专利名称：开关转换器的脉冲串模式操作的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及ー种开关转换器。本发明具体地涉及ー种用于在脉冲串模式中操作开关转换器的方法和ー种配置成在脉冲串模式中操作的开关转换器。
背景技术：
开关转换器广泛地使用于功率转换领域中。开关转换器包括配置成根据输入电压生成脉宽调制(PWM)电压的至少ー个开关以及接收PWM电压并且生成将向负载供应的输出电压的整流器布置。整流器布置通常包括至少ー个电感存储元件(比如扼流圈)和至少ー个电容存储元件(比如电容器)。通过根据PWM驱动信号接通和关断开关元件来生成PWM电压。控制器根据输出电压提供驱动信号。控制器被配置成变化驱动信号的占空比以便控制输出电压使得它采用给定的设置电压。
驱动信号的占空比依赖于负载的功率消耗，而占空比在功率消耗増加时增加并且占空比在功率消耗减少时減少。在低负载条件之下(这是在负载的功率消耗很低时)，现代控制器进入脉冲串模式。在脉冲串模式中，在脉冲串接通时段期间循环地接通和关断开关元件，并且开关元件在脉冲串接通时段之后的脉冲串关断时段期间持久地处于关断状态。脉冲串接通时段和脉冲串关断时段定义脉冲串周期Tbp和脉冲串频率fBP，其中fBP=l/TBP。脉冲串频率依赖于若干參数(比如输入电压和负载的功率消耗)。当脉冲串频率在IkHz与4kHz之间的频率范围中时可能出现问题。在这ー范围中的脉冲串频率可能引起恼人的可听噪声。因此需要阻止在开关转换器在它的脉冲串模式中操作时生成可听噪声。
发明内容
第一方面涉及ー种用于驱动在提供输出电压的开关转换器中的开关元件的方法。该方法包括生成依赖于输出电压的反馈信号；并且在多个后续脉冲串周期中驱动开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中开关元件在脉冲串接通时段中以开关频率接通和关断并且在脉冲串关断时段中关断。该方法还包括确定脉冲串频率，其中确定脉冲串频率包括评估至少ー个脉冲串周期的持续时间；并且根据确定的脉冲串频率调节至少一个脉冲串周期中的开关频率。第二方面涉及ー种用于驱动在提供输出电压的开关转换器中的开关元件的方法。该方法包括使用可变电阻器来生成依赖于输出电压的反馈信号；并且在多个后续脉冲串周期中驱动开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中开关元件在脉冲串接通时段中以开关频率接通和关断并且在脉冲串关断时段中关断。该方法还包括确定脉冲串频率,其中确定脉冲串频率包括评估至少ー个脉冲串周期的持续时间；并且根据确定的开关频率变化电阻器的电阻值。
现在将參照附图来解释本发明的实施例。应当注意，这些实施例用于图示基本原理，使得仅图示为了理解基本原理而必需的那些特征。附图未按比例。另外，相似标号在附图中通篇表示相似特征。图I示出了图示开关转换器的框 图2图示了开关转换器在正常操作模式中的操作原理；
图3图示了开关转换器在脉冲串模式中的操作原理；
图4示意地图示了在脉冲串模式中操作的开关转换器的操作原理，其中在脉冲串接通时段期间的开关频率是可调节的；
图5示意地图示了开关转换器的开关控制器的实施例；
图6示意地图示了可以在开关转换器的控制器中实施的脉冲串控制电路的实施例；
图7图示了图5的开关控制器的消隐电路的实施例；
图8图示了图6的判决逻辑的实施例；
图9示意地图示了实施为回扫转换器的开关转换器的框 图10示出了如下表，该表图示了在脉冲串模式中操作的开关转换器中的开关元件在影响开关频率的不同參数下的开关频率；
图11图示了开关转换器的开关控制器的另外实施例；
图12图示了包括用于根据输出电压提供反馈信号的可变电阻器的开关转换器的框
图13详细图示了图10的开关转换器的实施例；
图14示出了图示图11的开关转换器的控制回路的框 图15图示了在图11和图12的开关转换器中的控制回路的増益与归ー化的脉冲串频率之间的关系；
图16示出了如下表，在该表中根据图11和图12的开关转换器中的反馈电阻器的电阻值示出了归ー化的脉冲串频率；并且
图17图示了用于驱动开关转换器中的开关的方法，该方法包括变化开关频率并且变化可变电阻器的电阻。
具体实施例方式图I图示了开关转换器的基本框图。开关转换器包括用于施加输入电压Vin的输入端子11、12以及用于提供输出电压Vout的输出端子13、14。可以向负载Z (虚线所示)供应输出电压Vout。开关转换器包括连接于输入端子11、12之一与整流器布置3之间的至少ー个开关元件2。在图I中所示的实施例中，开关元件2连接于第一输入端子11与整流器布置之间。然而这仅为例子。开关元件2还可以连接于第二输入端子12与整流器布置3之间。输入电压Vin可以是DC电压或者AC电压。根据控制器4提供的驱动信号Sd接通和关断开关元件2。通过被接通和关断，开关元件2根据输入电压Vin生成脉宽调制电压Vpwm。向整流器布置3供应脉宽调制电压Vpwm,该整流器布置根据脉宽调制电压Vpwm生成输出电压Vout。脉宽调制电压Vpwm具有与控制器4生成的驱动信号Sd的占空比对应的占空比。可以通过变化驱动信号Sd的占空比来调节开关转换器的输入功率Pin并且因此调节输出电压Vout。在开关转换器的正常操作模式中，控制器4被配置成调节驱动信号Sd的占空比，使得输出电压Vout采用设置电压的值。为此，控制器4接收依赖于输出电压Vout的反馈信号SFB。反馈信号Sfb由连接于输出端子之一与控制器4之间的反馈电路6提供。反馈信号Sfb依赖于输出电压Vout与设置电压之间的差异。可以使用具有比例(P)特性、积分(I)特性或者比例积分特性(PI)的滤波器根据这ー差异生成反馈信号SFB。生成如下反馈信号Sfb的反馈电路(比如图I中的反馈电路6)众所周知，使得在这点上无需进一歩解释，其中该反馈信号依赖于开关转换器中的输出电压Vout与设置电压或者參考电压之间的差异。根据ー个实施例，反馈信号Sfb在输出电压Vout目前太低时增加，并且占空比随着反馈信号増加而增加。在这ー情况下，増加的反馈信号Sfb有助于增加开关转换器的输入功率Pin并且因此有助于增加向负载Z提供的输出功率。现在将參照图2简要地解释控制器4在开关转换器的正常操作模式中的基本操作原理。图2不意地图不了驱动信号SD、反馈信号Sfb和斜波信号Sk的时序图。斜波信号Sk 与反馈信号Sfb—起用来生成驱动信号SD。斜波信号も是具有频率f=l/T的周期信号。根据斜波信号Sk和反馈信号Sfb生成驱动信号SD，使得驱动信号Sd的信号脉冲或者驱动脉冲每当斜波信号Sk的斜波开始时开始，并且驱动脉冲每当斜波信号Sk达到反馈信号Sfb时结束。在图2中，Tw表示驱动脉冲Sd的如下接通时段的持续时间，该接通时段是在驱动脉冲接通开关元件2时的时段，并且Ttw表示如下关断时段的持续时间，该关断时段是在开关元件2关断时的时段。包括接通时段Tw和关断时段Ttw的时间段将在下文中称为开关周期。开关周期的持续时间为T，其中T = Ton + Tqff。T定义开关频率f，其中f=l/T。根据ー个实施例，T恒定。在开关转换器的正常操作模式中，开关操作的占空比D定义为D = Tw/T。占空比D定义开关转换器的输入功率，其中输入功率在占空比D増加时增加。从图2可见接通时段Ton并且因此占空比D在反馈信号Sfb的信号电平增加时增加。斜波信号Sk可以由如下斜波信号生成器(未示出)生成，该斜波信号生成器生成具有多个在时间上后续的斜波的斜波信号，每个斜波具有带有固定定义的斜率的上升沿。根据另ー实施例，斜波信号Sk对应于开关转换器的输入电流Iin或者可以根据该输入电流Iin来生成。这ー输入电流Iin由于整流器布置3的电感特性而每当开关元件2接通时开始增加。根据整流器布置3的具体特性，输入电流Iin在开关元件2关断时立即降至零。这造成如图2中所示的时序图。根据另外实施例，输入电流Iin在开关元件2关断时线性地減少。这造成斜波信号Sk (未示出)的三角波形。开关转换器在正常操作模式中的基本操作原理众所周知，使得在这点上无需进一歩解释。开关元件2可以实施为常规电子开关(比如MOSFET或者IGBT)。在实施为MOSFET或者IGBT的开关元件中，可能出现两个不同种类的损耗。这些损耗包括电容损耗和欧姆损耗。欧姆损耗起因于开关元件2的接通电阻并且出现于开关元件2接通吋。开关元件2的接通电阻是它在它的接通状态(导通状态)中的欧姆电阻。每当开关元件接通和关断时出现电容损耗。这些电容损耗起因于不可避免地存在于MOSFET或者IGBT中并且在器件接通和关断时充电和放电的寄生电容(未示出)。在低负载条件之下(这是在负载Z的功率消耗很低时)，接通时段的持续时间Tw并且因此占空比D減少。随着占空比D減少，电容损耗可能在出现于开关元件2中的总损耗中占主导。因此有开关转换器的如下操作点(由负载的功率消耗定义)，在该操作点进ー步减少占空比D将是效率低的。当这样的 低负载条件出现时，控制器4被配置成进入脉冲串模式。在脉冲串模式中有开关元件2的开关操作的固定占空比并且交替地有其中开关元件2循环地接通和关断的脉冲串接通时段以及其中开关元件2持久地关断的脉冲串关断时段。现在将參照图3简要地解释开关转换器在脉冲串模式中的操作原理，在该图3中图示了反馈信号Sfb和驱动信号Sd的时序图。应当注意图2和图3中的时序图具有不同标度。反馈信号Sfb代表负载Z的功率消耗。根据ー个实施例，开关转换器在反馈信号Sfb降至阈值(这将在下文中称为脉冲串模式接通阈值)时进入脉冲串模式。当开关转换器进入脉冲串模式吋，开关元件2起初关断。这使输出电压Vout减少并且因此使反馈信号Sfb增加直至反馈信号Sfb达到上阈值TH4 (这将在下文中称为脉冲串接通阈值)。在常规开关转换器中，在反馈信号Sfb已达到脉冲串接通阈值TH4之后生成每个驱动周期具有固定接通时段和固定关断时段的驱动周期序列，其中开关元件在接通时段期间接通而在关断时段期间关断。这使输出电压Vout増加(只要负载Z在它的低功率消耗模式(比如待机模式)中)并且使反馈信号Sfb減少。当反馈信号Sfb已减少至在脉冲串接通阈值TH4以下的脉冲串关断阈值TH3时，开关元件2关断并且保持于它的关断状态直至反馈信号Sfb已再次増加至脉冲串接通阈值TH4。反馈信号Sfb在脉冲串模式中的振荡特性起因于如下寒实在脉冲串接通时段期间向负载Z提供的功率闻于负载Z所需的功率而在脉冲串关断时段期间低于负载Z的功率消耗。开关转换器在反馈信号Sfb増加至在脉冲串接通阈值TH4以上的脉冲串模式关断阈值时离开脉冲串模式。反馈信号Sfb在负载Z的功率消耗增加使得在脉冲串接通时段期间不再可以提供足够功率时增加至这ー脉冲串模式关断阈值。图3示意地图示了反馈信号Sfb和驱动信号Sd在常规开关转换器的脉冲串模式中的时序图。在图3中，TH3表示脉冲串关断阈值而TH4表示脉冲串接通阈值。在图3中未图示决定进入和离开脉冲串模式的脉冲串模式接通阈值和脉冲串模式关断阈值。在图3中，TbQN表示脉冲串接通时段的持续时间，而Tbtw表示脉冲串关断时段的持续时间。这些持续时间依赖于不同參数，比如负载Z的功率消耗或者输入电压Vin。參照图3，脉冲串接通时段TbQN和后续脉冲串关断时段TbQFF定义脉冲串周期Tb，其中脉冲串频率fb定义为fb = 1/Tb。脉冲串频率fb是脉冲串接通时段或者脉冲串关断时段出现的频率。当这ー脉冲串频率fb在可听频率范围中比如在IkHz与4kHz之间的频率范围中时可能出现问题。在可听频率范围中的脉冲串频率fb可能造成开关转换器生成的恼人噪声。因此希望保持脉冲串频率fb在给定的频率阈值以下，比如在I. 2kHz以下、在IkHz以下或者甚至在0. 9kHz以下。用于在脉冲串模式中驱动开关转换器中的开关元件(比如图I的开关元件2)的方法的一个实施例包括通过评估至少ー个脉冲串周期的持续时间来确定脉冲串频率fb。该方法还包括当脉冲串频率fb在给定的阈值(比如I. 2kHzUkHz或者0. 9kHz)以上时减少在用于评估目的的(ー个或多个)脉冲串接通时段之后的至少ー个脉冲串接通时段中的平均开关频率。“减少这ー开关频率”意味着在至少ー个脉冲串接通时段期间的开关频率与为了确定脉冲串频率fb而已评估的至少ー个脉冲串周期中的开关频率相比得以減少。将參照图4解释用于减少开关频率的方法的第一实施例。在图4中图示了在脉冲串模式中的反馈信号Sfb和驱动信号Sd的时序图。在这一方法中，在脉冲串接通时段期间生成处于固定频率并且具有固定接通时段的驱动脉沖。然而为了減少在脉冲串接通时段Tbm期间的平均或者有效开关频率，省略或者未生成在脉冲串接通时段期间的ー些接通脉冲。在图4中示意地图示了这一点。省略在一个脉冲串接通时段Tbw期间的ー些接通脉冲造成比生成接通脉冲的开关频率更低的在脉冲串接通时段期间的平均(有效)开关频率。当在脉冲串模式中在脉冲串接通时段期间生成驱动信号Sd时可以应用不同省略方案。这里将在下面进ー步解释这些省略方案中的ー些省略方案。图5示意地图示了控制电路4的实施例，该控制电路被配置成生成驱动信号Sd并且具体配置成在脉冲串频率fb高于给定的阈值时通过省略在脉冲串接通时段期间的个别驱动脉冲来减少开关频率。应当注意，图5是仅示意地示出了控制电路4的相关功能块的框图。应当注意，可以用许多不同方式实施这些功能块。
參照图5，控制电路4包括两个信号生成单元第一信号生成单元も，在控制电路4的正常操作模式中生成驱动信号SD;以及第二信号生成単元42，在脉冲串模式中生成驱动信号SD。在本实施例中，第一信号生成単元も包括接收反馈信号Sfb和斜波信号Sk的比较器41、生成第一时钟信号的第一时钟生成器43以及在设置输入S接收第一时钟信号生成器43的输出信号而在重置输入R接收比较器41的输出信号的触发器42。第一驱动信号SD’在触发器42的输出Q可用。在正常操作模式中，在第一时钟生成器43的每个时钟周期的开始设置触发器42，使得第一驱动信号SD’的驱动脉冲开始于时钟生成器43的每个时钟周期的开始。这时，斜波信号Sk开始增加。重置触发器42，使得第一驱动信号SD’的驱动脉冲在斜波信号Sk达到反馈信号Sfb时结束。控制电路4在正常操作模式中的这一基本功能对应于图I中所示的功能。根据ー个实施例，斜波信号Sk与开关转换器(见图I)的输入电流Iin成比例。在脉冲串模式控制电路50控制的复用器44的第一输入处接收第一驱动信号SD’。脉冲串模式控制电路50接收反馈信号Sfb并且生成在下文中将称为脉冲串模式控制信号的第一输出信号SSOp复用器44在控制输入处接收脉冲串模式控制信号SSO1并且配置成在脉冲串模式控制信号SSO1表明控制电路4在正常操作模式中时将驱动信号SD’传递到它的输出。驱动信号Sd在复用器44的输出处可用。可选地,放大器45放大复用器44的输出信号以便生成驱动信号SD。驱动信号Sd是配置成驱动开关元件2 (见图I)接通和关断的脉宽调制信号。第二驱动信号生成单元42生成在复用器44的第二输入处接收的第二驱动信号SD’ ’。复用器44在脉冲串模式控制信号SSO1表明控制电路4在脉冲串模式中时将这一第ニ驱动信号SD’’传递到它的输出以便形成驱动信号SD。第二驱动信号生成単元包括由脉冲串模式控制电路50的第二输出信号S502激活和去激活的第二时钟生成器46。这ー第二输出信号S502将在下文中称为脉冲串控制信号。脉冲串模式控制电路50被配置成在脉冲串接通时段(见图3中的TbQN)期间激活第二时钟生成器46并且在脉冲串关断时段(见图3中的TbQFF)期间去激活第二时钟生成器46。当激活第二时钟生成器46时，它生成输出信号S46，该输出信号包括处于给定的开关频率的驱动脉冲序列。这些驱动脉冲具有固定持续时间。第二驱动信号生成电路还包括消隐电路47，该消隐电路被配置成取消或者省略第ニ时钟生成器46提供的驱动脉冲序列中的个别驱动脉沖。消隐电路47由脉冲串模式控制电路50的第三输出信号3503控制。这ー第三输出信号S503将在下文中称为消隐信号。消隐信号S503包括关于驱动脉冲将被取消的频率的信息。根据这里将在下面进一步详细解释的ー个实施例，时钟信号S46细分成具有n个后续时钟脉冲的组，其中省略电路47被配置成省略或者取消这些序列中的每个序列中的X个时钟脉冲，其中X在0与n-1之间。在这ー实施例中，消隐信号S503定义X，这意味着消隐信号定义在n个时钟脉冲的每个序列中省略多少个时钟脉冲。应当注意，图5仅示意地图示了控制电路4的操作原理。可以用许多不同方式实施两个信号生成単元4i、42。图6示意地图示了脉冲串模式控制电路50的实施例。根据这ー实施例的脉冲串 模式控制电路50包括三个单元生成脉冲串模式控制信号SSO1的第一単元、生成脉冲串控制信号S502的第二単元和生成消隐信号S503的第三単元。第一単元接收反馈信号Sfb、脉冲串模式接通阈值THl和脉冲串模式关断阈值TH2。脉冲串模式控制信号SSO1在第一触发器57的(非反相)输出Q处可用。每当反馈信号Sfb降至脉冲串模式接通阈值THl以下时设置这ー触发器57。每当反馈信号Sfb升至脉冲串模式关断阈值TH2以上时重置第一触发器57。第一単元包括比较反馈信号Sfb与脉冲串模式接通阈值THl的第一比较器51以及比较反馈信号Sfb与脉冲串模式关断阈值TH2的第二比较器52。在第一比较器51的输出处，用于第一触发器57的设置信号可用，并且在第二比较器52的输出处，用于第一触发器57的重置信号可用。在图6中所示的实施例中，无论何时设置第一触发器57，第一触发器57都表明控制电路在脉冲串模式中，并且无论何时重置第一触发器57都表明第一触发器57在正常操作模式中。在这ー实施例中，脉冲串模式控制信号SSO1的高信号电平(逻辑“I”)表明控制信号在它的脉冲串模式中，而脉冲串模式控制信号SSO1的低信号电平(逻辑“0”)表明控制电路4在正常操作模式中。然而这仅为例子，为了表明脉冲串模式和正常操作模式也可以使用其它信号电平。可选地,第一触发器57的设置信号并非仅为第一比较器51的输出信号而是通过AND (与)连接第一比较器51的输出信号与这ー输出信号的延迟版本来获得，其中比较器输出信号的延迟版本在延迟元件55的输出处可用。在这ー实施例中，在反馈信号Sfb保持于脉冲串模式接通阈值THl以下达由延迟元件55定义的给定时间段之前未进入脉冲串模式。脉冲串控制信号S502在第二触发器59的输出处可用。这ー触发器59接收第三比较器53的输出信号作为重置信号和第四比较器54的输出信号作为设置信号。可选地，第三比较器53的输出信号与脉冲串模式控制信号SSO1进行AND连接。在图6中所示的实施例中，脉冲串控制信号S502在第二触发器59被设置时具有高信号电平(逻辑“ I ”)而在第二触发器59被重置时具有低信号电平(代表逻辑“O”)。每当反馈信号Sfb升至脉冲串接通阈值TH4或者以上(还见图3和图4)时设置第二触发器59以便开始脉冲串接通时段。在第四比较器54的输入信号处接收脉冲串接通阈值TH4和反馈信号SFB。每当反馈信号Sfb减少至脉冲串关断阈值TH3或者降至脉冲串关断阈值TH3以下(还见图3和图4)时重置第二触发器59以便结束脉冲串接通时段并且开始脉冲串关断时段。參照前文已解释的内容，脉冲串接通阈值TH4高于脉冲串关断阈值TH3。另外，脉冲串模式接通阈值THl低于脉冲串关断阈值TH3，并且脉冲串模式关断阈值TH2在脉冲串接通阈值TH4以上。