用于调节准谐振模式下运行的电源变换系统的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于调节电源变换系统的系统和 方法。
【背景技术】
[0002] 本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于 调节电源变换系统的系统和方法。仅通过实例的方式，本发明的一些实施例已被应用于在 准谐振模式下运行的电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。
[0003] 图1是示出了常规反激式电源变换系统的简图。电源变换系统100包括初级绕组 108,次级绕组110,辅助绕组112,功率开关106,电流感测电阻器104,两个二极管114和 116,电容器118、120和126,整流桥128,电阻器130、132和134,系统控制器102、与（AND) 门172、或（OR)门174以及隔离反馈组件103。隔离反馈组件103包括电阻器136、138、140 和142,电容器122、124和146,三端调节器143以及光耦合器144。系统控制器102包括电 阻器148、比较器150、退磁检测器152和触发器组件154。例如，功率开关106包括双极结 型晶体管。在另一示例中，功率开关106包括场效应晶体管（例如，金属氧化物半导体场效 应晶体管）。在又一示例中，功率开关106包括绝缘栅型双极晶体管。
[0004] 如图1所示，电源变换系统100使用包括初级绕组108和次级绕组110的变压器 来隔离电源变换系统100的初级侧和次级侧。与次级侧上的输出电压156有关的信息可通 过包括电阻器138和142的分压器来提取。反馈信号158 (FB)是基于与输出电压156有关 的信息生成的。控制器102接收该反馈信号158,并生成驱动信号160来接通或关断开关 106以便于调节输出电压156。
[0005] 如果功率开关106被闭合（例如，接通），则能量被存储在包括初级绕组108和次 级绕组110的变压器中。然后，如果功率开关106被断开（例如，关断），则所存储的能量 被释放到输出端166,并且系统100进入退磁过程。信号198 (例如，INV)通过包括电阻器 132和134的分压器来映射辅助绕组112的绕组电压196。退磁检测器152使用信号198 来检测退磁过程，并向与门172输出检测信号194,与门172还接收与系统100的最大操作 频率相关联的信号173(Max fre on)。或门174接收来自与门172的信号175以及与系统 100的最小操作频率相关联的信号176 (Min fre on)，并向触发器组件154 (例如，在端子S 处）输出信号178 (on)。比较器150接收电流感测信号192和反馈信号158,并向触发器组 件154 (例如，在端子R处）输出比较信号190 (off)。
[0006] 在退磁过程完成（例如，所存储的能量被完全释放到输出端166)后，在初级绕组 108和功率开关106的寄生电容器168之间发生串联谐振。如果在串联谐振期间电容器168 的电压降达到局部最小值（例如，在功率开关106的端子之间的电压降达到局部最小值）， 则系统控制器102改变驱动信号160以闭合（例如，接通）功率开关106。开关106的开关 损耗被降低，并且电源变换系统100的效率被提高。例如，开关106的开关周期包括在其间 开关106被闭合（例如，接通）的接通时间段和在其间开关106被断开（例如，关断）的关 断时间段。
[0007] 图2是用于反激式电源变换系统100的简化常规时序图，其中电源变换系统100 在准谐振（QR)模式下运行。波形202表示作为时间的函数的驱动信号160 (gate)，波形203 表示作为时间的函数的反馈信号158 (FB)，波形204表示作为时间的函数的电流感测信号 192 (vcs)，波形206表示作为时间的函数的信号198 (inv)，以及波形208表示作为时间的函 数的检测信号194(Valley on)。例如，t。彡t A 12。
[0008] 在丨。到t i之间的时间段期间，驱动信号160处于逻辑高电平（例如，如波形202所 示），并且功率开关106被闭合（例如，接通）。输入电压186应用在初级绕组108上，并且 电流188流经初级绕组108。电流感测信号192在量值上增加（例如，如波形204所示）。 信号198保持处于低量值（例如，0)，并且检测信号194保持处于低量值（例如，0)。
[0009] 在^处，电流感测信号192达到反馈信号158 (例如，如波形203和204所示）， 并且比较器150将比较信号变为逻辑高电平。作为响应，驱动信号160从逻辑高电平变为 逻辑低电平（例如，如波形202所示），并且功率开关106被断开（例如，被关断）。电流感 测信号192迅速减小到低量值（例如，0)。与辅助绕组112的绕组电压196相关联的信号 198 (例如，INV)迅速增加到量值210 (例如，如波形206所示）。系统100进入退磁过程。
