專利名稱：用于功率變換器的集成電纜壓降補(bǔ)償?shù)姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及功率變換器，更具體地，本發(fā)明涉及功率變換器的電壓調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備例如蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上電腦等，由相對(duì)低的電壓DC電源供電。由于功率通常通過(guò)壁裝電源插座被傳遞作為高壓AC功率，所以需要通常被稱為功率變換器的裝置來(lái)將高壓AC功率變換為低壓DC功率。低壓DC功率可由功率變換器直接提供給所述裝置或者它可被用于對(duì)可再充電電池充電，其又為所述裝置提供能量，但是一旦存儲(chǔ)的能量被消耗掉其就需要充電。通常，使用包括功率變換器的電池充電器對(duì)電池充電，該功率變換器滿足電池所需要的恒定電流和恒定電壓的要求。其它電子沒(méi)備，例如DVD播放器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、電視等，也需要用于裝置操作的功率變換器。這些設(shè)備中的功率變換器還必須提供滿足所述裝置的要求的輸出電壓和電流。在操作中，功率變換器可以使用控制器來(lái)調(diào)節(jié)傳遞到電子設(shè)備的輸出功率，該電子設(shè)備例如是電池，其通常被稱為負(fù)載。更具體地，為了調(diào)節(jié)傳輸?shù)剿鲐?fù)載的功率，該控制器可以耦合到提供功率變換器的輸出的反饋信息的傳感器。該控制器通過(guò)控制電源開(kāi)關(guān)的打開(kāi)與關(guān)閉來(lái)調(diào)節(jié)到負(fù)載的功率以響應(yīng)來(lái)自傳感器的反饋信息，從而將來(lái)自例如電源線的輸入電源的能量脈沖傳輸至輸出。可以使用的一種特殊類型的功率變換器是回掃功率變換器。在回掃功率變換器中，能量傳輸元件可導(dǎo)電地將功率變換器的輸入側(cè)和輸出側(cè)隔離。電隔離防止DC電流在功率變換器的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間流動(dòng)，且通常需滿足安全規(guī)定。功率變換器控制電路可被用于多種目的和應(yīng)用。需要集成控制電路功能，其可降低集成控制電路外的元件的數(shù)量。外部元件數(shù)量的下降使得功率變換器小型化從而改善了便攜性，減少了完成功率變換器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期的數(shù)目并還改善了最終產(chǎn)品的可靠性。此夕卜，元件數(shù)量的減少可改善功率變換器操作中的能量效率并可降低功率變換器成本。通常，功率變換器在其輸出側(cè)具有專用電路以感測(cè)和傳送關(guān)于輸出電壓的反饋信息至在功率變換器的輸入側(cè)的控制電路。用于降低功率變換器元件數(shù)量的一種技術(shù)是感測(cè)來(lái)自于功率變換器輸入側(cè)的輸出電壓的反饋信息而不是感測(cè)功率變換器輸出側(cè)的輸出電壓的反饋信息。這是通過(guò)間接反饋完成的。與采用間接反饋的功率變換器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)挑戰(zhàn)是補(bǔ)償跨越連接所述功率變換器(例如電池充電器)與負(fù)載(電池)的電纜下降的變化的電壓。間接反饋可調(diào)節(jié)位于電纜一端的功率變換器的輸出處的電壓，但是由于電纜的電壓降，電纜另一端的電壓與功率變換器輸出處的電壓不同。通過(guò)補(bǔ)償電纜的額外的電壓降，功率變換器提供了負(fù)載處的改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)。有許多已知的在集成電源控制器外部實(shí)施的分立電路，其可補(bǔ)償電纜的電壓降。然而，用于補(bǔ)償跨越電纜的電壓降的所述已知的分立電路引入額外的元件，這些元件會(huì)增加功率變換器的成本和尺寸。例如，已知的分立電纜壓降補(bǔ)償電路可包括相對(duì)較大的電容器，其增加了功率變換器的尺寸。此外，用于補(bǔ)償跨越電纜的電壓降的已知分立電路可能不適合于使用執(zhí)行了特定先進(jìn)的控制方法的控制器的特定功率變換器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)的切換以調(diào)節(jié)所述功率變換器的輸出；以及電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓，其中所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)和反饋信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于控制功率變換器的方法，包括切換開(kāi)關(guān)來(lái)控制從功率變換器的輸入到功率變換器的輸出的能量傳輸；響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)的切換產(chǎn)生開(kāi)關(guān)系數(shù)；響應(yīng)于參考電壓和所述開(kāi)關(guān)系數(shù)產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)以補(bǔ)償跨越耦合至所述功率變換器的輸出的配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓；以及響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷汉头答佇盘?hào)，控制所述開(kāi)關(guān)的切換。