准谐振控制装置和方法及其开关稳压器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对开关稳压器进行准谐振控制的装置和方法、以及包括该装置的开关稳压器，所述装置包括：控制单元，耦接至开关元件，控制开关元件的导通与关断；以及限频单元，耦接至控制单元，为每个开关周期设置最小关断时长，并将所设置的最小关断时长提供给控制单元，以限制开关元件的开关频率；在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小电压时，控制单元导通开关元件；限频单元响应于控制单元对开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时长，来为下一开关周期设置最小关断时长。本发明专利技术的装置和方法能够实时、动态、灵活地设置最小关断时长，避免开关频率的跳变以及音频噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及开关稳压技术，具体涉及对开关稳压器进行准谐振控制的装 置和方法、以及使用该装置的开关稳压器。
技术介绍
如今，许多电子设备需要直流电压供电，通常通过电源适配器获得交流电压，通过 整流桥和开关电源将交流电压转换为所需的直流供电电压。开关电源通常采用变压器或电感作为储能元件。例如在反激变换器中即采用变压 器作为储能元件，开关电耦接至变压器的原边，控制电路控制该开关的导通与关断，使能量 交替地在变压器中被存储或被传递到变压器的副边。变压器的副边经过滤波器在输出电容 两端产生输出电压，该输出电压即为反激变换器的直流输出电压。直流输出电压的增大与 减小与传递到负载的功率大小相反，负载增大会导致直流输出电压减小，而负载减小则会 导致直流输出电压增大。通常情况下，直流输出电压被反馈至控制电路以使开关电源能补 偿负载的变化。开关电源的控制方式很多，主要分为定频控制和变频控制两类，其中以定频控 制最为常用，但定频控制下的开关电源开关损耗大，且其效率会随负载和输入电压变 化而变化。变频控制则克服了这些缺点。最常用且较高效的变频控制为准谐振控制 (Quasi-Resonant Control)，图1为准谐振控制开关稳压电路的波形图。准谐振控制中， 开关电源工作在临界模式下，当流过储能元件的电流下降至零后，储能元件和开关的寄生 电容开始谐振，当开关两端的谐振电压在其最小电压值时开关被导通(通常被称为谷底开 通)，从而减小开关损耗。当流过开关的电流大于与输出电压相关的反馈信号时开关被关 断，从而达到调节输出电压的目的。由上可知，在准谐振QR控制下的开关电源中，负载越小，开关的导通时间和关断 时间越小，开关频率越大。在轻载和高输入电压情况下，开关频率会过高而导致严重的电磁 干扰(electromagnetic interference, EMI)，不仅降低电网质量，还影响与开关电源相连 或位于开关电源附近的电子设备的正常工作，甚至会对无线电波和电视信号造成干扰。因 此，为了限制系统的开关频率处于合理值(通常是125k-150k)，常用方法是设定最小关断 时长，以使开关的关断时间足够长。在每个开关周期，只有到达在最小关断时长之后的最小 电压(谷底)时刻才导通开关，从而既限制了开关频率又保持了谷底开通的优势。在传统QR控制中，只设定一个最小关断时长。当最小电压所处时刻(或称谷底时 刻)与该最小关断时长的结束时刻非常接近时，容易出现开关频率的跳变，从而产生音频 噪声。图2示出了当最小电压所处时刻与最小关断时长Tmin的结束时刻非常接近时的波 形图。如图2所示，在第一周期，第一谷底时刻和第二谷底时刻出现在最小关断时长Tmin 结束之前，因此要等待到第三谷底时刻才能导通开关。在下一周期，由于在实际应用中总会 存在许多扰动或噪声，导致第二谷底时刻略微晚了一点，紧接在最小关断时长Tmin的结束 时刻之后。则在第二谷底时刻进行开关。事实上这使得该周期的时间段更短，开关频率出5现变化。因为第二周期的时间段更短，该周期所传递的平均电流比第一周期的大，这使得来 自输出的反馈要求在下一周期传递更少的电流。因此，下一周期的峰值电流减小了一点，以 平衡总体平均电流。在第三周期，减少的峰值电流使得第二谷底时刻来得更早，再次使得该 周期的第二谷底时刻在最小关断时长Tmin之前来到，系统等待到第三谷底时刻才又能够 进行开关。在这种情况下，即使负载和输入不变，由于系统中扰动的存在，开关关断时长也 会变化，这样的变化会导致开关频率在几个开关周期内跳变，从而引起音频噪声。针对传统单个最小关断时长的开关稳压器中存在的开关频率跳变和音频噪声问 题，提出了一些解决方案，主要通过改变最小关断时长来实现。一种方法是使用两个最小关 断时长，每次最小电压所处时刻接近一个最小关断时长时，将下一周期的最小关断时长切 换到另一个，以使最小电压所处时刻与最小关断时长的终点时刻之间保持足够裕量，避免 系统中扰动引起的最小电压所处时刻变化导致开关频率的跳变，防止音频噪声的产生。但 是，该方法只能使用两个最小关断时长，设计不灵活，极大限制了其应用范围。实际应用中， 对于两个最小关断时长的设置也要求十分精确和严格，否则由于系统可能存在的扰动和噪 声，两个最小关断时长之间的切换也可能无法避免开关频率的跳变，导致可靠性变差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种对开关稳压器进行准谐振控制的装置和方法。 根据本专利技术一方面，提出了一种对开关稳压器进行准谐振控制的装置，所述开关 稳压器包括开关元件和与该开关元件耦接的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所述 储能元件存储和输出能量，所述装置包括控制单元，耦接至开关元件，控制开关元件的导通与关断；以及限频单元，耦接至控制单元，为每个开关周期设置最小关断时长，并将所设置的最 小关断时长提供给控制单元，以限制开关的开关频率；其中，在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小 电压时，控制单元导通开关元件；限频单元响应于控制单元对开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时 长，来为下一开关周期设置最小关断时长。根据本专利技术另一方面，提出了一种对开关稳压器进行准谐振控制的方法，所述开 关稳压器包括开关元件和与该开关元件耦接的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所 述储能元件存储和输出能量，所述方法包括针对每个开关周期，设置最小关断时长，以限制开关元件的开关频率；以及在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小电压 时，导通开关元件；其中，响应于开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时长，来为下一开 关周期设置最小关断时长。根据本专利技术另一方面，提出了一种开关稳压器，包括开关元件；储能元件，与开关元件耦接，随着开关元件的导通和关断，所述储能元件存储和输 出能量；以及对开关稳压器进行准谐振控制的装置，耦接至开关元件，其中所述装置包括控制单元，耦接至开关元件，控制开关元件的导通与关断，限频单元，耦接至控制单元，为每个开关周期设置最小关断时长，并将所设置的最 小关断时长提供给控制单元，以限制开关元件的开关频率；其中，在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小 电压时，控制单元导通开关元件；限频单元响应于控制单元对开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时 长以及预定的最小关断时长上限和下限，来为下一开关周期设置最小关断时长。根据本专利技术另一方面，提出了一种开关稳压方法，包括将开关元件耦接至开关稳压器的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所述储 能元件存储和输出能量；以及经由开关元件对开关稳压器进行准谐振控制，其中，所述准谐振控制包括针对每个开关周期，设置最小关断时长，以限制开关元件的开关频率，以及在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小电压 时，导通开关元件；其中，响应于开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时长以及预定的 最小关断时长上限和下限，来为下一开关周期设置最小关断时长。采用上述装置和方法，能够利用当前开关周期的实际关断时长以及预定的最小关 断时长上限和下限，为下一开关周期设置最小关断时长。这样能够可靠地确保最小电压所 处时刻与最小关断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对开关稳压器进行准谐振控制的装置，所述开关稳压器包括开关元件和与该开关元件耦接的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所述储能元件存储和输出能量，所述装置包括：控制单元，耦接至开关元件，控制开关元件的导通与关断；以及限频单元，耦接至控制单元，为每个开关周期设置最小关断时长，并将所设置的最小关断时长提供给控制单元，以限制开关元件的开关频率；其中，在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小电压时，控制单元导通开关元件；限频单元响应于控制单元对开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时长，来为下一开关周期设置最小关断时长。

【技术特征摘要】
一种对开关稳压器进行准谐振控制的装置，所述开关稳压器包括开关元件和与该开关元件耦接的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所述储能元件存储和输出能量，所述装置包括控制单元，耦接至开关元件，控制开关元件的导通与关断；以及限频单元，耦接至控制单元，为每个开关周期设置最小关断时长，并将所设置的最小关断时长提供给控制单元，以限制开关元件的开关频率；其中，在每个开关周期中，当开关元件上的电压在最小关断时长之后达到其最小电压时，控制单元导通开关元件；限频单元响应于控制单元对开关元件的导通和关断，利用当前开关周期的关断时长，来为下一开关周期设置最小关断时长。2.根据权利要求1所述的装置，其中，限频单元根据预定的最小关断时长上限和下限， 利用当前开关周期的关断时长来为下一开关周期设置最小关断时长。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述限频单元包括计时模块，响应于开关元件的关断，开始计时，并响应于开关元件的导通，停止计时并 计算当前开关周期的关断时长；减法模块，耦接至计时模块，从所计算的当前开关周期的关断时长中减去预定偏移量， 得到相减结果；比较模块，耦接至减法模块，将相减结果与最小关断时长上限和下限相比较，得到比较结果；设置模块，耦接至比较模块，根据比较结果来设置下一开关周期的最小关断时长，并将 所设置的最小关断时长提供给控制单元。4.根据权利要求3所述的装置，其中，当相减结果小于或等于最小关断时长下限时，设置模块将下一开关周期的最小关断时 长设置为最小关断时长下限；当相减结果大于或等于最小关断时长上限时，设置模块将下一开关周期的最小关断时 长设置为最小关断时长上限；当相减结果在最小关断时长下限和上限之间时，设置模块将下一开关周期的最小关断 时长设置为相减结果。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述限频单元包括计时模块，响应于开关元件的关断，开始计时，并响应于开关元件的导通，停止计时并 计算当前开关周期的关断时长；设置模块，耦接至计时模块，根据所计算的当前开关周期的关断时长、以及预定的对最 小关断时长上限与下限之间的时段的区间划分，来设置下一开关周期的最小关断时长，并 将所设置的最小关断时长提供给控制单元。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述设置模块根据当前开关周期的关断时长所 处于的区间、以及为该区间预设的对应最小关断时长，来设置下一开关周期的最小关断时 长。7.根据权利要求6所述的装置，其中，如果所述多个区间的数目大于3，所述多个区间 中前两个或三个区间对应的最小关断时长是最小关断时长下限，其余区间对应的最小关断时长分别是在前区间的起始时间所对应时长。8.根据权利要求5所述的装置，其中，设置模块将下一开关周期的最小关断时长设置 为所计算的当前开关周期的关断时长所处区间对应的最小关断时长。9.根据权利要求2所述的装置，其中，预定的最小关断时长上限和下限是根据开关频 率而设定的。10.根据权利要求3所述的装置，其中，预定偏移量是根据储能元件与开关元件寄生电 容形成的谐振周期而设定的。11.一种对开关稳压器进行准谐振控制的方法，所述开关稳压器包括开关元件和与该 开关元件耦接的储能元件，随着开关元件的导通和关断，所述储能元件存储和输出能量，所 述方法包括针对每个开关周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伊珂，王锐，李恩，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]