[发明专利]用于准谐振开关电源的频率软钳位系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路术领域，涉及一种准谐振开关电源，尤其涉及一种用于准谐振开关电源的频率软钳位系统；同时，本发明还涉及一种用于准谐振开关电源的频率软钳位方法。

背景技术

随着电子设备的日益小型化以及计算机、通信业和航空航天业等的发展,对电源的要求也日益提高,电源的小型化和高频化成了电源的必然发展趋势。在开关电源小型化和高频化的进程中,开关损耗是制约其发展的一个重要因素。传统脉宽调整开关电源在高频工作时的开关损耗使其开关频率不能进一步提高,从而体积不能减小。近年来,减小高频开关损耗的各种软开关技术受到了人们的青睐,软开关技术使高频开关管工作在零开关状态,从而大大减小了开关损耗,提高了开关变换器的效率。准谐振开关技术结合了谐振技术和PWM技术的优点，代表了开关电源的一个发展方向。

准谐振开关的优势包括了降低导通损耗，但缺点是频率随负载减小而增大。转换器的关断损耗随频率的增大而变得严重，尤其在轻载时上述效应会降低效率。一般准谐振开关采用了一种“频率钳位”来弥补准谐振控制器固有的这种缺陷。控制器需要等待最短时间，对应最大频率，然后开关在下一个波谷时导通，这种方法可以提高轻载下的效率。

图1显示了一个广泛应用于开关电源的准谐振变换器系统，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、辅助绕组分压电阻、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的一个采用传统的硬钳频控制的准谐振开关电源控制器，主要模块包括：PWM比较器、前沿消隐、谷底检测器、钳频计时器、RS触发器，以及驱动级。谷底检测器用来检测变压器消磁后主电感与功率开关的寄生电容的自由LC谐振波形的谷底，谷底检测器在这个谐振波形的谷底或接近谷底的时刻输出一个脉冲信号。钳频计时器，在功率开关每次开启时计时，计到特定时间输出信号，允许谷底检测器触发RS触发器，从而再次打开功率开关。

但是这种采用传统的硬钳频控制的准谐振开关电源控制器，在钳频时非常容易轮流在相邻的两个谷底导通（如图3所示），开关频率变化剧烈，从而产生音频的频谱分量，于是极易产生音频噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于准谐振开关电源的频率软钳位系统，可有效避免音频噪声，并且开关频率限定在某个范围。

此外，本发明还提供一种用于准谐振开关电源的频率软钳位方法，可有效避免音频噪声，并且开关频率限定在某个范围。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于准谐振开关电源的频率软钳位系统，所述系统通过检测设定时间范围内的开关频率，来选定后续设定时间范围内功率开关锁定在某个谷底导通，以达到开关频率限定在某个范围并且在设定时间内锁定在某个谷底导通。

作为本发明的一种优选方案，所述频率软钳位系统包括：

谷底检测器，用以检测变压器消磁后主电感与功率开关的寄生电容的自由LC谐振波形的谷底，谷底检测器在这个谐振波形的谷底或接近谷底的时刻输出一个脉冲信号；

谷底选定控制器，用以通过检测设定时间范围内的开关频率，在后续设定时间范围输出表征需在第几个谷底导通的控制信号到一功率开关打开触发信号发生器；

功率开关打开触发信号发生器，用以根据所述谷底检测器的输出和谷底选定控制器的输出，在谷底选定控制器所选定的谷底输出触发信号，用以触发功率开关开启。

作为本发明的一种优选方案，所述频率软钳位系统包括：

振荡器，用以为双向计数器提供时钟信号；

第一频率比较器，用来判决Gate端口的频率是否低于第一频率信号f_ref_L；Gate端口为驱动信号输出端口，用来驱动功率开关，控制功率开关的导通和关闭；

第二频率比较器，用以判决Gate端口的频率是否高于第二频率信号f_ref_H；

软钳频双向计数器，用以根据第二频率比较器和第一频率比较器输出，在每个时钟周期开始其输出进行或加一或减一操作；如果在整个时钟周期内都接收到是第二频率比较器的表征频率高于第二频率信号f_ref_H的信号，那么在下个周期开始软钳频双向计数器的输出进行加一操作；如果在整个时钟周期内至少接收到一次第一频率比较器的表征频率小于第一频率信号f_ref_L的信号，那么在下个周期开始软钳频双向计数器的输出进行减一操作；