电源控制器、开关式电源供应器及控制方法
文献发布时间:2024-04-18 19:58:26
技术领域
本公开涉及电子技术领域,尤其涉及一种电源控制器、开关式电源供应器及控制方法。
背景技术
电源供应器用来将输入电压转换成一个或是多个输出电压,作为电子产品的输入电压。随着携带性电子产品的广泛运用,电源供应器也随着被要求具有大功率、高效率、小体积。
非对称半桥(asymmetric half-bridge,AHB)电源供应器是一种开关式电源供应器,架构简单,且可以提供大于100W的电源。这种电源供应器在变压器的一次侧(primaryside)有上下臂开关(high-side and low-side switches),以半桥架构配置,而针对这上下臂开关提供不同脉波宽度调变(pulse width modulation,PWM)信号,所以称为非对称。AHB电源供应器中的变压器在一次侧也连接了一个震荡电容,来形成一谐振电路(resonance circuit)。
在AHB电源供应器所供电的负载为重载时,在一开关周期中,上下臂开关大致为互补。谐振电路经历充放电并且谐振,可以使得上下臂达到低切换损失(low switchingloss)的零电压切换(zero voltage switching,ZVS),有优越的转换效率。
在负载为中载或是轻载时,一种降低开关损失的方法是增加开关周期,也就是降低开关频率。只是,当AHB电源供应器的开关周期增长时,要维持上下臂开关有ZVS,就成为一种技术上的挑战。
公开号为CN111010036A教导了一种技术。轻载时,在一个非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的开关周期中,AHB电源供应器下臂开关只开启(呈现导通状态一段时间)一次,而上臂开关开启两次:一次在下臂开关开启后,另一次在下一开关周期中的下臂开关开启前。
公开号为CN104779806则教导了另一种技术。在一开关周期中,AHB电源供应器下臂开关只开启一次,而上臂开关也只开启一次。在负载为重载时,上臂开关开启大约紧接在下臂开关关闭之后,上下开关大致互补;在负载为轻载时,开关周期变长。在下臂开关关闭后,上臂开关并没有马上开启,而是等到在这一次开关周期即将结束时才开启。换言之,上臂开关大约开启在下一开关周期开始前。
发明内容
根据本公开实施例的一方面,提供一种用于开关式电源供应器的控制方法,所述开关式电源供应器用以提供一输出电压,所述开关式电源供应器包含有电感组件以及功率开关,所述功率开关用于控制流经所述电感组件的电流,所述控制方法包含有:提供补偿信号,所述补偿信号受控于所述输出电压;依据所述补偿信号,提供稳定补偿信号,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分;提供混合操作模式,在所述混合操作模式下,所述开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,其中,在所述开关操作期间内,所述功率开关至少开启一次,在所述忽略期间内,所述功率开关持续关闭;以及根据所述补偿信号与所述稳定补偿信号之间的差异,停止所述开关操作期间与所述忽略期间中的一个,并开始所述开关操作期间与所述忽略期间中的另一个。
根据本公开实施例的另一方面,提供一种电源控制器,适用于开关式电源供应器,所述开关式电源供应器用以提供一输出电压,所述开关式电源供应器包含有电感组件以及功率开关,所述功率开关用于控制流经所述电感组件的电流,在一混合操作模式下,所述开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,在所述开关操作期间内,所述功率开关至少开启一次,在所述忽略期间内,所述功率开关持续关闭,所述电源控制器包含有:信号产生器,用于依据补偿信号,提供稳定补偿信号,其中,所述补偿信号受控于所述输出电压,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分;以及忽略时间产生器,用于根据所述补偿信号与所述稳定补偿信号之间的差异,停止所述开关操作期间与所述忽略期间中的一个,并开始所述开关操作期间与所述忽略期间中的另一个。
根据本公开实施例的又一方面,提供一种开关式电源供应器,包括:上述任意一个实施例所述的电源控制器。
