[發明專利]用于開關電源轉換器的自適應控制型軟啟動方案

有效

• 申請號: 201210008435.1
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102594115A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 高小林;李勇;H·H·布伊;史富強
• 申請（專利權）人: 艾沃特有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M3/335
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;董典紅

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年1月10日提交的題為“AdaptivelyControlled?Soft?Start-Up?Scheme?For?Switching?Power?Converters”的共同未決的美國臨時專利申請第61/431,283號的優先權，該申請通過全文引用的方式結合在本申請中。

技術領域

本發明大體上涉及電源轉換器，并且更具體地涉及一種具有開關控制器的電源轉換器，其中所述開關控制器用于在啟動和/或通電復位(POR)時控制切換循環。

背景技術

為了調節輸出電壓，電源轉換器通常要求可在電源轉換器的輸出電壓與參考電壓之間提供“誤差”信號的誤差電路系統。誤差電路系統應提供輸出電壓相對于參考電壓的數值和符號(正或負)。通過響應于誤差信號增大或減小傳送到電源轉換器輸出端的功率的量，電源轉換器能夠使用誤差信號對輸出電壓進行適當地調節。

典型地，常規電源轉換器通過感測作為模擬值的輸出電壓、得出感測的輸出電壓與作為模擬值的參考電壓之間的差異并對其進行放大，來生成誤差信號。常規電源轉換器還可使用模擬-數字轉換器(A/D轉換器)來根據控制方案生成誤差信號。其它的常規電源轉換器可使用模擬誤差放大器生成誤差信號。

在許多常規的隔離式開關電源轉換器中，直接在變壓器的次級側感測輸出電壓并將其與固定的參考電壓進行比較，從而將電源轉換器的輸出電壓調節到目標電平。替代地，其它常規隔離式開關電源轉換器不直接感測輸出電壓，而是感測變壓器的初級側上的電壓。將所感測的初級側電壓與固定的參考電壓進行比較，從而將電源轉換器的輸出電壓調節到目標電平。這些隔離式開關電源轉換器通常被稱作僅初級反饋轉換器。

在僅初級反饋轉換器的情況下，可能存在這樣的情形：其中在特定的切換循環中，輸出電壓可能與由參考電壓設定的調節目標電壓顯著不同。此事件的一個實例是出現在開關電源轉換器的初始啟動期間。對于僅初級反饋轉換器，因其不直接感測輸出電壓，初始啟動階段尤其困難。當輸出電壓與啟動期間的調節目標電壓顯著不同時，感測的初級側電壓提供輸出電壓的錯誤表示。因此，在啟動后，常規僅初級反饋轉換器可能很慢才能達到調節的目標電壓。當將僅初級開關轉換器的次級輸出級耦合至包括高電容電解電容器的輸出濾波級時，此問題可能惡化，因此啟動循環將進一步減慢。若僅初級開關電源轉換器的控制器在最大時間量內未能以受控方式將輸出電壓從0VDC提高到調節輸出電壓電平，則可能損壞連接到電源轉換器的任何電子設備。

控制器的另一主要功能是感測和檢測異常和/或故障條件，并向開關轉換器提供安全運行模式直至消除了故障條件。在啟動模式，通常以0VDC開始的輸出電壓顯著低于期望的調節輸出電壓電平。基于輸出濾波電容器的電容性負載也會影響輸出電壓的上升時間。在開關轉換器的輸出端出現短路的故障條件中也能夠觀測到輸出電壓顯著低于期望的調節輸出電壓電平的條件。因此，常規僅初級開關轉換器容易受到錯誤故障檢測的影響。即使在不存在故障條件時這也會阻止開關轉換器啟動。

上述問題的一個常規解決方案是配置控制器以向次級傳送最大量的能量，直至檢測到輸出達到調節點。然而，此常規解決方案仍有問題，因為其可導致輸出電壓過沖以及隨后的輸出電壓振蕩(ringing)。

發明內容

開關電源轉換器根據期望調節電壓向負載提供調節電壓。變壓器包括耦合至輸入電壓的初級繞組以及耦合至開關電源轉換器的輸出端的次級繞組。開關耦合至變壓器的初級繞組。當接通開關時，生成穿過初級繞組的電流，而當斷開開關時，不生成穿過初級繞組的電流。開關控制器生成控制信號以接通或斷開開關。該開關響應于處于第一狀態的控制信號而接通，且該開關響應于處于第二狀態的控制信號而斷開。開關控制器對表示開關電源轉換器的輸出電壓的感測電壓進行監控。開關控制器控制開關的切換以使開關電源轉換器在感測的輸出電壓指示輸出電壓小于第一閾值電壓時以持續導通模式運行。開關控制器控制開關的切換以使開關電源轉換器在感測的輸出電壓高于第一閾值電壓時以間斷導通模式運行。在一個實施例中，第一閾值電壓處于開關電源轉換器的輸出端處的期望調節電壓的10％-25％的范圍內。