用于校准斜坡信号的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于将振荡斜坡信号校准到可变ＤＣ参考信号的电路，包括：用于设定预定时间周期并从而确定斜坡振荡器频率的电路，在该预定时间周期期间，充电电容器可以充电；用于将充电电流提供给充电电容器的可变电流源；用于选择由该可变电流源供给所述充电电容器的充电电流的电路；以及用于比较该振荡斜坡信号和可变ＤＣ参考信号并且提供该选择电路的信号以控制供给所述充电电容器的电流量从而确定在所述预定时间周期终点通过所述电容器的充电电压的电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相互校准第一和第二信号，尤其涉及一种用于通过将斜坡(RAMP)信号校准到补偿信号电平(level)来补偿斜坡信号的系统。特别是，该补偿信号可以是误差放大器的输出，该误差放大器产生的信号与DC到DC转换器的功率因数校正级(stage)的电压反馈信号和参考信号之间的差值成比例。该斜坡信号用来控制该控制输出切换器(switch)的脉宽调制，例如该DC到DC转换器的功率因数校正(PFC)输出级或一个或多个切换器。在典型应用中，该斜坡信号被提供给PWM比较器的一个输入端，而该PWM比较器的另一个输入端与该误差放大器的输出端相连，从而该PWM比较器的输出包括脉宽调制信号，该脉宽调制信号的占空比(duty control)控制该输出级的切换。
技术介绍
期望的是将斜坡信号校准到例如误差放大器输出的补偿信号，以便获得高精度PFC。在单循环PFC控制器(Single Cycle PFC Controller)中获取接近理想功率因数(PFC)校正的关键要求是建立表示基于往复循环基础上的误差电压(COMP)的数学积分的脉宽调制(PWM)斜坡波形。在每个切换时钟周期(cycle)的开始，该积分设置为零并且该积分在整个周期过程中连续。一个切换周期的时间宽度由控制器切换频率决定。对于固定的COMP误差电压而言，在每次切换周期开始时，该PWM斜坡波形从零伏开始，在整个周期中线性上升，接着当每个周期完成时在COMP电压处终止(结束)。在运行期间，该COMP电压随着输入线路频率(line frequency)而连续改变以试图提供最高的PFC品质因数(quality)。因为该COMP电压以与该控制器切换频率相比更慢的频率发生变化，所以可以有效地假定该COMP电压是“固定的”。下面的图1详细地图示出两个不同COMP电压VCOMP 1和VCOMP 2期望的RAMP波形。在每种情况下，期望周期结束时该斜坡在该补偿电压处终止。当非理想电路参数例如运算放大器偏移、电路响应时间、封装(package)压力变化、温度和工艺变化开始在RAMP斜率中引入误差时，困难就出现了。另外，在单个循环控制器(例如IR1150)中引起斜坡误差的重要原因是，用户可以将切换频率设定在50KHz到200KHz，这意味着该RAMP斜率需要在频率上进行4X的变化。由于振荡器和斜坡电容器、充电电流、电路延迟以及阈值电压之间的不匹配，使得其难以在严格的精确性要求下实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是在切换周期就要结束时，例如一旦该内部振荡器波形达到其最大峰值电压时，使被脉宽调制器利用的斜坡波形在可变DC参考电压即补偿电压处终止。该峰值电压与振荡器最大占空比一致。该最大占空比一般由脉冲确定。因此，该补偿信号，例如误差放大器的输出，设定斜坡波形的峰值电压。因为该斜坡波形的频率是固定的，所以该斜坡波形的斜率被控制使得该斜坡的峰值与该补偿电压一致。对于适当的功率因数校正控制来说，将斜坡波形校准到补偿信号是有必要的，所述功率因数校正控制是由其中所述的以单循环控制方法工作的-类功率因数校正控制器中提供的。根据该单循环控制方法，该功率因数校正控制通过内部电流回路和外部电压回路两个控制回路实现。该内部电流回路较快，并且不需要检测输入电压以建立电流参考值。基于对脉冲宽度调制器在输入线路电压上的工作(duty)信号的依赖性，该内部电流回路保持平均输入电流的正弦波形，以便确定该模拟输入线路电流。因此该电流回路使用嵌入的输入电压信号来控制该平均输入电流以跟随该输入电压。该外部电压回路控制DC总线电压。该电压被输送给电压误差放大器以控制该积分器斜坡的斜率并且设定该平均输入电流的振幅。