[發明專利]用于準諧振開關電源中的谷底鎖定的裝置和方法

有效

• 申請號: 202011576478.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112701924B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 楊彭林;林元
• 申請（專利權）人: 昂寶電子（上海）有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08;H02M1/44
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 楊佳婧

本公開涉及用于準諧振開關電源中的谷底鎖定的裝置和方法。一種用于準諧振開關電源中的谷底鎖定的裝置包括：編碼模塊，用于基于接收到的輸入信號來生成編碼信號；以及谷底鎖定狀態生成模塊，用于基于編碼信號來生成準諧振開關電源中的功率管的谷底鎖定狀態，其中，谷底鎖定狀態指示功率管導通時功率管的漏極諧振電壓所處的谷底位置，并且谷底鎖定狀態包括：全部在第N谷底導通、部分在第N谷底導通并且部分在第N+1谷底導通、以及全部在第N+1谷底導通，其中N是正整數。

技術領域

本公開涉及集成電路，更具體地，涉及用于準諧振(QR)開關電源中的谷底鎖定的裝置和方法。

背景技術

隨著針對小體積、高頻率和高功率密度的開關電源的需求越來越大，零電壓和低電壓開通的準諧振開關電源(例如，準諧振反激式開關電源)的應用越來越廣泛。準諧振反激式開關電源中的反激變換器的變壓器具有寄生漏感L_leak，功率管S1(例如，金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、雙極結型NPN晶體管(BJT-NPN)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、以及氮化鎵(GaN)晶體管等)、以及位于功率管S1的源極和漏極這兩端之間的寄生電容C_p，如圖1所示。準諧振反激式開關電源利用了寄生器件，其核心是利用由主電感L_p和功率管S1兩端的寄生電容C_p組成的LC諧振腔。每當功率管S1關斷后，準諧振控制器可以通過DEM引腳檢測輔助繞組上的電壓。當主電感L_p消磁結束時，DEM引腳下降到低電平。主電感L_p在消磁結束后，和寄生電容C_p進入自由諧振狀態，準諧振反激式開關電源可以在功率管S1的漏極諧振電壓波形的谷底中打開新的開關周期(即，功率管S1重新導通)，這使得準諧振反激式開關電源的開關損耗和輻射電磁干擾(EMI)可以大大降低。圖2示出了圖1的準諧振反激式開關電源的功率管S1的漏源電壓V_ds、柵極驅動信號以及流經功率管S1的電流I_p的波形示意圖。主電感L_p和寄生電容C_p進行自由諧振的諧振周期相對于開關周期而言較小，所以準諧振反激式開關電源可以近似于工作在臨界導通模式。

傳統的準諧振反激式開關電源的工作頻率都會被限制在一定范圍內。對于存在抖頻的準諧振反激式開關電源，當其工作頻率接近預定的上限頻率或者下限頻率時，疊加了抖頻后的工作頻率有可能落在預定的頻率范圍之外，從而可能導致功率管在某一段時間內的導通時刻在相鄰兩個谷底甚至多個谷底之間無規則的低頻反復跳動。這種反復切換的包絡頻率因為受到抖頻包絡頻率的控制，一般低于20KHz，會落在音頻范圍內，因此使得噪音指標大大惡化。由此，具有谷底鎖定功能的準諧振反激式開關電源就被提了出來，目的就是解決傳統準諧振反激式開關電源因導通谷底低包絡頻率跳變帶來的異音問題。

然而，現有的用于谷底鎖定的方法在切谷底時，會產生較大的頻差和反饋電壓返折，容易造成反饋電壓波動大，容易出現谷底鎖定狀態失效的風險，從而出現低頻的有周期性的相鄰谷底切換狀態，產生較大音頻噪聲和輸出紋波，這種問題在小體積、高頻率和高功率密度的準諧振開關電源中更為突出，急需解決。

發明內容

鑒于以上所述的問題，本公開提供了一種新穎的用于準諧振開關電源中的谷底鎖定的裝置和方法。

根據本公開的實施例的一方面，提供了一種用于準諧振開關電源中的谷底鎖定的裝置，包括：編碼模塊，用于基于接收到的輸入信號來生成編碼信號；以及谷底鎖定狀態生成模塊，用于基于所述編碼信號來生成所述準諧振開關電源中的功率管的谷底鎖定狀態，其中，所述谷底鎖定狀態指示所述功率管導通時所述功率管的漏極諧振電壓所處的谷底位置，并且所述谷底鎖定狀態包括：全部在第N谷底導通、部分在第N谷底導通并且部分在第N+1谷底導通、以及全部在第N+1谷底導通，其中N是正整數。