專利名稱：準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備和相關(guān)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于控制準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備和相關(guān)控制方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)模式電源受電磁干擾(EMI)影響。在由包括在電源中的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器調(diào)制電壓和電流時(shí)生成EMI噪聲，并且該電噪聲可以轉(zhuǎn)移至ac電源線。EMI噪聲通過(guò)傳導(dǎo)影響一些電子系統(tǒng)的操作；此外，在電源線上EMI引入的噪聲可以從電源線輻射或泄漏并且影響其他電子設(shè)備。傳導(dǎo)和輻射的電噪聲可以不利地影響或干擾電子設(shè)備的操作。為了處理EMI相關(guān)的問(wèn)題，存在限定可以由各種類型電子設(shè)備(并且尤其是電源)產(chǎn)生的EMI的最大量的規(guī)范。因此，在電源設(shè)計(jì)中的重要步驟是保持EMI發(fā)射位于由適用 的規(guī)范指定的限制內(nèi)。在電源中，可以通過(guò)添加輸入濾波器和制止電流和/或電壓開(kāi)關(guān)波形的邊緣來(lái)控制EMI。執(zhí)行這些任務(wù)所需的額外部件可能不期望地增加電源的尺寸和重量。此外，它們經(jīng)常使得設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜并且增加生成成本噪聲濾波部件增加成本并且經(jīng)常在發(fā)現(xiàn)EMI超出合規(guī)限制時(shí)在最終設(shè)計(jì)過(guò)程期間在試錯(cuò)基礎(chǔ)上被添加。頻率調(diào)制(有時(shí)或稱為跳動(dòng)、或抖動(dòng))是可以促進(jìn)開(kāi)關(guān)模式電源符合EMI發(fā)射規(guī)范的技術(shù)。事實(shí)上，一方面開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的發(fā)射集中于開(kāi)關(guān)頻率及其較高階諧波處。另一方面，EMI規(guī)范構(gòu)思了在任何給定諧波處的峰值能量而非總的發(fā)射能量的限制。通過(guò)調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率，執(zhí)行許多邊帶并且發(fā)射頻譜圍繞這些頻帶散射這降低了諧波的峰值幅度，并且使得它們更易于保持在EMI發(fā)射限制之下。通常，該技術(shù)應(yīng)用至其中開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的操作頻率由振蕩器確定的電源。根據(jù)給定的時(shí)間分布改變振蕩器頻率將調(diào)制開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的操作頻率并在其EMI發(fā)射上執(zhí)行上述的擴(kuò)頻動(dòng)作。這在專利文獻(xiàn)以及科學(xué)文獻(xiàn)中廣泛使用。存在其他類型的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，其中開(kāi)關(guān)頻率并非由振蕩器確定。這些轉(zhuǎn)換器的示例是舊式振鈴扼流圈轉(zhuǎn)換器(RCC)和電流轉(zhuǎn)變模式(TM)升壓功率因子校正(PFC)預(yù)調(diào)節(jié)器和準(zhǔn)諧振(QR)回掃轉(zhuǎn)換器。在這些示例中，電源開(kāi)關(guān)的接通被同步至其磁存儲(chǔ)設(shè)備(電感器或變壓器)的退磁而非由振蕩器提供的時(shí)鐘信號(hào)。因此，它們的開(kāi)關(guān)頻率依賴于輸入電壓、輸出負(fù)載和與磁設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電感。開(kāi)關(guān)頻率對(duì)輸入電壓的依賴性為這些轉(zhuǎn)換器提供了自然的、為線路頻率的兩倍的開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制。這在TM升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器中尤其明顯，該預(yù)調(diào)節(jié)器根據(jù)整流的線路電壓直接操作，從而使得它們的輸入電壓在線路半循環(huán)中從零值到峰值并且繼而再次至零值期間全程改變。在QR回掃轉(zhuǎn)換器中，如在電源線上操作的大多數(shù)非功率因子校正轉(zhuǎn)換器中那樣，前端級(jí)由具有下游電容器濾波器的全波整流器橋構(gòu)成，其提供了來(lái)自ac線路的未經(jīng)調(diào)節(jié)的dc總線。濾波器電容器通常足夠大以具有在線路頻率兩倍處的、疊加在dc電平上的相對(duì)低的紋波。該紋波使用基于其幅度的深度來(lái)在線路頻率兩倍處的調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率。在線路頻率兩倍處的該自然調(diào)制提供在EMI降低方面的實(shí)際益處，對(duì)于使用平均(AV)檢測(cè)方法尤其如此?？