用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括：開關(guān)控制組件，被配置為根據(jù)表征與負載串聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信號、表征輸出至負載的輸出電壓的輸出電壓表征信號、以及參考信號生成控制信號，并利用控制信號來控制系統(tǒng)功率開關(guān)的導通與截止，其中系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及負載并行連接在電感器與地之間。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以消除輸入電流的平均值在交流輸入電壓處于谷底時的缺相，減小輸入電流在交流電源的整個工頻周期的畸變。
【專利說明】
用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，基于Boost架構(gòu)的功率因數(shù)校正開關(guān)變換器應用十分廣泛。但是，傳統(tǒng)的導 通時間恒定工作模式的Boost功率因數(shù)校正變換器的輸入電流諧波失真(THD)較大，在對諧 波失真要求較高的場合無法應用，需要加入優(yōu)化電路才能滿足諧波要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明提供了一種用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)，包括:開關(guān)控制組件，被配置 為根據(jù)表征與負載串聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信號、表征輸出至負載的輸出電壓 的輸出電壓表征信號、以及參考信號生成控制信號，并利用控制信號來控制系統(tǒng)功率開關(guān) 的導通與截止，其中系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及負載并行連接在電感器與地之間。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種用于向負載提供輸出電壓的方法，包括:根據(jù)表征與負載串 聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信號、表征輸出至負載的輸出電壓的輸出電壓表征信 號、以及參考信號生成控制信號，并利用控制信號來控制系統(tǒng)功率開關(guān)的導通與截止，其中 系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及負載并行連接在電感器與地之間。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以消除輸入電流的平均值在交流輸入電壓處于谷底 時的缺相，減小輸入電流在交流電源的整個工頻周期的畸變。
【附圖說明】
[0006] 從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】的描述中可以更好地理解本發(fā)明，其 中：
[0007] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)的電路圖；
[0008] 圖2是圖1中所示的開關(guān)控制組件的示意框圖；
[0009] 圖3a是當交流輸入電壓處于峰值附近時圖1所示的系統(tǒng)中的輸入電流的波形圖；
[0010] 圖3b是當交流輸入電壓處于谷底附近時圖1所示的系統(tǒng)中的輸入電流的波形圖；
[0011] 圖4是圖1所示的系統(tǒng)中的輸入電流的平均值在交流電源的一個工頻周期內(nèi)與標 準正弦波的對比的示意圖；
[0012] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的開關(guān)控制組件的示意框圖；
[0013] 圖6是圖5中所示的斜坡信號生成模塊的示意圖；
[0014] 圖7是采用圖5所示的開關(guān)控制組件的系統(tǒng)中的電感電流表征信號（即，退磁表征 信號Vcs)、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信號的工作波形的示意圖；
[0015] 圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)的電路圖；
[0016] 圖9是圖8所示的系統(tǒng)中的開關(guān)控制組件的示意框圖；
[0017] 圖10是圖9中所示的斜坡信號生成模塊的示意圖；
[0018] 圖11a是當交流輸入電壓處于峰值附近時圖8所示的系統(tǒng)中的電容器C2上的電壓 Vc2、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信號的工作波形的示意圖；
