[发明专利]利用多模控制的准谐振系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及准谐振(QR)系统。更具体地，本发明提供了用于电子设 备的双模QR系统和方法。仅仅作为示例，本发明已被应用于诸如反激 (flyback)开关模式电源变换器之类的开关模式电源变换器的控制器。但 是，将会了解，本发明具有更宽的适用范围。例如，本发明可应用于除集 成电路之外的设备。在另一个示例中，本发明适用于使用QR控制的任何 电源变换系统。

背景技术

准谐振(QR)技术已广泛用于中高功率水平的电源变换器。这些电源 变换器通常包括各种控制技术，例如，反激技术。传统的QR系统可以使 能零电压开关(ZVS)，零电压开关对于许多高功率应用是很重要的。另 外，传统的QR系统通过利用寄生器件能够减少外部器件的数目。

图1是示出利用QR控制的传统反激脉宽调制(PWM)系统的简图。 利用QR控制的反激PWM系统100包括辅助线圈用以生成用于QR控制 器的退磁信号DEM。例如，DEM信号指示了如图1所示的电源变压器T 的退磁。另外，系统100还包括用于生成DC输入电压Vin的一个或多个 组件。DC输入电压Vin可以是整流线电压或者功率因素校正(PFC)级的 输出。例如，将PFC级置于二极管桥和DC-DC变换器之间以用于某些高 功率应用。这样的高功率应用可以包括利用QR控制的反激电源变换器和/ 或利用QR控制的正激(forward)电源变换器。

如图1所示，反激PWM系统100与Lleak和Cp的组合相关联。Lleak 是初级电感Lm的泄漏部分，Cp是在MOSFET S1的漏极处的寄生电容。

图2是示出利用QR控制的传统反激脉宽调制(PWM)系统的工作机 制的简图。例如，该传统反激脉宽调制(PWM)系统是系统100。

如图2所示，在t0处，PWM开关被使能。电源MOSFET S1(如图1 所示)导通。因此，初级电感的电流斜线上升，电源变压器T存储能量。

在t1处，初级电感的电流斜线上升到由反馈确定的值。电源 MOSFET S1截至。MOSFET S1的漏源电压Vds因为变压器电流而快速上 升。漏源电压Vds的峰值由泄漏电感Lleak、DC输入电压Vin和反射输出 电压Vr确定。Vr等于N×Vout，如图1所示。

在t2处，泄漏电感Lleak的退磁完成，并且初级电感Lm(如图1所 示)开始退磁。

在t3处，初级电感Lm的退磁结束，并且开始阻尼谐振。谐振周期等 于2×Tv，其由Lm和Cp确定。如图2所示，谐振通常产生一个或多个波 谷。例如，第一个波谷出现在t4，第二个波谷出现在t5。

在这些波谷之一处，由QR控制器重新开始新的PWM周期。如果在 t4处的第一波谷开始新PWM周期，则QR控制器以QR模式工作。如果 在后续波谷(例如，t5处的第二波谷)开始新PWM周期，则QR控制器 以QR返送(foldback)模式工作。

因为在这些波谷处，Vds等于零或局部最低点，所以提高了系统效 率。例如，因为t4处的第一波谷对应于最小的局部最低点，所以通常会选 择该波谷。

与具有固定频率的传统反激PWM系统相比，利用QR控制的传统反 激PWM系统100具有以下特性。

(a)改善了EMI性能。在没有PFC级的情况下，由于经过输入大容 量电容器(bulk capacitor)的脉动(ripple)，所以可以以两倍的线频率来 调制系统100的开关频率。调制深度也取决于脉动幅度。因此，频谱延续 一个或多个频带，而不是集中于单个频率值。于是可以减小EMI滤波器的 大小和成本。

(b)提高了电源效率。例如，系统100基本上可以实现零电压开关 (ZVS)；因此提高了系统100的电源效率。

(c)内在的短路保护。例如，在变压器全部退磁之前抑制电源 MOSFET的导通周期；因此，变压器饱和是不可能的。在另一个示例中， 在短路期间，退磁电压非常低；因此系统以具有小占空因数的低频率工 作。其结果是，由变换器传递的功率也很低。