CN103166464A - 功率转换器及功率转换方法 - Google Patents

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Abstract

公开了功率转换器及功率转换方法。一种功率转换器可包括:开关电路;功率转换电路,用于经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压;输入电压感测电路,用于检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号;以及PWM控制器,用于至少部分地基于输入电压感测信号来调整该开关电路的占空比。该功率转换器还可包括:输出感测电路,用于检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号,其中该PWM控制器可至少部分地基于输入电压感测信号以及输出电压感测信号来调整该开关电路的占空比。本发明还提供了用于功率转换器的控制方法。

Description

功率转换器及功率转换方法
技术领域
本发明涉及功率转换器及功率转换方法,尤其涉及用于开关电源的占空比控制***及控制方法。
背景技术
由于各种应用具有不同的供电需求,因此在电子技术领域广泛地使用功率转换器来提供所需电压/电流,例如开关电源。开关电源通过控制功率转换电路输入侧的开关电路的导通和关断(以及占空比)来在功率转换电路输出侧维持稳定的电压或电流输出。此类功率转换电路例如可以使用变压器实现,其将原边接收的输入电压转换成副边的输出电压和电流。
在一方面,希望提高此类功率转换器的效率,例如输出功率与输入功率之比。另一方面,希望此类功率转换器有较高的功率密度,例如功率转换器的输出功率与其体积之比。再一方面,希望功率转换器具有良好的线路调节率和/或负载调节率。线路调节率(Line Regulation)又称为输入电压调整率,是指输入电压在全输入范围内变化时输出电压偏离输出额定电压的百分比。负载调节率(Load Regulation)是指当输入电压不变,负载从零变化到额定值时输出电压的变化。
在现有技术中,某些功率转换器具有固定输出电压,其可具有相对良好的线路调节率和负载调节率,但由于开关电路的占空比可能需要根据输入电压的变化而在大范围内调节以维持固定输出电压,因此电路设计复杂并且因此可能无法满足高效率和高功率密度的需求。某些功率转换器对开关电路使用固定占空比,例如接近50%的占空比。此类开关电源在副边可采用自驱动同步整流器,从而其输出电感可以设计得非常小,能够达成较高效率和较高功率密度。然而,在使用固定占空比的情况下,输出电压随输入电压的变化而变化,可能导致较差的线路调节率和/或负载调节率。
本发明提出了针对以上某个问题或某些问题的解决方案。
发明内容
针对以上问题,本发明提供的功率转换器可以在较窄变化范围内调节占空比,以提供良好的负载调节率、较高的效率、和/或高功率密度。
在一个实施例中,一种功率转换器可包括:开关电路;功率转换电路,用于经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压;输入电压感测电路,用于检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号;以及PWM控制器,用于至少部分地基于由输入电压感测电路所提供的输入电压感测信号来调整开关电路的占空比。
在一个实施例中,当输入电压感测信号指示输入电压变化时,该PWM控制器在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率。
在另一个实施例中,该功率转换器还可包括:输出感测电路,用于检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号,其中该PWM控制器至少部分地基于输入电压感测信号以及输出电压感测信号来调整开关电路的占空比。进一步,该功率转换器还可包括:参考电压模块,用于根据由输入电压感测电路所提供的输入电压感测信号来产生参考电压,从而参考电压与输入电压成比例;以及第一运算放大器,用于根据输出电压感测信号与参考电压之差产生第一比较信号以提供给该PWM控制器作为反馈信号,其中该PWM控制器根据该反馈信号在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压保持在与参考电压成比例的电平上。在一个实施例中,该输出感测电路进一步检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号,该功率转换器还可包括:第二运算放大器,用于根据输出电流感测信号与第一比较信号之差产生第二比较信号以提供给该PWM控制器作为该反馈信号。
该功率转换器可以是隔离型功率转换器,并且可包括隔离器以在功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号。
本发明还提供了一种用于功率转换器的控制方法,可包括:经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压;检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号;以及至少部分地基于输入电压感测信号来调整开关电路的占空比。
在一个实施例中,该方法还可包括:当输入电压感测信号指示输入电压变化时,在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率。
在另一个实施例中,该方法还可包括:检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号;以及至少部分地基于输入电压感测信号以及输出电压感测信号来调整开关电路的占空比。该方法还可包括:根据输入电压感测信号来产生参考电压,从而参考电压与输入电压成比例;根据输出电压感测信号与参考电压之差产生第一比较信号作为反馈信号;以及根据反馈信号在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压保持在与参考电压成比例的电平上。此外,该方法还可包括:检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号;以及根据输出电流感测信号与第一比较信号之差产生第二比较信号作为该反馈信号。
该功率转换器可以是隔离型功率转换器,并且该方法还可包括:在该功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号。
本发明还提供了一种功率转换器,可包括:用于经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压的装置;用于检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号的装置;以及用于至少部分地基于输入电压感测信号来调整开关电路的占空比的装置。
在一个实施例中,该功率转换器还可包括:用于当输入电压感测信号指示输入电压变化时,在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率的装置。
在另一个实施例中,该功率转换器还可包括:用于检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号的装置;以及用于至少部分地基于输入电压感测信号以及输出电压感测信号来调整开关电路的占空比的装置。此外,该功率转换器还可包括:用于根据输入电压感测信号来产生参考电压,从而参考电压与输入电压成比例的装置;用于根据输出电压感测信号与参考电压之差产生第一比较信号作为反馈信号的装置;以及用于根据该反馈信号在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压保持在与参考电压成比例的电平上的装置。此外,该功率转换器还可包括:用于检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号的装置;以及用于根据输出电流感测信号与第一比较信号之差产生第二比较信号作为该反馈信号的装置。
该功率转换器可以是隔离型功率转换器并且还可包括用于在功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号的装置。
在一个实施例中,当输入电压变化时,输出电压随输入电压的变化而相应地变化;当输入电压不变时,该PWM控制器在预设范围内调整开关电路的占空比,使得输出电压保持不变。
附图说明
图1示出根据本发明一个实施例的功率转换器的简化框图;
图2示出根据本发明一个实施例的对应于图1的一种示例性功率转换器的示意图;
图3示出根据本发明另一个实施例的功率转换器的简化框图;
图4示出根据本发明一个实施例的对应于图3的一种示例性功率转换器的示意图;
图5示出根据本发明一个实施例的对应于图3的另一种示例性功率转换器的示意图;
图6示出根据本发明一个实施例的对应于图5的示例性功率转换器的信号模型图;以及
图7A和7B示出根据本发明一个实施例的示意性波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明,但是本领域技术人员将明白,以下描述和附图仅是示例性的,而不应限制本发明的保护范围。附图中具有相同或相似附图标记的部件可类似地操作。附图所示的具体结构仅是可能示例,本领域技术人员可在本发明的范围内按需进行修改而不脱离本发明的精神实质和范围。
图1示出根据本发明一个实施例的功率转换器100的简化框图。功率转换器100例如可以是DC/DC转换器。功率转换器100可包括开关电路110、功率转换电路120、Vin(输入电压)感测电路130以及PWM(脉冲宽度调整)控制器140。功率转换电路120经由开关电路110接收输入电压Vin并将其转换成所需的输出电压Vout(和/或输出电流Iout),其中PWM控制器140产生PWM信号来控制开关电路110的导通和关断,开关电路110的导通时间比例(即,占空比)将影响输出电压Vout(和/或输出电流Iout)的大小。如在背景技术中提到的,在占空比不变的情况下,输出电压Vout将随着输入电压Vin的变化而线性地变化,如果输入电压Vin变化范围较大,则可能导致输出电压Vout不稳定;另一方面,在通过调节占空比来维持固定输出电压Vout的情况下,由于占空比可能需要根据输入电压Vin的变化而在大范围内变化,因此可能导致较低的功率转换效率和功率密度。
在根据本发明的一个实施例中,Vin感测电路130检测输入电压Vin并相应地生成输入电压感测信号Vi。例如,输入电压感测信号Vi可以是输入电压Vin的分压信号或以其他方式提供关于输入电压Vin的信息。PWM控制器140可至少部分地基于Vin感测电路130所提供的输入电压感测信号Vi来在预设范围内调整开关电路110的占空比,以缓解由于输入电压Vin变化导致的输出电压Vout不稳定。例如,当Vin感测电路130检测到输入电压Vin增大时,PWM控制器140减小开关电路110的占空比,使得输出电压Vout随输入电压Vin增大而较慢地增大。类似地,当Vin感测电路130检测到输入电压Vin减小时,PWM控制器140增大开关电路110的占空比,使得输出电压Vout随输入电压Vin减小而较慢地减小。由此可见,通过在预设范围内调整占空比,使输出电压Vout的变化率低于输入电压Vin的变化率,提高了输出电压Vout的稳定性。
图2示出根据本发明一个实施例的对应于图1的一种示例性功率转换器200的示意图。该功率转换器200可具有5个输入/输出端口(1)~(5)。如图所示,输入电压Vin经滤波电路(例如,可包括电感器L1和电容器C1、C2)滤波之后输入开关电路110。开关电路110进一步耦合至功率转换电路120(例如,表示为变压器T1)的原边T1-a。在图2中,开关电路110由开关管Q1表示,但在实践中可包括由一个或更多个开关管构成的开关电路。PWM控制器140可由辅助电源模块供电,并根据Vin感测电路130的输出来控制开关电路110的导通和关断,使得输入电压Vin能选择性地输入至变压器T1的原边绕组T1-a,并在变压器T1的副边绕组T1-b上产生输出。该输出通过副边开关电路(例如,表示为开关管Qm,其可包括一个或更多个开关管)和输出滤波器(例如,可包括电感器L2和电容器C3、C4),从而在输出端产生输出电压Vout和输出电流Iout。PWM控制器140还可以接收其它输入(例如,远程开/关控制),以控制开关电路110的导通和关断。副边开关电路Qm可由PWM控制器140控制,也可由其他控制信号(例如变压器T1的辅助绕组上的电压,未示出)进行控制。各个开关管可以使用本领域已知的各种技术来实现,例如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等。
在如图2所示的本发明一个实施例中,PWM控制器140可至少部分地基于Vin感测电路130所提供的输入电压感测信号Vi来在预设范围内调整开关电路110的占空比,使得输出电压Vout的变化率小于输入电压Vin的变化率,从而改善线路调节率和功率转换效率。
图3示出根据本发明另一个实施例的功率转换器300的简化框图。图3所示功率转换器300类似于图1所示功率转换器100,包括开关电路310、功率转换电路320、Vin感测电路330以及PWM控制器340。功率转换器300还包括输出感测电路350,用于检测输出电压Vout(和/或输出电流Iout)并相应地生成输出电压感测信号Vo(和/或输出电流感测信号Io)。例如,输出电压感测信号Vo可以是输出电压Vout的分压信号或以其他方式提供关于输出电压Vout的信息。输出电流感测信号Io可等于输出电流Iout或以其他方式提供关于输出电流Iout的信息。PWM控制器340可至少部分地基于由Vin感测电路330提供的输入电压感测信号Vi以及由输出感测电路350所提供的输出电压感测信号Vo和/或输出电流感测信号Io来控制开关电路310的占空比。出于简洁化,图3所示功率转换器300与图1所示功率转换器100类似的结构和操作不再赘述。在图3所示的功率转换器300中,输出感测电路350提供了闭环反馈控制,使得PWM控制器340可至少部分地基于输入电压Vin和输出电压Vout(和/或输出电流Iout)来自适应地调整开关电路310的占空比。
图4示出根据本发明一个实施例的对应于图3的一种示例性功率转换器400的示意图。图4所示功率转换器400与图2类似的结构和操作不再赘述。如图所示,输入电压Vin经滤波电路滤波之后,在开关电路310的控制下输入至变压器T1的原边绕组T1-a,从而在其副边绕组T1-b上产生输出,并经由副边开关电路和输出滤波器来提供输出电压Vout和输出电流Iout。功率转换器400可包括驱动器452,用于根据PWM控制器340产生的控制信号来驱动原边开关电路310的导通和关断;以及驱动器454,用于根据PWM控制器340产生的控制信号来驱动副边开关管Qm等的导通和关断。副边开关管Qm也可由其他控制信号(例如变压器T1的辅助绕组上的电压,未示出)进行控制,从而无需驱动器454。
在一个实施例中,功率转换器400可以是隔离型功率转换器,其中PWM控制器340可位于该功率转换器400的输入侧(原边)或输出侧(副边),并且一侧的信号可隔离地(例如,经由变压器、光电耦合等)传输至另一侧。图4示意性地示出PWM控制器340位于功率转换器400的原边。应当理解,PWM控制器340可位于功率转换器400的副边并且类似地工作。为了良好地隔离变压器T1的原边和副边,功率转换器400可包括隔离器456,用于将PWM控制器340在原边产生的控制信号隔离地传输至功率转换器400的副边。隔离器456可通过本领域已知的任何隔离电路来实现,例如变压器、光电耦合器等。
如上所述,功率转换器400还可包括输出感测电路350(未示出,参见图3),用于检测输出电压Vout并相应地生成输出电压感测信号Vo。功率转换器400还可包括运算放大器458,用于根据输出电压感测信号Vo与参考电压Vref之差产生比较信号以提供给PWM控制器340作为反馈信号,从而控制开关电路310的占空比,使得输出电压Vout保持在与Vref成比例的电平上。例如,当输出电压感测信号Vo高于参考电压Vref时,该反馈信号使PWM控制器340减小占空比,从而使输出电压Vout下降;当输出电压感测信号Vo低于参考电压Vref时,该反馈信号使PWM控制器340增大占空比,从而使输出电压Vout上升。
在根据本发明的一个实施例中,参考电压模块457可根据由Vin感测电路330提供的输入电压感测信号Vi来产生参考电压Vref。例如,参考电压Vref可以与输入电压感测信号Vi成比例,并因此与输入电压Vin成比例。在如图4所示的隔离***中,Vin感测电路330可经由隔离传输机制(诸如变压器、光电耦合器等)向副边提供参考电压Vref。在各种实现中也可以通过任何其他方式根据输入电压Vin来提供参考电压Vref。以此方式,参考电压Vref随输入电压Vin变化而变化。当输入电压Vin变化时,由于参考电压Vref同步变化,输出电压Vout也基于参考电压Vref而相应地变化,运算放大器458提供的反馈信号不会导致PWM控制器340调整占空比,即维持了占空比不变。
例如,对于使用匝数比4:1的硬切换全桥变压器,在占空比为45%的情况下,
若Vin=36V,Vref=1V,则Vout=36/4*2*45%=8.1V;
若Vin=48V,Vref=1.333V,则Vout=8.1*1.333=10.8V;
若Vin=60V,Vref=1.667V,则Vout=8.1*1.667=13.5V。
在另一方面,如果输入电压Vin不变,输出电压Vout因其它因素而发生变化时,由于参考电压Vref没有变化,运算放大器458提供的反馈信号将导致PWM控制器340调整占空比,使得输出电压Vout保持在与Vref成比例的电平上。例如,负载增加可能导致输出电压Vout下降,运算放大器458提供的反馈信号可使PWM控制器340增大占空比以维持输出电压Vout不变。作为非限定性示例,若Vin=48V,从无负载变为满负载时潜在可能引起Vout下降,通过调节占空比(例如,增大占空比)可以保持Vout=10.8V。
图5示出根据本发明一个实施例的对应于图3的另一种示例性功率转换器500的示意图,其中PWM控制器340根据输入电压Vin、输出电压Vout和输出电流Iout来调节开关电路310的占空比。图5所示功率转换器500与图4类似的结构和操作不再赘述。图5示意性地示出PWM控制器340位于功率转换器500的副边。应当理解,PWM控制器340可位于功率转换器500的原边并且类似地工作。如图所示,第一运算放大器458根据输出电压感测信号Vo与参考电压Vref之差提供第一比较信号;第二运算放大器560根据输出电流感测信号Io与第一比较信号之差产生第二比较信号以提供给PWM控制器340作为反馈信号,从而控制开关电路310的占空比。本领域技术人员可以明白,此类功率转换器500可具有过流保护(OCP)机制,使得PWM控制器340在输出电流过大时关断开关电路310。如参照图4描述的,参考电压Vref可随输入电压Vin变化而变化,因此当输出电压Vout因输入电压Vin的变化而变化时,在功率转换器500具有过流保护(OCP)机制的情况下,PWM稳定地调整占空比。
如果输入电压Vin不变,输出电流Iout由于负载等因素而变化时,运算放大器560提供的反馈信号将导致PWM控制器340调整占空比,使得输出电压Vout保持在与Vref成比例的电平上。例如,在负载增大时,输出电流Iout减小,运算放大器560提供的反馈信号使PWM控制器340增大占空比,从而保持输出电压Vout不变。类似地,可在较窄范围内调整开关电路310的占空比,从而在保持良好的负载调节率的同时具有较高的效率。
图6示出了根据本发明一个实施例的如图5的示例性功率转换器500的信号模型图。如上所述,根据输入电压Vin来控制参考电压Vref,例如Vref=K1·Vin,其中K1是可由本领域技术人员按需设置的比例因子。第一运算放大器458计算检测到的输出电压感测信号Vo(例如,等于K2·Vout,其中K2例如是可按需设置的比例因子)与参考电压Vref之差并对其进行放大(例如,通过比例积分微分(PID)来乘以系数Gv)以产生第一比较信号。第二运算放大器560计算检测到的输出电流感测信号Io(例如,等于K3·Iout,其中K3例如是可按需设置的比例因子)与第一比较信号之差并对其进行放大(例如,通过PID来乘以系数Gi)以产生第二比较信号作为反馈信号。PWM控制器340处理该反馈信号(例如,乘以比例因子Gm)来控制开关电路310的占空比。参数G2是功率回路(例如,功率转换电路320)的等效跨导值,以及G1是副边输出电路的等效跨导值。因此,功率转换器500的跨导可等效于:
G = K 1 · Gv · Gi · Gm · G 2 · G 1 1 + K 2 · Gv · Gi · Gm · G 2 · G 1 + K 3 · Gi · Gm · G 2
从图6可以看出,功率转换器500具有两个控制环路,即由第一运算放大器458实现的外环控制和由第二运算放大器560实现的内环控制。外环控制可以在输入电压Vin变化时保持占空比不变,内环控制可以在输出电流Iout变化时调节占空比,从而提供较高的效率和良好的负载调节率。
图7A和7B示出根据本发明一个实施例的示意性波形图,例如对应于图3至图6的功率转换器。如图7A中所示,根据输入电压Vin来调整参考电压Vref的值,输出电压Vout将随着输入电压Vin的变化而成比例地变化,占空比不变,确保了较高的效率。如图7B中所示,在输入电压Vin不变时,随着负载变化(输出电流Iout变化),通过在较窄范围内调节占空比可以保持Vout不变,从而可以提供良好的负载调节率。
如上所述,根据本发明的功率转换器可以在较窄变化范围内调节占空比,以提供良好的负载调节率。与全范围调整占空比的DC/DC转换器相比,本发明的功率转换器可以提供更高的效率。同时,由于占空比调节范围较窄,本发明的功率转换器的电路结构简单,还可以优化输出电感器的设计以获得更好的DCR(电感器内阻),使用较低的电感和较小的尺寸,从而能够实现高功率密度。
结合本文中所公开的方面描述的操作可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。例如,本文描述的PWM控制器可用微处理器实现,其可被编程为根据输入电压、输出电压(和/或输出电流)产生PWM信号以控制开关电路的占空比。
应该理解的是,上述实施例只是对本发明的示例性说明,而不是对本发明的限制,本文中示出的各种电路结构和信号电平是示例性的,在具体实践中可以根据需要进行修改。任何不超出本发明实质精神范围的应用,包括隔离***、非隔离***、恒流***、恒压***、中间总线转换器、升压转换器、降压转换器等,以及对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换、各种信号电平的其它变型、以及其他非实质性的替换或修改等,均落入本发明保护范围之内。

Claims (21)

1.一种功率转换器,包括:
开关电路;
功率转换电路,用于经由所述开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压;
输入电压感测电路,用于检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号;以及
PWM控制器,用于至少部分地基于由所述输入电压感测电路所提供的输入电压感测信号来调整所述开关电路的占空比。
2.如权利要求1所述的功率转换器,其特征在于,当所述输入电压感测信号指示输入电压变化时,所述PWM控制器在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率。
3.如权利要求1所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
输出感测电路,用于检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号,
其中所述PWM控制器至少部分地基于所述输入电压感测信号以及所述输出电压感测信号来调整所述开关电路的占空比。
4.如权利要求3所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
参考电压模块,用于根据由所述输入电压感测电路所提供的输入电压感测信号来产生参考电压,从而所述参考电压与输入电压成比例;以及
第一运算放大器,用于根据所述输出电压感测信号与所述参考电压之差产生第一比较信号以提供给所述PWM控制器作为反馈信号,
其中所述PWM控制器根据所述反馈信号在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持在与所述参考电压成比例的电平上。
5.如权利要求4所述的功率转换器,其特征在于,所述输出感测电路进一步检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号,所述功率转换器还包括:
第二运算放大器,用于根据所述输出电流感测信号与所述第一比较信号之差产生第二比较信号以提供给所述PWM控制器作为所述反馈信号。
6.如权利要求3至5中任一项所述的功率转换器,其特征在于,
当输入电压变化时,所述输出电压随输入电压的变化而相应地变化;
当输入电压不变时,所述PWM控制器在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持不变。
7.如权利要求1至5中任一项所述的功率转换器,其特征在于,所述功率转换器是隔离型功率转换器,并且包括隔离器以在所述功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号。
8.一种用于功率转换器的控制方法,包括:
经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压;
检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号;以及
至少部分地基于所述输入电压感测信号来调整所述开关电路的占空比。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括:
当所述输入电压感测信号指示输入电压变化时,在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括:
检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号;以及
至少部分地基于所述输入电压感测信号以及所述输出电压感测信号来调整所述开关电路的占空比。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,还包括:
根据所述输入电压感测信号来产生参考电压,从而所述参考电压与输入电压成比例;
根据所述输出电压感测信号与所述参考电压之差产生第一比较信号作为反馈信号;以及
根据所述反馈信号在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持在与所述参考电压成比例的电平上。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:
检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号;以及
根据所述输出电流感测信号与所述第一比较信号之差产生第二比较信号作为所述反馈信号。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法,其特征在于,
当输入电压变化时,所述输出电压随输入电压的变化而相应地变化;
当输入电压不变时,在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持不变。
14.如权利要求8至12中任一项所述的方法,其特征在于,所述功率转换器是隔离型功率转换器,所述方法还包括:
在所述功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号。
15.一种功率转换器,包括:
用于经由开关电路接收输入电压并将其转换成输出电压的装置;
用于检测输入电压并相应地生成输入电压感测信号的装置;以及
用于至少部分地基于所述输入电压感测信号来调整所述开关电路的占空比的装置。
16.如权利要求15所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
用于当所述输入电压感测信号指示输入电压变化时,在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得输出电压的变化率小于输入电压的变化率的装置。
17.如权利要求15所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
用于检测输出电压并相应地生成输出电压感测信号的装置;以及
用于至少部分地基于所述输入电压感测信号以及所述输出电压感测信号来调整所述开关电路的占空比的装置。
18.如权利要求17所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
用于根据所述输入电压感测信号来产生参考电压,从而所述参考电压与输入电压成比例的装置;
用于根据所述输出电压感测信号与所述参考电压之差产生第一比较信号作为反馈信号的装置;以及
用于根据所述反馈信号在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持在与所述参考电压成比例的电平上的装置。
19.如权利要求18所述的功率转换器,其特征在于,还包括:
用于检测输出电流并相应地生成输出电流感测信号的装置;以及
用于根据所述输出电流感测信号与所述第一比较信号之差产生第二比较信号作为所述反馈信号的装置。
20.如权利要求17至19中任一项所述的功率转换器,其特征在于,
当输入电压变化时,所述输出电压随输入电压的变化而相应地变化;
当输入电压不变时,在预设范围内调整所述开关电路的占空比,使得所述输出电压保持不变。
21.如权利要求15至19中任一项所述的功率转换器,其特征在于,所述功率转换器是隔离型功率转换器,所述功率转换器还包括:
用于在所述功率转换器的原边和副边之间隔离地传递信号的装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105322775A (zh) * 2014-06-23 2016-02-10 英飞凌科技奥地利有限公司 用于常通开关模式电源的***和方法
CN105337493A (zh) * 2014-06-13 2016-02-17 株式会社村田制作所 功率转换***及功率转换方法
CN106059310A (zh) * 2016-06-29 2016-10-26 中国北方车辆研究所 一种用于高压超级电容的电源变换装置降功率输出电路
CN110350795A (zh) * 2019-06-24 2019-10-18 深圳市瀚强科技股份有限公司 一种控制电路
WO2022094830A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-12 Astec International Limited Control circuits and methods for regulating output voltages

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6374261B2 (ja) * 2014-08-01 2018-08-15 ローム株式会社 絶縁同期整流型dc/dcコンバータおよびその同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
JP6554325B2 (ja) 2014-08-01 2019-07-31 ローム株式会社 絶縁同期整流型dc/dcコンバータおよびそのフィードバック回路、その同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