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種功率變換器，包括能量傳輸元件，其具有輸入和輸出；傳感器，其耦合至所述能量傳輸元件以響應(yīng)于所述功率變換器的輸出產(chǎn)生反饋信號(hào)；開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制耦合至所述能量傳輸元件的開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出；以及電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓，其中所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)和反饋信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出；電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓；以及限流器，其被耦合以響應(yīng)于流經(jīng)電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電流輸出電流極限到達(dá)的信號(hào)，其中所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)、反饋信號(hào)和所述電流極限到達(dá)的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出；電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓；以及振蕩器，其被耦合以輸出時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)中信號(hào)被耦合以便由所述開(kāi)關(guān)控制電路接收，其中所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)、反饋信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)。


本發(fā)明的非限制性和非窮舉的實(shí)施例參考下面的附圖進(jìn)行描述，除非另有說(shuō)明，其中所有不同附圖中類似的附圖標(biāo)記指代類似的部分。圖1為示意圖，總體上示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的耦合到配電網(wǎng)絡(luò)和包括實(shí)例控制器的負(fù)載的功率變換器的功能框圖實(shí)例。圖2A為功能框圖，進(jìn)一步大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的圖1的實(shí)例控制器。圖2B大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的與圖2A中的實(shí)例控制器對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形的實(shí)例。圖3A為功能框圖，進(jìn)一步大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的圖2的實(shí)例電纜壓降補(bǔ)償器。圖3B大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的與圖3A中的實(shí)例電纜壓降補(bǔ)償器對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形實(shí)例。圖3C大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的與圖3A中的實(shí)例電纜壓降補(bǔ)償器對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形的替換實(shí)例。圖4為流程圖，大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的用于功率變換器的電纜壓降補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)例。圖5為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的用于功率變換器的電纜壓降補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪粚?shí)例。圖6為示意圖，大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的耦合到包括實(shí)例控制器的配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例功率變換器。圖7為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成電纜壓降補(bǔ)償器的實(shí)例。圖8為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成電纜壓降補(bǔ)償器的另一實(shí)例，其適應(yīng)不同的電流限制。
具體實(shí)施例方式公開(kāi)了涉及功率變換器中使用的集成電纜壓降補(bǔ)償電路和方法的實(shí)例。在下面的描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的徹底的理解，闡述了大量特定的細(xì)節(jié)。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是這些特定的細(xì)節(jié)不一定用于實(shí)踐本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明，沒(méi)有詳細(xì)描述與實(shí)施相關(guān)的已知方法。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)例”或者“實(shí)例”的引用意味著結(jié)合實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或者實(shí)例中。因此，貫穿該說(shuō)明書(shū)在不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“在一個(gè)實(shí)例中”或者“在實(shí)例中”并非必定指代相同的實(shí)施例。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例或者實(shí)例中，所述特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性例如可以組合成任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合。另外，所述特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性可以包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或者能夠提供以上描述的功能的其它適當(dāng)部件中。
如將要討論的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的實(shí)例功率變換器包括集成電纜壓降補(bǔ)償特征，其消除了分立的元件，且還擴(kuò)展了用于先進(jìn)的控制方法的功率變換器的可用性。此處所指的一種控制方法被稱作“開(kāi)/關(guān)”控制。此處“開(kāi)/關(guān)”指的是電源開(kāi)關(guān)能否接通(conduct)?！伴_(kāi)”周期是一個(gè)這樣的周期，其中所述開(kāi)關(guān)在該周期的一部分時(shí)間內(nèi)被啟動(dòng)并因此可以接通，“關(guān)”周期是一個(gè)這樣的周期，其中所述開(kāi)關(guān)被停用或被防止接通。因此，在本發(fā)明中，“開(kāi)/關(guān)”不是指所述開(kāi)關(guān)在給定的周期內(nèi)實(shí)際上是否接通，只是開(kāi)關(guān)接通是否被啟動(dòng)。這里被稱作脈沖寬度調(diào)制的另一種控制方法用術(shù)語(yǔ)“PWM”表示。更具體地，PWM涉及調(diào)制所述開(kāi)關(guān)在周期內(nèi)的開(kāi)通時(shí)間，也被稱作接通時(shí)間，該周期可為固定持續(xù)時(shí)間或變化持續(xù)時(shí)間。PWM的另一種形式涉及調(diào)制所述開(kāi)關(guān)在周期內(nèi)的關(guān)斷時(shí)間，所述關(guān)斷時(shí)間是所述開(kāi)關(guān)被阻止接通的時(shí)候，該周期可為固定持續(xù)時(shí)間或變化持續(xù)時(shí)間。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)開(kāi)關(guān)周期是固定持續(xù)時(shí)間時(shí)，調(diào)制開(kāi)通時(shí)間和調(diào)制關(guān)斷時(shí)間是不可區(qū)分的。公開(kāi)的功率變換器及方法的實(shí)例可被用于多種應(yīng)用中，其中功率變換器的輸入側(cè)與輸出側(cè)被電隔離，且負(fù)載電壓被調(diào)節(jié)以響應(yīng)在輸入側(cè)感測(cè)表征功率變換器的輸出電壓的信號(hào)。為了說(shuō)明，圖1大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的耦合到配電網(wǎng)絡(luò)102和負(fù)載104的包括實(shí)例控制器的實(shí)例功率變換器100。如所示，配電網(wǎng)絡(luò)102被耦合到輸出105，其與輸出電壓VQUT106對(duì)應(yīng)。負(fù)載電流IuwilIOg從輸出105流出，經(jīng)過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)102，向負(fù)載104供電。通常，配電網(wǎng)絡(luò)102包括電纜，如電源線。在一個(gè)實(shí)例中，配電網(wǎng)絡(luò)102可包括，但不局限于，終端接口和/或任何其它元件，其在功率變換器100的輸出側(cè)處提供額外的電阻。所述終端接口可包括例如位于電源與電纜之間的連接接口和位于電纜與負(fù)載之間的連接接口。如所示，輸入110等與輸入電壓VinI 12對(duì)應(yīng)，并被耦合到能量傳輸元件114，其在示出的實(shí)例中提供輸入110與輸出105之間的電隔離(galvanic isolation)。換言之，所述能量傳輸元件114阻止DC電流從功率變換器100的輸入側(cè)流向功率變換器100的輸出側(cè)。在一個(gè)實(shí)例中，能量傳輸元件114包括輸入繞組116和輸出繞組117?！拜斎肜@組”也可被稱作“初級(jí)繞組”，“輸出繞組”也可被稱作“次級(jí)繞組”。如所述實(shí)例所示，箝位電路118跨越能量傳輸元件114的輸入繞組116被耦合以限制控制器119兩端的電壓。如圖所示，控制器119被耦合到輸入110和被耦合來(lái)調(diào)節(jié)輸出105。在多個(gè)實(shí)例中，控制器119可包括使用多個(gè)切換方案中的任一個(gè)的特征，所述切換方案包括但不局限于，開(kāi)/關(guān)控制、具有變化的限流等級(jí)的開(kāi)/關(guān)控制(on/off controlwith varying currentlimit level)、可變的或恒定的頻率脈沖寬度調(diào)制(PWM)等?？刂破?19還耦合到傳感器120，其感測(cè)功率變換器100的輸出105的值。在該實(shí)例中，由傳感器120感測(cè)輸出電壓Vqut106。如實(shí)例所示，輸出電壓Vqut 106與所述傳感器120被整流器140以及能量傳輸元件114的兩繞組116、117之間的磁耦合所分離，能量傳輸元件114在該實(shí)例中為變壓器。為了調(diào)節(jié)輸出105，傳感器120被耦合以向控制器119輸出反饋信號(hào)124 UFB。在操作中，控制器119通過(guò)切換包括在控制器119中的電源開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)功率變換器100的輸出105以響應(yīng)所述反饋信號(hào)124Ufb。當(dāng)控制器119中的電源開(kāi)關(guān)接通時(shí)，來(lái)自輸入110的能量被傳輸至所述能量傳輸元件114的輸入繞組116并被儲(chǔ)存在能量傳輸元件114中。當(dāng)控制器119中的電源開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在能量傳輸元件114中的能量被傳輸至輸出繞組117。來(lái)自輸出繞組117的能量被傳輸至功率變換器100的輸出105，并且脈動(dòng)電流經(jīng)過(guò)正向偏置的整流器140流至輸出電容器142?；緸镈C(無(wú)脈動(dòng))的負(fù)載電流109從所述功率變換器的輸出105經(jīng)配電網(wǎng)絡(luò)102流至負(fù)載104。輸入歸路(input return) 125被耦合到輸入端110，輸出歸路(output return) 127被耦合到輸出端105。在一個(gè)實(shí)例中，所述輸入歸路125和輸出歸路127可被耦合。如所示，負(fù)載電流Iuwd 109經(jīng)所述配電網(wǎng)絡(luò)102被傳輸以向所述負(fù)載104供電。在一個(gè)實(shí)例中，所述負(fù)載104可表示被充電的設(shè)備，例如蜂窩電話電池，并可能需要已調(diào)節(jié)的負(fù)載電壓￥_ 130。在操作中，控制器119在輸出繞組117中產(chǎn)生脈動(dòng)電流。