本公开实施例中,提供一种适用于负载为中载情况的混合操作模式,在混合操作模式下,开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,其中,在开关操作期间内,功率开关至少开启一次,在忽略期间内,功率开关持续关闭。 通过比较受控于输出电压的补偿信号以及为补偿信号的低频成分的稳定补偿信号,确定开关操作期间和忽略期间的停止和开启。如此,由于补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够更准确地反映输出电压的瞬时变化,故在负载的突然变化引起输出电压变化时,根据补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够及时地调整开关操作期间和忽略期间的停止和开启,以使输出电压的变化更为平缓(即减少输出电压的涟波),从而有效地减少负载从中载变为重载或从中载变为轻载的过程中输出电压可能出现的骤变,进而减少对负载所造成的伤害。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述,本公开的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。
附图说明
附图构成本说明书的一部分,其描述了本公开的示例性实施例,并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图,根据下面的详细描述,可以更加清楚地理解本公开。
图1显示一种依据本公开所实施的AHB电源供应器。
图2显示采用图1中的AHB电源供应器操作于CRM的一些信号波形。
图3显示依据本公开所实施的AHB电源供应器操作于一混合操作模式下的信号波形。
图4显示一种依据本公开所实施的AHB控制器。
图5显示下臂开启时间T
图6显示另一种依据本公开所实施的AHB控制器。
图7显示采用图6中的AHB控制器操作于混合操作模式的一些信号波形。
图8显示随着稳定补偿信号V
图9显示使用于图6中的AHB控制器的信号转换器121、ZVS参考位记录器210、上臂控制器128C以及下臂控制器120C。
图10A显示没有反弹跳时间T
图10B显示有反弹跳时间T
图11显示反弹跳时间T
图12显示使用于图9中的上臂控制器128D以及下臂控制器120D。
图13显示在图12中上臂控制器128D以及下臂控制器120D控制下的AHB电源供应器100所产生的开关周期TCYC
图14显示图12中的延迟时间T
符号说明:
16 负载;
100AHB电源供应器;
110、110A、110CAHB控制器;
112同步整流控制器;
114光耦合器;
116回馈电路;
120、120C、120D下臂控制器;
121信号转换器;
122最大数产生器;
124、124C 计数器与比较器;
126、126C 忽略期间产生器;
128、128C、128D上臂控制器;
210ZVS准位纪录器;
212、220比较器;
213C ZVS侦测电路;
214计数器;
215反跳电路;
216数字模拟转换器;
218、226C 开启时间控制器;
222最长死区时间定时器;
223C、223D延迟器;
224或门;
302运算放大器;
304NMOS开关;
810信号产生器;
820、822阴影;
CCOM 补偿电容;
CIN输入电容;
CM 电流镜;
CNT计数;
CO 输出电容;
Cr 震荡电容;
dV1、dV2预定值;
ER 误差放大器;
GH、GL控制信号;
GNDI 输入接地线;
GNDO 输出接地线;
GR
GSR同步整流控制信号;
I
I
I
I
I
LA 辅助绕组;
Lm 并联漏感;
I
LP 主绕组;
Lr 串联漏感;
LS 二次侧绕组;
N数目;
N
N
PRM一次侧;
R1、R2电阻;
RCS电流侦测电阻;
RES谐振电路;
R
RT 电阻;
SEC二次侧;
S
SH 上臂开关;
SL 下臂开关;
S
SSR同步整流开关;
t18
TCYC、TCYC
T
T
T
T
T
T
T
Tr 变压器;
T
T
U/D比较结果;
V
V
V
V
V
V
V
V
V
VIN输入电源线;
V
V
VOUT 输出电压线;
V
V
V
应当明白,附图中所示出的各个部分的尺寸并不必然是按照实际的比例关系绘制的。此外,相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现,不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整,并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素,并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中,当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时,在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件,也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时,该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件,也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同,除非另外特别定义。还应当理解,在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义,而不应用理想化或极度形式化的意义来解释,除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在本说明书中,有一些相同的符号,其表示具有相同或是类似之结构、功能、原理的组件,且为业界具有一般知识能力者可以依据本说明书之教导而推知。为说明书之简洁度考虑,相同之符号的组件将不再重述。
电源供应器一般有三种操作模式,连续导通模式(continuous-conduction mode,CCM)、临界模式(Critical Mode,CRM)、以及DCM。开关式电源供应器中作为能量储存与转换的一电感组件,可能是一电感或是一变压器。在一开关周期结束时,CCM指的是电感组件中的激磁电流没有恢复为0,就开始下一个开关周期。相对的,DCM指的是该激磁电流大约维持等于0一段时间后,下一个开关周期才开始。CRM可以视为CCM与DCM之间的特例,下一个开关周期大约于激磁电流等于0不久后就开始。
图1显示一种依据本公开所实施的AHB电源供应器100。在一次侧PRM,输入电容CIN提供了输入电压VIN,跨于输入电压线VIN与输入接地线GNDI之间。变压器Tr跟震荡电容Cr可以构成谐振电路RES,连接到上臂开关SH与下臂开关SL。上臂开关SH与下臂开关SL构成一半桥(half bridge),串联于输入电压线VIN与输入接地线GNDI之间,控制谐振电路RES。下臂开关SL与输入接地线GNDI之间有电流侦测电阻RCS,当下臂开关SL开启导通时,可以用以侦测流经串联漏感Lr的漏感电流ILr。变压器Tr具有互相电感耦合的主绕组(primarywinding)LP、二次侧绕组(secondary winding)LS、以及辅助绕组(auxiliary winding)LA。于图1中,串联漏感Lr与并联漏感Lm分别表示串联与并联于主绕组LP,且没有跟其他绕组有电感耦合的电感。串联漏感Lr与并联漏感Lm可以是单独的电子组件,也可以是寄生于变压器Tr中寄生电感。主绕组LP与震荡电容Cr电连接。依据绕组电压V
在这个实施例中,下臂开关SL可以视为一充电开关,因为当下臂开关SL开启导通时,输入电压VIN对变压器Tr与/或震荡电容Cr充电;上臂开关SH可以视为一谐振开关,因为当上臂开关SH开启导通时,谐振电路RES开始谐振。
图1所示的AHB电源供应器100只是举例说明一种AHB电源供应器,并不用于限制本公开。举例来说,另一依据本公开所实施的AHB电源供应器,谐振电路RES则是连接在上下臂开关SH与SL之间的接点到输入接地线GNDI之间,此时,上臂开关SH为一充电开关,而下臂开关SL为一谐振开关。在另一个实施例中,谐振电路RES中的主绕组LP与震荡电容Cr串联顺序可以对调。
输入电压VIN可能是前一级一PFC电源转换器所提供的一输出电压,也可以是一市电经过桥式整流器整流后的一输出电压。
如图1所示,回馈电路116侦测二次侧SEC的输出电压V
图2显示图1中的AHB电源供应器100操作于CRM时的一些信号波形。由上而下,图2显示控制信号GL、控制信号GH、激磁电流I
如图2中的开关周期TCYC所示,一开始时,AHB控制器110以控制信号GL开启下臂开关SL下臂开启时间T
在下臂开启时间T
在死区时间T
在上臂开启时间T
图3显示依据本公开的AHB电源供应器100操作于一混合操作模式下的一些信号波形。AHB控制器110可以提供一混合操作模式。如图3所示,于混合操作模式下,AHB控制器110架构来产生开关操作期间GR
需要说明的是,开关操作期间内,AHB控制器110控制上臂开关SH与下臂开关SL的开关,使得谐振电路RES从输入电压V
图4举例说明AHB控制器110A。图4所示的AHB控制器110A可以作为图1的AHB控制器110。AHB控制器110A包含有信号转换器121、下臂控制器120(又称为充电开关控制器)、最大数产生器122、计数器与比较器124、忽略时间产生器126、以及上臂控制器128(又称为谐振开关控制器)。图5显示下臂开启时间T
