控制設(shè)備及電子裝置的制造方法
【專利摘要】本公開涉及控制設(shè)備及電子裝置。其中，一種用于設(shè)置有電感器元件和開關(guān)元件的切換模式類型的轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，生成用于控制開關(guān)元件的切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并交替地確定根據(jù)輸入量的電感器元件中的能量存儲(chǔ)的相位和存儲(chǔ)在電感器元件中的能量的傳輸至其上存在輸出量的輸出元件的相位；控制設(shè)備通過基于輸出量的值的控制生成驅(qū)動(dòng)控制以調(diào)制同一輸出量。具體地，估計(jì)塊確定輸出量的估計(jì)值，并且驅(qū)動(dòng)塊根據(jù)所述估計(jì)值生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【專利說明】
控制設(shè)備及電子裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開涉及用于電源轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，具體地，涉及控制設(shè)備及電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)模式的電源是已知的，其被設(shè)計(jì)為將輸入處接收的量(例如，來自電網(wǎng)供電的 AC電壓)轉(zhuǎn)換為用于為電負(fù)載(例如，LED組)供電的經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出量(例如，DC電壓）。
[0003] 這些電源通常必須滿足關(guān)于對(duì)應(yīng)電性能的嚴(yán)格要求：例如，它們必須保證高品質(zhì) 因數(shù)并且基本一致的功率因數(shù)。
[0004]為此，通常設(shè)想在電源的輸入級(jí)中使用所謂的功率因數(shù)校正(PFC)類型的電源轉(zhuǎn) 換器，其通過專門提供的控制設(shè)備來控制用于在吸收電網(wǎng)供電期間調(diào)節(jié)功率因數(shù)。
[0005] 通過示例，圖1示出了升壓類型的PFC轉(zhuǎn)換器(整體由1來表示）的電路圖，其通過由 2表示的對(duì)應(yīng)控制設(shè)備來控制(然而，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，以下可以應(yīng)用于不同類型的轉(zhuǎn)換器，例 如返馳或降壓-升壓類型）。
[0006] 控制設(shè)備2被設(shè)置為集成電路，并具有封裝和對(duì)應(yīng)的輸入和輸出管腳;集成電路可 以安裝在與PFC轉(zhuǎn)換器1的電路部件相同的印刷電路板(PCB)上。
[0007] 具體地，在該結(jié)構(gòu)中，PFC轉(zhuǎn)換器1具有:輸入端IN，其上存在通過整流器級(jí)根據(jù)例 如由電網(wǎng)供電提供的AC電源電壓VAC(這里未示出）生成的DC輸入電壓V in;以及輸出端0UT， 連接至電荷存儲(chǔ)元件4(尤其是電容器），其上存在值大于輸入電壓Vin且以期望值（例如， 400V)調(diào)節(jié)的輸出電壓V? t (例如，DC電壓）。
[0008] PFC轉(zhuǎn)換器1包括：電感器5,連接在輸入端IN和第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)沁之間；開關(guān)元件6， 尤其是M0SFET，連接在第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N1和第二內(nèi)部節(jié)點(diǎn)仏之間；感應(yīng)電阻器7，連接在第二 內(nèi)部節(jié)點(diǎn)他和地參考端(GND)之間；以及二極管元件8,其陽極連接至第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)見且其陰 極連接至輸出端OUT。
[0009] 開關(guān)元件6具有連接至第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)m的第一電流傳導(dǎo)端（尤其是相應(yīng)M0SFET的 漏極端）、連接至第二內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N2的第二電流傳導(dǎo)端(尤其是相應(yīng)M0SFET的源極端）以及與 相應(yīng)M0SFET的柵極端一致的控制端。
[0010] 在第二內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N2上，進(jìn)一步要求控制電壓Vcs，其是在給定操作條件下流過電感 器5的電流的函數(shù)。
[0011] PFC轉(zhuǎn)換器1進(jìn)一步包括輔助繞組9,其磁性地耦合至電感器5并且其上存在控制電 壓 VzCDo
[0012] 控制設(shè)備2具有:輸入管腳2a，被設(shè)計(jì)為接收來自電阻分壓器10a的表示輸入電壓 vin的控制電壓vc_in，其中電阻分壓器10a連接至輸入端IN并且通過第一分壓電阻器和第二 分壓電阻器形成，在它們之間限定其上存在控制電壓V c_in的反饋節(jié)點(diǎn)；輸入管腳2b，被設(shè)計(jì) 為接收來自電阻分壓器l〇b的表不輸出電壓V〇ut的第二控制電壓V c_mjt，其中電阻分壓器10b 連接至輸出端OUT并且通過相應(yīng)的第一分壓電阻器和第二分壓電阻器形成，在它們之間限 定其上存在第二控制電壓V^ut的相應(yīng)反饋節(jié)點(diǎn);輸入管腳2c，被設(shè)計(jì)為連接至輔助繞組9并 且接收作為輔助繞組9兩端的電壓的函數(shù)的控制電壓VZCD;輸入管腳2d，被設(shè)計(jì)為連接至第 二內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N2并且接收作為感應(yīng)電阻器7兩端的電壓的函數(shù)的控制電壓Vcs;以及輸出管腳 2e，被設(shè)計(jì)為連接至開關(guān)元件6的控制端以及以脈寬調(diào)制(PWM)提供用于控制開關(guān)元件6的 切換的驅(qū)動(dòng)電壓Vcd。
[0013] 具體地，控制設(shè)備2可以被配置為以所謂的轉(zhuǎn)變模式（也被定義為"臨界傳導(dǎo)"或 "邊界傳導(dǎo)"模式)控制PFC轉(zhuǎn)換器1的操作。
[0014] 在每個(gè)切換循環(huán)處，控制設(shè)備2在0N間隔Ton(工作周期的0N間隔）期間控制開關(guān)元 件6的閉合，在此期間來自電源的電流在電感器5和開關(guān)元件6中朝向地(ground)循環(huán)，確定 同一電感器5中的能量的存儲(chǔ)。
[0015] 基于輸出電壓Vcmt的值(尤其是表示輸出電壓Vcmt的控制電壓Vtcmt的值)與適當(dāng)?shù)?參考電壓進(jìn)行比較，通過專門提供的反饋控制環(huán)路，由控制設(shè)備2確定0N間隔!^的持續(xù)時(shí) 間。以沒有詳細(xì)描述的方式，控制環(huán)路還可以基于峰值電流控制。
[0016]接下來，控制設(shè)備2在OFF間隔(工作周期的OFF間隔）期間控制開關(guān)元件6的打 開，在此期間先前存儲(chǔ)在電感器5中的能量被傳輸至負(fù)載和電荷存儲(chǔ)元件4。
[0017] 具體地，在完成能量傳輸時(shí)，電感器5中的電流為零。第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)見處的電壓（以 下指定為"相位電壓Vph"）基于第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)仏上存在的電容（主要由于開關(guān)元件6的 M0SFET的漏極端上的寄生電容和二極管元件8(處于斷開狀態(tài)）的寄生電容)滿足輸入電壓 Vin的值周圍的諧振條件。
[0018] 當(dāng)?shù)谝粌?nèi)部節(jié)點(diǎn)見上的電壓達(dá)到等于2 ? Vin-Vcmt的低閾值或者在該表達(dá)式產(chǎn)生低 于0的值的情況下等于0時(shí)，該諧振相位終止(再次引起能量存儲(chǔ)相位）。
[0019] 如果開關(guān)元件6閉合(并且對(duì)應(yīng)的M0SFET導(dǎo)通），此時(shí)，即在對(duì)應(yīng)M0SFET的漏極電壓 上存在的最小共振處，當(dāng)完成能量傳輸時(shí)，轉(zhuǎn)換器以零電流和電壓的切換條件下進(jìn)行操作， 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。這種控制被定義為"零電流檢測(cè)"（ZCD)。
[0020] 基于作為輔助繞組9兩端的電壓的函數(shù)的控制電壓VZCD，由控制設(shè)備2執(zhí)行零電流 檢測(cè)，由此執(zhí)行OFF間隔Toff的持續(xù)時(shí)間的確定。因此，控制電壓V ZCD表示電感器5中的零電流 (以及零電壓)狀態(tài)。
[0021 ]具體地，確定控制電壓VZCD的值在諧振期間達(dá)到0的瞬間，其對(duì)應(yīng)于第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn) 見上的相位電壓Vph等于輸入電壓瞬間。
[0022] 即使所描述的解決方案能夠整體上得到良好的控制性能，但本實(shí)用新型的
【申請(qǐng)人】 發(fā)現(xiàn)其還具有一些缺陷。
[0023] 具體地，如前所述，控制開關(guān)元件6的切換要求通過電阻分壓器10b檢測(cè)輸出電壓 V?t，然而這涉及可觀的功耗。
[0024] 在電阻分壓器中使用的電阻器的電阻的確實(shí)較高以使電流泄露最小化，例如其在 幾十的級(jí)另I」?？紤]到輸出電壓Vcmt的400V的值，電阻器由此承擔(dān)近似16mW的功耗。進(jìn)一步 考慮到整個(gè)電源轉(zhuǎn)換器可以具有不大于60mV的目標(biāo)功耗，與電阻分壓器10b相關(guān)的消耗相 當(dāng)于總功耗的25%。
[0025] 此外，明確的是，在控制設(shè)備2中要求特定管腳2b，用于讀取輸出電壓Vout的值，從 而增加封裝的尺寸和制造成本。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0026] 本實(shí)用新型的目的在于解決前述至少一些問題。
[0027] 根據(jù)本公開，如在權(quán)利要求中所限定的，由此提供用于轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備、對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn) 換器以及對(duì)應(yīng)的控制方法。
【附圖說明】
[0028]為了更好地理解本公開，現(xiàn)在僅通過非限制性示例并參照附圖描述優(yōu)選實(shí)施例， 其中：
[0029]圖1示出了已知類型的PFC轉(zhuǎn)換器和對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的示意性電路圖；
[0030] 圖2示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的PFC轉(zhuǎn)換器和對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的示意性電路圖；
[0031] 圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A和圖5B示出了不同操作條件下的與圖2的PFC轉(zhuǎn)換器 相關(guān)聯(lián)的電量的曲線圖；
[0032] 圖6是由圖2的PFC轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備執(zhí)行的控制操作的流程圖；以及 [0033]圖7示出了包括圖2的PFC轉(zhuǎn)換器的切換模式電源的簡(jiǎn)化框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如將要詳細(xì)描述的，本公開的一個(gè)方面設(shè)想轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備被配置為估計(jì)輸出 電壓Vc>ut的值，由此避免使用專用于檢測(cè)輸出電壓乂^的電阻分壓器以及同一控制設(shè)備中的 相關(guān)輸入管腳。
[0035]具體地，根據(jù)輸入電壓Vin和PFC轉(zhuǎn)換器的工作周期D(工作周期D以已知方式表示 PFC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的切換周期中的0N間隔WPOFF間隔Tc^之間的比率)來估計(jì)輸出電 壓V?t的值。
[0036]例如，在先前描述的升壓類型的PFC轉(zhuǎn)換器的情況下，對(duì)于前述估計(jì)，應(yīng)用將輸出 電壓V?t鏈接至輸入電壓Vin的以下已知關(guān)系：
[0038] 或者類似地：
[0040]其中，T是切換周期。
[0041 ]根據(jù)工作周期D將輸出電壓Vcmt鏈接至輸入電壓表達(dá)式可以在PFC轉(zhuǎn)換器的不 同拓?fù)涞那闆r下不同（以已知方式，本文沒有詳細(xì)描述）。
[0042] 詳細(xì)地，圖2示出了用于PFC轉(zhuǎn)換器(例如，由21表示的升壓類型）的控制設(shè)備(這里 由20表示）。
[0043] PFC轉(zhuǎn)換器21基本對(duì)應(yīng)于進(jìn)行參考的圖1所示的PFC轉(zhuǎn)換器1 (對(duì)應(yīng)元件通過相同的 參考標(biāo)號(hào)來表示），除了缺少連接至輸出端Out的電阻分壓器。
[0044]以與參照前述圖1描述的類似方式，控制設(shè)備20設(shè)置有:輸入管腳2a，被設(shè)計(jì)為接 收表示輸入電壓Vin的控制電壓￥。_1";輸入管腳2c，被設(shè)計(jì)為連接至輔助繞組9并接收作為 輔助繞組9兩端的電壓的函數(shù)的控制電壓VZCD;輸入管腳2d，被設(shè)計(jì)為連接至第二內(nèi)部節(jié)點(diǎn) N2并接收作為感應(yīng)電阻器7兩端的電壓的函數(shù)的控制電壓VCS;以及輸出管腳2e，被設(shè)計(jì)為連 接至開關(guān)元件6的控制端并以脈寬調(diào)制(PWM)提供用于控制開關(guān)元件6的切換的驅(qū)動(dòng)電壓 Vgd〇
[0045] 代替地，控制設(shè)備20不具有專用于通過電阻分壓器檢測(cè)輸出電壓Vc>ut的又一輸入 管腳。
[0046]在該實(shí)施例中，控制設(shè)備20包括估計(jì)塊22，其連接至輸入管腳2a，用于接收控制電 壓Vc_in，以及連接至輸入管腳2c，用于接收控制電壓VZCD。
[0047]估計(jì)塊22被配置為根據(jù)輸入電壓Vin和PFC轉(zhuǎn)換器21的工作周期D估計(jì)輸出電壓 Vout的值，并且用于基于控制電壓VZCD確定工作周期D的值。具體地，估計(jì)塊22確定控制電壓 Vzcd的值達(dá)到零的瞬間，以確定OFF間隔Toff的持續(xù)時(shí)間（也可以參考前面的描述）。
[0048] 估計(jì)塊22由此包括比較器(在圖2中未示出），其將控制電壓VZCD的值與接近或等于 〇的低閾值進(jìn)行比較。比較器的切換確定控制電壓V ZCD的零交叉檢測(cè)(ZCD)的瞬間。
[0049] 控制設(shè)備20還包括驅(qū)動(dòng)塊24，其接收輸出電壓乂^的估計(jì)值，并通過適當(dāng)?shù)目?制算法(這里沒有詳細(xì)描述，其可以類似于已知算法，基于電阻分壓器檢測(cè)的輸出電壓，例 如基于峰值電流控制)根據(jù)估計(jì)值尹_和控制電壓V CS生成用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件6的切換的驅(qū) 動(dòng)電壓VCD。
[0050] 本實(shí)用新型的
【申請(qǐng)人】發(fā)現(xiàn)，基于控制電壓VZCD確定工作周期D的值可能是不精確 的，從而至少在一些操作條件下在估計(jì)輸出電壓V?t的值時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。
[0051] 如前所討論的，事實(shí)上，在諧振條件下發(fā)生控制電壓VZCD的零交叉，這是由于電感 器5的電感和第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N1上存在的寄生電容。具體地，寄生分量的存在在電感器5中循 環(huán)的電流中引起負(fù)偏移，隨后相同電流達(dá)到〇值。開關(guān)元件6的M0SFET的輸出電容初始以輸 出電壓V?t充電并且從而利用共振放電。
[0052] 從而，理想地，控制電壓VZCD的曲線應(yīng)該對(duì)應(yīng)于方波（當(dāng)電感器5中的電流為正時(shí)為 正，且在同一電流為零時(shí)為負(fù)），實(shí)際上該曲線為正弦波。
[0053]由此，這會(huì)在控制電壓VZCD的正弦波曲線與零交叉的瞬間以及具有相同工作周期 的理想方波與零交叉的瞬間之間引起時(shí)間誤差或偏差。
[0054]具體地，上述時(shí)間誤差可以定義為控制電壓VZCD與零交叉的瞬間（或者類似地，第 一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)他的電壓變?yōu)榈扔谳斎腚妷篤in)與對(duì)應(yīng)于具有相同平均值(或者換句話說具有 由曲線包住的相同面積)的方波的下降沿的瞬間（在這種情況下，等于輸入電壓Vi n)之間的 差。
[0055] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，控制設(shè)備20的估計(jì)塊22由此被配置為確定前述時(shí)間 誤差，并由此校正基于控制電壓VZCD的值執(zhí)行的工作周期D的值的確定。具體地，如以下詳細(xì) 描述的，根據(jù)控制電壓VZCD的圖案中的共振周期的值執(zhí)行該校正。
[0056] 本實(shí)用新型的
【申請(qǐng)人】進(jìn)一步意識(shí)到，根據(jù)輸出電壓V?t和輸入電壓Vin之間的關(guān)系， 控制電壓Vzcd具有兩種不同的圖案:第一圖案，在圖3a中示出，在應(yīng)用關(guān)系V?t〈2 ? Vin的情況 下；以及第二圖案，在圖3b中示出，在應(yīng)用關(guān)系V?t>2 ? Vin的情況下。
[0057]從而，控制設(shè)備20的估計(jì)塊22被配置為使用以下算法確定前述時(shí)間誤差：第一計(jì) 算算法，在應(yīng)用關(guān)系VoutU ? Vin的情況下；以及第二計(jì)算算法，不同于第一算法，替換地在應(yīng) 用關(guān)系V?t>2 ? Vin的情況下。
[0058]為了詳細(xì)描述第一計(jì)算算法，現(xiàn)在參照?qǐng)D4a，其示出了第一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)他處的相位 電壓VPh的正弦波曲線，其具有對(duì)應(yīng)于控制電壓VZCD的圖案。
[0059] 當(dāng)開關(guān)元件6斷開時(shí)，相位電壓Vph基本等于輸出電壓Vc>ut，并且當(dāng)開關(guān)元件6接通 時(shí)，基本等于〇(地）。此外，在開關(guān)元件6的OFF狀態(tài)和0N狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變處，輸出電壓Vcmt本 身具有正弦圖案(平均值等于輸入電壓V in)和振蕩周期Tres，并且振幅包括在輸出電壓乂^和 由表達(dá)式2 ? Vin-Vcmt給定的值之間。
[0060] 利用圖4a中的線性部分示意性地近似該正弦圖案，其進(jìn)一步(利用虛線)示出了包 括在輸出電壓Vout和零之間并具有相同平均值(等于輸入電壓V ln，并且具有與限定相位電壓 VPh的曲線的曲線具有相同的包圍面積）的理想方波。具體地，理想方波假設(shè)等效時(shí)間Teq& 的平均值V in，由此表示理想ZCD瞬間。
[0061] 根據(jù)前述圖4a的檢查，通過幾何原因，可以得到以下關(guān)系
[0063]其進(jìn)一步對(duì)應(yīng)于理想方波的平均值與相位電壓Vph的平均值之間的平等條件。 [0064]根據(jù)前述表達(dá)式，可以得到：
[0066]從而，通過以下等式給出由于諧振條件在確定ZCD瞬間時(shí)的時(shí)間誤差:
[0068]根據(jù)上面的表達(dá)式，控制設(shè)備20的估計(jì)塊22由此能夠根據(jù)輸入電壓Vin的值、振蕩 周期Tras的值和輸出電壓V?t的期望值(例如，400V )確定時(shí)間誤差Terr。
[0069] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，控制設(shè)備20能夠確定振蕩周期Tras(假設(shè)基本恒定）， 在共振自由且不被中斷的情況下（即，在檢測(cè)ZCD瞬間之后不閉合開關(guān)元件6)監(jiān)控控制電壓 VzCD的曲線。
[0070] 具體地，振蕩周期Tres的確定可以有利地在啟動(dòng)的初始條件或PFC轉(zhuǎn)換器21的初始 化中進(jìn)行，或者還可以實(shí)時(shí)進(jìn)行，在其操作期間，在這種情況下為這種目的奉獻(xiàn)預(yù)定數(shù)量的 切換循環(huán)(電源由此不被傳輸至負(fù)載的切換循環(huán)）。
[0071] 此外，有利地，控制設(shè)備20可以以預(yù)設(shè)時(shí)間間隔更新振蕩周期Tres的值，以防止例 如由于部件的劣化或老化或者環(huán)境操作條件的變化(在PFC轉(zhuǎn)換器21的活動(dòng)的加長(zhǎng)周期的 情況下)而引起的同一值的偏移或偏差。
[0072] 在任何情況下，一旦確定了時(shí)間誤差Terr，控制設(shè)備20的估計(jì)塊22就能夠基于以下 表達(dá)式執(zhí)行根據(jù)ZCD瞬間的檢測(cè)（如圖5a所示，其示出了控制電壓V ZCD的曲線）確定的OFF間 隔Toff的值的校正：
[0073] Toff'= Toff+Terr
[0074] 然后，同一估計(jì)塊22通過以下表達(dá)式根據(jù)OFF間隔Toff的校正值IWr估計(jì)輸出電壓 Vout的值：
[0076] 其中，T是切換周期，以及歹_是輸出電壓￥_的前述估計(jì)值。
[0077] 其可以進(jìn)一步表示應(yīng)用以下表達(dá)式：
[0079] 其直接將輸出電壓Vcmt的估計(jì)值匕#鏈接至輸入電壓Vin、振蕩周期Tres和OFF間隔 T〇ff 〇
[0080] 現(xiàn)在參照?qǐng)D4b描述在應(yīng)用關(guān)系V?t>2 ? Vin的情況下使用的第二計(jì)算算法。
[00811在這種情況下，在開關(guān)元件6的OFF狀態(tài)和0N狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，相位電壓Vph具有正弦 曲線，再次利用等于V?t/2的平均值的線性部分來近似。
[0082]圖4b還示出了理想方波，其包括在輸出電壓V?t和零之間且具有相同的平均值。
[0083]以類似于前面討論的方式，可以得到用于等效時(shí)間Teq的表達(dá)式：
[0085]通過以下等式，在這種情況下給出確定ZCD瞬間時(shí)由于諧振引起的時(shí)間誤差:
[0087]根據(jù)該表達(dá)式，控制設(shè)備20的估計(jì)塊22能夠根據(jù)輸入電壓Vin的值、振蕩周期1^3的 值和輸出電壓V?t的期望值來確定時(shí)間誤差Terr。
[0088] 一旦得到時(shí)間誤差Terr，估計(jì)塊22就基于以下表達(dá)式根據(jù)Z⑶瞬間的檢測(cè)（如圖5b 所示)確定的OFF間隔Toff的值的校正：
[0089] Toff^Toff-Terr
[0090] 然后，同一估計(jì)塊22通過以下表達(dá)式根據(jù)OFF間隔Toff的校正值Toff'估計(jì)輸出電壓 Vout的值：
[0092] 其可以進(jìn)一步示出應(yīng)用以下表達(dá)式：
[0094] 該表達(dá)式將輸出電壓￥。#的估計(jì)值直接鏈接至輸入電壓Vin、振蕩周期TredP OFF 間隔 Toff。
[0095] 本申請(qǐng)的
【申請(qǐng)人】利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試以本公開提供的精度驗(yàn)證了時(shí)間誤差Terr以及隨后 增加的程度。
[0096] 例如，考慮230Vac(325Vdc)的輸入電壓Vin、400V的期望輸出電壓VcmhMJOys (70kHz的頻率）的切換周期以及確定為等于lys的振蕩周期Tres:工作周期D的值為0.1875; ON間隔(基于Z⑶瞬間確定)為2.66ys;以及校正值Tw為2.5ys，結(jié)果誤差為5.8 % (其可以 根據(jù)本公開進(jìn)行校正）。
[0097] 作為又一示例，考慮265Vac(375Vdc)的輸入電壓Vin、400V的期望輸出電壓V out、 14.20y s (70kHz的頻率）的切換周期以及l(fā)y s的振蕩周期Tres:這種情況下的工作周期D的值 為0.0625; 0N間隔Ton為887.5ys;校正值Ton '為668.75ys，結(jié)果誤差為24.6 % (其可以根據(jù)本 公開進(jìn)行校正）。
[0098] 現(xiàn)在參照?qǐng)D6的流程圖描述由控制設(shè)備20執(zhí)行的用于估計(jì)輸出電壓心^的操作流 程的示意性總結(jié)。
[0099] 在由30表示的初始步驟中，控制設(shè)備20控制開關(guān)元件6以促進(jìn)諧振條件并刺激控 制電壓VZCD的振蕩。具體地，施加于開關(guān)元件6的M0SFET的柵極端的一個(gè)或多個(gè)脈沖引起諧 振，此后開關(guān)元件6在ZCD瞬間不會(huì)再次接通用于不抑制振蕩，并由此通過分析控制電壓V ZCD (精確地，在自由振蕩的條件下)測(cè)量振蕩周期Tras。
[0100] 具體地，該操作可以在PFC轉(zhuǎn)換器21的啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行，或者在同一 PFC轉(zhuǎn)換器21的操 作期間執(zhí)行，在這種情況下相同的切換循環(huán)將被分配給確定振蕩周期Tm的值的操作來代 替專用于將功率傳輸至負(fù)載。
[0101] 然后，振蕩周期Tras的值被認(rèn)為基本恒定(但是用于周期性更新，如后所述）。
[0102] 在PFC轉(zhuǎn)換器21的正常操作期間，每當(dāng)控制設(shè)備20被要求提供輸出電壓Vout的值用 于控制操作的目的（可以使用任何已知技術(shù)執(zhí)行的控制），如步驟32中所示意性表示的，估 計(jì)塊22基于前面討論的表達(dá)式確定輸出電壓乂^的估計(jì)值F_。
[0103] 具體地，估計(jì)塊22對(duì)基于控制電壓VzcD確定的Z⑶瞬間的值應(yīng)用適當(dāng)校正（步驟 34)，并相應(yīng)地確定工作周期D的校正值，此后其基于將輸入電壓鏈接至輸出電壓Vcmt本身的 表達(dá)式（已知類型并根據(jù)PFC轉(zhuǎn)換器21的電路類型)執(zhí)行輸出電壓V? t的值的估計(jì)(步驟36)。
[0104] 為了前述操作的目的，估計(jì)塊22基于輸入電壓Vin和輸出電壓￥_的值進(jìn)行初步檢 查，用于實(shí)施步驟34中的時(shí)間誤差的計(jì)算的第一算法或第二算法。
[0105] 例如，可以在PFC轉(zhuǎn)換器21的每個(gè)切換循環(huán)或半循環(huán)處執(zhí)行輸出電壓乂^的值的估 計(jì)操作。
[0106] 此外，根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，控制設(shè)備20被配置用于確定執(zhí)行更新振蕩周 期Tres的值的操作的需要(步驟38)，例如一旦從上次的更新已經(jīng)過去了預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，或 者在控制設(shè)備20驗(yàn)證存在給定環(huán)境條件或給定操作參數(shù)的情況下。
[0107] 在這種情況下，操作返回步驟30,用于以基本類似于先前所述的方式重新確定針 對(duì)周期Tres的值，然后進(jìn)行PFC轉(zhuǎn)換器21的通?？刂撇僮?。
[0108] 如前所述，如圖7所示，PFC轉(zhuǎn)換器21和對(duì)應(yīng)控制設(shè)備20可以有利地用于切換模式 電源40。
[0109] 具體地，開關(guān)模式電源40包括:整流器級(jí)41(例如，二極管橋類型），連接至電網(wǎng)供 電電源42(在該示例中通過EMI濾波器43);以及電容輸入元件44,連接至其上存在輸入電壓 Vin的整流器級(jí)41的輸出。
[0110] 開關(guān)模式電源40還包括PFC轉(zhuǎn)換器21，其輸入端IN連接至電容輸入元件44且其輸 出端OUT連接至電容輸出元件45(與前面限定的電荷存儲(chǔ)元件4 一致）。
[0111] 控制設(shè)備20控制PFC轉(zhuǎn)換器21的操作，用于確保從電網(wǎng)供電42吸收電力期間的期 望功率因數(shù)。
[0112] 開關(guān)模式電源40還包括輸出電源轉(zhuǎn)換器46(在該示例中為DC/DC類型），其輸入連 接至電容輸出元件45并被設(shè)計(jì)為向負(fù)載(未示出）提供期望的輸出電壓，例如具有相對(duì)于輸 入電壓V?t的值適當(dāng)減小的值。
