CN105375765A - 用于具有过渡区域调节的电源的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节从功率转换器的输入到该功率转换器的输出的能量流动的方法，包括接收代表输出电压的第一信号，和接收代表该功率转换器的电流的第二信号。响应于该第一信号和该第二信号中的至少一个确定该功率转换器的输出电流。该功率转换器的功率开关被切换以对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值，以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值，以及以将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。

Description

用于具有过渡区域调节的电源的控制器
技术领域
本发明总体涉及电子电路，且更具体地，本发明涉及开关模式电源。
背景技术
开关模式电源的一般应用是电池充电器。通常控制电池充电器的输出功率以提供经调节的输出电压和经调节的输出电流。在一个输出电流范围上在最大电压和最小电压之间调节输出电压。在一个输出电压范围上在最大电流和最小电流之间调节输出电流。反馈信号被用来调节开关模式电源的输出，使得输出电压和输出电流停留在规定限制内。
开关模式电源通常具有故障保护特征，该故障保护特征在缺少反馈信号时防止过多的输出电压和/或过多的输出电流。在不具有此故障保护特征的情况下，反馈信号的丢失可导致输出电压和/或输出电流变得足够高以至于损坏输出负载(该负载可以是电池)和/或开关模式电源。在具有此故障保护特征的情况下，缺少反馈信号通常导致开关模式电源运行在自动重新开始循环下，以至于明显减小平均输出电压和/或输出电流，直到反馈信号恢复。
持续努力地从输出取得比电池充电器能够提供的功率更大的功率会防止电源既调节输出电压又调节输出电流。电池充电器的控制电路通常将在不止一个阈值时间内失去调节解释为缺少触发故障保护特征的反馈信号。
调节输出电流的低成本电路通常具有宽松的容差。使用这样的电路的电池充电器必须保证容差范围的一端处的最大输出电流的低值，并且这些电池充电器必须保证在容差范围的另一端处不大于最大输出电流的高值。需要考虑其它参数中的额外容差会导致该设计能够比必需的功率高得多。无法递送负载所需要的所有功率将导致电源失去调节并且进入自保护模式。较高的功率容量通常需要较大的磁性部件或较大的功率开关，这增加了电源的成本。
电池充电器通常展现出经调节的输出电压和经调节的输出电流之间的急剧过渡。换言之，在笛卡尔坐标中绘制的输出电压和输出电流的轨迹通常在对应于最大输出功率的点的过渡点处具有近似90度的锐利拐角。
设计在经调节的输出电压和经调节的输出电流之间具有锐利过渡的电池充电器的典型实践可以使得产品的成本比满足要求所必需的成本高。从经调节的输出电压到经调节的输出电流的受控的经调节的过渡可以允许使用更低成本的部件。
发明内容
本发明提供一种用于调节从功率转换器的输入到该功率转换器的输出的能量流动的方法，包括：
接收代表该功率转换器的输出电压的第一信号；
接收代表该功率转换器的电流的第二信号；
响应于该第一信号和该第二信号中的至少一个确定该功率转换器的输出电流；
切换该功率转换器的功率开关以对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值；
切换该功率转换器的功率开关以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值；以及
切换该功率转换器的功率开关以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
优选地，其中接收代表该功率转换器的电流的第二信号包括测量该功率转换器的功率开关的开关电流。
优选地，所述方法还包括响应于该功率转换器的输出电流调整该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值。
优选地，其中该功率转换器是反激转换器(flybackconverter)。
优选地，所述方法还包括响应于一个调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压。
优选地，其中响应于该调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压包括在该功率转换器的一个控制器的一个端子处接收该调整信号。
优选地，其中响应于该调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压包括在耦合到该功率转换器的输出的一个或多个端子处接收该调整信号。
优选地，其中由该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压限定的总输出电压范围是大体上恒定的。
优选地，所述方法还包括响应于温度针对该第二范围的功率转换器输出电压调整该大体上恒定的功率值。
优选地，其中该第一信号是从该功率转换器的一个输入侧上的一个感测绕组接收的。