上е幵谟?，該效果強(qiáng)烈依賴于輸入電壓和輸出功率，而輸入電壓和輸出功率影響在線路半循環(huán)中的頻率偏離和中心頻率。普遍趨勢(shì)是，自然頻率調(diào)制傾向于隨著輸入電壓增加和/或輸出負(fù)載減少而降低。附加地，該低頻調(diào)制對(duì)于準(zhǔn)峰值(QP)檢測(cè)方法而言并非非常有效。在該類型轉(zhuǎn)換器中，頻率調(diào)制的BO減少可以通過(guò)在低頻自然調(diào)制上疊加較高頻率的受迫調(diào)制來(lái)改進(jìn)，這對(duì)于QP檢測(cè)也提供了顯著的益處。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例在于提供與已知的準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器不同的準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備。 本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例是用于控制準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，該轉(zhuǎn)換器被配置成將輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)換DC輸出信號(hào)。功率轉(zhuǎn)換器包括功率開(kāi)關(guān)，連接至所述輸入信號(hào)并且適于調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)；以及磁存儲(chǔ)元件。該控制設(shè)備配置成根據(jù)所述磁存儲(chǔ)元件的退磁來(lái)確定功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。該控制設(shè)備由源自反饋電路的反饋信號(hào)供電，該反饋電路耦合至功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。該控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制控制變量來(lái)調(diào)節(jié)DC輸出信號(hào)的控制回路，并且包括調(diào)制器，該調(diào)制器配置成根據(jù)至少一個(gè)調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述控制變量，該至少一個(gè)調(diào)制信號(hào)具有高于控制回路的帶寬的頻率。


通過(guò)在所附附圖中的以非限制性示例的方式示出的本公開(kāi)的一些實(shí)施例的下面的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的特征和優(yōu)勢(shì)將變得顯然，在附圖中圖I示出了電流模式受控的準(zhǔn)諧振(QR)回掃轉(zhuǎn)換器的原理示意圖；圖2是圖I中的轉(zhuǎn)換器中的起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖3示出了電壓模式控制的準(zhǔn)諧振(QR)回掃轉(zhuǎn)換器的原理示意圖；圖4是圖3的轉(zhuǎn)換器中的起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)的具有控制設(shè)備的準(zhǔn)諧振回掃轉(zhuǎn)換器；圖6示出了根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備以及控制設(shè)備中起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的變體的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備以及控制設(shè)備中起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖8示出了根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備以及控制設(shè)備中起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖9示出了根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的變體的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備以及控制設(shè)備中起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖10示出了根據(jù)本公開(kāi)的第三實(shí)施例的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備以及控制設(shè)備中起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖11示出了圖10中的控制設(shè)備的可變?cè)鲆鎵K的一種實(shí)現(xiàn)方式；圖12示出了圖10中的控制設(shè)備的可變?cè)鲆鎵K的另一種實(shí)現(xiàn)方式；圖13示出了圖12中的可變?cè)鲆鎵K中起作用的信號(hào)的時(shí)間圖；圖14示出了根據(jù)圖10中的控制設(shè)備的可變?cè)鲆鎵K的另一實(shí)現(xiàn)方式以及起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖；圖15示出了根據(jù)本公開(kāi)的電流模式控制TM升壓預(yù)調(diào)節(jié)器的控制核芯；圖16示出了不使用專用振蕩器而是通過(guò)PWM脈沖系列的分頻來(lái)生成方波調(diào)制信號(hào)的可能方式；圖17示出了方波調(diào)制信號(hào)的發(fā)生器的另一可能實(shí)現(xiàn)方式；