TWI527497B (zh) * 2014-08-13 2016-03-21 wen-qin Xiao Light - emitting diode drive system and control module
JP6047531B2 (ja) * 2014-09-10 2016-12-21 株式会社デンソー 電源装置
US9602001B1 (en) * 2015-11-06 2017-03-21 National Cheng Kung University Buck converter with a variable-gain feedback circuit for transient responses optimization
US10404061B2 (en) * 2016-07-20 2019-09-03 Cal Poly Corporation Multiple input single output DC-DC converter with equal load sharing on the multiple inputs
US10020752B1 (en) * 2017-09-26 2018-07-10 Vlt, Inc. Adaptive control of resonant power converters

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030090237A1 (en) * 2001-11-05 2003-05-15 Krishna Shenai Monolithic battery charging device
CN2822024Y (zh) * 2005-08-24 2006-09-27 上海新华电子设备有限公司 具有低电压调整率和负载调整率的dc/dc电源模块
US20100052627A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Dc/dc converter
CN101755382A (zh) * 2007-11-30 2010-06-23 科索株式会社 开关电源装置及其驱动方法

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437146A (en) * 1982-08-09 1984-03-13 Pacific Electro Dynamics, Inc. Boost power supply having power factor correction circuit
US5903138A (en) * 1995-03-30 1999-05-11 Micro Linear Corporation Two-stage switching regulator having low power modes responsive to load power consumption
US5804950A (en) * 1996-06-20 1998-09-08 Micro Linear Corporation Input current modulation for power factor correction
US5870294A (en) * 1997-09-26 1999-02-09 Northern Telecom Limited Soft switched PWM AC to DC converter with gate array logic control
JP2000308358A (ja) * 1999-04-22 2000-11-02 Taiyo Yuden Co Ltd 圧電トランスの駆動方法及びその装置
DE10050761A1 (de) * 2000-10-13 2002-05-16 Infineon Technologies Ag Spannungsregelungsschaltung, insbelondere für Halbleiterspeicher
SE0201432D0 (sv) * 2002-04-29 2002-05-13 Emerson Energy Systems Ab A Power supply system and apparatus
US6871289B2 (en) * 2003-07-08 2005-03-22 Arques Technology Slew rate limited reference for a buck converter
US7095638B2 (en) * 2003-09-03 2006-08-22 Tyco Electronics Power Systems, Inc. Controller for complementary switches of a power converter and method of operation thereof
JP3994953B2 (ja) * 2003-09-30 2007-10-24 サンケン電気株式会社 力率改善回路
US7782002B2 (en) * 2004-09-08 2010-08-24 Progressive Dynamics, Inc. Power converter
US7613017B1 (en) * 2004-10-04 2009-11-03 Lockheed Martin Corporation Gated pulse power converter systems and methods
US7515444B2 (en) * 2005-11-01 2009-04-07 Schumacher Electric Corporation Converter with selective current mode and voltage mode controlled switching
EP1837983A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-26 STMicroelectronics S.r.l. Switching voltage regulator control device
US7633782B1 (en) * 2006-11-21 2009-12-15 Edward Herbert 100% duty-cycle buck-derived and 0% duty-cycle boost-derived power factor corrected (PFC) 3-phase Ac-Dc power converters
US20080137379A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-12 Hong Mao Pulse width modulation for synchronous rectifiers in DC-DC converters
US7755341B2 (en) 2007-07-05 2010-07-13 Intersil Americas Inc. Steady state frequency control of variable frequency switching regulators
JP4947147B2 (ja) * 2007-07-18 2012-06-06 株式会社村田製作所 絶縁型dc−dcコンバータ
JP5151332B2 (ja) * 2007-09-11 2013-02-27 株式会社リコー 同期整流型スイッチングレギュレータ
JP5303910B2 (ja) * 2007-11-20 2013-10-02 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
US7636249B2 (en) * 2008-03-13 2009-12-22 Infineon Technologies Austria Ag Rectifier circuit
US8686698B2 (en) * 2008-04-16 2014-04-01 Enpirion, Inc. Power converter with controller operable in selected modes of operation
US8212541B2 (en) * 2008-05-08 2012-07-03 Massachusetts Institute Of Technology Power converter with capacitive energy transfer and fast dynamic response
US8344638B2 (en) * 2008-07-29 2013-01-01 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, system and method for cascaded power conversion
US8193790B2 (en) * 2008-08-08 2012-06-05 Astec International Limited Switching power converter and controller
DE102008044662A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 Aptronic Ag Schaltnetzteil mit selbst optimierendem Wirkungsgrad
WO2010059912A1 (en) 2008-11-21 2010-05-27 Maxim Integrated Products, Inc. Methods and systems for component value estimation in power supplies/converters
US8553431B2 (en) * 2009-02-03 2013-10-08 Iwatt Inc. Switching power converter with load impedance detection
US8018743B2 (en) * 2009-03-05 2011-09-13 Iwatt Inc. Adaptive control for transition between multiple modulation modes in a switching power converter
US8514593B2 (en) * 2009-06-17 2013-08-20 Power Systems Technologies, Ltd. Power converter employing a variable switching frequency and a magnetic device with a non-uniform gap
EP2449663B1 (en) * 2009-07-01 2013-08-28 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Power supply with dynamic input current suppression
US20110011842A1 (en) * 2009-07-19 2011-01-20 Thomas Jose P Method and apparatus for receiving a universal 3 phase input voltage in a welding power source
TWI434494B (zh) * 2009-10-12 2014-04-11 Richtek Technology Corp 具適應性電壓位置控制之電源轉換器控制電路及其控制方法
JP5446770B2 (ja) * 2009-11-20 2014-03-19 株式会社リコー 電圧検出回路
TWI413338B (zh) * 2010-05-21 2013-10-21 Beyond Innovation Tech Co Ltd 充電裝置
CN102299626A (zh) * 2010-06-24 2011-12-28 飞思卡尔半导体公司 用于直流至直流变换的方法和装置
JP5678344B2 (ja) * 2010-07-13 2015-03-04 ミネベア株式会社 スイッチング電源装置の制御方法
CN102340251B (zh) 2010-07-20 2014-06-04 台达电子工业股份有限公司 交流-直流转换器及其控制电路
US9263967B2 (en) * 2010-07-22 2016-02-16 Earl W. McCune AC/DC power conversion methods and apparatus
US8536850B2 (en) * 2010-09-13 2013-09-17 Immense Advance Technology Corp. High side controller capable of sensing input voltage and ouput voltage of a power conversion circuit
US9520772B2 (en) * 2010-11-09 2016-12-13 Tdk-Lambda Corporation Multi-level voltage regulator system
WO2012101698A1 (ja) * 2011-01-25 2012-08-02 パナソニック株式会社 スイッチング電源装置
EP2681833B1 (en) * 2011-03-03 2018-08-22 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Controlling a switched mode power supply with maximised power efficiency
US8503205B2 (en) * 2011-05-27 2013-08-06 Infineon Technologies Ag AC/DC converter with a PFC and a DC/DC converter
JP2012253953A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Mitsumi Electric Co Ltd 昇圧型dc−dcコンバータ
US20130082611A1 (en) * 2011-08-29 2013-04-04 Texas Instruments Incorporated Feed forward controlled voltage to current source for led driver
US9602018B2 (en) * 2012-03-20 2017-03-21 Infineon Technologies Austria Ag Power converter with reduced power consumption in standby mode
CN104335469B (zh) * 2012-06-08 2017-06-13 瑞典爱立信有限公司 以最大化功率效率来控制开关模式电源
US9190900B2 (en) * 2012-10-15 2015-11-17 Infineon Technologies Ag Active power factor corrector circuit
TWI502865B (zh) * 2013-07-05 2015-10-01 Richtek Technology Corp Soft start switching power converter means
US9362832B2 (en) * 2014-02-25 2016-06-07 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Intermediate bus architecture power supply

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030090237A1 (en) * 2001-11-05 2003-05-15 Krishna Shenai Monolithic battery charging device
CN2822024Y (zh) * 2005-08-24 2006-09-27 上海新华电子设备有限公司 具有低电压调整率和负载调整率的dc/dc电源模块
CN101755382A (zh) * 2007-11-30 2010-06-23 科索株式会社 开关电源装置及其驱动方法
US20100052627A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Dc/dc converter

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105337493A (zh) * 2014-06-13 2016-02-17 株式会社村田制作所 功率转换***及功率转换方法
CN105322775A (zh) * 2014-06-23 2016-02-10 英飞凌科技奥地利有限公司 用于常通开关模式电源的***和方法
US9887619B2 (en) 2014-06-23 2018-02-06 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a normally-on switched mode power supply
CN106059310A (zh) * 2016-06-29 2016-10-26 中国北方车辆研究所 一种用于高压超级电容的电源变换装置降功率输出电路
CN106059310B (zh) * 2016-06-29 2020-10-20 中国北方车辆研究所 一种用于高压超级电容的电源变换装置降功率输出电路
CN110350795A (zh) * 2019-06-24 2019-10-18 深圳市瀚强科技股份有限公司 一种控制电路
WO2022094830A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-12 Astec International Limited Control circuits and methods for regulating output voltages
US11923779B2 (en) 2020-11-05 2024-03-05 Astec International Limited Control circuits and methods for regulating output voltages

Also Published As

Publication number Publication date
US9667161B2 (en) 2017-05-30
TWI543512B (zh) 2016-07-21
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