用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法与流程

1.本公开涉及集成电路，更具体地，涉及用于准谐振(qr)开关电源中的谷底锁定的装置和方法。


背景技术：

2.随着针对小体积、高频率和高功率密度的开关电源的需求越来越大，零电压和低电压开通的准谐振开关电源(例如，准谐振反激式开关电源)的应用越来越广泛。准谐振反激式开关电源中的反激变换器的变压器具有寄生漏感l
leak
，功率管s1(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极结型npn晶体管(bjt
‑
npn)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、以及氮化镓(gan)晶体管等)、以及位于功率管s1的源极和漏极这两端之间的寄生电容c
p
，如图1所示。准谐振反激式开关电源利用了寄生器件，其核心是利用由主电感l
p
和功率管s1两端的寄生电容c
p
组成的lc谐振腔。每当功率管s1关断后，准谐振控制器可以通过dem引脚检测辅助绕组上的电压。当主电感l
p
消磁结束时，dem引脚下降到低电平。主电感l
p
在消磁结束后，和寄生电容c
p
进入自由谐振状态，准谐振反激式开关电源可以在功率管s1的漏极谐振电压波形的谷底中打开新的开关周期(即，功率管s1重新导通)，这使得准谐振反激式开关电源的开关损耗和辐射电磁干扰(emi)可以大大降低。图2示出了图1的准谐振反激式开关电源的功率管s1的漏源电压v
ds
、栅极驱动信号以及流经功率管s1的电流i
p
的波形示意图。主电感l
p
和寄生电容c
p
进行自由谐振的谐振周期相对于开关周期而言较小，所以准谐振反激式开关电源可以近似于工作在临界导通模式。
3.传统的准谐振反激式开关电源的工作频率都会被限制在一定范围内。对于存在抖频的准谐振反激式开关电源，当其工作频率接近预定的上限频率或者下限频率时，叠加了抖频后的工作频率有可能落在预定的频率范围之外，从而可能导致功率管在某一段时间内的导通时刻在相邻两个谷底甚至多个谷底之间无规则的低频反复跳动。这种反复切换的包络频率因为受到抖频包络频率的控制，一般低于20khz，会落在音频范围内，因此使得噪音指标大大恶化。由此，具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源就被提了出来，目的就是解决传统准谐振反激式开关电源因导通谷底低包络频率跳变带来的异音问题。
4.然而，现有的用于谷底锁定的方法在切谷底时，会产生较大的频差和反馈电压返折，容易造成反馈电压波动大，容易出现谷底锁定状态失效的风险，从而出现低频的有周期性的相邻谷底切换状态，产生较大音频噪声和输出纹波，这种问题在小体积、高频率和高功率密度的准谐振开关电源中更为突出，急需解决。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述的问题，本公开提供了一种新颖的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法。
6.根据本公开的实施例的一方面，提供了一种用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置，包括：编码模块，用于基于接收到的输入信号来生成编码信号；以及谷底锁定状态生
成模块，用于基于所述编码信号来生成所述准谐振开关电源中的功率管的谷底锁定状态，其中，所述谷底锁定状态指示所述功率管导通时所述功率管的漏极谐振电压所处的谷底位置，并且所述谷底锁定状态包括：全部在第n谷底导通、部分在第n谷底导通并且部分在第n+1谷底导通、以及全部在第n+1谷底导通，其中n是正整数。
7.在一个示例实施例中，所述装置还包括：信号生成模块，用于基于接收到的输入信号来生成使能信号，其中，所述使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置的变化方向，并且其中，所述编码模块用于基于所述使能信号来生成所述编码信号。
8.在一个示例实施例中，其中，所述信号生成模块包括：加谷底使能信号生成器，用于基于所述输入信号来生成加谷底使能信号，其中，所述加谷底使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置将向后推移；以及减谷底使能信号生成器，用于基于所述输入信号来生成减谷底使能信号，其中，所述减谷底使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置将向前推移。
9.在一个示例实施例中，所述输入信号包括以下项中的一者或两者：所述准谐振开关电源的负载反馈电压，以及所述功率管的栅极信号频率。
10.在一个示例实施例中，所述功率管包括金属氧化物半导体场效应晶体管mosfet、双极结型npn晶体管bjt
‑
npn、绝缘栅双极型晶体管igbt、以及氮化镓gan晶体管。
11.根据本公开的实施例的另一方面，提供了一种用于准谐振开关电源中的谷底锁定的方法，包括：基于接收到的输入信号来生成编码信号；以及基于所述编码信号来生成所述准谐振开关电源中的功率管的谷底锁定状态，其中，所述谷底锁定状态指示所述功率管导通时所述功率管的漏极谐振电压所处的谷底位置，并且所述谷底锁定状态包括：全部在第n谷底导通、部分在第n谷底导通并且部分在第n+1谷底导通、以及全部在第n+1谷底导通，其中n是正整数。
12.在一个示例实施例中，基于接收到的输入信号来生成所述编码信号包括：基于接收到的输入信号来生成使能信号，其中，所述使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置的变化方向；以及基于所述使能信号来生成所述编码信号。
13.在一个示例实施例中，基于接收到的输入信号来生成所述使能信号包括：基于所述输入信号来生成加谷底使能信号和减谷底使能信号，其中，所述加谷底使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置将向后推移，所述减谷底使能信号指示所述功率管导通时所述漏极谐振电压所处的谷底位置将向前推移。
14.在一个示例实施例中，所述输入信号包括以下项中的一者或两者：所述准谐振开关电源的负载反馈电压，以及所述功率管的栅极信号频率。
15.在一个示例实施例中，所述功率管包括金属氧化物半导体场效应晶体管mosfet、双极结型npn晶体管bjt
‑
npn、绝缘栅双极型晶体管igbt、以及氮化镓gan晶体管。
16.根据本公开的实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法在谷底锁定导通控制中增加了相邻谷底导通共存的中间态，这样不仅可以减小音频噪声，而且相比于在全部在单个谷底导通的谷底锁定状态之间直接进行切换，大大减小了产生的频差和反馈电压返折，从而提高了谷底锁定的稳定性和反馈环路的稳定性。另外，相比传统的全部在单个谷底导通的谷底锁定状态，针对相邻谷底导通共存的中间态的开关频率频谱更加分
散，这有利于改善传导电磁干扰。
附图说明
17.从下面结合附图对本公开的具体实施方式的描述中，可以更好地理解本公开，其中：
18.图1示出了传统的准谐振反激式开关电源的结构示意图；
19.图2示出了图1的准谐振反激式开关电源的功率管的漏源电压、栅极驱动信号以及流经功率管的电流的波形示意图；
20.图3示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源的结构示意图；
21.图4示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与输出功率之间的关系的示意图；
22.图5示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源基于反馈电压来进行谷底锁定的示意图；
23.图6示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源基于栅极信号频率来进行谷底锁定时，谷底锁定频率曲线与内部反馈电压之间的关系的示意图；
24.图7示出了根据本公开的一个实施例的准谐振反激式开关电源中的功率管基于谷底锁定进行导通的波形示意图；
25.图8示出了根据本公开的一个实施例的在谷底锁定中增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的结构示意图；
26.图9示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源中的谷底锁定模块的结构示意图；
27.图10示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与输出功率之间的关系的示意图；
28.图11示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与内部反馈电压之间的关系的示意图；
29.图12示出了根据本公开的一个实施例的谷底锁定状态的示意图；
30.图13示出了根据本公开的一个实施例的用于谷底锁定的装置应用于基于降压(buck)架构的准谐振开关电源的示意图；
