开关模式电源制造技术

一种开关模式电源，包括：具有用于接收输入电压的输入以及用于提供调整后电压的输出的有源箝位回扫变换器，该有源箝位回扫变换器具有用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动的第一开关，以及用于对在回扫变压器的初级侧的开关节点进行箝位的第二开关；以及控制器，用于控制第一及第二开关以在负载电流位于第一预定水平以上时于有源箝位回扫模式下操作有源箝位回扫变换器，并且用于控制第一及第二开关以在负载电流位于第二预定水平以下时于具有可变的切换频率的间断性导通模式下操作有源箝位回扫变换器。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容一般地涉及功率变换器，并且更特别地涉及在变化很大的负载条件下工作的开关模式电源(switched mode power supply)。
技术介绍
开关模式电源能够被用来通过经由能量存储元件(例如，变压器)切换电流而根据交流(AC)电压产生直流(DC)电压。切换的占空比受到控制以将输出电压调整至期望电平。开关模式电源一般地在较重的负载下效率较高，而在较轻的负载下效率较低。两种流行类型的隔离式开关模式电源是正向式(forward mode)变换器和回扫式(flyback mode)变换器。回扫(flyback)变换器常见于AC电压至DC电压的应用中。回扫变换器基于可交替地积聚起磁芯内的通量并将能量传输给输出的回扫变压器。当电流通过初级绕组切换时，在变压器内的初级电流增大，从而将能量存储于变压器内。当开关断开时，在变压器内的初级电流下降，从而在次级绕组上感生出电压。次级绕组将电流供应给负载。控制器改变与初级绕组串联的初级开关的接通与断开时间以将输出电压调整至期望电平。回扫变换器能够被配置用于使用称为有源箝位回扫(ACF)的拓扑结构来切换与初级绕组并联的附加的电抗元件。ACF变换器能够降低构件上的电应力并通过实现初级开关的近乎零电压切换(ZVS)提高效率，并且在没有任何振铃(ringing)的情况下产生干净的漏极波形。它们同样允许次级电流的柔和增加。但是，虽然ACF变换器在中等负载和重负载下具有高效率，它们的效率在较轻的负载下由于来自由于附加电抗元件而在变压器的初级侧不断循环的磁化电流的连续导通损耗而降
低。而且，ACF变换器并不适合于可在轻负载下提高效率的其他技术，例如，周期跳跃和频率折返。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术的至少一个技术问题。本专利技术的一个方面提供一种开关模式电源，其特征在于包括：有源箝位回扫变换器，具有用于接收输入电压的输入以及用于提供调整后电压的输出，所述有源箝位回扫变换器具有用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动的第一开关，以及用于将所述回扫变压器的初级侧的开关节点进行箝位的第二开关；以及控制器，用于控制所述第一及第二开关以在负载电流达到第一预定水平时在有源箝位回扫模式下操作所述有源箝位回扫变换器，并且用于控制所述第一及第二开关以在所述负载电流达到第二预定水平时在具有可变切换频率的间断性导通模式下操作所述有源箝位回扫变换器。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器使用与所述负载电流相关的测得信号的第一阈值以从所述有源箝位回扫模式过渡到所述间断性导通模式，以及使用所述测得信号的第二阈值以从间断性导通模式过渡到有源箝位回扫模式，其中所述第二阈值不同于所述第一阈值。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于当所述负载电流处于低于所述第二预定水平的第三预定水平以下时，所述控制器还将所述切换频率箝位在人类听觉频率范围以上的预定频率。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器控制所述第二开关以在所述有源箝位回扫与间断性导通模式之间过渡，其中从所述有源箝位回扫模式到所述间断性导通模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步退出，并且其中从所述间断性导通模式到所述有源箝位回扫模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步进入。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器使用慢速斜坡信号的前沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐
步进入，并且使用所述慢速斜坡信号的前沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步退出。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器使用慢速斜坡信号的后沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步进入，并且使用所述慢速斜坡信号的后沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步退出。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器使用相对于较快速的三角形信号的慢速斜坡信号的双沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步进入，并且使用相对于所述较快速的三角形信号的所述慢速斜坡信号的双沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步退出。本专利技术的另一方面提供一种开关模式电源，其特征在于包括：控制器，用于控制有源箝位回扫变换器的第一开关和第二开关；其中所述控制器配置所述第一开关以控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动；其中所述控制器配置所述第二开关以控制在所述回扫变压器的初级侧的有源箝位；并且其中所述控制器被配置为控制所述第一开关及第二开关以在负载电流大于第一预定水平时在有源箝位回扫模式下操作所述有源箝位回扫变换器，并且还被配置为控制所述第一开关及第二开关以在所述负载电流小于第二预定水平时在具有可变切换频率的间断性导通模式下操作所述有源箝位回扫变换器。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器包括用于接收代表所述负载电流的测得信号的反馈输入，其中所述控制器使用所述测得信号的第一阈值以从所述有源箝位回扫模式过渡到所述间断性导通模式，并且使用所述测得信号的第二阈值以从间断性导通模式过渡到有源箝位回扫模式，其中所述第二阈值不同于所述第一阈值。根据上述开关模式电源的一个单独实施例，其特征在于所述控制器控制所述第二开关以在所述有源箝位回扫与间断性导通模式之间过渡，其中从所述有源箝位回扫模式到所述间断性导通模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步退出，并且其中从所述间断性导通模式到所述
有源箝位回扫模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步进入。附图说明图1以局部示意图和局部框图形式示出了根据某些实施例的开关模式电源。图2以图示的形式示出了图1的开关模式电源的切换行为。图3以示意图形式示出了在能量存储阶段的图1的开关模式电源。图4以示意图形式示出了在能量存储阶段结束后的过渡中的图1的开关模式电源。图5以示意图形式示出了处于谐振功率输送阶段的图1的开关模式电源。图6示出了根据某些实施例的操作开关模式电源的方法的流程图。图7以图示的形式示出了根据某些实施例的在DCM模式与ACF模式之间的过渡期间的图1的控制器的操作。在下面的描述中，在不同附图中的相同附图标记的使用指示类似的或相同的项。除非另有说明，否则词语“耦合的”及其相关的动词形式包括借助于本
已知的方式进行的直接连接和间接的电连接两种，并且除非另有说明，否则任何关于直接连接的描述都同样蕴含着使用间接的电连接的合适形式的可替换实施例。具体实施方式在一种形式中，开关模式电源包括有源箝位回扫变换器和控制器。有源箝位回扫变换器具有用于接收输入电压的输入，以及用于提供调整后电压的输出，有源箝位回扫变换器具有用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动的第一开关，以及用于对在回扫变压器的初级侧的开关节点进行箝位的第二开关。控制器用于控制第一及第二开关以在负载电流达到第一预定水平时于有源箝位回扫模式下操作变换器，并且用于控制第一及第二开关以在负载电流达到第二预定水平时于具有可变的切换频率的间断性导通模式下操作有源箝位回扫变换器。在某些实施例中，开关模式电源包括用于控制有源箝位回扫变换器的第一开关和第二开关的控制器。控制器配置第一开关，用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动。控制器配置第二开关，用于控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关模式电源，其特征在于包括：有源箝位回扫变换器，具有用于接收输入电压的输入以及用于提供调整后电压的输出，所述有源箝位回扫变换器具有用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动的第一开关，以及用于对所述回扫变压器的初级侧的开关节点箝位的第二开关；以及控制器，用于控制所述第一及第二开关以在负载电流达到第一预定水平时在有源箝位回扫模式下操作所述有源箝位回扫变换器，并且用于控制所述第一及第二开关以在所述负载电流达到第二预定水平时在具有可变切换频率的间断性导通模式下操作所述有源箝位回扫变换器。

【技术特征摘要】
2015.05.20 US 62/164,462;2016.04.25 US 15/137,6831.一种开关模式电源，其特征在于包括：有源箝位回扫变换器，具有用于接收输入电压的输入以及用于提供调整后电压的输出，所述有源箝位回扫变换器具有用于控制通过回扫变压器的初级绕组的电流的流动的第一开关，以及用于对所述回扫变压器的初级侧的开关节点箝位的第二开关；以及控制器，用于控制所述第一及第二开关以在负载电流达到第一预定水平时在有源箝位回扫模式下操作所述有源箝位回扫变换器，并且用于控制所述第一及第二开关以在所述负载电流达到第二预定水平时在具有可变切换频率的间断性导通模式下操作所述有源箝位回扫变换器。2.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于所述控制器使用与所述负载电流相关的测得信号的第一阈值以从所述有源箝位回扫模式过渡到所述间断性导通模式，以及使用所述测得信号的第二阈值以从间断性导通模式过渡到有源箝位回扫模式，其中所述第二阈值不同于所述第一阈值。3.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于当所述负载电流处于低于所述第二预定水平的第三预定水平以下时，所述控制器还将所述切换频率箝位在人类听觉频率范围以上的预定频率。4.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于所述控制器控制所述第二开关以在所述有源箝位回扫与间断性导通模式之间过渡，其中从所述有源箝位回扫模式到所述间断性导通模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步退出，并且其中从所述间断性导通模式到所述有源箝位回扫模式的过渡包括所述第二开关的阈值驱动型逐步进入。5.根据权利要求6所述的开关模式电源，其特征在于所述控制器
\t使用慢速斜坡信号的前沿调制来执行所述第二开关的所述阈值驱动型逐步进入，并且使用所述慢速斜坡信号的前沿调制来执行所述第二开关的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·哈利，B·麦科伊，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US