[0019] 圖lib是當交流輸入電壓處于谷底附近時圖8所示的系統(tǒng)中的電容器C2上的電壓 Vc2、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信號的工作波形的示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面將詳細描述本發(fā)明的各個方面的特征和示例性實施例。在下面的詳細描述 中，提出了許多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說 很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情況下實施。下面對實施 例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的示例來提供對本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明決不限 于下面所提出的任何具體配置和算法，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了元素、 部件和算法的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結(jié)構(gòu)和技 術(shù)，以便避免對本發(fā)明造成不必要的模糊。
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)（即，BOOST準諧振開 關(guān)電源）的電路圖。如圖1所示，BOOST準諧振開關(guān)電源100包括交流整流組件102、開關(guān)控制 組件104、以及電壓輸出組件106。其中，交流整流組件102接收來自交流電源的交流輸入電 壓V AC，并將交流輸入電壓VAC變換為經(jīng)整流的輸入電壓Vin(下面簡稱輸入電壓Vin)，以向負 載提供輸出電壓。開關(guān)控制組件104通過INV端子感測輸出至負載的輸出電壓、通過CS/ZCD 端子感測表征電壓輸出組件106中與負載串聯(lián)的電感器L的退磁情況的退磁表征電壓，并基 于感測到的輸出電壓和退磁表征電壓，通過GATE端子輸出驅(qū)動信號來驅(qū)動系統(tǒng)功率開關(guān)S1 的導通與截止，從而調(diào)節(jié)提供給負載的輸出電壓。
[0022] 當系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通時，輸入電壓Vin給電壓輸出組件106中的電感器L充電。流 過電感器L的電感電流（即，輸入電流Iin)的峰值Ι ΡΚ由系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間Ton(即， 系統(tǒng)功率開關(guān)S1處于導通狀態(tài)的持續(xù)時間）決定：
[0023]
[0024] 當系統(tǒng)功率開關(guān)S1由導通變?yōu)榻刂箷r，輸出電壓Vo和輸入電壓Vin的差值Vo-Vin 給電感器L退磁，表征電感器L的退磁情況的退磁表征電壓由開關(guān)控制組件104的CS/Z⑶端 子感測。電感器L退磁結(jié)束后，系統(tǒng)功率開關(guān)S1的寄生電容器C ds和電感器L發(fā)生諧振，當系統(tǒng) 功率開關(guān)S1兩端的電壓諧振到谷底時，系統(tǒng)功率開關(guān)S1會再次導通。
[0025] 圖2是圖1中所示的開關(guān)控制組件的示意框圖。如圖2所示，開關(guān)控制組件104具有 GATE端子、INV端子、CS端子、GND端子、C0MP端子、以及VCC端子，并且包括斜坡信號生成模塊 201、脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號生成模塊202、邏輯控制模塊203、驅(qū)動模塊204、退磁檢測模 塊205、誤差放大器(EA)模塊206、以及欠壓保護(UVL0)模塊207。
[0026]如圖2所示，斜坡信號生成模塊201與PWM信號生成模塊202的正相輸入端連接。 C0MP端子以及誤差放大器(EA)模塊206的輸出端與PWM信號生成模塊202的反相輸入端連 接。PWM信號生成模塊202的輸出端與邏輯控制模塊203連接，邏輯控制模塊203與驅(qū)動模塊 204連接，驅(qū)動模塊204與GATE端子連接。CS端子與退磁檢測模塊205連接，退磁檢測模塊205 與邏輯控制模塊203連接。INV端子與誤差放大器(EA)模塊206的反相輸入端連接。GND端子 接地。VCC端子與欠壓保護模塊207連接。
