開關轉換器的脈衝串模式操作的製作方法
2023-04-26 01:23:36 2
專利名稱：開關轉換器的脈衝串模式操作的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及ー種開關轉換器。本發明具體地涉及ー種用於在脈衝串模式中操作開關轉換器的方法和ー種配置成在脈衝串模式中操作的開關轉換器。
背景技術：
開關轉換器廣泛地使用於功率轉換領域中。開關轉換器包括配置成根據輸入電壓生成脈寬調製(PWM)電壓的至少ー個開關以及接收PWM電壓並且生成將向負載供應的輸出電壓的整流器布置。整流器布置通常包括至少ー個電感存儲元件(比如扼流圈)和至少ー個電容存儲元件(比如電容器)。通過根據PWM驅動信號接通和關斷開關元件來生成PWM電壓。控制器根據輸出電壓提供驅動信號。控制器被配置成變化驅動信號的佔空比以便控制輸出電壓使得它採用給定的設置電壓。
驅動信號的佔空比依賴於負載的功率消耗，而佔空比在功率消耗増加時增加並且佔空比在功率消耗減少時減少。在低負載條件之下(這是在負載的功率消耗很低時)，現代控制器進入脈衝串模式。在脈衝串模式中，在脈衝串接通時段期間循環地接通和關斷開關元件，並且開關元件在脈衝串接通時段之後的脈衝串關斷時段期間持久地處於關斷狀態。脈衝串接通時段和脈衝串關斷時段定義脈衝串周期Tbp和脈衝串頻率fBP，其中fBP=l/TBP。脈衝串頻率依賴於若干參數(比如輸入電壓和負載的功率消耗)。當脈衝串頻率在IkHz與4kHz之間的頻率範圍中時可能出現問題。在這ー範圍中的脈衝串頻率可能引起惱人的可聽噪聲。因此需要阻止在開關轉換器在它的脈衝串模式中操作時生成可聽噪聲。
發明內容
第一方面涉及ー種用於驅動在提供輸出電壓的開關轉換器中的開關元件的方法。該方法包括生成依賴於輸出電壓的反饋信號；並且在多個後續脈衝串周期中驅動開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中開關元件在脈衝串接通時段中以開關頻率接通和關斷並且在脈衝串關斷時段中關斷。該方法還包括確定脈衝串頻率，其中確定脈衝串頻率包括評估至少ー個脈衝串周期的持續時間；並且根據確定的脈衝串頻率調節至少一個脈衝串周期中的開關頻率。第二方面涉及ー種用於驅動在提供輸出電壓的開關轉換器中的開關元件的方法。該方法包括使用可變電阻器來生成依賴於輸出電壓的反饋信號；並且在多個後續脈衝串周期中驅動開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中開關元件在脈衝串接通時段中以開關頻率接通和關斷並且在脈衝串關斷時段中關斷。該方法還包括確定脈衝串頻率,其中確定脈衝串頻率包括評估至少ー個脈衝串周期的持續時間；並且根據確定的開關頻率變化電阻器的電阻值。
現在將參照附圖來解釋本發明的實施例。應當注意，這些實施例用於圖示基本原理，使得僅圖示為了理解基本原理而必需的那些特徵。附圖未按比例。另外，相似標號在附圖中通篇表示相似特徵。圖I示出了圖示開關轉換器的框 圖2圖示了開關轉換器在正常操作模式中的操作原理；
圖3圖示了開關轉換器在脈衝串模式中的操作原理；
圖4示意地圖示了在脈衝串模式中操作的開關轉換器的操作原理，其中在脈衝串接通時段期間的開關頻率是可調節的；
圖5示意地圖示了開關轉換器的開關控制器的實施例；
圖6示意地圖示了可以在開關轉換器的控制器中實施的脈衝串控制電路的實施例；
圖7圖示了圖5的開關控制器的消隱電路的實施例；
圖8圖示了圖6的判決邏輯的實施例；
圖9示意地圖示了實施為回掃轉換器的開關轉換器的框 圖10示出了如下表，該表圖示了在脈衝串模式中操作的開關轉換器中的開關元件在影響開關頻率的不同參數下的開關頻率；
圖11圖示了開關轉換器的開關控制器的另外實施例；
圖12圖示了包括用於根據輸出電壓提供反饋信號的可變電阻器的開關轉換器的框
圖13詳細圖示了圖10的開關轉換器的實施例；
圖14示出了圖示圖11的開關轉換器的控制迴路的框 圖15圖示了在圖11和圖12的開關轉換器中的控制迴路的増益與歸ー化的脈衝串頻率之間的關係；
圖16示出了如下表，在該表中根據圖11和圖12的開關轉換器中的反饋電阻器的電阻值示出了歸ー化的脈衝串頻率；並且
圖17圖示了用於驅動開關轉換器中的開關的方法，該方法包括變化開關頻率並且變化可變電阻器的電阻。
具體實施例方式圖I圖示了開關轉換器的基本框圖。開關轉換器包括用於施加輸入電壓Vin的輸入端子11、12以及用於提供輸出電壓Vout的輸出端子13、14。可以向負載Z (虛線所示)供應輸出電壓Vout。開關轉換器包括連接於輸入端子11、12之一與整流器布置3之間的至少ー個開關元件2。在圖I中所示的實施例中，開關元件2連接於第一輸入端子11與整流器布置之間。然而這僅為例子。開關元件2還可以連接於第二輸入端子12與整流器布置3之間。輸入電壓Vin可以是DC電壓或者AC電壓。根據控制器4提供的驅動信號Sd接通和關斷開關元件2。通過被接通和關斷，開關元件2根據輸入電壓Vin生成脈寬調製電壓Vpwm。向整流器布置3供應脈寬調製電壓Vpwm,該整流器布置根據脈寬調製電壓Vpwm生成輸出電壓Vout。脈寬調製電壓Vpwm具有與控制器4生成的驅動信號Sd的佔空比對應的佔空比。可以通過變化驅動信號Sd的佔空比來調節開關轉換器的輸入功率Pin並且因此調節輸出電壓Vout。在開關轉換器的正常操作模式中，控制器4被配置成調節驅動信號Sd的佔空比，使得輸出電壓Vout採用設置電壓的值。為此，控制器4接收依賴於輸出電壓Vout的反饋信號SFB。反饋信號Sfb由連接於輸出端子之一與控制器4之間的反饋電路6提供。反饋信號Sfb依賴於輸出電壓Vout與設置電壓之間的差異。可以使用具有比例(P)特性、積分(I)特性或者比例積分特性(PI)的濾波器根據這ー差異生成反饋信號SFB。生成如下反饋信號Sfb的反饋電路(比如圖I中的反饋電路6)眾所周知，使得在這點上無需進一歩解釋，其中該反饋信號依賴於開關轉換器中的輸出電壓Vout與設置電壓或者參考電壓之間的差異。根據ー個實施例，反饋信號Sfb在輸出電壓Vout目前太低時增加，並且佔空比隨著反饋信號増加而增加。在這ー情況下，増加的反饋信號Sfb有助於增加開關轉換器的輸入功率Pin並且因此有助於增加向負載Z提供的輸出功率。現在將參照圖2簡要地解釋控制器4在開關轉換器的正常操作模式中的基本操作原理。圖2不意地圖不了驅動信號SD、反饋信號Sfb和斜波信號Sk的時序圖。斜波信號Sk 與反饋信號Sfb—起用來生成驅動信號SD。斜波信號も是具有頻率f=l/T的周期信號。根據斜波信號Sk和反饋信號Sfb生成驅動信號SD，使得驅動信號Sd的信號脈衝或者驅動脈衝每當斜波信號Sk的斜波開始時開始，並且驅動脈衝每當斜波信號Sk達到反饋信號Sfb時結束。在圖2中，Tw表示驅動脈衝Sd的如下接通時段的持續時間，該接通時段是在驅動脈衝接通開關元件2時的時段，並且Ttw表示如下關斷時段的持續時間，該關斷時段是在開關元件2關斷時的時段。包括接通時段Tw和關斷時段Ttw的時間段將在下文中稱為開關周期。開關周期的持續時間為T，其中T = Ton + Tqff。T定義開關頻率f，其中f=l/T。根據ー個實施例，T恆定。在開關轉換器的正常操作模式中，開關操作的佔空比D定義為D = Tw/T。佔空比D定義開關轉換器的輸入功率，其中輸入功率在佔空比D増加時增加。從圖2可見接通時段Ton並且因此佔空比D在反饋信號Sfb的信號電平增加時增加。斜波信號Sk可以由如下斜波信號生成器(未示出)生成，該斜波信號生成器生成具有多個在時間上後續的斜波的斜波信號，每個斜波具有帶有固定定義的斜率的上升沿。根據另ー實施例，斜波信號Sk對應於開關轉換器的輸入電流Iin或者可以根據該輸入電流Iin來生成。這ー輸入電流Iin由於整流器布置3的電感特性而每當開關元件2接通時開始增加。根據整流器布置3的具體特性，輸入電流Iin在開關元件2關斷時立即降至零。這造成如圖2中所示的時序圖。根據另外實施例，輸入電流Iin在開關元件2關斷時線性地減少。這造成斜波信號Sk (未示出)的三角波形。開關轉換器在正常操作模式中的基本操作原理眾所周知，使得在這點上無需進一歩解釋。開關元件2可以實施為常規電子開關(比如MOSFET或者IGBT)。在實施為MOSFET或者IGBT的開關元件中，可能出現兩個不同種類的損耗。這些損耗包括電容損耗和歐姆損耗。歐姆損耗起因於開關元件2的接通電阻並且出現於開關元件2接通吋。開關元件2的接通電阻是它在它的接通狀態(導通狀態)中的歐姆電阻。每當開關元件接通和關斷時出現電容損耗。這些電容損耗起因於不可避免地存在於MOSFET或者IGBT中並且在器件接通和關斷時充電和放電的寄生電容(未示出)。在低負載條件之下(這是在負載Z的功率消耗很低時)，接通時段的持續時間Tw並且因此佔空比D減少。隨著佔空比D減少，電容損耗可能在出現於開關元件2中的總損耗中佔主導。因此有開關轉換器的如下操作點(由負載的功率消耗定義)，在該操作點進ー步減少佔空比D將是效率低的。當這樣的 低負載條件出現時，控制器4被配置成進入脈衝串模式。在脈衝串模式中有開關元件2的開關操作的固定佔空比並且交替地有其中開關元件2循環地接通和關斷的脈衝串接通時段以及其中開關元件2持久地關斷的脈衝串關斷時段。現在將參照圖3簡要地解釋開關轉換器在脈衝串模式中的操作原理，在該圖3中圖示了反饋信號Sfb和驅動信號Sd的時序圖。應當注意圖2和圖3中的時序圖具有不同標度。反饋信號Sfb代表負載Z的功率消耗。根據ー個實施例，開關轉換器在反饋信號Sfb降至閾值(這將在下文中稱為脈衝串模式接通閾值)時進入脈衝串模式。當開關轉換器進入脈衝串模式吋，開關元件2起初關斷。這使輸出電壓Vout減少並且因此使反饋信號Sfb增加直至反饋信號Sfb達到上閾值TH4 (這將在下文中稱為脈衝串接通閾值)。在常規開關轉換器中，在反饋信號Sfb已達到脈衝串接通閾值TH4之後生成每個驅動周期具有固定接通時段和固定關斷時段的驅動周期序列，其中開關元件在接通時段期間接通而在關斷時段期間關斷。這使輸出電壓Vout増加(只要負載Z在它的低功率消耗模式(比如待機模式)中)並且使反饋信號Sfb減少。當反饋信號Sfb已減少至在脈衝串接通閾值TH4以下的脈衝串關斷閾值TH3時，開關元件2關斷並且保持於它的關斷狀態直至反饋信號Sfb已再次増加至脈衝串接通閾值TH4。反饋信號Sfb在脈衝串模式中的振蕩特性起因於如下寒實在脈衝串接通時段期間向負載Z提供的功率聞於負載Z所需的功率而在脈衝串關斷時段期間低於負載Z的功率消耗。開關轉換器在反饋信號Sfb増加至在脈衝串接通閾值TH4以上的脈衝串模式關斷閾值時離開脈衝串模式。反饋信號Sfb在負載Z的功率消耗增加使得在脈衝串接通時段期間不再可以提供足夠功率時增加至這ー脈衝串模式關斷閾值。圖3示意地圖示了反饋信號Sfb和驅動信號Sd在常規開關轉換器的脈衝串模式中的時序圖。在圖3中，TH3表示脈衝串關斷閾值而TH4表示脈衝串接通閾值。在圖3中未圖示決定進入和離開脈衝串模式的脈衝串模式接通閾值和脈衝串模式關斷閾值。在圖3中，TbQN表示脈衝串接通時段的持續時間，而Tbtw表示脈衝串關斷時段的持續時間。這些持續時間依賴於不同參數，比如負載Z的功率消耗或者輸入電壓Vin。參照圖3，脈衝串接通時段TbQN和後續脈衝串關斷時段TbQFF定義脈衝串周期Tb，其中脈衝串頻率fb定義為fb = 1/Tb。脈衝串頻率fb是脈衝串接通時段或者脈衝串關斷時段出現的頻率。當這ー脈衝串頻率fb在可聽頻率範圍中比如在IkHz與4kHz之間的頻率範圍中時可能出現問題。在可聽頻率範圍中的脈衝串頻率fb可能造成開關轉換器生成的惱人噪聲。因此希望保持脈衝串頻率fb在給定的頻率閾值以下，比如在I. 2kHz以下、在IkHz以下或者甚至在0. 9kHz以下。用於在脈衝串模式中驅動開關轉換器中的開關元件(比如圖I的開關元件2)的方法的一個實施例包括通過評估至少ー個脈衝串周期的持續時間來確定脈衝串頻率fb。該方法還包括當脈衝串頻率fb在給定的閾值(比如I. 2kHzUkHz或者0. 9kHz)以上時減少在用於評估目的的(ー個或多個)脈衝串接通時段之後的至少ー個脈衝串接通時段中的平均開關頻率。「減少這ー開關頻率」意味著在至少ー個脈衝串接通時段期間的開關頻率與為了確定脈衝串頻率fb而已評估的至少ー個脈衝串周期中的開關頻率相比得以減少。將參照圖4解釋用於減少開關頻率的方法的第一實施例。在圖4中圖示了在脈衝串模式中的反饋信號Sfb和驅動信號Sd的時序圖。在這一方法中，在脈衝串接通時段期間生成處於固定頻率並且具有固定接通時段的驅動脈沖。然而為了減少在脈衝串接通時段Tbm期間的平均或者有效開關頻率，省略或者未生成在脈衝串接通時段期間的ー些接通脈衝。在圖4中示意地圖示了這一點。省略在一個脈衝串接通時段Tbw期間的ー些接通脈衝造成比生成接通脈衝的開關頻率更低的在脈衝串接通時段期間的平均(有效)開關頻率。當在脈衝串模式中在脈衝串接通時段期間生成驅動信號Sd時可以應用不同省略方案。這裡將在下面進ー步解釋這些省略方案中的ー些省略方案。圖5示意地圖示了控制電路4的實施例，該控制電路被配置成生成驅動信號Sd並且具體配置成在脈衝串頻率fb高於給定的閾值時通過省略在脈衝串接通時段期間的個別驅動脈衝來減少開關頻率。應當注意，圖5是僅示意地示出了控制電路4的相關功能塊的框圖。應當注意，可以用許多不同方式實施這些功能塊。
參照圖5，控制電路4包括兩個信號生成單元第一信號生成單元も，在控制電路4的正常操作模式中生成驅動信號SD;以及第二信號生成単元42，在脈衝串模式中生成驅動信號SD。在本實施例中，第一信號生成単元も包括接收反饋信號Sfb和斜波信號Sk的比較器41、生成第一時鐘信號的第一時鐘生成器43以及在設置輸入S接收第一時鐘信號生成器43的輸出信號而在重置輸入R接收比較器41的輸出信號的觸發器42。第一驅動信號SD』在觸發器42的輸出Q可用。在正常操作模式中，在第一時鐘生成器43的每個時鐘周期的開始設置觸發器42，使得第一驅動信號SD』的驅動脈衝開始於時鐘生成器43的每個時鐘周期的開始。這時，斜波信號Sk開始增加。重置觸發器42，使得第一驅動信號SD』的驅動脈衝在斜波信號Sk達到反饋信號Sfb時結束。控制電路4在正常操作模式中的這一基本功能對應於圖I中所示的功能。根據ー個實施例，斜波信號Sk與開關轉換器(見圖I)的輸入電流Iin成比例。在脈衝串模式控制電路50控制的復用器44的第一輸入處接收第一驅動信號SD』。脈衝串模式控制電路50接收反饋信號Sfb並且生成在下文中將稱為脈衝串模式控制信號的第一輸出信號SSOp復用器44在控制輸入處接收脈衝串模式控制信號SSO1並且配置成在脈衝串模式控制信號SSO1表明控制電路4在正常操作模式中時將驅動信號SD』傳遞到它的輸出。驅動信號Sd在復用器44的輸出處可用。可選地,放大器45放大復用器44的輸出信號以便生成驅動信號SD。驅動信號Sd是配置成驅動開關元件2 (見圖I)接通和關斷的脈寬調製信號。第二驅動信號生成單元42生成在復用器44的第二輸入處接收的第二驅動信號SD』 』。復用器44在脈衝串模式控制信號SSO1表明控制電路4在脈衝串模式中時將這一第ニ驅動信號SD』』傳遞到它的輸出以便形成驅動信號SD。第二驅動信號生成単元包括由脈衝串模式控制電路50的第二輸出信號S502激活和去激活的第二時鐘生成器46。這ー第二輸出信號S502將在下文中稱為脈衝串控制信號。脈衝串模式控制電路50被配置成在脈衝串接通時段(見圖3中的TbQN)期間激活第二時鐘生成器46並且在脈衝串關斷時段(見圖3中的TbQFF)期間去激活第二時鐘生成器46。當激活第二時鐘生成器46時，它生成輸出信號S46，該輸出信號包括處於給定的開關頻率的驅動脈衝序列。這些驅動脈衝具有固定持續時間。第二驅動信號生成電路還包括消隱電路47，該消隱電路被配置成取消或者省略第ニ時鐘生成器46提供的驅動脈衝序列中的個別驅動脈沖。消隱電路47由脈衝串模式控制電路50的第三輸出信號3503控制。這ー第三輸出信號S503將在下文中稱為消隱信號。消隱信號S503包括關於驅動脈衝將被取消的頻率的信息。根據這裡將在下面進一步詳細解釋的ー個實施例，時鐘信號S46細分成具有n個後續時鐘脈衝的組，其中省略電路47被配置成省略或者取消這些序列中的每個序列中的X個時鐘脈衝，其中X在0與n-1之間。在這ー實施例中，消隱信號S503定義X，這意味著消隱信號定義在n個時鐘脈衝的每個序列中省略多少個時鐘脈衝。應當注意，圖5僅示意地圖示了控制電路4的操作原理。可以用許多不同方式實施兩個信號生成単元4i、42。圖6示意地圖示了脈衝串模式控制電路50的實施例。根據這ー實施例的脈衝串 模式控制電路50包括三個單元生成脈衝串模式控制信號SSO1的第一単元、生成脈衝串控制信號S502的第二単元和生成消隱信號S503的第三単元。第一単元接收反饋信號Sfb、脈衝串模式接通閾值THl和脈衝串模式關斷閾值TH2。脈衝串模式控制信號SSO1在第一觸發器57的(非反相)輸出Q處可用。每當反饋信號Sfb降至脈衝串模式接通閾值THl以下時設置這ー觸發器57。每當反饋信號Sfb升至脈衝串模式關斷閾值TH2以上時重置第一觸發器57。第一単元包括比較反饋信號Sfb與脈衝串模式接通閾值THl的第一比較器51以及比較反饋信號Sfb與脈衝串模式關斷閾值TH2的第二比較器52。在第一比較器51的輸出處，用於第一觸發器57的設置信號可用，並且在第二比較器52的輸出處，用於第一觸發器57的重置信號可用。在圖6中所示的實施例中，無論何時設置第一觸發器57，第一觸發器57都表明控制電路在脈衝串模式中，並且無論何時重置第一觸發器57都表明第一觸發器57在正常操作模式中。在這ー實施例中，脈衝串模式控制信號SSO1的高信號電平(邏輯「I」)表明控制信號在它的脈衝串模式中，而脈衝串模式控制信號SSO1的低信號電平(邏輯「0」)表明控制電路4在正常操作模式中。然而這僅為例子，為了表明脈衝串模式和正常操作模式也可以使用其它信號電平。可選地,第一觸發器57的設置信號並非僅為第一比較器51的輸出信號而是通過AND (與)連接第一比較器51的輸出信號與這ー輸出信號的延遲版本來獲得，其中比較器輸出信號的延遲版本在延遲元件55的輸出處可用。在這ー實施例中，在反饋信號Sfb保持於脈衝串模式接通閾值THl以下達由延遲元件55定義的給定時間段之前未進入脈衝串模式。脈衝串控制信號S502在第二觸發器59的輸出處可用。這ー觸發器59接收第三比較器53的輸出信號作為重置信號和第四比較器54的輸出信號作為設置信號。可選地，第三比較器53的輸出信號與脈衝串模式控制信號SSO1進行AND連接。在圖6中所示的實施例中，脈衝串控制信號S502在第二觸發器59被設置時具有高信號電平(邏輯「 I 」)而在第二觸發器59被重置時具有低信號電平(代表邏輯「O」)。每當反饋信號Sfb升至脈衝串接通閾值TH4或者以上(還見圖3和圖4)時設置第二觸發器59以便開始脈衝串接通時段。在第四比較器54的輸入信號處接收脈衝串接通閾值TH4和反饋信號SFB。每當反饋信號Sfb減少至脈衝串關斷閾值TH3或者降至脈衝串關斷閾值TH3以下(還見圖3和圖4)時重置第二觸發器59以便結束脈衝串接通時段並且開始脈衝串關斷時段。參照前文已解釋的內容，脈衝串接通閾值TH4高於脈衝串關斷閾值TH3。