图4与图5,可以参考同样申请人的申请号为202310233809.8(申请日为2023年03月13日)的专利申请以及申请号为2023110961429.6(申请日为2023年08月02日)的专利申请中的教导而得知。两个专利申请的全部内容均引用于此说明书中,不再累述。
请参阅图3、图4与图5。在图3、图4与图5的混合操作模式下,AHB电源供应器100交替操作于开关操作期间以及忽略期间,虽然可能可以增加电能转换效率,但是却可能隐含了瞬时反应不好的隐忧。举例来说,如果在图3中的开关操作期间GR
图6举例说明AHB控制器110C,在一实施例中,用于取代图1中的AHB控制器110。AHB控制器110C包含有信号产生器810、下臂控制器120C、最大数产生器122、计数器与比较器124C、忽略期间产生器126C、以及上臂控制器128C,可以实现混合操作模式,并预防输出涟波可能过大的问题。图6与图4相同或是相似的部分,可以通过先前针对图4的教导而得知,可能不再累述。
图6中,信号产生器810依据补偿信号V
AHB控制器110C可以提供混合操作模式。通过比较补偿信号V
这里,稳定补偿信号V
与图4不同的,在图6中,下臂控制器120C、最大数产生器122、忽略时间产生器126C、以及上臂控制器128C都以稳定补偿信号V
在一些实施例中,混合操作模式下,稳定补偿信号V
计数器与比较器124C计数在一开关操作期间内的开关周期数目N,并在开关周期的数目N等于最大数N
忽略时间产生器126C依据稳定补偿信号V
在一些实施例中,混合操作模式下,稳定补偿信号V
忽略时间产生器126C以忽略信号S
当补偿信号V
相对地,当忽略时间产生器126C发现补偿信号V
当补偿信号V
相对地,当忽略时间产生器126C发现补偿信号V
图7显示当图1的AHB电源供应器100采用AHB控制器110C时,在混合操作模式下,所可能产生的一些信号波形。由上而下,图7显示了在一实施例中,控制信号GL、控制信号GH、忽略信号S
从图7可知,稳定补偿信号V
在时间点t18
在忽略期间T
在开关操作期间GR
在时间点t18
图6提供了一个模式控制方法,通过比较补偿信号V
上述实施例中,提供一种适用于负载为中载情况的混合操作模式,在混合操作模式下,开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,其中,开关操作期间具有至少一个开关周期,在每个开关周期内,功率开关开启一次,在忽略期间内,功率开关持续关闭。根据稳定补偿信号, 可以决定开关操作期间的开关周期最大数以及忽略期间的最大忽略期间,通过比较(1)受控于输出电压的补偿信号以及(2)为补偿信号的低频成分的稳定补偿信号, 基于两者之间的差异,可在开关操作期达到开关周期的最大数之前,选择性地提早结束开关操作期间; 或可在忽略期间达到最大忽略期间之前,选择性地提早结束忽略期间。如此,由于补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够更准确地反映输出电压的瞬时变化,故在负载的突然变化引起输出电压变化时,根据补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够及时地调整开关操作期间和忽略期间的停止和开启,以使输出电压的变化更为平缓(即减少输出电压的涟波),从而有效地减少负载从中载变为重载或从中载变为轻载的过程中输出电压可能出现的骤变,进而减少对负载所造成的伤害。
图8显示了随着稳定补偿信号V
图8显示信号峰值V
计数器与比较器124C计数的数目N,将不大于最大数N
在图8中,当稳定补偿信号V
在一些实施例中,依据AHB控制器100的输出电压,提供补偿信号;开启充电开关一充电开关开启时间;开启谐振开关一谐振开关开启时间;并依据补偿信号,调控谐振开关开启时间,以使谐振开关开启时间随着负载减少而增加。
这里,“依据补偿信号,调控谐振开关开启时间,以使谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加”之前存在一谐振开关开启时间随着负载减少而减少的阶段,其中,在负载减少的过程中,“谐振开关开启时间随着负载减少而减少”的阶段在“依据补偿信号,调控谐振开关开启时间,以使谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加”这一阶段之前。
如此,在负载从重载变为中载的过程中(即负载减少的过程中),减小了输出电压V
具体地,如图8所示,CRM更细分成两种:稳定补偿信号V
在图8中,当操作于混合操作模式时,信号峰值V
当操作于CRM2时,对于相同的信号峰值V
图8中显示的稳定补偿信号V
图8所举例的稳定补偿信号V
需要说明的是,相对于相关技术中在负载从重载变为中载的过程中,谐振开关开启时间一直随着负载减少而减少的方式,本公开实施例中,在重载情况下,将CRM更细分成CRM1和CRM2, CRM2可以理解为从CRM1切换至混合操作模式过程中的一个过渡模式,其中,在CRM2中依据补偿信号,调控谐振开关开启时间,以使谐振开关开启时间随着负载减少而增加。如此,通过调控上臂开启时间T
在一些实施例中,可以依据稳定补偿信号,调控谐振开关开启时间,以使所述谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加。例如,可以依据稳定补偿信号控制反弹跳时间,并在谐振开关关闭时,侦测充电开关是否位于实现ZVS的预定条件,以提供比较结果。检查比较结果是否维持在一默认逻辑值达一反弹跳时间,以控制谐振开关开启时间的长度。
图9举例使用于图6中的信号转换器121、上臂控制器128C、以及下臂控制器120C与一ZVS参考位记录器210共同运作的电路图。其中部分电路与相关运作可以参考同样申请人在申请号位202310961429.6 (申请日为2023年08月02日)的专利申请中的相关描述,但图9至少新增反跳电路(debouncing apparatus)215、延迟器(delay)223C 部分电路与相关运作。
信号转换器121通过侦测绕组电压V
在图9中,ZVS参考位记录器210在下臂开启时间T
图9中,上臂控制器128C可以依据下臂开关SL是否可以实现ZVS的状态(即充电开关是否位于实现ZVS的预定条件),而且这状态达反弹跳时间(debounce time)T
ZVS侦测电路213C在控制信号GL切换时,侦测下臂开关SL是否处在可以实现ZVS的状态(开关跨压V
比较器212比较侦测信号V
反跳电路215只有在比较结果U/D持续维持“0”达到反弹跳时间T
计数器214以控制信号GL开启下臂开关SL的信号沿为时钟信号,依据反跳电路215的输出,上数计数或是下数计数,并输出计数后的一个计数CNT。数字模拟转换器216对数字形式的计数CNT进行转换,以输出模拟参考位V
控制信号GL用来开启下臂开关SL的信号沿,会开启下臂开关SL,继而导致主绕组LP开始被输入电压V
在下臂开关SL开启前,这样"下臂开关SL可以实现ZVS的状态" (即充电开关位于实现ZVS的预定条件)也必须维持了反弹跳时间T
在图9中,下臂控制器120C可以自动地决定死区时间T
类似比较器212,比较器220也是比较侦测信号V
如此,使比较结果U/D的维持时段的长度到达反弹跳时间T
开启时间控制器226C在得知启始信号S
最长死区时间定时器222从上臂开启时间T
延迟器223C用来将启始信号S
如此,在启始信号S
在一实施例中,延迟时间T
图10A与图10B分别显示没有反弹跳时间T
如同图10A所示,因为反弹跳时间T
在图10B中,反弹跳时间T
图10B也显示了比较结果U/D跟计数CNT随着时间而变化。在开关周期TCYC
在开关周期T
如果图10B所需要供电的负载维持不变,可以预期的,开关周期TCYC
从图10B与10A可以发现,相同的信号峰值V
图11显示反弹跳时间T
请参考图11与图8,当操作于CRM1时,由于反弹跳时间T
图12举例显示可用于图9中的上臂控制器128D以及下臂控制器120D。上臂控制器128D以及下臂控制器120D中有许多装置或是组件与先前说明过的上臂控制器以及下臂控制器类似或是相同,可以参阅先前的说明而了解,可能不再累述。
延迟器223D用来将控制信号GL延迟了延迟时间T
简单的说,下臂控制器120D在下臂开关SL的开关跨压V
图13显示显示上臂控制器128D以及下臂控制器120D控制下的AHB电源供应器100所可能产生的开关周期TCYCZ。如同先前所述,下臂开启时间T
图14显示图12中的延迟时间T
实施例1.一种开关式电源供应器的控制方法,所述开关式电源供应器用以提供一输出电压,所述开关式电源供应器包含有电感组件以及功率开关,所述功率开关用于控制流经所述电感组件的电流,所述控制方法包含有:
提供补偿信号,所述补偿信号受控于所述输出电压;
依据所述补偿信号,提供稳定补偿信号,所述稳定补偿信号追随所述补偿信号,且变化慢于所述补偿信号,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分;
提供混合操作模式,在所述混合操作模式下,所述开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,其中,在所述开关操作期间内,所述功率开关至少开启一次,在所述忽略期间内,所述功率开关持续关闭;以及
根据所述补偿信号与所述稳定补偿信号之间的差异,停止所述开关操作期间与所述忽略期间中的一个,并开始所述开关操作期间与所述忽略期间中的另一个。
如此,在混合操作模式下,开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,其中,在开关操作期间内,功率开关至少开启一次,在忽略期间内,功率开关持续关闭。 通过比较受控于输出电压的补偿信号以及为补偿信号的低频成分的稳定补偿信号,确定开关操作期间和忽略期间的停止和开启。如此,由于补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够更准确地反映输出电压的瞬时变化,故在负载的突然变化引起输出电压变化时,根据补偿信号与稳定补偿信号之间的差异能够及时地调整开关操作期间和忽略期间的停止和开启,以使输出电压的变化更为平缓(即减少输出电压的涟波),从而有效地减少负载从中载变为重载或从中载变为轻载的过程中输出电压可能出现的骤变,进而减少对负载所造成的伤害。
实施例2.如实施例1所述的控制方法,其中:当所述开关式电源供应器操作于所述开关操作期间,若所述补偿信号低于所述稳定补偿信号且与所述稳定补偿信号之间的差值的绝对值达一默认值,则停止所述开关操作期间,开始所述忽略期间。
实施例3.如实施例1或2所述的控制方法,其中:当所述开关式电源供应器操作于所述忽略期间,若所述补偿信号高于所述稳定补偿信号且与所述稳定补偿信号之间的差值达一默认值,则停止所述忽略期间,开始所述开关操作期间。
实施例4.如实施例1至3中任意一个实施例所述的控制方法,其中,所述开关式电源供应器为非对称半桥电源供应器,所述非对称半桥电源供应器具有架构成半桥的第一臂开关以及第二臂开关,所述功率开关为所述第一臂开关,且在所述开关操作期间内,所述第一臂开关以及所述第二臂开关都至少开启一次。
实施例5.如实施例1至4中任意一个实施例所述的控制方法,其中,依据所述补偿信号,提供稳定补偿信号包括:低通滤波所述补偿信号,以产生所述稳定补偿信号。
实施例6.如实施例1至4中任意一个实施例所述的控制方法,其中,依据所述补偿信号,提供稳定补偿信号包括:周期性取样所述补偿信号,以产生所述稳定补偿信号。
实施例7.如实施例1至6中任意一个实施例所述的控制方法,还包括:
计算在所述开关操作期间内,所述功率开关的开关周期发生的数目;
比较所述数目与预设的最大数;以及
在所述数目等于所述最大数时,停止所述开关操作期间,开始所述忽略期间。
实施例8.如实施例7所述的控制方法,还包括:
依据所述稳定补偿信号,提供所述最大数。
实施例9.如实施例1至6中任意一个实施例所述的控制方法,还包括:
比较所述忽略期间与最大忽略期间;以及
在所述忽略期间等于所述最大忽略期间时,停止所述忽略期间,开始所述开关操作期间。
实施例10.如实施例9所述的控制方法,还包括:
依据所述稳定补偿信号,提供所述最大忽略期间。
实施例11.一种电源控制器,适用于开关式电源供应器,所述开关式电源供应器用以提供一输出电压,所述开关式电源供应器包含有电感组件以及功率开关,所述功率开关用于控制流经所述电感组件的电流,在一混合操作模式下,所述开关式电源供应器架构来交替操作于一开关操作期间以及一忽略期间,在所述开关操作期间内,所述功率开关至少开启一次,所述电源控制器包含有:
信号产生器,用于依据补偿信号,提供稳定补偿信号,其中,所述补偿信号受控于所述输出电压,所述稳定补偿信号追随所述补偿信号,且变化慢于所述补偿信号,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分;以及
忽略时间产生器,用于根据所述补偿信号与所述稳定补偿信号之间的差异,停止所述开关操作期间与所述忽略期间中的一个,并开始所述开关操作期间与所述忽略期间中的另一个。
实施例12.如实施例11所述的电源控制器,其中,所述开关式电源供应器为非对称半桥电源供应器,所述非对称半桥电源供应器具有架构成半桥的第一臂开关以及第二臂开关,所述功率开关为所述第一臂开关,且在所述开关操作期间内,所述第一臂开关以及所述第二臂开关都至少开启一次。
实施例13.如实施例11或12所述电源控制器,其中,所述信号产生器为低通滤波器。
实施例14.如实施例11或12所述的电源控制器,其中,所述信号产生器用于周期性取样所述补偿信号,以产生所述稳定补偿信号。
实施例15.如实施例11至14中任意一个实施例所述的电源控制器,还包含有一计数器,所述计数器用于执行以下步骤:
计算在所述开关操作期间内,所述功率开关的开关周期发生的数目;
比较所述数目与最大数;以及
在所述数目与所述最大数达到预设条件时,使所述忽略时间产生器停止所述开关操作期间,开始所述忽略期间。
实施例16.如实施例15所述的电源控制器,其中,所述最大数依据所述稳定补偿信号而产生。
实施例17.如实施例11至16中任意一个实施例所述的电源控制器,其中,所述忽略时间产生器用于执行以下步骤:
比较所述忽略期间与最大忽略期间;以及
在所述忽略期间等于所述最大忽略期间时,停止所述忽略期间,开始所述开关操作期间。
实施例18.如实施例17所述的电源控制器,其中,所述忽略时间产生器用于依据所述稳定补偿信号,提供所述最大忽略期间。
实施例19.一种非对称半桥电源供应器的控制方法,其中,所述非对称半桥电源供应器包含有架构成半桥的充电开关以及谐振开关,所述充电开关和所述谐振开关用于控制谐振电路,所述谐振电路包含有变压器以及震荡电容,所述非对称半桥电源供应器用于提供一输出电压并对一负载供电,所述控制方法包含有:
依据所述输出电压,提供补偿信号;
开启所述充电开关一充电开关开启时间;
开启所述谐振开关一谐振开关开启时间;以及
依据所述补偿信号,调控所述谐振开关开启时间,以使所述谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加。
如此,通过调控谐振开关开启时间随着负载减少而增加,来使得在负载从重载变为中载的过程中至少一个开关周期的长度得以延长,使得单位时间内转换到输出电压的能量较少,不仅降低了开关切换频率,减少了开关切换所带来的损耗,还使得电源供应器在中载状态下,无需开启忽略时间而仍能操作于临界模式,减小了输出电压的涟波,使得在负载发生突然变化时输出电压的变化仍然较为平缓,从而减少了对负载的伤害。
实施例20.如实施例19所述的控制方法,还包括:
提供电流侦测信号,所述电流侦测信号代表流经所述变压器的电感电流,其中,当所述充电开关开启时间结束时,所述电流侦测信号等于信号峰值;以及
当所述谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加时,使所述信号峰值不随所述负载改变而改变。
实施例21.如实施例19或20所述的控制方法,还包括:
在所述谐振开关关闭时,侦测所述充电开关是否位于实现ZVS的预定条件,并提供比较结果;以及
检查所述比较结果是否维持在一默认逻辑值达一反弹跳时间,以控制所述谐振开关开启时间的长度。
实施例22.如实施例21所述的控制方法,还包括:
依据稳定补偿信号,控制所述反弹跳时间,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分。
实施例23.如实施例22所述的控制方法,还包括:
在所述谐振开关关闭时,侦测所述充电开关是否位于实现ZVS的预定条件,以提供启始信号;
依据所述启始信号,来触发开始所述充电开关开启时间;
在所述启始信号的逻辑变化后,延迟所述充电开关开启时间的开始一延迟时间;以及
依据所述稳定补偿信号,控制所述延迟时间。
实施例24.如实施例23所述的控制方法,其中,所述反弹跳时间等于所述延迟时间。
实施例25.如实施例19至24中任意一个实施例所述的控制方法,还包括:
提供电流侦测信号,所述电流侦测信号代表流经所述变压器的电感电流;以及
在所述充电开关开启时间开始后一延迟时间内,侦测所述电流侦测信号是否符合预定条件,以提供比较结果;
依据所述比较结果,调控所述谐振开关开启时间的长度;以及
依据所述稳定补偿信号,提供所述延迟时间。
实施例26.如实施例25所述的控制方法,还包括:
在所述谐振开关关闭时,侦测所述充电开关是否位于实现ZVS的状态,以提供启始信号;以及
依据所述启始信号,来触发开始所述充电开关开启时间。
实施例27.一种电源控制器,适用于非对称半桥电源供应器,所述非对称半桥电源供应器包含有构成半桥的充电开关以及谐振开关,所述充电开关和所述谐振开关用于控制谐振电路,所述谐振电路包含有变压器以及震荡电容,所述电源控制器包含有:
充电开关控制器,用于依据补偿信号,开启所述充电开关一充电开关开启时间,所述补偿信号受控于所述非对称半桥电源供应器的一输出电压,供电给一负载;以及
谐振开关控制器,用于依据所述补偿信号,开启所述谐振开关一谐振开关开启时间;
其中,所述充电开关控制器用于调控所述谐振开关开启时间,以使所述谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加。
实施例28. 如实施例27所述的电源控制器,其中,电流侦测信号代表流经所述变压器的电感电流,当所述充电开关开启时间结束时,所述电流侦测信号等于信号峰值;
所述充电开关控制器用于当所述谐振开关开启时间随着所述负载减少而增加时,使所述信号峰值不随所述负载改变而改变。
实施例29.如实施例27或28所述的电源控制器,其中,所述充电开关控制器包含有:
比较器,用于比较侦测信号以及默认信号,以提供启始信号,其中,所述侦测信号代表所述充电开关的开关跨压;
开启时间控制器,用于依据所述启始信号,开始所述充电开关开启时间;以及
延迟器,连接于所述比较器与所述开启时间控制器之间,用于在一延迟时间后,传递所述启始信号至所述开启时间控制器;
其中,所述延迟器依据稳定补偿信号决定所述延迟时间,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分。
实施例30.如实施例27至29中任意一个实施例所述的电源控制器,其中,所述谐振开关控制器用于依据在所述充电开关与所述谐振开关均关闭时出现的侦测信号,来控制所述谐振开关开启时间,且所述侦测信号代表所述充电开关的开关跨压。
实施例31.如实施例27至30中任意一个实施例所述的电源控制器,其中,所述谐振开关控制器包含有:
比较器,用于比较侦测信号以及默认信号,以提供比较结果,其中,所述侦测信号代表所述充电开关的开关跨压;
计数器,用于依据所述比较结果,改变计数;
数字模拟转换器,用于依据所述计数,提供模拟参考位;
开启时间控制器,用于依据所述模拟参考位,决定所述谐振开关开启时间;以及
反跳电路,连接于所述比较器与所述计数器之间,并用于在所述比较结果维持于一默认逻辑值达一反弹跳时间后,传递所述比较结果至所述计数器;
其中,所述反跳电路用于依据稳定补偿信号决定所述反弹跳时间,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分。
实施例32.如实施例27至31中任意一个实施例所述的电源控制器,其中,所述谐振开关控制器用于依据在所述充电开关开启时间内出现的所述电流侦测信号,来控制所述谐振开关开启时间。
实施例33.如实施例32所述的电源控制器,其中,所述谐振开关控制器包含有:
比较器,用于比较所述电流侦测信号以及默认信号,以提供比较结果;
计数器,用于依据在所述充电开关开启时间开启后一延迟时间所产生的所述比较结果,改变计数;
数字模拟转换器,用于依据所述计数,提供模拟参考位;以及
开启时间控制器,用于依据所述模拟参考位,决定所述谐振开关开启时间;
其中,所述延迟时间依据稳定补偿信号产生,所述稳定补偿信号为所述补偿信号的低频成分。
实施例34.如实施例33所述的电源控制器,其中,所述充电开关控制器用于提供用于控制所述充电开关的控制信号;
所述计数器用于以所述控制信号为时钟信号,来改变所述计数;
所述谐振开关控制器还包含有延迟器,所述延迟器用于依据所述稳定补偿信号提供所述延迟时间,以延迟所述控制信号。
实施例35.一种开关式电源供应器,包括:如实施例11至18中任意一个实施例所述的电源控制器。
实施例36.一种非对称半桥电源供应器,包括:如实施例27至24中任意一个实施例所述的电源控制器。
以上所述仅为本公开之较佳实施例,凡依本公开申请专利范围所做之均等变化与修饰,皆应属本公开之涵盖范围。
应理解,本公开中各实施例之间可以组合使用。例如,在负载为重载情况下可以使用实施例19至26中任意一个实施例所述的控制方法,并当负载减少后(例如负载为中载情况下)可以使用实施例1至10中任意一个实施例所述的控制方法。
至此,已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思,没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上示例仅是为了进行说明,而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本公开的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附实施例来限定。
- 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法
- 过电压保护方法及降压型切换式电源供应器及其控制电路
- 提供不同输出电压的开关式电源供应器、相关电源控制器
- 提供不同输出电压的开关式电源供应器、相关电源控制器