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CN103825466B - 具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法 - Google Patents

具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法 Download PDF

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CN103825466B
CN103825466B CN201310534426.0A CN201310534426A CN103825466B CN 103825466 B CN103825466 B CN 103825466B CN 201310534426 A CN201310534426 A CN 201310534426A CN 103825466 B CN103825466 B CN 103825466B
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Abstract

提供一种具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法。所述电力转换器的控制电路包括切换电路以及温度感测装置。所述切换电路响应于反馈信号而产生切换信号，并且所述切换电路产生用于调整电力转换器的输出的电流感测信号。所述温度感测装置响应于所述温度感测装置的温度而产生温度信号。本发明方案对电池充电安全又有效。

Description

具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法
技术领域
本发明涉及用于调整电力转换器的输出的技术，并且明确地说，涉及具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法。
背景技术
在电池充电应用中，电力适配器（power adaptor）的输出电力通常受到电力适配器的温度所限制。为了实现电池的快速充电，可以在温度较低时通过电力适配器将大的充电电流施加到电池。在电力适配器的温度升高时，电力适配器的输出电流将会响应于温度升高而逐渐减小。必须将温度的极限值应用于电力适配器以便确保电力适配器的安全。这种通过温度来控制电力适配器的输出电流或电力的技术可以提供一种有效的电池充电方式。
发明内容
本发明提供一种具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法，以提供一种既安全又有效的电池充电方案。
本发明提供一种具有温度控制的电力转换器的控制电路，此控制电路用于调整所述电力转换器的输出电流。所述电力转换器的控制电路包括切换电路以及温度感测装置。所述切换电路响应于反馈信号而产生切换信号，并且所述切换电路产生用于调整电力转换器的输出的电流感测信号。所述温度感测装置响应于所述温度感测装置的温度而产生温度信号。在所述温度信号的值高于温度极限值时，所述温度信号经配置以用于对所述切换信号进行线性调制。
从另一个观点来看，本发明提供一种用于控制电力转换器的方法。所述方法包括以下步骤：响应于反馈信号而产生切换信号；以及产生用于调整电力转换器的输出的电流感测信号；响应于温度感测装置的温度而产生温度信号；当所述温度信号的值高于温度极限值时，根据所述温度信号对所述切换信号进行线性调制。
本发明提供的具有温度控制的电力转换器的控制电路及其方法，对电池充电安全又有效。
附图说明
将附图包括在内以便提供对本发明的进一步理解，并且所述附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。诸图绘示了本发明的例示性实施例，并且连同说明书一起用于阐释本发明的原理。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电力转换器的电路图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的电力转换器的控制电路50的部分电路图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的控制电路50的输入电路100的电路图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的控制电路50的斜坡电路200的电路图；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的电力转换器的电路图；
图6示出了根据本发明的另一个实施例的电力转换器的初级侧调整控制器的电路图；
图7示出了根据本发明的一个实施例的用于控制电力转换器的方法的流程图。
附图标记说明：
10、15：变压器；
20、151、156、157、158：晶体管；
30、82、215、216、61、62、352：电阻器；
40：整流器；
45、371、381：电容器；
50：控制电路；
70：温度感测装置；
81：缓冲放大器；
83、85：比较器；
87：与门；
90：振荡器；
95：触发器；
100：输入电路；
110、161：电流源；
120：缓冲器；
130：单位增益缓冲器；
165：反相器；
170：计时器；
200：斜坡电路；
210、230：缓冲器；
300：初级侧调整控制器；
310：电压反馈电路（V-DET）；
320：电流反馈电路（I-DET）；
351：缓冲放大器；
370、380：误差放大器；
395：PWM切换电路；
S710～S740：步骤；
SW：切换信号；
SENB：信号；
VFB：反馈信号；