圖18示出了圖17的電路中的起作用的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流模式控制的準(zhǔn)諧振(QR)回掃轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括變壓器1，具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls ;初級(jí)繞組Lp與瞬態(tài)DC輸入信號(hào)Vin耦合，并且與功率開(kāi)關(guān)Ql耦合，功率開(kāi)關(guān)Ql借由讓電流Ip通過(guò)的感測(cè)電阻Rs連接至接地GND。次級(jí)繞組Ls連接至在次級(jí)繞組Ls的端子之間串聯(lián)布置的二極管Dl和電容器Cout。輸出電壓Vout為跨電容器Cout的電壓。用于控制功率開(kāi)關(guān)Ql的集成的控制設(shè)備IOA具有管腳INV，管腳INV接收表示通過(guò)隔離的反饋11的輸出Vout的信號(hào)Vf?？刂圃O(shè)備IOA包括誤差放大器14,適于放大表不輸出電壓Vout的信號(hào)和參考電壓Vref之間的誤差電壓；以及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，配置成補(bǔ)償誤差放大器14，其與管腳INV和誤差放大器14的輸出耦合?？刂圃O(shè)備IOA包括PWM比較器15，其適于將誤差放大器的輸出信號(hào)與跨感測(cè)電阻Rs的信號(hào)進(jìn)行比較。PWM比較器的輸出信號(hào)是置位-復(fù)位觸發(fā)器17的復(fù)位信號(hào)R，該置位-復(fù)位觸發(fā)器17的置位信號(hào)是在管腳Z⑶處與輔助繞組Laux耦合的零電流檢測(cè)器(Z⑶)18的輸出信號(hào)。置位-復(fù)位觸發(fā)器17的輸出信號(hào)Q是開(kāi)關(guān)Ql的控制信號(hào)。功率開(kāi)關(guān)Ql根據(jù)轉(zhuǎn)換器的磁存儲(chǔ)設(shè)備(在此情形中是變壓器I)的退磁而接通。具體而言，功率開(kāi)關(guān)Ql的接通被同步至所述退磁而非振蕩器提供的時(shí)鐘信號(hào)。圖I中的轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)周期Tsw可以劃分成如圖2所示的三個(gè)子間隔功率開(kāi)關(guān)Ql的接通時(shí)間(Ton)，次級(jí)整流器Dl的再循環(huán)時(shí)間(Tfw)(即，變壓器I退磁所需時(shí)間)，以及從變壓器退磁(即，當(dāng)通過(guò)Dl的電流降至零的瞬間)至功率開(kāi)關(guān)的下一接通所經(jīng)過(guò)的延遲時(shí)間Tv。該時(shí)間通常固定在退磁之后的變壓器電壓振鈴的半周期處，從而使得接通隨著在開(kāi)關(guān)Ql兩端的最小電壓而出現(xiàn)(谷開(kāi)關(guān))?？梢詫?xiě)出Tsw = Ton+Tfw+Tv,其中 Ton = ^ Tfw= ^ = Ton——，并且因此
VinVrVr
rr T (, , Vin'] . T LpIpkp (、. Vin \ .〒
Isw=Ton IH--+Tv =- IH--+Tv,
{ Fr JVin \ Vr其中Lp是變壓器初級(jí)電感，Ipkp是在Ton結(jié)束時(shí)到達(dá)的峰值初級(jí)電流，Vin是瞬態(tài)DC輸入電壓(其紋波導(dǎo)致Ton、Tfw以及因此的Tsw的自然調(diào)制)，而Vr是Tfw期間反射回初級(jí)側(cè)的轉(zhuǎn)換器輸出電壓。Ton的持續(xù)時(shí)間由初級(jí)電感器電流到達(dá)值Ipkp確定，該值Ipkp由調(diào)節(jié)輸出電壓的外部控制回路編程。所編程的Ipkp值使得轉(zhuǎn)換器精確遞送負(fù)載所需的功率。圖2示出了圖I的QR回掃轉(zhuǎn)換器中的起作用的信號(hào)的時(shí)間圖，即，信號(hào)Vin、Vds (MOSFET功率晶體管Q的源極-漏極電壓)、VAUX(跨電感器Laux的電壓)、流經(jīng)Dl的電流I (Dl)、S、R、Ip，控制開(kāi)關(guān)Q的信號(hào)⑶和表示零電流檢測(cè)的信號(hào)Z⑶p。QR回掃轉(zhuǎn)換器可以在電壓模式中控制，如圖3所示。在此情形中，控制設(shè)備IOB包括用于生成斜坡信號(hào)RAMP的斜坡發(fā)生器16，該斜坡信號(hào)適配于對(duì)經(jīng)由PWM比較器15來(lái)自誤差放大器14的輸出信號(hào)進(jìn)行比較；此外，時(shí)間Ton由調(diào)節(jié)輸出電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng)直接調(diào)整。所得的動(dòng)態(tài)性能不同，但是支配操作的穩(wěn)態(tài)方程與電流模式相同，因此上述方程適用于電壓模式控制的QR回掃轉(zhuǎn)換器。圖4示出了圖3的QR回掃轉(zhuǎn)換器中的起作用的一些信號(hào)的時(shí)間圖，即，信號(hào)Vin、Vds (MOSFET功率晶體管Q的源極-漏極電壓)、Vaux (跨電感器Laux的電壓)、流經(jīng)Dl的電流I (Dl)、S、R、斜坡電壓RAMP、控制開(kāi)關(guān)Q的信號(hào)⑶和表示過(guò)零檢測(cè)的信號(hào)ZCDp。根據(jù)本公開(kāi)，如圖5所示，QR開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備20包括調(diào)制器100，配置成 根據(jù)至少一個(gè)調(diào)制信號(hào)Smod來(lái)調(diào)制輸出信號(hào)Vout的控制回路的控制變量Ton或Ipkp,信號(hào)Smod具有高于控制回路的帶寬fb的頻率fmod。例如，控制回路帶寬fb的范圍從0. IkHz至5kHz ;并且如果控制回路fb是1kHz，則調(diào)制信號(hào)的頻率等于10kHz。 圖5中的QR轉(zhuǎn)換器優(yōu)選為QR回掃轉(zhuǎn)換器，其包括具有初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls的變壓器I。初級(jí)繞組Lp與瞬態(tài)DC輸入信號(hào)Vin和功率開(kāi)關(guān)Ql耦合，功率開(kāi)關(guān)Ql借由讓電流Ip流過(guò)的感測(cè)電阻Rs連接至接地GND。次級(jí)繞組Ls連接至布置在次級(jí)繞組Ls的端子之間的二極管Dl和電容器Cout ;輸出電壓Vout是跨電容器Cout的電壓。用于控制功率開(kāi)關(guān)Ql的控制設(shè)備20優(yōu)選地為集成的控制設(shè)備，控制設(shè)備20具有耦合以通過(guò)諸如光耦合器之類的隔離的反饋元件11接收表示輸出Vout的信號(hào)Vf的輸入?？刂圃O(shè)備20包括元件14,適于輸出在表不輸出電壓Vout的電壓Vf和參考電壓Vref之間的誤差電壓Se。兀件14優(yōu)選地是誤差放大器14，該誤差放大器14具有接收電壓Vf的反相輸入和接收參考電壓Vref的非反相輸入。調(diào)制器100配置成在電流模式控制QR回掃轉(zhuǎn)換器的情形中接收電壓Se和跨感測(cè)電阻Rs的電壓CS或者在電壓模式控制QR回掃轉(zhuǎn)換器的情形下使用斜坡發(fā)生器16生成的斜坡信號(hào)RAMP。調(diào)制器100具有接收調(diào)制信號(hào)Smod的控制輸入，并且其輸出信號(hào)給PWM比較器15的反相輸入和非反相輸入。PWM比較器15的輸出信號(hào)是置位-復(fù)位觸發(fā)器17的復(fù)位信號(hào)R，置位-復(fù)位觸發(fā)器17的置位信號(hào)S是在管腳ZCD處與輔助繞組Laux耦合的零電流檢測(cè)器(Z⑶)18的輸出信號(hào)。置位-復(fù)位觸發(fā)器17的輸出信號(hào)Q是由驅(qū)動(dòng)器D提供給開(kāi)關(guān)Ql的控制信號(hào)。功率開(kāi)關(guān)Ql的開(kāi)關(guān)頻率由轉(zhuǎn)換器的磁存儲(chǔ)設(shè)備(在此情形下為變壓器I)的退磁以及反饋回路固定。具體而言，功率開(kāi)關(guān)Ql的接通被同步至所述退磁而非振蕩器提供的時(shí)鐘信號(hào)。轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)周期Tsw被劃分成三個(gè)子間隔功率開(kāi)關(guān)Ql的接通時(shí)間(Ton)、次級(jí)整流器Dl的重循環(huán)時(shí)間(Tfw)(即變壓器退磁的時(shí)間)、以及從變壓器退磁(即，當(dāng)通過(guò)Dl的電流降至零時(shí)的瞬間)至功率開(kāi)關(guān)的下一接通所經(jīng)過(guò)的延遲時(shí)間Tv。在圖5中，具體而言，調(diào)制器100調(diào)制QR開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器(優(yōu)選為QR回掃轉(zhuǎn)換器)的PWM比較器15的輸入信號(hào)之一,該QR開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器可以被控制在電流模式或電壓模式中。例如，在電壓模式中控制的QR回掃轉(zhuǎn)換器的情形中，調(diào)制器100通過(guò)周期性改變PWM電壓斜坡的斜率或通過(guò)向控制電壓添加時(shí)變信號(hào)直接調(diào)制時(shí)間段Ton。