所述輸出繞組117中的電流被整流器140整流并經(jīng)輸出電容器142濾波以產(chǎn)生基本上恒定的輸出電壓Vqut 106。當(dāng)所述負(fù)載電流1_ 109增加時(shí)，由于配電網(wǎng)絡(luò)102中的基本上恒定的電阻，配電電壓降Vdist 132成比例地增加。在一個(gè)實(shí)例中，所述功率變換器100可補(bǔ)償所述配電電壓降Vdist 132以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)通過(guò)控制輸出電壓Vqut 106獲得在負(fù)載104的更好的調(diào)節(jié)。由于對(duì)于不同的應(yīng)用，所述配電網(wǎng)絡(luò)102的電阻可能不同，因此應(yīng)當(dāng)理解，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，在選擇合適的反饋元件時(shí)，使用者必須知道并說(shuō)明特定配電網(wǎng)絡(luò)的近似電阻。在一個(gè)實(shí)例中，所述功率變換器100可以以非連續(xù)的接通模式(DCM)運(yùn)行，其中在輸入繞組116從輸入110接收更多能量之前，來(lái)自所述能量傳輸元件114的所有能量被傳輸至所述輸出繞組117。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，負(fù)載電壓Vum 130的改變與現(xiàn)有功率變換器相比減小了。這是通過(guò)調(diào)節(jié)所述輸出電壓Vqut 106來(lái)補(bǔ)償跨越配電網(wǎng)絡(luò)102的變化的電壓降(Vdist 132)實(shí)現(xiàn)的。如上所述，所述配電電壓降Vdist 132將響應(yīng)于傳遞到負(fù)載104的電流而變化。本發(fā)明教導(dǎo):調(diào)整所述輸出電壓Vott 106來(lái)補(bǔ)償變化的配電電壓Vdist 132可響應(yīng)于控制器119中的電源開(kāi)關(guān)的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2A是功能框圖200，大體示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的功率變換器100的控制器119的實(shí)例的另外的方面。如所述實(shí)例所示，控制器119進(jìn)一步包括電源開(kāi)關(guān)208、開(kāi)關(guān)塊201、集成電纜壓降補(bǔ)償器202、振蕩器204和限流器206。在圖2A的實(shí)例中，所述控制器119可表示單個(gè)單塊器件中集成電路的邊界，該集成電路包括電源開(kāi)關(guān)208、開(kāi)關(guān)塊201、集成電纜壓降補(bǔ)償器202和限流器206。在其它實(shí)例中，這些功能塊中的一個(gè)或多個(gè)可通過(guò)分立的電路元件、單片集成電路、混合集成電路或它們的多種組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所描述的實(shí)例中，開(kāi)關(guān)塊201通過(guò)切換位于第一端209和第二端210間的電源開(kāi)關(guān)208來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓106。在一個(gè)實(shí)例中，第一端209可被稱作漏端，第二端210被稱作源端。在操作中，所述電源開(kāi)關(guān)208可處于接通狀態(tài)，其允許電流流經(jīng)電源開(kāi)關(guān)208，或處于關(guān)斷狀態(tài)，其基本上阻止電流流經(jīng)電源開(kāi)關(guān)208。來(lái)自開(kāi)關(guān)塊201的驅(qū)動(dòng)信號(hào)211控制電源開(kāi)關(guān)208的切換以調(diào)節(jié)功率變換器100的輸出105處的輸出。開(kāi)關(guān)信號(hào)212表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)211并輸出至電纜壓降補(bǔ)償器202。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)塊201使用恒定頻率或變化頻率PWM控制方案時(shí)，所述開(kāi)關(guān)信號(hào)212可表示電源開(kāi)關(guān)208的“開(kāi)”時(shí)間和“關(guān)”時(shí)間。在另一實(shí)例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)模塊201采用開(kāi)/關(guān)控制方案時(shí)，所述開(kāi)關(guān)信號(hào)212可表示“啟用”周期和“停用”周期 。在啟用周期中，所述開(kāi)關(guān)可以接通，在停用周期中，所述開(kāi)關(guān)被阻止接通。應(yīng)當(dāng)注意的是:“停用周期”也可被稱作“跳過(guò)的周期(skipped cycle)”。在開(kāi)/關(guān)控制方案期間，所述電源開(kāi)關(guān)208的切換基于圖2B示出的固定持續(xù)時(shí)間的周期運(yùn)行。使用開(kāi)/關(guān)控制，所述開(kāi)關(guān)塊201可通過(guò)決定在周期內(nèi)執(zhí)行開(kāi)關(guān)事件或跳過(guò)開(kāi)關(guān)事件來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vqut 106。更具體地，開(kāi)關(guān)事件被定義為在給定周期內(nèi)，所述電源開(kāi)關(guān)208從關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)狀態(tài)再轉(zhuǎn)換為關(guān)狀態(tài)的時(shí)間。在啟用周期內(nèi)電源開(kāi)關(guān)208的接通時(shí)間的持續(xù)時(shí)間可為固定持續(xù)時(shí)間或可變持續(xù)時(shí)間，且所述持續(xù)時(shí)間可由任一方式確定，所述方式包括通過(guò)固定持續(xù)時(shí)間的定時(shí)信號(hào)、電流限制等。