[0010] 在退磁过程完成之后，在初级绕组108和功率开关106的寄生电容器168之间发 生串联谐振。在〖 2处，信号198 (例如，INV)变为局部最小值212 (例如，如波形206所示）， 并且由退磁检测器152在检测信号194中生成脉冲（例如，如波形208所示）。作为响应， 驱动信号160从逻辑低电平变为逻辑高电平（例如，如波形202所示），并且功率开关106 再次被闭合（例如，被接通）。
[0011] 系统100在准谐振模式下无法解决与系统控制有关的许多问题，诸如噪声。因此， 改进调节在准谐振模式下运行的电源变换系统的技术是非常需要的。
【发明内容】
[0012] 本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于 调节电源变换系统的系统和方法。仅通过示例的方式，本发明的一些实施例已被应用于在 准谐振模式下运行的电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。
[0013] 根据一个实施例，用于调节电源变换系统的系统控制器包括：第一信号处理组件， 该第一信号处理组件被配置成接收与电源变换系统的辅助绕组相关联的第一信号，并且至 少部分基于第一信号生成第二信号。该电源变换系统还包括初级绕组和次级绕组；以及驱 动组件，该驱动组件被配置成接收第二信号并输出驱动信号以断开或闭合开关从而影响流 经初级绕组的电流。第一信号处理组件还被配置成：检测第一信号的多个波谷，该多个波谷 对应于电源变换系统的同一退磁过程；从该多个波谷中选择一个波谷；并且在所选择的波 谷处改变第二信号。驱动组件还被配置成至少基于与所选择的波谷相关联的信息改变驱动 信号以便于闭合开关。
[0014] 根据另一实施例，用于调节电源变换系统的系统控制器包括：第一信号处理组件， 该第一信号处理组件被配置成接收与电源变换系统的辅助绕组相关联的第一信号，并且至 少部分基于第一信号生成第二信号。该电源变换系统还包括初级绕组和次级绕组；第二信 号处理组件，该第二信号处理组件被配置成接收与电源变换系统的输出信号相关联的第三 信号，并且至少部分基于第三信号生成第四信号，第四信号指示第一时间段；以及驱动组 件，该驱动组件被配置成接收第二信号和第四信号，并输出驱动信号以断开或闭合开关从 而影响流经初级绕组的电流。第一信号处理组件还被配置成：确定第一信号的第一组一个 或多个波谷，该第一组一个或多个波谷分别对应于电源变换系统的第一组一个或多个退磁 时段；并且在第一组一个或多个波谷中的每一个波谷处改变第二信号。驱动组件还被配置 成：在第四信号所指示的第一时间段期间，保持驱动信号不变，以便于保持开关断开；并且 在第一时间段之外，至少基于与第一组一个或多个波谷相关联的信息改变驱动信号以便于 闭合开关。
[0015] 根据又一实施例，用于调节电源变换系统的系统控制器包括：第一信号处理组件， 该第一信号处理组件被配置成接收与电源变换系统的辅助绕组相关联的第一信号，并且至 少部分基于第一信号生成第二信号；第二信号处理组件，该第二信号处理组件被配置成接 收第三信号，并且至少部分基于第三信号生成第四信号，第三信号与电源变换系统的输出 信号相关联，第四信号指示多个时间段；第三信号处理组件，该第三信号处理组件被配置成 接收第三信号，并且至少部分基于第三信号生成第五信号，第五信号指示关断时间段，该关 断时间段不与该多个时间段重叠；以及驱动组件，该驱动组件被配置成接收第二信号、第四 信号和第五信号，并输出驱动信号以断开或闭合开关从而影响流经初级绕组的电流。第一 信号处理组件还被配置成：确定第一信号的第一组一个或多个波谷，该第一组一个或多个 波谷分别对应于电源变换系统的第一组一个或多个退磁时段；并且在该组一个或多个波谷 中的每一个波谷处改变第二信号。驱动组件还被配置成：在第四信号所指示的多个时间段 期间，保持驱动信号不变，以便于保持开关断开；在第五信号所指示的关断时间段期间，保 持驱动信号不变，以便于保持开关断开；并且在该多个时间段之外以及在关断时间段之外， 至少基于与第一组一个或多个波谷相关联的信息改变驱动信号以便于闭合开关。
[0016] 在一个实施例中，用于调节电源变换系统的方法包括：接收第一信号；至少部分 基于第一信号生成第二信号；接收第二信号；并且至少部分基于第二信号输出驱动信号。 至少部分基于第一信号生成第二信号包括：检测第一信号的多个波谷，该多个波谷对应于 同一退磁过程；从该多个波谷中选择一个波谷；并且在所选择的波谷处改变第二信号。至 少部分基于第二信号输出驱动信号包括至少基于与所选择的波谷相关联的信息改变驱动 信号。
[0017] 在另一实施例中，用于调节电源变换系统的方法包括：接收第一信号；至少部分 基于第一信号生成第二信号；接收第三信号；至少部分基于第三信号生成第四信号，第四 信号指示第一时间段；接收第二信号和第四信号；并且至少部分基于第二信号和第四信号 输出驱动信号。至少部分基于第一信号生成第二信号包括：确定第一信号的第一组一个或 多个波谷，第一组一个或多个波谷分别对应于第一组一个或多个退磁时段；并且在第一组 一个或多个波谷中的每一个波谷处改变第二信号。至少部分基于第二信号和第四信号输出 驱动信号包括：在第四信号所指示的第一时间段期间保持驱动信号不变；并且在第一时间 段之外至少基于与第一组一个或多个波谷相关联的信息改变驱动信号。
[0018] 在又一实施例中，用于调节电源变换系统的方法包括：接收第一信号；至少部分 基于第一信号生成第二信号；接收第三信号；至少部分基于第三信号生成第四信号，第四 信号指示多个时间段；至少部分基于第三信号生成第五信号，第五信号指示关断时间段，该 关断时间段不与该多个时间段重叠；接收第二信号、第四信号和第五信号；并且至少部分 基于第二信号、第四信号和第五信号输出驱动信号。至少部分基于第一信号生成第二信号 包括：确定第一信号的第一组一个或多个波谷，第一组一个或多个波谷分别对应于第一组 一个或多个退磁时段；并且在该组一个或多个波谷中的每一个波谷处改变第二信号。至少 部分基于第二信号输出驱动信号包括：在第四信号所指示的多个时间段期间保持驱动信号 不变；在第五信号所指示的关断时间段期间保持驱动信号不变；并且在多个时间段之外以 及在关断时间段之外，至少基于与第一组一个或多个波谷相关联的信息改变驱动信号。
[0019] 取决于实施例，可以实现一个或多个有益效果。参考下面的具体描述和附图能够 全面地领会本发明的这些有益效果和各种附加的目的、特征以及优点。
【附图说明】
[0020] 图1是示出了常规反激式电源变换系统的简图。
[0021] 图2是示出了如图1所示的、在准谐振（QR)模式下运行的反激式电源变换系统的 简化常规时序图。
[0022] 图3是示出了如图1所示的、在准谐振（QR)模式下运行的反激式电源变换系统的 简化时序图，其示出了反馈信号的波动使得功率开关在与辅助绕组相关联的信号的不同波 谷处导通。
[0023] 图4是如图1所示的、在准谐振（QR)模式下运行的反激式电源变换系统的简化时 序图，其示出了如果输出负载被降低到一定程度，可能无法实现波谷导通。
[0024] 图5是如图1所示的、在准谐振（QR)模式下运行的反激式电源变换系统的简化时 序图，其示出了可控脉冲（burst)频率变为小于20kHz而大于IkHz。
[0025] 图6是示出了根据本发明的实施例的电源变换系统的简图。
[0026] 图7(A)是根据本发明的一个实施例示出了至少基于反馈信号确定的波谷抖动模 式的子模式的简图。
[0027] 图7 (B)是根据本发明的一个实施例的、作为如图6所示的系统控制器的一部分的 波谷抖动组件的简化时序图。
[0028] 图7 (C)是根据本发明的另一实施例的、作为如图6所示的系统控制器的一部分的 波谷抖动组件的简化时序图。
[0029] 图8是根据本发明的一个实施例的、作为如图6所示的系统控制器的一部分的第 一频率跳变组件的简化时序图。
[0030] 图9是根据本发明的一个实施例的、作为如图6所示的系统控制器的一部分的第 二频率跳变组件的简化时序图。
[0031] 图10是根据本发明的另一实施例示出了如图6所示的电源变换系统的简图。
[0032] 图11㈧是根据本发明的一个实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分 的波谷锁定组件在反馈信号大于阈值电压时的简化时序图。
[0033] 图Il(B)是根据本发明的另一实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分 的波谷锁定组件在反馈信号小于另一阈值电压时的简化时序图。
[0034] 图12是根据本发明的一个实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分的 抖动逻辑组件的简化时序图。
[0035] 图13是根据本发明的一个实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分的 第一频率跳变组件的简化时序图。
[0036] 图14是根据本发明的另一实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分的 第一频率跳变组件的简化时序图。
[0037] 图15是根据本发明的一个实施例的、作为如图10所示的系统控制器的一部分的 第二频率跳变组件的简化时序图。
【具体实施方式】
[0038] 本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于 调节电源变换系统的系统和方法。仅通过示例的方式，本发明的一些实施例已被应用于在 准谐振模式下运行的电源变换系统。但应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。
[0039] 如图1和图2所示，功率开关106在信号198的第一波谷处被闭合（例如，被接 通），其中信号198与辅助绕组112的绕组电压196有关，并且系统100在满输出负载下（例 如，输出电流199达到最大量值）以固定频率运行。通常很难实现频率抖动。此外，如图3 所示，系统100会具有噪声问题。
[0040] 图3是在准谐振（QR)模式下运行的反激式电源变换系统100的简化时序图，其示 出了反馈信号158的波动导致功率开关106在信号198的不同的波谷处导通。波形300表 示作为时间的函数的驱动信号160,波形302表示作为时间的函数的反馈信号158,以及波 形304表示作为时间的函数的电流感测信号192。此外，波形306表示作为时间的函数的信 号198,波形308表示作为时间的函数的检测信号194,以及波形310表示与系统100的最 大操作频率相关联的信号173。例如，t 4< 15彡16彡