例如，在電流模式控制的QR回掃轉(zhuǎn)換器的情形中，調(diào)制器100通過(guò)向由電壓控制回路給定的峰值電流編程值添加時(shí)變信號(hào)或通過(guò)向電流感測(cè)輸入添加時(shí)變信號(hào)或通過(guò)周期性改變電流感測(cè)輸入的增益來(lái)直接調(diào)制電流Ipkp。圖6A示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的調(diào)制器100A的電路示意圖，該調(diào)制器100A適于通過(guò)改變PWM斜坡的斜率直接調(diào)制時(shí)間段Ton。調(diào)制器100A包括調(diào)制單元101，調(diào)制單元101包括開(kāi)關(guān)SWl和壓控電流發(fā)生器Im。調(diào)制單元101外部的部分是現(xiàn)有技術(shù)的斜坡發(fā)生器，該斜坡發(fā)生器通過(guò)使用電流發(fā)生器It對(duì)定時(shí)電容器Ct充電而操作。該發(fā)生器It僅當(dāng)觸發(fā)器17的輸出Q為高時(shí)(即，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)Ql接通時(shí))激活。在該時(shí)間段期間，開(kāi)關(guān)SW2斷開(kāi)；開(kāi)關(guān)SW2由NOT信號(hào)Q(在輸入處具有信號(hào)Q的NOT門的輸出信號(hào))控制?？珉娙萜鰿t產(chǎn)生的電壓Vct被饋送至PWM比較器15的非反相輸入，PWM比較器15在其反相輸入處接收誤差放大器14的輸出電壓。隨著跨電容器Ct的電壓到達(dá)誤差放大器14的輸出Se的電平，PWM比較器15的輸出R變高并且復(fù)位PWM鎖存器或觸發(fā)器17。觸發(fā)器17的輸出信號(hào)Q變低，并且功率開(kāi)關(guān)Ql關(guān)斷，從而確定時(shí)間段Ton的持續(xù)時(shí)間。電流源It也被關(guān)斷，并且使開(kāi)關(guān)SW2閉合，從而復(fù)位電容器Ct。壓控電流發(fā)生器Im添加電流至由電流發(fā)生器11提供的電流以對(duì)電容器Ct充電。此外，僅在時(shí)間段Ton期間激活該發(fā)生器Im，在Ton期間發(fā)生器Im由開(kāi)關(guān)SWl連接至接收調(diào)制信號(hào)Somd的輸入,從而提供(source)與信號(hào)Smod成比例的電流。來(lái)自電流發(fā)生器Im的電流的添加修改了跨Ct的電壓的改變的速率，從而使得到達(dá)誤差放大器14的輸出電平的時(shí)間(即Ton)也被修改。因此，時(shí)間段Toff將相應(yīng)地被改變，并且時(shí)間開(kāi)關(guān)周期Tsw也是如此。圖6B中的時(shí)間圖通過(guò)在方波調(diào)制信號(hào)Smod的示例性情形下信號(hào)It、Im和Vct的一些波形示出了該操作。當(dāng)然，也可以使用不同形狀。備選地，在根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的變體的調(diào)制器100B中，可以如圖7所示地通過(guò)向控制電壓添加時(shí)變信號(hào)來(lái)直接調(diào)制時(shí)間段Ton。在之前情形中考慮的相同斜坡發(fā)生器(發(fā)生器It，開(kāi)關(guān)SW2、N0T門)連接至PWM比較器15的非反相輸入。PWM比較器15的反相輸入連接至由模擬加法器E輸出的信號(hào)PWM_Refo加法器E的輸入是誤差放大器14輸出的信號(hào)Se和調(diào)制信號(hào)Smod。將斜坡Vct (在此情形中具有固定斜率)與時(shí)變參考電壓PWM_Ref進(jìn)行比較將改變斜坡的持續(xù)時(shí)間即因此改變Ton。這在圖7B中的信號(hào)Smod是方波調(diào)制信號(hào)的示例情形的時(shí)序圖中示出。在本情形中，在圖6A和圖7A中使用的斜坡Vct僅確定功率開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間段Ton的持續(xù)時(shí)間，并且其僅在該時(shí)間期間存在。開(kāi)關(guān)頻率由其他機(jī)制確定，在本情形中由變壓器傾瀉在接通時(shí)間期間積聚的能量所需的時(shí)間確定。因此斜坡發(fā)生器不該被認(rèn)為是振蕩器而是時(shí)間到電壓轉(zhuǎn)換器。在圖7A中的電路中使用的同一構(gòu)思可以用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的在如圖8A所示的電流模式控制的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器中使用調(diào)制器IOOC的頻率調(diào)制。PWM比較器15在其非反相輸入處接收信號(hào)CS，信號(hào)CS是電流Ip的作為跨感測(cè)電阻器Rs的電壓降反映。在功率開(kāi)關(guān)Ql的接通時(shí)間期間，初級(jí)電流以等于Vin/Lp的斜率線性地上升，并且跨Rs的電壓CS也是如此。PWM比較器的反向輸入連接至信號(hào)PWM_Ref，即模擬加法器E的輸出信號(hào)。加法器E的輸入是來(lái)自誤差放大器14的輸出的信號(hào)Se和調(diào)制、信號(hào)Smod。由于電壓CS等于PWM_Ref，因此PWM比較器的輸出信號(hào)R變高并且復(fù)位PWM鎖存器。PWM比較器的輸出Q變低，功率開(kāi)關(guān)Ql關(guān)斷，并且信號(hào)CS變?yōu)榱?。這確定了峰值電感
器電流Ipkp = PWM_Ref/Rs，而時(shí)間段Ton的持續(xù)時(shí)間表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種用于控制準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，所述轉(zhuǎn)換器被配置成將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC輸出信號(hào)，所述控制設(shè)備包括 控制回路，配置成控制所述功率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率，接收從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)得到的反饋信號(hào)，以及通過(guò)控制控制變量來(lái)調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)；以及調(diào)制器，配置成根據(jù)調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述控制變量，所述調(diào)制信號(hào)具有高于所述控制回路的帶寬的頻率，所述調(diào)制器進(jìn)一步配置成使用經(jīng)調(diào)制的控制變量使得所述控制回路控制所述功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷的關(guān)斷時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制設(shè)備，其中所述控制變量是所述功率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制設(shè)備，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)；以及PWM比較器，配置成將所述誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制器配置成周期性地改變所述斜坡信號(hào)的斜率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制設(shè)備，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)；以及PWM比較器，配置成將所述誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制器配置成將所述調(diào)制信號(hào)添加至所述誤差信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制設(shè)備，其中所述控制變量是通過(guò)所述功率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的電流的峰值電流值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制設(shè)備，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)；以及PWM比較器，配置成將所述誤差信號(hào)與流經(jīng)所述功率開(kāi)關(guān)的電流的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制器配置成將所述調(diào)制信號(hào)添加至所述誤差信號(hào)和所述電流感測(cè)信號(hào)之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制設(shè)備，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)；以及PWM比較器，配置成將所述誤差信號(hào)與流經(jīng)所述功率開(kāi)關(guān)的電流的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制器包括可變?cè)鲆骐娐?，所述可變?cè)鲆骐娐放渲贸山邮账鲭娏鞲袦y(cè)信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)并且基于所述調(diào)制信號(hào)周期性地改變所述可變?cè)鲆骐娐返脑鲆妗?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，其中所述可變?cè)鲆骐娐放渲贸山邮斩鄠€(gè)調(diào)制信號(hào)并且基于所述多個(gè)調(diào)制信號(hào)改變所述可變?cè)鲆骐娐返脑鲆妗?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制設(shè)備，其中所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包? 第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 多個(gè)第二電阻，耦合至所述第一電阻；以及 多個(gè)開(kāi)關(guān)，分別耦合至所述第二電阻，所述開(kāi)關(guān)配置成分別由所述多個(gè)調(diào)制信號(hào)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，其中所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包? 第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 第二電阻，耦合至所述第一電阻；開(kāi)關(guān)，與所述第一電阻和接地端子之間的所述第二電阻耦合；以及運(yùn)算放大器，具有第一輸入、第二輸入和輸出，所述第一輸入配置成接收所述調(diào)制信號(hào)，所述第二輸入耦合至所述開(kāi)關(guān)和所述第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)，所述輸出耦合至所述開(kāi)關(guān)的控制端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，其中所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包? 第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 第二電阻，耦合至所述第一電阻；以及 開(kāi)關(guān)，與所述第一電阻和接地端子之間的所述第二電阻耦合，所述開(kāi)關(guān)配置成由所述調(diào)制信號(hào)控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制設(shè)備，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)； PWM比較器，具有輸入和輸出，所述輸入耦合至所述誤差放大器的輸出；以及置位-復(fù)位觸發(fā)器，具有耦合至所述PWM比較器的輸出的輸入，并且配置成提供方波信號(hào)，所述調(diào)制器配置成從所述方波信號(hào)得到所述調(diào)制信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制設(shè)備，其中所述調(diào)制器配置成將所述調(diào)制信號(hào)生成為具有預(yù)定持續(xù)時(shí)間的高電平和低電平的方波。
14.一種用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC輸出信號(hào)的準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器包括 輸入端子，配置成接收所述輸入信號(hào)； 輸出端子，配置成提供所述DC輸出信號(hào)； 功率開(kāi)關(guān)，耦合至所述輸入端子并且配置成調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)； 磁存儲(chǔ)兀件； 反饋電路，耦合至所述輸出端子；以及 控制設(shè)備，包括 控制回路，配置成確定所述功率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率，接收從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)得到的反饋信號(hào)，以及通過(guò)控制控制變量來(lái)調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)；以及調(diào)制器，配置成根據(jù)調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述控制變量，所述調(diào)制信號(hào)具有高于所述控制回路的帶寬的頻率，所述調(diào)制器進(jìn)一步配置成使用經(jīng)調(diào)制的控制變量使得所述控制回路控制所述功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷的關(guān)斷時(shí)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述控制回路包括 誤差放大器，配置成提供表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)；以及PWM比較器，適于將所述誤差信號(hào)與流經(jīng)所述功率開(kāi)關(guān)的電流的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制器包括可變?cè)鲆骐娐?，所述可變?cè)鲆骐娐放渲贸山邮账鲭娏鞲袦y(cè)信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)并且基于所述調(diào)制信號(hào)周期性地改變所述可變?cè)鲆骐娐返脑鲆妗?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述可變?cè)鲆骐娐放渲贸山邮斩鄠€(gè)調(diào)制信號(hào)并且基于所述多個(gè)調(diào)制信號(hào)改變所述可變?cè)鲆骐娐返脑鲆妗?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包括第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 多個(gè)第二電阻，耦合至所述第一電阻；以及 多個(gè)開(kāi)關(guān)，分別耦合至所述第二電阻，所述開(kāi)關(guān)配置成分別由所述多個(gè)調(diào)制信號(hào)控制。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換器，所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包? 第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 第二電阻，耦合至所述第一電阻； 開(kāi)關(guān)，與所述第一電阻和接地端子之間的所述第二電阻耦合；以及 運(yùn)算放大器，具有第一輸入、第二輸入和輸出，所述第一輸入配置成接收所述調(diào)制信號(hào)，所述第二輸入耦合至所述開(kāi)關(guān)和所述第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)，所述輸出耦合至所述開(kāi)關(guān)的控制端子。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換器，所述可變?cè)鲆骐娐钒娮璺謮浩?，所述電阻分壓器包? 第一電阻，配置成接收所述電流感測(cè)信號(hào)； 第二電阻，耦合至所述第一電阻；以及 開(kāi)關(guān)，與所述第一電阻和接地端子之間的所述第二電阻耦合，所述開(kāi)關(guān)配置成由所述調(diào)制信號(hào)控制。
20.—種方法,包括 控制準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器并且使得所述功率轉(zhuǎn)換器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC輸出信號(hào)，所述功率轉(zhuǎn)換器包括功率開(kāi)關(guān)和磁存儲(chǔ)元件，所述控制包括 控制所述功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率并且通過(guò)控制控制變量來(lái)調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)；以及 根據(jù)調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述控制變量，所述調(diào)制信號(hào)具有高于控制回路的帶寬的頻率，其中調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)包括使用經(jīng)調(diào)制的控制變量來(lái)控制所述功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷的關(guān)斷時(shí)間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制方法，其中所述控制變量是所述功率開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間段。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制方法，包括將表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制包括周期性地改變所述斜坡信號(hào)的斜率。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制方法，包括將表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制包括將時(shí)變信號(hào)添加至所述誤差信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制方法，其中所述控制變量是流經(jīng)所述功率開(kāi)關(guān)的電流的峰值電流值。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制方法，包括將表示所述反饋信號(hào)和參考信號(hào)之間的差值的誤差信號(hào)與流經(jīng)所述功率開(kāi)關(guān)的電流的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，所述調(diào)制包括將所述調(diào)制信號(hào)添加至所述誤差信號(hào)和所述電流感測(cè)信號(hào)之一。
全文摘要
本公開(kāi)涉及準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的控制設(shè)備和相關(guān)控制方法。具體而言，描述了一種用于QR開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備，所述功率轉(zhuǎn)換器適于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC輸出信號(hào)，并且其包括連接至所述輸入信號(hào)并且適于調(diào)節(jié)所述DC輸出信號(hào)的功率開(kāi)關(guān)以及磁存儲(chǔ)裝置?？刂圃O(shè)備能夠確定所述功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率并且由從反饋電路得到的反饋信號(hào)供應(yīng)，該反饋電路耦合至功率轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)；所述控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制控制變量來(lái)調(diào)節(jié)DC輸出信號(hào)的控制回路?？刂圃O(shè)備包括適于根據(jù)至少一個(gè)調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述控制變量的調(diào)制裝置，該至少一個(gè)調(diào)制信號(hào)具有高于控制回路的帶寬的頻率。
文檔編號(hào)H02M3/28GK102739053SQ20121010086
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月4日
發(fā)明者C·阿德拉格納, S·德西莫內(nèi) 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司