31.图14示出了根据本公开的一个实施例的用于谷底锁定的装置应用于基于升压(boost)架构的准谐振开关电源的示意图；
32.图15示出了根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置的结构示意图；以及
33.图16示出了根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的方法的流程示意图。
具体实施方式
34.下面将参考附图详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例。示例实现方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于本文阐述的实现方式；相反，提供这些实现方式以使得本公开更全面和完整，并将示例实现方式的构思全面地传达给本领域技术人员。
在附图中，为了清晰，可能夸大了区域和组件的尺寸。此外，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的结构，因而将省略它们的详细描述。
35.此外，所描述的特征、结构、或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节以给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以在没有所述具体细节中的一个或多个的情况下实施本公开的技术方案，或者可以采用其他方法、组件、材料等。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料、或操作，以避免模糊本公开的主要技术创意。
36.如前所述，为了解决传统准谐振反激式开关电源因导通谷底低包络频率跳变带来的异音问题，提出了具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源。图3示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源的结构示意图。当功率管q1导通后，输入电压v
in
给主电感l
p
充电，副边续流二极管d1关断，输出电容c1给输出负载供电，输出电压经过误差放大与隔离反馈模块反馈给准谐振控制器。准谐振控制器检测到的反馈电压(fb)经过电阻分压器(例如，包括如图3所示的电阻r1和r2)后与检测到的cs电压一起输入到脉冲宽度调制(pwm)比较器，以控制栅极信号输出频率与占空比，从而保持输出电压的恒定。当功率管q1关断后，主电感l
p
开始消磁，副边续流二极管d1导通，副边电感l
s
同时给输出电容充电c1和输出负载供电，当主电感l
p
消磁结束后，主电感l
p
和寄生电容c
p
进入自由谐振状态，谐振周期t
q
表示为如下所示：
[0037][0038]
准谐振控制器中的谷底检测模块通过检测dem引脚的电压信号，生成功率管q1的漏极谐振电压波形的谐振谷底脉冲信号，并将其输出给谷底锁定模块。谷底锁定模块可以基于谐振谷底脉冲信号、内部反馈电压信号fb_in以及栅极信号频率来进行谷底导通的选择与锁定。图4示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与输出功率之间的关系的示意图。
[0039]
为了提高轻载效率，在轻载工作时需要锁在更多的谷底以实现降频。现有的用于谷底锁定的方法主要包括通过检测反馈电压来进行谷底锁定、以及通过检测栅极信号频率来进行谷底锁定等。
[0040]
图5示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源基于反馈电压来进行谷底锁定的示意图。当输出负载由重载往轻载降低时，反馈电压逐渐减小。通过将检测到的反馈电压与预定阈值进行比较，可以得到不同的反馈电压对应于在不同的谷底导通。该用于谷底锁定的方法在相邻谷底之间进行切换时，会产生较大的频差和反馈电压返折，因此需要增大每个谷底锁定状态下的反馈电压阈值回滞窗口，避免在切换点出现在相邻谷底之间来回低频切换的现象(也称为锁不住)。例如，在第1谷底导通切换到在第2谷底导通的反馈电压阈值是v1
‑
2，在第2谷底导通切换到在第1谷底导通的反馈电压阈值是v2
‑
1，v2
‑
1和v1
‑
2之间需要留有足够的余量，因此，该用于谷底锁定的方法提高了环路稳定性的设计难度。
[0041]
图6示出了传统的具有谷底锁定功能的准谐振反激式开关电源基于栅极信号频率来进行谷底锁定时，谷底锁定频率曲线与内部反馈电压之间的关系的示意图。当输出负载由重载往轻载降低时，反馈电压逐渐减小，栅极导通时间(t
on
)和退磁时间(t
off
)逐渐缩小，
由于进行了谷底锁定，因此将导致准谐振反激式开关电源的工作频率会逐渐升高。当工作频率升高到超过加谷底参考频率曲线f
inc
时，准谐振控制器可以通过将功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置(为便于描述，在本文也称为导通谷底的位置)向后推移(例如，从全部在第n谷底导通切换到全部在第n+1谷底导通，即导通谷底的位置从第n谷底切换或向后推移到第n+1谷底，因此也称为加谷底)，来实现降低工作频率的目的。在将导通谷底的位置向后推移(即加谷底)后，准谐振反激式开关电源的工作频率将位于加谷底参考频率曲线f
inc
和减谷底参考频率曲线f
dec
之间，直到由于输出负载再次降低至使得工作频率再次超过加谷底参考频率曲线f
inc
时，可以再次将导通谷底的位置向后推移，即加谷底。当输出负载由轻载往重载增加时，反馈电压逐渐增大，栅极导通时间(t
on
)和退磁时间(t
off
)逐渐增大，由于进行了谷底锁定，因此将导致准谐振反激式开关电源的工作频率会逐渐下降。当工作频率下降到低于减谷底参考频率曲线f
dec
时，准谐振控制器可以通过将功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置(即导通谷底的位置)向前推移(例如，从全部在第n+1谷底导通切换到全部在第n谷底导通，即导通谷底的位置从第n+1谷底切换或向前推移到第n谷底，因此也称为减谷底)，来实现提高工作频率的目的。在确定了导通谷底的位置之后，指示导通谷底的位置的谷底锁定状态会被锁存，功率管的每个开关周期都会基于当前的谷底锁定状态来对功率管导通时的导通谷底的位置进行精确控制。然而，该用于谷底锁定的方法在切谷底时，也会产生较大的频差和反馈电压返折。
[0042]
下面以图6所示的用于谷底锁定的方法为例，详细介绍谷底锁定控制在切谷底时会产生较大的频差和反馈电压返折的原因。在图6中，当准谐振反激式开关电源降载到某一负载点时，由全部在第1谷底导通切换到全部在第2谷底导通，切换前即全部在第1谷底导通时的工作频率为f
s1
，准谐振控制器中的内部反馈电压为v
fb1
，流经电阻r
sense
的电流峰值为i
pk1
，切换到全部在第2谷底导通后的工作频率为f
s2
，准谐振控制器中的内部反馈电压为v
fb2
，流经电阻r
sense
的电流峰值为i
pk2
，由于切换前后的输出功率点基本不变，因此满足下述等式1至等式3：
[0043][0044]
v
fb1
＝k
l
×
i
pk1
×
r
sense
ꢀꢀꢀ
(等式2)
[0045]
v
fb2
＝k
l
×
i
pk2
×
r
sense
ꢀꢀꢀ
(等式3)
[0046]
其中，结合图3，k
l
是反馈电压fb与电阻r
sense
上的电压v
cs
的环路增益，因此k
l
可以按下述等式4来表示：
[0047][0048]
假设先不考虑反馈环路调整对开关频率(栅极导通时间和退磁时间)的影响，则满足下述等式5：
[0049][0050]
此外，综合上述等式1至等式3可得到：
[0051]
[0052]
根据等式5和等式6可知，准谐振反激式开关电源在由全部在第1谷底导通切换至全部在第2谷底导通时，全部在第2谷底导通时的工作频率f
s2
相比全部在第1谷底导通时的工作频率f
s1
将减小，全部在第2谷底导通时的内部反馈电压v
fb2
相比全部在第1谷底导通时的内部反馈电压v
fb1
将增大。同样地，因为全部在第2谷底导通时流经电阻r
sense
的电流峰值i
pk2
大于全部在第1谷底导通时流经电阻r
sense
的电流峰值i
pk2
，使得全部在第2谷底导通时的栅极导通时间和退磁时间将大于全部在第1谷底导通时的栅极导通时间和退磁时间，最终全部在第2谷底导通时的工作频率f
s2
将会因为环路参数调整(i
pk
和v
fb
)而进一步减小，最终达到能量守恒稳态。
[0053]
因此，现有的用于谷底锁定的方法在切谷底时，会产生较大的频差和反馈电压返折，容易造成反馈电压波动大，容易出现谷底锁定状态失效的风险，从而出现低频的有周期性的相邻谷底切换状态，产生较大音频噪声和输出纹波，这种问题在小体积、高频率和高功率密度的准谐振开关电源中更为突出，急需解决。
[0054]
针对上述问题，根据本公开的实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法在谷底锁定导通控制中增加了相邻谷底导通共存的中间态，如图7的中间部分所示。具体地，图7示出了根据本公开的一个实施例的准谐振反激式开关电源中的功率管基于谷底锁定进行导通的波形示意图。如图7所示，在全部在第n谷底导通的谷底锁定状态(如图7的左边部分所示)切换到全部在第n+1谷底导通的谷底锁定状态(如图7的右边部分所示)之前，可以先切换到部分在第n谷底导通并且部分在相邻的第n+1谷底导通的中间态(如图7的中间部分所示)，随着负载进一步减小，可以再切换到全部在第n+1谷底导通的谷底锁定状态。这种部分在第n谷底导通并且部分在相邻的第n+1谷底导通(即相邻谷底导通共存)的中间态指的是在全部在第n谷底导通的谷底锁定状态和全部在相邻的第n+1谷底导通的谷底锁定状态之间进行高频切换的谷底锁定状态，其切换的包络频率可以大于20khz，这样不仅可以减小音频噪声，而且相比于在全部在单个谷底导通的谷底锁定状态之间直接进行加减谷底切换，大大减小了产生的频差和反馈电压返折，从而提高了谷底锁定的稳定性和反馈环路的稳定性。另外，相比传统的全部在单个谷底导通的谷底锁定状态，针对相邻谷底导通共存的中间态的开关频率频谱更加分散，这有利于改善传导电磁干扰。
[0055]
图8示出了根据本公开的一个实施例的在谷底锁定中增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的结构示意图。图8的准谐振反激式开关电源的基本工作原理与图3类似，不同之处是本公开在图3的传统的谷底锁定模块中增加了相邻谷底导通共存的中间态。相比于图3的传统的准谐振反激式开关电源在全部在单个谷底导通的谷底锁定状态之间直接进行加减谷底切换，图8的利用了相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源大大减小了产生的频差和反馈电压返折，从而提高了谷底锁定的稳定性和反馈环路的稳定性。
[0056]
图9示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源中的谷底锁定模块的结构示意图。该谷底锁定模块可以接收以下项中的一者或两者作为输入信号：准谐振开关电源的负载反馈电压(fb)，以及功率管的栅极信号频率(gate)。该谷底锁定模块接收到的输入信号可以输入到加谷底使能信号生成器和/或减谷底使能信号生成器。加谷底使能信号生成器和/或减谷底使能信号生成器可以将接收到的输入信号与内部预定的标准电压或者频率阈值进行比较，以生成加谷底使能信号
inc和/或减谷底使能信号dec。双向计数编码器可以基于加谷底使能信号inc和/或减谷底使能信号dec，实现谐振导通谷底增减(导通谷底的位置的向后或向前推移，即加谷底或减谷底)的计数以及生成控制谷底屏蔽器和谷底选择器的编码信号q[(m
‑
1):0]，其中m表示编码位数。谷底计数器可以对谷底检测模块检测到的谐振谷底脉冲信号进行计数，谷底屏蔽器可以基于双向计数编码器输出的编码信号q[(m
‑
1):0]来选择屏蔽相应的谷底数，以生成最大锁定2
m
‑1个谷底的2
m
‑
1个谷底锁定状态(例如，如图9所示，包括：全部在第1谷底导通、部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通、全部在第2谷底导通、部分在第2谷底导通并且部分在第3谷底导通、全部在第3谷底导通、
…
、全部在第2
m
‑
1谷底导通)，并可以将这些谷底锁定状态输出给谷底选择器。谷底选择器可以基于双向计数编码器输出的编码信号q[(m
‑
1):0]在谷底锁定状态中进行选择。因此，相邻谷底导通共存的中间态可以被实现为一种谷底锁定状态，并且可以介于全部在相邻谷底中的单个谷底导通的两种谷底锁定状态之间，降低了在这两种谷底锁定状态之间直接进行切换而产生的平均开关频率频差，从而减小了反馈电压返折，提高了谷底锁定和反馈环路的稳定性。图10示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与输出功率之间的关系的示意图。
[0057]
图11示出了根据本公开的一个实施例的图8的增加相邻谷底导通共存的中间态的准谐振反激式开关电源的谷底锁定频率曲线与内部反馈电压之间的关系的示意图。如图11所示，在全部在第1谷底导通的谷底锁定状态下，当输出负载由重载往轻载降低时，反馈电压逐渐减小，栅极导通时间(t
on
)和退磁时间(t
off
)逐渐缩小，由于处于全部在第1谷底导通的谷底锁定状态，因此将导致准谐振反激式开关电源的工作频率会逐渐升高。当工作频率升高到超过加谷底参考频率曲线f
inc
的频率f
s3
时，准谐振控制器可以通过将谷底锁定状态从全部在第1谷底导通的谷底锁定状态切换到部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通(即相邻的第1谷底和第2谷底导通共存)的中间态来调整导通谷底的位置，从而实现降低工作频率的目的。假设该中间态在一个变化包络周期(包络频率大于20khz)内在第1谷底导通的次数与在第2谷底导通的次数相等，则该中间态下的平均开关频率为(f