本发明还提供一种在功率转换器中使用的调节器电路，包括：
一个电压调节电路，被耦合以接收代表在该功率转换器的输出处的输出电压的第一信号，其中该电压调节电路被耦合以响应于该第一信号生成第三调节信号；
一个电流调节电路，被耦合以接收代表该功率转换器的电流的第二信号，其中该电流调节电路被耦合以响应于该第二信号确定该功率转换器的输出电流，并且响应于该第二信号生成第一调节信号；
一个过渡区域调节电路，被耦合以接收该第一信号和该第二信号，其中该电流调节电路被耦合以响应于该第一信号和该第二信号生成第三调节信号；以及
一个控制器，被耦合以响应于该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号接收一个反馈信号，其中该控制器被耦合以响应于该反馈信号生成一个驱动信号以控制该功率转换器的一个功率开关的切换，从而对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值，其中该功率开关的切换还被耦合以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值，并且其中功率开关的切换(switching)还被耦合以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
优选地，所述调节器电路还包括一个组合器电路，该组合器电路被耦合以接收该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号，从而响应于该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号生成该反馈信号输出。
优选地，其中该组合器电路是求和电路。
优选地，其中该电流调节电路被耦合以测量该功率转换器的该功率开关的开关电流。
优选地，其中该功率转换器是反激转换器。
优选地，其中该第一信号和该第二信号是在该功率转换器的一个输入侧上生成的。
本发明还提供一种用于在功率转换器中使用的调节器电路，包括：
一个功率开关；以及
一个控制器，被耦合至该功率开关，并且被耦合以接收代表该功率转换器的输出电压的第一信号和代表该功率转换器的电流的第二信号，其中该调节器电路被耦合以响应于至少该第一信号和该第二信号确定该功率转换器的输出电压和输出电流，其中该控制器被耦合以控制该功率开关的切换，从而对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值，其中该功率开关的切换还被耦合以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值，并且其中该功率开关的切换还被耦合以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
优选地，其中该第一信号和该第二信号是在该功率转换器的初级侧上生成的。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施方案，其中在所有多个视图中相同的参考数字指示相同的部分，除非另有指定。
图1示出可以根据本发明的教导运行的电源的输出电压的边界和输出电流的边界。
图2示出根据本发明的教导的在边界内运行的电源的输出特性。
图3示出根据本发明的教导的在边界内运行的包括折返区域的电源输出特性。
图4是根据本发明的教导的包括过渡区域调节的开关模式电源的一个实施例的功能方块图。
图5示出根据本发明的教导的具有线性过渡区域调节和可调整的电流阈值和电压阈值的电源的输出特性。
图6示出根据本发明的教导的具有恒定功率过渡区域调节和可调整的电流阈值和电压阈值的电源的输出特性。
图7示出根据本发明的教导的具有接近恒定功率过渡区域调节的分段线性过渡区域调节和可调整的电流阈值和电压阈值的电源的输出特性。
图8是描述根据本发明的教导的一种控制具有过渡区域调节和可调整的电流阈值和电压阈值的电源的方法的流程图。
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。技术人员应理解，图中的元件是为了简化和清楚的目的而示出的，并且未必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件被夸大，以帮助增进对本发明多个不同实施方案的理解。此外，为了便于较少地妨碍察看本发明这些不同实施方案，在商业可行的实施方案中有用或必需的常见但是众所周知的元件通常未被示出。
具体实施方式
在下文的描述中，阐明了多个具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，实施本发明无需采用这些具体细节。在其他情况下，为了避免模糊本发明，没有详细描述众所周知的材料或方法。
在该说明书全文中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，关于该实施方案或实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中多个地方出现的短语“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”未必全都指相同的实施方案或实施例。另外，所述特定的特征、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/或子组合结合。特定的特征、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内。此外，应理解，随本文提供的附图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图未必按比例绘制。
公开了多种技术以提供在电源的经调节的输出电压和经调节的输出电流之间的经调节的过渡(transition)，允许开关模式电源以降低的成本用作电池充电器。如将要讨论的，根据本发明的教导，通过使用经调节的输出电压和经调节的输出电流之间的经调节的过渡，可以避免与高于必需功率容量相关联的更高的成本。该经调节的过渡维持一个反馈信号，以避免进入自动重新开始模式，同时它允许最大功率容量减小。该经调节的过渡可以提供在一个区域的输出电压和输出电流内具有恒定输出功率特性的电源。还可响应于从可以使用电源给电池充电的设备接收的信号来调整限定经调节的过渡的边界的电压阈值和电流阈值。
每一个开关模式电源具有在输出电压和输出电流的曲线图上描述一个边界的最大功率容量。在常规设计中，最大容量边界被设置成超出最大规定输出功率的点，该点是最大规定输出电压和最大规定输出电流的交叉点。在本发明的实施方案中，最大容量边界被设置成在最大规定输出功率的点之下，并且使用经调节的输出电压和经调节的输出电流之间的经调节的过渡来避免将导致电源运行在自保护模式中的反馈信号丢失。因此，根据本发明的实施方案，可以使在经调节的过渡中输出电压和输出电流的轨迹跟随在最大容量边界之下的路径，以降低设计成本。
为了例示，图1是示出电源的输出电压和输出电流的可能值的图表100。图1中的虚线示出针对电池充电器的输出电压和输出电流的典型的规格限制。限定针对运行的规定的外边界的VSMAX和ISMAX的虚线在外最大功率点(outermaximumpowerpoint)105处相交。限定针对运行的规定的内边界的VSMIN和ISMIN的虚线在内最大功率点(innermaximumpowerpoint)145处相交。电源只需要在外边界110和内边界150之间运行以满足规定需求。
在一个典型的开关模式电源中，描述该电源的最大功率容量的容量边界102被设置成超出外最大功率点105，以保证经调节的运行分别在规定的外边界110和规定的内边界150之内。使用具有较低额定电流的功率开关或使用能够存储较少能量的能量存储元件可以降低电源的成本，但这些措施也降低电源的最大功率容量。根据本发明的教导，针对成本降低的电源的容量边界可以在规定的运行边界110和150之内，如容量边界115所例示的。
图1示出在外最大功率点105和内最大功率点145之间的容量边界115。根据本发明的教导，为了维持经调节的运行，输出电压和输出电流被控制在这些边界之内，使得最大输出功率保持在最大容量边界115之下。
在图1中，水平实线120是在VOMIN和VOMAX之间的经调节的电压区域的边界。竖直实线140是在IOMIN和IOMAX之间的经调节的电流区域的边界。倾斜实线130是根据本发明的教导的经调节的过渡区域的边界。
如图1中所示出的，经调节的过渡区域的边界130在最大容量边界115之下并且在内最大功率点145之上，以维持在规格之内的运行。根据本发明的实施方案，设计者可以选择调节边界120、130、140以及容量边界115的位置，以实现成本降低。适当形状的经调节的过渡区域130的使用允许设计者管理本发明的实施方案的容差和成本之间的折中。
图2是示出根据本发明的教导的电源的典型输出特性的图表200，该电源具有运行的经调节的电压区域、运行的经调节的电流区域以及运行的经调节的过渡区域。该电源在运行的经调节的电压区域中沿着具有斜率mV的线段220运行，将输出电压从零输出电流处的无载电压VNL270调节到第一输出过渡电流IT1处的第一过渡电压VT1。因此，在所例示的实施例中，当该电源的输出电流小于第一输出过渡电流IT1时，该电源在运行的经调节的电压区域中沿着具有斜率mV的线段220运行。
该电源在运行的经调节的过渡区域中沿着具有斜率mT的线段230运行，以在第一过渡点255和第二过渡点235之间调节输出电压和输出电流，该第一过渡点255在对应于第一输出过渡电流IT1的第一输出过渡电压VT1处，该第二过渡点235在对应于第二输出过渡电流IT2的第二输出过渡电压VT2处。因此，在所例示的实施例中，当该电源的输出电流在第一输出过渡电流IT1和第二输出过渡电流IT2之间时和/或当该电源的输出电压在第一输出过渡电压VT1和第二输出过渡电压VT2之间时，该电源在运行的经调节的过渡区域中沿着具有斜率mT的线段230运行并且将电压和电流限制为小于电源的最大功率容量。该电源在运行的经调节的电流区域中沿着具有斜率mI的线段240运行，以在第二过渡点235处的IT2和零输出电压处的短路电流ISC之间调节输出电流。因此，在所例示的实施例中，当该电源的输出电压小于第二输出过渡电压VT2时，该电源在运行的经调节的电流区域中沿着具有斜率mI的线段240运行。