根据一个实施例，脉冲串模式接通阈值THl约为I. 2V，脉冲串模式关断阈值TH2约为4. 5V，脉冲串接通阈值TH4约为4. OV,并且脉冲串关断阈值TH3约为3. 5V。生成消隐信号S503的第三单元被配置成基于包括脉冲串接通时段(图3和图4中的TbQN)和脉冲串关断时段(图3和图4中的TbQFF)的至少一个脉冲串周期的持续时间确定脉冲串频率fb。参照前文已解释的内容，脉冲串频率fb是脉冲串周期Tb的倒数。第三单元包括脉冲串周期定时器61，该脉冲串周期定时器接收第三和第四比较器53、54的输出信号中的至少一个输出信号。在图6中的实施例中，脉冲串周期定时器61接收这两个比较器信号。这些比较器信号包括关于脉冲串接通时段和脉冲串关断时段何时开始的信息。在脉冲串接通时段的两次后续开始之间或者在脉冲串关断时段的两个后续开始之间的时间段对应于脉冲串周期Tb。脉冲串周期定时器61被配置成计算至少一个脉冲串的脉冲串周期Tb。根据另一实施例，脉冲串周期定时器确定恰好一个脉冲串的持续时间。根据另一实施例，脉冲串周期定时器计算多个后续脉冲串的持续时间——每个脉冲串包括脉冲串接通时 段和后续脉冲串关断时段一并且确定个别脉冲串的持续时间Tb的平均值。可以根据确定的脉冲串持续时间Tb计算脉冲串频率。参照图6，判决逻辑62接收关于脉冲串周期持续时间Tb或者脉冲串频率发fb的信息并且计算驱动信号脉冲将被省略或者取消的频率。在消隐信号S503中包括这一信息。图7图示了图5的省略电路47的实施例。省略电路47接收消隐信号S503，该消隐信号接收关于时钟信号(见图5中的46)的时钟脉冲将被省略的频率的信息或者关于在具有η个时钟脉冲的每个序列中的多少时钟脉冲将被省略的信息。图7的省略电路47被配置成接收消隐信号S503，该消隐信号定义或者包括将在η个后续时钟脉冲的每个序列中省略的时钟脉冲的数目X。图7的省略电路包括如下计数器，该计数器在输入47^接收时钟信号S46并且配置成对时钟信号S46的时钟脉冲计数。计数器471的计数器读数在计数器的输出4712可用。计数器471被配置成循环地向上计数至最大值，其中最大值对应于一个序列中的时钟脉冲数目η。根据一个实施例，计数器从I循环地计数至η，其中计数器读数随着时钟信号的每个时钟脉冲或者时钟周期而改变。在这一情况下，在计数器的输出4712的计数器读数序列是 1、2、…、η-1、η、1、2、…、η-1、η、1、2、…。省略电路还包括存储单元472，该存储单元接收代表X的消隐信号S503并且存储与n-x对应的值，其中n-x是允许传递的η个时钟脉冲的每个序列中的时钟脉冲数目。比较器473接收计数器471的计数器读数与n-x。比较器473的输出控制接收时钟信号S46的传递门474，使得传递门474仅在计数器读数小于或者等于n-x时允许时钟信号的时钟脉冲传递。这等效于在η个时钟脉冲的每个序列中不允许X个时钟脉冲传递的事实。根据一个实施例，传递门474实施为AND门，并且计数器在它的输出处生成逻辑“O”以便无论何时计数器读数高于n-x都“阻塞”门。图8图示了判决逻辑62的实施例。判决逻辑从脉冲串周期定时器接收关于一个脉冲串周期的持续时间Tb或者关于脉冲串频率fb的信息，其中fb=l/Tb。出于解释目的，假设向判决逻辑提供一个脉冲串周期的持续时间Tb。根据一个实施例，脉冲串周期定时器61每个脉冲串周期提供新脉冲串周期信息，其中可以通过评估仅一个脉冲串周期来生成或者可以通过评估多个后续脉冲串周期来生成脉冲串周期信息Tb。判决逻辑62在第一存储单元621中存储脉冲串周期信息Tb并且比较存储的信息与存储于第二存储单元622中的参考值。参考值代表脉冲串周期的持续时间或者可听噪声的生成被阻止的脉冲串频率(比如IkHz或者更少的脉冲串频率)。评估单元623比较存储于第一存储单元621中的当前脉冲串周期信息与存储于第二存储单元622中的参考信息并且控制计数器624，该计数器生成如下输出信号，该输出信号代表将在η个时钟脉冲的序列中省略的时钟脉冲数目X。根据一个实 施例，评估单元623被配置成每当存储如下新脉冲串周期信息Tb时递增计数器624，该新脉冲串周期信息代表比参考信息代表的脉冲串频率更高的脉冲串频率。计数器624的计数器读数代表将在具有η时钟脉冲的每个脉冲序列中省略的时钟脉冲数目X。评估电路623还可以被配置成递减计数器624以便减少待省略的时钟周期数目X。根据一个实施例，评估单元623被配置成每当存储如下新脉冲串周期信息时递减计数器624，该新脉冲串周期信息代表在阈值频率以下的脉冲串频率。根据一个实施例，阈值频率在300Hz与500Hz之间(比如400Hz)，使得当脉冲串频率在这一阈值以下时递减计数器624。现在将解释省略或者取消个别驱动脉冲的效果。出于解释目的，假设开关转换器是回扫转换器，该回扫转换器具有如图9中所示的整流器3拓扑。回扫转换器包括变压器30，该变压器具有与开关元件2串联连接的初级绕组31，其中具有开关元件2和初级绕组31的串联电路连接于输入端子11、12之间。变压器30还包括与初级绕组31电感耦合的次级绕组32。另外，整流器与次级绕组32并联连接。输出电压Vout在整流器的输出端子可用。整流器可以像适合用于整流PWM电压的常规整流器来实施。在图7中所示的实施例中，整流器包括具有二极管33和电容电荷存储元件(比如电容器34)的串联电路。输出电压Vout在电容器34两端可用。应当注意也可以使用任何其它适合用于在回扫转换器中实施的整流器。在图9的回扫转换器中，能量在开关元件2接通时存储于初级绕组31中。当开关元件2随后关断时，存储于初级绕组31中的能量经由整流器传送到次级绕组32和输出端子13、14。假设&是当无驱动脉冲的消隐或者省略时在脉冲串模式中在脉冲串接通时段期间的开关频率。在这一情况下，开关转换器在一个脉冲串周期中的平均输入功率给定为
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其中Pin是平均输入功率，Lp是初级绕组31的电感，Vin是输入电压，D是驱动信号Sd的占空比，fs是在脉冲串接通时段期间的开关频率，Tbm是脉冲串接通时段的持续时间，并且Tbtw是脉冲串关断时段的持续时间。当负载Z恒定时，脉冲串关断时段Tbtw (这是在开关元件2持久地关断使得输出电压Vout减少并且反馈信号Sfb增加时的时间)可以视为独立于脉冲串接通时段。当在脉冲串接通时段期间取消或者省略驱动脉冲时，脉冲串接通时段的总持续时间Tbm增加。开关转换器在其中在脉冲串接通时段期间的驱动脉冲被取消的场景中的输入功率Pin’可以表达如下
权利要求
1.一种用于驱动在提供输出电压的开关转换器中的开关元件的方法，所述方法包括 生成依赖于所述输出电压的反馈信号； 在多个后续脉冲串周期中驱动所述开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中所述开关元件在所述脉冲串接通时段期间以开关频率接通和关断并且在所述脉冲串关断时段期间关断； 确定脉冲串频率，其中确定所述脉冲串频率包括评估至少一个脉冲串周期的持续时间；并且 根据确定的脉冲串频率调节至少一个脉冲串周期中的有效开关频率。
2.根据权利要求I所述的方法，其中当所述确定的开关频率在频率阈值以上时减少所述有效开关频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述频率阈值是1kHz。
4.根据权利要求I所述的方法，其中根据驱动信号接通和关断所述开关元件，其中在脉冲串接通时段期间提供所述驱动信号包括 提供包括接通脉冲的周期信号，并且 根据所述周期信号生成所述驱动信号，其中通过省略接通脉冲来调节所述有效开关频率。
5.根据权利要求4所述的方法， 其中所述周期信号包括后续脉冲序列，其中每个脉冲序列包括n个接通脉冲，其中n>l，并且 其中调节所述有效开关频率包括省略每个脉冲组中的k个脉冲，其中k〈n。
6.根据权利要求5所述的方法，其中n=7。
7.根据权利要求I所述的方法，还包括 使用可变电阻器来生成所述反馈信号；并且 根据所述确定的脉冲串频率，变化所述电阻器的电阻值。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括 减少所述有效开关频率直至所述脉冲串频率在第一阈值以下；并且 减少所述电阻值直至所述脉冲串频率在低于所述第一阈值的第二阈值以下。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在减少所述电阻值之后，当所述脉冲串频率在低于所述第二频率阈值的第三频率阈值以下时增加所述开关频率。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述开关转换器是回扫转换器。
11.一种用于驱动开关转换器中的开关元件的控制器，所述控制器包括 输入端子，用于接收反馈信号； 输出端子，用于提供驱动信号； 其中所述控制器被配置成 在多个后续脉冲串周期中驱动所述开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中所述开关元件在所述脉冲串接通时段期间以开关频率接通和关断并且在所述脉冲串关断时段期间关断， 确定脉冲串频率，其中确定所述脉冲串频率包括评估至少一个脉冲串周期的持续时间，并且根据确定的脉冲串频率调节至少一个脉冲串周期中的有效开关频率。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中当所述确定的脉冲串频率在频率阈值以上时减少所述有效开关频率。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述频率阈值是1kHz。
14.一种用于驱动在提供输出电压的开关转换器中的开关元件的方法，所述方法包括 使用可变电阻器来生成依赖于所述输出电压的反馈信号； 在多个后续脉冲串周期中驱动所述开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中所述开关元件在所述脉冲串接通时段期间以开关频率接通和关断并且在所述脉冲串关断时段期间关断； 确定脉冲串频率，其中确定所述脉冲串频率包括评估至少一个脉冲串周期的持续时间；并且 根据确定的脉冲串频率，变化所述电阻器的电阻值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中当所述脉冲串频率在给定的频率阈值以上时减少所述电阻值。
16.一种用于驱动开关转换器中的开关元件的控制器，所述控制器包括 输入端子，用于接收反馈信号； 第一输出端子，用于提供驱动信号； 第二输出端子，用于调节反馈电阻器的电阻值； 所述控制器，配置成 在多个后续脉冲串周期中驱动所述开关元件，每个脉冲串周期包括脉冲串接通时段和后续脉冲串关断时段，其中所述开关元件在所述脉冲串接通时段期间以开关频率接通和关断并且在所述脉冲串关断时段期间关断， 确定脉冲串频率，其中确定所述脉冲串频率包括评估至少一个脉冲串周期的持续时间， 根据确定的脉冲串频率，变化所述电阻器的所述电阻值。
全文摘要
本发明涉及开关转换器的脉冲串模式操作。公开了一种用于在脉冲串模式中驱动开关转换器中的开关元件的方法和一种用于开关转换器中的开关的控制器。
文档编号H02M1/00GK102739018SQ20121008987
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者弓小武, 毛明平, 郭绍锦 申请人:英飞凌科技股份有限公司