[實用新型]用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器的喚醒管理電路和控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520231234.7
• 申請日: 2015-04-16
• 公開（公告）號: CN204615652U
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·帕斯夸;S·圖米納羅;A·拉皮薩達
• 申請（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/44;H02M1/14;H02M1/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器、特別是DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器的喚醒管理電路。

背景技術(shù)

本公開涉及以高效率將恒定電流提供至負載、例如電池的功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器。本實用新型更特別地涉及開關(guān)型電壓和電流調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器的負載應(yīng)該與調(diào)節(jié)器的電源(常常為220V電源)隔離。

例如，傳統(tǒng)的功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器是其中具有初級繞組和次級繞組的變壓器被提供用于使負載與電壓源隔離的反激式轉(zhuǎn)換器。初級繞組通過功率開關(guān)被連接至電壓源，而次級繞組借助于二極管被連接至負載并且濾波電容器并聯(lián)地連接至負載。

當開關(guān)接通時，第一電流流過初級繞組并且作為電壓源的值與初級繞組所提供的電感的值的函數(shù)而從初始值增加。在這期間，沒有電流流過次級繞組，因為二極管被反向偏置并且功率被存儲在變壓器的磁芯中。

當開關(guān)關(guān)斷時，流過初級繞組的電流被突然關(guān)斷并且剛剛存儲在磁芯中的功率被轉(zhuǎn)移到次級繞組內(nèi)。當開關(guān)被關(guān)斷時，次級繞組上的第二電流突然達到等于通過用初級繞組與次級繞組的匝數(shù)之間的比率乘第一電流而達到的峰電流的峰值。第二電流作為次級繞組的電感與跨負載的電壓的函數(shù)而開始減小。

從初級繞組轉(zhuǎn)移至次級繞組的功率的量取決于開關(guān)的開關(guān)占空比。為此目的，功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括用于驅(qū)動開關(guān)的控制電路；控制電路被配置成接收反饋信號并響應(yīng)于反饋信號來操作開關(guān)的控制脈沖的寬度的修改。

反饋控制借助于光耦合器或輔助繞組來提供。在后一情況中，輔助繞組直接與次級繞組同相位地給出輸出電壓的圖像。

在輕負載的狀況下，功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器典型地以所謂的“突發(fā)模式(burst-mode)”進行操作。利用該操作模式，轉(zhuǎn)換器間歇地操作，其中開關(guān)周期的系列(突發(fā))由轉(zhuǎn)換器不開關(guān)時的時間間隔(空閑時間)分開。當負載為使得轉(zhuǎn)換器剛剛進入突發(fā)模式時，空閑時間短；隨著負載減小，突發(fā)的持續(xù)時間也減小并且空閑時間增加。以該方式，平均開關(guān)頻率被顯著地降低，并且結(jié)果是，與轉(zhuǎn)換器中的寄生元件關(guān)聯(lián)的開關(guān)損耗和與變壓器中的無功電流的流動有關(guān)的傳導(dǎo)損耗被降低。突發(fā)的持續(xù)時間和空閑時間由反饋回路確定，使得轉(zhuǎn)換器的輸出電壓總是保持在控制之下。

在其中輸出電壓的反饋借助于輔助繞組來形成的情況中，輔助繞組還借助于設(shè)置了電源電壓的電容器而將電源電壓提供至控制電路，所述電容器通過二極管與輔助繞組耦合。

突發(fā)模式操作的最小頻率由開關(guān)的控制電路確定；在突發(fā)模式操作期間，控制電路以特定“重啟”頻率周期性地迫使開關(guān)的接通以便接收反饋信號。因此，功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器提供了獨立于負載的固定功率并且該功率需要被耗散以避免在低或零負載的情況中轉(zhuǎn)換器失去調(diào)節(jié)。為此目的，典型地使用虛擬負載。

耗散的功率主要取決于“重啟”頻率，“重啟”頻率不能選擇得太低。事實上，在開關(guān)的兩個連續(xù)的轉(zhuǎn)換之間的時間周期期間，控制電路不能對輸出端子處的負載的最終變化做出反應(yīng)。只有當開關(guān)的轉(zhuǎn)換發(fā)生時，轉(zhuǎn)換器才通過向負載提供所需的功率來做出反應(yīng)。為了克服該問題，已知的解決方案是使用被配置成當在突發(fā)模式期間輸出電壓值低時迫使開關(guān)的接通的所謂的喚醒電路。

喚醒電路必須解釋不同的負載背景并且結(jié)果是向負載提供正確的功率，從而維持良好的控制性能并避免像當開關(guān)轉(zhuǎn)換器利用接近可聽范圍的頻率以突發(fā)模式操作時由非受控的電壓源引起的的聲學噪聲等的缺陷。

特別地，當開關(guān)轉(zhuǎn)換器以突發(fā)模式操作時，喚醒電路發(fā)生時所處的輸出電壓值低于特定百分比的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓值。以該方式，控制電路可以將最大功率提供至負載以迅速地帶來處于經(jīng)調(diào)節(jié)的值的輸出電壓。這引發(fā)兩個問題：因變壓器上的過度的電流而產(chǎn)生的聲學噪聲；以及因喚醒和控制電路的響應(yīng)的延遲而產(chǎn)生的輸出電壓的非受控的紋波。

在其中反饋信號由輔助繞組導(dǎo)出并且輔助繞組還借助于設(shè)置電源電壓的電容器而將電源電壓提供至控制電路的情況中，對于非常低的負載并且在電源電壓的平均消耗大于輸出電壓的平均消耗的情況下，重啟頻率非常低，并且歸因于長時間的開關(guān)休止狀態(tài)，限定了控制電路的電源電壓的電容器可能被過度地放電。有時可能的是電容器可以具有如下值，在該值時電源電壓非常接近轉(zhuǎn)換器的欠壓鎖定(UVLO)閾值。在這些狀況下，反饋電壓取決于輸出信號和電源電壓兩者，在該情況中，采樣的反饋電壓甚至低于所述百分比。這引起輸出電壓的長時間高功率相位和較高紋波。

實用新型內(nèi)容

本公開的一個方面是提供一種用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器的喚醒管理電路，以用于正確地恢復(fù)在與輸出電壓有關(guān)的反饋電壓上的信息并且解釋可連接至開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出端子的負載的狀況，以便向負載提供必要的功率以確保良好的性能。