在一个实施例中，应理解，第一输出电压VO(范围从0到VT2，在该范围内该电源运行在经调节的电流区域中)，加上第二输出电压VO(范围从VT2到VT1，在该范围内该电源运行在经调节的过渡区域中)是大体上恒定的。如图2中所例示的，当运行在经调节的电压区域中时，应注意，电源以基本处于范围从VT2到VT1的第二输出电压VO的最高输出电压值的输出电压VO运行。在另一个实施例中，应理解，根据本发明的教导，可以响应于功率转换器的输出电流调整功率转换器输出电压的第二范围的最高输出电压值。
图3是示出根据本发明的教导的另一个示例电源的典型输出特性的图表300，该电源具有运行的经调节的电压区域、运行的经调节的电流区域、运行的折返区域以及运行的经调节的过渡区域。与图2中例示的示例电源的示例输出特性对比，图3中的输出特性具有一个附加区域——折返区域，在折返区域中输出电流随着输出电压减小而减小。
具有图3中所例示的输出特性的电源在运行的经调节的电压区域中沿着具有斜率mV的线段320运行，将输出电压从零输出电流处的无负载电压VNL370调节到第一输出过渡电流IT1处的第一过渡电压VT1。因此，在所例示的实施例中，当电源的输出电流小于第一输出过渡电流IT1时，该电源在运行的经调节的电压区域中沿着具有斜率mV的线段320运行。
具有图3中所例示的输出特性300的电源在运行的经调节的过渡区域中沿着具有斜率mT的线段330运行，以在第一过渡点355和第二过渡点335之间调节输出电压和输出电流，该第一过渡点355在对应于第一输出过渡电流IT1的第一输出过渡电压VT1处，该第二过渡点335在对应于第二输出过渡电流IT2的第二输出过渡电压VT2处。因此，在所例示的实施例中，当该电源的输出电流在第一输出过渡电流IT1和第二输出过渡电流IT2之间时和/或当该电源的输出电压在第一输出过渡电压VT1和第二输出过渡电压VT2之间时，该电源在运行的经调节的过渡区域中沿着具有斜率mT的线段330运行并且将电压和电流限制为小于电源的最大功率容量。
电源在运行的经调节的电流区域中沿着具有斜率mI的线段340运行，以在第二过渡点335处的IT2和对应于第三输出过渡电流IT3的第三输出过渡电压VT3处的第三过渡点345之间调节输出电流。
当该电源在恒定电流区域中运行并且输出电压变得小于VT3时，该电源进入运行的折返区域，在该折返区域中输出电压的进一步减小导致输出电流减小。在图3中所例示的运行的折返区域中，该电源沿着具有斜率mF的线段365运行以在第三过渡点345处的IT3和零输出电压处的短路电流ISC360之间调节输出电流。因此，在所例示的实施例中，当该电源的输出电压小于第三输出过渡电压VT3时，该电源在运行的折返区域中沿着具有斜率mF的线段350运行。
对于本发明的实施方案，输出电压和输出电流的同时调节允许功率容量减小的电源满足电池充电器的成本低于传统设计的要求。电压调节区域和电流调节区域之间的经调节的过渡区域允许电源在它的最大功率容量的边界之下运行。来自电压调节电路的信号、来自电流调节电路的信号和来自经调节的过渡区域的信号相加以获得期望形状的经调节的过渡区域。根据本发明的教导，以经调节的过渡区域运行的开关模式电源可以使用更小的部件来降低电源应用(诸如，例如电池充电器等)的成本。
如图2和图3中所示出的，对于本发明的实施方案，在经调节的电压区域中线段220和线段320的斜率mV不是必须为零，并且在经调节的电流区域中线段240和线段340的斜率mI不是必须为无穷大。由于非理想部件或设计者为了特定应用而有意成形，线段220、240、320和340可以具有有限的斜率或非线性特性。线段230和330可以不同于直线，以更接近地近似于最大容量边界215和315的曲率。输出电压和输出电流保持在内规格边界(250和350)和外规格边界(210和310)之间，并且在最大功率容量边界215和315之下。
图4是根据本发明的教导的使用反激电源的实施例以例示过渡区域调节的原理的功能方块图400。如将要讨论的，图4中所例示的开关模式电源是用于本发明的一个实施方案，该实施方案调节从未经调节的直流输入电压HVIN404到负载420的能量流动，该直流输入电压HVIN404相对于输入返回402为正。对于一个实施方案，直流输入电压HVIN404可以是经整流的且经滤波的交流电压。对于一个实施方案，负载420可以是例如可再充电的电池。
输入电压HVIN404被耦合到能量传递元件T1410和功率开关SW1452。在图4的例示中，能量传递元件T1410响应于功率开关SW1452的切换将能量从开关模式电源的输入耦合到开关模式电源的输出，以产生经调节的输出电压VO418，该经调节的输出电压VO418相对于输出返回470为正。如此公开内容中稍后解释的，功率开关SW1452可以被称作初级功率开关，这是因为它在电源的输入处的位置。本领域的技术人员应理解，本发明可以被应用于其它电源配置，包括使用不止一个功率开关的那些电源配置。