[0113] 所提出的解決方案的優(yōu)勢(shì)根據(jù)以上描述為變得顯而易見。
[0114] 在任何情況下，需要強(qiáng)調(diào)的是本公開的解決方案至少能夠由于沒有專用于檢測(cè)輸 出電壓V?t的電阻分壓器而顯著降低轉(zhuǎn)換器所要求的功耗。
[0115] 此外，控制設(shè)備20可以有利地具有較少數(shù)量的管腳(假設(shè)專用于檢測(cè)前述輸出電 壓V?t的管腳不是必須的），從而減少了占用面積并簡(jiǎn)化了封裝。
[0116]由于由控制設(shè)備20實(shí)施的輸出電壓Vcmt的估計(jì)的精確技術(shù)，在不明顯降低控制性 能的情況下進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)。
[0117] 最后，明顯的是，在不背離本公開的范圍的情況下可以對(duì)本文所述和示出的進(jìn)行 修改和變化。
[0118] 具體地，再次指出，即使前面的描述明確參考升壓型轉(zhuǎn)換器，但本實(shí)用新型的解決 方案可以有利地應(yīng)用于其他類型的轉(zhuǎn)換器，例如返馳類型或降壓-升壓類型和對(duì)應(yīng)變形(具 有顯而易見的修改，尤其是根據(jù)輸入電壓V in和工作周期D的輸出電壓Vc>ut的表達(dá)式以及用于 確定時(shí)間誤差的表達(dá)式）。
[0119] 所描述的控制設(shè)備和方法可用于控制任何電源轉(zhuǎn)換器，而不僅限應(yīng)用于在前面的 描述中明確參考的應(yīng)用功率因數(shù)控制。
[0120] 還明確的是，轉(zhuǎn)換器還可以通過不同于電網(wǎng)供電的電源來提供。
[0121]最后，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本公開解決方案的轉(zhuǎn)換器可以有利地提供前面的處理 通過非限制示例明確參考的電壓調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器，或者當(dāng)前的電流調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器(例如， 在用于LED或電池充電的驅(qū)動(dòng)設(shè)備中）。
[0122] 上面描述的各個(gè)實(shí)施例可以組合來提供又一些實(shí)施例。在該說明書中參考和/或 在申請(qǐng)數(shù)據(jù)表中列出的所有美國專利、美國專利申請(qǐng)公開、美國專利申請(qǐng)、外國專利、外國 專利申請(qǐng)和非專利公開均結(jié)合于此作為參考。如果需要的話可以修改實(shí)施例的各個(gè)方面以 使用各個(gè)專利、申請(qǐng)和公開的概念以提供又一些實(shí)施例。
[0123] 可以對(duì)上面詳細(xì)描述的實(shí)施例進(jìn)行這些和其他變化。通常，在以下權(quán)利要求中，所 使用的術(shù)語應(yīng)該不將權(quán)利要求限于說明書和權(quán)利要求中公開的具體實(shí)施例，而是應(yīng)該包括 所有可能的實(shí)施例以及權(quán)利要求的所有等效范圍。因此，不通過本公開來限制權(quán)利要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種控制設(shè)備，用于控制包括電感器元件和開關(guān)元件的切換模式類型的轉(zhuǎn)換器，其 特征在于所述控制設(shè)備被配置為生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制所述開關(guān)元件的切 換并交替地確定從輸入量開始的所述電感器元件中的能量的存儲(chǔ)的相位和存儲(chǔ)在所述電 感器元件中的能量傳輸至其上存在輸出量的輸出元件的相位，所述控制設(shè)備被配置為通過 基于所述輸出量的值的控制生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)以調(diào)節(jié)所述輸出量，并且所述控制設(shè)備包括 被配置為確定所述輸出量的估計(jì)值的估計(jì)塊和被配置為根據(jù)所述估計(jì)值生成所述驅(qū)動(dòng)信 號(hào)的驅(qū)動(dòng)塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為根據(jù)所述輸入量的值 和與所述切換相關(guān)聯(lián)的工作周期的值生成所述輸出量的所述估計(jì)值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器包括輔助繞組，所述輔助繞組磁 性耦合至所述電感器元件并且其上存在控制電壓;并且其中所述估計(jì)塊被配置為慮及從所 述電感器元件傳輸能量到所述輸出元件的結(jié)束處的所述控制電壓上的諧振條件的開始，根 據(jù)所述控制電壓和校正因數(shù)確定所述工作周期的值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于在所述諧振條件下，所述控制電壓具有正弦 圖案;并且其中所述估計(jì)塊被配置為基于所述控制電壓達(dá)到零的瞬間與理想方波達(dá)到零的 瞬間之間的時(shí)間差確定所述校正因數(shù)，所述理想方波具有與所述控制電壓相同的平均值。