專利名稱：功率轉(zhuǎn)換器及功率轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換器及功率轉(zhuǎn)換方法，尤其涉及用于開(kāi)關(guān)電源的占空比控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
由于各種應(yīng)用具有不同的供電需求，因此在電子技術(shù)領(lǐng)域廣泛地使用功率轉(zhuǎn)換器來(lái)提供所需電壓/電流，例如開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制功率轉(zhuǎn)換電路輸入側(cè)的開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷(以及占空比)來(lái)在功率轉(zhuǎn)換電路輸出側(cè)維持穩(wěn)定的電壓或電流輸出。此類功率轉(zhuǎn)換電路例如可以使用變壓器實(shí)現(xiàn)，其將原邊接收的輸入電壓轉(zhuǎn)換成副邊的輸出電壓和電流。在一方面，希望提高此類功率轉(zhuǎn)換器的效率，例如輸出功率與輸入功率之比。另一方面，希望此類功率轉(zhuǎn)換器有較高的功率密 度，例如功率轉(zhuǎn)換器的輸出功率與其體積之比。再一方面，希望功率轉(zhuǎn)換器具有良好的線路調(diào)節(jié)率和/或負(fù)載調(diào)節(jié)率。線路調(diào)節(jié)率(LineRegulation)又稱為輸入電壓調(diào)整率，是指輸入電壓在全輸入范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電壓偏離輸出額定電壓的百分比。負(fù)載調(diào)節(jié)率(Load Regulation)是指當(dāng)輸入電壓不變,負(fù)載從零變化到額定值時(shí)輸出電壓的變化。在現(xiàn)有技術(shù)中，某些功率轉(zhuǎn)換器具有固定輸出電壓，其可具有相對(duì)良好的線路調(diào)節(jié)率和負(fù)載調(diào)節(jié)率，但由于開(kāi)關(guān)電路的占空比可能需要根據(jù)輸入電壓的變化而在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)以維持固定輸出電壓，因此電路設(shè)計(jì)復(fù)雜并且因此可能無(wú)法滿足高效率和高功率密度的需求。某些功率轉(zhuǎn)換器對(duì)開(kāi)關(guān)電路使用固定占空比，例如接近50%的占空比。此類開(kāi)關(guān)電源在副邊可采用自驅(qū)動(dòng)同步整流器，從而其輸出電感可以設(shè)計(jì)得非常小，能夠達(dá)成較高效率和較高功率密度。然而，在使用固定占空比的情況下，輸出電壓隨輸入電壓的變化而變化，可能導(dǎo)致較差的線路調(diào)節(jié)率和/或負(fù)載調(diào)節(jié)率。本發(fā)明提出了針對(duì)以上某個(gè)問(wèn)題或某些問(wèn)題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供的功率轉(zhuǎn)換器可以在較窄變化范圍內(nèi)調(diào)節(jié)占空比，以提供良好的負(fù)載調(diào)節(jié)率、較高的效率、和/或高功率密度。在一個(gè)實(shí)施例中，一種功率轉(zhuǎn)換器可包括:開(kāi)關(guān)電路；功率轉(zhuǎn)換電路，用于經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓；輸入電壓感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)；以及PWM控制器，用于至少部分地基于由輸入電壓感測(cè)電路所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，該P(yáng)WM控制器在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率。在另一個(gè)實(shí)施例中，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:輸出感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)，其中該P(yáng)WM控制器至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比。進(jìn)一步，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:參考電壓模塊，用于根據(jù)由輸入電壓感測(cè)電路所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而參考電壓與輸入電壓成比例；以及第一運(yùn)算放大器，用于根據(jù)輸出電壓感測(cè)信號(hào)與參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)以提供給該P(yáng)WM控制器作為反饋信號(hào)，其中該P(yáng)WM控制器根據(jù)該反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例的電平上。在一個(gè)實(shí)施例中，該輸出感測(cè)電路進(jìn)一步檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:第二運(yùn)算放大器，用于根據(jù)輸出電流感測(cè)信號(hào)與第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)以提供給該P(yáng)WM控制器作為該反饋信號(hào)。該功率轉(zhuǎn)換器可以是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，并且可包括隔離器以在功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)。本發(fā)明還提供了一種用于功率轉(zhuǎn)換器的控制方法，可包括:經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓；檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)；以及至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還可包括:當(dāng)輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還可包括:檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)；以及至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比。該方法還可包括:根據(jù)輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而參考電壓與輸入電壓成比例；根據(jù)輸出電壓感測(cè)信號(hào)與參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)作為反饋信號(hào)；以及根據(jù)反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例的電平上。此外，該方法還可包括:檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)；以及根據(jù)輸出電流感測(cè)信號(hào)與第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)作為該反饋信號(hào)。該功率轉(zhuǎn)換器可以是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，并且該方法還可包括:在該功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)。本發(fā)明還提供了一種功率轉(zhuǎn)換器，可包括:用于經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓的裝置；用于檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)的裝置；以及用于至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:用于當(dāng)輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率的裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:用于檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)的裝置；以及用于至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比的裝置。此外，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:用于根據(jù)輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而參考電壓與輸入電壓成比例的裝置；用于根據(jù)輸出電壓感測(cè)信號(hào)與參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)作為反饋信號(hào)的裝置；以及用于根據(jù)該反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例的電平上的裝置。此外，該功率轉(zhuǎn)換器還可包括:用于檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)的裝置；以及用于根據(jù)輸出電流感測(cè)信號(hào)與第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)作為該反饋信號(hào)的裝置。
該功率轉(zhuǎn)換器可以是隔離型功率轉(zhuǎn)換器并且還可包括用于在功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸入電壓變化時(shí),輸出電壓隨輸入電壓的變化而相應(yīng)地變化；當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，該P(yáng)WM控制器在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓保持不變。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖；圖2不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖1的一種不例性功率轉(zhuǎn)換器的不意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖；圖4不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3的一種不例性功率轉(zhuǎn)換器的不意圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3的另一種示例性功率轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖5的示例性功率轉(zhuǎn)換器的信號(hào)模型圖；以及圖7A和7B示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意性波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，以下描述和附圖僅是示例性的，而不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。附圖中具有相同或相似附圖標(biāo)記的部件可類似地操作。附圖所示的具體結(jié)構(gòu)僅是可能示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明的范圍內(nèi)按需進(jìn)行修改而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器100的簡(jiǎn)化框圖。功率轉(zhuǎn)換器100例如可以是DC/DC轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器100可包括開(kāi)關(guān)電路110、功率轉(zhuǎn)換電路120、Vin(輸入電壓)感測(cè)電路130以及PWM (脈沖寬度調(diào)整)控制器140。功率轉(zhuǎn)換電路120經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路110接收輸入電壓Vin并將其轉(zhuǎn)換成所需的輸出電壓Vout(和/或輸出電流lout)，其中PWM控制器140產(chǎn)生PWM信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路110的導(dǎo)通和關(guān)斷，開(kāi)關(guān)電路110的導(dǎo)通時(shí)間比例(即，占空比)將影響輸出電壓Vout (和/或輸出電流lout)的大小。如在背景技術(shù)中提到的，在占空比不變的情況下，輸出電壓Vout將隨著輸入電壓Vin的變化而線性地變化，如果輸入電壓Vin變化范圍較大，則可能導(dǎo)致輸出電壓Vout不穩(wěn)定；另一方面，在通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)維持固定輸出電壓Vout的情況下，由于占空比可能需要根據(jù)輸入電壓Vin的變化而在大范圍內(nèi)變化，因此可能導(dǎo)致較低的功率轉(zhuǎn)換效率和功率密度。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，Vin感測(cè)電路130檢測(cè)輸入電壓Vin并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi。例如，輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi可以是輸入電壓Vin的分壓信號(hào)或以其他方式提供關(guān)于輸入電壓Vin的信息。PWM控制器140可至少部分地基于Vin感測(cè)電路130所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi來(lái)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路110的占空比，以緩解由于輸入電壓Vin變化導(dǎo)致的輸出電壓Vout不穩(wěn)定。例如，當(dāng)Vin感測(cè)電路130檢測(cè)到輸入電壓Vin增大時(shí)，PWM控制器140減小開(kāi)關(guān)電路110的占空比，使得輸出電壓Vout隨輸入電壓Vin增大而較慢地增大。類似地，當(dāng)Vin感測(cè)電路130檢測(cè)到輸入電壓Vin減小時(shí)，PWM控制器140增大開(kāi)關(guān)電路110的占空比，使得輸出電壓Vout隨輸入電壓Vin減小而較慢地減小。由此可見(jiàn)，通過(guò)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整占空比，使輸出電壓Vout的變化率低于輸入電壓Vin的變化率，提高了輸出電壓Vout的穩(wěn)定性。圖2不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖1的一種不例性功率轉(zhuǎn)換器200的不意圖。該功率轉(zhuǎn)換器200可具有5個(gè)輸入/輸出端口(I) (5)。如圖所示，輸入電壓Vin經(jīng)濾波電路(例如，可包括電感器LI和電容器C1、C2)濾波之后輸入開(kāi)關(guān)電路110。開(kāi)關(guān)電路110進(jìn)一步耦合至功率轉(zhuǎn)換電路120 (例如，表示為變壓器Tl)的原邊Tl-a。在圖2中，開(kāi)關(guān)電路110由開(kāi)關(guān)管Ql表示，但在實(shí)踐中可包括由一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路。PWM控制器140可由輔助電源模塊供電，并根據(jù)Vin感測(cè)電路130的輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路110的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得輸入電壓Vin能選擇性地輸入至變壓器Tl的原邊繞組Tl-a，并在變壓器Tl的副邊繞組Tl-b上產(chǎn)生輸出。該輸出通過(guò)副邊開(kāi)關(guān)電路(例如，表示為開(kāi)關(guān)管Qm，其可包括一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)管)和輸出濾波器(例如，可包括電感器L2和電容器C3、C4)，從而在輸出端產(chǎn)生輸出電壓Vout和輸出電流lout。PWM控制器140還可以接收其它輸入(例如，遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)控制)，以控制開(kāi)關(guān)電路110的導(dǎo)通和關(guān)斷。副邊開(kāi)關(guān)電路Qm可由PWM控制器140控制，也可由其他控制信號(hào)(例如變壓器Tl的輔助繞組上的電壓，未示出)進(jìn)行控制。各個(gè)開(kāi)關(guān)管可以使用本領(lǐng)域已知的各種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等。在如圖2所示的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，PWM控制器140可至少部分地基于Vin感測(cè)電路130所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi來(lái)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路110的占空比，使得輸出電壓Vout的變化率小于輸入電壓Vin的變化率，從而改善線路調(diào)節(jié)率和功率轉(zhuǎn)換效率。圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器300的簡(jiǎn)化框圖。圖3所示功率轉(zhuǎn)換器300類似于圖1所示功率轉(zhuǎn)換器100，包括開(kāi)關(guān)電路310、功率轉(zhuǎn)換電路320、Vin感測(cè)電路330以及PWM控制器340。功率轉(zhuǎn)換器300還包括輸出感測(cè)電路350，用于檢測(cè)輸出電壓Vout (和/或輸出電流lout)并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo (和/或輸出電流感測(cè)信號(hào)Ιο)。例如，輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo可以是輸出電壓Vout的分壓信號(hào)或以其他方式提供關(guān)于輸出電壓Vout的信息。輸出電流感測(cè)信號(hào)1可等于輸出電流1ut或以其他方式提供關(guān)于輸出電流1ut的信息。PWM控制器340可至少部分地基于由Vin感測(cè)電路330提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi以及由輸出感測(cè)電路350所提供的輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo和/或輸出電流感測(cè)信號(hào)1來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路310的占空比。出于簡(jiǎn)潔化，圖3所示功率轉(zhuǎn)換器300與圖1所示功率轉(zhuǎn)換器100類似的結(jié)構(gòu)和操作不再贅述。在圖3所示的功率轉(zhuǎn)換器300中，輸出感測(cè)電路350提供了閉環(huán)反饋控制，使得PWM控制器340可至少部分地基于輸入電壓Vin和輸出電壓Vout (和/或輸出電流lout)來(lái)自適應(yīng)地調(diào)整開(kāi)關(guān)電路310的占空比。圖4不出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3的一種不例性功率轉(zhuǎn)換器400的示意圖。圖4所示功率轉(zhuǎn)換器400與圖2類似的結(jié)構(gòu)和操作不再贅述。如圖所示，輸入電壓Vin經(jīng)濾波電路濾波之后，在開(kāi)關(guān)電路310的控制下輸入至變壓器Tl的原邊繞組Tl-a，從而在其副邊繞組Tl-b上產(chǎn)生輸出，并經(jīng)由副邊開(kāi)關(guān)電路和輸出濾波器來(lái)提供輸出電壓Vout和輸出電流lout。功率轉(zhuǎn)換器400可包括驅(qū)動(dòng)器452，用于根據(jù)PWM控制器340產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)原邊開(kāi)關(guān)電路310的導(dǎo)通和關(guān)斷；以及驅(qū)動(dòng)器454，用于根據(jù)PWM控制器340產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)副邊開(kāi)關(guān)管Qm等的導(dǎo)通和關(guān)斷。副邊開(kāi)關(guān)管Qm也可由其他控制信號(hào)(例如變壓器Tl的輔助繞組上的電壓，未示出)進(jìn)行控制，從而無(wú)需驅(qū)動(dòng)器454。在一個(gè)實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器400可以是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，其中PWM控制器340可位于該功率轉(zhuǎn)換器400的輸入側(cè)(原邊)或輸出側(cè)(副邊)，并且一側(cè)的信號(hào)可隔離地(例如，經(jīng)由變壓器、光電耦合等)傳輸至另一側(cè)。圖4示意性地示出PWM控制器340位于功率轉(zhuǎn)換器400的原邊。應(yīng)當(dāng)理解，PWM控制器340可位于功率轉(zhuǎn)換器400的副邊并且類似地工作。為了良好地隔離變壓器Tl的原邊和副邊，功率轉(zhuǎn)換器400可包括隔離器456，用于將PWM控制器340在原邊產(chǎn)生的控制信號(hào)隔離地傳輸至功率轉(zhuǎn)換器400的副邊。隔離器456可通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何隔離電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如變壓器、光電耦合器等。如上所述，功率轉(zhuǎn)換器400還可包括輸出感測(cè)電路350 (未示出，參見(jiàn)圖3)，用于檢測(cè)輸出電壓Vout并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo。功率轉(zhuǎn)換器400還可包括運(yùn)算放大器458，用于根據(jù)輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo與參考電壓Vref之差產(chǎn)生比較信號(hào)以提供給PWM控制器340作為反饋信號(hào)，從而控制開(kāi)關(guān)電路310的占空比，使得輸出電壓Vout保持在與Vref成比例的電平上。例如，當(dāng)輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo高于參考電壓Vref時(shí)，該反饋信號(hào)使PWM控制器340減小占空比，從而使輸出電壓Vout下降；當(dāng)輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo低于參考電壓Vref時(shí)，該反饋信號(hào)使PWM控制器340增大占空比，從而使輸出電壓Vout上升。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參考電壓模塊457可根據(jù)由Vin感測(cè)電路330提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi來(lái)產(chǎn)生參考電壓Vref。例如，參考電壓Vref可以與輸入電壓感測(cè)信號(hào)Vi成比例，并因此與輸入電壓Vin成比例。在如圖4所示的隔離系統(tǒng)中，Vin感測(cè)電路330可經(jīng)由隔離傳輸機(jī)制(諸如變壓器、光電耦合器等)向副邊提供參考電壓Vref。在各種實(shí)現(xiàn)中也可以通過(guò)任何其他方式根據(jù)輸入電壓Vin來(lái)提供參考電壓Vref。以此方式，參考電壓Vref隨輸入電壓Vin變化而變化。當(dāng)輸入電壓Vin變化時(shí)，由于參考電壓Vref同步變化，輸出電壓Vout也基于參考電壓Vref而相應(yīng)地變化，運(yùn)算放大器458提供的反饋信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致PWM控制器340調(diào)整占空比，即維持了占空比不變。例如，對(duì)于使用匝數(shù)比4:1的硬切換全橋變壓器，在占空比為45%的情況下，若Vin=36V，Vref=IV,則 Vout=36/4*2*45%=8.1V ；若Vin=48V, Vref=L 333V,則 Vout=8.1*1.333=10.8V ；若Vin=60V, Vref=L 667V,則 Vout=8.1*1.667=13.5V。在另一方面，如果輸入電壓Vin不變,輸出電壓Vout因其它因素而發(fā)生變化時(shí)，由于參考電壓Vref沒(méi)有變化，運(yùn)算放大器458提供的反饋信號(hào)將導(dǎo)致PWM控制器340調(diào)整占空比，使得輸出電壓Vout保持在與Vref成比例的電平上。例如，負(fù)載增加可能導(dǎo)致輸出電壓Vout下降，運(yùn)算放大器458提供的反饋信號(hào)可使PWM控制器340增大占空比以維持輸出電壓Vout不變。作為非限定性示例，若Vin=48V，從無(wú)負(fù)載變?yōu)闈M負(fù)載時(shí)潛在可能弓I起Vout下降，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比(例如，增大占空比)可以保持Vout=I0.8V。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3的另一種示例性功率轉(zhuǎn)換器500的示意圖，其中PWM控制器340根據(jù)輸入電壓Vin、輸出電壓Vout和輸出電流1ut來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電路310的占空比。圖5所示功率轉(zhuǎn)換器500與圖4類似的結(jié)構(gòu)和操作不再贅述。圖5示意性地示出PWM控制器340位于功率轉(zhuǎn)換器500的副邊。應(yīng)當(dāng)理解，PWM控制器340可位于功率轉(zhuǎn)換器500的原邊并且類似地工作。如圖所示，第一運(yùn)算放大器458根據(jù)輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo與參考電壓Vref之差提供第一比較信號(hào)；第二運(yùn)算放大器560根據(jù)輸出電流感測(cè)信號(hào)1與第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)以提供給PWM控制器340作為反饋信號(hào)，從而控制開(kāi)關(guān)電路310的占空比。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，此類功率轉(zhuǎn)換器500可具有過(guò)流保護(hù)(OCP)機(jī)制，使得PWM控制器340在輸出電流過(guò)大時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)電路310。如參照?qǐng)D4描述的，參考電壓Vref可隨輸入電壓Vin變化而變化，因此當(dāng)輸出電壓Vout因輸入電壓Vin的變化而變化時(shí)，在功率轉(zhuǎn)換器500具有過(guò)流保護(hù)(OCP)機(jī)制的情況下，PWM穩(wěn)定地調(diào)整占空比。如果輸入電壓Vin不變，輸出電流1ut由于負(fù)載等因素而變化時(shí)，運(yùn)算放大器560提供的反饋信號(hào)將導(dǎo)致PWM控制器340調(diào)整占空比，使得輸出電壓Vout保持在與Vref成比例的電平上。例如，在負(fù)載增大時(shí)，輸出電流1ut減小,運(yùn)算放大器560提供的反饋信號(hào)使PWM控制器340增大占空比，從而保持輸出電壓Vout不變。類似地，可在較窄范圍內(nèi)調(diào)整開(kāi)關(guān)電路310的占空比，從而在保持良好的負(fù)載調(diào)節(jié)率的同時(shí)具有較聞的效率。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的如圖5的示例性功率轉(zhuǎn)換器500的信號(hào)模型圖。如上所述，根據(jù)輸入電壓Vin來(lái)控制參考電壓Vref，例如Vref=Kl Vin，其中Kl是可由本領(lǐng)域技術(shù)人員按需設(shè)置的比例因子。第一運(yùn)算放大器458計(jì)算檢測(cè)到的輸出電壓感測(cè)信號(hào)Vo (例如，等于K2 Wout,其中K2例如是可按需設(shè)置的比例因子)與參考電壓Vref之差并對(duì)其進(jìn)行放大(例如，通過(guò)比例積分微分(PID)來(lái)乘以系數(shù)Gv)以產(chǎn)生第一比較信號(hào)。第二運(yùn)算放大器560計(jì)算檢測(cè)到的輸出電流感測(cè)信號(hào)1 (例如，等于K3.lout，其中K3例如是可按需設(shè)置的比例因子)與第一比較信號(hào)之差并對(duì)其進(jìn)行放大(例如，通過(guò)PID來(lái)乘以系數(shù)Gi)以產(chǎn)生第二比較信號(hào)作為反饋信號(hào)。PWM控制器340處理該反饋信號(hào)(例如，乘以比例因子Gm)來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路310的占空比。參數(shù)G2是功率回路(例如，功率轉(zhuǎn)換電路320)的等效跨導(dǎo)值，以及Gl是 副邊輸出電路的等效跨導(dǎo)值。因此，功率轉(zhuǎn)換器500的跨導(dǎo)可等效于:
[004權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括: 開(kāi)關(guān)電路； 功率轉(zhuǎn)換電路，用于經(jīng)由所述開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓； 輸入電壓感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)；以及PWM控制器，用于至少部分地基于由所述輸入電壓感測(cè)電路所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比。
2.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，所述PWM控制器在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率。
3.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 輸出感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)， 其中所述PWM控制器至少部分地基于所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比。
4.如權(quán)利要求3所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 參考電壓模塊，用于根據(jù)由所述輸入電壓感測(cè)電路所提供的輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而所述參考電壓與輸入電壓成比例；以及 第一運(yùn)算放大器，用于根據(jù)所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)與所述參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)以提供給所述PW M控制器作為反饋信號(hào)， 其中所述PWM控制器根據(jù)所述反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持在與所述參考電壓成比例的電平上。
5.如權(quán)利要求4所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述輸出感測(cè)電路進(jìn)一步檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)，所述功率轉(zhuǎn)換器還包括: 第二運(yùn)算放大器，用于根據(jù)所述輸出電流感測(cè)信號(hào)與所述第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)以提供給所述PWM控制器作為所述反饋信號(hào)。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，所述輸出電壓隨輸入電壓的變化而相應(yīng)地變化； 當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，所述PWM控制器在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持不變。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換器是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，并且包括隔離器以在所述功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)。
8.一種用于功率轉(zhuǎn)換器的控制方法，包括: 經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓； 檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)；以及 至少部分地基于所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括: 當(dāng)所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括: 檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)；以及至少部分地基于所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括: 根據(jù)所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而所述參考電壓與輸入電壓成比例； 根據(jù)所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)與所述參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)作為反饋信號(hào)；以及 根據(jù)所述反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持在與所述參考電壓成比例的電平上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括: 檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)；以及 根據(jù)所述輸出電流感測(cè)信號(hào)與所述第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)作為所述反饋信號(hào)。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，所述輸出電壓隨輸入電壓的變化而相應(yīng)地變化； 當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持不變。
14.如權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換器是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，所述方 法還包括: 在所述功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)。
15.—種功率轉(zhuǎn)換器,包括: 用于經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓的裝置； 用于檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)的裝置；以及 用于至少部分地基于所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 用于當(dāng)所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)指示輸入電壓變化時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得輸出電壓的變化率小于輸入電壓的變化率的裝置。
17.如權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 用于檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)的裝置；以及 用于至少部分地基于所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 用于根據(jù)所述輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生參考電壓，從而所述參考電壓與輸入電壓成比例的裝置； 用于根據(jù)所述輸出電壓感測(cè)信號(hào)與所述參考電壓之差產(chǎn)生第一比較信號(hào)作為反饋信號(hào)的裝置；以及 用于根據(jù)所述反饋信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持在與所述參考電壓成比例的電平上的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 用于檢測(cè)輸出電流并相應(yīng)地生成輸出電流感測(cè)信號(hào)的裝置；以及用于根據(jù)所述輸出電流感測(cè)信號(hào)與所述第一比較信號(hào)之差產(chǎn)生第二比較信號(hào)作為所述反饋信號(hào)的裝置。
20.如權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，所述輸出電壓隨輸入電壓的變化而相應(yīng)地變化； 當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)調(diào)整所述開(kāi)關(guān)電路的占空比，使得所述輸出電壓保持不變。
21.如權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換器是隔離型功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器還包括: 用于在所述功率轉(zhuǎn)換器的原邊和副邊之間隔離地傳遞信號(hào)的裝置。
全文摘要
公開(kāi)了功率轉(zhuǎn)換器及功率轉(zhuǎn)換方法。一種功率轉(zhuǎn)換器可包括開(kāi)關(guān)電路；功率轉(zhuǎn)換電路，用于經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換成輸出電壓；輸入電壓感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸入電壓并相應(yīng)地生成輸入電壓感測(cè)信號(hào)；以及PWM控制器，用于至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整該開(kāi)關(guān)電路的占空比。該功率轉(zhuǎn)換器還可包括輸出感測(cè)電路，用于檢測(cè)輸出電壓并相應(yīng)地生成輸出電壓感測(cè)信號(hào)，其中該P(yáng)WM控制器可至少部分地基于輸入電壓感測(cè)信號(hào)以及輸出電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)整該開(kāi)關(guān)電路的占空比。本發(fā)明還提供了用于功率轉(zhuǎn)換器的控制方法。
文檔編號(hào)H02M3/28GK103166464SQ20131010930
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者曹宇, 王可志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所