CN220139408U - 一种用在功率转换器中的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用在功率转换器中的控制器以及用在功率转换器中的输入电压估计电路。该输入电压估计电路包括定时器，该定时器包括响应于请求信号、绕组信号和输出电压信号而生成控制信号的定时器控制电路。该控制信号被耦合以响应于该请求信号中的请求事件而转变到第一逻辑电平，并且响应于该绕组信号下降到该输出电压信号以下而转变到第二逻辑电平。该定时器包括响应于该控制信号中的第一逻辑电平和第二逻辑电平而生成初级传导时间信号的初级传导定时器，以及响应于该控制信号中的第二逻辑电平和第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成次级传导时间信号的次级传导定时器。本实用新型的技术方案能够使功率转换器的开关损耗最小化。

Description

一种用在功率转换器中的控制器
技术领域
本实用新型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、尺寸小、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)输入，以提供良好调节的直流(dc)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回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(on)时间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。
除了一个或多个输出量之外，开关模式功率转换器的输入电压可以由控制器感测和使用以改变其运行状况。例如，控制器可以根据输入电压是高压线还是低压线来改变输出电压被调节到的值。在另一个实施例中，控制器可以根据输入电压的值来改变功率开关的开关状况，以考虑在感测的输入电压处的热状况。
实用新型内容
本实用新型提供了至少以下技术方案：
1.一种用在功率转换器中的控制器，包括：
同步整流器控制和请求电路，其被耦合以响应于表示所述功率转换器的能量传递元件的输出绕组电压的绕组信号，
其中所述同步整流器控制和请求电路被配置为响应于所述绕组信号而生成第二驱动信号，并且响应于表示所述功率转换器的输出的反馈信号而生成请求信号，
其中耦合到所述能量传递元件的输入绕组的功率开关被配置为响应于所述请求信号而被接通，并且其中耦合到所述输出绕组的输出整流器被配置为响应于所述第二驱动信号而被控制；以及
输入电压估计电路，其耦合到所述同步整流器控制和请求电路以接收所述第二驱动信号和所述请求信号，
其中所述输入电压估计电路还被耦合以接收所述绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号，并且
其中所述输入电压估计电路被配置为响应于表示所述能量传递元件的初级匝数的信号、表示所述能量传递元件的次级匝数的信号、所述输出电压信号、表示功率开关传导的初级传导时间信号和表示输出整流器传导的次级传导时间信号而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计，并且
其中所述输入电压估计电路响应于所述绕组信号、所述第二驱动信号、所述输出电压信号和所述请求信号而确定所述初级传导时间信号和所述次级传导时间信号。
2.根据方案1所述的控制器，其中所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：
定时器控制电路，其被配置为响应于所述请求信号、所述绕组信号和所述输出电压信号而生成控制信号，
其中所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而转变到第一逻辑电平，并且
其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到第二逻辑电平；
初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成所述初级传导时间信号；以及
次级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和所述第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成所述次级传导时间信号。
3.根据方案2所述的控制器，其中所述控制器还包括比较器，所述比较器被耦合以比较所述绕组信号和所述输出电压信号，其中所述定时器控制电路耦合到所述比较器的输出。
4.根据方案3所述的控制器，其中所述定时器控制电路包括第一锁存器，所述第一锁存器被耦合以响应于所述请求信号而被置位，并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位，并且其中所述控制信号被耦合以响应于所述第一锁存器的输出。
5.根据方案4所述的控制器，其中所述输入电压估计电路还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器被配置为响应于所述初级传导时间信号、所述次级传导时间信号、所述输出电压信号、所述能量传递元件的初级匝数和所述能量传递元件的次级匝数而生成所述输入电压估计。
6.根据方案5所述的控制器，其中所述输入电压计算器包括：
第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的所述第一输入和所述第一算术运算器的所述第二输入的商而生成所述输入电压估计的输出；
第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的次级匝数的信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的所述第一输入和所述第二算术运算器的所述第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及
第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的初级匝数的信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被配置为响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而生成所述分子信号的输出。
7.根据方案6所述的控制器，其中所述控制器还被配置为接收具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的模式信号，并且其中所述第一逻辑电平表示所述控制器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述控制器在第二模式下运行。
8.根据方案7所述的控制器，其中所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
9.根据方案7所述的控制器，其中所述定时器控制电路还包括：
第二锁存器，其被耦合以响应于所述请求信号而被置位并且响应于所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而被复位；
第三锁存器，其被耦合以响应于所述第二锁存器的反相输出而被置位并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位；
第一与门，其具有被耦合以接收所述模式信号的第一输入和耦合到所述第一锁存器的输出的第二输入；
第二与门，其具有耦合到所述第三锁存器的输出的第一输入和被耦合以接收反相的模式信号的第二输入；以及
或门，其具有耦合到所述第一与门的输出的第一输入和耦合到所述第二与门的输出的第二输入，其中所述控制信号被耦合以响应于所述或门的输出。
10.根据方案9所述的控制器，其中所述输入电压计算器还包括：
第四算术运算器，其具有被耦合以接收所述反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，
其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积；以及
第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，
其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
11.根据方案10所述的控制器，其中所述零电压建立时间信号表示所述能量传递元件被通电的持续时间。
12.根据方案7所述的控制器，其中当所述定时器控制电路在所述第一模式下运行时，所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到所述第二逻辑电平。
13.根据方案7所述的控制器，其中当所述定时器控制电路在所述第二模式下运行时，所述控制信号被耦合以响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到所述第二逻辑电平。
14.一种用在功率转换器中的输入电压估计电路，其中所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：
定时器控制电路，其被配置为响应于表示接通耦合到所述功率转换器的能量传递元件的输入绕组的功率开关的请求的请求信号、表示所述功率转换器的所述能量传递元件的输出绕组的绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号而生成控制信号，
其中所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而转变到第一逻辑电平，并且
其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到第二逻辑电平；
初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成初级传导时间信号；以及
次级传导定时器，所述次级传导定时器被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和响应于所述绕组信号的第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成次级传导时间信号。
15.根据方案14所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压估计电路还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器包括：
第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的第一输入和所述第一算术运算器的第二输入的商而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计的输出；
第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输出绕组的匝数的次级匝数信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的第一输入和所述第二算术运算器的第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及
第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输入绕组的匝数的初级匝数信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被耦合以响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而生成所述分子信号的输出。
16.根据方案15所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压估计电路还被配置为接收具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的模式信号，其中所述第一逻辑电平表示所述功率转换器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述功率转换器在第二模式下运行。
17.根据方案16所述的输入电压估计电路，其中所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
18.根据方案16所述的输入电压估计电路，其中当所述功率转换器在所述第一模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而生成转变到所述第一逻辑电平的控制信号，并且其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而生成转变到所述第二逻辑电平的控制信号。
19.根据方案16所述的输入电压估计电路，其中当所述功率转换器在所述第二模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而生成转变到所述第一逻辑电平的控制信号，其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而生成转变到所述第二逻辑电平的控制信号。
20.根据方案16所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压计算器还包括：
第四算术运算器，其具有被耦合以接收反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，
其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积，并且
其中所述零电压建立时间信号表示所述能量传递元件被通电的持续时间；以及
第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，
其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，并且
其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
21.根据方案16所述的输入电压估计电路，其中所述定时器被包括在所述功率转换器中所包括的多个控制器中的第二控制器中。
22.根据方案21所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压计算器被包括在所述功率转换器中所包括的所述多个控制器中的第三控制器中，并且其中所述第三控制器通过内部集成总线耦合到所述第二控制器。
附图说明
参考以下附图描述了本实用新型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1A例示了根据本实用新型的教导的具有包括示例输入电压估计电路的控制器的功率转换器的一实施例。
图1B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的功率转换器中发现的波形。
图2例示了根据本实用新型的教导的示例输入电压估计电路的块图。
图3A例示了根据本实用新型的教导的包括在示例输入电压估计电路的示例定时器中的示例定时器控制电路的块图。
图3B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的功率转换器中发现的波形，该示例输入电压估计电路具有示例定时器控制电路。
图4例示了根据本实用新型的教导的包括在示例输入电压估计电路中的示例输入电压计算器的块图。
图5A例示了根据本实用新型的教导的包括在示例输入电压估计电路中的另一个示例定时器控制电路的块图。
图5B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的功率转换器中发现的波形，该示例输入电压估计电路具有另一个示例定时器控制电路。
图6例示了根据本实用新型的教导的包括在示例输入电压估计电路中的另一个示例输入电压计算器的块图。
图7例示了根据本实用新型的教导的耦合到包括示例输入电压计算器的第三控制器的第二控制器的一实施例的块图。
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，以帮助改善对本实用新型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实用新型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，以提供对本实用新型的透彻理解。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实用新型。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本实用新型。
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实用新型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”不一定全指代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。
隔离式功率转换器通常具有彼此电流隔离的输入侧(也被称为初级侧)和输出侧(也被称为次级侧)。耦合到功率转换器的输入侧的电路参考输入回线，而耦合到功率转换器的输出侧的电路参考输出回线。输入回线和输出回线也是电流隔离的。由于输入侧与输出侧电流隔离，因此跨功率转换器的隔离势垒不存在直流(dc)路径。功率转换器可以利用具有输入绕组和输出绕组的能量传递元件——诸如变压器或耦合电感器——来维持隔离。
耦合到功率转换器的输入侧的控制器通常具有对功率转换器的输入电压VIN的直接访问。耦合到功率转换器的输出侧的控制器具有对输入电压VIN的间接访问。例如，当功率转换器的功率开关传导时，输出绕组电压是能量传递元件匝数比和输入电压VIN的乘积。因此，输出侧耦合的控制器可以对输出绕组电压进行采样并且确定输入电压VIN。然而，由于当功率开关传导时输出绕组电压表示输入电压，因此对输出绕组电压的采样应是快速采样，并且还可能需要高电压设备或精确的电阻器。与不太精确的电阻器相比，精确的电阻器使用集成电路的更多面积。
然而，电感器的伏秒平衡提供输入电压VIN、输出电压VOUT、能量传递元件匝数比、功率开关传导时间(TON)和次级传导时间(TSR)之间的关系。这样，本公开内容的实施方案测量功率开关传导时间(TON)和次级传导时间(TSR)以估计功率转换器的输入电压VIN。在各实施例中，功率转换器的估计的输入电压VIN然后可以被存储和/或利用以使功率转换器的输出功率变化。
为了例示，图1A示出了根据本公开内容的一实施方案的开关模式功率转换器100的一实施例，该开关模式功率转换器100包括第一控制器128(例如，初级控制器)和包括输入电压估计电路150的第二控制器132(例如，次级控制器)。所例示的功率转换器100还包括箝位电路104、能量传递元件T1 106、能量传递元件T1 106的具有匝数NP的输入绕组108、能量传递元件T1 106的具有匝数NS的输出绕组110、功率开关S1 112、输入回线111、输出整流器S2 114、输出电容器CO 116以及并联耦合于输出电容器CO 116的感测电路124。在所描绘的实例中，感测电路124被示例为电阻分压器，其被配置为生成反馈信号FB 126，如所示出的。图1A中还示出了输入电压VIN 102、漏极电流ID 113、输出电压VOUT 118、输出电流IO120、请求信号REQ 130、第二驱动信号SR 134、输出电流感测信号IS140、第一驱动信号DR144和电流感测信号ISNS146。
在所例示的实施例中，功率转换器100被示出为具有反激式拓扑。此外，功率转换器100的输入与功率转换器100的输出电流隔离，使得输入回线111与输出回线119电流隔离。由于功率变换器100的输入和输出是电流隔离的，因此跨能量传递元件T1 106的隔离势垒、或在输入绕组108和输出绕组110之间、或在输入回线111和输出回线119之间不存在直流(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122提供输出功率。在一个实施方案中，输入电压VIN 102是经整流并且经滤波的交流线电压。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耦合到能量传递元件106。在一些实施例中，能量传递元件106可以是耦合电感器、变压器或电感器。能量传递元件106被示出为包括两个绕组，即具有匝数NP的输入绕组108(其也可以被称为初级绕组)和具有匝数NS的输出绕组110(其也可以被称为次级绕组)。然而，能量传递元件106可以具有不止两个绕组。能量传递元件的输入绕组108还耦合到功率开关S1 112，并且功率开关S1 112还耦合到输入回线111。并联于输入绕组108的是箝位电路104。箝位电路104限制功率开关S1 112上的最大电压。在各实施例中，箝位电路104可以是有源箝位电路并且包括开关。
输出绕组110耦合到输出整流器S2 114，该输出整流器S2 114是被示例为用作同步整流器的开关或晶体管的输出整流器。然而，输出整流器S2 114也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S2 114和输出回线119。功率转换器100还包括用以调节输出电压VOUT 118、输出电流IO 120或两者的组合的电路系统。第二控制器132被配置为感测反馈信号FB 126，该反馈信号FB 126表示功率转换器100的输出。
如在图1A中所描绘的实施例中所示出的，第二控制器132被耦合以接收表示功率转换器100的输出电压VOUT 118的反馈信号FB 126、表示输出电流IO 120的输出电流感测信号IS140、输出电压VOUT 118以及表示能量传递元件T1 106的输出绕组110的绕组信号FWD138。应理解，这些输入是示例性的，并且根据功率转换器100的应用，第二控制器132可以接收更多或更少的输入。
第二控制器132包括SR控制和请求电路133以及输入电压估计电路150。第二控制器132可以可选地包括寄存器151和程序端子PRGM 142，它们在图1A中所描绘的实施例中以虚线被例示。如将进一步讨论的，第二控制器132可以经由程序端子PRGM 142接收程序信号，该程序信号可以提供第二控制器132的信息、程序和/或修整参数(trim parameter)。例如，第二控制器132可以接收关于输入绕组108的匝数NP 154和输出绕组110的匝数NS155的信息。第二控制器132还可以接收表示第二控制器132在第一模式或第二模式下运行的模式信号MODE 153。程序信号可以是从用户接收的信号。在一个实施方案中，用户可以将具有可变值的部件(诸如电阻器或电容器)耦合到程序端子PRGM 142以将信息、程序和/或修整传送到第二控制器132。在另一个实施方案中，程序信号可以是经由内部集成(I2C)总线从第三控制器(诸如微控制器)接收的。通过程序端子PRGM 142的通信可以遵守I2C协议。替代地，通信可以遵守通用异步接收器/发射器(UART)协议。寄存器151可以被用来将接收的信息存储在第二控制器132中。
SR控制和请求电路133被示出为接收绕组信号FWD 138和反馈信号FB 126。SR控制和请求电路133还被示出为接收输出电流感测信号IS140。在所描述的实施例中，SR控制和请求电路133响应于绕组信号FWD 138而输出第二驱动信号SR 134。第二驱动信号SR 134由输出整流器S2 114接收，并且控制输出整流器S2 114的接通和关断。在一个实施例中，响应于反馈信号FB 126，SR控制和请求电路133输出请求信号REQ 130。请求信号REQ 130表示接通功率开关S1 112的请求。请求信号REQ 130可以包括响应于反馈信号FB 126与调节参考的比较而生成的请求事件129。调节参考通常表示第一控制器128和第二控制器132将功率转换器100的输出调节到的值。请求信号REQ 130可以是脉跳到逻辑高值并且快速返回到逻辑低值的矩形脉冲波形。逻辑高脉冲可以被称为请求事件129。也可以响应于输出电流感测信号IS 140或输出电流感测信号IS140和反馈信号FB 126的组合而提供请求信号REQ 130和请求事件。如所示出的，SR控制和请求电路133被耦合以将请求信号REQ 130输出到第一控制器128。
在各实施例中，请求信号REQ 130通过通信链路136被发送到第一控制器128，该通信链路136维持第一控制器128和第二控制器132之间的电流隔离。为了例示，对于在图1A中所示出的实施例，第二控制器132耦合到功率转换器100的次级侧并且参考输出回线119，而第一控制器128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128和第二控制器132彼此电流隔离，并且通信链路136通过使用例如电感耦合(诸如变压器或耦合电感器)、光耦合器、电容耦合或维持电流隔离的其他设备来维持第一控制器128和第二控制器132之间的电流隔离。然而，应理解，在一些实施方案中，第二控制器132与第一控制器128未被电流隔离。在一个实施例中，通信链路136可以是由支撑第一控制器128和/或第二控制器132的引线框架形成的电感耦合。
