專利名稱：在初級線圈具有反饋的隔離電壓轉(zhuǎn)換器及對應(yīng)的控制輸出電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在初級線圈具有反饋的隔離電壓轉(zhuǎn)換器，并涉及對應(yīng)的控 制輸出電壓的方法。尤其是，這些不意味著缺乏一般性，隨后的處理提到，涉
及具有PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制的回掃型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域公知的是，電壓轉(zhuǎn)換器(或者，以類似的方式，調(diào)節(jié)器或電源)在 輸入電壓和經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓之間具有電流隔離，具有預(yù)期的值，其中電流隔 離通過具有接收輸入電壓的初級側(cè)和提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的次級側(cè)的變壓器 實現(xiàn)。通常使用兩種技術(shù)來控制這些電壓轉(zhuǎn)換器，其在變壓器的次級側(cè)或初級 側(cè)具有反饋。在第一種情況下，反饋電壓直接在變壓器的次級線圈上獲得，與 輸出并聯(lián)，并通過光耦合器裝置發(fā)送到調(diào)節(jié)電路，從而維持電流隔離。在第二 種情況下，反饋電壓通常由輔助線圈獲得，被特意提供給變壓器的初級側(cè)。初 級側(cè)的反饋使避免使用外部隔離裝置(例如，附加光耦合器或變壓器)成為可 能，但是需要消耗更高的電壓電平并由此降低了調(diào)節(jié)效率。
已經(jīng)提出寬范圍的控制技術(shù)來通過來自初級繞組的反饋實現(xiàn)有效電壓調(diào) 節(jié)，但是這些技術(shù)中還沒有完全令人滿意的。
尤其是，已經(jīng)提出使用特別提供地采樣保持裝置來在變壓器的退磁的末尾 采樣輔助繞組上的反饋電壓，也就是在該電壓的值與輸出電壓對應(yīng)時，以已知 的方式可靠地構(gòu)成該電壓的復(fù)制。
詳細(xì)地說，如圖1所示，具有初級繞組的峰值電流和反饋的控制的回掃隔 離型電壓轉(zhuǎn)換器l，具有第一輸入端IN,和第二輸入端IN2，其被設(shè)計成接收例 如來自電壓發(fā)生器2的輸入電壓Vm，并且具有第一輸出端OUT，和第二輸出端 OUT2，在其間連接，出電容器3，以及呈現(xiàn)經(jīng)調(diào)節(jié)值的輸出電壓VQUt。電壓
轉(zhuǎn)換器l為負(fù)載提供輸出電流Iout。
該電壓轉(zhuǎn)換器1包括變壓器4，該變壓器具有初級側(cè)和與初級側(cè)電隔離的次級側(cè)，并具有初級繞組5、次級繞組6和輔助繞組7 (后者設(shè)置在變壓器4的初 級側(cè))。例如，變壓器4的初級繞組5和次級繞組6之間的匝數(shù)比為N，并且次 級繞組6和輔助繞組7之間的匝數(shù)比為單位比(N: 1: 1)。初級繞組5具有與 第一輸入端連接的第一端和與控制開關(guān)8連接的第二端,該控制開關(guān)可以被 驅(qū)動，來控制電壓轉(zhuǎn)換器1的PWM操作。次級繞組6具有通過整流二極管9 的插入連接到第一輸出端OUT,的相應(yīng)第一端，和連接至賺二輸出端OUT2的相 應(yīng)第二端。輔助繞組7具有相應(yīng)第一端和相應(yīng)第二端，第一端上提供有輔助電 壓VaiK并連接到電阻分壓器10，第二端連接到基準(zhǔn)電勢。
控制開關(guān)8，例如功率MOS晶體管，具有第一導(dǎo)電端和第二導(dǎo)電端和控制 端，第一導(dǎo)電端連接到初級繞組5，第二導(dǎo)電端fflil傳感電阻器ll的插A^接 到基準(zhǔn)電勢，控制端連接到被設(shè)計成控制電壓轉(zhuǎn)換器1的PWM操作的控制電 路12。
電阻分壓器10包括第一電阻器13和第二電阻器14，它們串聯(lián)在輔助繞組 7的第一端和基準(zhǔn)電勢之間，并限定提供反饋信號Vfc的中間節(jié)點15。
電壓轉(zhuǎn)換器1還包括通過第二整流二極管17的插Ai^接到輔助繞組6并被 設(shè)計成以已知方式在變壓器4的退磁相的過程中為控制電路12提供自舉電壓 V"的自舉電容16。
詳細(xì)地說，控制電路12具有連接到中間節(jié)點15并，妾收反饋信號Vtb的第一 輸入12a和連接到傳感電阻器11 收傳感電壓Vs的第二輸入12b和連接到控 制開關(guān)8并提供驅(qū)動信號PW的控制端輸出12c。
控制電路12包括連接到第一輸入12a并在輸出處提供采樣信號V,的采 樣級20，采樣信號是在退磁相的末尾的反饋信號Vfb的采樣和保持的結(jié)果(例 如，在每個切換周期完成的)；具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的誤差放 大級22，第一輸入端連接到采樣級20的輸出并接收采樣信號V,，第二輸入端 連接到基準(zhǔn)信號發(fā)生器23 收基準(zhǔn)電壓Vref，該值是經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓VQUt 的期望值的函數(shù)，輸出端連接到外部補償網(wǎng)絡(luò)24 (在圖l中由負(fù)載阻抗示意性 地表示)。由此電壓控制信號VTO1、出現(xiàn)在誤差放大級22的輸出端。
控制電路12還包括具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的控制器級25, 第一輸入端連接到誤差放大級22并接收控制信號V,，第二輸入端連接至嘴二 輸入12b瓶受傳感信號Vs，而輸出端連接到控制電路12的輸出12c瓶供驅(qū)
9動信號PW。更詳細(xì)地，控制器級25包括比較器28和PWM發(fā)生器塊29，比 較器28被設(shè)計劍每控制信號V自和傳感信號Vs進(jìn)行比較，PWM發(fā)生器塊29 級聯(lián)到比較器28并被設(shè)計成產(chǎn)生作為比較結(jié)果的函數(shù)的驅(qū)動信號PW。 緊接著簡要說明上述的電壓轉(zhuǎn)換器l的常規(guī)操作。
缺少變壓器4的次級側(cè)和控制電路12之間的光耦合器，輸出電壓V。ut的值 ilii在第二整流二極管17的上流的電阻分壓器10從輔助繞組7讀出。沒有漏 電感、變壓器4和導(dǎo)線的寄生電阻并確保第一整流二極管9的漏電壓可以忽略 不計的理想狀態(tài)下，輔助繞組7上的輔助電壓V^在一個開關(guān)周期與下一個開 關(guān)周期之間期間與輸出電壓V加成比例，基本上在整個變壓器4的退磁期間第 一整流二極管9狀態(tài)良好。在實際情況中，由于變壓器4的次級繞組的漏電感 和等效電阻，阻尼振蕩疊加在輔助電壓的有用的信號上；這種振蕩使輔助 電壓被可靠地復(fù)制，但是對于變壓器4的匝數(shù)比，輸出電壓V。力只有在變壓器 4的退磁結(jié)束的時刻。事實上，在這個時刻次級繞組上的電流是零，由此次級繞 組的等效電阻不起作用，進(jìn)一步漏電感帶來的振蕩已經(jīng)結(jié)束(假設(shè)退磁時間足 夠長)。輸出信號V。ut和輔助電壓V，的曲線在圖2a中表示，其中退磁期間由 Tto指定。圖2b表示退磁電流I^的相應(yīng)曲線，其在退磁期間Tto的末Hi^lJ 零。
因此，采樣級20被配置》旅變壓器4退磁的時刻對反饋信號Vfc精確采樣， 由于變壓器4的匝數(shù)比和電阻分壓器10的分配比，采樣信號V,將與輸出電壓 V加相一致。
表示經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的值的參考信號V^和采樣信號V,之間的不同在 構(gòu)成輸入到誤差放大級22的誤差信號Ve。此外，誤差放大級22的輸出被適當(dāng) 補償從而得至頓期的閉環(huán)傳遞函數(shù)，i效俞出構(gòu)成這樣的信號，其在輸入到控制 器級25處確定初級繞組上的電流峰值，由此產(chǎn)生功率開關(guān)8 (以PWM模式) 的接通時間。尤其是，控制器級25禾傭與電流峰值的平方成正比的育疆對艦 器4的磁化感應(yīng)進(jìn)行充電。
如上所述的系統(tǒng)用于對輸出電壓VQUt的調(diào)節(jié)的主要限制體現(xiàn)在4艮難確保對 輸出電流值的寬度范圍的調(diào)節(jié)和負(fù)載瞬時值的適當(dāng)響應(yīng)的相同有效性。尤其是， 對輸出電壓V。ut的正確調(diào)節(jié)會被由于上述振蕩現(xiàn)象的采樣產(chǎn)生的采樣信號V, 出現(xiàn)的不可避免的錯誤而消弱，尤其是在低負(fù)載時。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是由此提供一種電壓轉(zhuǎn)換器和對應(yīng)的控制經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓
的方法，期每至少部分克月gJ:述缺點和問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種電壓轉(zhuǎn)換器，包括具有被設(shè)計成接收輸入電壓的 初級側(cè)和被設(shè)計成提供^^出電壓的次級側(cè)的電壓變壓器裝置；耦合到所述初級 側(cè)的控制開關(guān)裝置；以及耦合到所述控制開關(guān)裝置的控制端并被設(shè)計成控制其 開關(guān)作為和所述輸出電壓相關(guān)的反饋信號的函數(shù)的控制電路；所述控制電路具 有被設(shè)計成對所述信號進(jìn)行采樣并保持以及提供采樣信號的采樣級，
其特征在于所述控制電路還包括連接到所述放大級的輸出并設(shè)計成實現(xiàn)對 所，樣信號進(jìn)行濾波的均衡器級。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種控制電壓轉(zhuǎn)換器的方法，所述轉(zhuǎn)換器提供有具有 接收輸入電壓的初級側(cè)和提供輸出電壓的次級側(cè)的電壓變壓器裝置，和耦合到 所述次級側(cè)的控制開關(guān)裝置，所述方法包括控制所述控制開關(guān)的切換作為和所 述輸出電壓相關(guān)的反饋信號的函數(shù)的步驟，并且所述控制步驟包括采樣所述反 饋信號來產(chǎn)生采樣信號的步驟，
其特征在于所述控制步驟還包括實I艦所述采樣信號進(jìn)行濾波。
本發(fā)明基于本專利申請的申請人指出的上述參考現(xiàn)有技術(shù)的與電壓轉(zhuǎn)換器 1相關(guān)的一系列問題而產(chǎn)生。
尤其是，為了在變壓器4的退磁的時刻采樣輔助繞組7上的精確電壓值(可 以再次參考圖l)，采樣級20具有與開關(guān)周期相比為較小的等效時間常數(shù)。存在 由振蕩表示的噪音的輔助電壓V,的采樣引入系統(tǒng)中的高艦皆波。這些振蕩都 是輸出的電流負(fù)載越低越明顯。假設(shè)實際上輸出和輸入電壓恒定，由于輸出電 流Ut降低，系統(tǒng)反應(yīng)以便降低電流峰值，結(jié)果M^了^ffi器4的退磁時間；在 采樣時亥犒頻振蕩對有用信號的影響更大。
另-一方面，使用更大的采樣操作的時間常數(shù)會消弱讀取操作的準(zhǔn)確性，這 樣可以改變在采樣時刻由采樣級20讀取的有用信號。此外，iia對控制回路施
加更加嚴(yán)格的補償，高頻諧波的影響會被衰減，但是系統(tǒng)對負(fù)載的突發(fā)變化的
響應(yīng)將以不期望的方式郷蹄'J。
采樣信號V,的負(fù)面影響在誤差放大級22中還會進(jìn)一步加強。 在這方面，圖3a表/f誤差放大級22的跨導(dǎo)特性的典型曲線(也就是輸出電流的曲線，由l'。ut標(biāo)示，作為輸入該級的電壓的函數(shù)，由Ve標(biāo)示)，包括線性 操作的中心區(qū)域(相對于原點為中心)，由L標(biāo)示，以及大信號操作的兩側(cè)區(qū)域，
由H,、 H2標(biāo)示，其橫向Hifi線性操作區(qū)域L (大信號操作以已知方式面對高輸
出電流，其絕對值比線性操作中面對的電流的絕對值更高，并且不能接近線性
函數(shù))。尤其是，應(yīng)該清楚正輸入電壓Vm的特性的標(biāo)iBf斗率(也就是高跨導(dǎo)值)
在線性操作區(qū)域L的外部。
圖3b表示在電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置成提供10w功率，輸出電壓V。ut為12.5V，負(fù) 載電流為20mA (負(fù)載電阻為600Q)的情況下，采樣信號V,、控制信號VTOn 以及反饋信號Vfd的曲線?？梢宰⒁獾?，具有上述負(fù)載值時，在該種操作不處于 負(fù)載狀態(tài)所需的實際狀態(tài)時，系統(tǒng)進(jìn)入定義為"觸發(fā)模式"狀態(tài)的低損耗操作 模式。實際上以己知的方式，觸發(fā)模式是輸出負(fù)載很低造成的。為了降低電壓 轉(zhuǎn)換器的能量損耗，PWM發(fā)生器塊29通過遠(yuǎn)低于正常負(fù)載和常規(guī)操作(例如， 頻率為lkHz，而不是50kHz)狀態(tài)下使用頻率的開關(guān)頻率來控制該控制開關(guān)8。 提供給控制開關(guān)8的控制端的開關(guān)脈沖由此在時間上被間隔分開。以不需要詳 細(xì)說明的本身已知的方式，控制電路12設(shè)置成在控制信號Veon具有與觸發(fā)模式 參考信號的給定關(guān)系(對應(yīng)預(yù)設(shè)的輸出功率并顯示電壓轉(zhuǎn)換器的常規(guī)操作的情 況)時進(jìn)入觸發(fā)模式狀態(tài)。