另外，脈衝串模式接通閾值THl低於脈衝串關斷閾值TH3，並且脈衝串模式關斷閾值TH2在脈衝串接通閾值TH4以上。根據一個實施例，脈衝串模式接通閾值THl約為I. 2V，脈衝串模式關斷閾值TH2約為4. 5V，脈衝串接通閾值TH4約為4. OV,並且脈衝串關斷閾值TH3約為3. 5V。生成消隱信號S503的第三單元被配置成基於包括脈衝串接通時段(圖3和圖4中的TbQN)和脈衝串關斷時段(圖3和圖4中的TbQFF)的至少一個脈衝串周期的持續時間確定脈衝串頻率fb。參照前文已解釋的內容，脈衝串頻率fb是脈衝串周期Tb的倒數。第三單元包括脈衝串周期定時器61，該脈衝串周期定時器接收第三和第四比較器53、54的輸出信號中的至少一個輸出信號。在圖6中的實施例中，脈衝串周期定時器61接收這兩個比較器信號。這些比較器信號包括關於脈衝串接通時段和脈衝串關斷時段何時開始的信息。在脈衝串接通時段的兩次後續開始之間或者在脈衝串關斷時段的兩個後續開始之間的時間段對應於脈衝串周期Tb。脈衝串周期定時器61被配置成計算至少一個脈衝串的脈衝串周期Tb。根據另一實施例，脈衝串周期定時器確定恰好一個脈衝串的持續時間。根據另一實施例，脈衝串周期定時器計算多個後續脈衝串的持續時間——每個脈衝串包括脈衝串接通時 段和後續脈衝串關斷時段一併且確定個別脈衝串的持續時間Tb的平均值。可以根據確定的脈衝串持續時間Tb計算脈衝串頻率。參照圖6，判決邏輯62接收關於脈衝串周期持續時間Tb或者脈衝串頻率發fb的信息並且計算驅動信號脈衝將被省略或者取消的頻率。在消隱信號S503中包括這一信息。圖7圖示了圖5的省略電路47的實施例。省略電路47接收消隱信號S503，該消隱信號接收關於時鐘信號(見圖5中的46)的時鐘脈衝將被省略的頻率的信息或者關於在具有η個時鐘脈衝的每個序列中的多少時鐘脈衝將被省略的信息。圖7的省略電路47被配置成接收消隱信號S503，該消隱信號定義或者包括將在η個後續時鐘脈衝的每個序列中省略的時鐘脈衝的數目X。圖7的省略電路包括如下計數器，該計數器在輸入47^接收時鐘信號S46並且配置成對時鐘信號S46的時鐘脈衝計數。計數器471的計數器讀數在計數器的輸出4712可用。計數器471被配置成循環地向上計數至最大值，其中最大值對應於一個序列中的時鐘脈衝數目η。根據一個實施例，計數器從I循環地計數至η，其中計數器讀數隨著時鐘信號的每個時鐘脈衝或者時鐘周期而改變。在這一情況下，在計數器的輸出4712的計數器讀數序列是 1、2、…、η-1、η、1、2、…、η-1、η、1、2、…。省略電路還包括存儲單元472，該存儲單元接收代表X的消隱信號S503並且存儲與n-x對應的值，其中n-x是允許傳遞的η個時鐘脈衝的每個序列中的時鐘脈衝數目。比較器473接收計數器471的計數器讀數與n-x。比較器473的輸出控制接收時鐘信號S46的傳遞門474，使得傳遞門474僅在計數器讀數小於或者等於n-x時允許時鐘信號的時鐘脈衝傳遞。這等效於在η個時鐘脈衝的每個序列中不允許X個時鐘脈衝傳遞的事實。根據一個實施例，傳遞門474實施為AND門，並且計數器在它的輸出處生成邏輯「O」以便無論何時計數器讀數高於n-x都「阻塞」門。圖8圖示了判決邏輯62的實施例。判決邏輯從脈衝串周期定時器接收關於一個脈衝串周期的持續時間Tb或者關於脈衝串頻率fb的信息，其中fb=l/Tb。出於解釋目的，假設向判決邏輯提供一個脈衝串周期的持續時間Tb。根據一個實施例，脈衝串周期定時器61每個脈衝串周期提供新脈衝串周期信息，其中可以通過評估僅一個脈衝串周期來生成或者可以通過評估多個後續脈衝串周期來生成脈衝串周期信息Tb。判決邏輯62在第一存儲單元621中存儲脈衝串周期信息Tb並且比較存儲的信息與存儲於第二存儲單元622中的參考值。參考值代表脈衝串周期的持續時間或者可聽噪聲的生成被阻止的脈衝串頻率(比如IkHz或者更少的脈衝串頻率)。評估單元623比較存儲於第一存儲單元621中的當前脈衝串周期信息與存儲於第二存儲單元622中的參考信息並且控制計數器624，該計數器生成如下輸出信號，該輸出信號代表將在η個時鐘脈衝的序列中省略的時鐘脈衝數目X。根據一個實 施例，評估單元623被配置成每當存儲如下新脈衝串周期信息Tb時遞增計數器624，該新脈衝串周期信息代表比參考信息代表的脈衝串頻率更高的脈衝串頻率。計數器624的計數器讀數代表將在具有η時鐘脈衝的每個脈衝序列中省略的時鐘脈衝數目X。評估電路623還可以被配置成遞減計數器624以便減少待省略的時鐘周期數目X。根據一個實施例，評估單元623被配置成每當存儲如下新脈衝串周期信息時遞減計數器624，該新脈衝串周期信息代表在閾值頻率以下的脈衝串頻率。根據一個實施例，閾值頻率在300Hz與500Hz之間(比如400Hz)，使得當脈衝串頻率在這一閾值以下時遞減計數器624。現在將解釋省略或者取消個別驅動脈衝的效果。出於解釋目的，假設開關轉換器是回掃轉換器，該回掃轉換器具有如圖9中所示的整流器3拓撲。回掃轉換器包括變壓器30，該變壓器具有與開關元件2串聯連接的初級繞組31，其中具有開關元件2和初級繞組31的串聯電路連接於輸入端子11、12之間。變壓器30還包括與初級繞組31電感耦合的次級繞組32。另外，整流器與次級繞組32並聯連接。輸出電壓Vout在整流器的輸出端子可用。整流器可以像適合用於整流PWM電壓的常規整流器來實施。在圖7中所示的實施例中，整流器包括具有二極體33和電容電荷存儲元件(比如電容器34)的串聯電路。輸出電壓Vout在電容器34兩端可用。應當注意也可以使用任何其它適合用於在回掃轉換器中實施的整流器。在圖9的回掃轉換器中，能量在開關元件2接通時存儲於初級繞組31中。當開關元件2隨後關斷時，存儲於初級繞組31中的能量經由整流器傳送到次級繞組32和輸出端子13、14。假設&是當無驅動脈衝的消隱或者省略時在脈衝串模式中在脈衝串接通時段期間的開關頻率。在這一情況下，開關轉換器在一個脈衝串周期中的平均輸入功率給定為
I f i Vm ■ /)Υ . Tht^
* ..............:...........................,............................................................^Γ ι；^⑴
其中Pin是平均輸入功率，Lp是初級繞組31的電感，Vin是輸入電壓，D是驅動信號Sd的佔空比，fs是在脈衝串接通時段期間的開關頻率，Tbm是脈衝串接通時段的持續時間，並且Tbtw是脈衝串關斷時段的持續時間。當負載Z恆定時，脈衝串關斷時段Tbtw (這是在開關元件2持久地關斷使得輸出電壓Vout減少並且反饋信號Sfb增加時的時間)可以視為獨立於脈衝串接通時段。當在脈衝串接通時段期間取消或者省略驅動脈衝時，脈衝串接通時段的總持續時間Tbm增加。開關轉換器在其中在脈衝串接通時段期間的驅動脈衝被取消的場景中的輸入功率Pin』可以表達如下
權利要求
1.一種用於驅動在提供輸出電壓的開關轉換器中的開關元件的方法，所述方法包括 生成依賴於所述輸出電壓的反饋信號； 在多個後續脈衝串周期中驅動所述開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中所述開關元件在所述脈衝串接通時段期間以開關頻率接通和關斷並且在所述脈衝串關斷時段期間關斷； 確定脈衝串頻率，其中確定所述脈衝串頻率包括評估至少一個脈衝串周期的持續時間；並且 根據確定的脈衝串頻率調節至少一個脈衝串周期中的有效開關頻率。
2.根據權利要求I所述的方法，其中當所述確定的開關頻率在頻率閾值以上時減少所述有效開關頻率。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述頻率閾值是1kHz。
4.根據權利要求I所述的方法，其中根據驅動信號接通和關斷所述開關元件，其中在脈衝串接通時段期間提供所述驅動信號包括 提供包括接通脈衝的周期信號，並且 根據所述周期信號生成所述驅動信號，其中通過省略接通脈衝來調節所述有效開關頻率。
5.根據權利要求4所述的方法， 其中所述周期信號包括後續脈衝序列，其中每個脈衝序列包括n個接通脈衝，其中n>l，並且 其中調節所述有效開關頻率包括省略每個脈衝組中的k個脈衝，其中k〈n。
6.根據權利要求5所述的方法，其中n=7。
7.根據權利要求I所述的方法，還包括 使用可變電阻器來生成所述反饋信號；並且 根據所述確定的脈衝串頻率，變化所述電阻器的電阻值。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括 減少所述有效開關頻率直至所述脈衝串頻率在第一閾值以下；並且 減少所述電阻值直至所述脈衝串頻率在低於所述第一閾值的第二閾值以下。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括在減少所述電阻值之後，當所述脈衝串頻率在低於所述第二頻率閾值的第三頻率閾值以下時增加所述開關頻率。
10.根據權利要求I所述的方法，其中所述開關轉換器是回掃轉換器。
11.一種用於驅動開關轉換器中的開關元件的控制器，所述控制器包括 輸入端子，用於接收反饋信號； 輸出端子，用於提供驅動信號； 其中所述控制器被配置成 在多個後續脈衝串周期中驅動所述開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中所述開關元件在所述脈衝串接通時段期間以開關頻率接通和關斷並且在所述脈衝串關斷時段期間關斷， 確定脈衝串頻率，其中確定所述脈衝串頻率包括評估至少一個脈衝串周期的持續時間，並且根據確定的脈衝串頻率調節至少一個脈衝串周期中的有效開關頻率。
12.根據權利要求11所述的控制器，其中當所述確定的脈衝串頻率在頻率閾值以上時減少所述有效開關頻率。
13.根據權利要求12所述的控制器，其中所述頻率閾值是1kHz。
14.一種用於驅動在提供輸出電壓的開關轉換器中的開關元件的方法，所述方法包括 使用可變電阻器來生成依賴於所述輸出電壓的反饋信號； 在多個後續脈衝串周期中驅動所述開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中所述開關元件在所述脈衝串接通時段期間以開關頻率接通和關斷並且在所述脈衝串關斷時段期間關斷； 確定脈衝串頻率，其中確定所述脈衝串頻率包括評估至少一個脈衝串周期的持續時間；並且 根據確定的脈衝串頻率，變化所述電阻器的電阻值。
15.根據權利要求14所述的方法，其中當所述脈衝串頻率在給定的頻率閾值以上時減少所述電阻值。
16.一種用於驅動開關轉換器中的開關元件的控制器，所述控制器包括 輸入端子，用於接收反饋信號； 第一輸出端子，用於提供驅動信號； 第二輸出端子，用於調節反饋電阻器的電阻值； 所述控制器，配置成 在多個後續脈衝串周期中驅動所述開關元件，每個脈衝串周期包括脈衝串接通時段和後續脈衝串關斷時段，其中所述開關元件在所述脈衝串接通時段期間以開關頻率接通和關斷並且在所述脈衝串關斷時段期間關斷， 確定脈衝串頻率，其中確定所述脈衝串頻率包括評估至少一個脈衝串周期的持續時間， 根據確定的脈衝串頻率，變化所述電阻器的所述電阻值。
全文摘要
本發明涉及開關轉換器的脈衝串模式操作。公開了一種用於在脈衝串模式中驅動開關轉換器中的開關元件的方法和一種用於開關轉換器中的開關的控制器。
文檔編號H02M1/00GK102739018SQ20121008987
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者弓小武, 毛明平, 郭紹錦 申請人:英飛凌科技股份有限公司