VCS：电流感测信号；
VIN：输入信号；
IP：初级电流；
IO：输出电流；
IT：电流信号；
IB：电流源110的电流；
I151、I157、I161、ICS：电流；
VO：输出电压；
VT：温度信号；
VLMT：极限温度电压；
PLS：时钟信号；
RMP：斜坡信号；
VCC：电压；
VSAW：锯齿信号；
SV：电压环路信号；
SI：电流环路信号；
SDS：退磁时间信号；
VM：经调制信号；
VRI、VRV：参考。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的电力转换器的电路图。电力转换器包括控制电路50、温度感测装置70、电阻器30、变压器10、晶体管20、整流器40，以及电容器45。控制电路50根据反馈信号VFB而产生切换信号SW。切换信号SW经配置以通过晶体管20对变压器10进行切换，并且变压器10通过整流器40和电容器45来产生输出VO。当晶体管20被接通（turnon）时，变压器10的初级电流（primary current）IP将会在电流感测电阻器30处通过输入信号VIN而产生电流感测信号VCS。电流感测信号VCS进一步耦合到控制电路50，以用于产生切换信号SW。温度感测装置70，例如热敏电阻，产生温度信号VT到控制电路50，以用于进行温度控制和保护。温度信号VT经配置以对温度感测装置70的温度作出响应。当电力转换器的温度升高并且达到温度极限值时，控制电路50便控制切换信号SW以减小电力转换器的输出电流IO。输出电流IO与温度的升高成反比。换句话说，在电力转换器的温度高于温度极限值时，温度信号经配置以用于对切换信号进行线性调制。
图2示出了根据本发明的一个实施例的电力转换器的控制电路50的部分电路图。所述控制电路50包括切换电路以及图1中的温度感测装置70。所述切换电路包括振荡器（oscillator；OSC）90、触发器（flip-flop）95、斜坡电路200、与门（AND gate）87，以及比较器83和85，切换电路用于产生切换信号SW。振荡器90产生时钟信号PLS以开启触发器95，并且如果信号SENB被启用，那么触发器95便产生切换信号SW。在热敏电阻70的温度达到温度极限值时，信号SENB被停用（disable）。振荡器90还产生斜坡信号（ramp signal）RMP到斜坡电路200，以用于产生锯齿信号VSAW。一旦开启（turn on）切换信号SW，图1中变压器10的电流便会产生耦合到缓冲放大器81的电流感测信号VCS。缓冲放大器81的输出通过电阻器82耦合到斜坡电路200，以用于通过缓冲放大器81产生经调制信号SC以及通过斜坡电路200产生锯齿信号VSAW。锯齿信号VSAW是响应于斜坡信号RMP和经调制信号SC而产生。经调制信号SC是根据电流感测信号VCS和电流信号IT而产生。电流信号IT是根据在温度感测装置70的温度高于温度极限值时输入电路100中的温度信号VT而产生。输入电路100进一步产生信号SENB，所述信号SENB耦合到触发器95。
比较器83经配置以在锯齿信号VSAW高于反馈信号VFB时，通过与门87来重置触发器95并且停用切换信号SW。并且，在经调制信号SC高于阈值/极限温度电压VLMT时，比较器85经配置以关掉切换信号SW。
该实施例所提供的方案，由于可通过温度对电力控制器的输出电流/电力进行控制，从而可保证电源适配器的安全。
图3示出了根据本发明的一个实施例的控制电路50的输入电路100的电路图。输入电路100包括电流源110和161、缓冲器120、单位增益缓冲器130、晶体管151、156、157和158、反相器165以及计时器170。电流源110以及温度感测装置70产生耦合到单位增益缓冲器130的温度信号VT。晶体管151根据分别通过缓冲器120、单位增益缓冲器130以及晶体管151的极限温度电压VLMT、温度信号VT以及电阻器125而产生电流I151。电流I151可以表达成公式（1）。
在公式（1）中，电流I151进一步耦合到由晶体管156、157和158形成的电流反射镜（current mirror），并且产生电流I157以及电流信号IT。晶体管156、157和158的共同节点耦合到电压VCC。电流I157以及电流信号IT是在极限温度电压VLMT高于温度信号VT时根据电流I151产生的。温度信号VT响应于温度感测装置70的温度升高而减小。
温度信号VT经配置以用于产生电流信号（例如，电流I151），所述电流信号用于调制切换信号SW以及电流感测信号VCS。由电流源161产生的电流I161来决定温度的高极限值。当电流I157高于电流I161时，温度感测装置的温度信号的值高于温度的高极限值，并且反相器165将输出逻辑低值，以便在计时器170的延迟时间TD之后产生信号SENB。延迟时间TD由计时器170决定。当温度感测装置70的温度低于温度的高极限值（由电流I161决定）并且高于温度极限值（由极限温度电压VLMT决定）时，将根据电流信号IT对切换信号SW进行调制。将响应于温度感测装置70的温度来对切换信号SW、电力转换器的输出电力PO以及输出电流IO进行调制和限制，如表达成公式（2）到（7）。
E=0.5×LP×IP 2……….（2）
PO=0.5×LP×IP 2×Freq……….（3）
在公式（2）到（7）中，LP是变压器10的初级绕组（primary winding）的电感；IP是变压器10的初级绕组的切换电流；Freq是切换信号SW的频率；M0是常数；IB是电流源110的电流；VO是电力转换器的输出电压；E是输出电动势；RT是温度感测装置70的电阻，并且RT具有负的温度系数。因此，当温度感测装置的温度高于温度极限值时，电力转换器的输出电流IO与输出电力PO响应于图1中的温度感测装置70的温度升高而线性地减小。
