用于控制电源的方法和电路技术

在所描述的示例中，电源具有变压器和开关，开关耦合到变压器的初级侧，以用于控制流过变压器的初级侧的电流。方法(700)包括确定电源的输出电压(702)。响应于输出电压大于标称输出电压并且小于预定电压而生成用于驱动开关的第一最小开关频率(704)。响应于输出电压等于或大于预定电压而生成用于驱动开关的第二最小开关频率，其中第一最小开关频率大于第二最小开关频率(706)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制电源的方法和电路
本申请总体涉及用于操作开关电源的方法和电路。
技术介绍
反激式电源包括具有耦合到输入电压源的初级侧的变压器。反激式电源的输出耦合到变压器的次级侧。输出电压调节通过控制流过变压器的初级侧的电流来实现。
技术实现思路
在所描述的示例中，一种电源具有变压器和开关，开关耦合到变压器的初级侧，以用于控制流过变压器的初级侧的电流。一种方法包括确定电源的输出电压。响应于输出电压大于标称输出电压并且小于预定电压而生成用于驱动开关的第一最小开关频率。响应于输出电压等于或大于预定电压而生成用于驱动开关的第二最小开关频率，其中第一最小开关频率大于第二最小开关频率。附图说明图1是反激式电源的示例的示意图。图2是图1的电源中的采样电压的示例波形。图3是示出由图1的电源中的开关频率引起的问题的时序图。图4是示例电源控制器的示意图。图5是示出图4的控制器的示例操作的多个时序图。图6是描述图4的控制器的操作的示例的流程图。图7是描述图4的控制器的操作的另一示例的流程图。具体实施方式一些反激式电源使用磁反馈或初级侧调节(PSR)，以避免其它反馈方法的成本和部件计数。PSR的使用通常伴随着开关频率折回(foldback)的使用，开关频率折回用于在轻负载下维持高操作效率，并且在“空载”或待机状况下降低功耗。满足待机功耗目标要求非常低的待机开关频率fSW(ST)，诸如典型的10W电源为1kHz至3kHz。在待机模式下，电源的外部负载为零。虽然为了维持输出电压电平，电源在有限的负载水平下操作，该有限的负载水平为小的内部预负载和由电源本身施加的负载的总和。电源必须能够将其输出功率输送降低到此低电平，否则随着输出电压开始上升，将失去调节。在PSR的情况下，电源控制回路在其对负载改变的响应方面具有等于1/fSW的固有延迟，其中fSW是电源的开关频率。在此延迟期间，电源的输出电压基于输出电流的电平和输出电容器的尺寸而下降。如果在此延迟的开始时输出电流发生大的改变，则该下降可能大得令人无法接受。在重复的负载改变的情况下，该问题被增强。由于成本和尺寸原因，增加输出电容器的尺寸是不期望的。图1是反激式电源100的示例的示意图。电源100是将AC输入电压VIN转换为DC输出电压VOUT的开关电源。电源100包括桥式整流器102，该桥式整流器102将AC输入电压VAC转换为整流电压。桥式整流器102的输出耦合到滤波器104。滤波器104的输出耦合到具有NP绕组的变压器T11的初级侧110。变压器T11的初级侧110还包括辅助绕组112，该辅助绕组112具有NAUX绕组并且由电源100使用以生成电源100的操作电压VDD。辅助绕组112在电源100的操作期间生成电压VAUX。变压器T11的初级侧110串联耦合到开关Q11、电阻器R11和接地节点。接地节点可以为除电压VDD之外的电势。在图1的示例中，开关Q11是晶体管，诸如场效应晶体管(FET)。晶体管Q11的状态由晶体管Q11上的栅极电压设定。流过开关Q11的电流是流过变压器T11的初级侧110的电流，并且在本文中被称为电流IP。流过电阻器R11的电流IP生成电流感测电压VCS，如本文中所描述的，测量该电流感测电压VCS以确定电流IP。辅助绕组112耦合到由电容器C11和二极管D11组成的转换器，该转换器将辅助电压VAUX转换为操作电压VDD。通过采样电压VS对辅助电压VAUX进行采样。在图1的示例中，由电阻器R12和R13组成的分压器降低辅助电压VAUX以生成采样电压VS。变压器T11具有带有NS匝绕组的次级侧120。次级侧120的输出电压为输出电压VOUT。次级侧120生成电流IS。输出电压VOUT耦合到电阻器R14、电容器C12和肖特基(Schottky)整流器D12。整流器D12具有可以近似为0.35V的正向(forward)电压VZ21。电阻器R14用作预负载。次级侧120生成流过负载122的电流IOUT。如本文所描述，负载122具有可以变化的阻抗。负载122的阻抗的改变改变流过负载122的电流IOUT，这改变电源100的功率输出。控制器130监测电源100的输出电压VOUT并且控制晶体管Q11的栅极的开关以维持输出电压VOUT恒定。通过控制器130在跨越变化的输出负载上维持输出电压VOUT恒定，从而在输出电压VOUT下将其功率输送与负载122相匹配。然后，晶体管Q11的特定开关模式可被称为生成用于进入负载122中的调节输出电压VOUT的特定输出功率电平。而且，通过迫使晶体管Q11上的特定开关控制，可以迫使独立于输出电压VOUT的特定功率输送水平。控制器130具有耦合到采样电压VS、操作电压VDD和电流感测电压VCS的输入。控制器130具有输出DRV，该输出DRV响应于对控制器130的输入而用驱动电压VDRV驱动晶体管Q11的栅极。电源100被称为初级侧调节(PSR)电源，因为变压器T11的初级侧110上的电压和/或电流被采样和/或调节以控制输出电压VOUT。PSR电源不包括来自变压器T11的次级侧120的反馈的成本和复杂性。图2是示出辅助电压VAUX作为时间的函数的示例的曲线图200。