开关模式电源和操作开关模式电源的方法技术

一种开关模式电源包括开关模式转换器（12）和用于控制开关模式转换器的控制器，其中提供开关模式转换器用于将输入电压（V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关模式电源和操作开关模式电源的方法
本
一般涉及开关模式电源（SMPS:es）和操作开关模式电源的方法。
技术介绍
使用具有恒定占空比（dutycycle）的固定比（fixedratio）转换器中间总线转换器（IBC）引起输出电压取决于输入电压范围而在大范围中变化。这对输入电压范围施加限制，以便避免对由IBC提供的负载转换器的下游点的过电压。通过控制和切换变压比，可减小输出电压范围。在大多数SMPS拓扑中，输出电压与输入电压成正比，，其中D是占空比，并且如果在SMPS中使用变压器，那么n是变压比。缺少对输出电压的控制的固定比转换器或中间总线转换器（又称为未调节转换器）以固定的最大化占空比运行。这产生最大化的功率效率，因为除了在切换期间所需的停工时间以外，转换器在几乎100%的时间传递能量。通过这种策略，输出电压根据以上公式随输入电压变化。通过称为负载调节器的点的第二层SMPS来处理电压的窄调节：这种功率体系结构称为中间总线体系结构，见美国专利No.7787261B1。半调节转换器以降低功率效率的变化的占空比为代价来补偿变化的输入电压（线性调节）。负载影响输出电压，并且输出电压随负载增大而降低，这又称为电压降（drop）。由于SMPS的输出端具有LC滤波器，所以负载瞬变引起输出电压振荡，其中只有固有的寄生电阻抑制振荡。在上文引用的美国专利No.7787261B1中描述的准调节总线转换器只在输入电压范围的一部分中被线性调节，而在输入电压范围的其它部分中，使用100%占空比而不调节转换器。这在不增加输出电压范围的情况下产生增加的输入电压范围。输出调节转换器通过输出电压的反馈来补偿变化的负载状况和输入电压变化。通常采用电压前馈控制以便减少由于输入电压瞬变的输出电压扰动。这种类型的调节以较低效率为代价提供最稳定的输出电压。
技术实现思路

技术介绍
中描述的控制策略在输出电压容差、瞬变响应和功率效率方面具有缺点。由于这些特性中的许多特性彼此依赖，所以优化其中一个特性导致其它特性更差。一个目的是提供开关模式电源，可以由此来减轻或至少缓解以上缺点。第一方面涉及一种开关模式电源，它包括开关模式转换器和用于控制开关模式转换器的控制器，其中，提供开关模式转换器用于将输入电压转换为输出电压，并且开关模式转换器包括：在初级侧上，初级绕组和在初级绕组上连接输入电压的基于可控开关的电路；以及在次级侧上，耦合到初级绕组的次级绕组，以及连接在次级绕组上的电容元件，其中作为电容元件上的电压来获得输出电压。初级绕组包括第一绕组部分和至少一个另外的绕组部分；并且基于开关的电路包括能够在第一操作状态和至少第二操作状态之间切换的可控开关，其中在第一操作状态，输入电压只连接在第一绕组部分上，并且在至少第二操作状态，输入电压连接在所述第一绕组部分和所述至少一个另外的绕组部分上，从而使得能够在至少两个不同的变压比之间切换。控制器可配置成监测输出电压，并可连接成控制可控开关以便响应于监测的输出电压而在所述第一操作状态和所述至少第二操作状态之间切换。由此，可以减小输出电压变化。开关模式转换器的占空比在开关模式电源的操作期间可以是恒定的，例如最大化。在一个实施例中，控制器可配置成：当监测的输出电压增加到大于第一阈值电压时，控制可控开关以便从第二操作状态切换到第一操作状态；并且当监测的输出电压降低至小于第一阈值电压时，控制可控开关以便从第一操作状态切换回到第二操作状态。在另一个实施例中，控制器可配置成：当监测的输出电压增加到大于第一阈值电压时，控制可控开关以便从第二操作状态切换到第一操作状态；并且当监测的输出电压降低至小于第二阈值电压时，控制可控开关以便从第一操作状态切换回到第二操作状态，其中第一阈值电压可高于第二阈值电压以便获得迟滞控制，并避免在单个阈值电压周围变化的输出电压处在操作状态之间频繁切换。此外，在第一和第二操作状态的每个操作状态，可控开关可以能够在连接状态和断开状态之间切换，其中在连接状态，初级绕组可连接至输入电压，并且其中在断开状态，输入电压可从初级绕组断开，从而使得能够改变开关模式转换器的占空比。