CN100472927C - 具有改进控制的功率变换器 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种使用微控制器的功率变换器。在一个实施例中，功率变换器可以是数字式逆向或正向变换器。该微控制器可具有数字脉宽调制(PWM)控制器，运算逻辑单元(ALU)内核，内部随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，以及一个或多个模-数(A/D)以及数-模(D/A)转换器。为了在内部电流控制环路中实现快速动态响应，采用模拟比较器来提供基于模拟的电流控制。该模拟比较器可比较代表功率变换器中的电流的信号和电压基准，其中该电压基准是可编程的。模拟比较器可与数字微控制器一起集成到单个集成电路(IC)芯片中。此外，功率变换器可通过串行通信接口发送用于各种情况的状态(例如，输出电压电平，电流电平，误差等)的信号，或者接收用于系统控制指令(例如，输出电压，电流保护电平，最低功耗的待机模式，正常模式，以及通电或者断电指令)的信号。

Description

具有改进控制的功率变换器
技术领域
本发明涉及功率变换，并且更具体地，涉及具有改进控制的功率连接器。
背景技术
功率变换器被广泛地应用在电气以及电子器件中。某些设备，诸如笔记本电脑，个人数字助理(PDA)，移动电话，以及其他便携式消费品，要求功率变换器在轻载或者空载状态下提供低待机功耗。为此，功率变换器必须具备某些智能，用于对功率变换过程中的各种状态进行监测和动作，这些状态例如输出电压，过压或者欠压，待机或者正常模式，通电或者断电等等。此外，在某些应用中，为了提供良好的动态性能，希望内部电流控制器环路具有非常快速的计算时间。
先前已经开发和考虑过各种系统，用于在这类应用中提供功率变换的控制。然而，所有的这些系统都是不完善或者是有问题的。例如，纯模拟控制系统，尽管快速，但是缺少必要的智能；这将导致在特定状态下(例如轻载或者空载)出现明显的功耗。相反，用简单的微控制器实现的数字控制系统具有足够的智能，但是其速度太慢。用较为复杂的微处理器(例如数字信号处理器或者DSP)实现的数字控制系统提供了足够的智能，并且提供非常快速的计算速度(例如，10-100微秒)，但是对于实际的市场产品并不是商业可行的，这是因为它太昂贵了。此外，具有负杂微处理器的这种控制系统中的硬件太复杂了——即，典型的DSP具有8位或者16位总线，该8位或者16位总线具有外部只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，模-数(A/D)转换器，以及数字输入和输出端口。
那么所需要的是具有低成本，智能并且快速的控制器的功率变换器。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种功率变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器。初级绕组连接成接收输入电压，次级绕组提供输出电压。晶体管，连接到变压器的初级绕组，控制流过初级绕组的电流。电流检测器件，连接到晶体管，生成表示流过功率变换器的电流量的信号。该电流检测器件形成功率变换器电流控制环路的一部分。反馈控制器，连接到变压器的次级绕组，提供表示功率变换器输出电压的信号。该反馈控制器形成功率变换器电压控制环路的一部分。一个控制器，被操作成提供功率变换器电流控制环路的模拟控制以及电压控制环路的数字控制。
根据本发明的另一实施例，一种在功率变换器中提供控制的方法，包括：为实现快速的动态性能而提供功率变换器中电流的模拟控制；以及提供功率变换器的输出电压的数字控制。
根据本发明的又一实施例，功率变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器。初级绕组连接成接收输入电压，次级绕组提供输出电压。晶体管连接到变压器的初级绕组，用于控制流过初级绕组的电流。反馈控制器连接到变压器的次级绕组，用于提供表示功率变换器输出电压的信号。微控制器连接到晶体管，用于导通和关断该晶体管，并连接到反馈控制器，用于接收表示功率变换器输出电压的信号.该微控制器被操作成执行代表流过初级绕组电流的信号与参考信号的模拟比较，由此在功率变换器的内部电流控制环路中提供快速动态响应。该微控制器还被操作成与外部电路进行通信，以接收功率变换器控制指令的至少一个信号，并且发送表示功率变换器条件状态的至少一个信号。
根据本发明的某些实施例，在模拟和数字部件之间分开功率变换器的控制功能。为了具有非常快速的动态特性，将模拟控制器用于控制功率变换器中的电流。将具有恰当计算速度的相对低成本的数字控制器用于提供用于控制功率变换器中的电压的处理的智能。
在一个实施例中，提供了一种采用微控制器的功率变换器。该功率变换器可以是数字式逆向或者正向变换器。该微控制器可具有数字脉宽调制(PWM)控制器，算术逻辑单元(ALU)内核(core)，内部随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，以及一个或多个模-数(A/D)以及数-模(D/A)转换器.为了在内部电流控制环路中实现快速动态响应，将模拟比较器用于提供基于模拟的电流控制。该模拟比较器可比较代表功率变换器中电流的信号和电压基准，其中该电压基准是可编程的。该模拟比较器可与数字微控制器一起集成到单个集成电路(IC)芯片中。此外，功率变换器可通过串行通信端口发送各种状态下的状态信号(例如，输出电压电平，电流电平，误差等)或者接收系统控制指令的信号(例如，输出电压，电流保护电平，最低功耗的待机模式，正常模式，以及通电或者断电指令)。
从下面的附图，描述以及权利要求中本领域的技术人员将更加容易理解本发明的重要技术优点。
附图说明
为了更全面的理解本发明，其它特点和优点，现在参考结合附图进行的下面的描述，其中：
图1是根据本发明一个实施例的具有混合的模拟和数字控制器的功率变换器的框图。
图2A-2D是根据本发明实施例的以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现具有混合的模拟和数字控制的功率变换器.
图3是根据本发明一个实施例的以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现混合的模拟和数字控制器的一部分.
图4是根据本发明一个实施例的以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现使用在混合的模拟和数字控制器中的微控制器。
图5示出根据本发明一个实施例的数字脉宽调制器的示意性波形。
图6是根据本发明一个实施例的以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现输出电压反馈电路。
图7示出根据本发明一个实施例的用于检测过载状态的输出电压反馈电平的示意性波形。
具体实施方式
通过参考附图的图1到7来更好地理解本发明的实施例以及它们的优点。各幅附图中相同或者对应的部分使用相同的附图标记。
图1是根据本发明实施例的具有混合的模拟和数字控制器12的功率变换器10的框图。如图所示，功率变换器10包括具有初级绕组Np和次级绕组Ns的变压器14，开关16(其可由功率MOSFET实现)，检测电阻器18，整流器和滤波器电路20，以及隔离的反馈控制器22。功率变换器10在其输入端接收电压Vdc，将电压Vds进行转换，并且在其输出端输出结果Vo(+)和Vo(-)。将负载连接到输出端。
功率变换器10可工作或设置在逆向变换器或正向变换器拓扑中。在逆向变换器拓扑中，开关16导通时将所有的能量存储在变压器14中，并且该能量仅在开关16关断时转移或者释放到负载上。在正向变换器拓扑中，在变压器中不存储能量(除了磁激发能量)，当开关16导通时驱动能量立即转移到负载上。功率变换器10是用作逆向变换器还是正向变换器取决于变压器14的绕组Np和Ns的方向。
在功率变换器10中，输出电压响应负载中的变化相对较慢。相反，当负载变化时功率变换器10内的电流变化相对迅速.功率变换器10中的电流控制环路可由检测电阻器18部分地限定在输入侧上，形成可输入到混合的模拟和数字控制器12中的电流.由于电流相对功率变换器10中负载状态改变的快速响应，因此电流控制环路具有快速动态特性。功率变换器10中的电压控制环路可由隔离的反馈控制器22部分地限定，其中该隔离的反馈控制器22检测输出电压并且给混合的模拟和数字控制器提供反馈信号。电压控制环路不像电流控制环路那样快，这是因为输出电压相对负载状态变化的响应特性较小。因此，快的电流控制环路受基于模拟的电路控制，而外部电压控制环路通过采用基于数字的硬件和软件而进行数字控制。电压和电流控制块混合在一起并且集成到一个半导体芯片或者模片上。
功率变换器10的操作由混合的模拟和数字控制器12进行控制.如图1所示，模拟和数字控制器12包括两个控制块：数字控制块24和模拟控制块26。模拟控制块26可使用在传统电源应用的电流控制环路中。模拟控制块26在电流控制环路中提供非常快速的动态特性，因此提供快速的负载调节。数字控制块24可使用在电压控制环路中，用于要求智能(例如，电压和电流保护电平，最低功耗的待机模式或者正常模式，以及通电或者断电指令)的监视功能。由于功率变换器10中电流控制环路的模拟控制和电压控制环路的数字控制之间的分配，可采用具有恰当计算速度的，相对简单的，低速的(由此，成本低)微控制器来实现混合的模拟和数字控制器12。在一个实施例中，这种微控制器可以是从Fairchild半导体公司购买的FMS7401-8或FMS7401-14部件。该微控制器可具有数字脉宽调制(PWM)控制器，运算逻辑单元(ALU)内核，内部随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，以及一个或多个模-数(A/D)以及数-模(D/A)转换器。该微控制器是可编程的。
混合的模拟和数字控制器12通过响应功率变换器10中的各种电流和电压状态导通和关断开关或者晶体管16来控制控制变换器10。控制器12可控制开关16的开关频率。典型地，对于减小额定负载状态下的表观分量大小希望更高的开关频率。但是开关损耗与开关频率是成正比的。在较高的开关频率上，空载或者轻载状态下的待机功耗是大的。在这种轻载或者空载状态下，混合的模拟和数字控制器12通过将开关频率减小到恰当的水平而减小开关损耗或者使开关损耗最小。此外，在某些实施例中，可动态调节驱动频率。
在一个实施例中，混合的模拟和数字控制器12可具有与外部电路(例如，主机或者主处理器)进行通信的能力。这使得控制器12可以向外部器件发送关于状态情况(例如温度)，误差状态等的各种信息，以便控制这些器件。例如，模拟温度检测信号可从混合的模拟和数字控制器12中发出并且用于控制电子器件(例如，膝上型计算机)的冷却水平，在该电子器件中根据电流操作温度结合入功率变换器10。同样，混合的模拟和数字控制器12可接收各种信息，例如用于控制，配置，或者调节功率变换器10的操作的信号。例如，模拟输出电压反馈指令信号可发送到混合的模拟和数字控制器12中。与功率变换器10的通信可用串行端口(例如RS-232)，A/D输入端口，或者任何其他合适的输入/输出端口(例如I2C端口)来实现。
数字控制块24可包括振荡器28，数字脉宽调制器(PWM)30，数字滤波器32，比较器34，数字比例积分器(PI)36，内部数字逻辑38，多路复用器(MUX)40，各种模-数(A/D)转换器42，44以及数-模(D/A)转换器46。振荡器28产生一个或多个时钟信号，其可输出到数字控制块24的内部时钟并且输出到数字脉宽调制器(PWM)30。数字脉宽调制器(PWM)30提供用于导通和关断开关16的信号，下文中将对此进行更详细的描述。数字脉宽调制器(PWM)30可输出固定频率的信号，可替换地，该频率也可以是变化的。数字滤波器32接收并且滤波在检测电阻器18两端形成的电流反馈信号.内部数字逻辑38可存储并处理用于控制功率变换器10的指令。MUX 40用作将信号多路传输到混合的模拟和数字控制器12中和从混合式模拟和数字控制器12多路传输出来。比较器34，其以内部软件实现，比较电压指令(V*)信号和电压反馈信号。V*信号代表期望输出电压电平并且可以是内部数字参考值(例如由内部数字逻辑38所产生的)或者通过恰当的端口接收的外部指令。电压反馈信号代表功率变换器10的实际输出电压电平。该电压反馈信号可以以数字形式，并且从隔离的反馈控制器22接收的信号中得到。数字比例积分器(PI)36，其可以软件实现，接收V*信号和电压反馈信号之间的差。数字比例积分器(PI)36算术计算误差值，从而产生电流指令(I*)信号。该电流指令(I*)信号采用模拟或数字形式。如图1所示，通过内部D/A转换器46将电流指令(I*)信号转换成模拟信号。将该模拟电流指令(I*)信号发送到模拟比较器控制块26。
模拟控制块26包括基于模拟的比较器48。基于模拟的比较器48比较电流指令(I*)信号和模拟电流反馈信号，该模拟电流反馈信号由数字滤波器32从检测电阻器18形成的电流中产生.依据该比较的结果，数字脉宽调制器(PWM)30的操作这样进行控制，使得可恰当调节导通和关断开关16的时间。在一个实施例中，如果数字脉宽调制器(PWM)30以固定频率运行，那么模拟控制块26的输出控制信号用于使得数字脉宽调制器(PWM)30是否将固定频率信号施加到开关16上。可替换地，如果数字脉宽调制器(PWM)30的频率可变，那么模拟控制块26的输出控制信号同样可用于调节频率。
在图1中，有点概念性地示出混合的模拟和数字控制器12。混合的模拟和数字控制器12的实际硬件实现可以不精确对应于图1所示的元件。
在一个实施例中，功率变换器10是可配置的。特别是，可调整，修正或者另外配置混合的模拟和数字控制器12的各种参数，以控制功率变换器10的操作。这样做的优点是对于多个或者可变的应用可采用功率变换器10的单一硬件结构。因此，功率变换器10非常通用。
图2A-2D是以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现根据本发明实施例的具有混合的模拟和数字控制的功率变换器10。
在图2A的实施例中，混合的模拟和数字控制器12可用多个集成电路(IC)芯片实现。这些芯片包括IC1 60，IC2 62，以及IC3 64。IC160可以是模拟混合的数字式微控制器，例如从Fairchild半导体公司购买的FMS7401-8或者FMS7401-14产品，其实现脉宽调制(PWM)控制器。IC262可以是MOSFET栅极驱动器，例如同样从Fairchild半导体公司购买的FAN53418产品。如图所示，在本实施例中，IC1 60和IC2 62设置在相同的组件中。IC3 64实现隔离的反馈控制器22，可以是从Fairchild半导体公司购买的FOD2711。
再次参考图2A，输入电阻器66和68用于检测输入电源电压Vdc的电压电平。该检测的输入电压电平可用作提供欠压或者过压保护的输入。所检测的输入电压电平也可用作用于快速调节输出电压的前馈输入。电阻器70是初始施加输入功率时(由于变压器14此时不被激励)提供操作功率给IC1 60和IC2的启动电阻器.通过辅助绕组Na72得到的电压可用于提供操作电压给IC1 60和IC2 62.电阻器18是用于检测流过变压器14的初级绕组Np的电流的电流检测电阻器.在某些实施例中，IC3 64可包括与光耦合器一起的电压基准。该电压基准和光耦合器分别在单个IC上实现，例如图6所示的IC4和IC5。可提供串行通信端口PS1和PS2，用于接收表示电源状态和例如导通或者关断的各种控制指令的信号，并用于在待机模式和正常模式之间改变输出电压以及如果需要改变各种保护电平。
图2B和2C的实施例基本类似于图2A的实施例，其显著的区别在于，在图2B和2C的实施例中，其他的元件可与IC1 60和IC2 62一起封装。特别是，在图2B的实施例中，开关16和电阻器18与IC1 60和IC2 62一起封装，在图2C的实施例中，还加入了IC3 64。
图2D示出了功率变换器10的示意性实现方式，其中采用了用特定产品的引脚结构代表了IC1 60，IC2 62以及IC3 64.
如下文所述，根据本发明的某些实施例，功率变换器的控制功能分成模拟和数字部分。模拟控制器用于在电流控制环路中提供非常快速的动态特性。这使得具有恰当计算速度(其不需要特别快)的相对低成本的数字微控制器用于处理电压控制环路.在其他实施例中，同样在下文中进行描述，电流控制环路和电压控制环路的控制功能以模拟形式实现，并且相对低成本的数字微控制器用于功率变换器中的初始监视功能(例如，监测功率系统的输入和输出状态，以及响应其导通和关断系统)。与闭路控制速度相比，这种监视功能所需要的速度相对较低。在这种情况下，微控制器并不插入控制环路中，相反，其通过检测输入和输出电压和电流来监视功率变换器10的整个操作，从而，为功率变换器10提供保护特性。同样，微控制器可发出表示各种操作状态的电流状态的信号，并且可从外部电路接收各种指令。
图3是以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现根据本发明一个实施例的部分混合的模拟和数字控制器12。如图所示，控制器12可包括比较器80和运算放大器(OP-Amp)82。此外，还具有可编程电压基准(Vpref)84，开关86，以及可编程数字延迟元件88。
运算放大器82可以是部分电压控制环路。同样，运算放大器82可接收代表功率变换器10输出电压的电压反馈信号。如本实施例中所提供的，该信号可以以模拟形式，或者以数字形式，如图1所示的实施例中所提供的。在一个实施例中，运算放大器82可用于实现图1所示的比较器34和比例积分器(PI)控制器36.运算放大器82输出电流指令(I*)信号，其是基于模拟电压控制方法的模拟信号。
可编程电压基准(Vpref)84提供可选的电流指令(I*)信号。该可编程电压基准(Vpref)84的值可以用软件编程，或者可以是存储在混合的模拟和数字控制器12的内部数字逻辑的寄存器中的信息。
可以是逻辑开关的开关86在位置A和B之间切换.在一个实施例中，开关86的位置可通过在控制器中设置寄存器而进行控制。依据开关86的位置，微控制器或者采用运算放大器82的输出或者采用可编程电压基准(Vpref)84作为电流指令(I*)信号。
比较器80，其可以是电流控制环路的一部分，在其一个输入端接收所检测的电流信号(由电流检测电阻器18产生)。在另一输入端，比较器80接收电流指令(I*)信号，基于开关86的位置，其或者是运算放大器82的输出或者是可编程电压基准(Vpref)84。如果选择了位置A(如图3所示)，那么采用运算放大器82的输出。如果为开关86选择了位置B，那么运算放大器82与内部数字内核断开并且采用可编程电压基准(Vpref)。
比较器80通过比较实际负载电流与电流指令(I*)信号而产生用于控制负载电流的信号(数字PWM复位)。在一个实施例中，如果所检测的负载电流大于电流指令(I*)信号，那么比较器80的输出为低。在由可编程数字延迟元件88提供的延迟之后，将比较器输出提供给数字脉宽调制器(PWM)30(图1)，其关断开关或者晶体管16。同样，减小了变压器14初级绕组Np中的电流。这样，依次，使得变压器14的次级绕组Ns中流动的负载电流减小。另外，如果实际负载电流小于电流指令(I*)信号，那么比较器80的输出变为高。这使得数字脉宽调制器(PWM)30导通或者维持晶体管16导通直到变压器14次级绕组中流动的负载电流升高到电流指令(I*)信号电平为止。因此，负载电流(由检测电阻器18检测到)中的变化使得数字脉宽调制器(PWM)30的控制快速改变。同样，电流控制环路可采用模拟电路进行快速处理，而不需要明显的延迟时间或者微控制器的任何干涉。
图4是以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现根据本发明一个实施例的使用在混合的模拟和数字控制器中的微控制器90。微控制器90是可编程的，并且以适合控制电压控制环路的速度运行，例如，在电压控制环路中具有1-10毫秒的采样时间或者计算时间。如图所示，除其他元件以外，微控制器90包括一个或多个比较器，具有采样和保持功能的模-数转换器(ADC)，用于将来自电流检测网络的信号进行滤波的数字滤波器，内部电流源，内部调压器，定时器，用于数据和软件代码的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，内部RAM，内部振荡器，脉宽调制(PWM)定时器，以及处理内核(例如ACE数字核心逻辑)。该微控制器可具有8位总线结构。
图5示出了根据本发明一个实施例的数字脉宽调制器(PWM)30的示意性波形。在某些实施例中，数字脉宽调制器(PWM)30可以用于混合的模拟和数字控制器12的数字微控制器(例如IC1 60)以及栅极驱动器(例如IC2 62)实现。
参考图5，数字脉宽调制器(PWM)30可输出信号HS1和HS2，例如，可采用其中的一个或者两个作为控制晶体管或开关16的置位/复位信号。输出信号HS1和HS2可以为数字或者模拟形式.在一个实施例中，可采用输出信号HS1和HS2来驱动外部功率器件。
如图所示，输出信号HS1和HS2从递增计数器信号T1RA和比较信号T1CMPA中得到或者产生。递增计数器信号T1RA可由混合的模拟和数字控制器12的自动递增计数器输出.递增计数器信号T1RA的值通过内部脉宽调制(PWM)时钟增加。该频率也可通过写入到内部数字逻辑38中的寄存器而进行调节。比较信号T1CMPA可从数字控制块12的比较器中输出，并且其值也可存储在寄存器中。计数器信号T1RA的值与比较信号T1CMPA的值进行比较。只要比较信号T1CMPA的值大于计数器信号T1RA的值，那么输出信号HS1为低(“0”)。如果计数器信号T1RA的值超过比较信号T1CMPA的值，那么输出信号HS2经过短暂的延迟时间(dt)后为高(“1”)。该延迟时间(dt)，其在一个实施例中可编程，提供停滞时间，以便减小从信号HS1和HS2流来的串扰电流(cross current)，其中信号HS1和HS2可以是高压侧或者低压侧功率器件的栅极信号。这对于例如推挽式，半桥式，以及全桥式的高压和低压侧变换器拓扑是非常重要的.当递增计数器信号T1RA复位时输出信号HS2为高，并且保持高直到递增计数器信号T1RA超过比较信号T1CMPA为止。同样，HS1和HS2信号电平可以通过设置内部控制寄存器而反转(inversion)。
从图5中可以看到，如果递增计数器信号T1RA的最大值相对设定得较小，那么功率变换器10的开关频率增加。否则，如果计数器信号T1RA的最大值设定为相对大的值，那么减小了开关频率。因此，数字PWM 30可依据功率变换器的负载状态适应性改变开关频率。
图6是以局部框图形式表示的示意图，用于示意性实现根据本发明一个实施例的输出电压反馈电路100。该输出电压反馈电路100可在功率变换器10的输入和输出侧之间电气隔离。输出电压反馈电路100的一部分可以在用于微控制器的集成电路(IC)芯片中实现，反馈电路100的其他部分可以在用于光耦合器和肖特基二极管的其他IC(分别是IC4和IC5)中实现。在某些实施例中，输出电压反馈电路100可实现反馈控制器22的至少一部分。电压反馈电路100采用内部电流源(Ia)。图7示出了根据本发明的一个实施例的用于检测过载状态的输出电压反馈电平的示意性波形。
如果功率变换器10的负载电流中存在增加，那么输出电压略微减小。因此，在输出电压反馈电路100中，光耦合器的发光二极管(LED)的阳极电流也减小。因此，光耦合器的集电极电流减小并且阳极(AIN1/G3)的电压电平增加，这是因为内部电流源(Ia)根据下面的等式对并行电容器(Cf)进行充电：
V P ( AIN 1 / G 3 ) = 1 C f ∫ i ( t ) dt = I a C f t
如果将适量的电流提供给负载，那么将输出电压设定为适当的电平。否则，如果将过多的电流提供给负载(过电流或者过载状态)并且输出电压低于功率变换器10的额定电平，那么阳极(AIN1/G3)的电压电平将增加，如图7所示。微控制器监测该电压电平并且如果电压电平超过预定的过载电压电平(Vsd)可识别过载状态。因此，通过采用该混合的模拟和数字控制器可提供各种智能保护。
如图7所示，通过监测管脚(AIN1/G3)的电压电平，可防止电源出现过载状态。同样，通过采用图2A，2B和2C所示的Rin1和Rin2而监测输入电压电平，可识别输入过压和欠压状态。通过比较图2D和3所示的管脚(AIN0/G4)的电流检测信号的大小，同样可得到过流保护特性。如果检测到短的或者非常高的电流，那么功率晶体管16(例如MOSFET)在很少或者没有延迟时间就立即被关断。这就是周而复始的电流保护特性。
尽管已经详细描述了本发明以及其优点，但是应该理解，不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围，可在其中进行各种变化，替代以及替换。也就是说，包括在本申请中的讨论旨在用作基本描述。应该理解，特定的讨论并未精确描述所有可能的实施例，许多替换都是隐含的。同样其并未全面解释本发明的通用特性，并且并未精确示出每个部件或者元件怎样实际代表更宽的功能或者大量可选的或者等效元件。并且，在本公开中有许多隐含特征。在本发明以面向设备的的术语描述的地方，器件的每个元件隐含实现了一个功能.该说明书和术语均不旨在限制权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种功率变换器，包括：
具有初级绕组和次级绕组的变压器，将初级绕组连接成接收输入电压，次级绕组用于提供输出电压；
晶体管，连接到变压器的初级绕组，用于控制流过初级绕组的电流；
电流检测器件，连接到晶体管上，用于形成表示流过功率变换器的电流量的信号，该电流检测器件形成功率变换器电流控制环路的一部分；
反馈控制器，连接到变压器的次级绕组上，用于提供表示功率变换器输出电压的信号，反馈控制器形成功率变换器电压控制环路的一部分；以及
切换控制器，操作成接收所述表示流过功率变换器的电流量的信号、接收所述表示功率变换器输出电压的信号和和提供功率变换器的电流控制环路的模拟控制以及电压控制环路的数字控制。
2.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器包括比较器，用于比较代表流过初级绕组的电流的信号和参考信号。
3.权利要求2的功率变换器，其中该参考信号是可编程的。
4.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器包括数字微控制器。
5.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器包括操作成施加信号到晶体管的栅极用于导通和关断晶体管的数字脉宽调制(PWM)控制器。
6.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器包括：
比较器，用于比较代表流过初级绕组的电流的信号和参考信号；和
操作成施加信号到晶体管的栅极用于导通和关断该晶体管的数字脉宽调制(PWM)控制器。
7.权利要求6的功率变换器，其中比较器和数字脉宽调制(PWM)控制器在单个集成电路(IC)芯片上实现。
8.权利要求1的功率变换器，其中电流检测器件包括电阻器。
9.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器操作成与外部电路进行通信以接收功率变换器的控制指令的至少一个信号，并且发送表示功率变换器中情况的至少一个信号。
10.权利要求1的功率变换器，其中该切换控制器包括用于与外部电路进行通信的接口。
11.一种用于在功率变换器中提供控制的方法，包括：
使用耦合到功率变换器的开关的第一控制器提供功率变换器中电流的模拟控制；以及
使用所述第一控制器提供功率变换器输出电压的数字控制。
12.权利要求11的方法，包括检测流过功率变换器的变压器的电流。
13.权利要求11的方法，包括检测输出电压值。
14.权利要求11的方法，其中提供数字控制包括从功率变换器发送代表功率变换器情况的至少一个信号。
15.权利要求11的方法，其中提供数字控制包括在功率变换器的所述第一控制器处接收至少一个控制指令信号。
16.一种功率变换器，包括：
具有初级绕组和次级绕组的变压器，将初级绕组连接成接收输入电压，次级绕组用于提供输出电压；
晶体管，连接到变压器的初级绕组，用于控制流过初级绕组的电流；
反馈控制器，连接到变压器的次级绕组，用于提供表示功率变换器输出电压的信号；以及
微控制器，连接到晶体管用于导通和关断该晶体管，并且连接到反馈控制器用于接收表示功率变换器输出电压的信号，其中将该微控制器操作成执行将表示流过初级绕组的电流的信号与参考信号进行模拟比较，从而在功率变换器的内部电流控制环路中提供动态响应，并且其中将该微控制器操作成与外部电路进行通信，从而接收功率变换器的控制指令的至少一个信号并且发送表示功率变换器中情况的至少一个信号。
17.权利要求16的功率变换器，其中微控制器以低速运行。
18.权利要求16的功率变换器，其中微控制器包括数字脉宽调制(PWM)控制器。
19.权利要求16的功率变换器，其中微控制器包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
20.权利要求16的功率变换器，其中控制指令包括用于输出电压，电流保护，待机模式，正常模式，通电，以及断电中的一种的指令。
21.权利要求16的功率变换器，其中所述情况包括输入电压电平，输出电压电平，电流电平以及误差情况中的一种。
22.权利要求16的功率变换器，其中参考信号的电平是可编程的。
23.权利要求16的功率变换器，其中微控制器实现在单个集成电路(IC)芯片中。
24.权利要求16的功率变换器，其中微控制器包括用于接收和发送信号的串行通信接口。
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