在图4的实施例中，能量传递元件T1410提供电源的输入上的电路和电源的输出上的电路之间的电流隔离(galvanicisolation)。换言之，施加在电源的输入上的任何导体和电源的输出上的任何导体之间的直流电压源将导致来自直流电压源的电流大体上为零。安全机构通常要求电流隔离以保护输出处相对低的电压的使用者免受输入处的相对高的电压的伤害。部件通常位于由能量传递元件提供的隔离阻碍(isolationbarrier)的输入侧或输出侧。电源的输入侧上的电路具有参考输入返回402的电压，然而电源的输出侧上的电路具有参考输出返回470的电压。
在图4的实施例中，能量传递元件T1410是一个被例示为具有三个绕组的变压器的耦合电感器。电源的输入侧上的初级绕组408接收输入电压HVIN404。切换初级绕组的功率开关(诸如，SW1452)可以被称作初级功率开关。电源的输入侧上的偏置和感测绕组434提供功率以操作控制电路同时感测输入电压和输出电压。输出绕组412(有时被称作次级绕组)向负载420提供功率。一般而言，能量传递元件T1410可以具有不止三个绕组，其中附加绕组向附加负载提供功率或为电源的输入侧上的电路或输出侧上的电路提供偏置电压。箝位电路406被耦合到能量传递元件T1410的初级绕组以控制初级功率开关SW1452上的最大电压。
根据本发明的教导，开关控制器电路450响应于反馈信号SFB448接通和断开初级功率开关SW1452以调节开关模式电源的输出。除了反馈信号SFB448之外，开关控制器电路450可以接收代表初级功率开关SW1452中的电流IP462的电流感测信号460。开关控制器电路450还可以接收外部***输入466(诸如，温度信息)，使得它可以响应于温度调整电源的输出功率的调节。对于一个实施方案，初级功率开关SW1452是一个晶体管。对于一个实施方案，初级功率开关SW1452是一个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。对于一个实施方案，开关控制器电路450包括一个集成电路或多个分立的电气部件，或既包括一个集成电路又包括多个分立的电气部件。对于一个实施方案，集成电路包括开关控制器电路450和初级功率开关SW1452。
初级功率开关SW1452的操作在能量传递元件T1410的初级绕组408中产生脉动电流IP462，从而产生次级绕组412中的脉动电流。能量传递元件T1410的次级绕组412中的脉动电流由二极管D1414整流并且由电容器C1416滤波以产生到负载420的大体上恒定的输出，该输出可以是输出电压VO418或大体上恒定的输出电流IO419或输出VO418和IO419的组合。
如图4中所示出的，能量传递元件T1410上的偏置和感测绕组434提供功率以操作控制电路同时感测输入电压和输出电压。来自偏置和感测绕组434的电流由二极管D2422整流并且由电容器C2424滤波以提供偏置电压，该偏置电压可以由限流电阻器R3416接收，然后在偏置端子464处向电源的输入侧上的电路提供功率。图4没有示出图中耦合在该偏置电压和输入返回之间的所有电路以避免模糊本发明的必要元件。
在图4的实施例中，电阻器R1430和电阻器R2432被耦合在偏置和感测绕组434的端子的两端以形成感测电源的输入处的电压和输出处的电压的分压器网络。当初级功率开关SW1452闭合时，偏置和感测绕组434上的电压代表输入电压HVIN404。当初级功率开关SW1452打开时，偏置和感测绕组434上的电压代表在输出二极管D1414传导电流时的一段时间内的输出电压VO418。由于该输出电压是使用感测绕组434在功率转换器的输入侧上感测到的，因此图4中所示出的转换器不需要任何的光耦合器来将输出电压感测信号从功率转换器的输出侧传递到功率转换器的输入侧。这样，图4中所示出的功率转换器的类型常常被称为初级侧经调节的功率转换器。此外，控制器电路428常常被称为初级侧调节控制器或PSR控制器。
信号分离器电路436从分压器网络接收电压以向电源的输入侧上的控制电路提供感测的输入电压和感测的输出电压。在一个实施方案中，信号分离器电路436包括一个二极管以提供代表输出电压VO418的电压感测信号438。在一个实施方案中，未在图4中示出，信号分离器电路436包括另一个二极管以提供代表输入电压HVIN404的另一个电压感测信号。在一个实施方案中，电压感测信号438可以包括从偏置和感测绕组434上的电压提取的时间信息以及幅度信息。
在一个实施方案中，信号分离器电路436可以接收调整输入468以对电压感测信号438的值进行缩放，使得输出电压可以被设置到期望的值。调整输入468(adjustmentinput)可以是模拟信号或数字信号，该模拟信号或数字信号可来自使用电源的输出来给其电池充电的由电池供电的设备。在一个实施例中，可以在功率转换器的控制器的一个端子处接收调整输入468。在另一个实施例中，可以在耦合到功率转换器的输出的一个或多个端子处接收调整输入468。在另一个实施例中，所述端子可以专用于数据信号。在另一个实施例中，该调整可以被接收为负载420的值中的编码的步骤序列。
在图4的实施例中，电流感测信号460代表初级功率开关SW1452中的脉动电流(pulsatingcurrent)IP462。可以以本领域中实施若干方式中的任一方式获得电流感测信号460，诸如，例如使用电流变换器，或例如通过测量当晶体管传导时MOSFET的漏极端子和源极端子之间的电压，或例如使用有时被称作感测FET的特殊电流感测MOSFET结构(该感测FET将一部分开关电流引导到电流感测电阻器)。
电流感测信号460可以由电源的输入侧上的多个电路使用以用于保护和控制。除了保护初级功率开关SW1452免受过电流之害之外，电源的输入侧上的电路可以从电流感测信号460提取信息以控制输出电流IO419以及来自未经调节的输入源HVIN404的电流。例如，在一个实施例中，应理解，可以结合输入电压感测和输出电压感测和/或定时量(timingquantity)(如由来自分压器网络的信号472指示的)来处理感测的开关电流，以在反激电源中提供恒定的输出电流。在另一个实施例中，应理解，感测的开关电流可以被用来控制输入电流以实现高功率因子同时维持反激电源中的恒定的输出电流。在多个实施例中，可以响应于电压感测信号438和电流感测信号460确定输出电流IO419。在其它实施例中，应理解，可以通过直接测量输出电流IO419来确定输出电流IO419。
在图4的实施例中，根据本发明的教导，电流调节电路458、过渡调节电路440和开关控制器电路450接收代表功率转换器的开关中的电流的电流感测信号460以提供运行的经调节的过渡区域。
在图4的实施例中，开关控制器电路450响应于电压感测信号438和/或电流感测信号460接收反馈信号SFB448。如果反馈信号SFB448是非零的则其被认为是有效的。为零的反馈信号被认为反馈的丢失。对于一个实施方案，当调节电源的输出时，在包括电源沿着图2的线段220、230、240和沿着图3的线段320、33、340和365的运行的所有运行区域期间，反馈信号SFB448是有效的并且是非零的。
对于一个实施方案，反馈信号SFB448是来自电流调节电路458的电流调节信号S1454、来自过渡调节电路440的过渡区域调节信号S2442和来自电压调节电路446的电压调节信号S3444的函数或对上述信号的响应。对于一个实施方案，信号组合器456组合调节信号S1454、调节信号S2440和调节信号S3444以提供由开关控制器电路450接收的组合的反馈信号SFB448。在一个实施方案中，信号组合器456可以是一个求和电路。在另一个实施方案中，信号组合器456可以是将两个或更多个信号相乘的电路。
本领域的技术人员应理解，信号分离器电路436、过渡区域调节电路440、电压调节电路446、电流调节电路458、信号组合器电路456、开关控制器电路450、具有电流感测能力的初级功率开关SW1452可以被包括在一个集成电路中或从多个集成电路组装成用于具有过渡区域调节的电源的控制器428。
对于本发明的实施方案，根据本发明的教导，在例如沿着图1的线段130或例如沿着图2的线段230或例如沿着图3的线段330的运行的过渡区域中，过渡区域调节电路440向电源的经调节的运行提供反馈。因此，当电源运行在运行的过渡区域中时，存在由过渡区域调节电路440提供的有效(非零)反馈信号。根据本发明的教导，沿着线段130、230和330的经调节的过渡区域允许电源将电压和电流限制为小于电源的最大功率容量。信号组合器电路456的输出是由开关控制器电路450接收的反馈信号SFB448。
在一个实施例中，反馈信号SFB448可以是电流。如果电流调节信号S1454、过渡区域调节信号S2442和电压调节信号S3444也是电流，则信号组合器电路456可以是求和电路，并且该求和电路可以仅是一个节点。例如，在一个实施例中，电流调节电路458被耦合以将电流感测信号460与电流参考信号进行比较并且响应于电流感测信号460与电流参考信号之间的差异产生针对调节信号S1454的电流。在一个实施例中，电压调节电路446被耦合以将电压感测信号438与电压参考信号进行比较并且响应于电压感测信号438与电压参考信号之间的差异产生针对调节信号S3444的电流。在一个实施例中，过渡区域调节电路440被耦合以响应于调整输入468比较电压感测信号438和电流感测信号460的组合，并且将该组合与过渡区域参考信号进行比较并且产生用于调节信号S2442的电流。在一个实施例中，其中信号组合器电路456是一个节点，用于调节信号S1454、调节信号S2441和调节信号S3444的所有三个电流在信号组合器电路456中的节点处被组合以产生反馈信号SFB448，该反馈信号SFB448被耦合以由开关控制器450接收。
如上所述，在图4中所描绘的实施例中，过渡区域调节电路440接收电压感测信号438、电流感测信号460和调整输入468。在一个实施方案中，调整信号468可以调整输出过渡电压和输出过渡电流。应理解，过渡区域调节电路440可以接收其它信号(诸如，例如可以包括温度信息(未在图4中明确示出)的外部***输入446)以调整输出过渡电压和输出过渡电流。
图5是示出具有经调节的电压区域、过渡区域调节、经调节的电流区域、折返区域(foldbackregion)和可调整的过渡阈值的电源的输出电压和输出电流的轨迹。具有图5中所例示的输出特性的电源在运行的经调节的电压区域中沿着斜率为mV的线段520运行，在零输出电流处的无负载电压VNL570和对应于第一过渡电流IT1的第一过渡电压VT1之间调节输出电压，其中量VT1和IT1限定第一过渡点555。第一过渡点555可以在内过渡点572和外过渡点582之间做调整，其中内过渡点572对应于内过渡点电压VT1MAX和内过渡点电流IT1MIN，并且外过渡点582对应于外过渡点电压VT1MIN和外过渡点电流IT1MAX。内过渡点572和外过渡点582可以位于由无负载电压VNL570和斜率mV限定的线上。
具有图5中所例示的输出特性的电源在运行的经调节的过渡区域中沿着斜率为mT的线段530运行以在第一过渡点555和第二过渡点535之间调节输出电压和输出电流。可以在上过渡点584和下过渡点574之间调整第二过渡点535，其中上过渡点584对应于上过渡点电压VT2MAX和上过渡点电流IT2MIN，并且下过渡点574对应于下过渡点电压VT2MIN和下过渡点电流IT2MAX。上过渡点584和下过渡点574可以位于由第二过渡点535和斜率mV限定的线上。
第一过渡点555和第二过渡点535的独立调整可以在由线段573和线段583界定的区域内选择线性调节的过渡特性，线段573和线段583具有由第一过渡点和第二过渡点限定的斜率mT。
在运行的经调节的电流区域中，电源沿着具有斜率mI的线段540运行以在第二过渡点535处的IT2和对应于第三输出过渡电流IT3的第三输出过渡电压VT3处的第三过渡点565之间调节输出电流。
当电源在恒定电流区域中运行并且输出电压变得小于VT3时，电源进入运行的折返区域，在运行的折返区域中输出电压的进一步减小导致输出电流的减小。在图5中所例示的运行的折返区域中，电源沿着具有斜率mF的线段590运行以在第三过渡点565处的IT3和零输出电压处的短路电流ISC560之间调节输出电流。因此，在所例示的实施例中，当电源的输出电压小于第三输出过渡电压VT3时，电源在运行的折返区域中沿着具有斜率mF的线段590运行。
本领域的技术人员应理解，经调节的过渡区域不是必须具有斜率mT恒定的线性特性。在一些应用中，可期望电源的输出具有的经调节的过渡区域的功率特性恒定。恒定的功率特性维持输出电压和输出电流的乘积为相对恒定的值。
图6示出电源的示例输出特性的图表600，该电源具有一个经调节的过渡区域，该过渡区域具有在可调节的过渡点555和535之间的恒定的功率特性630。。图6的实施例示出第一过渡点和第二过渡点可以被调整以在由曲线673和683限定的边界内限定恒定的功率经调节的过渡区域。
还应理解，恒定的功率特性可以由多个线性段近似。为了例示，图7示出如下电源的示例出输出特性的图表700，该电源具有经调节的过渡区域，该经调节的过渡区域具有线性段736、730和737，线性段736、730和737给出对可调整的过渡点555和535之间的恒定的功率特定的分段线性近似。图7的实施例还示出第一过渡点和第二过渡点可以被调整以在由线段776、773和777限定的下边界和由线段786、787和780限定的上边界内限定对恒定的功率经调节的过渡区域的分段线性近似。
图8是根据本发明的教导的描述一种控制具有过渡区域调节和可调整的电流阈值和电压阈值的电源的方法的流程图800。
在方块805中开始之后，在方块810中用于电源的控制器接收调整输入和外部***输入。调整输入可以是来自使用所述电源给其电池充电的由电池供电的设备的模拟通信或数字通信的形式。外部***输入可以是电信号的形式或物理参数(诸如，例如响应温度而变化的电阻)的值的形式。
然后，在方块815中用于电源的控制器感测输入电压、输出电压和初级开关中的脉动电流。然后在方块820中控制器从感测的量中计算输出电流。
根据计算的输出电流和感测的输出电压，控制器分别在方块825、830和835中生成电流调节信号S1、过渡区域调节信号S2和输出电压调节信号S3。然后在方块840中该控制器生成反馈信号SFB，该反馈信号SFB是S1、S2和S3的组合或函数。在方块845中，开关控制器响应于反馈信号SFB操作初级开关。通过返回到方块810继续该过程。
以上对本发明的所例示的实施例的描述，包括摘要中描述的内容，并不旨在是穷举性的或是对所公开的确切形式进行限制。尽管出于例示目的在本文中描述了本发明的特定实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的前提下，多种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供特定的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释目的，且根据本发明的教导，在其它实施方案和实施例中也可以使用其他值。

Claims (18)

1.一种用于调节从功率转换器的输入到该功率转换器的输出的能量流动的方法，包括：
接收代表该功率转换器的输出电压的第一信号；
接收代表该功率转换器的电流的第二信号；
响应于该第一信号和该第二信号中的至少一个确定该功率转换器的输出电流；
切换该功率转换器的功率开关以对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值；
切换该功率转换器的功率开关以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值；以及
切换该功率转换器的功率开关以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中接收代表该功率转换器的电流的第二信号包括测量该功率转换器的功率开关的开关电流。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于该功率转换器的输出电流调整该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该功率转换器是反激转换器。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于一个调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中响应于该调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压包括在该功率转换器的一个控制器的一个端子处接收该调整信号。
7.根据权利要求5所述的方法，其中响应于该调整信号调整该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压包括在耦合到该功率转换器的输出的一个或多个端子处接收该调整信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其中由该第一范围的功率转换器输出电压和该第二范围的功率转换器输出电压限定的总输出电压范围是大体上恒定的。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于温度针对该第二范围的功率转换器输出电压调整该大体上恒定的功率值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中该第一信号是从该功率转换器的一个输入侧上的一个感测绕组接收的。
11.一种在功率转换器中使用的调节器电路，包括：
一个电压调节电路，被耦合以接收代表在该功率转换器的输出处的输出电压的第一信号，其中该电压调节电路被耦合以响应于该第一信号生成第三调节信号；
一个电流调节电路，被耦合以接收代表该功率转换器的电流的第二信号，其中该电流调节电路被耦合以响应于该第二信号确定该功率转换器的输出电流，并且响应于该第二信号生成第一调节信号；
一个过渡区域调节电路，被耦合以接收该第一信号和该第二信号，其中该电流调节电路被耦合以响应于该第一信号和该第二信号生成第三调节信号；以及
一个控制器，被耦合以响应于该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号接收一个反馈信号，其中该控制器被耦合以响应于该反馈信号生成一个驱动信号以控制该功率转换器的一个功率开关的切换，从而对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值，其中该功率开关的切换还被耦合以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值，并且其中功率开关的切换还被耦合以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
12.根据权利要求11所述调节器电路，还包括一个组合器电路，该组合器电路被耦合以接收该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号，从而响应于该第一调节信号、该第二调节信号和该第三调节信号生成该反馈信号输出。
13.根据权利要求12所述调节器电路，其中该组合器电路是求和电路。
14.根据权利要求11所述调节器电路，其中该电流调节电路被耦合以测量该功率转换器的该功率开关的开关电流。
15.根据权利要求11所述调节器电路，其中该功率转换器是反激转换器。
16.根据权利要求11所述调节器电路，其中该第一信号和该第二信号是在该功率转换器的一个输入侧上生成的。
17.一种用于在功率转换器中使用的调节器电路，包括：
一个功率开关；以及
一个控制器，被耦合至该功率开关，并且被耦合以接收代表该功率转换器的输出电压的第一信号和代表该功率转换器的电流的第二信号，其中该调节器电路被耦合以响应于至少该第一信号和该第二信号确定该功率转换器的输出电压和输出电流，其中该控制器被耦合以控制该功率开关的切换，从而对于第一范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出电流调节至大体上恒定的输出电流值，其中该功率开关的切换还被耦合以对于第二范围的功率转换器输出电压将该功率转换器的输出功率调节至大体上恒定的功率值，并且其中该功率开关的切换还被耦合以对于一个范围的功率转换器输出电流值将该功率转换器的输出电压大体上调节在该第二范围的功率转换器输出电压的最高输出电压值处。
18.根据权利要求17所述的调节器电路，其中该第一信号和该第二信号是在该功率转换器的初级侧上生成的。
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