[發明專利]功率控制系統

有效

• 申請號: 201210563662.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103378723A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 理查德·韋恩;胡立
• 申請（專利權）人: 控制技術有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李春暉;李德山

技術領域

本發明涉及功率控制領域。更具體地但是不排他地，本發明的實施例涉及使用脈沖寬度調制（PWM）技術來改變輸出功率。此外，本發明的實施例涉及用于增加PWM控制系統的占空比的技術。

背景技術

在電氣和電子裝置中提供電壓降低是共同的需求。這對于從標準電源比如市電或標準電池接收電能但是其工作電壓低于電源的電壓的裝置尤其成立。

雖然存在提供電壓降低的各種不同的手段，但是開關模式電源（SMPS）電路通常被認為是供選擇的技術。SMPS可以通過切換存儲元件比如電感器和/或電容器進入或脫離不同的電氣配置來調節輸出電壓和/或電流。基本的SMPS是升壓轉換器，其最簡單的形式包括電感器和開關。該開關由振蕩源比如方波驅動，其將開關轉換為接通和關斷。當開關接通時，功率從電源傳遞到電感器。然后電感器接收并存儲來自電源的功率，電感器由于開關的轉換而以突發接收該功率。由電感器從電源接收的功率然后被傳輸到負載。電感器幫助向負載提供恒定的供電。被提供給負載的輸出電壓依賴于從電源傳輸到電感器的功率值，即輸出電壓依賴于開關的接通時間。

開關元件比如晶體管和存儲元件比如電感器和電容器具有可以忽略不計的功率損耗，所以SMPS理論上可以以100％的效率工作。也就是說，所有的輸入功率在理論上可以被傳遞到負載。然而，并不總是能夠達到100％的理論效率，并且由于電路的限制，功率經常由某些電路元件作為熱量耗散。

現在，對于許多應用，通常使用標準的SMPS控制芯片，比如德州儀器的TL2843或3843。然而，通過利用這些標準的控制芯片的現有電路可以達到的最大占空比通常約為95％。因此，在輸出電壓接近或高于最小輸入電壓的應用中，目前尚不能達到100％的占空比。因此，當輸入電壓接近或低于想要的輸出電壓時，輸出電壓不會盡可能接近想要的輸出電壓。此外，在輸出電壓接近于最小輸入電壓的應用中，期望100%的占空比，以使得電路能夠以最低的可能的輸入電壓達到想要的輸出電壓。

因此，目前存在的問題是，SMPS不能夠達到100％的占空比，這在輸入電壓接近或低于想要的輸出電壓或者輸出電壓接近或高于最小輸入電壓時，尤其難以解決。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種用于控制相關聯的脈沖寬度調制控制器的開關定時的定時控制系統。脈沖寬度調制控制器被配置為根據所述開關定時來產生輸出，以將控制開關在接通（ON）狀態和斷開（OFF）狀態之間進行轉換。根據在脈沖寬度調制控制器的檢測輸入端的定時電壓的檢測來控制脈沖寬度調制控制器的開關定時。定時控制系統包括被配置為被充電的電荷存儲單元。在使用中，隨著電荷存儲單元被充電，所述電荷存儲單元上的電壓增大。此外，在使用中，所述電荷存儲單元上的電壓能夠在相關聯的脈沖寬度調制單元的檢測輸入端處檢測到。定時控制系統還包括電壓維持單元，被配置為當電荷存儲單元被充電至保持電壓時，將電荷存儲單元的電壓保持在保持電壓處。所述保持電壓小于脈沖寬度調制控制器的定時電壓。

所述維持單元可以與電荷存儲單元并聯連接。可以配置維持單元以使得維持單元上的電壓對應于保持電壓。

維持單元上的電壓可以通過維持單元的電阻值來設置。這樣，維持單元可以包括維持電阻器。維持單元的電阻值可以對應于維持電阻器的電阻值。

維持單元還可以包括與所述電阻器串聯連接的開關。該開關可根據相關聯的脈沖寬度調制控制器的輸出進行轉換。維持單元的開關可以是晶體管。

該系統還可以包括充電速率裝置，該充電速率裝置被配置為設置電荷存儲單元的充電速率。所述充電速率裝置可以是具有如下電阻值的電阻器：所述電阻值被配置為根據電阻器上的電壓設置供給電荷存儲單元的電流。所處電荷存儲單元可以是電容器。

與電荷存儲單元的最大充電容量相關聯的電壓可以與定時電壓基本相同。

根據本發明的第二方面，提供了一種用于調制輸入信號的脈沖寬度調制系統。所述脈沖寬度調制系統包括配置為在接通狀態和斷開狀態之間轉換的控制開關。使用中，當所處控制開關處于接通狀態時，輸入信號傳遞到控制開關的輸出。所述脈沖寬度調制系統還包括脈沖寬度調制控制器，被配置為產生輸出以將控制開關在接通狀態和斷開狀態之間轉換。所述脈沖寬度調制控制器被配置為，當在所述脈沖寬度調制控制器的檢測輸入端處檢測到定時電壓時，將控制開關從接通狀態轉換到斷開狀態。脈沖寬度調制系統還包括如上所述的定時控制系統。