[实用新型]补偿最大输出功率的系统及开关电源反激变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域的最大输出功率补偿，特别是涉及一种用于开关电源的补偿最大输出功率的系统及包含该系统的开关电源反激变换器。

背景技术

电源变换器是电子系统中必不可少的组件。众所周知，电源变换器包括线形变换器和开关电源变换器两种主要类型。大多数的用电设备都包含内部电源转换器或者外部电源适配器，例如电视和计算机等产品中所使用的是内部电源转换器，广泛应用于手机、DSL调制解调器、打印机、笔记本电脑及游戏机等领域的是外部电源适配器，这些电源转换器或者适配器都是采用开关电源转换器以提供电源之用。众所周知，开关电源大都采用PWM(脉冲宽度调制)技术来控制并调节输出功率。在开关电源变换器内部设置多种保护功能来避免系统遭受永久性损坏，比如过压保护(OVP)，过流保护(OCP)，过温度保护(OTP)等。其中，过流保护通常是逐周期行为，限制开关器件最大电流并因此限制开关电源转换器输出的最大功率，体现在系统上就是过功率保护(OPP)。过功率保护限制系统最大输出功率，防止功率转换器发生热量失控，是过流保护系统表现。例如，电源变换器发生输出短路或过载时，OCP或者OPP保护能够防止功率转换器和相连的电路遭受永久损坏。

图1显示了一个广泛应用于开关电源的反激变换器(flyback converter)系统，用于交流(AC)转直流(DC)。该系统包括：前端EMI滤波器，全桥整流，功率控制器，变压器，一次侧功率MOS开关和电流检测电阻，次级整流滤波，以及隔离反馈补偿网络。

图2显示了可以应用在图1的一个传统的采用电流模式控制的开关电源控制器，主要模块包括：PWM比较器、斜率补偿、前沿消隐、振荡器、RS触发器，以及驱动级。振荡器来同时产生时钟信号和锯齿波信号，其中时钟信号提供给RS触发器R端，锯齿波信号提供给斜率补偿电路。

众所周知，对于开关电源变换器尤其是反激变换器(flyback converter)而言，系统有两种工作状态：不连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)，所谓连续与否主要是指变压器一次侧电感电流而言的，如图3a和图3b所示。

理论与实测结果都表明，反激变换器系统OPP点随线输入电压从90VAC至260VAC范围内有比较大的变化，如图4所示。究其原因，如图4所标明的，主要有两个方面：

(一)在线输入电压处在高压范围内，系统在过载时工作在不连续导通模式下(DCM)，这时系统的OPP点的变化主要是“关断延迟”引起的，而这个关断延迟主要是由于功率控制器内部驱动级输出驱动外部功率MOS管引起的关断延迟，如图1所示。该关断延迟会导致功率控制器内部过流保护模块被触发后一次测电流不能马上关断，从而会继续增大，直到延迟结束，如图5所示。在高线输入电压情况下延迟引起的电流变化大于低线输入电压情况下的相应的值，如图5中ΔI2大于ΔI1。由反激变换器在DCM下的功率传输方程可知，在给定系统开关频率和变压器电感值下，系统输出功率P与实际电感电流平方成正比，所以关断延迟会导致系统最大输出功率也就是OPP点变化。

(二)在线输入电压处在低压范围内，系统在过载时工作在连续导通模式下(CCM)，这时系统的OPP点的变化主要是CCM传输能量能力不如DCM引起的。结合图3，假定CCM下电感电流的峰值与DCM下电感电流的峰值相等，则有反激变换器在CCM下的功率传输方程，从上式可知，CCM下功率传输能力不如DCM。

结合上述(一)和(二)的描述可知，如果要保持在全线输入电压范围内系统最大功率输出能力也就是OPP点恒定，则需要对功率控制器内OCP模块进行补偿。