[0027]具體地，在系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間Ton期間，斜坡信號生成模塊201基于預定 的斜坡電流I ramp生成斜坡電壓Vramp，并將斜坡電壓Vramp輸出至PWM信號生成模塊20 2的 正相輸入端；誤差放大器(EA)模塊206基于與其反相輸入端連接的INV端子處的電壓、以及 輸入到其正相輸入端的參考信號Vref_ea生成輸出電壓表征電壓Vcomp(即，C0MP端子處的 電壓），并將輸出電壓表征電壓Vcomp輸出至PWM信號生成模塊202的反相輸入端;PWM信號生 成模塊202通過將斜坡電壓Vramp與輸出電壓表征電壓Vcomp進行比較生成PWM調(diào)制信號，并 將PWM調(diào)制信號輸出至邏輯控制模塊203;退磁檢測模塊205基于CS端子處的退磁表征電壓 生成退磁表征信號，并將退磁表征信號輸出至邏輯控制模塊203;邏輯控制模塊203基于PWM 調(diào)制信號、以及退磁表征信號生成控制信號；驅(qū)動模塊204基于控制信號生成驅(qū)動信號，以 驅(qū)動系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通與截止。這里，INV端子處的電壓是通過對輸出電壓Vo進行分壓 得到的。
[0028] 如圖1和圖2所示，流過電感器L的電感電流Iin經(jīng)由電阻Res和RC濾波組件生成電 壓Vcs，此電壓被送入CS端子。CS端子處的電壓Vcs的大小可以表征電感電流的大小進而可 以表征電感器L的退磁情況，因此CS端子處的電壓Ves在這里被稱為退磁表征電壓。由于電 感電流Iin是從控制組件104的GND端子流向CS端子，所以CS端子上的電壓Vcs為負向電壓， 艮口\^8 = -1;[11*1^8。當03端子處的電壓高于一個接近為零的負向閾值(例如，-101]1\〇時判定 電感器L退磁結(jié)束，此時系統(tǒng)功率開關(guān)S1的寄生電容器C ds和電感器L發(fā)生諧振，經(jīng)過一段時 間（例如，lus)后系統(tǒng)功率開關(guān)S1兩端的電壓諧振到谷底，此時通過邏輯控制和驅(qū)動輸出高 電平，使系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通。在一些實施例中，也可以不直接從CS端子處的電壓Vcs感測 電感器L的退磁情況，退磁表征信號可以由傳統(tǒng)的電感耦合方式生成。
[0029]在系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間內(nèi)，當斜坡信號生成模塊201基于預定的斜坡電流 Iramp生成的斜坡電壓Vramp高于輸出電壓表征電壓Vcomp時，信號生成模塊202生成低 電平的PWM調(diào)制信號；電感器L處于充電過程而非退磁過程中，退磁檢測模塊205生成低電平 的退磁表征信號;邏輯控制模塊203基于低電平的PWM調(diào)制信號和低電平的退磁表征信號生 成低電平的控制信號;驅(qū)動模塊204基于低電平的控制信號生成低電平的驅(qū)動信號，從而使 得系統(tǒng)功率開關(guān)S1截止(驅(qū)動模塊204生成的驅(qū)動信號的波形與邏輯控制模塊203生成的控 制信號的波形相同）。
[0030]可以看出，由誤差放大器(EA)模塊206生成的輸出電壓表征電壓Vcomp決定了系統(tǒng) 功率開關(guān)S1的導通時間Ton。輸出電壓表征電壓Vcomp在交流電源的一個工頻周期內(nèi)基本恒 定，這就決定了系統(tǒng)功率開關(guān)S1在交流電源的一個工頻周期內(nèi)的導通時間Ton是恒定的。在 這種系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間Ton固定的工作模式中，流過電感器L的電感電流（即，輸入 電流I in)的波形如圖3a和3b所示。
[0031]在圖3a和3b中所示的情況中，可以根據(jù)輸入電流Iin的波形如下計算輸入電流Iin 的平均值：
[0032]
[0033] 積分得出：
[0034]
[0035] 其中，Ton表示系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間（即，電感器L的充電時間），Td表示電感 器L的退磁時間，Tr表示電感器L與系統(tǒng)功率開關(guān)S1的寄生電容器C ds的諧振時間。
[0036] Ipk是輸入電流Iin的峰值：
[0037] In_Pk是負向諧振電流峰值：
[0038] 電感器L的退磁時間：
[0039] 電感器L的諧振時間：=
[0040] 在交流電源的一個工頻周期內(nèi)，輸出電壓表征電壓Vcomp恒定，因此系統(tǒng)功率開關(guān) S1的導通時間Ton時間恒定；電感器L的電感量L和系統(tǒng)功率開關(guān)S1的寄生電容器Cds固定， 因此諧振時間Tr也固定;在交流輸入電壓V AC的波峰附近，輸入電壓Vin大，負向諧振電流峰 值In_Pk低，電感電流峰值Ipk高，同時退磁時間Td也長，負向諧振電流所占比例小，波形如圖 3a所示;在交流輸入電壓V AC的谷底附近，輸入電壓Vin小，負向諧振電流峰值^+沐高，電感電 流峰值Ipk低，同時退磁時間Td也短，負向諧振電流所占比例大，波形如圖3b所示，此時負向 諧振電流甚至會與正向電流相抵消，導致輸入電流Iin無法跟隨輸入電壓Vin的波形。