图4示出了根据本发明的一个实施例的控制电路50的斜坡电路200的电路图。所述斜坡电路200包括缓冲器210和230以及电阻器215和216。缓冲器210的正输入节点耦合到斜坡信号RMP，而缓冲器210的负输入节点耦接到缓冲器210的输出节点。缓冲器210的输出节点还耦接到电阻器215的一个节点。缓冲器230的正输入节点耦合到经调制信号SC，而缓冲器230的负输入节点耦接到缓冲器230的输出节点。缓冲器230的输出节点还耦接到电阻器216的一个节点。电阻器215的另一个节点耦接到电阻器216的另一个节点，用于产生锯齿信号VSAW。锯齿信号VSAW、斜坡信号RMP以及经调制信号SC的关系可以表达成下文所示的公式（8）。
图5示出了根据本发明的另一个实施例的电力转换器的电路图，所述电力转换器为初级侧调整电力转换器（primary-side regulation power converter）。所述初级侧调整电力转换器包括初级侧调整（primary-side regulation；PSR）控制器300、温度感测装置70、电阻器61、62和30、变压器15、晶体管20、整流器40以及电容器45。初级侧调整控制器300根据变压器信号VS而产生切换信号SW，用于调整输出电压VO以及输出电流IO。变压器信号VS与输出电压VO相关。输出电流IO跟变压器信号VS以及电流感测信号VCS相关。温度感测装置70产生温度信号VT到初级侧调整控制器300，用于进行温度控制和保护。
图6示出了根据本发明的一个实施例的电力转换器的初级侧调整控制器300的电路图。所述初级侧控制器包括电压反馈电路（V-DET）310、电流反馈电路（I-DET）320、输入电路100、缓冲放大器351、误差放大器（error amplifier）370和380、PWM切换电路395，以及电容器371和381。电压反馈电路310根据变压器信号VS而产生电压反馈信号VV以及退磁（demagnetizing）时间信号SDS。电压反馈信号VV耦合到误差放大器370，以用于根据参考VRV而产生电压环路信号SV。电容器371经配置以用于环路补偿。
电流反馈电路320根据电流感测信号VCS以及退磁时间信号SDS而产生电流反馈信号VI。根据电流反馈信号VI通过缓冲放大器351以及电阻器352来产生经调制信号（modulated signal）VM。经调制信号VM耦合到误差放大器380，用于根据参考VRI而产生电流环路信号SI。电容器381经配置以用于环路补偿（loop compensation）。电压环路信号（voltage loop signal）SV以及电流环路信号（current loop signal）SI耦合到PWM切换电路395以产生切换信号SW。电流感测信号VCS与电流反馈信号VI之间的关系可以表达成下述的公式（9）。
输出电流IO与ICS之间的关系可以表达成下述的公式（10）。
在公式（9）和（10）中，TDS是退磁时间信号SDS的周期；T是切换信号SW的切换周期；K1是常数；N是变压器15的匝数比，即，初级绕组的匝数与次级绕组的匝数的比例；ICS是图5中所示的变压器15的初级切换电流，并且ICS经配置以用于产生电流感测信号VCS。
电流反馈信号VI以及输出电流IO可以表达成公式（11）和（12）。
在公式（11）和（12）中，RS是电流感测电阻器30的电阻；K0是常数。
当温度感测装置70的温度低于极限温度电压时，输出电流IO是由参考VRI以及电流感测电阻器30的电阻决定。初级侧控制器300将控制切换信号SW，以调整电力转换器的输出电流IO。换句话说，初级侧调整控制器300经配置以用于从电力转换器的初级侧来调整输出电力。
经调制信号VM是根据电流感测信号VCS和电流信号IT而产生。电流信号IT是在温度感测装置70的温度高于温度极限值时，根据输入电路100中的温度信号VT而产生。切换信号SW将响应于温度感测装置70的温度来进行调制。在温度升高时，输出电流IO将线性地减小，并且输出电流IO的公式（13）如下所示。
在公式（13）中，M0是常数；IB是电流源110的电流；RT是温度感测装置70的电阻并且具有负的温度系数。
输入电路100进一步产生信号SENB，所述信号SENB耦合到PWM电路，以便在温度高于温度的高极限值时停用切换信号SW。
图7示出了根据本发明的一个实施例的用于控制电力转换器的方法的流程图。针对图1和图5中的电力转换器来配置所述用于控制电力转换器的方法。在此描述了所述用于控制电力转换器的方法中的每个步骤。参考图1、图5和图7所示，该方法包括：
步骤S710、控制电路50和/或PSR控制器300响应于反馈信号，如，电流感测信号VCS或变压器信号VS，而产生切换信号SW，并且控制电路50/PSR控制器300产生用于调整电力转换器的输出电流/电力的电流感测信号VCS。
步骤S720、温度感测装置70响应于温度感测装置70的温度而产生温度信号VT。
步骤S730、控制电路50和/或PSR控制器300判定温度信号的值是否高于温度极限值。
当温度信号的值高于温度极限值时，执行步骤S740。
步骤S740、控制电路50和/或PSR控制器300根据温度信号VT对切换信号SW进行线性调制。
在本发明的上述实施例中对所述步骤进行了详细描述。
尽管已经详细地描述了本发明以及其优点，但是应理解，在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，可以对此进行各种改变、替代以及更改。也就是说，本发明中所包括的论述意在用作基本描述。应理解，特定论述可能没有明确地描述所有可能的实施例，而是隐含了许多替代方案。可能没有充分阐释本发明的一般性质，并且可能没有明确地表明每个特征或元件实际上如何可以表示各种替代或等效元件的较广泛功能。同样地，这些也都是隐含在本揭露中。说明书或术语都没有意在限制权利要求书的范围。