s3
‑
f
s4
)/2。假设不考虑反馈环路调整对开关频率的影响，则从全部在第1谷底导通的谷底锁定状态切换到该中间态(部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通，即相邻的第1谷底和第2谷底导通共存)所产生的频差是从全部在第1谷底导通的谷底锁定状态直接切换到全部在第2谷底导通的谷底锁定状态所产生的频差的一半。反馈电压产生的返折量v
fb4
‑
v
fb3
也会较小。在该中间态下，准谐振反激式开关电源的工作频率将位于加谷底参考频率曲线f
inc
与减谷底参考频率曲线f
dec
之间，直到由于输出负载再次降低至使得工作频率再次超过加谷底参考频率曲线f
inc
时，可以再次切换谷底锁定状态(例如，从部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通的该中间态切换到全部在第2谷底导通的谷底锁定状态)。
[0058]
当输出负载由轻载往重载增加时，反馈电压逐渐增大，栅极导通时间(t
on
)和退磁时间(t
off
)逐渐增大，由于进行了谷底锁定，因此将导致准谐振反激式开关电源的工作频率会逐渐下降。当工作频率下降到低于减谷底参考频率曲线f
dec
时，准谐振控制器可以通过切换谷底锁定状态(例如，从全部在第n+1谷底导通的谷底锁定状态切换到部分在第n+1谷底导通并且部分在第n谷底导通的中间态，或者根据需要进一步从部分在第n+1谷底导通并且部分在第n谷底导通的该中间态切换到部在第n谷底导通的谷底锁定状态)来调整导通谷底
的位置，从而实现提高工作频率的目的。在确定了导通谷底的位置之后，指示导通谷底的位置的谷底锁定状态会被锁存，功率管的每个开关周期都会基于当前的谷底锁定状态来对功率管导通时的导通谷底的位置进行精确控制。
[0059]
需要说明的是，图9、图10和图11中所示的或本文其他地方所描述的部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通(即相邻的第1谷底和第2谷底导通共存)的中间态并非仅可以包括1个支持相邻的第1谷底和第2谷底导通共存的中间态，而是可以包括n个支持相邻的第1谷底和第2谷底导通共存的中间态，如图12所示。中间态的个数n越大，在相邻的谷底锁定状态之间进行切换时产生的频差越小，切换产生的反馈电压返折量也越小。为了避免产生音频噪声，需要满足以下条件：作为中间态的谷底锁定状态下的包络频率要超过20khz的音频噪声范围，这可以表示为如下所示：
[0060][0061]
其中f
avg
表示准谐振反激式开关电源在当前中间态下工作的平均开关频率。
[0062]
以上结合处于全部在第1谷底导通的谷底锁定状态与全部在第2谷底导通的谷底锁定状态之间的部分在第1谷底导通并且部分在第2谷底导通的中间态进行的相关描述，同样适用于处于其它全部在单个谷底导通的谷底锁定状态(例如，全部在第2谷底导通、全部在第3谷底导通、
…
、全部在第n谷底导通、以及全部在第n+1谷底导通，等等)之间的中间态(例如，部分在第2谷底导通并且部分在第3谷底导通、
…
、以及部分在第n谷底导通并且部分在第n+1谷底导通，等等)，这里不再赘述。
[0063]
需要说明的是，根据本公开的实施例的用于谷底锁定的装置和方法不仅可以适用于基于反激式(flyback)架构的准谐振开关电源(即上述实施例中作为示例所述的准谐振反激式开关电源)，而且可以适用于基于降压(buck)架构的准谐振开关电源(如图13所示)、以及基于升压(boost)架构的准谐振开关电源(如图14所示)。
[0064]
图15示出了根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置1500的结构示意图。如图15所示，根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置1500可以包括编码模块1501、以及谷底锁定状态生成模块1502。
[0065]
编码模块1501可以用于基于接收到的输入信号来生成编码信号。在一个示例实施例中，该输入信号可以包括以下项中的一者或两者：准谐振开关电源的负载反馈电压，以及准谐振开关电源中的功率管的栅极信号频率。在一个示例实施例中，功率管可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极结型npn晶体管(bjt
‑
npn)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、以及氮化镓(gan)晶体管。