在所描述的实施例中，输入电压估计电路150被示出为接收请求信号REQ 130、第二驱动信号SR 134、绕组信号FWD 138和输出电压VOUT 118，并且输出输入电压估计信号VIN_EST 152。在一个实施方案中，输入电压估计电路150还可以接收初级匝数NP 154和次级匝数NS 155。如将进一步讨论的，输入电压估计电路150还可以可选地接收表示第二控制器132的运行模式的模式信号MODE 153。例如，第二控制器132可以在第一模式或第二模式下运行。第一模式可以是准谐振(QR)模式并且第二模式可以是零电压(ZV)开关模式。
在运行中，输入电压估计电路150确定初级传导时间TON(其可以表示功率开关S1112传导的持续时间)和次级传导时间TSR(其可以表示输出整流器S2 114传导的持续时间)，并且利用能量传递元件T1 106的伏秒平衡来估计输入电压VIN 102。根据能量传递元件T1 106的伏秒平衡，输入电压VIN 102的估计(例如，VIN_EST)基本上是初级匝数NP、输出电压VOUT 118和次级传导时间TSR的乘积除以次级匝数NS和初级传导时间TON的乘积，或在数学上：
输入电压估计电路150利用请求信号REQ 130、绕组信号FWD 138和输出电压VOUT118来确定初级传导时间TON(其也可以被称为功率开关S1 112的导通时间)和次级传导时间TSR。输入电压估计电路150还可以利用第二驱动信号SR 134来确定次级传导时间TSR。第二控制器132测量初级传导时间TON作为请求信号REQ 130中的请求事件129和绕组信号FWD138下降到输出电压VOUT 118以下之间的持续时间。第二控制器132将次级传导时间TSR测量为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2 114断开之间的持续时间。当绕组信号FWD 138增加到关断阈值SR_OFF以上时，或如果SR控制和请求电路133确定发送请求信号REQ 130中的请求事件129，第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2114断开。这样，在一个实施例中，第二控制器132将次级传导时间TSR测量为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和绕组信号FWD 138随后增加到关断阈值SR_OFF以上之间的持续时间。一旦输入电压估计电路150已经测量了初级传导时间TON和次级传导时间TSR，输入电压估计电路150就根据等式(1)的伏秒平衡、利用测量的初级传导时间TON和次级传导时间TSR、输出电压VOUT 118以及初级匝数NP 154和次级匝数NS155来计算估计的输入电压VIN_EST 152。
估计的输入电压VIN_EST 152可以被提供给寄存器151以被存储。第二控制器132可以经由程序端子PRGM 142向第二控制器132外部提供估计的输入电压VIN_EST 152。在一个实施例中，估计的输入电压VIN_EST 152被提供给用户和/或第三控制器。响应于估计的输入电压VIN_EST 152，第二控制器132、用户和/或第三控制器可以使功率转换器100的输出功率变化。在另一个实施例中，估计的输入电压VIN_EST 152可以被提供给SR控制和请求电路133。
在一个实施例中，第一控制器128和第二控制器132可以被形成为集成电路的一部分，该集成电路被制造为混合集成电路或单片集成电路。在一个实施例中，功率开关S1 112也可以与第一控制器128和第二控制器132集成在单个集成电路封装件中。另外，在一个实施例中，第一控制器128和第二控制器132可以被形成为单独的集成电路。功率开关S1 112也可以与第一控制器128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128、第二控制器132和功率开关S1 112都不必被包括在单个封装件中，并且可以被实施在单独的控制器封装件或组合的封装件/单独的封装件的组合中。
在一个实施例中，功率开关S1 112可以是晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、氮化镓(GaN)基晶体管或碳化硅(SiC)基晶体管。在另一个实施例中，功率开关S1 112可以是共源共栅开关，该共源共栅开关包括以共源共栅配置耦合在一起的常导通第一开关和常断开第二开关。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128被耦合以接收表示功率开关S1 112的漏极电流ID 113的电流感测信号ISNS146、通过通信链路136的请求信号REQ 130或反馈信号FB 126，并且输出第一驱动信号DR 144。第一控制器128向功率开关S1 112提供第一驱动信号DR 144以控制功率开关S1 112的各种开关参数，以控制通过能量传递元件106从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。功率开关S1 112的这样的各种开关参数的实施例包括开关频率(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S1 112的每单位时间的脉冲的数目。另外，功率开关S1 112可以被控制使得其具有固定的开关频率或可变的开关频率。
在一个实施方案中，第一控制器128输出第一驱动信号DR 144以控制功率开关S1112的传导。在一个实施例中，第一控制器128响应于请求信号REQ 130中的请求事件129或响应于由反馈信号FB 126提供的信息而输出第一驱动信号DR 144以接通功率开关S1 112。在另一个实施例中，当由电流感测信号ISNS146提供的漏极电流ID 113达到电流限制时，第一控制器128输出第一驱动信号DR 144以关断功率开关S1 112。应理解，可以使用其他控制方法。
图1B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的开关模式功率转换器中发现的波形的示例时序图101。如所示出的，图1B例示了用于绕组信号FWD 138、请求信号REQ 130、控制功率开关S1 112的接通和关断的第一驱动信号DR144以及控制输出整流器S2 114的接通和关断的第二驱动信号SR 134的示例波形。示出所述波形以例示第二控制器132使用功率开关S1 112的传导时间TON 158和输出整流器S2114的传导时间TSR 160来估计输入电压VIN 102的能力。此外，绕组信号FWD 138被例示为电压。
在运行中，示例功率转换器可以在连续传导模式(CCM)或不连续传导模式(DCM)下运行。用于输出整流器S2 114的开关在功率开关S1 112的断开时间的至少一部分期间传导(例如，将能量传递到输出)。在CCM期间，能量传递元件T1 106的输出绕组110中的电流在功率开关S1 112接通之前未达到零。这样，在功率开关S1 112接通之前，输出整流器S2 114被主动地(actively)关断以停止传导。在DCM期间，输出绕组110中的电流在功率开关S1 112被接通之前达到零，并且输出整流器S2 114在功率开关S1 112接通之前停止传导。这样，由于DCM期间的次级寄生电感和电容，在输出绕组110上发生振铃(其也可以被称为弛豫振铃)。输出绕组110上的弛豫振铃的每个峰表示功率开关电压的谷点，反之亦然。峰和谷可以被称为极值。如在本文中所使用的，一个“极值”或多个“极值”包括任何局部最大值点或最小值点，或可以被称为“峰”和“谷”，其中在数学上，斜率(即，振铃/振荡波形的导数)接近零。
如将进一步讨论的，第二控制器132可以在第一模式或第二模式下运行。第一模式可以是准谐振(QR)模式并且第二模式可以是零电压(ZV)开关模式，并且在QR模式或ZV模式下运行包括使功率转换器的开关的接通与绕组信号FWD 138的弛豫振铃中的极值同步。
图1B中所例示的波形例示了功率转换器在DCM下运行。在时间t1处，在请求信号REQ 130中发生请求事件(例如，脉冲)。这样，第一驱动信号DR 144转变到逻辑高值以接通功率开关S1 112。当功率开关S1 112传导时，绕组信号FWD 138基本上等于输入电压VIN 102乘以输出绕组110和输入绕组108之间的匝数比加上输出电压VOUT 118，或在数学上：在时间t1和t2之间，功率开关S1 112为导通的并且时间t1和t2之间的持续时间是功率开关传导时间TON 158。
在时间t2处，第一驱动信号DR 144转变到逻辑低值以关断功率开关S1 112。一旦功率开关S1 112停止传导，绕组信号FWD 138就减小。一旦绕组电压达到导通阈值SR_ON156，第二控制器132就控制输出整流器S2 114导通。如所示出的，第二驱动信号SR 134转变到逻辑高值以接通输出整流器S2 114。在一个实施方案中，导通阈值SR_ON 156被选择为用以确认已经开始通过输出整流器S2 114的体二极管或输出整流器S2 114两端的任何并联二极管的传导的电压。在一个实施例中，导通阈值SR_ON 156在输出回线以下基本上100mV(例如，-100mV)。
绕组信号FWD 138开始增加并且在时间t3处达到断开阈值SR_OFF 157。当绕组信号FWD 138增加并且达到关断阈值SR_OFF 157时，这指示输出绕组110的电流已经达到零并且输出整流器S2 114不再传导。关断阈值SR_OFF 157表示当输出绕组110中不存在电流时绕组信号FWD 138的值。在实施例中，关断阈值SR_OFF 157可以是基本上-3mV或-6mV。输出整流器S2 114是导通的并且传导的持续时间可以被称为次级传导时间TSR 160。应理解，在功率开关S1 112关断和绕组信号FWD下降到输出电压VOUT 118以下以及绕组信号FWD 138进一步下降到断开阈值SR_OFF 157以下(未示出)之间存在延迟。在一个实施方案中，次级传导时间TSR 160被估计为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和第二驱动信号SR134使输出整流器S2 114断开之间的持续时间。对于DCM，次级传导时间TSR 160被估计为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和绕组信号FWD 138上升到断开阈值SR_OFF157以上之间的持续时间。在时间t3处，第二驱动信号SR 134转变到逻辑低值并且输出整流器S2 114是断开的。功率开关S1 112直到在请求信号REQ 130中接收到另一个请求事件才接通。对于在图1B中所示出的实施例，请求事件和功率开关S1的接通与绕组信号FWD 138中的弛豫振铃的极值相一致。然而，应理解，请求事件和功率开关S1的接通可以不与绕组信号FWD 138的弛豫振铃的极值相一致。
当功率开关S1 112传导时，绕组信号FWD 138基本上等于输入电压VIN 102乘以输出绕组110和输入绕组108之间的匝数比加上输出电压VOUT 118，或在数学上：利用电感器的伏秒平衡，可以使用功率开关传导时间TON 158、次级传导时间TSR 160、输出电压VOUT 118以及能量传递元件的输入绕组和输出绕组之间的匝数比来计算和/或估计输入电压VIN 102，如由等式(1)所示出的。
图2例示了根据本实用新型的教导的示例输入电压估计电路250的块图。应理解，图2的输入电压估计电路250可以是被包括在如图1A中所示出的第二控制器132中的输入电压估计电路150的一实施例，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被耦合和起作用。
如在图2中所描绘的实施例中所示出的，输入电压估计电路250包括定时器282、输入电压计算器267和比较器261。定时器282被示为接收请求信号REQ 130、第二驱动信号SR134和比较器261的输出。比较器261被耦合以接收绕组信号FWD 138和输出电压VOUT 118。对于所示出的实施例，绕组信号FWD 138是电压信号。在一个实施方案中，比较器261在其非反相输入处接收绕组信号FWD 138并且在其反相输入处接收输出电压VOUT 118。可选地，定时器282还可以接收模式信号MODE 153，如由虚线所示出的。定时器282将测量的初级传导时间TON 258和次级传导时间TSR 260输出到输入电压计算器267。
在运行中，定时器282在请求信号REQ 130中的请求事件被接收到时开始对初级传导时间TON 258的测量，并且在绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时停止对初级传导时间TON 258的测量。或换句话说，初级传导时间TON 258被测量为请求信号REQ 130中的请求事件和随后的绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下之间的持续时间。定时器282在绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时开始对次级传导时间TSR 260的测量，并且在第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2 114的关断时停止测量。或换句话说，次级传导时间TSR 260被测量为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和第二驱动信号SR 134指示关断输出整流器S2 114之间的持续时间。
定时器282被示出为包括定时器控制电路262、初级传导定时器264和次级传导定时器265。定时器控制电路262被配置为接收请求信号REQ 130和比较器261的输出，例如，绕组信号FWD 138和输出电压VOUT 118的比较结果。响应于请求信号REQ 130和比较器261的输出，定时器控制电路262输出控制信号CTRL 263。在一个实施方案中，控制信号CTRL 263是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在运行中，当请求信号REQ 130中的接通功率开关S1 112的请求事件被接收到时，控制信号CTRL 263转变到逻辑高值。当绕组信号FWD 138在请求事件之后下降到输出电压VOUT 118以下时，控制信号CTRL 263转变到逻辑低值。控制信号CTRL 263部分地被用来控制初级传导定时器264和次级传导定时器265。具体地，控制信号CTRL 263被用来启动和停止初级传导定时器264。控制信号CTRL 263还被用来启动次级导传导时器265。
初级传导定时器264在其启动输入和停止输入处接收控制信号CTRL 263。在初级传导定时器264的停止输入处例示的小圆圈指示停止输入接收反相的控制信号CTRL 263。在运行中，初级传导定时器264在控制信号CTRL 263的前沿处开始测量/定时，并且在控制信号CTRL 263的后沿处停止测量。初级传导定时器264的输出是测量的初级传导时间TON258。换句话说，初级传导定时器264将初级传导时间TON 258测量为接收的请求事件指示接通功率开关S1 112的请求和随后的绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下之间的持续时间。
次级传导定时器265接收控制信号CTRL 263和第二驱动信号SR 134。第二驱动信号SR 134是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，逻辑高部段表示控制输出整流器S2 114导通，而逻辑低部段表示控制输出整流器S2 114断开。在次级传导定时器265的启动输入处例示的小圆圈指示启动输入接收反相的控制信号CTRL 263，而在停止输入处例示的小圆圈指示停止输入接收反相的第二驱动信号SR 134。在运行中，次级传导定时器265在控制信号CTRL 263的后沿处开始测量/定时，并且在第二驱动信号SR 134的后沿处停止测量。次级传导定时器265的输出是测量的次级传导时间TSR260。换句话说，次级传导定时器265将次级传导时间TSR 260测量为绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下和第二驱动信号SR 134控制输出整流器断开之间的持续时间。
尽管讨论了定时器282，但是计数器也可以被用于初级传导定时器264或次级传导定时器265。计数器将接收时钟信号并且对相应的初级传导定时器264或次级传导定时器265的启动和停止之间的时钟事件的数目进行计数。此外，初级传导定时器264或次级传导定时器265可以使用运行平均定时器来实施。
输入电压计算器267接收测量的初级传导时间TON 258、测量的次级传导时间TSR260、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154和次级匝数NS155。可选地，输入电压计算器267还可以接收如由虚线所指示的模式信号MODE 153。响应于测量的初级传导时间TON 258、测量的次级传导时间TSR 260、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154和次级匝数NS155，输入电压计算器267利用伏秒平衡并且根据上文的等式(1)计算估计的输入电压VIN_EST 152。
图3A例示了根据本实用新型的教导的被包括在示例输入电压估计电路的示例定时器中的示例定时器控制电路362的块图。应理解，图3A的定时器控制电路362可以是如在图2中所示出的定时器控制电路262的一实施例，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被耦合和起作用。
如在图3A中所描绘的实施例中所示出的，控制信号CTRL 363响应于请求信号REQ130请求功率开关S1 112接通而转变到逻辑高值。对于所示出的实施例，请求信号REQ 130利用请求事件(例如，脉冲)来指示接通功率开关S1 112的请求。当绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时，控制信号CTRL 363转变到逻辑低值。因此，在所描绘的实施例中，控制信号CTRL 363被配置为响应于接通功率开关S1 112的请求信号REQ 130中的请求事件129而转变到第一逻辑电平(例如，逻辑高值)，并且控制信号CTRL 363被配置为响应于绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件129之后下降到输出电压VOUT 118以下而转变到第二逻辑电平(例如，逻辑低值)。
图3B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的开关模式功率转换器中发现的波形的另一个示例时序图301，该示例输入电压估计电路具有示例定时器控制电路362。如在图3B中所示出的，在时间t4处，在请求信号REQ 130中接收到接通功率开关S1 112的请求(例如，脉冲)。功率开关S1 112被接通，并且当功率开关S1 112传导时，绕组信号FWD 138基本上是输入电压VIN 102与输出绕组和输入绕组之间的匝数比的乘积加上输出电压VOUT 118，例如控制信号CTRL 363转变到逻辑高值并且初级传导定时器264开始测量/定时。
功率开关S1 112最终被关断，并且绕组信号FWD 138开始下降，并且第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2 114的接通。在时间t5处，绕组信号FWD 138已经下降到输出电压VOUT 118以下，指示功率开关S1 112不再传导。控制信号CTRL 363转变到逻辑低值并且初级传导定时器264停止测量/定时。时间t4和时间t5之间的持续时间是由初级传导定时器264测量的初级传导时间TON 358。此外，在时间t5处，次级传导定时器265开始测量/定时。在时间t6处，第二驱动信号SR 134转变到逻辑低值，指示输出整流器S2 114不再传导。这样，次级传导定时器265停止测量/定时。时间t5和时间t6之间的持续时间是由次级传导定时器265测量的次级传导时间TSR 360。
图4例示了根据本实用新型的教导的被包括在示例输入电压估计电路中的示例输入电压计算器467的块图。应理解，图4的输入电压计算器467可以是图2的输入电压计算器267的一实施例，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被耦合和起作用。
如在图4中所描绘的实施例中所示出的，输入电压计算器467接收测量的初级传导时间TON 458、测量的次级传导时间TSR 460、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154和次级匝数NS155。如所示出的，输入电压计算器467包括算术运算器469、470和471。响应于测量的初级传导时间TON 458、测量的次级传导时间TSR 460、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154和次级匝数NS155，输入电压计算器467利用伏秒平衡并且根据上文的等式(1)计算估计的输入电压VIN_EST 152。
算术运算器469接收输入绕组匝数NP 154、感测的输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 460。算术运算器469是乘法器，并且算术运算器469的输出是输入绕组匝数NP154、输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 460的乘积。换句话说，算术运算器469提供上文的等式(1)的分子。
算术运算器470接收测量的初级传导时间TON 458和输出绕组匝数NS155。算术运算器470是乘法器，并且算术运算器470的输出是测量的初级传导时间TON 458和输出绕组匝数NS155的乘积。换句话说，算术运算器470提供上文的等式(1)的分母。
算术运算器471被配置为接收算术运算器469和算术运算器470的输出。如所示出的，算术运算器471是除法器，并且使用算术运算器470的输出除算术运算器469的输出。换句话说，算术运算器471的输出是输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 460的乘积除以测量的初级传导时间TON 458和输出绕组匝数NS155的乘积。这样，输入电压计算器467根据上文的等式(1)计算估计的输入电压VIN_EST 152。
应理解，功率转换器可以在CCM或DCM下运行。用于输出整流器S2 114的开关在功率开关S1 112的断开时间的至少一部分期间传导(例如，将能量传递到输出)。在CCM期间，能量传递元件T1 106的输出绕组110中的电流在功率开关S1 112再次接通之前未达到零。这样，在功率开关S1 112接通之前，输出整流器S2 114被主动地关断以停止传导。在DCM期间，输出绕组110中的电流在功率开关S1 112接通之前达到零，并且输出整流器S2 114在功率开关S1 112接通之前停止传导。
在不连续传导模式(DCM)期间，输出整流器S2 114在接通功率开关S1 112之前停止传导。这样，由于次级寄生电感和电容而在输出绕组110上发生振铃(其也可以被称为弛豫振铃)。输出绕组110上的弛豫振铃的每个峰表示功率开关S1 112电压的谷点，反之亦然。峰和谷可以被称为极值。如在本文中所使用的，一个“极值”或多个“极值”包括任何局部最大值点或最小值点，或可以被称为“峰”和“谷”，其中在数学上，斜率(即，振铃/振荡波形的导数)接近零。这样，在输出绕组110的极值期间接通功率开关S1 112可以使功率开关S1112的开关损耗最小化。
此外，应理解，第一控制器128和第二控制器132可以在两种运行模式下运行。第一模式可以是准谐振(QR)模式并且第二模式可以是零电压(ZV)开关模式。第二控制器132可以接收表示第二控制器132的运行模式的模式信号MODE 153。诸如SR控制和请求电路133和输入电压估计电路150的元件可以响应于模式信号MODE 153而运行。
对于QR模式(例如，第一模式)，当功率转换器100在DCM下运行时，可以通过在表示功率开关S1 112电压的谷的输出绕组110弛豫振铃的峰附近接通功率开关S1 112来使开关损耗最小化。参考回图1A，第二控制器132将请求信号REQ 130中的请求事件129发送到第一控制器128，使得当功率转换器100在DCM下运行时，功率开关S1112的接通将在表示功率开关S1 112电压的谷的输出绕组110弛豫振铃的峰附近重合。
对于ZV模式(例如，第二模式)，可以通过在功率开关S1 112接通之前接通功率转换器100中的另一个开关以使与功率开关S1 112相关联的寄生电容放电来使开关损耗最小化。为了便于功率开关S1 112的寄生电容的放电，当另一开关接通时，功率开关S1 112两端的电压应是非零的。这样，在输出绕组110的极值期间接通另一开关可以使功率开关S1 112的开关损耗最小化。对于ZV模式，当功率转换器100在DCM下运行时，可以通过在表示功率开关S1 112电压的峰的输出绕组弛豫振铃的谷附近接通另一开关来使开关损耗最小化。
一种实施ZV开关的技术是使用有源箝位电路104作为另一开关，以便于与功率开关S1 112相关联的寄生电容的放电。类似于无源箝位电路，有源箝位电路104并联耦合于功率转换器100的能量传递元件106的输入绕组108，并且包括开关(诸如晶体管，未示出)以使电流能够流过有源箝位电路104。用于有源箝位电路104的开关可以被称为箝位开关。有源箝位电路104便于与功率开关S1 112相关联的寄生电容的放电，并且在功率开关S1 112接通之前功率开关S1 112两端的电压下降到基本上为零，并且这样可以减少开关损耗。另一种实施ZV开关的技术利用输出整流器S2 114作为另一开关，以便于与功率开关S1112相关联的寄生电容的放电。
参考图1A，第一控制器128、第二控制器132和功率转换器100可以在ZV模式(例如，第二模式)下运行。在ZV模式的一个实施例中，在功率开关S1 112接通之前箝位电路104的箝位开关被接通以使与功率开关S1 112相关联的寄生电容放电。在ZV模式的另一个实施例中，在功率开关S1 112接通之前输出整流器S2 114被接通以使与功率开关S1 112相关联的寄生电容放电。类似于QR模式，在用于ZV模式的DCM期间，第二控制器132监测输出绕组110以确定何时接通箝位电路104中的箝位开关或何时接通输出整流器S2 114。为了使箝位电路104中的箝位开关或输出整流器S2 114便于功率开关S1 112的寄生电容的放电，当箝位开关或输出整流器S2 114接通时，功率开关S1 112两端的电压应是非零的。这样，在输出绕组110的极值期间箝位开关或输出整流器S2 114的接通可以使功率开关S1 112的开关损耗最小化。对于ZV模式，当功率转换器100在DCM下运行时，可以通过在表示功率开关S1 112电压的峰的输出绕组弛豫振铃的谷附近接通箝位开关或输出整流器S2 114来使开关损耗最小化。此外，在关断箝位开关或输出整流器S2 114和接通功率开关S1 112之间存在延迟时间，以允许功率开关S1 112两端的电压下降到零。
在利用有源箝位电路104的箝位开关的ZV模式的运行下，第二控制器132将请求信号REQ 130中的请求事件129发送到第一控制器128，以请求接通功率开关S1 112并且接通箝位电路104的箝位开关。当功率转换器100在DCM下运行时，第二控制器132发送请求信号REQ 130中的请求事件129，使得箝位驱动信号CD 148控制在表示功率开关S1 112电压的峰的输出绕组110弛豫振铃的谷附近接通箝位电路104中的箝位开关。然后，箝位驱动信号CD148控制箝位电路104中的箝位开关的关断。延迟时间发生在箝位电路104中的箝位开关的关断和功率开关S1 112的随后的接通之间。延迟时间允许功率开关S1112两端的电压下降到零。
对于QR模式(例如，第一模式)，输入电压估计电路150与关于图2、图3A/图3B和图4所讨论的内容类似地运行。然而，在ZV模式(例如，第二模式)下，当估计输入电压VIN 102时，应考虑关断箝位电路104中的箝位开关和接通功率开关S1 112之间的延迟时间，或关断输出整流器S2 114和接通功率开关S1 112之间的延迟时间。
如关于图1A和图2所示出的，第二控制器132和输入电压估计电路150可以接收表示第二控制器132的运行模式的模式信号MODE 153。例如，第二控制器132可以在第一模式或第二模式下运行。第一模式可以是准谐振(QR)模式并且第二模式可以是零电压(ZV)开关模式。此外，输入电压估计电路250/150的定时器282接收模式信号MODE 153。在一个实施例中，模式信号MODE 153是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。模式信号MODE 153的逻辑高值可以表示第一运行模式，而模式信号MODE 153的逻辑低值可以表示第二运行模式。
图5A例示了根据本实用新型的教导的被包括在示例输入电压估计电路中的定时器控制电路562的另一个实施例的块图。具体地，图5A例示了如果第二控制器132可以在第一模式或第二模式下运行的定时器控制电路562的一个实施例。应理解，图5A中所描绘的示例定时器控制562是图2中所示出的定时器控制电路262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被耦合和起作用。
如所示出的，定时器控制电路562被配置为接收请求信号REQ 130、模式信号MODE153和比较器261的输出。比较器261在其非反相输入处接收绕组信号FWD 138并且在其反相输入处接收输出电压VOUT 118。定时器控制电路562输出控制信号CTRL 563，其是图2中所示出的控制信号CTRL 263的一个实施例。在一个实施方案中，控制信号CTRL 563是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。控制信号CTRL 563被部分地用来控制初级传导定时器264和次级传导定时器265。具体地，控制信号CTRL 563被用来启动和停止初级传导定时器264。控制信号CTRL 563还被用来启动次级传导定时器265。
定时器控制电路562被例示为包括锁存器568、与门572、锁存器573、锁存器574、与门575以及或门576。锁存器568和与门572被用于第一模式(例如，QR模式)，而锁存器573、574以及与门575被用于第二模式(例如，ZV运行模式)。如所示出的，与门572以及与门575被用来确定锁存器568或锁存器574的输出是否响应于模式信号MODE 153而被传递到或门576。在一个实施例中，模式信号MODE 153是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。模式信号MODE 153的逻辑高值可以表示第一运行模式(例如，QR模式)，而模式信号MODE 153的逻辑低值可以表示第二运行模式(例如，ZV模式)。
锁存器568在其置位输入处接收请求信号REQ 130并且在其复位输入处接收比较器261的输出，然而，小圆圈指示锁存器568在其复位输入处接收比较器261的反相输出。在运行中，锁存器568响应于请求信号REQ 130中的请求事件(例如，脉冲)而被置位，并且当绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时复位。
与门572被耦合以接收锁存器568的输出和模式信号MODE 153。与门572的输出耦合到或门576的输入。
锁存器573被耦合以在其置位输入处接收请求信号REQ 130并且在其复位输入处接收比较器261的输出。在运行中，锁存器573响应于请求信号REQ 130中的请求事件(例如，脉冲)而被置位，并且当绕组信号FWD 138增加到输出电压VOUT 118以上时被复位。
锁存器574被耦合以在其复位输入处接收比较器261的输出，然而小圆圈指示锁存器574在其复位输入处接收比较器261的反相输出。类似地，锁存器574被耦合以在其置位输入处接收锁存器573的输出，然而小圆圈指示锁存器574接收锁存器573的反相输出。在运行中，锁存器574响应于锁存器573的输出中的后沿而置位，并且当绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时复位。换句话说，当锁存器573被复位时——例如当绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件之后增加到输出电压VOUT 118以上时——锁存器574被置位。当绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时，锁存器574被复位。
与门575被耦合以接收锁存器574的输出和模式信号MODE 153。然而，小圆圈指示与门575接收反相的模式信号MODE 153。与门575的输出耦合到或门576的输入。如所示出的，或门576的输出是控制信号CTRL 563。
在运行的一个实施例中，模式信号MODE 153的逻辑高值可以表示第一运行模式(例如，QR模式)，而模式信号MODE 153的逻辑低值可以表示第二运行模式(例如，ZV模式)。
当模式信号MODE 153是指示第一运行模式(例如，QR模式)的逻辑高时，到与门575的输入中的一个是逻辑低。这样，与门575的输出是逻辑低并且锁存器574的输出不被传递到或门576上。换句话说，当模式信号MODE 153是指示第一运行模式(例如，QR模式)的逻辑高时，控制信号CTRL 563不对锁存器574的输出作出响应。
相反，控制信号CTRL 563响应于锁存器568的输出。如果模式信号MODE 153是逻辑高，则到与门572的输入中的一个是逻辑高。这样，与门572的输出响应于锁存器568的输出。锁存器568的输出被传递通过与门572以及或门576。换句话说，当模式信号MODE 153是指示第一模式(例如，QR模式)的逻辑高时，控制信号CTRL 563响应于锁存器568的输出。
在第一模式(例如，QR模式)的运行中，控制信号CTRL 563响应于请求信号REQ 130而转变到逻辑高值。具体地，控制信号CTRL 563响应于指示功率开关S1 112应接通的请求信号REQ 130而转变到逻辑高值。请求信号REQ 130利用请求事件129(例如，脉冲)来指示接通功率开关S1 112的请求。当绕组信号FWD 138下降到输出电压VOUT 118以下时，控制信号CTRL 563转变到逻辑低值。因此，在所描绘的实施例中，当功率转换器在第一模式(例如，模式信号MODE 153是逻辑高)下运行时，定时器控制电路562被配置为响应于请求信号REQ130中的接通功率开关S1 112的请求事件129而生成转变到第一逻辑电平(例如，逻辑高值)的控制信号CTRL 563，并且定时器控制电路562被配置为响应于绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件129之后下降到输出电压VOUT 118以下而生成转变到第二逻辑电平(例如，逻辑低值)的控制信号CTRL 563。
当模式信号MODE 153是指示第二运行模式(例如，ZV模式)的逻辑低时，到与门572的输入中的一个是逻辑低。这样，与门572的输出是逻辑低并且锁存器568的输出不被传递到或门576的输入上。换句话说，当模式信号MODE 153是指示第二运行模式(例如，ZV模式)的逻辑低时，控制信号CTRL 563不对锁存器568的输出作出响应。
相反，控制信号CTRL 563对锁存器574的输出作出响应。如果模式信号MODE 153是逻辑低，则到与门575的输入中的一个是逻辑高。这样，与门575的输出响应于锁存器574的输出。锁存器574的输出被传递通过与门575以及或门576。换句话说，当模式信号MODE 153是指示第二模式(例如，ZV模式)的逻辑低时，控制信号CTRL 563响应于锁存器574的输出。因此，在所描绘的实施例中，当功率转换器在第二模式下运行时(例如，模式信号MODE 153是逻辑低)，定时器控制电路562被配置为响应于绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件129之后增加到输出电压VOUT 118以上而生成转变到第一逻辑电平(例如，逻辑高值)的控制信号CTRL 563，并且定时器控制电路562被配置为响应于绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件129之后下降到输出电压VOUT 118以下而生成转变到第二逻辑电平(例如，逻辑低值)的控制信号CTRL 563。
图5B例示了根据本实用新型的教导的在包括具有示例输入电压估计电路的控制器的开关模式功率转换器中发现的波形的另一个示例时序图501，该示例输入电压估计电路具有示例定时器控制电路562。具体地，图5B例示了当功率转换器100在不连续传导模式(DCM)下运行并且第二控制器132在第二模式(例如ZV模式)下运行时，具有绕组信号FWD138、请求信号REQ 130、箝位驱动信号CD 148、第二驱动信号SR 134以及图5A中所示出的定时器控制电路562的控制信号CTRL 563的示例波形的时序图501。此外，功率转换器100利用箝位开关和有源箝位电路来便于ZV切换。然而，应理解，输出整流器S2 114可以被用来便于ZV切换。
在时间t7处，功率开关S1 112被接通，并且当功率开关S1 112传导时绕组信号FWD138基本上是输入电压VIN 102与输出绕组和输入绕组之间的匝数比的乘积加上输出电压VOUT 118，例如，控制信号CTRL 563转变到逻辑高值并且初级传导定时器264开始测量/定时。功率开关S1 112被关断并且绕组信号FWD 138开始下降，并且第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2 114的接通。在时间t8处，绕组信号FWD 138已经下降到输出电压VOUT 118以下，指示功率开关S1112不再传导。锁存器574被复位并且控制信号CTRL563转变到逻辑低，并且初级传导定时器264停止测量/定时。时间t7和时间t8之间的持续时间是由初级传导定时器264测量的初级传导时间TON 558。此外，在时间t8处，次级传导定时器265开始测量/定时。在时间t9处，第二驱动信号SR 134转变到逻辑低值，指示输出整流器S2 114不再传导。这样，次级传导定时器265停止测量/定时。时间t8和时间t9之间的持续时间是由次级传导定时器265测量的次级传导时间TSR 560。
在时间t10处，在请求信号REQ 130中接收到请求事件并且箝位驱动信号CD 148转变到逻辑高值以接通箝位电路104的箝位开关。如所示出的，箝位驱动信号CD 148在绕组信号FWD 138的弛豫振铃中的谷附近转变到逻辑高。在时间t11处，箝位驱动信号CD 148控制箝位电路104中的箝位开关的关断。时间t10和时间t11之间的持续时间被称为零电压建立时间TZV 578。在一个实施方案中，零电压建立时间TZV 578可以是固定值，该固定值可以被修整/提供给第一控制器128和第二控制器132。零电压建立时间578可以表示对电路系统充电或使电路系统放电以便于ZVS的时间。例如，零电压建立时间578可以表示对能量传递元件T1106充电以便于ZVS的时间。然而，应理解，如果输出整流器S2 114被用于ZVS，则输出整流器S2 114将在时间t10和时间t11之间接通，并且第二驱动信号SR 134将在时间t10和时间t11之间是逻辑高。在此期间输出整流器S2 114的传导也被称为零电压建立时间TZV 578。
在延迟时间之后，功率开关S1 112在时间t12处被接通。如所示出的，延迟时间是时间t11和时间t12之间的持续时间。延迟时间的持续时间可以被选择使得功率开关S1 112两端的电压下降到零。在零电压建立时间TZV 578和延迟时间期间，绕组信号FWD 138的值远在输出电压VOUT 118以下。
在时间t12处，功率开关S1 112被接通并且绕组信号FWD 138增加到输出电压VOUT118以上，并且当功率开关S1 112传导时，绕组信号FWD 138基本上是输入电压VIN 102与输出绕组和输入绕组之间的匝数比的乘积加上输出电压VOUT 118，例如，
参考回图5A，锁存器574直到绕组信号FWD 138在请求信号REQ 130中的请求事件之后已经上升到输出电压VOUT 118以上才被置位。在时间t12处，控制信号CTRL 563转变到逻辑高值并且初级传导定时器264开始测量/定时。
功率开关S1 112最终被关断，并且绕组信号FWD 138开始下降，并且第二驱动信号SR 134控制输出整流器S2 114的接通。在时间t13处，绕组信号FWD 138已经下降到输出电压VOUT 118以下，指示功率开关S1 112不再传导。锁存器574被复位并且控制信号CTRL 563转变到逻辑低值并且初级传导定时器264停止测量/定时。时间t12和时间t13之间的持续时间是由初级传导定时器264测量的初级传导时间TON 558。此外，在时间t13处，次级传导定时器265开始测量/定时。在时间t14处，第二驱动信号SR 134转变到逻辑低值，指示次级开关S2不再传导。这样，次级传导定时器265停止测量/定时。时间t13和时间t14之间的持续时间是由次级传导定时器265测量的次级传导时间TSR 560。
如在图5B中所示出的，当第二控制器132和第一控制器128在第二模式(例如，ZV模式)下运行时，由于输出整流器S2 114的传导和箝位电路104中的箝位开关的传导，绕组信号FWD 138在功率开关S1112的断开时间期间远在输出电压VOUT 118以下两次。这样，对于能量传递元件T1 106的伏秒平衡，应考虑零电压建立的持续时间(例如，TZV)。因此，当第二控制器132和第一控制器128在第二模式(例如，ZV模式)下运行时，根据伏秒平衡，输入电压VIN102的估计(例如，VIN_EST)基本上是初级匝数NP 154、输出电压VOUT 118和次级传导时间TSR 560与零电压建立时间TZV 578之和的乘积除以次级匝数NS 155和初级传导时间TON558的乘积，或在数学上：
然而，应理解，如果第一控制器128和第二控制器132在第一模式(例如，QR模式)下运行时，则估计的输入电压VIN_EST 152基本上等于上文的等式(1)。
图6例示了根据本实用新型的教导的被包括在示例输入电压估计电路中的另一个示例输入电压计算器667的块图。应理解，图6中所描绘的示例输入电压计算器667是图2中所示出的输入电压计算器267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被耦合和起作用。此外，输入电压计算器667可以与关于图5A和图5B所讨论的定时器控制电路562结合使用。
如在图6中所描绘的实施例中所示出的，输入电压计算器667接收测量的初级传导时间TON 258、测量的次级传导时间TSR 260、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154、次级匝数NS155、模式信号MODE 153和零电压建立时间TZV 678。如所示出的，输入电压计算器667包括算术运算器669、670、671、679和680。响应于测量的初级传导时间TON 258、测量的次级传导时间TSR 260、输出电压VOUT 118、初级匝数NP 154、次级匝数NS155、模式信号MODE 153和零电压建立时间TZV 678，输入电压计算器667利用伏秒平衡并且根据上文的等式(1)或等式(2)计算估计的输入电压VIN_EST 152。
如果模式信号MODE 153指示第二控制器132在第一模式(例如，QR模式)下运行，则输入电压计算器667根据等式(1)确定估计的输入电压VIN_EST 152。如果模式信号MODE153指示第二控制器132在第二模式(例如，ZV模式)下运行，则输入电压计算器667根据等式(2)确定估计的输入电压VIN_EST 152。
如在所描绘的实施例中所示出的，算术运算器670接收测量的初级传导时间TON258和输出绕组匝数NS155。算术运算器670是乘法器并且算术运算器670的输出是测量的初级传导时间TON 258和输出绕组匝数NS155的乘积。换句话说，算术运算器670提供等式(1)或等式(2)的分母。
算术运算器679接收零电压建立时间TZV 678和模式信号MODE 153。算术运算器679的输入处的小圆圈指示算术运算器679接收反相的模式信号MODE 153。算术运算器679是乘法器并且将零电压建立时间TZV 678与模式信号MODE 153的值相乘。算术运算器679的输出由算术运算器680接收。
算术运算器680被耦合以接收测量的次级传导时间TSR 260和算术运算器679的输出。如所示出的，算术运算器680是加法器，并且将接收的测量的次级传导时间TSR 260与算术运算器679的输出相加。算术运算器679的输出由算术运算器680接收。
算术运算器669接收输入绕组匝数NP 154、感测的输出电压VOUT 118和算术运算器680的输出。算术运算器669是乘法器并且算术运算器669的输出是输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT 118和算术运算器680的输出的乘积。算术运算器669的输出提供等式(1)或等式(2)的分子。
如上文所提及的，模式信号MODE 153是具有变化长度的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。模式信号MODE 153的逻辑高值可以表示第一运行模式(例如，QR模式)，而模式信号MODE 153的
逻辑低值可以表示第二运行模式(例如，ZV模式)。
对于第一模式(例如，QR模式)，算术运算器679的输出基本上是逻辑低或零。算术运算器679接收反相的模式信号MODE 153，该反相的模式信号MODE 153对于第一模式(例如，QR模式)将是逻辑低。在一个实施例中，逻辑低基本上是零并且零电压建立时间TZV 678被乘以逻辑低或零。这样，算术运算器679的输出基本上是逻辑低或零。算术运算器680的输出基本上是测量的次级传导时间TSR 260。这样，算术运算器669输出输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 260的乘积以提供等式(1)的分子。
对于第二模式(例如，ZV模式)，算术运算器679的输出基本上是零电压建立时间TZV678。具体地，算术运算器679接收反相的模式信号MODE 153，该反相的模式信号MODE 153对于第二模式(例如，ZV模式)将是逻辑高。在一个实施例中，逻辑高基本上是1并且零电压建立时间TZV 678因此由算术运算符679被乘以逻辑高或1。这样，算术运算器679的输出基本上是零电压建立时间TZV 678。算术运算器680的输出基本上是测量的次级传导时间TSR 260和从算术运算器679接收的零电压建立时间TZV 678之和。这样，算术运算器669输出输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 260与零电压建立时间TZV 678之和的乘积以提供等式(2)的分子。
算术运算器671被配置为接收算术运算器669和算术运算器670的输出。如所示出的，算术运算器671是除法器并且使用算术运算器670的输出除算术运算器669的输出。如果模式信号MODE 153指示第一模式(例如，QR模式)，则按照根据上文的等式(1)的估计的输入电压VIN_EST 152，算术运算器671的输出是输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT 118和测量的次级传导时间TSR 260的乘积除以测量的初级传导时间TON 258和输出绕组匝数NS155的乘积。如果模式信号MODE 153指示第二模式(例如，ZV模式)，则按照根据上文的等式(2)的估计的输入电压VIN_EST 152，算术运算器671的输出是输入绕组匝数NP 154、输出电压VOUT118和测量的次级传导时间TSR 260与零电压建立时间TZV 678之和的乘积除以测量的初级传导时间TON 258和输出绕组匝数NS155的乘积。
图7例示了根据本实用新型的教导的耦合到包括示例输入电压计算器的第三控制器784的第二控制器732的一实施例的块图。应理解，图7例示了图1A的输入电压估计电路150的另一个实施例，并且因此，上文所描述的类似地命名和编号的元件在下文中类似地被耦合和起作用。还应理解，在图7中所描绘的实施中，定时器782在第二控制器732内并且输入电压计算器767在第三控制器784内。定时器782是关于图2所讨论的定时器282的一个实施例，并且可以包括关于图3A和图5A所讨论的定时器控制电路。此外，输入电压计算器767可以是关于图2、图4和图6所讨论的输入电压计算器267、467、667的一个实施例。
如在图7中所描绘的实施例中所示出的，定时器782被配置为接收请求信号REQ130、第二驱动信号SR 734、绕组信号FWD 138和输出电压VOUT 118。应理解，图2中所示出的比较器261也可以被包括在定时器782内。定时器782根据先前所讨论的实施方案确定测量的初级传导时间TON 758和次级传导时间TSR 760。定时器782将测量的初级传导时间TON758和次级传导时间TSR 760输出到寄存器751。尽管讨论了定时器782，但是也可以是计数器。计数器将接收时钟信号并且对相应的初级传导定时器或次级传导定时器的启动和停止之间的时钟事件的数目进行计数。此外，初级传导定时器或次级传导定时器可以使用运行平均定时器来实施。
寄存器751存储可以经由程序端子PRGM 142发送到第三控制器784或从第三控制器784接收的信息。如上文所提及的，可以通过程序端子PRGM 142发送或接收程序信号以在第二控制器732和第三控制器784之间传达信息。例如，第二控制器732可以从第三控制器784接收关于输入绕组108的匝数NP 154和输出绕组110的匝数NS155的信息。第二控制器732还可以从寄存器751接收表示第二控制器732在第一模式或第二模式下运行的模式信号MODE 153。第二控制器732还可以向第三控制器784提供信息，诸如测量的初级传导时间TON758和测量的次级传导时间TSR 760。在一个实施方案中，第三控制器784可以是微控制器。此外，第二控制器732和第三控制器784之间的通信可以经由内部集成(I2C)总线并且利用I2C协议来执行。在另一个实施方案中，可以利用通用异步接收器/发射器(UART)协议来执行通信。在另一个实施方案中，第二控制器732和第三控制器784之间的通信可以是光的、电感的或电容的。
第三控制器784被示出为包括输入电压计算器767。如所示出的，测量的初级传导时间TON 758和次级传导时间TSR 760经由程序端PRGM 14从第二控制器732发送到第三控制器784。输入电压计算器767还接收输入绕组108的匝数NP 154和输出绕组110的匝数NS155。输入电压计算器767的输出是估计的输入电压VIN_EST 752。在各实施例中，功率转换器的估计的输入电压VIN_EST 752然后可以被存储和/或利用以使功率转换器的输出功率变化。应理解，关于图2、图4或图6所讨论的输入计算器可以被用于输入电压计算器767。
本实用新型的所例示的实施例的以上描述，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实用新型的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本实用新型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，并且根据本实用新型的教导，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实用新型，但是应理解，可以根据以下实施例替代地限定本实用新型：
实施例1：一种用在功率转换器中的控制器，包括：同步整流器(SR)控制和请求电路，其被耦合以响应于表示所述功率转换器的能量传递元件的输出绕组电压的绕组信号，其中所述SR控制和请求电路被配置为响应于所述绕组信号而生成第二驱动信号，并且响应于表示所述功率转换器的输出的反馈信号而生成请求信号，其中耦合到所述能量传递元件的输入绕组的功率开关被配置为响应于所述请求信号而被接通，并且其中耦合到所述输出绕组的输出整流器被配置为响应于所述第二驱动信号而被控制；以及输入电压估计电路，其耦合到所述SR控制和请求电路以接收所述第二驱动信号和所述请求信号，其中所述输入电压估计电路还被耦合以接收所述绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号，并且其中所述输入电压估计电路被配置为响应于表示所述能量传递元件的初级匝数的信号、表示所述能量传递元件的次级匝数的信号、所述输出电压信号、表示功率开关传导的初级传导时间信号和表示输出整流器传导的次级传导时间信号而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计，并且其中所述输入电压估计电路响应于所述绕组信号、所述第二驱动信号、所述输出电压信号和所述请求信号而确定所述初级传导时间信号和所述次级传导时间信号。
实施例2：根据实施例1所述的控制器，其中所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：定时器控制电路，其被配置为响应于所述请求信号、所述绕组信号和所述输出电压信号而生成控制信号，其中所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而转变到第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到第二逻辑电平；初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成所述初级传导时间信号；以及次级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和所述第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成所述次级传导时间信号。
实施例3：根据实施例1或2所述的控制器，其中所述控制器还包括比较器，所述比较器被耦合以比较所述绕组信号和所述输出电压信号，其中所述定时器控制电路耦合到所述比较器的输出。
实施例4：根据实施例1至3中任一个所述的控制器，其中所述定时器控制电路包括第一锁存器，所述第一锁存器被耦合以响应于所述请求信号而被置位，并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位，并且其中所述控制信号被耦合以响应于所述第一锁存器的输出。
实施例5：根据实施例1至4中任一个所述的控制器，其中所述输入电压估计电路还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器被配置为响应于所述初级传导时间信号、所述次级传导时间信号、所述输出电压信号、所述能量传递元件的初级匝数和所述能量传递元件的次级匝数而生成所述输入电压估计。
实施例6：根据实施例1至5中任一个所述的控制器，其中所述输入电压计算器包括：第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的所述第一输入和所述第一算术运算器的所述第二输入的商而生成所述输入电压估计的输出；第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的次级匝数的信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的所述第一输入和所述第二算术运算器的所述第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的初级匝数的信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被配置为响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而生成所述分子信号的输出。
实施例7：根据实施例1至6中任一个所述的控制器，其中所述控制器还被配置为接收具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的模式信号，并且其中所述第一逻辑电平表示所述控制器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述控制器在第二模式下运行。
实施例8：根据实施例1至7中任一个所述的控制器，其中所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
实施例9：根据实施例1至8中任一个所述的控制器，其中所述定时器控制电路还包括：第二锁存器，其被耦合以响应于所述请求信号而被置位并且响应于所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而被复位；第三锁存器，其被耦合以响应于所述第二锁存器的反相输出而被置位并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位；第一与门，其具有被耦合以接收所述模式信号的第一输入和耦合到所述第一锁存器的输出的第二输入；第二与门，其具有耦合到所述第三锁存器的输出的第一输入和被耦合以接收反相的模式信号的第二输入；以及或门，其具有耦合到所述第一与门的输出的第一输入和耦合到所述第二与门的输出的第二输入，其中所述控制信号被耦合以响应于所述或门的输出。
实施例10：根据实施例1至9中任一个所述的控制器，其中所述输入电压计算器还包括：第四算术运算器，其具有被耦合以接收所述反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积；以及第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
实施例11：根据实施例1至10中任一个所述的控制器，其中所述零电压建立时间表示所述能量传递元件被通电的持续时间。
实施例12：根据实施例1至11中任一个所述的控制器，其中当所述定时器控制电路在所述第一模式下运行时，所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到所述第二逻辑电平。
实施例13：根据实施例1至12中任一项所述的控制器，其中当所述定时器控制电路在所述第二模式下运行时，所述控制信号被耦合以响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到所述第二逻辑电平。
实施例14：一种用在功率转换器中的输入电压估计电路，其中所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：定时器控制电路，其被配置为响应于表示接通耦合到所述功率转换器的能量传递元件的输入绕组的功率开关的请求的请求信号、表示所述功率转换器的所述能量传递元件的输出绕组的绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号而生成控制信号，其中所述控制信号被耦合以响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而转变到第一逻辑电平，并且其中所述控制信号被耦合以响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而转变到第二逻辑电平；初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成初级传导时间信号；以及次级传导定时器，所述次级传导定时器被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和响应于所述绕组信号的第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成次级传导时间信号。
实施例15：根据实施例14所述的输入电压估计电路，还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器包括：第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的第一输入和所述第一算术运算器的第二输入的商而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计的输出；第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输出绕组的匝数的次级匝数信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的第一输入和所述第二算术运算器的第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输入绕组的匝数的初级匝数信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被耦合以响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而生成所述分子信号的输出。
实施例16：根据实施例14或15所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压估计电路还被配置为接收具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的模式信号，其中所述第一逻辑电平表示所述功率转换器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述功率转换器在第二模式下运行。
实施例17：根据实施例14至16中任一个所述的输入电压估计电路，其中所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
实施例18：根据实施例14至17中任一个所述的输入电压估计电路，其中当所述功率转换器在所述第一模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而生成转变到所述第一逻辑电平的控制信号，并且其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而生成转变到所述第二逻辑电平的控制信号。
实施例19：根据实施例14至18中任一个所述的输入电压估计电路，其中当所述功率转换器在所述第二模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而生成转变到所述第一逻辑电平的控制信号，其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而生成转变到所述第二逻辑电平的控制信号。
实施例20：根据实施例14至19中任一个所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压计算器还包括：第四算术运算器，其具有被耦合以接收反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积，并且其中所述零电压建立时间信号表示所述能量传递元件被通电的持续时间；以及第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，并且其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
实施例21：根据实施例14至20中任一个所述的输入电压估计电路，其中所述定时器被包括在所述功率转换器中所包括的多个控制器中的第二控制器中。
实施例22：根据实施例14至21中任一个所述的输入电压估计电路，其中所述输入电压计算器被包括在所述功率转换器中所包括的所述多个控制器中的第三控制器中，并且其中所述第三控制器通过内部集成总线耦合到所述第二控制器。

Claims (21)

1.一种用在功率转换器中的控制器，其特征在于，包括：
同步整流器控制和请求电路，其被耦合以响应于表示所述功率转换器的能量传递元件的输出绕组电压的绕组信号，
其中所述同步整流器控制和请求电路被配置为响应于所述绕组信号而生成第二驱动信号，并且响应于表示所述功率转换器的输出的反馈信号而生成请求信号，
其中所述请求信号表示接通耦合到所述能量传递元件的输入绕组的功率开关的请求，并且其中所述第二驱动信号被配置为控制耦合到所述输出绕组的输出整流器的接通和关断；以及
输入电压估计电路，其耦合到所述同步整流器控制和请求电路以接收所述第二驱动信号和所述请求信号，
其中所述输入电压估计电路还被耦合以接收所述绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号，并且
其中所述输入电压估计电路被配置为响应于表示所述能量传递元件的初级匝数的信号、表示所述能量传递元件的次级匝数的信号、所述输出电压信号、表示功率开关传导的初级传导时间信号和表示输出整流器传导的次级传导时间信号而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计，并且
其中所述输入电压估计电路被配置为响应于所述绕组信号、所述第二驱动信号、所述输出电压信号和所述请求信号而确定所述初级传导时间信号和所述次级传导时间信号。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：
定时器控制电路，其被配置为响应于所述请求信号、所述绕组信号和所述输出电压信号而生成控制信号，
其中所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而使所述控制信号转变到第一逻辑电平，并且
其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到第二逻辑电平；
初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成所述初级传导时间信号；以及
次级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和所述第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成所述次级传导时间信号，
其中所述控制器还包括比较器，所述比较器被耦合以比较所述绕组信号和所述输出电压信号，其中所述定时器控制电路耦合到所述比较器的输出。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述定时器控制电路包括第一锁存器，所述第一锁存器被耦合以响应于所述请求信号而被置位，并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位，并且其中所述定时器控制电路被配置为生成响应于所述第一锁存器的输出的所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述输入电压估计电路还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器被配置为响应于所述初级传导时间信号、所述次级传导时间信号、所述输出电压信号、所述能量传递元件的初级匝数和所述能量传递元件的次级匝数而生成所述输入电压估计。
5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述输入电压计算器包括：
第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的所述第一输入和所述第一算术运算器的所述第二输入的商而生成所述输入电压估计的输出；
第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的次级匝数的信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的所述第一输入和所述第二算术运算器的所述第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及
第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的初级匝数的信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被配置为响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而生成所述分子信号的输出。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
程序端子，其能够耦合以接收模式信号；以及
寄存器，其被耦合以在所述控制器中存储具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的所接收的模式信号中的信息，其中所述第一逻辑电平表示所述控制器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述控制器在第二模式下运行。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述定时器控制电路还包括：
第二锁存器，其被耦合以响应于所述请求信号而被置位并且响应于所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而被复位；
第三锁存器，其被耦合以响应于所述第二锁存器的反相输出而被置位并且响应于所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而被复位；
第一与门，其具有被耦合以接收所述模式信号的第一输入和耦合到所述第一锁存器的输出的第二输入；
第二与门，其具有耦合到所述第三锁存器的输出的第一输入和被耦合以接收反相的模式信号的第二输入；以及
或门，其具有耦合到所述第一与门的输出的第一输入和耦合到所述第二与门的输出的第二输入，其中所述定时器控制电路被配置为生成响应于所述或门的输出的所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述输入电压计算器还包括：
第四算术运算器，其具有被耦合以接收所述反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，
其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积；以及
第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，
其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述零电压建立时间信号表示所述能量传递元件被通电的持续时间。
11.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，当所述定时器控制电路在所述第一模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而使所述控制信号转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到所述第二逻辑电平。
12.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，当所述定时器控制电路在所述第二模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而使所述控制信号转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到所述第二逻辑电平。
13.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述输入电压估计电路包括定时器，所述定时器包括：
定时器控制电路，其被配置为响应于所述请求信号、表示所述功率转换器的所述能量传递元件的输出绕组的绕组信号和表示所述功率转换器的输出电压的输出电压信号而生成控制信号，
其中所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的请求事件而使所述控制信号转变到第一逻辑电平，并且
其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到第二逻辑电平；
初级传导定时器，其被配置为响应于所述控制信号中的所述第一逻辑电平和所述第二逻辑电平而生成初级传导时间信号；以及
次级传导定时器，所述次级传导定时器被配置为响应于所述控制信号中的所述第二逻辑电平和响应于所述绕组信号的第二驱动信号中的第二逻辑电平而生成次级传导时间信号。
14.根据权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述输入电压估计电路还包括输入电压计算器，所述输入电压计算器包括：
第一算术运算器，其具有被耦合以接收分子信号的第一输入、被耦合以接收分母信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第一算术运算器的第一输入和所述第一算术运算器的第二输入的商而生成所述功率转换器的输入电压的输入电压估计的输出；
第二算术运算器，其具有被耦合以接收所述初级传导时间信号的第一输入、被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输出绕组的匝数的次级匝数信号的第二输入、以及被配置为响应于所述第二算术运算器的第一输入和所述第二算术运算器的第二输入的乘积而生成所述分母信号的输出；以及
第三算术运算器，其具有被耦合以接收表示所述能量传递元件的所述输入绕组的匝数的初级匝数信号的第一输入、被耦合以接收所述输出电压信号的第二输入、被耦合以响应于所述次级传导时间信号的第三输入、以及被配置为响应于所述第三算术运算器的第一输入、所述第三算术运算器的第二输入和所述第三算术运算器的第三输入的乘积而输出所述分子信号的输出。
15.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述输入电压估计电路还被配置为接收具有第一逻辑电平或第二逻辑电平的模式信号，其中所述第一逻辑电平表示所述功率转换器在第一模式下运行并且所述第二逻辑电平表示所述功率转换器在第二模式下运行。
16.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述第一模式是准谐振模式并且所述第二模式是零电压开关模式。
17.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，当所述功率转换器在所述第一模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于接通所述功率开关的所述请求信号中的所述请求事件而使所述控制信号转变到所述第一逻辑电平，并且其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到所述第二逻辑电平。
18.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，当所述功率转换器在所述第二模式下运行时，所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号增加到所述输出电压信号以上而使所述控制信号转变到所述第一逻辑电平，其中所述定时器控制电路被配置为响应于在所述请求信号中的所述请求事件之后所述绕组信号下降到所述输出电压信号以下而使所述控制信号转变到所述第二逻辑电平。
19.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述输入电压计算器还包括：
第四算术运算器，其具有被耦合以接收反相的模式信号的第一输入和被耦合以接收零电压建立时间信号的第二输入，
其中所述第四算术运算器的输出是所述第四算术运算器的第一输入和所述第四算术运算器的第二输入的乘积，并且
其中所述零电压建立时间信号表示所述能量传递元件被通电的持续时间；以及
第五算术运算器，其具有被耦合以接收所述次级传导时间信号的第一输入和耦合到所述第四算术运算器的输出的第二输入，
其中所述第五算术运算器的输出是所述第五算术运算器的第一输入和所述第五算术运算器的第二输入的总和，并且
其中所述第五算术运算器的输出耦合到所述第三算术运算器的第三输入。
20.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述定时器被包括在所述功率转换器中所包括的多个控制器中的第二控制器中。
21.根据权利要求20所述的控制器，其特征在于，所述输入电压计算器被包括在所述功率转换器中所包括的所述多个控制器中的第三控制器中，并且其中所述第三控制器通过内部集成总线耦合到所述第二控制器。
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