電源控制器以及相關(guān)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源控制，特別是涉及開關(guān)式電源供應(yīng)器(switched mode powersupply)ο
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)式電源供應(yīng)器一般采用一功率開關(guān)來控制流經(jīng)一電感元件的一電流。跟其它一般電源供應(yīng)器相較之下，開關(guān)式電源供應(yīng)器具有較小的產(chǎn)品體積以及較優(yōu)越的轉(zhuǎn)換效率，所以廣受業(yè)界的歡迎與采用。
[0003]在眾多開關(guān)式電源供應(yīng)器中，有一種操作于準(zhǔn)諧振(quas1-resonance, QR)模式，稱為QR開關(guān)式電源供應(yīng)器。QR開關(guān)式電源供應(yīng)器可以使一功率開關(guān)，于其跨壓大致在最低時(shí)，從一關(guān)閉狀態(tài)，而變成導(dǎo)通狀態(tài)，所以理論上能降低該功率開關(guān)的開關(guān)損耗(switchingloss)。因此，QR開關(guān)式電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率，尤其是高負(fù)載時(shí)，一般是相當(dāng)優(yōu)秀的。
[0004]圖1顯示一公知的QR開關(guān)式電源供應(yīng)器10，其中變壓器為一電感元件，具有相電感耦合的初級繞組PRM、次級繞組SEC以及一輔助繞組AUX。QR開關(guān)式電源供應(yīng)器10由輸入電壓VIN所供電，提供負(fù)載24 —輸出電壓V.以及一輸出電流I.。QR控制器26產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號VSATE，通過驅(qū)動端GATE，來周期性的開關(guān)功率開關(guān)34。通過分壓電阻28與30，QR控制器26檢測輔助繞組AUX的跨壓VAUX。圖2顯示圖1中的PWM信號VSATE以及跨SVAUX。在圖2中，PWM信號VMTE的兩個(gè)上升緣之間為一個(gè)開關(guān)周期，其間的時(shí)間稱為周期時(shí)間TeYe，其由一個(gè)開啟時(shí)間U與一個(gè)關(guān)閉時(shí)間所構(gòu)成。開啟時(shí)間Τ?是功率開關(guān)34在一周期時(shí)間TeYe內(nèi)的持續(xù)維持開啟的時(shí)間長度，也是PWM信號VMTE中的脈沖寬度。如同圖2所示，在關(guān)閉時(shí)間的后半部，因?yàn)殡姼性烹娡戤?，跨壓VAUX開始振蕩而有兩個(gè)信號波谷VQ與VL2。QR控制器26可使周期時(shí)間Τεγε大約結(jié)束于信號波谷VL2出現(xiàn)時(shí)。這樣在信號波谷出現(xiàn)時(shí)使周期時(shí)間Τεγε結(jié)束的控制方式，一般稱為波谷切換(valleyswitching)。
[0005]QR開關(guān)式電源供應(yīng)器10中，位于補(bǔ)償端C0MP，有一補(bǔ)償信號VOTP，其受控于運(yùn)算放大器20，而運(yùn)算放大器20比較輸出電壓VQUT與目標(biāo)電壓VTAR之間的差異。公知的QR控制器26中，補(bǔ)償信號Vo*大致同時(shí)決定了開啟時(shí)間以及遮蔽時(shí)間TBU]eK。在遮蔽時(shí)間TBL0CK結(jié)束之后，QR控制器26才允許結(jié)束周期時(shí)間Τεγε，以避免過早的波谷切換，導(dǎo)致開關(guān)頻率f?(= 1/Tcyc)過高而降低了轉(zhuǎn)換效率。所以，遮蔽時(shí)間TBU?等于定義了最大開關(guān)頻率
fcYC MAX ( — 1/Tbl0CK)。
[0006]公知的QR開關(guān)式電源供應(yīng)器10有兩個(gè)可能的問題。
[0007]1.電磁波干擾難以解決。在一個(gè)固定負(fù)載24時(shí)，補(bǔ)償信號Ve()Mp可能是固定的一個(gè)值，功率開關(guān)34在固定的一個(gè)信號波谷結(jié)束一周期時(shí)間TeYe，這便意味著固定的一個(gè)開關(guān)頻率fCTe，以及相當(dāng)強(qiáng)烈的電磁波干擾。一種公知的解決方式是對于補(bǔ)償信號V_P進(jìn)行微小干擾，但是運(yùn)算放大器20所提供的負(fù)反饋機(jī)制往往自動地把所提供的干擾抵銷，因此成效不明顯。
