[發明專利]開關型功率變換器、時鐘模塊、控制電路及相關控制方法

有效

• 申請號: 201410064983.5
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103780097B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 李伊珂
• 申請（專利權）人: 成都芯源系統有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本公開的實施例涉及功率變換器，尤其涉及開關型功率變換器及其時鐘模塊、控制電路和控制該功率變換器時鐘信號的方法。

背景技術

開關型功率變換器已經被廣泛應用于各種工業電子設備及消費電子設備中。開關型功率變換器通常至少包括一個主開關，并通過控制該主開關的導通和關斷切換以實現將該功率變換器接收的輸入電壓轉換為合適的輸出電壓的目的。

開關型功率變換器通常采用的控制模式之一包括峰值電流控制脈沖寬度調制模式。簡言之，在峰值電流控制脈沖寬度調制模式，開關型功率變換器基于系統時鐘信號調節其主開關以大致恒定的切換頻率進行導通和關斷切換，并且基于表征其輸出電壓的反饋信號和表征開關電流的采樣信號調節其主開關在每個導通和關斷切換周期中的導通時間(即系統占空比)，以保持輸出電壓穩定。

在開關型功率變換器的工作過程中，一般還需要對其輸出電流或者開關電流進行限流，以控制輸出電流低于輸出電流上限閾值或者開關流低于開關電流上限閾值，從而保證功率變換器及耦接于該功率變換器輸出端的負載不受損壞。一般可以通過限定開關電流的峰值低于設定的峰值閾值來實現對開關電流或者輸出電流的限流。由于在主開關和系統參考地之間存在寄生電容，通常還需要對開關電流的采樣信號進行前沿消隱，使該采樣信號在設定的消隱時間內無效，以防止寄生電容在該采樣信號前沿引起的尖刺造成限流誤觸發。這就決定了開關型功率變換器的最小系統占空比。

例如，對于一款降壓型開關功率變換器，若系統時鐘信號的周期為16μs，即主開關的導通和關斷切換周期為16μs，而所需的設定消隱時間為250ns，則最小系統占空比為250／16000≈1.5％。假設該降壓型開關功率變換器的最大輸入電壓為380V，期望的輸出電壓為12V，那么該降壓型功率變換器進入穩定的工作狀態時，系統占空比12／380大致為3％，大于最小系統占空比1.5％，因而可以正常工作。然而，在該降壓型開關功率變換器的啟動過程中，由于輸出電壓在剛開始啟動的階段相對于期望的輸出電壓而言很小，則理論上這一階段需要的系統占空比會小于最小系統占空比1.5％。但實際上，該降壓型功率變換器以最小系統占空比1.5％工作，這會造成降壓型功率變換器的儲能電感不能達到伏秒平衡，導致該儲能電感的電流持續增大。這種情況下，儲能電感的電流可能在短時間內突然增大到超出其最大允許電流而使該儲能電感飽和，導致功率變換器無法正常工作。另外，如果該降壓型功率變換器采用集成的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)作為主開關，則該集成的MOSFET的電流處理能力有限，儲能電感的電流持續增大也意味著流過MOSFET的開關電流持續增大，很可能使該MOSFET飽和，從而其漏源電壓驟增，導通損耗驟增。這不僅使該MOSFET承受較大的電壓和溫度負擔，并且該MOSFET有燒毀的危險，不利于整個功率變換器系統的穩定性和耐久性。

常用的系統軟啟動方案例如軟啟動開關電流的峰值閾值或者軟啟動表征輸出電壓期望值的參考電壓并不能解決上述技術問題。

發明內容

針對現有技術中的一個或多個問題，本公開的實施例提供一種控制電路、時鐘模塊、開關型功率變換器及其時鐘信號的控制方法。

在本公開的一個方面，提出了一種時鐘模塊，用于為開關型功率變換器提供時鐘信號，其中該開關型功率變換器用于將輸入電壓轉換為輸出電壓，并且該開關型功率變換器具有啟動過程，該啟動過程從該開關型功率變換器被啟動時刻開始至所述輸出電壓增大至其期望值時止；所述時鐘模塊包括時鐘發生器，該時鐘發生器被構建用于提供具有周期性脈沖序列的所述時鐘信號，該時鐘信號具有時鐘頻率，且該時鐘頻率與該脈沖序列的脈沖周期互為倒數；所述時鐘模塊還包括時鐘調頻器，耦接于所述時鐘發生器，該時鐘調頻器被構建用于在所述功率變換器被啟動時刻將所述時鐘頻率設置為設定的第一頻率，并在所述啟動過程中控制所述時鐘發生器，以調節所述時鐘頻率由該設定的第一頻率經過預設次數的增長性頻率躍變階梯性地跳變至設定的第二頻率。

根據一些實施例，所述時鐘調頻器還被構建用于調節所述時鐘頻率在每次頻率躍變時以與該次頻率躍變對應的預設頻率增量增大。

根據一些實施例，所述時鐘頻率在每次頻率躍變前具有躍變前頻率，每次頻率躍變后具有躍變后頻率，所述時鐘調頻器還被構建用于調節所述時鐘頻率的每次躍變前頻率具有與該次頻率躍變對應的預設持續時間，第一次躍變前頻率為所述第一頻率，最后一次躍變后頻率為所述第二頻率。