用于控制开关变换器的控制设备以及开关变换器制造技术

本申请涉及用于控制开关变换器的控制设备以及开关变换器。提供一种用于开关变换器的控制设备，开关变换器具有变压器，变压器具有接收输入量的初级绕组、提供输出量的次级绕组、提供反馈量的辅助绕组以及开关元件。控制设备具有处理模块，用于生成控制信号，控制信号用于基于反馈量来切换开关元件，以便经由能量存储阶段和能量转移阶段的交替而调整输出量。处理模块通过对反馈量和比较阈值进行比较来控制能量转移阶段的结束。鉴别电路生成信号，用于在输出上存在短路或输入量低于阈值的事实之间进行鉴别。处理模块还基于鉴别信号控制能量转移阶段的结束。本公开的实施例改善了准谐振开关变换器操作，从而改善了相对应的电气性能。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及一种用于准谐振开关变换器的控制设备，并且进一步涉及开关变换器。
技术介绍
功率开关变换器(也称为“开关稳压器”)是已知的，其被设计用于将在输入处接收到的量例如来自电气网络的AC电压转换为调整过的输出量例如DC电压。通常要求这种变换器符合关于相应的电气性能的严厉的要求，例如确保高质量因数或基本上一致的功率因数。已经证明为有效的控制模式为准谐振模式；图1通过示例描述了逆向变换器(flybackconverter)的配置。然而应强调的是，下述同样适用于不同类型的变换器，例如降压-升压类型的变换器。变换器整体由1来指代，其包括变压器2，所述变压器2具有初级绕组2a、次级绕组2b以及辅助绕组2c。所述初级绕组2a具有第一端子2a’和第二端子2a”，所述第一端子2a’通过提供输入电压Vin的整流器级4连接到供电线3，例如连接到提供AC线电压VAC的电气干线，并且第二端子2a”连接到例如MOSFET的开关元件5。所述开关元件5具有：特别地为各个MOSFET的漏极端子的第一电流传导端子，其连接到前述的初级绕组2a的第二端子2a”；以及特别地为各个MOSFET的源极端子的第二电流传导端子，其通过检测电阻器6连接到第一参考端子(接地，GND)。开关元件5和检测晶体管6在其间限定了提供第一反馈电压VCS的第一反馈节点FB1，所述第一反馈电压VCS为流经变压器2的初级绕组的电流的函数。次级绕组2b具有经由二极管元件7(使得其阳极连接到相同的第一端子2b’并且其阴极连接到第一输出端子Out1)连接到第一输出端子Out1的相应的第一端子2b’，以及连接到第二输出端子Out2的相应的第二端子2b”。在所述第一输出端子Out1和所述第二输出端子Out2之间连接电荷存储元件8，特别是电容器，在其上存在例如DC电压的输出电压Vout。辅助绕组2c具有连接到由第一分压电阻器9a和第二分压电阻器9b形成的电阻分压器的相应的第一端子2c’和相应的第二端子2c”，在第一分压电阻器9a和第二分压电阻器9b之间定义了第二反馈节点FB2，在该第二反馈节点FB2上存在第二反馈电压VZCD。变换器1进一步包括控制设备10(也称为“控制器”)，该控制设备10基于在相应的输入管脚上接收到的第一反馈电压VCS和第二反馈电压VZCD，经由提供到相对应的MOSFET的栅极端子的控制信号SC而以脉冲宽度调制(PWM)控制开关元件5的关断和闭合。详细地，所述控制设备10利用峰值电流控制在准谐振模式中实现对开关元件5的管理，其设想了两种彼此循环地相随的分立的阶段：1)能量存储阶段，在其间开关元件5为闭合(相对应的MOSFET导通，占空比周期的“ON”区间)从而在变压器2的初级绕组2a中存储能量，其中二极管元件7防止在次级绕组2b中的电流到达输出负载(此处未示出)。当第一反馈电压VCS到达由闭合控制环路(基于峰值电流控制)定义的阈值时该步骤终止(触发接下来的能量转移步骤)；以及2)能量转移阶段，在其间开关元件5为关断(相对应的MOSFET截止，占空比周期的“OFF”区间)，从而将之前存储在变压器2的初级绕组2a中的能量转移到次级绕组2b和在输出处连接的负载。基于在开关元件5的MOSFET的漏极端子上存在的电容，通过变压器2的初级上的谐振条件的开始来用信号通知能量转移的完成。