[0041] 輸入電流Iin的平均值在交流電源的一個工頻周期內(nèi)的波形如圖4所示。圖4是圖1 中所示的系統(tǒng)的輸入電流I i η的平均值的波形與標準正弦波的對比的示意圖。從之前的公 式分析可以得出，輸入電流Iin與標準正弦波相比較在交流電源的整個工頻周期內(nèi)都會有 畸變，尤其在交流輸入電壓V AC的谷底附近畸變最嚴重。
[0042]因此，圖2所示的開關(guān)控制組件產(chǎn)生的諧波失真較大，在對諧波失真(THD)要求較 高的場合無法應用。
[0043] 為了解決結(jié)合圖1-4描述的系統(tǒng)中存在的一個或多個問題，提出了下面參考圖5至 圖7詳細描述的用于圖1所示的系統(tǒng)的新穎的開關(guān)控制組件，該開關(guān)控制組件具有與圖2所 示的開關(guān)控制組件相同的引腳，并且可以使圖1所示的系統(tǒng)中的總電流畸變降到最小。
[0044] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的開關(guān)控制組件的示意框圖。如圖5所示，開關(guān)控制組件 500包括斜坡信號生成模塊501、PWM信號生成模塊502、邏輯控制模塊503、驅(qū)動模塊504、退 磁檢測模塊505、誤差放大器(EA)模塊506、以及欠壓保護(UVL0)模塊507。
[0045]在圖5所示的開關(guān)控制組件中，斜坡信號生成模塊501、PWM信號生成模塊502、邏輯 控制模塊503、驅(qū)動模塊504、退磁檢測模塊505、誤差放大器(EA)模塊506、以及欠壓保護 (UVL0)模塊507之間的連接關(guān)系、以及信號處理流程與圖2中所示的相應模塊之間的連接關(guān) 系、以及信號處理流程相同，在此不再贅述。
[0046]另外，在圖5所示的開關(guān)控制組件中，斜坡信號生成模塊501基于CS端子處的退磁 表征電壓Vcs、負向閾值電壓Vth、以及預定的斜坡電流Iramp生成斜坡電壓Vramp，其中負向 閾值電壓Vth是預定電壓。
[0047]圖6是圖5中所示的斜坡信號生成模塊的示意框圖。如圖6所示，斜坡電壓生成模塊 501包括比較器601、開關(guān)K1、開關(guān)Ks、緩沖放大器0P、以及電容器C1。
[0048]在圖6所示的斜坡信號生成模塊中，開關(guān)Ks的導通與截止由驅(qū)動模塊504生成的驅(qū) 動信號控制（即，由邏輯控制模塊503生成的控制信號控制）。具體地，在驅(qū)動信號為高電平， 即系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通期間，開關(guān)Ks截止;在驅(qū)動信號為低電平，即系統(tǒng)功率開關(guān)S1截止期 間，開關(guān)Ks導通，此時斜坡電壓Vramp (即，電容器C1上的電壓)被鉗位在VI。
[0049] 在圖6所示的斜坡信號生成模塊中，開關(guān)K1的導通與截止由比較器601的輸出信號 控制，其中，比較器601的輸出信號是基于比較器601的正相輸入端的退磁表征電壓Vcs以及 反相輸入端的負向閾值電壓Vth生成的。在系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通期間，輸入電壓Vin給電感 器L充電，退磁表征電壓Vcs從0V開始降低，當退磁表征電壓Vcs高于負向閾值電壓Vth時， 比較器601的輸出信號為低電平，此時K1截止；當退磁表征電壓Vcs低于負向閾值電壓Vth 時，比較器601的輸出信號為高電平，此時K1導通，斜坡電流Iramp給電容器Cl充電，直到電 容器C1上的斜坡電壓Vramp達到輸出電壓表征電壓Vcomp且驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖綖橹?電容 器C1上的斜坡電壓Vramp被輸出至PWM信號生成模塊502的正相輸入端。
[0050] 在圖6所示的斜坡信號生成模塊501中，當開關(guān)Ks導通時，電容器C1上的電壓被維 持在VI;當開關(guān)Ks、Kl都截止時，電容器C1上的電壓仍然維持在VI;當開關(guān)K1導通、開關(guān)Ks截 止時，斜坡電流I ramp給電容器C1充電，直到電容器C1上的斜坡電壓Vramp達到輸出電壓表 征電壓Vcomp且驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖綖橹梗浑娙萜鰿1上的斜坡電壓Vramp被輸出至ΠΜ信號 生成模塊502的正相輸入端。
