[发明专利]用于功率转换器的控制器以及对其进行操作的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及功率电子器件，并且尤其涉及一种用于功率转换器的控制器以及对其进行操作的方法。

背景技术

开关模式功率转换器(也被称作“功率转换器”或“调整器”)是将输入电压波形转换为指定输出电压或电流波形的电源或功率处理电路。功率因数校正(PFC)/谐振电感器-电感器-电容器(LLC)功率转换器包括具有后跟LLC级的PFC级的功率系。该功率转换器耦合至电力源(交流(ac)电源)并且提供直流(dc)输出电压。PFC级(从ac电源)接收ac输入电压的整流版本并且提供dc母线电压。LLC级采用母线电压向负载提供dc输出电压。包括PFC级和LLC级的功率转换器可以被用来构建“ac适配器”以从ac电源向笔记本计算机等提供dc输出电压。

与功率转换器相关联的控制器通过控制其中所采用的功率开关的导通周期而对功率转换器的操作进行管理。通常，控制器以反馈回路结构(也被称作“控制回路”或“闭合控制回路”)而耦合在功率转换器的输入和输出之间。经常采用两种控制过程来控制利用后跟LLC级的PFC级形成的功率转换器的输出电压。一种过程控制PFC级的母线电压以对输出电压进行控制，而另一种过程则控制LLC级的开关频率来对输出电压进行控制。如将更为显而易见的，采用两种独立过程对具有PFC级和LLC级的功率转换器的输出电压进行控制会导致有损于该功率转换器的操作和效率的若干设计问题。

关于功率转换器的另一个感兴趣领域通常是在轻载条件下对其进行的检测和操作。在这样的条件下，对于功率转换器而言，进入突发操作模式会是有利的。就突发操作模式而言，功率转换器的功率损失取决于功率开关的栅极驱动信号以及通常基本上不随负载变化的其它持续性功率损失。这些功率损失一般通过使用突发操作模式在非常低的功率水平得以解决，其中在一段时间内(例如，一秒)使得控制器无效，随后为短时间的高功率操作(例如，10毫秒(ms))以提供具有低损耗的低平均输出功率。如这里所描述的控制器可以采用突发操作模式的时间间隔来估计功率转换器的输出(或负载)功率。

因此，本领域需要一种控制器，其将混合方法结合到用于在其功率系中采用不同功率级的功率转换器的控制过程以避免现有技术中的缺陷。此外，本领域需要一种控制器，其能够检测并管理在轻载情况下的功率转换器，包括功率转换器进入突发操作模式的操作，以避免现有技术中的缺陷。

发明内容

技术优势总体上通过本发明的有益实施例得以实现，其包括一种用于功率转换器的控制器以及对其进行操作的方法。在一个实施例中，该控制器包括电感器-电感器-电容器(LLC)控制器，其被配置为从误差放大器接收误差信号以控制功率转换器的LLC级的开关频率来对功率转换器的输出电压进行调整。该控制器还包括功率因数校正(PFC)控制器，其被配置为对由功率转换器的PFC级产生并且提供至LLC级的母线电压进行控制以使得LLC级的平均开关频率基本上被保持在期望的开关频率。

在另一方面，一种用于功率转换器的突发模式控制器包括突发模式发起电路，其被配置为在表示功率转换器的输出电压的信号与第一突发阈值水平相交时发起突发操作模式。该突发模式控制器还包括电压提升电路，其被配置为在时间窗口在表示功率转换器的输出电压的信号与第二突发阈值水平相交之前过期的情况下提供电压提升信号以升高输出电压。

以上已经相当宽泛地对本发明的特征和技术优势进行了概括，以便可以更好地对随后对本发明的详细描述加以理解。下文将对本发明的附加特征和优势进行描述，它们形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当意识到的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计其它结构或过程以实施本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当意识到的是，这样的等同构造并不背离如所附权利要求中所给出的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更为全面地理解本发明，现在参考以下结合附图所进行的描述，其中：

图1图示了根据本发明的原理而构造的包括控制器的功率转换器的实施例的框图；

图2图示了根据本发明的原理而构造的包括采用升压拓扑的示例性功率系的功率转换器的一部分的示意图；

图3图示了根据本发明的原理而构造的利用耦合至LLC级的PFC级而形成的功率转换器的实施例的电路图；

图4-图6图示了根据本发明的原理的功率转换器的示例性操作特性的图形表示；