該行為基于負(fù)載電流降低、退磁時間減少以及剩余振蕩沒有充分衰減的情 況。由此，在一次釆樣和下次采樣之間的采樣電壓(采樣信號V,)值的差異 引起誤差放大級22在線性區(qū)域的外部工作，在這里跨導(dǎo)遠(yuǎn)高于在線性區(qū)域，使 控制電壓V^大大變化，并且控制回路迎入不穩(wěn)定狀態(tài)，并且喪失電壓調(diào)節(jié)。
詳細(xì)地說，在中到低負(fù)載的情況下，控制電壓的平均值接近JlM觸發(fā)
模式參考信號的值，并且控制電壓Vcon的振蕩能使系統(tǒng)不正確地itA觸發(fā)模式
狀態(tài)?，F(xiàn)在下一個開關(guān)周期，輸出電壓VQUt將以異常方式跌落，這樣沒有給轉(zhuǎn) 換器的輸出提供足夠的能量。在下一個開關(guān)周期，控制電路12將意識到出現(xiàn)誤 差(因為采樣信號V,將比參考電壓V^低)，并將由此比在上一個周期更急促 地重新開始，造成控制信號V,更加不平衡。這種情況見在接下來的開關(guān)周期 中重復(fù)，直到誤差放大級22離開如前所述的跨導(dǎo)更高的線性區(qū)域。關(guān)于這點， 電壓轉(zhuǎn)換器將在這兩種極端情況之間工作， 一種是控制信號的低值，另一 種是相同控制信號VcoJ勺高值，如在圖3b中突出顯示的。基本上，特別是在中到低負(fù)載的情況下，控制回路還將控制信號V,的電壓的漂移放大，引起電壓 轉(zhuǎn)換器在高能量觸發(fā)下工作。除了前面突出顯示的問題之外，由于一個接一個 音頻能量峰值的連續(xù)，這種反常動作還可以弓胞來自變壓器4的噪音傳播。


為了更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)在以完全非限制性的例子的方式，通過參考附 圖說明伏選的實施例，其中
圖1表示公知的電壓轉(zhuǎn)換器的電路圖2a、 2b和3a、 3b表示圖1中的電壓轉(zhuǎn)換器的一些電量的圖表； 圖4表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的電路圖； 圖5a、 5b表示圖4中電壓轉(zhuǎn)換器的一些電量的圖表； 圖6表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖4中電壓轉(zhuǎn)換器的的誤差放大級的詳 細(xì)電路圖7表示圖6的誤差放大級的跨導(dǎo)放大器模塊的詳細(xì)電路圖。
具體實施例方式
圖4表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造的電壓轉(zhuǎn)換器30的電路圖。與前面說 明的元件類似的元件用相同的附圖標(biāo)記表示并且不再重復(fù)說明。
尤其是，該電路圖與圖1中所示的電壓轉(zhuǎn)換器1的不同之處在于采樣級 20的輸出和由22'表示的誤差放大級的第一輸入端之間設(shè)置的均衡器級32的 存在。均衡器級32接收來自采樣級20的采樣信號V,(其為在退磁步驟的末 尾的輔助電壓V^的分開的采樣結(jié)果)，并在輸出端提供經(jīng)濾波的信號FB。均 衡器級32使采樣誤差的問題嫩>，對采樣信號V，進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡屯V波。尤其 是，它MOT輸出在上一采樣間隔的采樣和保持將采樣級20的電流輸出進(jìn)行平 均，從而限制采樣信號V,在一個采樣周期和下 -個采樣周期之間的變化的影 響。由于這個目的，使用適當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)，例如與電壓轉(zhuǎn)換器30的幵關(guān)周期具 有相同的數(shù)量級，這對補償系統(tǒng)避免采樣誤差很有效，并且同時相對濾波操作 造成的濾波信號FB的更新延遲又不會太嚴(yán)格。
在圖4的實施例中，均衡器級32是開關(guān)電容器(SC)濾波器，并包括濾 波幵關(guān)33、 RC串聯(lián)級34和脈沖發(fā)生器35。詳細(xì)地說，濾波開關(guān)33連接在采 樣級20的輸出和RC串聯(lián)級34之間，并具有連接到脈沖發(fā)生器35的輸出端并 接收脈沖寬度為Tc的指令信號的控制端。RC串聯(lián)級34包括濾波電阻器36和濾波電容器37，其中濾波電阻器36的電阻值為Rf并連接在濾波開關(guān)33和誤差 放大級22'的第一輸入之間，濾波電容器37的電容值為Cf并連接在上述誤差 放大級22'的第一輸入和參考電勢之間。脈沖發(fā)生器35在輸入處接收驅(qū)動信號 PW (其還能控制該控制開關(guān)8)，并被該相同的驅(qū)動信號PW的下降沿驅(qū)動， 并且提供具有期望脈沖寬Te的指令信號。
在每個開關(guān)周期，濾波開關(guān)33在等于脈沖寬度Te的時間段內(nèi)閉合，在這期 間采樣信號V,ilil具有濾波時間常數(shù)T尸RfCf的RC串聯(lián)級34被濾波。假設(shè) 濾波操作在控制開關(guān)8的每個開關(guān)周期進(jìn)行，均衡器級32的等效時間常數(shù)Tq 等于T^Tf / Te，其中T^是控制開關(guān)8的開關(guān)周期。因此，3til適當(dāng)調(diào)整RC
串聯(lián)級的大小以便滿足DTe的關(guān)系，并且得到大于或等于開關(guān)周期T， (Tq
》L)的等效時間常數(shù)；，由此實現(xiàn)有效的濾波并有效地避免反饋信號的振蕩。
例如，電阻器Rf和電容器Cf的值可以被選擇為滿足T產(chǎn)4Te關(guān)系，并且等效時
間常數(shù)Teq等于開關(guān)周期T，的倍數(shù)。尤其是，前述的關(guān)系Teq^I^,實現(xiàn)了采樣 信號V,的有效濾波。清楚地是，等效時間常數(shù)Teq的最大值必須被選擇為不影
響這里由12'表示的控制電路的期望的總閉環(huán)帶寬和對應(yīng)的頻率穩(wěn)定性(例如，
選定的帶寬等于最大開關(guān)頻率的四分之一)。例如，該最大值可以被選擇為均衡
器級32弓l入的頻率的極點將不會落入前述控制電路12'的總閉環(huán)帶寬之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，誤差放大級22'包括操作跨導(dǎo)放大器(OTA) 22a 和電流容量增加模塊22b (設(shè)計成如下所述的CCE模塊)，操作跨導(dǎo)放大器 (OTA)22a被設(shè)計成放大由濾波信號FB和參考信號V^之間的差異形成的誤差 信號V，，而電流容量增加模塊22b與跨導(dǎo)放大器22a級聯(lián)并設(shè)計成增加源電流 和吸收電流的最大值，由此在負(fù)載突然變化(所謂的負(fù)載瞬變)情況下降低系 統(tǒng)響應(yīng)時間。
尤其是，這種情況下的跨導(dǎo)放大器22a以這樣的方式設(shè)置(如后面將要詳 細(xì)說明的)，修正誤差放大級22'的靜態(tài)跨導(dǎo)特性，如圖5a所示。