[0051]圖7是退磁表征電壓Vcs、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信號（即，GATE引腳處的信號） 的工作波形的示意圖。如圖7所示，當Vcs電壓上升至高于一個接近為零的負向電壓(例如，-10mV)，判定電感L退磁結(jié)束，通過邏輯控制及驅(qū)動輸出高電平，在驅(qū)動信號為高電平（即，系 統(tǒng)功率開關(guān)S1導通)期間，電感器L充電，CS端子處的退磁表征電壓Vcs從0V開始降低；當退 磁表征電壓Vcs達到負向閾值電壓Vth時，開關(guān)K1導通，斜坡電流Iramp開始向電容器C1充 電，電容器C1上的斜坡電壓Vramp開始上升；當斜坡電壓Vramp達到輸出電壓表征電壓Vcomp 時，驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖?，系統(tǒng)功率開關(guān)管S1截止，退磁表征電壓Vcs開始上升，斜坡電壓 Vramp被鉗位到VI。其中，驅(qū)動信號為高電平的時間（即，系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間Ton)由 兩部分組成，一部分是斜坡電壓Vramp從V1上升到輸出電壓表征電壓Vcomp的時間Tramp，由 于輸出電壓表征電壓Vcomp基本恒定，因此Tramp也恒定；另一部分是退磁表征電壓Vcs下降 到負向閾值電壓Vth的時間Td 1。
[0052]根據(jù)以下的電感電流充電公式：
[0053]
[0054]其中，Res為電感電流檢測電阻，L為電感器L的電感量，對于一個給定的系統(tǒng)，內(nèi) 部閾值Vth和Res均恒定。Tdl與輸入電壓Vin成反比，輸入電壓Vin越小，Tdl越大，這樣可以 讓系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通時間Ton與輸入電壓Vin成反比，從而增大在交流電源的工頻谷底 處系統(tǒng)功率控制開關(guān)S1的導通時間Ton的時長，消除輸入電流平均值在交流電源的工頻谷 底的缺相以及減小輸入電流在整個工頻周期的電流畸變。
[0055]如果BOOST準諧振開關(guān)電源系統(tǒng)能夠檢測經(jīng)整流的輸入電壓Vin，那么可以利用輸 入電壓Vin來實現(xiàn)諧波優(yōu)化。
[0056] 圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)的電路圖。如圖8 所示，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)800包括交流整流組件 802、開關(guān)控制組件804、以及電壓輸出組件806。其中，交流整流組件802接收來自交流電源 的交流輸入電壓V AC，并將交流輸入電壓VAC變換為經(jīng)整流的輸入電壓Vin(以下簡稱為輸入 電壓Vin)，以向負載提供輸出電壓。開關(guān)控制組件804感測輸入電壓Vin、輸出至負載的輸出 電壓、以及表征電壓輸出組件806中與負載串聯(lián)的電感器L的退磁情況的退磁表征電壓，并 基于感測到的輸入電壓、輸出電壓、和退磁表征電壓控制系統(tǒng)功率開關(guān)S1的導通與截止，從 而調(diào)節(jié)負載的輸出電壓。這里，開關(guān)控制組件804通過利用分壓組件對輸入電壓Vin進行取 樣來感測輸入電壓Vin，并且通過利用分壓組件對輸出電壓Vo進行取樣來感測輸出電壓Vo。
[0057] 圖9是用于圖8中所示的系統(tǒng)的開關(guān)控制組件的示意框圖。如圖9所示，開關(guān)控制組 件804包括斜坡信號生成模塊901、PWM信號生成模塊902、邏輯控制模塊903、驅(qū)動模塊904、 退磁檢測模塊905、誤差放大器(EA)模塊906、以及欠壓保護(UVL0)模塊907。
[0058] 在圖9所示的開關(guān)控制組件中，開關(guān)控制組件804除了具有GATE端子、VIN端子、CS 端子、GND端子、C0MP端子、VCC端子以外，還具有VAC端子，并且其中的斜坡信號生成模塊 901、PWM信號生成模塊902、邏輯控制模塊903、驅(qū)動模塊904、退磁檢測模塊905、誤差放大器 (EA)模塊906、以及欠壓保護(UVL0)模塊907之間的連接關(guān)系、以及信號處理流程與圖2中所 示的相應模塊之間的連接關(guān)系、以及信號處理流程相同，在此不再贅述。
[0059] 在圖9所示的開關(guān)控制組件中，斜坡信號生成模塊901基于由VAC端子接收的輸入 電壓表征信號Vvac、閾值電壓Vth2、以及預定的斜坡電流Iramp生成斜坡電壓Vramp，其中閾 值電壓Vth2是預定電壓。
[0060] 圖10是圖9中所示的斜坡信號生成模塊的示意圖。如圖10所示，斜坡電壓生成模塊 901包括壓控電流源1001、電容器C1-C2、比較器1002、鎖存器1003、開關(guān)K1-K2、開關(guān)Ksl-Ks2、以及緩沖放大器0P。
[0061] 在圖10所示的斜坡信號生成模塊中，開關(guān)Ksl_Ks2的導通與截止由驅(qū)動模塊904生 成的驅(qū)動信號（即，由邏輯控制模塊903生成的控制信號)控制。具體地，在驅(qū)動信號為高電 平時，即系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通期間，開關(guān)Ksl截止、開關(guān)Ks2導通;在驅(qū)動信號為低電平時，即 系統(tǒng)功率開關(guān)S1截止期間，開關(guān)Ksl導通、開關(guān)Ks2截止。
[0062] 在系統(tǒng)功率開關(guān)S1導通期間，開關(guān)Ks2導通，開關(guān)Ksl截止，壓控電流源1001基于輸 入電壓Vin的輸入電壓表征電壓Vvac生成大小為Gm*Vvac的電流(其中，Gm表示壓控電流源 的跨導），并且用此電流給電容器C2充電，電容器C2上的電壓Vc2與閾值電壓Vth2-起被送 入比較器1002。
[0063]比較器1002的輸出信號控制開關(guān)K1和K2的導通與截止。其中，比較器1002的輸出 信號是基于比較器1002正相輸入端的電容器C2上的電壓Vc2以及反相輸入端的閾值電壓 Vth2生成的。當電容器C2上的電壓Vc2高于閾值電壓Vth2時，比較器1002的輸出信號為高電 平，開關(guān)K2導通，電容器C2上的電壓被清零，此時比較器1002的輸出信號變?yōu)榈碗娖?在比 較器1002的輸出信號為高電平時，比較器1002生成的高電平的輸出信號和低電平的驅(qū)動信 號的反向信號被輸入鎖存器1003,鎖存器1003輸出高電平的信號使開關(guān)K1導通。當比較器 1002的輸出信號由于K2導通而由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，比較器1002的高電平的輸出信號在 鎖存器1003處被鎖存，直到系統(tǒng)功率開關(guān)S1截止為止。K1導通期間，斜坡電流Iramp給電容 器C1充電，直到電容器C1上的斜坡電壓Vramp達到輸出電壓表征電壓Vcomp且驅(qū)動信號變?yōu)?低電平為止；電容器C1上的斜坡電壓Vramp被輸出至PWM信號生成模塊902的正相輸入端。 當驅(qū)動模塊904生成的驅(qū)動信號為低電平時，系統(tǒng)功率開關(guān)S1截止，開關(guān)Ksl導通，此時斜坡 電壓Vramp (即，電容器C1上的電壓)被鉗位在VI。
[0064] 圖11a是在輸入交流信號VAC處于峰值附近時電壓Vc2、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信 號（即，GATE引腳處的信號）的工作波形的示意圖；圖lib是在輸入交流信號V AC處于谷底附近 時電壓Vc2、斜坡電壓Vramp、以及驅(qū)動信號（即，GATE引腳處的信號）的工作波形的示意圖。
[0065] 如圖lla-llb所示，在驅(qū)動信號變?yōu)楦唠娖剑矗到y(tǒng)功率開關(guān)S1導通)后，壓控電 流源1001受輸入電壓表征電壓Vvac控制生成一個電流給電容器C2充電，當電容器C2上的電 壓Vc2上升到閾值電壓Vth2時，開關(guān)K1導通同時電容器C2上的電容被清零，此時電容器C1上 的斜坡電壓Vramp開始上升；當斜坡電壓Vramp高于輸出電壓表征電壓Vcomp時，驅(qū)動信號變 為低電平，斜坡電壓Vramp被鉗位到VI。其中，驅(qū)動信號為高電平的時間，即系統(tǒng)功率開關(guān)S1 導通時間Ton由兩部分組成，一部分是斜坡電壓Vramp從VI上升到輸出電壓表征電壓Vcomp 的時間Tramp;另一部分是電容器C2上的電壓Vc2上升到閾值電壓Vth2的時間Td2。在交流電 源的一個工頻周期內(nèi)，輸出電壓表征電壓Vcomp恒定，因此斜坡電壓Vramp的上升時間恒定， 只有Vc2的上升時間Td2隨輸入電壓表征電壓Vvac變化。
[0066] 其中，電容充電公式為:Vvac X Gm X Td2 = C2 X Vth2
[0067] 即
[0068] 輸入電壓表征電壓Vvac為通過對輸入電壓Vin進行分壓得到的取樣電壓，電容器 C2的電容量C2、內(nèi)部閾值Vth2和Gm均恒定，Td2只隨輸入電壓表征電壓Vvac(相當于隨輸入 電壓Vin)變化。在交流電源的工頻峰值附近，輸入電壓Vin高，給電容器C2充電的電流大， Vc2上升到Vth2的時間短，如圖11a所示;在交流電源的工頻谷底附近，輸入電壓Vin低，給電 容器C2充電的電流小，Vc2上升到Vth2的時間長，如圖lib所示。這樣可以讓系統(tǒng)功率開關(guān)S1 的導通時間Ton與輸入電壓Vin成反比，從而增大在交流電源的工頻谷底處系統(tǒng)功率控制開 關(guān)S1的導通時間Ton的時長，消除輸入電流平均值在交流電源的工頻谷底的缺相以及減小 輸入電流在整個工頻周期的電流畸變。
[0069] 結(jié)合圖1至圖lib可以看出，本發(fā)明提供了這樣一種用于向負載提供輸出電壓的系 統(tǒng)，包括:開關(guān)控制組件，被配置為根據(jù)表征與負載串聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信 號（例如，由退磁檢測模塊505/905基于退磁表征電壓Vcs生成的退磁表征信號）、表征輸出 至負載的輸出電壓的輸出電壓表征信號（例如，由誤差放大器(EA)模塊506/906生成的輸出 電壓表征電壓Vcomp)、以及參考信號（例如，Vth或Vth2)生成控制信號，并利用控制信號來 控制系統(tǒng)功率開關(guān)的導通與截止，其中系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及負載并行連接在電感器 與地之間。