在电源100的操作期间，在对控制器130的VS输入处，每个开关周期对辅助电压VAUX进行一次采样。在图2的周期中，辅助电压VAUX在时间t21被采样并且等于(VOUT+VZ21)NA/NS。另外参考图1，采样电压VS和/或电流IP被测量并且用于调节输出电压VOUT。例如，控制器130响应于采样电压VS和/或电流IP，以开关频率fSW接通和断开晶体管Q11达一定时段。当负载122汲取高负载时开关频率fSW高，并且当汲取轻负载时，诸如当电源100处于待机模式时，开关频率fSW降低。高开关频率FSW是为了在待机或轻负载状况之外的正常操作状况下驱动负载而生成的开关频率。在一些示例中，除调制晶体管Q11的接通时间之外，还可调制晶体管Q11的开关频率，以控制功率并且因此在变化的负载或输入电压状况下调节输出电压VOUT。此输出调节被称为电源100的控制回路。晶体管Q11的开关频率fSW和/或晶体管Q11接通的时段确定对于给定负载的输出电压VOUT。开关频率fSW和/或晶体管Q11接通的时段随着负载122中的阻抗改变而改变。例如，在重负载状况下，负载122比在轻负载状况下汲取更多电流，这使得输出电压VOUT下降，因此晶体管Q11的开关频率fSW增加。当电源100在空载状态下操作时，负载122汲取很少或不汲取电流或功率。在这种状态下，晶体管Q11以低开关频率fSW导通，来保持电压VDD足够高以操作电源100。在重负载和轻负载之间的转变期间，必须监测开关频率fSW以避免过电压情况或避免使电源100汲取过量电流，这两者均为低效的。使用初级侧调节(PSR)的电源避免了使用次级反馈方法的其它电源的成本和部件计数。PSR的使用通常伴随着开关频率折回的使用，该开关频率折回用于以轻负载维持高操作效率并且在空载或待机状况下降低功耗。满足待机功耗目标要求非常低的开关频率fSW，诸如典型的10WAC/DC电源为1kHz至3kHz。在待机模式中，由负载122汲取的电流为零或接近零，但电源100在有限负载水平下操作以维持控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作开关电源的方法，所述电源具有变压器和开关，所述开关耦合到所述变压器的所述初级侧，以用于控制流过所述变压器的所述初级侧的所述电流，所述方法包括：确定所述电源的所述输出功率；响应于所述输出功率大于第一预定功率，设定所述电源的第一最小输出功率；以及响应于所述输出功率小于第二预定功率，设定所述电源的第二最小输出功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.05 US 62/291,760;2017.01.24 US 15/414,4201.一种操作开关电源的方法，所述电源具有变压器和开关，所述开关耦合到所述变压器的所述初级侧，以用于控制流过所述变压器的所述初级侧的所述电流，所述方法包括：确定所述电源的所述输出功率；响应于所述输出功率大于第一预定功率，设定所述电源的第一最小输出功率；以及响应于所述输出功率小于第二预定功率，设定所述电源的第二最小输出功率。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于设定所述第一最小输出功率来设定用于驱动所述开关的第一最小开关频率，以及响应于设定所述第二最小功率来设定用于驱动所述开关的第二最小开关频率。3.一种操作开关电源的方法，所述电源具有变压器和开关，所述开关耦合到所述变压器的所述初级侧，以用于控制流过所述变压器的所述初级侧的所述电流，所述方法包括：确定所述电源的所述输出电压；响应于所述输出电压大于标称输出电压并且小于预定电压来设定用于驱动所述开关的第一最小开关频率，其中所述第一最小开关频率是固定的；以及响应于所述输出电压等于或大于所述预定电压来设定用于驱动所述开关的第二最小开关频率，其中所述第一最小开关频率大于所述第二最小开关频率，并且其中所述第二最小开关频率是固定的。4.根据权利要求3所述的方法，其中设定所述第二最小开关频率包括维持所述第二最小开关频率直到所述输出电压达到所述标称输出电压。5.根据权利要求3所述的方法，其中设定所述第二最小开关频率包括维持所述第二最小开关频率达预定时段。6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括响应于所述输出电压小于所述标称输出电压而生成高开关频率，其中所述高开关频率高于所述第一最小开关频率，并且其中所述高开关频率响应于所述输出电压的改变而变化。7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括响应于所述输出电压等于所述标称输出电压而生成至少一个待机开关频率，所述待机开关频率小于所述第二最小开关频率。8.根据权利要求3所述的方法，进一步包括响应于所述电源进入待机模式而生成至少一个待机开关频率，其中所述至少一个待机开关频率小于所述第二最小开关频率。9.根据权利要求3所述的方法，其中所述输出电压响应于所述开关以所述第一最小开关频率被驱动而增加。10.根据权利要求3所述的方法，其中所述输出电压响应于所述开关以所述第二最小开关频率被驱动而减小。11.一种用于控制开关电源的开关的控制器，所述电源具有变压器，其中所述开关控制流过所述变压器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·瓦利，H·黄，B·B·坎南，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US