[發明專利]自適應谷模式開關

有效

• 申請號: 201580084175.8
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN108352782B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 孔鵬舉;H·布伊;D·多恩;C·鄭
• 申請（專利權）人: 戴洛格半導體公司
• 主分類號: H02M1/44
• 分類號: H02M1/44;H02M3/335;H02M3/156
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 康艷青;姚開麗

提供自適應谷模式開關功率變換器，其在功率開關的諧振電壓振蕩的谷時期內接通功率開關。每個谷時期相對于谷閾值電壓來確定。

技術領域

該申請涉及開關功率變換器，并且更特定地涉及具有自適應谷模式開關的開關功率變換器。

背景技術

如與線性調節器相比，開關功率變換器提供更高效率。盡管線性調節器相對便宜，但它們通過簡單地將差異當作熱來消耗而從較高輸入電壓調節較低輸出電壓。因此，線性調節器典型地消耗比實際供應給負載的功率更多的功率。相比之下，開關功率變換器通過功率開關的循環來傳輸相對小的能量增量來調節它的輸出電壓。開關模式設備中的功率開關關斷或導通，使得效率如與線性調節器相比顯著提高。然而，功率開關晶體管在它從關斷轉變到導通和從導通轉變到關斷時耗散能量。該能量耗散與通過晶體管來開關的電流和電壓成比例。另外，對于通過功率開關的電壓和電流的大變化率給設備加壓并且引起明顯的電磁干擾(EMI)。

為了減少開關損耗、設備應力和EMI，常見的是利用在功率開關晶體管循環關斷時在其兩端出現的諧振電壓振鈴。諧振電壓振鈴導致開關電壓循環通過指示為電壓谷的局部最小值。在這些局部最小值處接通功率開關的開關方案從而被指示為谷模式開關方案。對于例如配置成實現谷模式開關的開關功率變換器的所得電壓波形在圖1A至1C中示出。圖1A示出功率開關S1的導通和關斷期，該功率開關在時間t1循環導通并且在時間t2循環關斷。用于功率開關S1的對應漏極電壓在圖1B中示出。當功率開關S1在時間t1接通時，漏極電壓接地，但當功率開關在時間t2被再次斷開時，漏極電壓反彈。對應的二次繞組電流在圖1C中示出。在時間t2，二次電流從零達到最大值。然后存儲的能量隨二次電流在隨后的變壓器復位時間(trst)斜降到零而被傳輸給負載。在該點處，在用于功率開關S1的漏極電壓上開始諧振振蕩。諧振振蕩在時間t3、t4、t5和t6具有局部最小值。然后用于功率開關S1的對應控制器選擇這些最小值中的一個用于后續接通時間。例如，功率開關S1可以在時間t6再次循環導通，因為該時間也是谷最小值。

在具有相對恒定的脈沖重復頻率的控制環中，控制器將傾向于在每個開關周期中以大致相同的速率打開功率開關S1。結果是EMI開關噪聲在主開關頻率200和它的諧波201和202處集中，如在圖2中示出的。為了使這些峰值處的EMI的幅度減少，常見的是使谷模式開關抖動。例如，假設控制器的期望的脈沖導通時間落在圖1B中的時間t4與t5的谷最小值之間。具有頻率抖動的控制器然后將跳過谷并且在時間t6在后續的谷處打開功率開關S1。該谷跳過將以隨機的方式執行，使得EMI噪聲跨頻譜擴展，如對圖2中的抖動頻譜205示出的。盡管這樣的抖動對于降低峰值EMI幅度是有效的，但存在例如在頻譜的某些段中需要非常低的噪聲發射的智能電話和平板計算機的觸屏中的電容感測等應用。

因此，現有領域中需要有EMI峰值幅度減少同時保留實際上沒有EMI的頻帶的改進谷模式開關技術。

發明內容

提供自適應谷模式開關方案，其中控制器被配置為確定用于功率開關端子的每個諧振振蕩周期的谷時期。用于每個諧振振蕩周期的每個谷時期在功率開關端子電壓降到谷閾值電壓以下時出現。本文公開的自適應谷模式開關方案自適應谷接通時間接通功率開關，而不是如在谷模式開關方案中常見的在谷最小值處接通功率開關，所述自適應谷接通時間在所選擇的谷時期中的一個里隨機變化。采用該方式，在開關頻率和它的諧波處所得的EMI幅度下降，而沒有由于在常規谷模式開關方案中跳過谷最小值引起的噪聲入侵相鄰頻帶。相反，控制器確定期望的開關打開時間并且還確定對應的谷時期。然后控制器在對應的谷時期里隨機抖動來選擇自適應谷模式接通時間，功率開關在該自適應谷模式接通時間循環導通。

這些有利特征可以通過考慮下文的詳細描述而被更好意識到。

附圖說明

圖1A是常規開關功率變換器中的功率開關的接通時間的波形。

圖1B是圖1A的功率開關的端子的電壓波形。