用于开关模式电源的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及电子设备，尤其涉及用于开关模式电源的系统和方法。
【背景技术】
[0002]电源系统在从计算机到汽车的许多电子应用中都是流行的。通常，电源系统内的电压通过对加载有电感器或变压器的开关进行操作而执行DC/DC、DC/AC和/或AC/DC转换所产生。一种这样的设备包括开关模式电源(SMPS)。SMPS因为功率转换由电感器或变压器的受控充电和放电所执行而通常比其它类型的功率转换系统更为有效，并且由于跨接电阻电源的功率损耗有所下降而减少了能量损失。
[0003]SMPS通常包括至少一个开关以及电感器或变压器。除其它之外，一些具体拓扑包括降压转换器、升压转换器和反激式转换器。控制电路一般被用来打开和闭合开关以对电感器进行充电和放电。在一些应用中，提供至负载的电流和/或提供至负载的电压经由反馈回路进行控制。
[0004]SMPS的一种应用是用于锂离子电池的充电器。由于锂离子电池在超出电压上限的情况下容易损坏，所以通常利用恒定电流对电池进行充电直至输出电压达到目标电压。结果，这样的电池充电器可以利用被配置为提供恒定电流的SMPS。由于这样的电池充电器可以将来自墙壁插座的AC电流转换为DC电流，所以使用变压器的反激式转换器通常被用来提供AC市电与被充电电池的电流隔离。
[0005]有多种不同的方式可以在反激式SMPS的输出保持恒定电流。例如，可以在反激式转换器的输出或次级侧执行电流测量并且将其反馈至对反激式转换器的初级侧开关进行操作的控制器。另一种可以在反激式SMPS中保持恒定电流的方式是通过初级电流调节，其中在SMPS的初级侧间接感生输出电流。
【发明内容】
[0006]根据一个实施例，一种操作开关模式电源的方法包括在第一周期的第一时间段内接通耦合至变压器的初级绕组的半导体开关，在该第一周期的第二时间段内关断该半导体开关，检测该半导体开关的输出节点处的电压的转换速率的变化，基于对该转换速率的变化的检测确定开关接通时间，并且在第二周期的第一时间段内在所确定的开关接通时间接通该半导体开关。
【附图说明】
[0007]为了更为全面地理解本发明及其优势，现在对以下结合附图所进行的描述进行参考，其中:
[0008]图la-b图示了常规反激式开关模式功率转换器的示意图和相关联的波形图；
[0009]图2a_d图示了一个实施例的反激式开关模式功率转换器的示意图和相关联的波形图；
[0010]图3图示了一个实施例的过零检测器电路的示意图；
[0011]图4图不了个实施例的振铃抑制电路的不意图；
[0012]图5图示了一个实施例的延迟电路的示意图；并且
[0013]图6图示了一个实施例的方法的流程图。
[0014]除非另外有所指示，否则不同附图中相对应的数字和符号指代相对应的部分。附图被绘制为清楚地图示出对优选实施例的相关方面而并非必然依比例进行绘制。为了更为清楚地图示某些实施例，在附图编号后可以跟有指示相同结构、材料或处理步骤的字母。
【具体实施方式】
[0015]以下对目前优选的实施例的形成和使用进行详细讨论。然而，应当意识到的是，本发明提供了能够以在各种具体环境中具体化的许多可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅阐述了形成并使用本发明的具体方式而并非对本发明的范围进行限制。
[0016]将参考具体环境中的优选实施例一一用于反激式配置的开关模式电源的系统和方法一一对本发明进行描述，本发明的实施例还可以应用于其它开关模式电源配置以及包括该开关和其它电路的其它系统和应用，上述其它电路和应用包括但并不局限于电力系统和电机控制系统。
[0017]在本发明的实施例中，反激式转换器的初级电流和次级电流通过设置流过初级绕组的峰值电流并且对初级绕组被充电的时间关于一个周期中的总时间的比率进行控制而得到控制。在操作期间，耦合至变压器的初级绕组的开关被接通直至初级绕组中的电流达到峰值电流。当该开关被关断时，电流流过变压器的次级绕组直至次级绕组被消磁。开关在其已经被关断足够长时间而满足了初级绕组被充电的时间关于一个周期中的总时间的比率时在另一周期内被再次接通。例如，通过检测次级线圈被消磁的时间并且通过对该条件的检测中的定时误差进行补偿，实施该比率中的误差有所减少。被初级侧供电电压的变化所影响的这些定时误差的变化也能够得到补偿。
[0018]在一个实施例中，通过确定开关的输出节点处的电压的斜度何时发生变化而检测次级线圈被消磁的时间。该斜度或转换速率的检测可以通过将开关的输出节点电容耦合至检测电路来实施。对开关的输出节点处的电压斜度的变化方式产生影响的初级侧供电电压的变化通过引入补偿延迟而得到补偿，该补偿延迟取决于初级侧供电电压。
[0019]图1a图示了常规的开关模式反激式转换器100，其包括二极管桥式整流器102、变压器106、开关晶体管122和控制器126。二极管桥式整流器102将例如可以表示AC市电电压的AC电压Vac转换为耦合至变压器106的初级绕组108的DC电压Vin。来自整流操作的残余波纹被输入滤波电容器104所滤波。开关晶体管122的开关动作对变压器106的初级绕组108进行磁化和消磁以从初级绕组108向次级绕组110传输功率。次级绕组110处的输出电流利用输出整流器112进行整流并且利用输出电容器114进行滤波以产生DC输出电压Vout。输出整流器112例如可以利用二极管或者利用诸如同步整流器的另一种电路来实施。
[0020]如所示出的，次级绕组110并不具有从变压器106的次级侧耦合至变压器的初级侧的反馈网络。相反，开关模式反激式转换器100通过对磁性耦合至变压器106的辅助绕组116的电压进行监测而得出其反馈电压。来自辅助绕组106的该反馈电压由控制器126在管脚Vfb处进行监测。此外，控制器126通过在管脚CS处监测在耦合至开关晶体管122的电流感生电阻器124两端的电压而执行初级侧电流的测量。基于从管脚Vfb和VS所取得的反馈，控制器126在尝试保持总体上稳定的输出电压和/或输出电流时在耦合至开关晶体管122的栅极的管脚OUT处产生开关模式。
[0021]在操作期间，功率经由辅助绕组116、二极管118和电容器120提供至控制器126。在启动期间，控制器126可以经由电阻器128从电压Vin接收功率。
[0022]参考图lb，初级绕组电流Ip在节点OUT例如在时间t3和时间t4之间启动开关晶体管122时增大。初级电流Ip在开关晶体管122被启动时斜度增大基本上与输入电压Vin的电压电平成比例并且基本上分别与初级绕组108和变压器的的电感L成反比。也就是说:
[0023]dlin/dt = Vin/L
[0024]当开关晶体管122被启动时，在初级绕组108两端的电压基本上对应于电压Vin，并且在次级绕组110两端的电压基本上对应于-N22/N21.ν?η，其中Ν21表示初级绕组108的绕组数量并且Ν22表示次级绕组110的绕组数量。由于在次级绕组110两端的电压在接通时段为负(这是因为初级绕组108和负绕组110具有相反的绕组感生)，所以通过次级绕组110的电流Is在开关晶体管122被启动时为零。
[0025]当开关晶体管122例如在时间^和14被停用时，在初级绕组108两端的电压并且因此在次级绕组110两端的电压反转极性并且有所增大直至在次级绕组110两端的电压基本上对应于输出电压Vout加上在输出整流器122两端的二极管电压。该二极管电压例如可以对应于二极管122的正向电压。当输出整流器112被停用时，初级绕组108被消磁并且将以电感方式存储在初级绕组108中的能量传送至次级绕组110和输出Vout。如所示出的，当开关晶体管122被关断时，初级电流Ip在时间tjP〖4下降为零，并且当开关晶体管122活动时通过次级绕组110的电流Is为零，其在时间tjP〖4跳转至一个电平并随后开始下降。
[0026]凭借辅助绕组116和初级绕组108之间的电感耦合，开关晶体管122活动的时间(即，当驱动电压OUT为高时)期间的辅助电压Vfb的电压电平基本上对应于
[0027]Vfb = -N23/N21.Vin
[0028]其中N23表示辅助绕组116的绕组数量。当开关晶体管118非活动时(即，节点OUT为低时)，只要通过次级绕组110的