[发明专利]用于功率变换器的控制器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及功率电子设备并且更具体地涉及一种用于功率变换器的控制器及其操作方法。

背景技术

开关模式功率变换器(也称为“功率变换器”或者“调节器”)是将输入电压波形转换成特定的输出电压波形的电源或者功率处理电路。功率因数校正(“PFC”)/谐振电感器-电感器-电容器(“LLC”)功率变换器包括功率链，该功率链具有跟随有LLC级的PFC级。功率变换器耦合到电功率源(交流(“ac”)功率源)并且提供直流(“dc”)输出电压。PFC级接收(来自ac功率源的)ac输入电压整流型式并且提供dc母线电压。LLC级采用母线电压以向负载提供dc输出电压。可以采用包括PFC级和LLC级的功率变换器以构造用于从ac功率源向笔记本电脑等提供dc输出电压的“ac适配器”。

与功率变换器关联的控制器通过控制功率变换器中采用的功率开关的导通时段来管理功率变换器的操作。一般而言，控制器在反馈回路配置(也称为“控制回路”或者“闭合控制回路”)中耦合于功率变换器的输入与输出之间。经常采用两个控制过程以控制功率变换器的输出电压，该功率变换器用有跟随有LLC级的PFC级形成。一个过程控制PFC级的母线电压以控制输出电压，并且另一过程控制LLC级的开关频率以控制输出电压。如将变得更清楚的那样，采用两个独立过程以控制具有PFC级和LLC级的功率变换器的输出电压可能导致若干设计问题，这些设计问题损害功率变换器的操作和效率。

关于功率变换器的另一感兴趣的领域一般是功率变换器在轻负载条件下的检测和操作。在这样的条件之下，功率变换器进入操作的突发模式可能是有利的。关于突发操作模式，功率变换器的功率损耗依赖于用于功率开关的栅极驱动信号和通常不随着负载明显变化的其它持续功率损耗。通常通过使用突发操作模式在很低功率电平处理这些功率损耗，在突发操作模式中，控制器被停用一段时间(例如一秒)、接着为短暂高功率操作时段(例如10毫秒(“ms”))以提供具有低耗散的低平均输出功率。如这里描述的控制器可以采用突发操作模式的时间间隔以估计功率变换器的输出(或者负载)功率。

因此，在本领域中需要一种将混合方式并入用于功率变换器的控制过程以避免现有技术中的缺点的控制器，该功率变换器在它的功率链中采用不同功率级。此外，在本领域中需要一种控制器，其可以在轻负载处检测和管理功率变换器(包括进入突发操作模式的功率变换器的操作)以避免现有技术中的缺点。

发明内容

通常由本发明的有利实施例实现技术优势，这些实施例包括一种用于功率变换器的控制器及其操作方法。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，被配置为从误差放大器接收误差信号以控制功率变换器的LLC级的开关频率以调节其输出电压。该控制器也包括：功率因数校正(“PFC”)控制器，被配置为控制由功率变换器的PFC级产生的并且向LLC级提供的母线电压，从而在所期望的开关频率基本维持其平均开关频率。

在另一方面中，一种用于功率变换器的突发模式控制器包括：突发模式启动电路，被配置为在代表功率变换器的输出电压的信号穿越第一突发阈值电平时启动突发操作模式。该突发模式控制器也包括：电压提升电路，被配置为如果时间窗在代表功率变换器的输出电压的信号穿越第二突发阈值电平之前到期则提供用于升高输出电压的电压提升信号。

前文已经宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解以下的本发明的详细描述。下文将描述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易利用公开的概念和具体实施例作为用于修改或者设计其它结构或者过程的基础，这些结构或者过程用于实现本发明的相同目的。本领域技术人员也应当认识到这样的等效构造并不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神实质和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在结合附图对下文描述进行参考，在附图中：

图1图示根据本发明的原理构造的包括控制器的功率变换器的一个实施例的框图；

图2图示根据本发明的原理构造的功率变换器部分的示意图，该功率变换器部分包括采用升压拓扑的示例功率链；

图3图示根据本发明的原理构造的功率变换器的一个实施例的电路图，该功率变换器由耦合到LLC级的PFC级形成；

图4-6图示根据本发明的原理的功率变换器的示例操作特征的图形表示；