[發明專利]基于初級側自適應數字控制驅動BJT的用于開關電源變換器的控制器

有效

• 申請號: 200980152214.8
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN102265233A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 李勇;鄭軍;鄭俊杰;J·W·克斯特森
• 申請（專利權）人: 艾沃特有限公司
• 主分類號: G05F1/10
• 分類號: G05F1/10
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及驅動BJT(雙極結晶體管)開關的用于開關電源變換器的控制器。

背景技術

同時實現低成本和高性能是設計低功耗AC/DC電源中的挑戰。與傳統次級側反饋開關電源相比，初級側反饋開關電源變換器通過去除諸如光電耦合器和輸出電流感測電阻器的部件而提供很大的成本節約并增強可靠性。然而，初級側反饋開關電源變換器中使用的傳統控制器IC(集成電路)經常使用輸入線路電壓作為控制開關電源變換器的操作來進行輸出電壓調節的參數。因此，這些傳統電源控制器IC通常具有Vin管腳來感測由整流器電路整流的瞬時線路電壓(輸入電壓)，這向控制器IC增加了額外的管腳。此外，感測線路電壓也需要模數轉換器(ADC)和其相關電路，用于將模擬輸入電壓轉換成數字控制器IC可以使用的數字值；控制器IC內部的控制邏輯；以及控制器IC外部的電阻性分壓器，用于采樣和饋送線路電壓信息給Vin管腳。這樣的額外管腳和額外電路增加了控制器IC的芯片尺寸和制造成本。

同時，使用BJT作為開關電源中的功率開關有若干優點，包括比功率MOSFET更低的成本，更小的EMI(電磁干擾)噪聲，以及去除用于2到3瓦的低功耗設計的昂貴的并且有損耗的緩沖器電路。然而，為了實現包括高效率的高性能，BJT的驅動器設計更具有挑戰性并且更復雜。

發明內容

本發明的實施方式包括AC/DC反激開關電源變換器的控制器，其使用自適應數字控制方案來基于初級側反饋控制BJT功率開關的開關操作，以調節次級側恒定輸出電壓和電流，而不使用輸入線路電壓。在反激開關電源變換器的恒定電壓操作模式和恒定電流操作模式中都借助于自適應數字控制，基于感測的初級側電流而不是輸入線路電壓實現逐個開關周期的峰值電流控制和限制。因此，控制器不需要獨立的管腳和ADC電路來感測輸入線路電壓。結果，控制器的芯片尺寸和成本可以顯著降低。

在一個實施方式中，開關電源變換器包括：變壓器，耦合在輸入電壓和開關電源變換器的輸出之間，變壓器包括耦合到輸入電壓的初級繞組和耦合到開關電源變換器的輸出的次級繞組；開關，耦合到變壓器的初級繞組，當開關接通時產生流過初級繞組的電流，當開關斷開時不產生流過初級繞組的電流；以及控制器，配置為產生接通或斷開開關的控制信號，開關響應于控制信號處于第一狀態而被接通，并且開關響應于控制信號處于第二狀態而被斷開?？刂破髋渲脼?，響應于指示變壓器初級繞組的電流超過開關的峰值電流開關的峰值電流閾值的感測的信號，產生第二狀態的控制信號來斷開開關?？刂破鞑唤邮栈蚴褂幂斎刖€路電壓的幅度來調節開關電源變換器的輸出電壓或者輸出電流。控制器是不包括用于在開關電源變換器的常規操作期間接收開關電源變換器的輸入電壓的獨立管腳的集成電路芯片。

在一個實施方式中，開關是雙極結晶體管(BJT)開關，并且控制器直接驅動BJT的基極端子，基于負載變化實時地逐開關周期動態調節BJT基極電流幅度。這是為了確保BJT總是在最佳開關條件下工作。在恒定電壓(CV)和恒定電流(CC)操作中，控制器都可以使用脈寬調制(PWM)，脈沖頻率調制(PFM)和/或PWM模式和PFM模式的組合來控制開關頻率。

說明書中描述的特征和優點并非包括了全部的，并且特別是在閱讀附圖和說明書之后很多額外的特征和優點對于本領域技術人員是明顯的。此外，應當理解，說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導性的目的而選擇的，并且可能不是為了勾畫或者限定發明主題而選擇的。

附圖說明

通過結合附圖考慮下列詳細描述，可以容易理解本發明實施方式的教導。

圖1示出根據本發明一個實施方式的AC到DC反激開關電源變換器。

圖2A示出根據本發明一個實施方式的AC到DC反激開關電源變換器的控制器IC的管腳說明。

圖2B更詳細示出根據本發明一個實施方式的AC到DC反激開關電源變換器的控制器IC的內部電路。

圖2C示出根據本發明一個實施方式的AC到DC反激開關電源變換器的控制器IC的數字邏輯控制塊內部的電路的示例。

圖3示出圖1的反激開關電源變換器的工作波形。

具體實施方式

附圖和下面的描述僅通過示例涉及本發明的優選實施方式。應當注意，通過下面的討論，將很容易認識到此處公開的結構和方法的替代實施方式，作為在不偏離本發明的原理的情況下可以采用的可行的替代。