控制器可配置成：当监测的输出电压增加到大于第一阈值电压时，控制可控开关进行切换以便在一时间段期间将占空比从标称占空比变为较低占空比，同时停留在第二操作状态；并且在该时间段的末端，控制可控开关进行切换以便同时将占空比变回到标称占空比并且将操作状态从第二操作状态变为第一操作状态。此外，控制器可配置成：当监测的输出电压降低至小于第二阈值电压时，控制可控开关进行切换以便同时将占空比从标称占空比变为较低占空比并且将操作状态从第一操作状态变回到第二操作状态，并且此后控制可控开关进行切换以便在该时间段期间将占空比变回到标称占空比。时间段可介于约0.1与10ms之间，优选介于约0.2与5ms之间，更优选介于约0.5与2ms之间，并且最优选为约1ms。较低占空比乘以第二操作状态的变压比可至少近似地等于标称占空比乘以第一操作状态的变压比。提供以上控制方案以便维持最高的可能功率效率并将输出扼流圈电流(chokecurrent)波纹最小化，同时减小输出电压变化。在另外的实施例中，控制器可配置成还监测开关模式转换器的输入电压，并控制可控开关以便也响应于监测的输入电压而在第一操作状态和至少第二操作状态之间切换，由此获得迟滞控制（即，切换到第一操作状态与切换到至少第二操作状态相比具有另一触发以便避免在操作状态之间频繁切换）。取决于监测的输出电压和监测的输入电压，上面标识的阈值然后可交换阈值。这个实施例可被进一步修改以在变压比切换时包括上面公开的变化的占空比。从而，在一个实施例中，控制器可配置成控制可控开关以便：当满足关于输出和输入电压的第一条件时，从第二操作状态切换到第一操作状态；并且当满足关于输出和输入电压的第二条件时，从第一操作状态切换回到第二操作状态。第一条件可包括：输出电压在第一阈值输出电压以上，并且输入电压在第一阈值输入电压以上；并且第二条件可包括：输出电压在第二阈值输出电压以下，并且输入电压在第二或第一阈值输入电压以下。第二阈值输出电压可低于第一阈值输出电压。第一阈值输入电压可被设置成使得：在第二操作状态中，输出电压升高至第一阈值输出电压以上，同时输入电压升高至第一阈值输入电压以上。另外，在第一和第二操作状态中的每个状态中，可控开关可以能够在连接状态与断开状态之间切换，其中在连接状态，初级绕组连接至输入电压，并且在断开状态，输入电压从初级绕组断开，由此使得能够改变开关模式转换器的占空比。通过这种能力，控制器可配置成：当满足第一条件时，控制可控开关进行切换以便在一时间段期间将占空比从标称占空比变为较低占空比，同时停留在第二操作状态；并且在所述时间段的末端，控制可控开关进行切换以便同时将占空比变回到标称占空比并将操作状态从第二操作状态变为第一操作状态。对应地，控制器可配置成：当满足第二条件时，控制可控开关进行切换以便同时将占空比从标称占空比变为较低占空比并将操作状态从第一操作状态变回到第二操作状态，并且此后控制可控开关进行切换以便在所述时间段期间将占空比变回到标称占空比。较低占空比乘以第二操作状态的变压比可至少近似地等于标称占空比乘以第一操作状态的变压比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关模式电源，包括开关模式转换器（12）和用于控制所述开关模式转换器的控制器（16），提供所述开关模式转换器用于将输入电压（V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关模式电源，包括开关模式转换器（12）和用于控制所述开关模式转换器的控制器（16），提供所述开关模式转换器用于将输入电压（Vin）转换为输出电压（Vout），并且所述开关模式转换器包括：在初级侧上，初级绕组（X1）和在所述初级绕组上连接所述输入电压的基于可控开关的电路（31）；以及在次级侧上，耦合到所述初级绕组的次级绕组（X2），以及连接在所述次级绕组上的电容元件（C），其中作为所述电容元件上的电压来获得所述输出电压，特征在于：所述初级绕组包括第一绕组部分（np1）和至少一个另外的绕组部分（np2）；并且所述基于开关的电路包括能够在第一操作状态和至少第二操作状态之间切换的可控开关（Q11，Q41，Q12，Q42，Q21，Q31），其中在所述第一操作状态，所述输入电压只连接在所述第一绕组部分上，并且在所述至少第二操作状态，所述输入电压连接在所述第一绕组部分和所述至少一个另外的绕组部分上，从而使得能够在两个不同的变压比（n1，n2）之间切换，其中所述控制器（i）配置成监测所述开关模式转换器的输出电压，并且（ii）在操作上连接至所述可控开关以便响应于监测的输出电压而控制所述可控开关在所述第一操作状态和所述至少第二操作状态之间切换。2.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述控制器配置成控制所述可控开关以便：当监测的输出电压增加到大于第一阈值电压（VH）时，从所述第二操作状态切换到所述第一操作状态；并且当所述监测的输出电压降低至小于所述第一阈值电压（VH）时，从所述第一操作状态切换回到所述第二操作状态。3.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述控制器配置成控制所述可控开关以便：当监测的输出电压增加到大于第一阈值电压（VH）时，从所述第二操作状态切换到所述第一操作状态；并且当所述监测的输出电压降低至小于第二阈值电压（VL）时，从所述第一操作状态切换回到所述第二操作状态。4.如权利要求3所述的开关模式电源，其中所述第一阈值电压高于所述第二阈值电压。5.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述控制器配置成监测所述开关模式转换器的输入电压，并控制所述可控开关以便响应于监测的输入电压而控制所述可控开关在所述第一操作状态和所述至少第二操作状态之间切换。6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的开关模式电源，其中所述开关模式转换器的占空比是恒定的，优选地最大化。7.如权利要求3所述的开关模式电源，其中在所述第一和第二操作状态中的每个操作状态，所述可控开关能够在连接状态和断开状态之间切换，其中在所述连接状态，所述初级绕组连接至所述输入电压，并且在所述断开状态，所述输入电压从所述初级绕组断开，从而使得能够改变所述开关模式转换器的占空比，其中所述控制器配置成：当所述监测的输出电压增加到大于所述第一阈值电压（VH）时，控制所述可控开关进行切换以便在时间段（Tchange）期间将所述占空比从标称占空比（Dnom）变为较低占空比（Dlow），同时停留在所述第二操作状态；并且在所述时间段的末端，控制所述可控开关进行切换以便同时将所述占空比变回到所述标称占空比并且将所述操作状态从所述第二操作状态变为所述第一操作状态。8.如权利要求7所述的开关模式电源，其中所述控制器配置成：当所述监测的输出电压降低至小于所述第二阈值电压（VL）时，控制所述可控开关进行切换以便同时将所述占空比从所述标称占空比变为所述较低占空比并且将所述操作状态从所述第一操作状态变回到所述第二操作状态，并且此后控制所述可控开关进行切换以便在所述时间段（Tchange）期间将所述占空比变回到所述标称占空比。9.如权利要求7或8所述的开关模式电源，其中所述时间段介于约0.1与10ms之间，优选介于约0.2与5ms之间，更优选介于约0.5与2ms之间，并且最优选为约1ms。10.如权利要求7-9中任一权利要求所述的开关模式电源，其中所述较低占空比乘以所述第二操作状态的变压比至少近似地等于所述标称占空比乘以所述第一操作状态的变压比。11.如权利要求1-10中任一权利要求所述的开关模式电源，其中所述基于可控开关的电路是全桥、半桥或基于推-拉的电路中的任一种。12.如权利要求1-10中任一权利要求所述的开关模式电源，其中所述可控开关包括位于三个分支中的六个开关，其中在所述三个分支的每一个分支中有两个开关，其中所述分支中的每一个分支与所述输入电压并联连接，并且所述分支中的第一分支的开关（Q11，Q41）之间的点连接至所述初级绕组的一端，所述分支中的第二分支的开关（Q21，Q31）之间的点连接至所述初级绕组的相反端，并且所述分支中的第三分支的开关（Q12，Q42）之间的点连接至所述初级绕组的分离所述第一绕组部分和所述至少一个另外的绕组部分的点。13.如权利要求1-10中任一权利要求所述的开关模式电源，其中：所述初级绕组包括第一绕组部分（np1）、第二绕组部分（np2）和第三绕组部分（np3）；并且所述基于开关的电路（101）包括能够在第一操作状态、第二操作状态和第三操作状态之间切换的可控开关（Q11，Q41，Q12，Q42，Q21，Q31，Q22，Q32），其中在所述第一操作状态，所述输入电压只连接在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：M卡尔斯森，O佩斯森，F瓦勒多，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE