一种准谐振反激式变换器及其控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于准谐振反激式变换器的控制器，所述准谐振反激式变换器包括开关管以控制输入电压的供电，其特征在于，所述控制器包括：过零检测比较器，其检测所述准谐振反激式变换器在所述开关管关断后产生的振荡电压并在检测到所述振荡电压的谷底时产生谷底检测信号；谷底锁定逻辑电路，其连接至所述过零检测比较器的输出端以接收所述谷底检测信号，并对所述谷底检测信号进行谷底计数以在出现选定谷底时发出有效谷底信号；以及驱动脉冲产生模块，其耦合至所述谷底锁定逻辑电路的输出端并在所述有效谷底信号的指示下发出触发信号以导通所述开关管。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种用于准谐振反激式变换器的控制器，所述准谐振反激式变换器包括开关管以控制输入电压的供电，其特征在于，所述控制器包括：过零检测比较器，其检测所述准谐振反激式变换器在所述开关管关断后产生的振荡电压并在检测到所述振荡电压的谷底时产生谷底检测信号；谷底锁定逻辑电路，其连接至所述过零检测比较器的输出端以接收所述谷底检测信号，并对所述谷底检测信号进行谷底计数以在出现选定谷底时发出有效谷底信号；以及驱动脉冲产生模块，其耦合至所述谷底锁定逻辑电路的输出端并在所述有效谷底信号的指示下发出触发信号以导通所述开关管。【专利说明】一种准谐振反激式变换器及其控制器
本技术涉及电源管理电路中的准谐振(QR)技术，尤其涉及一种准谐振反激式变换器及其控制器。
技术介绍
电源管理电路的应用非常广泛，绝大多数电源管理电路都需要内置或者外置MOSFET,通过检测流过MOSFET的电流值可以得到与该电流值相关的电压信号或者电流信号，然后根据该电压信号或者电流信号来控制该MOSFET的导通和关断。准谐振(QR)反激式变换器应用非常广泛。这种架构的主要特征是能够实现零电压导通(ZVS)工作，可以有效降低开关损耗，同时帮助弱化电磁干扰(EMI)信号。图1A为准谐振反激式变换器10的原理图，其可包括电阻RP、变压器101、电感LP、开关管M1、电容器CP、二极管Dtl、输出电容器Cwt、以及控制器100。准谐振反激式变换器10与传统的反激式变换器的原理基本一样，区别在于开关管M1的导通时刻不一样。本领域技术人员可以明白，准谐振反激式变换器10可以采用其他合适的结构，而不限于图1A中所示的【具体实施方式】。以图1A为例，控制器100产生驱动信号Drv用于控制开关管M1的导通和关断，从而控制输入电压Vin的通断。当开关管M1导通时，输入电压Vin经由变压器101转换成输出电压Vwt，并在变压器101中储存能量。当开关管乂关断后，输入电压Vin不再向变压器101供电，变压器101中储存的能量继续提供输出电压V。#当变压器101的副边绕组中的能量释放完毕之后(即变压器101磁通完全复位之后)，在开关管M1的漏极出现正弦波振荡电压，其振荡频率由LP、Cp决定，衰减因子由Rp决定。对于传统的反激式变换器，其工作频率是固定的，因此开关管M1再次导通有可能出现在振荡电压的任何位置(包括峰顶和谷底)。而准谐振反激式变换器10增加了磁通复位检测功能(通常是由变压器101的辅助绕组来实现)，以便在检测到振荡电压达到最低点时导通开关管M1以实现零电压导通(或是低电压导通)，这将减少开关损耗，降低EMI噪声。图1B为图1A中的开关管M1源漏两端电压Vds相对于时间T的波形图。开关管M1导通时电压Vds为0，开关管M1关断后电压Vds为高，而当变压器101的副边绕组中的能量释放完毕之后(即变压器磁通完全复位)，在开关管M1的漏极出现正弦波振荡电压，如图1B中所示的波谷和波峰。准谐振反激式变换器10具有磁通复位检测功能，以便在检测到振荡电压达到最低点时(例如，时间tl和t2)导通开关管M1以实现零电压导通，即谷底导通。图1C为传统的准谐振反激式变换器的控制器100的架构图。控制器100可包括过零检测比较器103、定时器104、与门106、驱动脉冲产生模块107、以及驱动模块108。过零检测比较器103用于检测变压器101的磁通复位(DEM信号)从而在检测到振荡电压的谷底时输出谷底检测信号ZCD。定时器104用于频率限制，以在定时器时间内屏蔽谷底检测信号Z⑶，防止自激(free-running)频率超过上限。频率限制值通常固定为125kHz，即定时器时间8 μ S，从而使频率保持在CISPR-22EMI规范的150kHz起始点频率之下。只有当过零检测比较器103输出的谷底检测信号ZCD出现在定时器104的定时器时间之后，与门106才输出指示信号给驱动脉冲产生模块107。在一个实施例中，驱动脉冲产生模块107可以用RS触发器107来实现，驱动脉冲产生模块107在S端接收到指示信号的情况下发出触发信号，以使驱动模块108产生驱动信号Drv导通开关管乂。另一方面，驱动脉冲产生模块107在R端接收到有效PWM COMP信号的情况下(例如，在变压器101的输出电压/电流超过阈值时)使驱动模块108产生驱动信号Drv关断开关管Mp在准谐振工作模式下，当过零检测比较器103检测到谷底并且定时器104结束计时，与门106输出指示信号给驱动脉冲产生模块107，其使驱动模块108发出驱动信号Drv导通开关管札。如果在定时器104的定时器时间(例如，8 μ s)时间窗口内出现谷底，则与门106不会翻转，从而不允许导通开关管M1，过零检测比较器103会继续检测后面的谷底。在低输入电压和高输出负载时，变压器101的去磁时间较长，会超过8 μ s,从而控制器100将在第一个谷底(其出现在定时器时间结束之后)导通开关管W。然而，随着功率需求降低，变压器101的去磁时间缩短，而当去磁时间缩短至低于8μ s时，频率就被钳位。在这种情况下，在定时器时间(例如，8 μ s)的时间窗口内检测到的谷底会被屏蔽，即开关管M1保持在关断状态，而控制器100将在超过8 μ s之后的谷底导通开关管Mp图1D为包含图1C所示的控制器100的传统准谐振反激式变换器10的开关管M1源漏两端电压Vds的波形图。准谐振反激式变换器10的输出功率有可能使得逐周期能量平衡所需的开关管M1导通时间降到两个邻近谷底之间，例如在一个开关周期内检测到第一个谷底的时间刚好超过8 μ s屏蔽时间，则控制器100在第一个谷底导通开关管M1 (例如，时间tl、t3);几个周期后，跟随的周期中的第一个谷底落在8μ s屏蔽时间内而被忽略，控制器100则在之后的第二个谷底导通开关管M1 (例如，时间t2、t4)。这样控制器100将以大小不等的开关周期工作，较长的开关周期会被较短的开关周期补偿，反之亦然。这就是所谓的谷底跳频，谷底跳频现象使开关频率产生很大变化，这变化会被大峰值电流跳变补偿，而电流跳变导致变压器101中产生可听噪声。
技术实现思路
针对现有技术中存在谷底跳频现象的技术问题，本技术提供了一种准谐振反激式变换器及其控制器，能有效地减少或避免谷底跳频现象。在一个实施例中，提供了一种用于准谐振反激式变换器的控制器，所述准谐振反激式变换器包括开关管以控制输入电压的供电，所述控制器包括:过零检测比较器，其检测所述准谐振反激式变换器在所述开关管关断后产生的振荡电压并在检测到所述振荡电压的谷底时产生谷底检测信号；谷底锁定逻辑电路，其连接至所述过零检测比较器的输出端以接收所述谷底检测信号，并对所述谷底检测信号进行谷底计数以在出现选定谷底时发出有效谷底信号；以及驱动脉冲产生模块，其耦合至所述谷底锁定逻辑电路的输出端并在所述有效谷底信号的指示下发出触发信号以导通所述开关管。在一个实施例中，所述控制器还包括:定时器，其对用于最高频率限制的时间周期进行计时并在所述时间周期到期后输出允许信号；门电路，其连接至所述谷底锁定逻辑电路和所述定时器，并在接收到所述谷底锁定逻辑电路发出的有效谷底信号和所述定时器输出的允许信号时输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于准谐振反激式变换器的控制器，所述准谐振反激式变换器包括开关管以控制输入电压的供电，其特征在于，所述控制器包括：过零检测比较器，其检测所述准谐振反激式变换器在所述开关管关断后产生的振荡电压并在检测到所述振荡电压的谷底时产生谷底检测信号；谷底锁定逻辑电路，其连接至所述过零检测比较器的输出端以接收所述谷底检测信号，并对所述谷底检测信号进行谷底计数以在出现选定谷底时发出有效谷底信号；以及驱动脉冲产生模块，其耦合至所述谷底锁定逻辑电路的输出端并在所述有效谷底信号的指示下发出触发信号以导通所述开关管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33