基于负载条件调节频率和电流的系统和方法
【专利说明】
[0001] 分案申请说明
[0002] 本申请是申请日为2013年8月29日、申请号为201310386241. X、题为"基于负载 条件调节频率和电流的系统和方法"的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0003] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于基于负载条件调节频率和电 流的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于电源变换系统。但是将认识到，本发明具 有更广泛的应用范围。
【背景技术】
[0004] 一般地，传统电源变换系统通常使用变压器来隔离初级侧上的输入电压和次级侧 上的输出电压。为了调整输出电压，诸如TL431和光电耦合器之类的某些组件可被用来从 次级侧向初级侧上的控制器芯片发送反馈信号。替代地，次级侧上的输出电压可被镜像反 应到初级侧，因此通过直接调节初级侧上的一些参数来控制输出电压。
[0005] 图I(A)是示出具有初级侧感测和调整的传统反激式电源变换系统的简化示图。 该电源变换系统100包括控制器102、初级绕组110、次级绕组112、辅助绕组114、电源开关 120、电流感测电阻器130、输出电缆的等效电阻器140、电阻器150和152、以及整流二极管 160。例如，电源开关120是双极型晶体管。在另一不例中，电源开关120是MOS晶体管。
[0006] 为了在预定范围内调整输出电压，需要提取与输出电压和输出负载有关的信息。 在电源变换系统100中，这样的信息可以通过辅助绕组114来提取。当电源开关120被接 通时，能量被存储在次级绕组112中。然后，当电源开关120被关断时，所存储能量被释放 到输出端子，并且辅助绕组114的电压如下所示这样映射次级侧上的输出电压。
[0007]
[0008] 其中，Vfb表示节点154处的电压，并且Vaux表示辅助绕组114的电压。RjP R 2分 别表示电阻器150和152的电阻值。另外，η表示辅助绕组114与次级绕组112之间的匝 数比。具体地，η等于辅助绕组114的匝数除以次级绕组112的匝数。V ci和I ^分别表示输 出电压170和输出电流172。此外，￥?表示整流二极管160的正向电压，并且R表示等效 电阻器140的电阻值。此外，k表示反馈系数，如下所示：
[0009]
[0010] 图I (B)是示出反激式电源变换系统100的传统操作机制的简化示图。如图I (B) 所示，变换系统100的控制器102使用采样和保持机制。当次级侧上的退磁过程几乎完成 并且初级绕组112的电流几乎变为零时，次级绕组112的电压V aux例如在图I(B)的点 A处被采样。所采样电压值通常被保持直到下一电压采样被执行为止。通过负反馈环，所采 样电压值可变得等于参考电压V"f。因此，
[0011] Vfb= Vref (式 3)
[0012] 组合式1和式3,可获得下式：
[0013]
[0014] 基于式4,输出电压随着输出电流的增大而减小。
[0015] 但是，该电源变换系统100通常在操作中具有一些问题，例如，在轻负载条件下具 有音频噪声。因此，改善初级侧感测和调整的技术变得非常重要。
【发明内容】
[0016] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于基于负载条件调节频率和电 流的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于电源变换系统。但是将认识到，本发明具 有更广泛的应用范围。
[0017] 根据一个实施例，一种用于调整电源变换系统的系统控制器包括驱动组件和检测 组件。驱动组件被配置为向与第一电流相关联的开关输出驱动信号，所述第一电流流经电 源变换系统的初级绕组，所述开关包括与第一电压相关的第一开关端子和与第二电压相关 的第二开关端子，所述驱动信号与包括第一开关时间周期和第二开关时间周期的多个开关 时间周期相关联。检测组件被配置为接收与所述第一电压和所述第二电压之差相关联的输 入信号，针对所述第一开关时间周期在检测时段期间检测所述输入信号在大小上的至少一 个波谷，并且至少基于与所述输入信号相关联的信息输出检测信号以影响所述驱动信号。 所述驱动组件还被配置为，响应于所述检测组件针对所述第一开关时间周期在所述检测时 段期间检测到所述输入信号的波谷，在所述检测时段期间改变所述驱动信号以结束所述第 一开关时间周期并且开始所述第二开关时间周期，所述第二开关时间周期跟随着所述第一 开关时间周期。所述检测时段在第一预定时间段的结束处开始并且在第二预定时间段的结 束处结束，所述第二预定时间段的持续时间大于所述第一预定时间段。
[0018] 根据另一实施例，一种用于调整电源变换系统的系统控制器包括电流控制组件和 驱动组件。电流控制组件被配置为接收与流经电源变换系统的初级绕组的第一电流相关联 的电流感测信号以及与所述电源变换系统的输出电流相关联的第一信号，并且至少基于与 所述电流感测信号和所述第一信号相关联的信息输出一个或多个第二信号。驱动组件被配 置为至少基于与所述一个或多个第二信号相关联的信息生成驱动信号，并且向开关输出驱 动信号以影响所述第一电流，所述驱动信号与一个或多个开关时间周期相关。所述电流控 制组件和所述驱动组件还被配置为：响应于所述第一信号指示所述输出电流的大小增大， 改变所述驱动信号以影响所述第一电流，以便减小分别与所述一个或多个开关时间周期相 对应的所述电流感测信号的一个或多个峰值大小。另外，所述电流控制组件和所述驱动组 件还被配置为：响应于所述第一信号指示所述输出电流的大小减小，改变所述驱动信号以 影响所述第一电流，以便增大分别与所述一个或多个开关时间周期相对应的所述电流感测 信号的所述一个或多个峰值大小。
[0019] 根据又一实施例，一种用于调整电源变换系统的系统控制器包括驱动组件和检测 组件。驱动组件被配置为向与第一电流相关联的开关输出驱动信号，所述第一电流流经电 源变换系统的初级绕组，所述开关包括与第一电压相关的第一开关端子和与第二电压相关 的第二开关端子，所述驱动信号与包括第一开关时间周期和第二开关时间周期的多个开关 时间周期相关联，所述第一开关时间周期包括导通时间段和跟随着所述导通时间段的退磁 时段。检测组件被配置为接收与所述第一电压和所述第二电压之差相关联的输入信号，处 理与所述输入信号相关联的信息，并且至少基于与所述输入信号相关联的信息输出检测信 号以影响所述驱动信号。所述驱动组件还被配置为：响应于所述检测组件针对所述第一开 关时间周期在检测时段期间检测到所述输入信号的波谷，在所述检测时段期间改变所述驱 动信号以结束所述第一开关时间周期并且开始所述第二开关时间周期，所述第二开关时间 周期跟随着所述第一开关时间周期。所述驱动组件还被配置为：响应于所述检测组件针对 所述第一开关时间周期在所述检测时段期间未检测到所述输入信号的波谷，在所述检测时 段的结束处改变所述驱动信号以结束所述第一开关时间周期并开始所述第二开关时间周 期。所述驱动组件还被配置为：响应于所述检测时段在所述退磁时段结束之前结束，在所述 退磁时段的结束处改变所述驱动信号以结束所述第一开关时间周期并开始所述第二开关 时间周期。
[0020] 在一个实施例中，一种用于调整电源变换系统的方法包括：向与流经电源变换系 统的初级绕组的第一电流相关联的开关输出驱动信号，所述开关包括与第一电压相关的第 一开关端子和与第二电压相关的第二开关端子，所述驱动信号与包括第一开关时间周期和 第二开关时间周期的多个开关时间周期相关联；接收与所述第一电压和所述第二电压之差 相关联的输入信号；以及处理与所述输入信号相关联的信息。该方法还包括：针对所述第 一开关时间周期在检测时段期间检测所述输入信号在大小上的至少一个波谷；以及至少基 于与所述输入信号相关联的信息输出检测信号以影响所述驱动信号。向与流经电源变换系 统的初级绕组的第一电流相关联的开关输出驱动信号包括：响应于针对所述第一开关时间 周期在所述检测时段期间检测到所述输入信号的波谷，在所述检测时段期间改变所述驱动 信号以结束所述第一开关时间周期并且开始所述第二开关时间周期，所述第二开关时间周 期跟随着所述第一开关时间周期。所述检测时段在第一预定时间段的结束处开始并且在第 二预定时间段的结束处结束，所述第二预定时间段的持续时间大于所述第一预定时间段。
[0021] 在另一实施例中，一种用于调整电源变换系统的方法包括：接收与流经电源变换 系统的初级绕组的第一电流相关联的电流感测信号以及与所述电源变换系统的输出电流 相关联的第一信号；处理与所述电流感测信号相关联的信息；以及至少基于与所述电流感 测信号和所述第一信号相关联的信息输出一个或多个第二信号。该方法包括：至少基于与 所述一个或多个第二信号相关联的信息生成驱动信号；以及向开关输出所述驱动信号以影 响所述第一电流，所述驱动信号与一个或多个开关时间周期相关。向开关输出所述驱动信 号以影响所述第一电流包括：响应于所述第一信号指示所述输出电流的大小增大，改变所 述驱动信号以影响所述第一电流，以便减小分别与所述一个或多个开关时间周期相对应的 所述电流感测信号的一个或多个峰值大小；以及响应于所述第一信号指示所述输出电流的 大小减小，改变所述驱动信号以影响所述第一电流，以便增大分别与所述一个或多个开关 时间周期相对应的所述电流感测信号的所述一个或多个峰值大小。
[0022] 在又一实施例中，一种用于调整电源变换系统的方法包括：向与流经电源变换系 统的初级绕组的第一电流相关联的开关输出驱动信号，所述开关包括与第一电压相关的第 一开关端子和与第二电压相关的第二开关端子，所述驱动信号与包括第一开关时间周期和 第二开关时间周期的多个开关时间周期相关联，所述第一开关时间周期包括导通时间段和 跟随着所述导通时间段的退磁时段；接收与所述第一电压和所述第二电压之差相关联的输 入信号；处理与所述输入信号相关联的信息；以及至少基于与所述输入信号相关联的信息 输出检测信号以影响所述驱动信号。向与流经电源变换系统的初级绕组的第一电流相关联 的开关输出驱动信号包括：响应于针对所述第一开关时间周期在检测时段期间检测到所述 输入信号的波谷，在所述检测时段期间改变所述驱动信号以结束所述第一开关时间周期并 且开始所述第二开关时间周期，所述第二开关时间周期跟随着所述第一开关时间周期；响 应于针对所述第一开关时间周期在所述检测时段期间未检测到所述输入信号的波谷，在所 述检测时段的结束处改变所述驱动信号以结束所述第一开关时间周期并开始所述第二开 关时间周期；以及响应于所述检测时段在所述退磁时段结束之前结束，在所述退磁时段的 结束处改变所述驱动信号以结束所述第一开关时间周期并开始所述第二开关时间周期。
[0023] 取决于实施例，可以获得一个或多个益处。参考下面的详细描述和附图可以全面 地理解本发明的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。
【附图说明】
[0024] 图1㈧是示出具有初级侧感测和调整的传统反激式电源变换系统的简化示图。
[0025] 图I (B)是示出如图I (A)所示的反激式电源变换系统的传统操作机制的简化示 图。
[0026] 图2是示出根据本发明一个实施例的电源变换系统的简化示图。
[0027] 图3㈧是示出如图2所示电源变换系统的开关频率与输出电流之间的关系的简 化示图，并且图3(B)是示出根据本发明一些实施例的如图2所示电源变换系统的电流感测 信号的峰值大小与输出电流之间的关系的简化示图。
[0028] 图3(C)是示出如图2所示电源变换系统的开关频率与输出电流之间的关系的简 化示图，并且图3(D)是示出根据本发明一些实施例的如图2所示电源变换系统的电流感测 信号的峰值大小与输出电流之间的关系的简化示图。
[0029] 图4㈧是示出如图2所示电源变换系统的开关频率与输出电流之间的关系的简 化示图，并且图4(B)是示出根据本发明一些实施例的如图2所示电源变换系统的电流感测 信号的峰值大小与输出电流之间的关系的简化示图。
[0030] 图4(C)是示出如图2所示电源变换系统的开关频率与输出电流之间的关系的简 化示图，并且图4(D)是示出根据本发明一些实施例的如图2所示电源变换系统的电流感测 信号的峰值大小与输出电流之间的关系的简化示图。
[0031] 图5是示出根据本发明一个实施例的作为如图2所示电源变换系统的一部分的控 制器的简化示图。
[0032] 图6㈧是示出如图5所示的开关频率与误差放大信号之间的关系的简化示图，并 且图6(B)是示出根据本发明一些实施例的如图5所示的电流感测信号的峰值大小与误差 放大信号之间的关系的简化示图。
[0033] 图6 (C)是示出如图5所示的开关频率与误差放大信号之间的关系的简化示图，并 且图6(D)是示出根据本发明一些实施例的如图5所示的电流感测信号的峰值大小与误差 放大信号之间的关系的简化示图。
[0034] 图7㈧是示出如图5所示的开关频率与误差放大信号之间的关系的简化示图，并 且图7(B)是示出根据本发明一些实施例的如图5所示的电流感测信号的峰值大小与误差 放大信号之间的关系的简化示图。
[0035] 图7 (C)是示出如图5所示的开关频率与误差放大信号之间的关系的简化示图，并 且图7(D)是示出根据本发明一些实施例的如图5所示的电流感测信号的峰值大小与误差 放大信号之间的关系的简化示图。
[0036] 图8(A)示出了根据本发明一个实施例的如图2所示的电源变换系统在重负载条 件下的时序图。
[0037] 图8(B)示出了根据本发明另一实施例的操作于波谷切换模式中的如图2所示电 源变换系统的时序图。
[0038] 图8(C)示出了根据本发明又一实施例的如图2所示电源变换系统在轻负载条件 下的时序图。
[0039] 图9是示出根据本发明一个实施例的如图2所示电源变换系统的操作方法的