当第二反馈电压VZCD降落到低于接近零的较低阈值之下时该阶段终止(再次触发能量存储阶段)。这种控制被称为“零电流检测”(ZCD)控制。更为详细地并且如在图2中描述的，开关元件5的闭合(由控制信号SC来确定，控制信号SC同样在图2中示出)基于峰值电流控制模式。将在变压器2的初级中循环的电流(在图2中由Ip指示)和与闭合控制环路所生成的线电压VAC同相的正弦参考电流进行比较，用于确定开关元件5关断的时刻(以及相对应的MOSFET的截止时刻)。初级电流Ip的峰值IPK的包络具有正弦波形，而由IL指代的被线路有效地吸收的电流代表了同一初级电流Ip的平均值。在实践中该电流IL为正弦并且与线电压VAC同相，由此实现了功率因数的希望的修正。为了实施准谐振控制模式，当变压器2完成了向次级绕组的能量转移(到达了去磁条件)时，开关元件5在相对应的MOSFET的漏极电压上出现最小的谐振振荡时闭合(并且相对应的MOSFET导通)。确实显示出，如果当漏极电压最小或者接近零时发生MOSFET的导通则显著降低开关损耗。图3示出了与控制信号SC一致的漏极电压、栅极电压以及第二反馈电压VZCD。为了强调振荡，图中示出了当开关元件5没有再次闭合从而如前所述地实施准谐振操作的情况下这些电压将采取的波形。如在图3中所强调的，在MOSFET截止(在开关元件5关断)时漏极电压从基本上零值向上增加到基本上等于输入电压Vin和电压VR的和，其对应于反馈回到初级上的输出电压Vout(即，乘以变压器2的初级绕组2a和次级绕组2b的匝数比)，其在置位区间(settlinginterval)之后到达，在所述置位区间期间发生由于变压器2的漏电感产生的振荡。接着，当能量转移完成时，漏极电压开始在谐振条件中振荡，其中振荡的幅度等于Vin+VR,平均值等于Vin。为了建立MOSFET的截止的时刻，控制设备10利用第二反馈电压VZCD，该第二反馈电压VZCD为辅助电压Vaux的函数。当在变压器2的次级上的电流变为零时，在二极管元件7上的电压为零，因此在次级绕组2b上的电压(以及因此跨越辅助绕组2c的辅助电压Vaux)与输出电压Vout成正比。控制设备10因此被配置为用于检测第二反馈电压VZCD的“波谷”，也就是，当第二反馈电压VZCD降低到较低阈值之下或者到达基本上零值时。详细地，参照图4，控制设备10被配置为分析由分压电阻器9a、9b形成的电阻分压器获得的从前述辅助电压Vaux开始的第二反馈电压VZCD的描绘。控制设备10在比较器中对第二反馈电压VZCD的值和被称为“引信(arming)阈值”的第一阈值Th1进行比较。当第二反馈电压VZCD超过第一阈值Th1时，引信信号ARM被切换到例如高逻辑值，并且比较器被使能为用于接下来的在相同的第二反馈电压VZCD和具有低于第一阈值Th1并且接近于零的值的被称为“触发阈值”第二阈值Th2之间进行的比较。当第二反馈电压VZCD降低到低于前述的第二阈值Th2之下时，触发信号TRIG被切换到例如高逻辑值，并且控制设备10检测到指示发生了辅助电压Vaux的波谷并且由此指示发生了去磁的条件，因此决定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制开关变换器的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：处理模块，被配置用于生成控制信号，所述控制信号用于基于反馈量来控制所述开关控制器的开关元件的切换，以便经由将能量存储在所述开关变换器的初级绕组中的阶段和将能量从所述初级绕组转移到所述开关变换器的次级绕组中的阶段的交替而调整所述开关变换器的输出量，所述处理模块进一步被配置为基于对所述反馈量的值和至少一个比较阈值进行的比较来控制能量转移阶段的结束；鉴别电路，被配置用于生成鉴别信号，所述鉴别信号的值指示第一状态的发生或者第二状态的发生，所述第一状态指示在所述开关变换器的输出上的短路，而在所述第二状态中针对所述开关变换器的输入量低于所述初级绕组的磁化阈值；并且其中所述处理模块进一步被配置为同样基于所述鉴别信号控制所述能量转移阶段的结束以及所述开关元件的相对应的切换。

【技术特征摘要】