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為驗(yàn)證所述輸出量和所 述輸入量之間的比較關(guān)系；并且實(shí)施第一計(jì)算算法或可選地實(shí)施第二計(jì)算算法，以根據(jù)所 述驗(yàn)證的結(jié)果確定所述校正因數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為根據(jù)與所述諧振條件 相關(guān)聯(lián)的振蕩周期確定所述校正因數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為確定在所述轉(zhuǎn)換器的 啟動(dòng)的初始階段執(zhí)行的初始化階段中的所述振蕩周期的值。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述估計(jì)塊被進(jìn)一步配置為在所述轉(zhuǎn)換器 的操作期間執(zhí)行針對(duì)所述振蕩周期所確定的值的更新的至少一個(gè)操作。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于還包括耦合至所述輸出元件用于檢測(cè)所述 輸出量的電路元件。10. -種電子裝置，其特征在于包括： 轉(zhuǎn)換器，包括電感器元件和開關(guān)元件；以及 控制設(shè)備，耦合至所述轉(zhuǎn)換器并被配置為交替地確定從輸入量的所述電感器元件中的 能量的存儲(chǔ)的相位和存儲(chǔ)在所述電感器元件中的能量傳輸至其上存在輸出量的輸出元件 的相位，所述控制設(shè)備包括被配置為確定所述輸出量的估計(jì)值的估計(jì)塊，所述估計(jì)塊被配 置為根據(jù)所述輸入量的值和所述轉(zhuǎn)換器的工作周期的值生成所述輸出量的估計(jì)值，所述估 計(jì)塊被進(jìn)一步配置為根據(jù)響應(yīng)于所述電感器元件兩端的電壓生成的控制信號(hào)以及根據(jù)補(bǔ) 償從所述電感器元件向所述輸出元件傳送能量的結(jié)束處的所述控制電壓上的諧振條件的 開始的校正因數(shù)確定所述工作周期，并且所述控制設(shè)備進(jìn)一步包括被配置為根據(jù)控制所述 開關(guān)元件的切換的所述估計(jì)值生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)塊。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器包括輔助繞組，所述輔助繞組 磁性耦合至所述電感器元件并且其上存在控制電壓;并且其中所述估計(jì)塊被配置為慮及從 所述電感器元件傳輸能量到所述輸出元件的結(jié)束處的所述控制電壓上的諧振條件的開始， 根據(jù)所述控制電壓和校正因數(shù)確定所述工作周期的值。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于在所述諧振條件下，所述控制電壓具有正 弦圖案;并且其中所述估計(jì)塊被配置為基于所述控制電壓達(dá)到零的瞬間與理想方波達(dá)到零 的瞬間之間的時(shí)間差確定所述校正因數(shù)，所述方波具有與所述控制電壓相同的平均值。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為驗(yàn)證所述輸出量和 所述輸入量之間的比較關(guān)系；并且實(shí)施第一計(jì)算算法或可選的第二計(jì)算算法，以根據(jù)所述 驗(yàn)證的結(jié)果確定所述校正因數(shù)。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述估計(jì)塊被配置為根據(jù)與所述諧振條 件相關(guān)聯(lián)的振蕩周期確定所述校正因數(shù)。15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于還包括： 輸入級(jí)，耦合至被配置為提供所述輸入量的電源，所述輸入量是電壓；以及 輸出級(jí)，被配置為根據(jù)所述輸出量向負(fù)載提供調(diào)節(jié)量，其中所述調(diào)節(jié)量是電壓。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK205453498SQ201520963597
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月26日
【發(fā)明人】A·比安科, G·斯卡帕圖拉
【申請(qǐng)人】意法半導(dǎo)體股份有限公司