如實(shí)例所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)事件發(fā)生時(shí)，所述周期為啟用周期(EN)且在周期的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)212為高。當(dāng)跳過(guò)開(kāi)關(guān)事件時(shí)，所述周期為停用周期(DIS)且在周期的持續(xù)時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)212為低。繼續(xù)圖2A中示出的實(shí)例，開(kāi)關(guān)塊201通過(guò)反饋端213接收基本上表示輸出電壓Vqut 106的反饋信號(hào)124。所述開(kāi)關(guān)塊201響應(yīng)于反饋信號(hào)124切換所述電源開(kāi)關(guān)208。如所示，所述集成電纜壓降補(bǔ)償器202輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)216，其表示被調(diào)整的電壓Vaw,該Vaw表不被需要用來(lái)補(bǔ)償配電電壓Vdist 132的輸出電壓Vott的值。所述輸出電壓Vqut,其響應(yīng)于被調(diào)整的參考電壓值Vaw而被調(diào)節(jié)，基本上為配電電壓Vdist 132和負(fù)載電壓Vujad130的和。當(dāng)負(fù)載電流109為高時(shí)，將存在相對(duì)高的配電電壓降132，且當(dāng)負(fù)載電流109為低時(shí)，將存在相對(duì)低的配電電壓降132。因此，當(dāng)補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)216與負(fù)載電流109成比例地進(jìn)行調(diào)整以補(bǔ)償配電電壓降132時(shí)，就完成了對(duì)負(fù)載電壓Vum 130的改善的調(diào)節(jié)。如所描述的實(shí)例所示，所述開(kāi)關(guān)塊201從所述振蕩器204接收時(shí)鐘信號(hào)214。所述時(shí)鐘信號(hào)214為脈動(dòng)信號(hào)，其被開(kāi)關(guān)塊201用作時(shí)間參考用于切換電源開(kāi)關(guān)208。例如，在開(kāi)/關(guān)控制實(shí)例中，所述時(shí)鐘信號(hào)214將被參考來(lái)保持固定持續(xù)時(shí)間的開(kāi)關(guān)周期。在PWM控制實(shí)例中，所述時(shí)鐘信號(hào)214將被參考用來(lái)控制每個(gè)周期電源開(kāi)關(guān)208的接通時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間。如所示，限流器206被耦合到電流感測(cè)217，其感測(cè)開(kāi)關(guān)電流ISWITQI218。在所述實(shí)例中，電流感測(cè)217被耦合以檢測(cè)在電源開(kāi)關(guān)208和第二端210間的開(kāi)關(guān)電流Iswitch218。在另一實(shí)例中，應(yīng)當(dāng)理解電流感測(cè)217可被耦合以檢測(cè)在電源開(kāi)關(guān)208與第一端209之間的開(kāi)關(guān)電流Iswitch218。當(dāng)開(kāi)關(guān)電流ISWITai218達(dá)到峰值電流極限Ipeak時(shí)，所述限流器206向開(kāi)關(guān)塊201輸出電流極限到達(dá)的信號(hào)220。所述開(kāi)關(guān)塊201可改變所述峰值電流極限Ipeak,并輸出峰值電流極限調(diào)整信號(hào)Im222。更具體地，可基于或響應(yīng)于運(yùn)行參數(shù)，如但不局限于運(yùn)行模式和控制方案，來(lái)調(diào)整所述峰值電流極限IPEAK。在一個(gè)實(shí)例中，最大峰值電流極限Imax是限定開(kāi)關(guān)電流Iswitch218的最大值的值。在一個(gè)實(shí)例中，由電纜壓降補(bǔ)償器202接收峰值電流極限調(diào)整信號(hào)Im222以確定電流極限比Kikatm。在一個(gè)實(shí)例中，所述電流極限比Kikatiq可被用于控制電源開(kāi)關(guān)208的切換。所述電流極限比Kimra可用如下公式計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括: 開(kāi)關(guān)控制電路，所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制電源開(kāi)關(guān)的切換以調(diào)節(jié)所述功率變換器的輸出； 電纜壓降補(bǔ)償器，所述電纜壓降補(bǔ)償器響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，所述電壓值響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓，其中所述電源開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)和表示所述功率變換器的輸出的反饋信號(hào)； 開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器，所述開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器被耦合以響應(yīng)于來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)；以及 電壓補(bǔ)償計(jì)算器，所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，進(jìn)一步包括限流器，其被耦合以響應(yīng)于流經(jīng)所述電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電流輸出電流極限到達(dá)的信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)控制電路被耦合以響應(yīng)于所述電流極限到達(dá)的信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，進(jìn)一步包括振蕩器，所述振蕩器被耦合以輸出時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)被耦合以便由開(kāi)關(guān)控制電路接收，所述開(kāi)關(guān)控制電路被耦合以響應(yīng)于所述時(shí)鐘信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，其中所述開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器包括低通濾波器，所述低通濾波器被耦合以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，其中所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以進(jìn)一步響應(yīng)于峰值電流極限調(diào)整信號(hào)輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述電源開(kāi)關(guān)的峰值電流極限響應(yīng)于所述峰值電流極限調(diào)整信號(hào)而改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，其中所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以進(jìn)一步響應(yīng)于參考電壓輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，其中所述開(kāi)關(guān)控制電路和所述電纜壓降補(bǔ)償器被包括在單個(gè)單塊裝置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的集成電路控制器，其中所述單個(gè)單塊裝置進(jìn)一步包括所述電源開(kāi)關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的集成電路控制器，其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓的總和。
10.一種用于控制功率變換器的方法，包括: 切換開(kāi)關(guān)來(lái)控制從功率變換器的輸入到功率變換器的輸出的能量傳輸； 響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)的切換產(chǎn)生開(kāi)關(guān)系數(shù)； 響應(yīng)于參考電壓和所述開(kāi)關(guān)系數(shù)產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)以補(bǔ)償跨越耦合至所述功率變換器的輸出的配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓，其中產(chǎn)生所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)進(jìn)一步包括: 改變所述開(kāi)關(guān)的峰值電流極限； 計(jì)算所述開(kāi)關(guān)的電流極限比，其中所述開(kāi)關(guān)的電流極限比是響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)的峰值電流極限和最大峰值電流極限來(lái)計(jì)算的；以及 進(jìn)一步響應(yīng)于所述電流極限比、所述參考電壓和所述開(kāi)關(guān)系數(shù)來(lái)產(chǎn)生所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)；以及 響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)和表示所述功率變換器的輸出的反饋信號(hào)，控制所述開(kāi)關(guān)的切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用于控制功率變換器的方法，其中所述開(kāi)關(guān)的電流極限比Kieatio 是利用下式來(lái)確定的: KIRATIO =I peak/I MAX 其中Ipeak為所述開(kāi)關(guān)的峰值電流極限，并且Imax為所述開(kāi)關(guān)最大峰值電流極限。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的用于控制功率變換器的方法，進(jìn)一步包括電隔離所述功率變換器的輸入和功率變換器的輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的用于控制功率變換器的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于感測(cè)跨越所述功率變換器的能量傳輸元件的輔助繞組的電壓來(lái)產(chǎn)生反饋信號(hào)。
14.一種功率變換器，包括: 能量傳輸元件，所述能量傳輸元件具有輸入和輸出； 傳感器，所述傳感器耦合至所述能量傳輸元件以響應(yīng)于所述功率變換器的輸出產(chǎn)生反饋信號(hào)； 開(kāi)關(guān)控制電路，所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制耦合至所述能量傳輸元件的電源開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出；以及 電纜壓降補(bǔ)償器，所述電纜壓降補(bǔ)償器響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，所述電壓值響應(yīng)于跨越配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓，其中所述電源開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)和所述反饋信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的功率變換器，進(jìn)一步包括限流器，其被耦合以響應(yīng)于通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電流輸出電流極限到達(dá)的信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)控制電路被耦合以響應(yīng)于所述電流極限到達(dá)的信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的功率變換器，其中所述電纜壓降補(bǔ)償器包括: 開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器，所述開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器被耦合以響應(yīng)于來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)；以及 電壓補(bǔ)償計(jì)算器，所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的功率變換器，其中所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以進(jìn)一步響應(yīng)于參考電壓輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
