用于开关模式电源的系统和方法技术方案

本申请涉及用于开关模式电源的系统和方法。根据实施例，一种操作开关模式电源的方法包括通过向第一开关晶体管的控制节点施加第一开关信号以及向第二开关晶体管的控制节点施加第二开关信号来开启开关模式电源，其中所述第一开关信号的占空比小于所述第二开关信号的占空比。在开启开关模式电源之后，通过向第一开关晶体管的控制节点施加第三开关信号以及向第二开关晶体管的控制节点施加第四开关信号来操作开关模式电源，其中所述第三开关信号的占空比基本上等于所述第四开关信号的占空比。

System and method for switching mode power supply

The present invention relates to a system and method for switching mode power supply. According to one embodiment, a method for operating a switched mode power supply comprises a switch by applying a first signal to the control node of the first switch transistor and a second switch signal to the control node of the second switching transistor to open the switch mode power supply, wherein the first switch signal of the duty ratio is less than second switch signals of the duty ratio. After turning on the switch mode power supply, the control node to the first switch transistor applying third switch signal and applying fourth switch signals to the control node of the second switching transistor to operate the switch mode power supply, the third switch signals of the duty ratio is basically equal to fourth switch signals of the duty ratio.

【技术实现步骤摘要】

本公开大体上涉及电子设备，并且更特别地涉及一种用于开关模式电源的系统和方法。
技术介绍
电源系统在从计算机到汽车的很多电子应用中非常普及。大体上，在电源系统内的电压通过操作负载有电感器或变压器的开关以执行DC-DC、DC-AC以及/或AC-DC转换来生成。这种系统的一个类别包括开关模式电源(SMPS)。由于功率转换是通过电感器或变压器的受控充电和放电来执行，因此SMPS较之其他类型的功率转换系统而言通常更为有效并且减少了由于跨越电阻性电压降的功耗引起的能量损失。SMPS通常包括至少一个开关和电感器或变压器。一些特定的拓扑结构包括降压转换器、升压转换器和反激转换器以及其他。控制电路通常用来断开和闭合开关从而对电感器进行充电和放电。在一些应用中，提供到负载的电流以及/或提供到负载的电压经由反馈环路进行控制。SMPS的一个应用是作为用于诸如这些应用在住宅和商业照明应用中从而取代白炽灯泡和小型荧光灯(CFL)的发光二极管(LED)的电源。在一些应用中，SMPS用来将AC线电压转换为DC电流从而对LED进行供电。
技术实现思路
根据实施例，一种用于操作开关模式电源的方法包括通过向第一开关晶体管的控制节点施加第一开关信号以及向第二开关晶体管的控制节点施加第二开关信号，使得第一开关信号的占空比小于第二开关信号的占空比，从而开启开关模式电源。在开启开关模式电源之后，通过向第一开关晶体管的控制节点施加第三开关信号以及向第二开关晶体管的控制节点施加第四开关信号，使得第三开关信号的占空比基本上等于第四开关信号的占空比，从而操作开关模式电源。附图说明为了对本专利技术及其优势有更为全面的理解，现在参照结合附图作出的下面的描述，其中：图1描述了实施例的电源系统；图2描述了实施例的谐振LLC功率转换器；图3a和图3b描述了示例性谐振LLC功率转换器开启序列的波形图；图4a-图4c描述了实施例的谐振LLC功率转换器开启序列的波形图；图5a和图5b描述了示出谐振LLC功率转换器的开启性能的波形图；图6描述了实施例的方法的流程图；以及图7描述了实施例的集成电路的框图。在不同的图中的相对应的数字和符号大体上指代相对应的部分，除非另外指出。附图被描绘为清楚地描述优选实施例的相关方面并且并非必然按照比例描绘。为了更为清楚地描述特定的实施例，指示着相同结构、材料或工艺步骤的变形的字母可能跟随图号。具体实施方式下面详细地讨论目前优选的实施例的制作和使用。然而，应当理解的是，本专利技术提供许多可应用的创新性的概念，其可以实施在多种特定的上下文中。所讨论的特定的实施例仅仅为描述制作和使用本发明的特定方式，而并不限制本专利技术的范围。将关于在特定上下文中的优选实施例来描述本专利技术，一种用于谐振电感器-电感器-电容器(LLC)开关模式电源的系统和方法。本发明的实施例还可以应用到其他开关模式电源配置以及其他包括了对包括但不限于电源系统和发动机控制系统进行开关的其他电路的系统和应用。在本专利技术的实施例中，谐振LLC开关模式电源通过对耦合到电源的初级侧的h-桥电路施加不对称脉冲来进行供电。最初，在开启期间，高侧驱动器接收对应于小占空比的短脉冲，而低侧驱动器接收对应于大占空比的较长脉冲。通过在启动时使低侧驱动器导通较长时段，低侧晶体管的体二极管被赋予了变成反向偏置的机会，由此避免了由二极管的不完全反向恢复性能导致的瞬变。在一些实施例中，h-桥控制信号的开关频率可能在开启期间比在正常操作期间高。图1描述了实施例的开关模式电源系统100，其可以用来从AC线电压向电子系统提供功率。如所示出，开关模式电源系统100包括两级：功率因数校正(PFC)级102，其后跟随有诸如电感器-电感器-电容器LLC电源转换器104的谐振模式的开关模式电源。二极管桥整流器110对AC线电压Vac进行整流从而提供整流后的线电压。PFC级102被配置为将整流后的线电压转换为DC总线电压VPFC，而LLC级被配置为将DC总线电压VPFC转换为将被耦合到由负载块112所代表的负载的输出电压Vo。在操作期间，隔离的反馈电路106对输出电压Vo进行监视并且将反馈提供到生成用于PFC块102和LLC转换器104的开关信号的控制器108。在实施例中，来自LLC转换器104的输出的电压反馈可以用来改变LLC转换器104的开关频率从而对其输出电压Vo进行调节。结合控制器108的PFC级102包括电流控制环路，该电流控制环路使得到PFC102的AC输入电流与AC线电压Vac同相。PFC级102以及LLC转换器104可以经由利用本领域已知的控制方法和算法的控制器108进行控制。在一些实施例中，AC线电压Vac可以为具有约为60Hz或者约为50Hz的线频率的约110Vrms或者约220Vrms。可代替地，可以使用其他的线电压以及频率。图2描述了根据本专利技术的实施例的谐振半桥LLC转换器200。该半桥拓扑结构通常被称为LLC传动系(powertrain)电路拓扑结构，其中每个初级侧功率开关的占空比被设置为约50％，并且开关频率fs改变从而控制诸如输出电压的输出特性。由于开关频率fs改变，开关转换器的有效增益随着开关频率fs关于功率转换器的谐振频率改变而改变。在实践中，每个初级侧功率开关的占空比被设置为稍微小于50％从而避免在开关瞬变期间的电流直通。LLC转换器200耦合到输入电压源VPFC，并且包括通过对功率转换器的开关频率fs进行调节来调节诸如输出电压的功率转换器输出特性的控制器206。如所示出，控制器206感测功率转换器的输出电压Vo以及所希望的输出电压Vref，并且控制初级侧功率开关的开关频率fs，从而将输出电压Vo调节在希望的输出电压Vref。在所描绘的实施例中，控制器206直接感测输出电压Vo，并且经由隔离的驱动器202生成初级侧开关信号LSdrive和HSdrive，并且经由同步整流器驱动器204生成同步整流器开关信号SR1和SR2。在可代替的实施例中，输出电压Vo可以利用诸如光隔离器的隔离反馈电路或其他电路来感测，并且初级侧开关信号LSdrive和HSdrive可以在与控制器206的相同功率域中生成。功率转换器向耦合到输出Vo的系统或负载112提供功率。虽然在所描述的实施例中，传动系采用了半桥谐振功率转换器拓扑结构，...

【技术保护点】
一种操作开关模式电源的方法，所述开关模式电源具有耦合在功率输入节点和电感器驱动节点之间的第一开关晶体管以及耦合在参考节点和所述电感器驱动节点之间的第二开关晶体管，所述方法包括：开启所述开关模式电源，包括向所述第一开关晶体管的控制节点施加第一开关信号，以及向所述第二开关晶体管的控制节点施加第二开关信号，其中所述第一开关信号的占空比小于所述第二开关信号的占空比，在开启所述开关模式电源之后，操作所述开关模式电源，包括向所述第一开关晶体管的控制节点施加第三开关信号以及向所述第二开关晶体管的控制节点施加第四开关信号，其中所述第三开关信号的占空比基本上等于所述第四开关信号的占空比。

【技术特征摘要】
2014.12.18 US 14/575,4291.一种操作开关模式电源的方法，所述开关模式电源具有耦合
在功率输入节点和电感器驱动节点之间的第一开关晶体管以及耦合
在参考节点和所述电感器驱动节点之间的第二开关晶体管，所述方法
包括：
开启所述开关模式电源，包括向所述第一开关晶体管的控制节点
施加第一开关信号，以及向所述第二开关晶体管的控制节点施加第二
开关信号，其中所述第一开关信号的占空比小于所述第二开关信号的
占空比，
在开启所述开关模式电源之后，操作所述开关模式电源，包括向
所述第一开关晶体管的控制节点施加第三开关信号以及向所述第二
开关晶体管的控制节点施加第四开关信号，其中所述第三开关信号的
占空比基本上等于所述第四开关信号的占空比。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一开关信
号和所述第二开关信号之间以及在所述第三开关信号和所述第四开
关信号之间施加死寂区，其中所述第一开关晶体管和所述第二开关晶
体管不是同时导通。
3.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述开关模式电源包
括驱动谐振开关模式转换器的初级侧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述谐振转换器包括电感
器-电感器-电容器(LLC)转换器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述开关模式电源包
括驱动与变压器的绕组串联耦合的电容器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一开关信号和所述
第二开关信号包括第一开关频率，所述第三开关信号和所述第四开关
信号包括第二开关频率，并且所述第一开关频率大于所述第二开关频
率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一开关频率大于

\t175KHz并且所述第二开关频率小于125KHz。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在开启所述开关模
式电源的步骤期间将所述第一开关信号的占空比和所述第二开关信
号的占空比缓变到标称值。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在开启所述开关模
式电源的步骤期间将所述第一开关信号的频率和所述第二开关信号
的频率从第一初始值缓变到最终标称值，其中所述第一初始值高于所
述最终标称值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中开启所述开关模式电源包
括：
在第一时段期间，在开启所述开关模式电源的步骤期间将所述第
一开关信号的频率和所述第二开关信号的频率从第一初始值缓变到
最终标称值，其中所述第一初始值高于所述最终标称值；以及
在所述第一时段之后的第二时段期间，在开启所述开关模式电源
的步骤期间将所述第一开关信号的频率和所述第二开关信号的频率
从所述第一初始值缓变到最终标称值，其中所述第一初始值高于所述
最终标称值。
11.一种电源电路，包括：
控制器，被配置为耦合到第一开关晶体管的控制节点和第二开关
晶体管的控制节点，所述第一开关晶体管耦合在功率输入节点和电感
器驱动节点之间，所述第二开关晶体管耦合在参考节点和所述电感器
驱动节点之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家瑞，黄正斌，林锦宏，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT