。分压器144将经缩放的输出电压输出到第一比较器148。参考电压发生器146生成参考电压(VREF)。误差放大器148接收经缩放的输出电压和参考电压，并输出经补偿的误差信号(电压)。由误差放大器148输出的经补偿的误差信号取决于经缩放的输出电压、参考电压以及由本文所述的电容160产生的环路补偿。误差放大器148将经补偿的误差信号输出到比较器150。
锯齿波信号发生器142生成锯齿波信号，并将锯齿波信号输出到比较器150。比较器150接收经补偿的误差信号和锯齿波信号。比较器150基于经补偿的误差信号和锯齿波信号而生成次级控制信号。当经补偿的误差信号超过锯齿波信号时，比较器150断言或启用次级控制信号。相反，当锯齿波信号超过经补偿的误差信号时，比较器将次级控制信号解除断言或停用。次级控制信号因此可以是PWM信号，PWM信号的启用指示应驱动转换器100(即，应将转换器100的功率晶体管124导通时)的时间。
在备选实施例中，次级控制信号可以是PWM信号，PWM信号的停用指示应驱动转换器100的时间。然后次级控制信号的关断持续时间与初级绕组的期望电流相对应。
注意，虽然分压器144用于将输出电压缩放，但可以省略分压器144以及将输出电压缩放。然而，这可能以增加参考电压发生器146的电压电平为代价，因此增加了次级侧控制级104的功耗。
在图4中，分压器144被示出为包括与其间的中间节点156串联连接的第一电阻152和第二电阻154。具体地，第一电阻152的第一端子被耦合到输出电压节点112，并且第一电阻152的第二端子被耦合到中间节点156。第二电阻154的第一端子被耦合到中间节点156，而第二电阻154的第二端子被耦合到接地节点116。误差放大器148被示出为包括第一放大器158和电容160。比较器150被示出为包括第二放大器162。然而，在备选实施例中，可以使用其他形式的分压器144、误差放大器148和比较器150。
在图4中，中间节点156被耦合到第一放大器158的非反相输入。第一放大器158的反相输入被耦合到参考电压发生器146的阴极。参考电压发生器146的阳极被耦合到接地节点116。误差放大器148的电容160被耦合在第一放大器158的非反相输入和输出之间。此外，锯齿波信号发生器142的输出被耦合到第二放大器162的反相输入，并且第一放大器158的输出被耦合到第二放大器162的非反相输入。第二放大器162的输出提供次级控制信号。
图5示出了根据一个实施例的驱动级108a的示意图。如本文所述，驱动级108a包括峰值电流级136a、占空比终止级138和切换级140。峰值电流级136a包括电阻164和第一电容166。占空比终止级138包括比较器168。切换级140包括被示出为D触发器的锁存器170。
第一电容166具有被耦合到接地节点134的第一端子以及被耦合到中间节点172的第二端子。电阻164具有被耦合到中间节点172的第一端子以及用于接收初级控制信号的第二端子。第二端子可以被耦合到本文参考图1描述的隔离级106的输出。电阻164和第一电容166形成RC滤波器。因为初级控制信号的接通持续时间指示初级绕组120的期望峰值电流，所以RC滤波器可操作用于将接通持续时间转换为电压信号，该电压信号的电压电平指示接通持续时间。
比较器168在第一输入处接收峰值电流信号并且在第二输入处接收电流感测信号。比较器168在其输出处提供终止信号。当电流感测信号(或其电压)超过峰值电流信号时，将终止信号解除断言。相反，当电流感测信号低于峰值电流信号时，将终止信号断言。
锁存器170具有被耦合到电源电压节点174的数据端子、用于接收初级控制信号的时钟端子、经由中间反相器176被耦合到比较器168的输出的复位端子、以及用于提供驱动信号的输出端子。注意，尽管未示出，但锁存器170也可以具有互补输出端子。
电源电压节点174向锁存器170的数据端子提供电源电压(VCC)。当初级控制信号从解除断言状态转变到断言状态时，锁存器170将驱动信号的电压电平设置为在数据端子处提供的电源电压。由于向数据端子提供电源电压电平，因此响应于初级控制信号的断言而将驱动信号断言。如此，在将初级控制信号断言时对转换器100进行驱动。对转换器100进行导致增加通过初级绕组120的电流。当由电流感测信号指示的通过初级绕组的电流达到由峰值电流信号指示的期望峰值电流时，将终止信号解除断言。终止信号在被转换器176解除断言和反相时，将锁存器170复位，从而将驱动信号解除断言。驱动信号保持在解除断言状态，直到初级控制信号再次转变到断言状态。
因此，驱动级108a的操作确保驱动信号响应于断言初级控制信号而被断言。此外，当确定通过初级绕组120的电流已达到期望电流水平时，将驱动信号解除断言。在电流模式下控制转换器100。初级控制信号的断言触发了驱动信号的断言，以驱动转换器100。当初级绕组120的电流达到期望电流时，驱动信号被解除断言。结果，转换器的功率晶体管124被关断。
应注意，在备选实施例中，初级控制信号的使用可以被反转。例如，可以使用初级控制信号的解除断言(而不是断言)来触发驱动信号的断言，以驱动转换器100。此外，当初级控制信号被解除断言时，驱动信号可以保持在断言状态。当初级控制信号被断言时，驱动信号可以转变到解除断言状态。如此，变压器101绕组的参考电流水平取决于初级控制信号的关断时间，而不是接通时间。
初级控制信号(或次级控制信号)的断言或解除断言可以用于触发驱动信号的断言，以驱动转换器100。此外，在任一情况下，初级控制信号(或次级控制信号)的接通持续时间或关断持续时间可以用于表示变压器101的绕组的参考电流水平。
接通持续时间或关断持续时间可以在初级控制信号的断言或解除断言之前或之后。例如，可以使用初级控制信号的解除断言来触发驱动信号，并且可以使用解除断言之前的接通持续时间(或从接通状态转变到关断状态)来表示电流水平。
另外，可以使用初级控制信号的断言来触发驱动信号，并且可以使用断言之前的关断持续时间(或者从关断状态转变到接通状态)来表示电流水平。
期望将峰值电流控制信号中纹波的发生最小化。通过在驱动信号的接通持续时间期间将峰值电流级136的输出保持稳定(或保持到恒定值)，可以将纹波最小化。
图6示出了根据一个实施例的驱动级108b的示意图。驱动级108b中与参考图5描述的驱动级108a的元件类似的元件具有相同的附图标记。驱动级108a包括峰值电流级136b、占空比终止级138和切换级140。除了电阻164和第一电容166之外，峰值电流级136b还包括反相控制开关178和第二电容180。
开关178具有被耦合到中间节点172的第一导电端子。开关178具有被耦合到占空比终止级138的输入的第二导电端子(用于提供峰值电流信号)。开关178具有被耦合到切换级140的输出的反相控制端子，用于接收驱动信号。第二电容180被耦合在占空比终止级138的输入与接地节点134之间。
当启用驱动信号时，开关178从闭合状态(即，导电状态)转变到断开状态(即，不导电状态)。对于驱动信号的接通持续时间，开关178保持在断开状态。当启用驱动信号时，峰值电流信号具有由第二电容180提供的电压电平。因此，峰值电流信号的电压电平在驱动信号的接通持续时间内保持稳定。
因为当启用驱动信号时，开关178被断开，所以峰值电流信号的电压电平可能滞后于由初级控制信号指定的电压电平一个周期。即，峰值电流信号可以反映先前切换周期的电压电平。
图7示出了根据一个实施例的峰值电流级136c的示意图。峰值电流级136c包括选择锁存器182、多路复用器184、第一往复级186和第二往复级188。
选择锁存器182具有时钟端子、数据端子、输出端子和互补输出端子。多路复用器184具有第一和第二输入端子以及选择端子。
第一往复级186包括第一AND(与)门190、第二AND门192、第一开关194、第二开关196、电流源198和电容200。第二往复级188包括第一AND门202、第二AND门204、第一开关206、第二开关208、电流源210和电容212。
第一往复级186的第一AND门190具有均为非反相的第一输入端子214和第二输入端子216。第一往复级186的第二AND门192具有均反相的第一输入端子218和第二输入端子220。
第二往复级188的第一AND门202具有反相的第一输入端子222和非反相的第二输入端子224。第二往复级188的第二AND门204具有非反相的第一输入端子226和反相的第二输入端子228。
在第一往复级186中，第一输入端子214、218被耦合到选择锁存器182的输出。第二输入端子216、220被耦合到隔离级106的输出。第一AND门190的输出被耦合到第一开关194的控制端子。第二AND门192的输出被耦合到第二开关196的控制端子。第二开关196具有被耦合在接地节点134和第一往复级186的输出电压节点230之间的导电端子。电容200也被耦合在接地节点134和输出电压节点230之间。第一开关194具有被耦合在输出电压节点230和电流源198的阴极之间的导电端子。电流源198具有被耦合到电源电压节点174的阳极。
在第二往复级188中，AND门202、204的第一输入端子222、226被耦合到选择锁存器182的输出。AND门202、204的第二输入端子224、228被耦合到隔离级106的输出。第一AND门202的输出被耦合到第一开关206的控制端子。第二AND门204的输出被耦合到第二开关208的控制端子。第二开关208具有被耦合在接地节点134和输出电压节点232之间的导电端子。电容212也被耦合在接地节点134和输出电压节点232之间。第一开关206具有被耦合在输出电压节点232和电流源210的阴极之间的导电端子。电流源210具有被耦合到电源电压节点174的阳极。
多路复用器184的第一输入端子被耦合到第一往复级186的输出电压节点230，并且多路复用器184的第二输入端子被耦合到第二往复级188的输出电压节点232。多路复用器184的选择端子被耦合到选择锁存器182的输出。选择锁存器182的数据端子被耦合到锁存器182的互补输出端子。
选择锁存器182在其时钟端子处接收由切换级140提供的驱动信号。选择锁存器182基于驱动信号生成并输出选择信号。在驱动信号的每个上升沿处，选择信号改变状态(即，从断言状态到解除断言状态或从解除断言状态到断言状态)。因此，选择信号在驱动信号的每个时钟周期内在状态之间交替。对于驱动信号的一个时钟周期，选择信号将具有一个状态，并且对于紧随的时钟周期，选择信号将变为另一个相反的状态。
将选择信号提供给第一和第二往复级186、188。往复级186、188在向多路复用器184提供峰值电流信号或进行充电之间交替，以检测期望的峰值电流水平(如由初级控制信号所指示的)。
当选择信号被断言时，对第一往复级186充电并且第二往复级188供应峰值电流信号。当选择信号被断言并且初级控制信号被断言时(在初级控制信号的接通时间期间)，第一往复级186的第一开关194闭合并且第二开关196断开。这导致电容200使用电流源198充电。同时，第二往复级188的两个开关206、208断开，因此提供由电容212存储的电压电平作为峰值电流信号。
选择信号在驱动信号的整个时钟持续时间内保持被断言。但是，初级控制信号在驱动信号的时钟持续时间内被解除断言(假设初级控制信号的占空比小于100％)。当初级控制信号被解除断言时，第一往复级186的第一和第二开关194、196断开。结果，电容200的充电停止。即，根据初级控制信号的接通持续时间对电容200充电，并且电容200的电压电平反映了初级控制信号的接通持续时间。同时，当选择信号被断言并且初级控制信号被解除断言时，第二往复级188的第一开关206保持断开，而第二开关208转变到闭合状态。结果，电容212被短路并放电。在驱动信号的后续周期中对电容212再充电。
选择信号选择多路复用器184的输出。当选择信号被断言时，多路复用器184选择由第二往复级188提供的信号作为输出峰值电流控制信号。在驱动信号随后的时钟周期中，选择锁存器182将选择信号设置为解除断言状态。将选择信号解除断言使得多路复用器184输出由第一往复级186提供的电压电平作为峰值电流信号。
当在初级控制信号的接通持续时间期间、将选择信号解除断言且将初级控制信号断言时，第一往复级186的两个开关194、196均断开。因此，第一往复级186将存储在电容200中的电压电平输出到多路复用器184。在初级控制信号的先前周期的接通时间期间已对电容200充电。电容200的电荷指示初级控制信号的先前周期的接通持续时间。
在第二往复级188中，第一开关206闭合并且第二开关208断开。相应地，电容212由电流源210充电。电容212的电荷表示初级控制信号的接通持续时间。
当初级控制信号转变到解除断言状态时，第一往复级186的第二开关196闭合。结果，电容200被放电，以用于随后的充电。在第二往复级188中，第一开关206转变到断开状态。结果，电容212停止接收新的电荷。电容212在其上存储与初级控制信号的接通持续时间相对应的电荷。第二开关208保持断开，使得可以在后续周期中使用电容212的电荷。
峰值电流级136c进行操作，以检测初级控制信号的接通持续时间，并存储表示接通持续时间的信号(或电压电平)。峰值电流级136c然后将所存储的信号作为用于后续周期的峰值电流控制信号。峰值电流控制级136c与一个周期的滞后相关联。在给定周期期间提供的峰值电流控制信号表示在先前周期中由初级控制信号指示的峰值电流。
图8示出了转换器100的信号图。信号图包括初级控制信号234、驱动信号236、峰值电流信号238、电流感测信号240、经补偿的误差信号242、初级绕组电流信号244和次级绕组电流信号246。
响应于将初级控制信号234断言，驱动级108通过将驱动信号236断言做出响应。当电流感测信号240的电压电平达到峰值电流信号238的电压电平时，驱动级108将驱动信号236解除断言。经补偿的误差信号242取决于输出电压和参考电压之间的误差以及由调节器执行的补偿。当参考电压达到输出电压时，通常减小初级绕组电流(由电流感测信号240和初级绕组电流信号244表示)。可以在第一时间实例248之后看到电流感测信号240和初级绕组电流信号244的电压电平的降低。初级绕组电流信号244随时间的减小引起次级绕组电流信号246的减小。
可以将上面描述的各种实施例进行组合来提供进一步的实施例。根据以上详细描述，可以对这些实施例进行这些改变和其他改变。通常，在所附权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所要求的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (16)

1.一种反激式转换器，其特征在于，包括：
变压器，包括在相应的初级侧和次级侧中的、电流地隔离的初级绕组和次级绕组，所述变压器被配置为提供输出电压；以及
反馈级，包括：
在所述次级侧中的次级侧控制级，被配置为至少部分地基于所述输出电压和参考电压来生成次级控制信号；以及
隔离级，被配置为基于所述次级控制信号在所述初级侧上生成初级控制信号；
在所述初级侧中的功率开关，所述功率开关被配置为控制通过所述初级绕组的电流传导；以及
在所述初级侧中的驱动级，被配置为：
至少部分地基于所述初级控制信号和指示通过所述初级绕组的电流的电流感测信号，来生成用于驱动所述功率开关的驱动信号；并且
根据所述驱动信号来操作所述功率开关。
2.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述次级侧控制级被配置为：
使所述次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态，以指示将要驱动所述功率开关的时间；以及
在与所述初级绕组的期望电流相对应的持续时间内，将所述次级控制信号保持在所述断言状态中。
3.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述驱动级被配置为：
检测所述初级控制信号从解除断言状态转变到断言状态；以及
响应于检测到所述初级控制信号从所述解除断言状态转变到所述断言状态，将所述驱动信号断言。
4.根据权利要求3所述的反激式转换器，其特征在于，所述驱动级被配置为：
至少部分地基于所述初级控制信号，来确定所述初级绕组的期望电流；
将所述期望电流与通过所述初级绕组的电流进行比较，以确定通过所述初级绕组的电流是否达到所述期望电流；以及
响应于确定通过所述初级绕组的电流达到所述期望电流，将所述驱动信号解除断言。
5.根据权利要求4所述的反激式转换器，其特征在于，所述驱动级被配置为：至少部分地基于所述初级控制信号的接通持续时间，来确定所述期望电流。
6.根据权利要求5所述的反激式转换器，其特征在于，所述接通持续时间处于所述初级控制信号的时钟周期中，所述时钟周期是在所述初级控制信号从所述解除断言状态转变到所述断言状态时结束的先前时钟周期。
7.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述隔离级包括光耦合器，所述光耦合器被配置为：
在所述次级侧中接收所述次级控制信号；
将所述次级控制信号转换为所述初级控制信号；以及
在所述初级侧中输出所述初级控制信号。
8.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述次级侧控制级被配置为：
至少部分地基于所述输出电压和所述参考电压，来生成经补偿的误差信号；
将所述经补偿的误差信号与锯齿波信号进行比较；以及
当所述经补偿的误差信号超过所述锯齿波信号时，将所述次级控制信号断言，并且当所述锯齿波信号超过所述经补偿的误差信号时，将所述次级控制信号解除断言。
9.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述次级侧控制级被配置为：
使所述次级控制信号从断言状态转变到解除断言状态，以指示将要驱动所述功率开关的时间；以及
在与所述初级绕组的期望电流相对应的持续时间内，将所述次级控制信号保持在所述解除断言状态中。
10.根据权利要求9所述的反激式转换器，其特征在于，所述驱动级被配置为：
检测所述初级控制信号从所述断言状态转变到所述解除断言状态；以及
响应于检测到所述初级控制信号从所述断言状态转变到所述解除断言状态，将所述驱动信号断言。
11.一种控制器，其特征在于，包括：
次级侧控制级，位于与初级域电流地隔离的次级域中并且被配置为：
检测转换器的输出电压；
至少部分地基于所述输出电压和表示所述转换器的期望输出电压的参考电压，至少通过以下步骤来生成次级控制信号：
进行将所述次级控制信号从解除断言状态转变到断言状态以及从所述断言状态转变到所述解除断言状态中的至少一项，以指示将要驱动所述转换器的时间；
在与所述转换器的期望电流水平相对应的持续时间内，将所述次级控制信号保持在所述断言状态和所述解除断言状态中的至少一个状态中；以及
输出所述次级控制信号，以用于转换为所述初级域中的初级控制信号。
12.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，还包括：
隔离级，被配置为接收所述次级控制信号并且至少通过以下步骤将所述次级控制信号转换为所述初级控制信号：
检测所述次级控制信号从所述解除断言状态转变到所述断言状态以及从所述断言状态转变到所述解除断言状态中的至少一项；
响应于检测到所述次级控制信号从所述解除断言状态转变到所述断言状态以及从所述断言状态转变到所述解除断言状态中的至少一项，将所述初级控制信号转变到所述断言状态和所述解除断言状态中的至少一个状态；以及
在与所述次级控制信号保持在所述断言状态和所述解除断言状态中的所述至少一个状态中的持续时间相对应的持续时间内，将所述初级控制信号保持在所述断言状态和所述解除断言状态中的所述至少一个状态中。
13.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，还包括：
在所述初级域中操作的驱动级，被配置为：
检测所述初级控制信号转变到所述断言状态和所述解除断言状态中的所述至少一个状态；以及
响应于检测到所述初级控制信号转变到所述断言状态和所述解除断言状态中的所述至少一个状态，将用于操作所述转换器的驱动信号断言或解除断言。
14.根据权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述驱动级被配置为：
接收指示所述转换器的电流水平的电流感测信号；
至少部分地基于所述初级控制信号，来检测所述转换器的期望电流水平；
确定所述转换器的所述电流水平是否已达到所述转换器的所述期望电流水平；
响应于确定所述转换器的所述电流水平已达到所述转换器的所述期望电流水平，将所述驱动信号断言或解除断言。
15.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述驱动级被配置为：基于所述初级控制信号的接通持续时间和关断持续时间中的至少一个持续时间，来检测所述转换器的所述期望电流水平。
16.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述接通持续时间处于时钟周期中，所述时钟周期是在所述初级控制信号转变到所述断言状态时结束的先前时钟周期。
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