[0070] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以消除輸入電流的平均值在交流輸入電壓處于谷底時的缺 相，減小輸入電流在交流電源的整個工頻周期的畸變。
[0071] 以上所述的結(jié)構(gòu)框圖中所示的功能塊可以實現(xiàn)為硬件、軟件、固件或者它們的組 合。當以硬件方式實現(xiàn)時，其可以例如是電子電路、專用集成電路(ASIC)、適當?shù)墓碳?、?件、功能卡等等。當以軟件方式實現(xiàn)時，本發(fā)明的元素是被用于執(zhí)行所需任務的程序或者代 碼段。程序或者代碼段可以存儲在機器可讀介質(zhì)中，或者通過載波中攜帶的數(shù)據(jù)信號在傳 輸介質(zhì)或者通信鏈路上傳送。"機器可讀介質(zhì)"可以包括能夠存儲或傳輸信息的任何介質(zhì)。 機器可讀介質(zhì)的例子包括電子電路、半導體存儲器設備、ROM、閃存、可擦除ROM(EROM)、軟 盤、CD-ROM、光盤、硬盤、光纖介質(zhì)、射頻(RF)鏈路，等等。代碼段可以經(jīng)由諸如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián) 網(wǎng)等的計算機網(wǎng)絡被下載。
[0072]本發(fā)明可以以其他的具體形式實現(xiàn)，而不脫離其精神和本質(zhì)特征。例如，特定實施 例中所描述的算法可以被修改，而系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)并不脫離本發(fā)明的基本精神。因此，當前的 實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非 上述描述定義，并且，落入權(quán)利要求的含義和等同物的范圍內(nèi)的全部改變從而都被包括在 本發(fā)明的范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種用于向負載提供輸出電壓的系統(tǒng)，包括： 開關(guān)控制組件，被配置為根據(jù)表征與所述負載串聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信 號、表征輸出至負載的輸出電壓的輸出電壓表征信號、以及參考信號生成控制信號，并利用 所述控制信號來控制系統(tǒng)功率開關(guān)的導通與截止，其中 所述系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及所述負載并行連接在所述電感器與地之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件進一步根據(jù)表征對交流 輸入電壓進行整流得到的經(jīng)整流的輸入電壓的輸入電壓表征信號生成所述控制信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件基于所述退磁表征信號 和所述參考信號利用斜坡電流信號生成斜坡電壓信號，并基于所述斜坡電壓信號、所述退 磁表征信號、以及所述輸出電壓表征信號生成所述控制信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件在所述退磁表征信號高 于所述參考信號時將所述斜坡電壓信號保持在預定電壓，并且在所述退磁表征信號下降為 等于所述參考信號時開始利用所述斜坡電流信號使所述斜坡電壓信號增大，并且在所述斜 坡電壓信號等于所述輸出電壓表征信號時使所述斜坡電壓信號恢復到所述預定電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件包括斜坡信號生成模 塊，所述斜坡信號生成模塊包括:比較器、第一開關(guān)、第二開關(guān)、電容器、以及緩沖放大器，其 中 所述退磁表征電壓被輸入至所述比較器的負相輸入端，所述參考信號被輸入至所述比 較器的正相輸入端，所述比較器的輸出信號控制所述第一開關(guān)的導通與截止； 所述預定電壓被輸入至所述緩沖放大器的正相輸入端，所述緩沖放大器的反相輸入端 與所述緩沖放大器的輸出端連接； 所述第二開關(guān)的導通與截止由所述控制信號控制； 當所述第一開關(guān)導通并且所述第二開關(guān)截止時所述斜坡電流經(jīng)由所述第一開關(guān)向所 述電容器充電，當所述第一開關(guān)截止或所述第二開關(guān)導通時所述電容器上的電壓被維持在 所述預定電壓。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件基于所述輸入電壓表征 信號和所述參考信號利用斜坡電流信號生成斜坡電壓信號，并基于所述斜坡電壓信號、所 述退磁表征信號、和所述輸出電壓表征信號生成所述控制信號。