这两个回路结合以控制与输入电压相关的输入电流的振幅相位和波形，从而给出接近于1的功率因数。因此，斜坡的斜率被控制以设定平均输入电流的振幅。如果该斜坡在高于或低于补偿电压处终止，则结果是，在功率因数控制器的输出中出现的谐波增加，从而导致不充分和无法接受的功率因数校正级。根据本专利技术，对斜坡充电电流进行有效调制，从而使斜坡电压与补偿信号在与振荡器最大占空比一致的脉冲处相交。该斜坡充电电流由可变电流源调制。根据一个实施例，使用加减计数器来控制多个用于控制斜坡电容器充电的加权电流源(weighted current)的切换，从而调制电容的充电电流，确定该斜坡斜率。本专利技术的优点在于，使用这种往复循环校准技术能够在宽频带的操作频率上实现接近理想功率因数校正。工艺、装置不匹配和温度变化也被校准排除。即使对于不能有效实现数字电路的双极工艺而言，该电路要求的死区也相对较小。可选的解决方案将需要在晶片检测器进行微调(trim)，这增加了测试时间和复杂性，增加了用于微调焊盘(pad)和熔点(fuse)的芯片区域，并且该微调还没有考虑温度变化、振荡器频率变化或者导致偏移的后组合(post-package)压力。附图说明在以下详述中将对本专利技术进行更详细的说明，其中图1所示为斜坡波形和补偿信号及其预期关系的示例；图2所示为具有其中使用本专利技术集成电路的功率因数校正电路的示例；图3所示为图1的集成电路控制器的结构图；图4所示为用于控制斜坡充电电流的电路的实施例的结构图；图5所示为图4电路中的波形；图6A和6B均示出图4电路的一个可选实施例；以及图7所示为图6电路的波形。具体实施例方式现在参照附图，图2所示为使用以上述单循环控制技术运行的集成电路1的功率因数校正控制器。IC 1可以是一类IR1150。集成电路1的GATE输出是脉宽调制信号，其提供给输出级晶体管Q1的栅极(gate)以控制晶体管Q1的切换操作，并因此促使输入电流和输入电压同相，即具有接近于1的功率因数。从而减少了能量需求，也减少了总谐波失真(THD)。该电路使用用于电流检测(sensing)的电流敏感电阻器RS和从输出到引脚VFB的反馈电压。图3所示为IC 1的结构图。相应的方面，电压VFB由连接到到图2电路输出的电阻分压器反馈回来。误差放大器EA将反馈电压VFB与参考电压VREF比较并产生与该差值成比例的误差信号输出值VM。该误差信号是用于校准提供给PWM比较器的斜坡信号的补偿电压COMP。该PWM比较器在图3中用PWM表示，它将与该检测的电感电流有关的信号与误差放大器输出Vm求和，并将该和与RAMP振荡器信号做比较，尤其是与通过该积分充电电容器C产生的斜坡信号作比较。在系统时钟(CLOCK)每次周期结束时处，该充电电容器C由电路FF复位从而产生斜坡信号。该PWM比较器的输出通过后续电路反馈以控制切换器Q1的栅极。电路50用于控制电容器C的充电速率，从而影响该斜坡斜率。转到图4，该图示出图3所示的电路50的详图。在图3中，所示的包括放大器级的电路50，其控制对电容器C充电的电流源。图4所示为该电路的详图。如图4所示，电路50可以包括基于四位加减计数器60的计数所选择的多个加权电流源I、2I、4I和8I。该计数器Q0、Q1、Q2、Q3的输出使得可以选择基于0和15之间的一个计数的16种电流。来自该电流源的电流决定了对该电容器充电的电流，从而控制电容器充电速率，由此控制斜坡斜率。如图3所示，补偿信号表示误差放大器的输出值VM。该斜坡信号和比较信号在图5中示出。其目的是校准该斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将振荡斜坡信号校准到可变ＤＣ参考信号的电路，包括：设定电路，其用于设定预定时间周期并从而确定斜坡振荡器频率，在该预定时间周期期间，充电电容器可以充电；可变电流源，其用于将充电电流提供给充电电容器；选择电路，其用于选择由该可变电流源供给所述充电电容器的充电电流；以及比较电路，其用于比较该振荡斜坡信号和可变ＤＣ参考信号并且为选择电路提供信号以控制供给所述充电电容器的电流量从而确定在所述预定时间周期的终点跨于所述电容器的充电电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DR克拉韦特，
申请(专利权)人：国际整流器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]