[发明专利]具有可变切换频率控制和工作周期调整的反激式转换器

说明书

【相关申请】

本申请与美国申请US 12/718,707“Constant-Current Control Moduleusing Inverter Filter Multiplier for Off-line Current-Mode Primary-Side SenseIsolated Flyback Converter”（申请日：2010年3月5日）相关。

【技术领域】

本发明涉及电源转换器，特别涉及进行初级端调节（primary sideregulation,PSR）的反激式转换器（fly-back converter）。

【背景技术】

电源转换器可用于许多应用，如将电源出口的交流电（AC）转换成直流电（DC）用于电子装置。在阴极射线管（CRT）里，当光栅点折回或回扫到显示器下一个光栅线的起点时，反激逆变器被用来阻挡电子束。这种电源转换器仍然被看作是一个反激转换器，尽管它们用于许多非CRT的应用，如用于驱动发光二极管（LED）和充电器。

需要一个控制电路去产生一个恒定DC输出电流。可以使用一个变压器将连接到AC电源的初级端与DC输出端隔离开来以增强安全性。光隔离器（opto-isolator）已经被用来隔离控制电路，但这些光隔离器相当昂贵，并且不能与集成电路很好地整合在一起。

不将控制电路连接到变压器的次级（DC）端（secondary side），控制电路可以连接到初级（AC）端。使用初级端传感调节器（PSR）和控制，由于提高了效率且不需要光隔离器，热量、外观尺寸、元件数目、和成本都能够得以降低。

尽管已知有多种反激转换器，但是其中许多反激转换器仅支持脉宽调制（PWM）控制。一些应用可能在大范围功率上运行，会受益于脉频调制（PFM）和跨周期调制（PSM），这两种方式都改变频率，但保持一个相对稳定的脉宽或工作周期。

期望有一个初级端控制的反激转换器，但不需要光隔离器。期望有一个支持PWM和PFM控制并能产生恒定电流驱动的反激转换器。使用一个能在PSM、PWM、PFM运行区域上模拟功率的电路，就能获得期望的电流准确性。期望能有估计输出电流的控制。

【附图说明】

图1是一个简化的切换初级电流的反激式转换器示意图。

图2是具有输出电流估计而用于PFM和PWM控制的反激转换器示意图。

图3是图2反激转换器的三种运行模式的电压-电流图。

图4A-B是在PSM、PWM、PFM模式的输出功率图。

图5A-C是在PSM、PWM、PFM模式的切换波形图。

图6是为PSM、PWM、PFM模式估计输出电流的开关控制电路方框图。

图7是电流估计控制电路运行在PWM模式上的波形图。

图8是产生抖动时钟的振荡器的示意图。

图9是工作周期计算电路示意图。

图10是电压-到-电流转换器和乘法器的示意图。

【发明详述】

本发明涉及电源转换器的改进。以下描述使本领域技术人员能够制作和使用在特定应用及其要求的上下文里提供的本发明。对本领域技术人员而言，对优选实施例的各种修改是显而易见的，并且在此定义的基本原理可以应用到其它实施例。因此，本发明不是意在受制于所示和所述的特定实施例，而是属于与在此披露的原理和新颖性特征一致的最大范围。

图1是一个简化的能切换初级电流的反激转换器的结构示意图。AC电源产生一个交流电，其被施加到全波整流桥（full-wave rectifier bridge）的二极管上以产生一个输入电压VIN。或者，VIN可以是一个直流源，不需要由交流电来产生。

变压器10可以有一个铁芯，以增强初级绕组和次级绕组之间的互感，初级绕组连接在输入电压VIN和漏极电压VD之间，次级绕组连接到次级二极管26（secondary diode）。在变压器10里的第三绕组连接到辅助电压VAUX。变压器10的绕组方向，如图中的点所示，由于变压器10里的互感，突然断开向下的初级电流IP会导致次级电流IS向上流动。同样，突然断开初级电流IP会导致辅助电流从变压器10流到电压VAUX，然后经过感应电阻器32、34而在变压器10的辅助回路里产生取样电压VS。