[发明专利]用于功率转换器中的次级侧整流电压感测的电路和方法

说明书

本公开涉及用于功率转换器中的次级侧整流电压感测的电路和方法。一种隔离式开关模式功率转换器将来自输入源的功率转换成用于输出负载的功率。数字控制器感测功率转换器的次级侧电压，诸如整流电压。次级侧电压使用高阻抗分压器被分压。所得到的分压电压被提供给数字控制器内的电压传感器。电压传感器对所提供的电压进行电平移位，并且缓冲所得到的电平移位电压。缓冲的电平移位电压被提供给跟踪模数转换器(ADC)以进行数字化。提供给跟踪ADC的缓冲信号具有高电流能力，使得在跟踪ADC输出针对感测的次级侧电压的数字值之前，输入到跟踪ADC的电压可以迅速收敛。

技术领域

本申请涉及隔离式开关模式功率转换器，并且具体地涉及用于感测隔离式开关模式功率转换器的次级侧的电压(诸如整流电压)的电路和相关方法。

背景技术

隔离式开关模式直流(DC)到DC功率转换器使用变压器将来自输入源的功率转换成用于输出负载的功率。这样的功率转换器包括将DC输入功率转换成交流(AC)功率的功率开关，该AC功率被馈送给变压器的初级侧。在变压器的次级侧供应的AC功率被整流和滤波，以便向输出负载提供DC功率。初级侧功率开关通常由脉冲宽度调制(PWM)控制信号控制。控制器生成PWM控制信号，该PWM控制信号具有适合于满足输出负载的功率需求的频率和占空比。

控制器通常使用线性闭环反馈技术来将输出电压保持在期望目标附近。控制器可以使用模拟或数字电路来实现，并且可以位于功率转换器的初级或次级侧。为了保持功率转换器的隔离障碍的完整性，在初级侧与次级侧之间交叉的任何信号都必须通过隔离器(例如变压器、光电耦合器)。隔离式开关模式功率转换器越来越多地使用位于次级侧的数字控制器，以避免使必须由控制器感测以进行线性闭环反馈控制的输出电压通过初级与次级边界处的模拟隔离器。此外，使控制器位于次级侧允许在控制器与输出负载的组件之间进行方便的通信，例如，以用于负载管理，而无需隔离器。

然而，由控制器使用的一些技术可能需要有关功率转换器的初级侧的输入电压或电流的信息。例如，线性反馈控制技术可以用前馈控制技术来增强，以便迅速补偿输入电压瞬变。然而，前馈控制技术需要使用来自初级侧的输入电压或其估计值。类似地，控制器可能需要检测初级侧故障状况，这也需要有关输入电压或电流的信息。输入电压或电流可以由次级侧控制器直接感测，但这需要模拟隔离器，而优选避免使用模拟隔离器。替代地，可以基于输出电压或电流来估计输入电压或电流，输出电压或电流可以在功率转换器的次级侧被感测。但是，通常，通过输出电容器和负载电阻对输出电压进行低通滤波。由低通输出滤波器引起的延迟意味着：只有在相当长的时间滞后之后，才可在输出电压中检测到输入电压的变化。这样的滞后可能使得无法将输出电压用于前馈控制和/或初级侧故障检测的目的。

通常，在隔离式功率转换器的次级侧，在输出滤波器之前，即在变压器与输出滤波器之间，可获得整流电压。可以在整流电压中检测输入电压瞬变，而不会引起输出滤波器的延迟。因此，整流电压可以用于仅以最小延迟来估计输入电压。整流电压还可以用于其他目的，包括估计变压器的磁通量以及测量PWM控制信号的发出与整流电压中的对应脉冲之间的时间延迟。

为了实现这样的目标，需要能够准确地感测可能正在很快地改变的次级侧电压的电路和方法，该次级侧电压包括整流电压。这样的感测应当是节能的，并且相关联的电路对于在隔离式功率转换器的次级侧的数字控制器内实现应当是可行的。

发明内容

根据一种用于跟踪隔离式开关模式功率转换器的次级侧电压的电压传感器的一个实施例，该电压传感器包括第一感测端子、第一电平移位器、第一输入缓冲器和跟踪模数转换器(ADC)。第一感测端子用于连接到正被跟踪的次级侧电压的节点，并且具有第一感测电压。第一电平移位器被配置为对第一感测电压进行移位，从而提供第一电平移位电压。该第一电平移位电压被提供给第一输入缓冲器，该第一输入缓冲器输出第一缓冲输出，该第一缓冲输出具有与第一电平移位电压对应的电压，并且具有比输入到第一输入缓冲器的电流高的第一缓冲电流。跟踪ADC对第一缓冲输出进行数字化，以便提供与正被跟踪的次级侧电压对应的数字值。