Claims (12)

1.一种用于电力转换器的控制电路，其特征在于，包括：
切换电路，所述切换电路响应于反馈信号而产生切换信号，并且产生用于调整所述电力转换器的输出的电流感测信号；以及
温度感测装置，所述温度感测装置响应于所述温度感测装置的温度而产生温度信号，
其中在所述温度信号的值高于温度极限值时，所述温度信号经配置以用于对所述切换信号进行线性调制，
其中该切换电路包括：
斜坡电路，依据所述温度信号以及所述电流感测信号以产生锯齿信号；以及
第一比较器，耦接所述斜坡电路，接收并比较所述锯齿信号及所述反馈信号以对所述切换信号进行线性调制。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，在所述温度感测装置的所述温度高于所述温度极限值时，所述电力转换器的输出电流响应于所述温度感测装置的温度升高而线性地减小。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，在所述温度感测装置的所述温度高于所述温度极限值时，所述电力转换器的输出电力响应于所述温度感测装置的温度升高而线性地减小。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路经配置以用于从所述电力转换器的初级侧来调整输出电力。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述温度信号经配置以用于产生电流信号，所述电流信号用于调制所述切换信号以及所述电流感测信号。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，在所述温度感测装置的所述温度信号的值高于温度的高极限值时，所述温度信号经配置以用于在延迟时间之后切断所述切换信号。
7.一种用于控制电力转换器的方法，其特征在于，包括：
响应于反馈信号而产生切换信号，并且产生用于调整所述电力转换器的输出的电流感测信号；
响应于温度感测装置的温度而产生温度信号；以及
在所述温度信号的值高于温度极限值时，根据所述温度信号对所述切换信号进行线性调制，
其中，响应于所述反馈信号而产生所述切换信号包括下列步骤：
依据所述温度信号以及所述电流感测信号以产生锯齿信号；
比较所述锯齿信号及所述反馈信号以对所述切换信号进行线性调制。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述温度感测装置的所述温度高于所述温度极限值时，所述电力转换器的输出电流响应于所述温度感测装置的温度升高而线性地减小。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述温度感测装置的所述温度高于所述温度极限值时，所述电力转换器的输出电力响应于所述温度感测装置的温度升高而线性地减小。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从所述电力转换器的初级侧来调整所述电力转换器。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度信号经配置以用于产生电流信号，所述电流信号用于调制所述切换信号以及所述电流感测信号。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度信号经配置以用于在所述温度感测装置的所述温度高于温度的高极限值时，在延迟时间之后切断所述切换信号。
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