[0008]2.噪聲(audible noise)的出現(xiàn)。在一個(gè)固定的負(fù)載24時(shí)，補(bǔ)償信號VC(Mp可能振蕩，使得QR控制器26 —會兒在一個(gè)信號波谷進(jìn)行波谷切換,而在另一會兒在另一個(gè)相鄰的信號波谷進(jìn)行波谷切換。這樣波谷切換不穩(wěn)定的結(jié)果，可能使得QR開關(guān)式電源供應(yīng)器10產(chǎn)生擾人的噪聲。會產(chǎn)生噪聲的電源供應(yīng)器，一般是很難讓市場接受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明揭示一種電源控制器，適用于一開關(guān)式電源供應(yīng)器。該開關(guān)式電源供應(yīng)器包含有串聯(lián)在一起的一電感元件以及一功率開關(guān)。該電感元件的一跨壓可振蕩而產(chǎn)生至少一信號波谷。該功率開關(guān)受一脈沖寬度調(diào)制信號所控制。該脈沖寬度調(diào)制信號具有一開啟時(shí)間以及一關(guān)閉時(shí)間。該電源控制器包含有一波谷檢測器、一遮蔽時(shí)間產(chǎn)生器、以及一關(guān)閉時(shí)間控制器。該波谷檢測器耦接至該電感元件，用以產(chǎn)生一波谷指示信號，以指出該至少一信號波谷出現(xiàn)的時(shí)間。該遮蔽時(shí)間產(chǎn)生器提供一遮蔽時(shí)間。該關(guān)閉時(shí)間控制器紀(jì)錄有一振蕩時(shí)間紀(jì)錄，其代表一前振蕩時(shí)間，關(guān)聯(lián)于一前開關(guān)周期；依據(jù)該振蕩時(shí)間紀(jì)錄、該遮蔽時(shí)間以及該波谷指示信號，來結(jié)束該關(guān)閉時(shí)間；以及，依據(jù)一振蕩時(shí)間，更新該振蕩時(shí)間紀(jì)錄。該振蕩時(shí)間由該跨壓開始振蕩后的一起點(diǎn)開始，而與該關(guān)閉時(shí)間一同結(jié)束。
[0010]本發(fā)明揭示一種控制方法，適用于一電源供應(yīng)器，其包含有一電感元件以及一功率開關(guān)。該功率開關(guān)受一脈沖寬度調(diào)制信號所控制。該脈沖寬度調(diào)制信號具有多個(gè)開關(guān)周期。每一開關(guān)周期的周期時(shí)間具有一開啟時(shí)間以及一關(guān)閉時(shí)間。該電感元件的一跨壓可振蕩而具有一振蕩周期，并產(chǎn)生至少一信號波谷。該控制方法包含有:提供一振蕩時(shí)間紀(jì)錄，其代表一前振蕩時(shí)間，關(guān)聯(lián)于一前開關(guān)周期；于一開關(guān)周期內(nèi)，依據(jù)該前振蕩時(shí)間，控制該功率開關(guān)，使該關(guān)閉時(shí)間結(jié)束；以及，依據(jù)一振蕩時(shí)間，更新該振蕩時(shí)間紀(jì)錄。該振蕩時(shí)間與該前振蕩時(shí)間都從該跨壓開始振蕩后的一起點(diǎn)開始，且該振蕩時(shí)間與該關(guān)閉時(shí)間同時(shí)結(jié)束。該振蕩時(shí)間與該前振蕩時(shí)間的差，小于該振蕩周期，以使該前開關(guān)周期與該開關(guān)周期其中之一操作于波谷切換，另一操作于非波谷切換。
【附圖說明】
[0011]圖1顯示一公知的QR開關(guān)式電源供應(yīng)器。
[0012]圖2顯示圖1中的PWM信號VMTE以及跨壓VAUX ；
[0013]圖3顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一 QR控制器；
[0014]圖4顯示一依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的QR開關(guān)式電源供應(yīng)器中的一些信號波形；
[0015]圖5舉例一輸出電流估算器；
[0016]圖6顯不負(fù)載代表信號\est與輸出電流I.的關(guān)系；
[0017]圖7顯不負(fù)載代表/[目號\EST與一最大開關(guān)頻率fCTe max ( = Ι/Tblock)之間的關(guān)系；
[0018]圖8顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一電源控制器；
[0019]圖9顯示可以實(shí)施轉(zhuǎn)換的一 QR控制器；
[0020]圖10顯示QR控制器300取代了圖1的QR控制器26后，電路中的一些信號波形；
[0021]圖11為一實(shí)施例中，關(guān)閉時(shí)間控制器302所采用的控制方法；
[0022]圖12顯示當(dāng)由高負(fù)載轉(zhuǎn)低負(fù)載時(shí)，一些連續(xù)開關(guān)周期中的跨壓VAUX，以及一些信號的時(shí)序；
[0023]圖13顯示當(dāng)由低負(fù)載轉(zhuǎn)高負(fù)載時(shí)，一些連續(xù)開關(guān)周期中的跨壓VAUX，以及一些信號的時(shí)序；
[0024]圖14顯示公知技術(shù)中，振蕩時(shí)間Ts VL的一種可能變化；以及
[0025]圖15顯示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，振蕩時(shí)間Ts VL的一種可能變化。
[0026]附圖符號說明
[0027]10QR開關(guān)式電源供應(yīng)器
[0028]20運(yùn)算放大器
[0029]24負(fù)載
[0030]26QR 控制器
[0031]28、30分壓電阻
[0032]34功率開關(guān)
[0033]36電阻
[0034]80QR 控制器
[0035]82波谷檢測器
[0036]84放電時(shí)間檢測器
[0037]86輸出電流估算器
[0038]88與門
[0039]90遮蔽時(shí)間產(chǎn)生器
[0040]92頻率抖動器
[0041]94脈沖寬度調(diào)制器
[0042]100CS峰值電壓檢測器
[0043]102電壓控制電流源
[0044]104開關(guān)
[0045]190轉(zhuǎn)導(dǎo)器
[0046]192電位轉(zhuǎn)換器
[0047]196更新電路
[0048]198收集電容
[0049]199電容
[0050]200電源控制器
[0051]300QR 控制器
[0052]302關(guān)閉時(shí)間控制器
[0053]304、305、306、308、310、312、314、315、316、318、320、322、324
[0054]步驟
[0055]ACC收集端
[0056]AUX輔助繞組
[0057]C0MP補(bǔ)償端
[0058]CS電流檢測端
[0059]fCYC開關(guān)頻率
[0060]fCYC MAX最大開關(guān)頻率
[0061]GATE驅(qū)動端
[0062]ICHARGE充電電流
[0063]Ics電流
[0064]IDIS放電電流
[0065]IL預(yù)設(shè)電流
[0066]IH預(yù)設(shè)電流
[0067]Ιουτ輸出電流
[0068]IPRM電流
[0069]PRM初級繞組
[0070]PTS VL前振蕩時(shí)間
[0071]QRD檢測端
[0072]SBL0CK遮蔽信號
[0073]SEC次級繞組
[0074]SJITTER抖動控制信號
[0075]SL0CK鎖定信號
[0076]STDIS放電時(shí)間信號
[0077]SUPDATE更新信號
[0078]SVD波谷指示信號
[0079]tsTR> tl、七2、七3、七4、^RELEASE' tEND、tAB 1ST、tw s、tw E
[0080]時(shí)間點(diǎn)
[0081]TBL0CK遮蔽時(shí)間
[0082]TCYC周期時(shí)間
[0083]TAUX CYC振蕩周期
[0084]TDIS放電時(shí)間
[0085]T0FF關(guān)閉時(shí)間
[0086]T0N開啟時(shí)間
[0087]TSVL振蕩時(shí)間
[0088]TW時(shí)窗
[0089]VACC反饋電壓
[0090]VALJX跨壓
[0091]VC0MP補(bǔ)償信號
[0092]VC0MP SCALED比例補(bǔ)償信號
[0093]Vcs電流檢測信號
[0094]Vcs peak電壓
[0095]VGATE PWM信號
[0096]VIN輸入電壓
[0097]VL1.VL2.VL3 信號波谷
[0098]VL EST負(fù)載代表信號
[0099]VM電壓
[0100]νουτ輸出電壓
[0101]ν_檢測電壓
[0102]VREF預(yù)設(shè)參考電壓
[0103]VTAR目標(biāo)電壓
【具體實(shí)施方式】
[0104]本發(fā)明的一實(shí)施例所舉例的一電源控制器中，一補(bǔ)償信號V_P只有決定一開啟