[发明专利]开关型功率变换器、时钟模块、控制电路及相关控制方法

说明书

技术领域

本公开的实施例涉及功率变换器，尤其涉及开关型功率变换器及其时钟模块、控制电路和控制该功率变换器时钟信号的方法。

背景技术

开关型功率变换器已经被广泛应用于各种工业电子设备及消费电子设备中。开关型功率变换器通常至少包括一个主开关，并通过控制该主开关的导通和关断切换以实现将该功率变换器接收的输入电压转换为合适的输出电压的目的。

开关型功率变换器通常采用的控制模式之一包括峰值电流控制脉冲宽度调制模式。简言之，在峰值电流控制脉冲宽度调制模式，开关型功率变换器基于系统时钟信号调节其主开关以大致恒定的切换频率进行导通和关断切换，并且基于表征其输出电压的反馈信号和表征开关电流的采样信号调节其主开关在每个导通和关断切换周期中的导通时间(即系统占空比)，以保持输出电压稳定。

在开关型功率变换器的工作过程中，一般还需要对其输出电流或者开关电流进行限流，以控制输出电流低于输出电流上限阈值或者开关流低于开关电流上限阈值，从而保证功率变换器及耦接于该功率变换器输出端的负载不受损坏。一般可以通过限定开关电流的峰值低于设定的峰值阈值来实现对开关电流或者输出电流的限流。由于在主开关和系统参考地之间存在寄生电容，通常还需要对开关电流的采样信号进行前沿消隐，使该采样信号在设定的消隐时间内无效，以防止寄生电容在该采样信号前沿引起的尖刺造成限流误触发。这就决定了开关型功率变换器的最小系统占空比。

例如，对于一款降压型开关功率变换器，若系统时钟信号的周期为16μs，即主开关的导通和关断切换周期为16μs，而所需的设定消隐时间为250ns，则最小系统占空比为250／16000≈1.5％。假设该降压型开关功率变换器的最大输入电压为380V，期望的输出电压为12V，那么该降压型功率变换器进入稳定的工作状态时，系统占空比12／380大致为3％，大于最小系统占空比1.5％，因而可以正常工作。然而，在该降压型开关功率变换器的启动过程中，由于输出电压在刚开始启动的阶段相对于期望的输出电压而言很小，则理论上这一阶段需要的系统占空比会小于最小系统占空比1.5％。但实际上，该降压型功率变换器以最小系统占空比1.5％工作，这会造成降压型功率变换器的储能电感不能达到伏秒平衡，导致该储能电感的电流持续增大。这种情况下，储能电感的电流可能在短时间内突然增大到超出其最大允许电流而使该储能电感饱和，导致功率变换器无法正常工作。另外，如果该降压型功率变换器采用集成的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为主开关，则该集成的MOSFET的电流处理能力有限，储能电感的电流持续增大也意味着流过MOSFET的开关电流持续增大，很可能使该MOSFET饱和，从而其漏源电压骤增，导通损耗骤增。这不仅使该MOSFET承受较大的电压和温度负担，并且该MOSFET有烧毁的危险，不利于整个功率变换器系统的稳定性和耐久性。

常用的系统软启动方案例如软启动开关电流的峰值阈值或者软启动表征输出电压期望值的参考电压并不能解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种控制电路、时钟模块、开关型功率变换器及其时钟信号的控制方法。

在本公开的一个方面，提出了一种时钟模块，用于为开关型功率变换器提供时钟信号，其中该开关型功率变换器用于将输入电压转换为输出电压，并且该开关型功率变换器具有启动过程，该启动过程从该开关型功率变换器被启动时刻开始至所述输出电压增大至其期望值时止；所述时钟模块包括时钟发生器，该时钟发生器被构建用于提供具有周期性脉冲序列的所述时钟信号，该时钟信号具有时钟频率，且该时钟频率与该脉冲序列的脉冲周期互为倒数；所述时钟模块还包括时钟调频器，耦接于所述时钟发生器，该时钟调频器被构建用于在所述功率变换器被启动时刻将所述时钟频率设置为设定的第一频率，并在所述启动过程中控制所述时钟发生器，以调节所述时钟频率由该设定的第一频率经过预设次数的增长性频率跃变阶梯性地跳变至设定的第二频率。

根据一些实施例，所述时钟调频器还被构建用于调节所述时钟频率在每次频率跃变时以与该次频率跃变对应的预设频率增量增大。

根据一些实施例，所述时钟频率在每次频率跃变前具有跃变前频率，每次频率跃变后具有跃变后频率，所述时钟调频器还被构建用于调节所述时钟频率的每次跃变前频率具有与该次频率跃变对应的预设持续时间，第一次跃变前频率为所述第一频率，最后一次跃变后频率为所述第二频率。