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件在所述輸入電壓表征信 號上升為等于所述參考信號時開始利用所述斜坡電流信號使所述斜坡電壓信號從預定電 壓增大，并且在所述斜坡電壓信號等于所述輸出電壓表征信號時使所述斜坡電壓信號恢復 到所述預定電壓。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件包括斜坡信號生成 模塊，所述斜坡信號生成模塊包括:壓控電流源、第一電容、第二電容、比較器、鎖存器、第一 開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、以及緩沖放大器，其中 所述第一電容、所述第一開關(guān)、以及與所述第二開關(guān)串聯(lián)的所述跨導電流源并行連接 在所述比較器的正相輸入端和地之間，所述參考信號被輸入至所述比較器的反相輸入端， 所述比較器的輸出信號控制所述第一開關(guān)的導通與截止并且被輸入至所述鎖存器的第一 輸入端； 所述控制信號被輸入至所述鎖存器的第二輸入端，所述鎖存器的輸出信號控制所述第 三開關(guān)的導通與截止； 所述預定電壓被輸入至所述緩沖放大器的正相輸入端，所述緩沖放大器的反相輸入端 與所述緩沖放大器的輸出端連接； 所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的導通與截止由所述控制信號控制； 當所述第三開關(guān)導通并且所述第四開關(guān)截止時所述斜坡電流經(jīng)由所述第三開關(guān)向所 述第二電容充電，當所述第三開關(guān)截止或者所述第四開關(guān)導通時所述第二電容上的電壓被 保持在所述預定電壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制組件基于輸出 至所述負載的輸出電壓、和第二參考信號生成所述輸出電壓表征信號。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述退磁表征信號是基于流過所述電感 器的電流生成的。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 交流整流組件，被配置為對交流輸入電壓進行整流，其中 所述交流整流組件包括第一、第二、第三、及第四整流組件端子，所述第一和第二整流 組件端子分別與交流電源的兩端連接，所述第三和第四整流組件端子分別與所述系統(tǒng)功率 開關(guān)和地連接。12. -種用于向負載提供輸出電壓的方法，包括： 根據(jù)表征與負載串聯(lián)的電感器的退磁情況的退磁表征信號、表征輸出至所述負載的輸 出電壓的輸出電壓表征信號、以及參考信號生成控制信號，并利用所述控制信號來控制系 統(tǒng)功率開關(guān)的導通與截止，其中 所述系統(tǒng)功率開關(guān)、電容器、以及所述負載并行連接在所述電感器與地之間。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進一步根據(jù)表征對交流輸入電壓進行整 流得到的經(jīng)整流的輸入電壓的輸入電壓表征信號生成所述控制信號。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，基于所述退磁表征信號和所述參考信號 利用斜坡電流信號生成斜坡電壓信號，并基于所述斜坡電壓信號、所述退磁表征信號、以及 所述輸出電壓表征信號生成所述控制信號。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述退磁表征信號高于所述參考信號 時將所述斜坡電壓信號保持在預定電壓，并且在所述退磁表征信號下降為等于所述參考信 號時開始利用所述斜坡電流信號使所述斜坡電壓信號增大，并且在所述斜坡電壓信號等于 所述輸出電壓表征信號時使所述斜坡電壓信號恢復到所述預定電壓。16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，基于所述輸入電壓表征信號和所述參考 信號利用斜坡電流信號生成斜坡電壓信號，并基于所述斜坡電壓信號、所述退磁表征信號、 和所述輸出電壓表征信號生成所述控制信號。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述輸入電壓表征信號上升為等于所 述參考信號時開始利用所述斜坡電流信號使所述斜坡電壓信號從預定電壓增大，并且在所 述斜坡電壓信號等于所述輸出電壓表征信號時使所述斜坡電壓信號恢復到所述預定電壓。18. 根據(jù)權(quán)利要求12-17中任一項所述的方法，其特征在于，還包括： 基于輸出至所述負載的輸出電壓、和第二參考信號生成所述輸出電壓表征信號。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述退磁表征信號是基于流過所述電感 器的電流生成的。
【文檔編號】H02M7/217GK105897014SQ201610348331
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】方倩, 方烈義
【申請人】昂寶電子（上海）有限公司