詳細(xì)地說， 一旦再次由L標(biāo)明，在這種情況下線性操作區(qū)域，通過各自的 飽和區(qū)域(鉗位區(qū)域)&、 S2與兩個大信號操作區(qū)域B、 H2 (將所述特性和圖 3a中所示的相比)分離，其對應(yīng)的斜率(或跨導(dǎo)值)為零，或者在某些情況下 更低，例如比線性操作區(qū)域L的斜率(或跨導(dǎo)值)低接近十倍。尤其是，在鉗 位區(qū)域，來自誤差放大級22'的輸出處的電流r。ut基本恒定。適當(dāng)選擇鉗位區(qū)域S，、 S2的寬度，來提高電壓轉(zhuǎn)換器30的調(diào)節(jié)有效性，并避免誤差放大級22'
在大信號操作區(qū)域H,、 H2內(nèi)的線性區(qū)域L之外工作，在那里跨導(dǎo)更高(在圖 5a所示的例子中，線性區(qū)域L的寬度接近25mV，同時鉗位區(qū)域S, 、 S2的寬度 接近70mV，因此高近三倍)。
圖5b (與前述圖3b比較)表示在與圖3b說明的相同操作狀態(tài)下，Tf=4，Tc 時濾波信號FB、控制信號V,、以及反饋信號Vtb的曲線。應(yīng)該意識到的是， 控制電路12'準(zhǔn)確地調(diào)整輸出電壓V。ut的值，而不itA觸發(fā)模式。事實上，誤差 放大級22'的源電流和吸收電流在跨導(dǎo)特性的鉗位區(qū)域S！、 S2的可變性很受限 制，并且--個采樣周期和下一個采樣周期之間的濾波信號FB可能的變化不會造 成控制信號VTOn的突然變化，因此不會使控制回路產(chǎn)生不穩(wěn)定性。
圖6和7表示誤差放大級22'的可能的電路實施例，被設(shè)計成提供修正的 圖5a的跨導(dǎo)特性。誤差放大級22'具有第一輸入端41和第二輸入端42，第一 輸入端41連接到均衡器級32的輸出瓶收濾波信號FB，第二輸入端42連接 到參考發(fā)生器23并接收參考信號Vref。
誤差放大級22'包括跨導(dǎo)放大器22a (為了更清楚，在圖7中分開表示)， 具有連接到第一輸入端41的反向輸入、連接到第二輸入端42的非反向輸入、 和輸出，該輸出連接到誤差放大級22'的輸出端，并被設(shè)計成放大由濾波信號 FB和參考信號Vref之間的差別構(gòu)成的誤差信號Ve，以及確定在線性操作區(qū)域L 的期望跨導(dǎo)值、相同線性操作區(qū)域L的延伸和鉗位區(qū)域S, 、 S2的斜率；并且CCE 模塊22b (在圖6中詳細(xì)描述，在圖7中不再重復(fù))，可操作地與跨導(dǎo)放大器22a 耦合，從而根據(jù)期望的跨導(dǎo)特性增加輸出級的電流容量，從而限定大信號操作 區(qū)域Hi、 H2。
更詳細(xì)地，CCE模塊22b包括第一差動輸入級44、第一電流移相器級45、 第二電流移相器級46、第一輸出電流鏡47以及第二輸出電流鏡48.
更詳細(xì)地，第一差動輸入級44由如下形成:第一對N溝道MOS晶體管50a、 50b，具有的控制端分別連接到誤差放大級22'的第一輸入端41和第二輸入端 42，源極端相互連接并連接到提供偏置電流的第一電流發(fā)生器50c;第二對P 溝道MOS晶體管51a、 51b，它們?yōu)槎O管式連接并且其源極端相互連接并連 接到電路的電壓源Vce,漏極端連接到第一對N溝道MOS晶體管50a、 50b的 對應(yīng)漏極端，控制端分別連接到第一和第二電流移相器級45、 46.每個電流移相器級45、 46由對應(yīng)的一對PMOS晶體管45a、 45b和46a、 46b形成。每對的晶體管具有連接在一起并連接到電路的電源VDD的源極端、和 連接在一起并連接到相應(yīng)電流發(fā)生器45c、 46c的漏極端。尤其是，每對的第一 PMOS晶體管45a和46a的控制端連接到差動輸入級44的第二對PMOS晶體管 51a和51b中的相應(yīng)一個晶體管的控制端(由此，構(gòu)成相應(yīng)電流鏡連接)，同時 每對的第二 PMOS晶體管45b和46b是二極管式連接，并且具有的控制端分別 連接到第一輸出電流鏡47和第二輸出電流鏡48。
第一輸出電流鏡47由第一電流移相器級的相同的第二二極管式連接的 PMOS晶體管45b與第二 PMOS晶體管47b形成，它們的柵極和源極端相互連 接；第二PMOS晶體管47b的漏極連接至喉差放大級22'的輸出端并提供對應(yīng) 的輸出源電流。
第二輸出電流鏡48由第一二極管式連接的NMOS晶體管48a與第二NMOS 晶體管48b形成，它們的柵極端相互連接、源極端相互連接并連接到參考電勢。 第一 NMOS晶體管48a的漏極通過中間電流鏡52的插Ai連接到第二電流移相 器級46,同時該第二NMOS晶體管48b的漏極端連接到誤差放大級22，的輸 出端并提供對應(yīng)的輸出吸收電流。
中間電流鏡52依次包括第一 PMOS晶體管，尤其是第二電流移相器46的 第二二極管式連接的PMOS晶體管46b，和第二 PMOS晶體管52b，它們的柵 極和源極端相互連接。第二PMOS晶體管52b的漏極端連接到第二輸出電流鏡 48的第一 NMOS晶體管48a的漏極端。
使用中，第一和第二輸出電流鏡47、 48提高了跨導(dǎo)誤差放大器22a的輸出
級的電流容量，由此限定了大信號操作區(qū)域h，、 h2。 a^ig當(dāng)篩分不同的晶體
管，尤其是Mili^擇第二對MOS晶體管51a、 51b的每一個晶體管和第一電流 移相器級45或第二電流移相器級46的相關(guān)的第一 PMOS晶體管45a， 45b之間 溝道的獻(xiàn)長(W/L)方面的適當(dāng)?shù)谋嚷剩@樣可以調(diào)整輸入誤差信號Ve的不平 衡，對于誤差信號出現(xiàn)了輸出電流的過剩。以這種方式，也可以在跨導(dǎo)特性的 線性操作區(qū)域L的偵拠確定并限制臨近鉗位區(qū)域S,、 S2的寬度。此外，第一和 第二輸出電流鏡47、 48的晶體管的比率被選擇成得到期望的誤差放大級22'的
大信號電流容量(分別是源電流和吸收電流容量)。
更詳細(xì)地，每個電流移相器級45、 46開始偏離由參考發(fā)生器50c提供的偏置電流，并且在輸出處將其提供給誤差放大級22'(分別作為源電流或吸收電
流)，由輸入誤差信號Ve的值(由VsaW標(biāo)出)開始，這樣流到對應(yīng)的第一 PMOS 晶體管45a、 46a的電流變得小于由相應(yīng)電流發(fā)生器45c或46c提供的由w表示 的電流。尤其是，VsaUx的絕對值對應(yīng)于鉗位區(qū)域S,、 S2的上限，或者等于大 信號操作區(qū)域H1、 H2的開始點。
由第-一PMOS晶體管45a或第二PMOS晶體管46a提供的電流和由對應(yīng)的 電流發(fā)生器45c、 46c提供的電流之間的差在對應(yīng)的第一輸出電流鏡47或第二 輸出電流鏡48中被偏移，隨后增大，從而得到期望的源電流或吸收電流的值。
可以發(fā)現(xiàn)，上述Vsat^的絕對值由下述等式給出
其中g(shù)mj 是第一差動輸入級44的MOS晶體管50a或50b之間的最小跨 導(dǎo)(假設(shè)輸入級不平衡，兩個晶體管流過的電流不同，因此雖然具有相同的尺 寸，但具有不同的跨導(dǎo))，W/L,和W2/L2分別是第一差動輸入級44的MOS晶 體管51a和第一電流移相級45的相關(guān)的第一PMOS晶體管45a的溝道寬度和長 度的比值(其假定分別等于MOS晶體管51b和第二電流移相器級46的相關(guān)第 一PMOS晶體管45b的溝道寬度和長度的同一比值)。例如，W,/L!和W2/L2的 比值可以選擇為等于0.23。
M參考圖7，跨導(dǎo)放大器22a包括第二差動輸入級60和輸出級61。第二 差動輸入級60由一對N溝道MOS晶體管60a、 60b形成，其控制端分別連接 到誤差放大級22'的第一和第二輸入端41、 42，源極端相互連接并連接到提供 偏置電流I的第二電流發(fā)生器60c。輸出級61包括耦合到MOS晶體管60a的第 三輸出電流鏡64，耦合到MOS晶體管60b的第四輸出電流鏡65和第五輸出電 流鏡66。
更詳細(xì)地，第三和第四輸出電流鏡64、65由相應(yīng)二極管式連接的第一PMOS 晶體管64a、 65a和相應(yīng)的第二 PMOS晶體管64b、 65b構(gòu)成，它們的柵極端相 互連接、源極端相互連接并連接到電路的電壓源VDD。第三和第四輸出電流鏡 64、 65的第一 PMOS晶體管64a、 65a的漏極端分別連接到第二差動輸入級60 的MOS晶體管60a、 60b，同時第二PMOS晶體管64b、 65b的漏極端連接到第 五輸出電流鏡66。
17第五輸出電流鏡66依次包括二極管式連接的第一 NMOS晶體管66a和 第二NMOS晶體管66b，其柵極和源極端相互連接。第一 NMOS晶體管66a的 漏極端連接到第三輸出電流鏡64的第二PMOS晶體管64b的漏極端，同時第二 NMOS晶體管66b的漏極端連接到第四輸出電流鏡65的第二PMOS晶體管65b 的漏極端，并連接到誤差放大級22'的輸出。
跨導(dǎo)放大器22a還包括由反饋電流鏡68和第二反饋電流鏡69構(gòu)成不平衡 電流級，其被設(shè)計成限制跨導(dǎo)特性的鉗位區(qū)域S^ S2。
第-一反饋電流鏡68包括第一 PMOS晶體管，尤其是第三輸出電流鏡64的 二極管式連接的第---PMOS晶體管64a和第二 PMOS晶體管68b，它們的柵極 和源極端相互連接。第二PMOS晶體管68b的漏極端連接到第四輸出電流鏡65 的第一PMOS晶體管65a的漏極端。接著，第二反饋電流鏡69包括第一 PMOS 晶體管，尤其是第四輸出電流鏡像65的二極管式連接的第一PMOS晶體管65a 和第二PMOS晶體管69b，它們的柵極和源極端相互連接。第二PMOS晶體管 69b的漏極端連接到第三輸出電流鏡64的第一PMOS晶體管64a的漏極端。
在使用中，第三和第四輸出電流鏡64、 65放大(以典型的方式)流過對應(yīng) PMOS晶體管64a、 65a的電流。第五輸出電流鏡66倉的刻每第三輸出電流鏡64 的第二 PMOS晶體管64b和第五輸出電流鏡66的第一 NMOS晶體管66a的差 ^f俞出轉(zhuǎn)換為單一一個輸出，其是誤差差動級22'的輸出。
和不使用反饋電流鏡的情況相比，第一反饋電流鏡68和第二反饋電流鏡 69，尤其是PMOS晶體管68b和69b的附加存在在第二差動輸入級60的負(fù)載處 引入了正反饋，對于更小的輸入電壓(誤差信號Ve)，使第二差動輸入級60的
差動分支幾乎完全失去平衡。尤其是，當(dāng)誤差信號Ve以下面的方式使差動分支
不平衡時，即第一和第二反饋電流鏡68、 69的PMOS晶體管68b和69b中的一 個晶體管的柵極和源極端之間的電壓等于同一晶體管的閾值電壓，第一反饋電 流鏡68和第二反饋電流鏡69中的一個被去激舌，因此使前述正反饋停止，并 由此使跨導(dǎo)放大器22a的總跨導(dǎo)M下降。
該不平衡狀態(tài)對應(yīng)圖5a中所示的鉗位區(qū)域S,和S2。由此前述狀態(tài)出現(xiàn)，對 應(yīng)鉗位區(qū)域Sl和S2和線性操作區(qū)域L的^邊界點的絕對值的輸入誤差信號 Ve的值Vsat^大致由下面的公式得到
18其中g(shù)m6()是第二差動輸入級60的MOS晶體管60a、 60b的跨導(dǎo)值，k是第 -一和第二反饋電流鏡68、 69的晶體管對的長寬比(W/L)。因此，ffiil適當(dāng)篩 m導(dǎo)放大器22a的晶體管，可以調(diào)整線性操作區(qū)域L和鉗位區(qū)域和S2的寬度。
描述的電壓轉(zhuǎn)換器和對應(yīng)的控制輸出電壓的方法具有一些優(yōu)點。 對采樣反饋信號使用適當(dāng)?shù)臑V波，對誤差放大級使用適當(dāng)?shù)目鐚?dǎo)特性，能
夠作用在電壓轉(zhuǎn)換器的下述參數(shù)
-對輸出電壓V。ut在負(fù)載電流的寬范圍內(nèi)的調(diào)整的有效性，尤其是fflii適當(dāng)
選擇脈沖寬度Te和均衡器級32的開關(guān)電容器濾波器的RC串聯(lián)級34的時間常
數(shù)；以及
-^31響應(yīng)瞬間負(fù)載變化并避免采樣噪音，尤其是通皿當(dāng)選擇誤差放大級 22'的最大吸收電流和源電流和^t應(yīng)跨導(dǎo)特性上臨近線性操作區(qū)域L的鉗位 區(qū)域S,和S2的寬度。
尤其是，電壓轉(zhuǎn)換器的使用在電池充電器裝置中特別有利，用于提供來自 電源電壓的經(jīng)調(diào)整的輸出電壓(例如，等于12V)。
最后，很清楚可以對這里的說明和圖解進(jìn)行修改和變化，而不脫離所附權(quán) 利要求限制的本發(fā)明的范圍。
尤其是，強調(diào)了采樣反饋信號的濾波和說明的跨導(dǎo)特性的使用能對電壓轉(zhuǎn) 換器的調(diào)節(jié)參數(shù)獨立地進(jìn)行。然而，他們的結(jié)合使用對獲得前述的優(yōu)點相當(dāng)有 利。
此外，在電壓轉(zhuǎn)換器30中，可以直接從變壓器的初級側(cè)的初級繞組5得到 與輸出電壓V。^的值相關(guān)的反饋信號Vth。在這種情況下，可能不提供輔助繞組 7，或者可以僅用來為控制電路12'提供自給(然而，說明的控制方法不變)。
可以不提供誤差放大級22'中的CCE模塊22b，在該情況下該應(yīng)用不需要 高的源電流和吸收電流。此外，誤差放大級22'的跨導(dǎo)特性只具有大信號操作 區(qū)域H，、 H2 (具有高電流)，例如，對于高吸收電流的大信號操作區(qū)域H!、 H2， 和因此僅一個靠近線性操作區(qū)域L的飽和區(qū)域(在該例中，飽和區(qū)域S2)中的 一個。例如，這種情況可以出現(xiàn)在本申請不需要在輸出具有高的源電流，而只需要高的吸收電流的情形。
此外，很明顯可以為RC串聯(lián)級34的濾波時間常數(shù)Tf提供不同的值，只要 它們大于或等于脈沖寬度Te。脈沖寬度Te大于濾波時間常數(shù)Tf實際上會^(吏控制 回路不穩(wěn)定，使均衡器級32帶來的低通濾波效果忽略不計。
最后，重要的是本發(fā)明找到了在初級繞組上具有反饋并控制電流峰值的開
關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器的一般應(yīng)用，由此形成獨立的用于特定類型(即使在說明書 特定參考中已經(jīng)制成回掃型)的轉(zhuǎn)換器(或者調(diào)節(jié)器或電源)；在固定或變化的 開關(guān)頻率處的電源和負(fù)載之間的能量轉(zhuǎn)換形態(tài)(例如，作為輸出負(fù)載的函數(shù))； 用于實現(xiàn)控制電路的制蟲功能模塊的特定電路方案；控制開關(guān)的類型；以及在 變壓器的初級側(cè)提供的反饋形態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種電壓轉(zhuǎn)換器(30)，包括電壓變壓器裝置(4)，具有設(shè)計成接收輸入電壓(Vin)的初級側(cè)(5、7)和設(shè)計成提供輸出電壓Vout的次級側(cè)(6)；與所述次級側(cè)(5)耦合的控制開關(guān)裝置(8)；以及控制電路(12’)，其耦合到所述控制開關(guān)裝置(8)的控制端并設(shè)計成控制其開關(guān)，從而作為和所述輸出電壓(Vout)相關(guān)的反饋信號(Vfb)的函數(shù)；所述控制電路(12’)具有設(shè)計成采樣并保持所述反饋信號(Vfb)并提供采樣信號(Vcam)的采樣級(20)，其特征在于所述控制電路(12’)還包括均衡器級(32)，其連接到所述采樣級(20)的輸出并被設(shè)計成實現(xiàn)對所述采樣信號(Vcam)的濾波。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中所述電壓變壓器裝置(4)具有設(shè)計成 接收所述輸入電壓(Vm)的初級繞組(5)，設(shè)計成提供所述輸出電壓(V?！返?次級繞組(6)以及設(shè)計成提供所述反饋信號(Vtb)的輔助繞組(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1轉(zhuǎn)換器，其中所述控制電路(12')還包括誤差放大級 (22，)，其連接到所述均衡器級(32)的輸出并設(shè)計成放大濾波信號(FB)和基 準(zhǔn)信號(Vref)之間的差異并且提供控制信號(Vcon)，該濾波信號(FB)是所述 釆樣信號(V,)被濾波的結(jié)果；和控制器級(25)，其被設(shè)計成為所述控制開 關(guān)裝置(8)的控制端產(chǎn)生驅(qū)動信號(PW)作為所述控制信號(V,)的函數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制級(12')被設(shè)計成利用開關(guān)周 期(T，)控制所述控制開關(guān)裝置(8)的開關(guān)，并且所述均衡器級(32)被設(shè)計 成實現(xiàn)具有等效時間常數(shù)(TV大于或等于所述開關(guān)周期(Tw)的低通濾波。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的轉(zhuǎn)換器，其中所述等效時間常數(shù)(Teq)等于所述開關(guān)周期(u的倍數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中所述均衡器級包括開關(guān)電容器濾波器 (32)，由濾波開關(guān)(33)、 RC串聯(lián)級(34)和脈沖發(fā)生器(35)構(gòu)成，設(shè)計成 在給定期間(Tt)控制所述濾波器開關(guān)(33)的閉合；所述RC串聯(lián)級(34)具 有大于或等于所述給定期間(Te)的相應(yīng)時間常數(shù)(Tf)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的轉(zhuǎn)換器，其中所述時間常數(shù)是所述給定期間(Te)的 四倍。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中所述控制電路(12')還包括誤差放大級(22，)，其連接到所述均衡器級(32)的輸出并設(shè)計成放大在濾波信號(FB)和 基準(zhǔn)信號(Vref)之間的差異，該濾波信號(FB)是所艦樣信號(V咖)被濾 波的結(jié)果；所述誤差放大級(22')被設(shè)置成具有跨導(dǎo)特性，該跨導(dǎo)特性具有給 定斜率的線性操作區(qū)域(L)，和至少一個第-^l甘位區(qū)域(S2)，其具有的斜率低 于所述給定斜率并設(shè)置^5:所述線性操作區(qū)域(L)。
9、 根據(jù)權(quán)禾腰求8的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一鉗位區(qū)域(S2)具有基本為零 的斜率并對應(yīng)從所述誤差放大級(22')的輸出處的基本恒定電流值(r。》，而 輸入到所述誤差放大級(22，)的電壓(Ve)變化。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的轉(zhuǎn)換器，其中所述跨導(dǎo)特性具有第一大信號操作 區(qū)域(H2)和第二大信號操作區(qū)域(HO，其相對于所述線性操作區(qū)域(L)在 相對側(cè)橫向設(shè)置，并對應(yīng)來自所述誤差放大級(22，)的輸出電流(IV)的高值， 其絕對值高于所述輸出電流在所述線性操作區(qū)域(L)的值；所述線性操作區(qū)域 (L)通過所述第 -鉗位區(qū)域(S2)與所述第一大信號操作區(qū)域(H2)分開，并 且通過第二鉗位區(qū)域(St)與所述第二大信號操作區(qū)域(H,)分開，其靠近所 述線性操作區(qū)域(L)并且具有比所述給定斜率低的斜率。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的轉(zhuǎn)換器，其中所述線性操作區(qū)域(L)對應(yīng)到所述 誤差放大級(22')的輸入處的電壓(Ve)值的給定范圍，并且所述第一大信號 操作區(qū)域(H2)對應(yīng)具有大于所述給定范圍的值的輸入電壓，而第二大信號操 作區(qū)域(Hh)對應(yīng)具有小于所述給定范圍的值的輸入電壓。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8的轉(zhuǎn)換器，其中所述誤差放大級(22')包括跨導(dǎo)放大 器(22a)，其連接到所述均衡器級(32)的輸出并設(shè)置成限定所述跨導(dǎo)特性的 所述第一鉗位區(qū)域(S2);所述跨導(dǎo)放大器(22a)包括具有第一輸入(41)和第 二輸入(42)的第一差動輸入級(60)，其連接到所述跨導(dǎo)放大器(22a)的相 應(yīng)輸入以及第一和第二差動分支;第一輸出電流鏡(64)和第二輸出電流鏡(65 )， 其連接到所述第-一和第二差動分支中的相應(yīng)一個并設(shè)計成提供來自所述誤差放 大級(22')的輸出電流(1'?！?；以及耦合到所述第一和第二差動分支并設(shè)計成 引起電流(I)不平衡的不平衡級(68、 69)，該電流(I)被設(shè)計成在所述第一 鉗位區(qū)域(S2)處，流入所述第一和第二輸出電流鏡(64、 65)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的轉(zhuǎn)換器，其中所述跨導(dǎo)特性具有至少一個第一大信 號操作區(qū)域(H2)，其設(shè)置在所述線性操作區(qū)域(L)的側(cè)面并對應(yīng)來自所述誤差放大級(22')的輸出電流(r加)的高值，在所述線性操作區(qū)域(L)中其絕 對值高于所述輸出電流的值；并且其中所述誤差放大級(22')還包括電流容量 增大模塊(22b)，其連接到所述誤差放大級(22')的輸出并設(shè)計成限定所i^f 導(dǎo)特性的所述第一大信號操作區(qū)域(H2);所述電流容量增大模i央(22b)，包括: 具有第一輸入(41)和第二輸入(42)的第二差動輸入級(44)，其連接到所述 跨導(dǎo)放大器(22a)的相應(yīng)的輸入；至少一個第-一電流移相器級(45、 46)，其 連接到所述差動輸入級(44)的輸出；以及至少一個第一輸出電流鏡(47、 48)， 其連接到所述第--電流移相器級并設(shè)計成提供所述輸出電流(I'。ut)，從到誤差 放大級(22')的輸入處的信號(Ve)的值開始，對應(yīng)所述第一大信號操作區(qū)域 (H2)的起點。
14、 絕緣型的根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中所述反饋信號(Vlb)被設(shè)計 成由所述^E器(4)的初級偵ij呈現(xiàn)，并且所述控制電路(12')被設(shè)置成實JM 所述控制開關(guān)(8)的PWM控制，用來控制在所述初級繞組(5)的峰值電流。
15、 一種電壓轉(zhuǎn)換器(30)，其包括電壓^H器裝置(4)，其具有設(shè)計 成接收輸入電壓(Vm)的初級側(cè)(5、 7)和設(shè)計成提供輸出電壓V。^的次級側(cè) (6);與所述次級側(cè)(5)耦合的控制開關(guān)裝置(8);以及控制電路(12，)， 其耦合到所述控制開關(guān)裝置(8)的控制端并設(shè)計成控制其開關(guān)，從而作為和所 述輸出電壓(VQUt)相關(guān)的反饋信號(Vtb)的函數(shù)；所述控制電路(12')被提 供有誤差放大級(22')，其被設(shè)計成處理所述第一信號(FB)和基準(zhǔn)信號(Vref) 之間的差異，其特征在于所述誤差放大級(22')被設(shè)置成具有跨導(dǎo)特性，該跨導(dǎo)特性具 有給定斜率的線性操作區(qū)域(L)，和至少一個第^f甘位區(qū)域(S2)，其具有的斜 率低于所述給定斜率并誕所述線性操作區(qū)域(L)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一鉗位區(qū)域(S2)具有基本為 零的斜率并對應(yīng)從所述誤差放大級(22')的輸出處的基本恒定電流值(r。a)， 而輸入到所述誤差放大級(22')的電壓(Ve)變化。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)換器，其中所述跨導(dǎo)特性具有第一大信號操作 區(qū)域(H2)和第二大信號操作區(qū)域(H,),其相對于所述線性操作區(qū)域(L)在 相對側(cè)橫向設(shè)置，并對應(yīng)來自所述誤差放大級(22，)的輸出電流(r加)的高值， 其絕對值高于所述輸出電流在所述線性操作區(qū)域(L)的值；所述線性操作區(qū)域(L)通過所述第一鉗位區(qū)域(S2)與所述第一大信號操作區(qū)域(H2)分開，并 且通過第二鉗位區(qū)域(S。與所述第二大信號操作區(qū)域(H》分開，其靠近所 述線性操作區(qū)域(L)并且具有比所述給定斜率低的斜率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的轉(zhuǎn)換器，其中所述線性操作區(qū)域(L)對應(yīng)到所述 誤差放大級(22')的輸入處的電壓(Ve)值的給定范圍，并且所述第一大信號 操作區(qū)域(H2)對應(yīng)具有大于所述給定范圍的值的輸入電壓，而第二大信號操 作區(qū)域(H,)對應(yīng)具有小于所述給定范圍的值的輸入電壓。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)換器，其中所述誤差放大級(22')包括跨導(dǎo)放大 器(22a)，其連接到所述均衡器級(32)的輸出并設(shè)置成限定所，導(dǎo)特性的 所述第一鉗位區(qū)域(S2);所述跨導(dǎo)放大器(22a)包括具有第一輸入(41)和第 二輸入(42)的第一差動輸入級(60)，其連接到所述跨導(dǎo)放大器(22a)的相 應(yīng)輸入以及第一和第二差動分支;第一輸出電流鏡(64)和第二輸出電流鏡(65 )， 其連接到所述第一和第二差動分支中的相應(yīng)的一個并設(shè)計成提供來自所述誤差 放大級(22)的輸出電流(I'。J;以及耦合到所述第一和第二差動分支并設(shè)計 成引起電流(I)的不平衡的不平衡級(68、 69)，該電流(I)被設(shè)計皿所述 第^f甘位區(qū)域(S2)處，流入所述第一和第二輸出電流鏡(64、 65)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19的轉(zhuǎn)換器，其中所述跨導(dǎo)特性具有至少一個第一大信 號操作區(qū)域(H2)，其設(shè)置在所述線性操作區(qū)域(L)的側(cè)面并對應(yīng)來自所述誤 差放大級(22')的輸出電流(r加)的高值，在所述線性操作區(qū)域(L)中其絕 對值高于所述輸出電流的值；并且其中所述誤差放大級(22')還包括電流容量 增大模塊(22b)，其連接到所述誤差放大級(22')的輸出并設(shè)計成限定所m 導(dǎo)特性的所述第一大信號操作區(qū)域(H2);所述電流容量增大模塊(22b)，包括 具有第一輸入(41)和第二輸入(42)的第二差動輸入級(44),其連接到所述 跨導(dǎo)放大器(22a)的相應(yīng)輸入；至少一個第一電流移相器級(45、 46)，其連 接到所述差動輸入級(44)的輸出；以及至少一個第一輸出電流鏡(47、 48)， 其連接到所述第一電流移相器級并設(shè)計成提供所述輸出電流(I'M),從到誤差 放大級(22')的輸入處的信號(Ve)的值開始，對應(yīng)所述第一大信號操作區(qū)域 (H2)的起點。
21、 根據(jù)權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)換器，還包括采樣級(20)，設(shè)計成采樣并保 持和所述輸出電壓(VQUt)相關(guān)的反饋信號(Vfc)并提供采樣信號(V,);以及均衡器級(32)，其連接至U所，樣級(20)的輸出并被設(shè)計成實現(xiàn)對所述采 樣信號(V,)的濾波，所述第-一信號(FB)是所述采樣信號(V咖)的濾波結(jié)果。
22、 一種電子裝置(30)，尤其是電池充電器裝置，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1的電壓轉(zhuǎn)換器。
23、 一種控制電壓轉(zhuǎn)換器(30)的方法，所述轉(zhuǎn)換器被提供有具有接收輸 入電壓(VJ的初級側(cè)(5、 7)和提供輸出電壓(V。lJt)的次級側(cè)(6)的電壓 變壓器裝置(4)，和耦合到所述次級側(cè)(5)的控制開關(guān)裝置(8);所述方法包 括控制所述控制開關(guān)裝置(8)的開關(guān)作為和所述輸出電壓(V。J相關(guān)的反饋 信號(Vft)的函數(shù)的步驟，并且所述控制步驟包括采樣所述反饋信號(Vfb)以 產(chǎn)生釆樣信號(V,)的步驟，其特征在于所述控制步驟還包括對所述采樣信號(V,)進(jìn)行濾波。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述控制步驟包括利用開關(guān)周期(T，) 控制所述控制開關(guān)裝置(8)的開關(guān)，并且實現(xiàn)濾波的步驟包括對所，樣信號 (VaJ進(jìn)行低通濾波，等效時間常數(shù)(Teq)大于或等于所述開關(guān)周期(Tsw)。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述等效時間常數(shù)(Teq)等于所述開關(guān) 周期(Tsw)的倍數(shù)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述控制步驟還包括放大濾波信號(FB) 和基準(zhǔn)信號(Vrel、)之間的差異，該濾波信號(FB)是所述采樣信號(V,)被 濾波的結(jié)果；所述放大步驟包括實現(xiàn)具有給定斜率的線性操作區(qū)域(L)的跨導(dǎo) 特性，和至少一個第^l甘位區(qū)域(S2)，其具有的斜率低于所述給定斜率并設(shè)置 成M:所述線性操作區(qū)域(L)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述第一鉗位區(qū)域(S2)具有基本為零 的斜率并對應(yīng)從所述誤差方夂大級(22')的輸出處的基本恒定電流值(r?！?，而 輸入到所述誤差放大級(22')的電壓(Ve)變化。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所，導(dǎo)特性具有第一大信號操作區(qū) 域(H2)和第二大信號操作區(qū)域(H》，其相對于所述線性操作區(qū)域(L)在相 對側(cè)橫向設(shè)置，并對應(yīng)來自所述誤差放大級(22，)的輸出電流(I;)的高值， 其絕對值高于所述輸出電流在所述線性操作區(qū)域(L)的值；所述線性操作區(qū)域 (L)通過所述第一鉗位區(qū)域(S2)與所述第一大信號操作區(qū)域(H2)分開，并且通過第二鉗位區(qū)域(S。與所述第二大信號操作區(qū)域(H,)分開，其靠近所述線性操作區(qū)域(L)并且具有比所述給定斜率低的斜率。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述線性操作區(qū)域(L)對應(yīng)到所述誤 差放大級(22')的輸入處的電壓(Ve)值的給定范圍，并且所述第一大信號操 作區(qū)域(H2)對應(yīng)具有大于所述給定范圍的值的輸入電壓，而第二大信號操作 區(qū)域(H,)對應(yīng)具有小于所述給定范圍的值的輸入電壓。
30、 一種控制電壓轉(zhuǎn)換器(30)的方法，所述電壓轉(zhuǎn)換器具有電壓變壓器 裝置(4)，該電壓 器裝置具有設(shè)計成接收輸入電壓(Vm)的側(cè)初級側(cè)(5、 7)和設(shè)計成提供輸出電壓(V?！返拇渭墏?cè)(6);與所述次級側(cè)(5)耦合的控 制開關(guān)裝置(8);所述方法包括控制所述控制開關(guān)裝置(8)的開關(guān)作為和所述 輸出電壓(V。J相關(guān)的第--信號(FB)的函數(shù)的步驟，并且所述控制步驟包括 放大所述第一信號(FB)和基準(zhǔn)信號(Vref)之間的差異，其特征在于所述放大步驟包括實現(xiàn)跨導(dǎo)特性，該跨導(dǎo)特性具有給定斜率的 線性操作區(qū)域(L)，和至少一個第一鉗位區(qū)域(S2)，其具有的斜率低于所述給 定斜率并且皿所述線性操作區(qū)域(L)。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中所述第^f甘位區(qū)域(S2)具有基本為零 的斜率并對應(yīng)輸出電流的基本恒定值(I'oJ，該輸出電流的基本恒定值(I;) 是所述放大步驟的結(jié)果。
32、 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中所述控制步驟還包括采樣和所述輸出 電壓(V。J相關(guān)的反饋信號(Vfh)以產(chǎn)生采樣信號(V,);并實5見對所述采 樣信號(V體)的濾波，所述第一信號(FB)是所述采樣信號(V,)被濾波的 結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及在初級線圈具有反饋的隔離電壓轉(zhuǎn)換器及對應(yīng)的控制輸出電壓的方法。提供一種電壓轉(zhuǎn)換器(30)，其將輸入電壓(V_in)轉(zhuǎn)化成經(jīng)調(diào)整的輸出電壓(V_out)，具有變壓器裝置(4)，具接收輸入電壓(V_in)的側(cè)初繞組(5)，提供輸出電壓(V_out)的次級繞組(6)，和提供與輸出電壓(V_out)相關(guān)的反饋信號(V_tb)的輔助繞組(7)；控制開關(guān)裝置(8)，連接到初級繞組(8)；以及控制電路(12’)，連接到控制開關(guān)裝置(8)的控制端來控制其開關(guān)，作為和所述輸出電壓(V_out)相關(guān)的反饋信號(V_fb)的函數(shù)?？刂齐娐?12’)具有采樣反饋信號(V_fb)并提供采樣信號(V_cam)的采樣級(20)。均衡器級(32)連接到采樣級(20)的輸出并實現(xiàn)對所述采樣信號(V_cam)的低通濾波，從而降低由于采樣引起的不期望的振蕩。
文檔編號H02M1/12GK101471600SQ200810189899
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者C·阿德拉格納, M·格蘭德, S·圖米納羅 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司