用于調(diào)節(jié)準諧振模式下運行的電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明提供了用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明的某些實施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實施例提供了用于 調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。僅通過實例的方式，本發(fā)明的一些實施例已被應用于在 準諧振模式下運行的電源變換系統(tǒng)。但應認識到，本發(fā)明具有更廣泛的適用范圍。
[0003] 圖1是示出了常規(guī)反激式電源變換系統(tǒng)的簡圖。電源變換系統(tǒng)100包括初級繞組 108,次級繞組110,輔助繞組112,功率開關(guān)106,電流感測電阻器104,兩個二極管114和 116,電容器118、120和126,整流橋128,電阻器130、132和134,系統(tǒng)控制器102、與（AND) 門172、或（OR)門174以及隔離反饋組件103。隔離反饋組件103包括電阻器136、138、140 和142,電容器122、124和146,三端調(diào)節(jié)器143以及光耦合器144。系統(tǒng)控制器102包括電 阻器148、比較器150、退磁檢測器152和觸發(fā)器組件154。例如，功率開關(guān)106包括雙極結(jié) 型晶體管。在另一示例中，功率開關(guān)106包括場效應晶體管（例如，金屬氧化物半導體場效 應晶體管）。在又一示例中，功率開關(guān)106包括絕緣柵型雙極晶體管。
[0004] 如圖1所示，電源變換系統(tǒng)100使用包括初級繞組108和次級繞組110的變壓器 來隔離電源變換系統(tǒng)100的初級側(cè)和次級側(cè)。與次級側(cè)上的輸出電壓156有關(guān)的信息可通 過包括電阻器138和142的分壓器來提取。反饋信號158 (FB)是基于與輸出電壓156有關(guān) 的信息生成的?？刂破?02接收該反饋信號158,并生成驅(qū)動信號160來接通或關(guān)斷開關(guān) 106以便于調(diào)節(jié)輸出電壓156。
[0005] 如果功率開關(guān)106被閉合（例如，接通），則能量被存儲在包括初級繞組108和次 級繞組110的變壓器中。然后，如果功率開關(guān)106被斷開（例如，關(guān)斷），則所存儲的能量 被釋放到輸出端166,并且系統(tǒng)100進入退磁過程。信號198 (例如，INV)通過包括電阻器 132和134的分壓器來映射輔助繞組112的繞組電壓196。退磁檢測器152使用信號198 來檢測退磁過程，并向與門172輸出檢測信號194,與門172還接收與系統(tǒng)100的最大操作 頻率相關(guān)聯(lián)的信號173(Max fre on)?；蜷T174接收來自與門172的信號175以及與系統(tǒng) 100的最小操作頻率相關(guān)聯(lián)的信號176 (Min fre on)，并向觸發(fā)器組件154 (例如，在端子S 處）輸出信號178 (on)。比較器150接收電流感測信號192和反饋信號158,并向觸發(fā)器組 件154 (例如，在端子R處）輸出比較信號190 (off)。
[0006] 在退磁過程完成（例如，所存儲的能量被完全釋放到輸出端166)后，在初級繞組 108和功率開關(guān)106的寄生電容器168之間發(fā)生串聯(lián)諧振。如果在串聯(lián)諧振期間電容器168 的電壓降達到局部最小值（例如，在功率開關(guān)106的端子之間的電壓降達到局部最小值）， 則系統(tǒng)控制器102改變驅(qū)動信號160以閉合（例如，接通）功率開關(guān)106。開關(guān)106的開關(guān) 損耗被降低，并且電源變換系統(tǒng)100的效率被提高。例如，開關(guān)106的開關(guān)周期包括在其間 開關(guān)106被閉合（例如，接通）的接通時間段和在其間開關(guān)106被斷開（例如，關(guān)斷）的關(guān) 斷時間段。
[0007] 圖2是用于反激式電源變換系統(tǒng)100的簡化常規(guī)時序圖，其中電源變換系統(tǒng)100 在準諧振（QR)模式下運行。波形202表示作為時間的函數(shù)的驅(qū)動信號160 (gate)，波形203 表示作為時間的函數(shù)的反饋信號158 (FB)，波形204表示作為時間的函數(shù)的電流感測信號 192 (vcs)，波形206表示作為時間的函數(shù)的信號198 (inv)，以及波形208表示作為時間的函 數(shù)的檢測信號194(Valley on)。例如，t。彡t A 12。
[0008] 在丨。到t i之間的時間段期間，驅(qū)動信號160處于邏輯高電平（例如，如波形202所 示），并且功率開關(guān)106被閉合（例如，接通）。輸入電壓186應用在初級繞組108上，并且 電流188流經(jīng)初級繞組108。電流感測信號192在量值上增加（例如，如波形204所示）。 信號198保持處于低量值（例如，0)，并且檢測信號194保持處于低量值（例如，0)。
[0009] 在^處，電流感測信號192達到反饋信號158 (例如，如波形203和204所示）， 并且比較器150將比較信號變?yōu)檫壿嫺唠娖?。作為響應，?qū)動信號160從邏輯高電平變?yōu)?邏輯低電平（例如，如波形202所示），并且功率開關(guān)106被斷開（例如，被關(guān)斷）。電流感 測信號192迅速減小到低量值（例如，0)。與輔助繞組112的繞組電壓196相關(guān)聯(lián)的信號 198 (例如，INV)迅速增加到量值210 (例如，如波形206所示）。系統(tǒng)100進入退磁過程。
[0010] 在退磁過程完成之后，在初級繞組108和功率開關(guān)106的寄生電容器168之間發(fā) 生串聯(lián)諧振。在〖 2處，信號198 (例如，INV)變?yōu)榫植孔钚≈?12 (例如，如波形206所示）， 并且由退磁檢測器152在檢測信號194中生成脈沖（例如，如波形208所示）。作為響應， 驅(qū)動信號160從邏輯低電平變?yōu)檫壿嫺唠娖剑ɡ?，如波?02所示），并且功率開關(guān)106 再次被閉合（例如，被接通）。
[0011] 系統(tǒng)100在準諧振模式下無法解決與系統(tǒng)控制有關(guān)的許多問題，諸如噪聲。因此， 改進調(diào)節(jié)在準諧振模式下運行的電源變換系統(tǒng)的技術(shù)是非常需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的某些實施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實施例提供了用于 調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。僅通過示例的方式，本發(fā)明的一些實施例已被應用于在 準諧振模式下運行的電源變換系統(tǒng)。但應認識到，本發(fā)明具有更廣泛的適用范圍。
[0013] 根據(jù)一個實施例，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器包括：第一信號處理組件， 該第一信號處理組件被配置成接收與電源變換系統(tǒng)的輔助繞組相關(guān)聯(lián)的第一信號，并且至 少部分基于第一信號生成第二信號。該電源變換系統(tǒng)還包括初級繞組和次級繞組；以及驅(qū) 動組件，該驅(qū)動組件被配置成接收第二信號并輸出驅(qū)動信號以斷開或閉合開關(guān)從而影響流 經(jīng)初級繞組的電流。第一信號處理組件還被配置成：檢測第一信號的多個波谷，該多個波谷 對應于電源變換系統(tǒng)的同一退磁過程；從該多個波谷中選擇一個波谷；并且在所選擇的波 谷處改變第二信號。驅(qū)動組件還被配置成至少基于與所選擇的波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動 信號以便于閉合開關(guān)。
[0014] 根據(jù)另一實施例，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器包括：第一信號處理組件， 該第一信號處理組件被配置成接收與電源變換系統(tǒng)的輔助繞組相關(guān)聯(lián)的第一信號，并且至 少部分基于第一信號生成第二信號。該電源變換系統(tǒng)還包括初級繞組和次級繞組；第二信 號處理組件，該第二信號處理組件被配置成接收與電源變換系統(tǒng)的輸出信號相關(guān)聯(lián)的第三 信號，并且至少部分基于第三信號生成第四信號，第四信號指示第一時間段；以及驅(qū)動組 件，該驅(qū)動組件被配置成接收第二信號和第四信號，并輸出驅(qū)動信號以斷開或閉合開關(guān)從 而影響流經(jīng)初級繞組的電流。第一信號處理組件還被配置成：確定第一信號的第一組一個 或多個波谷，該第一組一個或多個波谷分別對應于電源變換系統(tǒng)的第一組一個或多個退磁 時段；并且在第一組一個或多個波谷中的每一個波谷處改變第二信號。驅(qū)動組件還被配置 成：在第四信號所指示的第一時間段期間，保持驅(qū)動信號不變，以便于保持開關(guān)斷開；并且 在第一時間段之外，至少基于與第一組一個或多個波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動信號以便于 閉合開關(guān)。
[0015] 根據(jù)又一實施例，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器包括：第一信號處理組件， 該第一信號處理組件被配置成接收與電源變換系統(tǒng)的輔助繞組相關(guān)聯(lián)的第一信號，并且至 少部分基于第一信號生成第二信號；第二信號處理組件，該第二信號處理組件被配置成接 收第三信號，并且至少部分基于第三信號生成第四信號，第三信號與電源變換系統(tǒng)的輸出 信號相關(guān)聯(lián)，第四信號指示多個時間段；第三信號處理組件，該第三信號處理組件被配置成 接收第三信號，并且至少部分基于第三信號生成第五信號，第五信號指示關(guān)斷時間段，該關(guān) 斷時間段不與該多個時間段重疊；以及驅(qū)動組件，該驅(qū)動組件被配置成接收第二信號、第四 信號和第五信號，并輸出驅(qū)動信號以斷開或閉合開關(guān)從而影響流經(jīng)初級繞組的電流。第一 信號處理組件還被配置成：確定第一信號的第一組一個或多個波谷，該第一組一個或多個 波谷分別對應于電源變換系統(tǒng)的第一組一個或多個退磁時段；并且在該組一個或多個波谷 中的每一個波谷處改變第二信號。驅(qū)動組件還被配置成：在第四信號所指示的多個時間段 期間，保持驅(qū)動信號不變，以便于保持開關(guān)斷開；在第五信號所指示的關(guān)斷時間段期間，保 持驅(qū)動信號不變，以便于保持開關(guān)斷開；并且在該多個時間段之外以及在關(guān)斷時間段之外， 至少基于與第一組一個或多個波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動信號以便于閉合開關(guān)。
[0016] 在一個實施例中，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的方法包括：接收第一信號；至少部分 基于第一信號生成第二信號；接收第二信號；并且至少部分基于第二信號輸出驅(qū)動信號。 至少部分基于第一信號生成第二信號包括：檢測第一信號的多個波谷，該多個波谷對應于 同一退磁過程；從該多個波谷中選擇一個波谷；并且在所選擇的波谷處改變第二信號。至 少部分基于第二信號輸出驅(qū)動信號包括至少基于與所選擇的波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動 信號。
[0017] 在另一實施例中，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的方法包括：接收第一信號；至少部分 基于第一信號生成第二信號；接收第三信號；至少部分基于第三信號生成第四信號，第四 信號指示第一時間段；接收第二信號和第四信號；并且至少部分基于第二信號和第四信號 輸出驅(qū)動信號。至少部分基于第一信號生成第二信號包括：確定第一信號的第一組一個或 多個波谷，第一組一個或多個波谷分別對應于第一組一個或多個退磁時段；并且在第一組 一個或多個波谷中的每一個波谷處改變第二信號。至少部分基于第二信號和第四信號輸出 驅(qū)動信號包括：在第四信號所指示的第一時間段期間保持驅(qū)動信號不變；并且在第一時間 段之外至少基于與第一組一個或多個波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動信號。
[0018] 在又一實施例中，用于調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的方法包括：接收第一信號；至少部分 基于第一信號生成第二信號；接收第三信號；至少部分基于第三信號生成第四信號，第四 信號指示多個時間段；至少部分基于第三信號生成第五信號，第五信號指示關(guān)斷時間段，該 關(guān)斷時間段不與該多個時間段重疊；接收第二信號、第四信號和第五信號；并且至少部分 基于第二信號、第四信號和第五信號輸出驅(qū)動信號。至少部分基于第一信號生成第二信號 包括：確定第一信號的第一組一個或多個波谷，第一組一個或多個波谷分別對應于第一組 一個或多個退磁時段；并且在該組一個或多個波谷中的每一個波谷處改變第二信號。至少 部分基于第二信號輸出驅(qū)動信號包括：在第四信號所指示的多個時間段期間保持驅(qū)動信號 不變；在第五信號所指示的關(guān)斷時間段期間保持驅(qū)動信號不變；并且在多個時間段之外以 及在關(guān)斷時間段之外，至少基于與第一組一個或多個波谷相關(guān)聯(lián)的信息改變驅(qū)動信號。
[0019] 取決于實施例，可以實現(xiàn)一個或多個有益效果。參考下面的具體描述和附圖能夠 全面地領(lǐng)會本發(fā)明的這些有益效果和各種附加的目的、特征以及優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020] 圖1是示出了常規(guī)反激式電源變換系統(tǒng)的簡圖。
[0021] 圖2是示出了如圖1所示的、在準諧振（QR)模式下運行的反激式電源變換系統(tǒng)的 簡化常規(guī)時序圖。
[0022] 圖3是示出了如圖1所示的、在準諧振（QR)模式下運行的反激式電源變換系統(tǒng)的 簡化時序圖，其示出了反饋信號的波動使得功率開關(guān)在與輔助繞組相關(guān)聯(lián)的信號的不同波 谷處導通。
[0023] 圖4是如圖1所示的、在準諧振（QR)模式下運行的反激式電源變換系統(tǒng)的簡化時 序圖，其示出了如果輸出負載被降低到一定程度，可能無法實現(xiàn)波谷導通。
[0024] 圖5是如圖1所示的、在準諧振（QR)模式下運行的反激式電源變換系統(tǒng)的簡化時 序圖，其示出了可控脈沖（burst)頻率變?yōu)樾∮?0kHz而大于IkHz。
[0025] 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電源變換系統(tǒng)的簡圖。
[0026] 圖7(A)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出了至少基于反饋信號確定的波谷抖動模 式的子模式的簡圖。
[0027] 圖7 (B)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖6所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 波谷抖動組件的簡化時序圖。
[0028] 圖7 (C)是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的、作為如圖6所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 波谷抖動組件的簡化時序圖。
[0029] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖6所示的系統(tǒng)控制器的一部分的第 一頻率跳變組件的簡化時序圖。
[0030] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖6所示的系統(tǒng)控制器的一部分的第 二頻率跳變組件的簡化時序圖。
[0031] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例示出了如圖6所示的電源變換系統(tǒng)的簡圖。
[0032] 圖11㈧是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分 的波谷鎖定組件在反饋信號大于閾值電壓時的簡化時序圖。
[0033] 圖Il(B)是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分 的波谷鎖定組件在反饋信號小于另一閾值電壓時的簡化時序圖。
[0034] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 抖動邏輯組件的簡化時序圖。
[0035] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 第一頻率跳變組件的簡化時序圖。
[0036] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 第一頻率跳變組件的簡化時序圖。
[0037] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、作為如圖10所示的系統(tǒng)控制器的一部分的 第二頻率跳變組件的簡化時序圖。
【具體實施方式】
[0038] 本發(fā)明的某些實施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實施例提供了用于 調(diào)節(jié)電源變換系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。僅通過示例的方式，本發(fā)明的一些實施例已被應用于在 準諧振模式下運行的電源變換系統(tǒng)。但應認識到，本發(fā)明具有更廣泛的適用范圍。
[0039] 如圖1和圖2所示，功率開關(guān)106在信號198的第一波谷處被閉合（例如，被接 通），其中信號198與輔助繞組112的繞組電壓196有關(guān)，并且系統(tǒng)100在滿輸出負載下（例 如，輸出電流199達到最大量值）以固定頻率運行。通常很難實現(xiàn)頻率抖動。此外，如圖3 所示，系統(tǒng)100會具有噪聲問題。
[0040] 圖3是在準諧振（QR)模式下運行的反激式電源變換系統(tǒng)100的簡化時序圖，其示 出了反饋信號158的波動導致功率開關(guān)106在信號198的不同的波谷處導通。波形300表 示作為時間的函數(shù)的驅(qū)動信號160,波形302表示作為時間的函數(shù)的反饋信號158,以及波 形304表示作為時間的函數(shù)的電流感測信號192。此外，波形306表示作為時間的函數(shù)的信 號198,波形308表示作為時間的函數(shù)的檢測信號194,以及波形310表示與系統(tǒng)100的最 大操作頻率相關(guān)聯(lián)的信號173。例如，t 4< 15彡16彡