18.一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括: 開(kāi)關(guān)控制電路，所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制電源開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出； 電纜壓降補(bǔ)償器，所述電纜壓降補(bǔ)償器響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，所述電壓值響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓；以及 限流器，所述限流器被耦合以響應(yīng)于流經(jīng)電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電流輸出電流極限到達(dá)的信號(hào)，其中所述電源開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)、表示所述功率變換器的輸出的反饋信號(hào)和所述電流極限到達(dá)的信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的集成電路控制器，其中所述電纜壓降補(bǔ)償器包括: 開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器，其被耦合以響應(yīng)于來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)；以及 電壓補(bǔ)償計(jì)算器，其被耦合以響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的集成電路控制器，其中所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以進(jìn)一步響應(yīng)于參考電壓輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
21.一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器，包括: 開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)的切換來(lái)調(diào)節(jié)功率變換器的輸出； 電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)，其中所述開(kāi)關(guān)信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且其中所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓和耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓；以及 振蕩器，其被耦合以輸出時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)被耦合以便由所述開(kāi)關(guān)控制電路接收，其中所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)、表示所述功率變換器的輸出的反饋信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的集成電路控制器，其中所述電纜壓降補(bǔ)償器包括: 開(kāi)關(guān)系數(shù)計(jì)算器，其被耦合以響應(yīng)于來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)；以及 電壓補(bǔ)償計(jì)算器，其被耦合以響應(yīng)于所述開(kāi)關(guān)系數(shù)信號(hào)輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的集成電路控制器，其中所述電壓補(bǔ)償計(jì)算器被耦合以進(jìn)一步響應(yīng)于參考電壓輸出所述補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷盒盘?hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于功率變換器的集成電纜壓降補(bǔ)償?shù)姆椒ê驮O(shè)備。公開(kāi)了一種用于耦合至配電網(wǎng)絡(luò)的功率變換器的集成電路控制器。根據(jù)本發(fā)明的各方面的實(shí)例集成電路控制器包括開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)的切換從而調(diào)節(jié)所述功率變換器的輸出。所述集成電路控制器還包括電纜壓降補(bǔ)償器，其響應(yīng)于開(kāi)關(guān)信號(hào)向所述開(kāi)關(guān)控制電路輸出補(bǔ)償參考電壓信號(hào)。所述開(kāi)關(guān)信號(hào)響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所述補(bǔ)償參考電壓信號(hào)表示電壓值，其響應(yīng)于跨越所述配電網(wǎng)絡(luò)的配電電壓以及耦合至所述配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載兩端的負(fù)載電壓。所述開(kāi)關(guān)的切換響應(yīng)于所述補(bǔ)償參考電壓信號(hào)和反饋信號(hào)。
文檔編號(hào)H02M3/28GK103078504SQ201210409308
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者A·B·德詹古里安, E·伯坎 申請(qǐng)人:電力集成公司