[0066]
谷底锁定状态生成模块1502可以用于基于编码模块1501所生成的编码信号来生成准谐振开关电源中的功率管的谷底锁定状态，其中，谷底锁定状态可以指示功率管导通时功率管的漏极谐振电压所处的谷底位置，并且谷底锁定状态可以包括：全部在第n谷底导通、部分在第n谷底导通并且部分在第n+1谷底导通、以及全部在第n+1谷底导通，其中n是正整数。
[0067]
在一个示例实施例中，根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置1500还可以包括信号生成模块(图中未示出)，用于基于接收到的输入信号来生成使能信号，其中，使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置的变化
方向，并且其中，编码模块1501可以用于基于信号生成模块所生成的使能信号来生成编码信号。在一个示例实施例中，信号生成模块可以包括：加谷底使能信号生成器，用于基于输入信号来生成加谷底使能信号，其中，加谷底使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置将向后推移；以及减谷底使能信号生成器，用于基于输入信号来生成减谷底使能信号，其中，减谷底使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置将向前推移。
[0068]
图16示出了根据本公开的一个实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的方法的流程示意图。如图16所示，在步骤1601中，可以基于接收到的输入信号来生成编码信号。在一个示例实施例中，该输入信号可以包括以下项中的一者或两者：准谐振开关电源的负载反馈电压，以及准谐振开关电源中的功率管的栅极信号频率。在一个示例实施例中，功率管可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极结型npn晶体管(bjt
‑
npn)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、以及氮化镓(gan)晶体管。
[0069]
在步骤1602中，可以基于在步骤1601中生成的编码信号来生成准谐振开关电源中的功率管的谷底锁定状态，其中，谷底锁定状态可以指示功率管导通时功率管的漏极谐振电压所处的谷底位置，并且谷底锁定状态可以包括：全部在第n谷底导通、部分在第n谷底导通并且部分在第n+1谷底导通、以及全部在第n+1谷底导通，其中n是正整数。
[0070]
在一个示例实施例中，步骤1601的基于接收到的输入信号来生成编码信号可以包括：基于接收到的输入信号来生成使能信号，其中，使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置的变化方向；以及基于使能信号来生成编码信号。在一个示例实施例中，基于接收到的输入信号来生成使能信号可以包括：基于输入信号来生成加谷底使能信号和减谷底使能信号，其中，加谷底使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置将向后推移，减谷底使能信号可以指示功率管导通时漏极谐振电压所处的谷底位置将向前推移。
[0071]
结合图15和图16所述的根据本公开的实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法可以参照如上结合其他附图所详细描述的本公开的实施例，为了简洁起见，将不再重复赘述某些细节。可以理解的是，如上所述的结构和流程示意图中所示的功能块和方法步骤可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。
[0072]
因此，根据本公开的实施例的用于准谐振开关电源中的谷底锁定的装置和方法在谷底锁定导通控制中增加了相邻谷底导通共存的中间态，这样不仅可以减小音频噪声，而且相比于在全部在单个谷底导通的谷底锁定状态之间直接进行切换，大大减小了产生的频差和反馈电压返折，从而提高了谷底锁定的稳定性和反馈环路的稳定性。另外，相比传统的全部在单个谷底导通的谷底锁定状态，针对相邻谷底导通共存的中间态的开关频率频谱更加分散，这有利于改善传导电磁干扰。
[0073]
本公开可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本公开的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本公开的范围之中。