[发明专利]用于控制电源的控制器和方法以及电源

说明书

本申请是申请日为2010年5月28日、名称为“用于电源的输入电荷控制的方法和设备”的第201010188487.2号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及电源，更具体而言，本发明涉及通过测量从电源输入接收的电荷的量来调节该电源的输出的控制电路。

背景技术

在典型的开关模式（switched-mode）电源应用中，ac-dc电源从普通的ac插座接收介于100伏特和240伏特rms(均方根)之间的输入。该电源中的开关被控制电路接通和断开以提供已调节的输出，该输出可适于运行电子器件，或适于对向电子器件供电的电池充电。该已调节的输出典型地是小于10伏dc的dc电压。此外，当该电源对电池充电时，来自该输出的电流通常是已调节的。

安全机构通常要求电源在输入和输出之间提供流电隔离（galvanic isolation）。流电隔离防止dc电流在电源的输入和输出之间流动。换句话说，施加在该电源的输入端和输出端之间的高的dc电压将不会在该电源的输入端和输出端之间产生dc电流。对流电隔离的要求是电源成本的一个因素。

具有流电隔离的电源必须维持一个隔离屏障（isolation barrier），该隔离屏障将输入与输出在电学上隔离。能量必须被传递穿过隔离屏障才能将功率提供到输出，且在许多情况下，反馈信号形式的信息被传递穿过隔离屏障以对输出进行调节。流电隔离典型地是用电磁器件和电光器件实现的。电磁器件——诸如变换器（transformer）和耦合电感（coupled inductor）——通常被用于在输入和输出之间传递能量以提供输出功率，而电光器件通常被用于在输出和输入之间传递信号以控制输入和输出之间的能量传递。

降低电源成本的努力一直聚焦于除去电光器件及其关联电路。替代方案通常使用单个能量传递元件——例如变换器或例如耦合电感——来向输出提供能量，并且也获得对控制该输出所必需的信息。成本最低的配置典型地将控制电路和高压开关布置在隔离屏障的输入侧。控制器通过对能量传递元件的绕组处的电压的观察，间接地获得关于输出的信息。提供该信息的绕组也位于隔离屏障的输入侧。为了进一步降低成本和复杂度，控制器也可使用能量传递元件的同一绕组来获得关于到电源的输入的信息，以控制该电源的输出。

隔离屏障的输入侧有时被称为初级侧，而隔离屏障的输出侧有时被称为次级侧。未与初级侧流电隔离的能量传递元件的绕组也是初级侧绕组，有时被称为初级参考绕组（primary reference winding）。初级侧上的、耦合到输入电压并且从输入电压接收能量的绕组，有时被简单地称为初级绕组。向初级侧上的电路递送能量的其他初级参考绕组可具有描述其主要功能的名称，例如偏置绕组（bias winding），或者例如读出绕组（sense winding）。与初级侧绕组流电隔离的绕组是次级侧绕组，有时被称为输出绕组。

虽然使用隔离屏障的输入侧的绕组来间接地获得关于流电隔离输出电压的信息是相当明了的，但间接地获得关于流电隔离输出电流的信息则是一项不同的挑战。在许多电源拓扑结构中，仅靠对输入绕组中的电流的测量不足以确定输出电流。用于测量输出电流的传统方案通常包括电流到电压的转换，该转换浪费功率并且使用昂贵的组件来将信号传过隔离屏障。

发明内容

本发明提供了一种用于电源的控制器，所述控制器包括：恒定电流控制电路，其待被耦合以接收输入电流读出信号、输入电压读出信号以及输出电压读出信号，并被配置为，通过生成控制信号以控制所述电源的开关的切换从而调节所述电源的输出电流；以及积分器，其被包括在所述恒定电流控制电路中并被耦合，以在所述控制信号的开关周期期间对所述输入电流读出信号进行积分从而生成积分信号，该积分信号代表从所述电源的输入电压源取得的电荷，其中所述恒定电流控制电路被配置为，控制所述开关的切换以使得所述积分信号成比例于所述输出电压读出信号与所述输入电压读出信号的比率。

优选地，其中所述控制信号是第一控制信号，所述控制器还包括恒定电压控制电路，以响应于所述输出电压读出信号而生成第二控制信号，以控制所述开关的切换从而调节所述电源的输出电压。

优选地，所述控制器还包括逻辑电路，其被耦合到所述恒定电压控制电路，以当所述输出电流小于阈电流时响应于所述第二控制信号来控制所述开关的切换从而调节所述电源的输出电压，且所述逻辑电路被耦合到所述恒定电流控制电路，以当所述输出电压小于阈电压时响应于所述第一控制信号来控制所述开关的切换从而调节所述输出电流。