2014.11.04 IT TO2014A0009121.一种用于控制开关变换器的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：
处理模块，被配置用于生成控制信号，所述控制信号用于基于反馈量来控制所述开关
控制器的开关元件的切换，以便经由将能量存储在所述开关变换器的初级绕组中的阶段和
将能量从所述初级绕组转移到所述开关变换器的次级绕组中的阶段的交替而调整所述开
关变换器的输出量，所述处理模块进一步被配置为基于对所述反馈量的值和至少一个比较
阈值进行的比较来控制能量转移阶段的结束；
鉴别电路，被配置用于生成鉴别信号，所述鉴别信号的值指示第一状态的发生或者第
二状态的发生，所述第一状态指示在所述开关变换器的输出上的短路，而在所述第二状态
中针对所述开关变换器的输入量低于所述初级绕组的磁化阈值；并且
其中所述处理模块进一步被配置为同样基于所述鉴别信号控制所述能量转移阶段的
结束以及所述开关元件的相对应的切换。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述处理模块在至少一个操作条件下
被配置为根据在所述第一状态发生时的第一持续时间和在所述第二状态发生时的第二持
续时间之间的所述鉴别信号的值来改变等待时间的持续时间，所述等待时间限定了所述能
量转移阶段的结束，所述第一持续时间长于所述第二持续时间。
3.根据权利要求2所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个操作条件对应于其中在
从所述能量转移阶段的开始时开始的预设的最小区间之内所述反馈量不超过第一比较阈
值的操作条件。
4.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述鉴别电路包括：比较器块，被配置
为对鉴别量与预设值进行比较，用于生成所述鉴别信号；其中所述鉴别量指示所述输入量
的值。
5.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述鉴别量为所述输入量的分压和与
从所述变压器的初级绕组转移到次级绕组的功率成正比的反馈量的函数。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于，所述鉴别量由下述公式给出：
Vd＝k·(VFB-VFB_min)·Vp其中Vd为所述鉴别量，VFB为所述反馈量，VFB_min为所述反馈量的最小值，Vp为所述输入量
的所述分压，并且k为修正因数。
7.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于，所述鉴别量也是所述输入量的所述分
压的峰值的函数，并且由下述公式给出：
Vd=k·(VFB-VFB_min)·VpVFF]]>其中Vd为所述鉴别量，VFB为所述反馈量，VFB_min为所述反馈量的最小值，Vp为所述输入量
的所述分压，VFF为所述分压的所述峰值，并且k为修正因数。
8.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述鉴别电路被配置用于限定用于切
换所述鉴别信号的阈值，所述阈值根据在所述变压器的初级绕组和次级绕组之间的功率转
移因数以及/或者所述输入量的值而动态地变化。
9.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述处理模块被配置为在具有可变且
可设置的值的消隐时间区间期间禁止在所述反馈量的值和所述至少一个比较阈值之间的
比较，从而控制所述能量转移步骤的结束。
10.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述处理模块被配置为在从所述能
...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·菲拉扎，D·莱纳，M·格拉瓦蒂，D·特里波蒂，M·莱根达，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT