[发明专利]紧凑型占空调制器

说明书

开关逻辑接收输入信号和分频信号，并产生开关信号。延迟调制器接收开关信号，当第一节点电压高于第二节点电压时，产生高输出，反之产生低输出。XOR门接收延迟调制器输出和分频信号，当其中一个低电位，另一个高电位时，产生的最终输出高电位，反之低电位。最终输出的占空比取决于第一节点电压的斜率与第二节点电压的斜率之比。

技术领域

本发明的各个方面主要涉及、尤其是涉及脉宽调制(PWM)，更确切地说是带有可变占空因数的脉宽调制。

背景技术

许多电子设备使用脉宽调制(PWM)信号控制或调节它们的输出。通过改变信号频率和/或占空比，可以调制PWM信号。这种调制经常使用复杂的算法，并且需要在器件芯片上占据很大空间的复杂电路。

双相电子设备具有分为两个相位的指定PWM时间。根据设计目的，划分的时间可以重叠或不重叠。例如，对于(半)桥式转换器来说，特定的开关必须不重叠，防止顶部和底部开关之间发生不必要的短接。一个LLC转换器在初级端具有一个半桥式结构，顶部和底部开关平均分享其开关时间。也就是说，每个开关具有其开关时间50％的占空比。而且，双整流器(例如肖特基二极管或同步整流器)在LLC转换器的次极端，遵循主开关频率，以交替的方式整流，而且它们的运行时间相等。

然而，当开关接通或断开时，具有接通或断开延时，这包括上升或下降时间以及传播延时。因此，如果开关具有相同的50％占空比，次级整流器无法在换相过程中在短时间内立即帮助接通。因此，它们每个的最大占空比应低于50％。

在电路中，次极端整流器与初级端电路同步并接收来自初级端的周期和占空信息，要调制初级端和次极端的开关接通/断开并不困难。然而，如果次极端无法从初级端获得占空信息的话，由于当初级端整流器开关接通或断开时，次极端调制器开关无法获知，所以就必须调制占空比。因此，为了确保足够的死区时间，以避免在同一时间接通这两个开关，就必须监控PWM频率以及占空信息，产生合适的接通时间。

次极端无法接收来自初级端的占空信息的电路示例，包括常用于低功率应用(小于100W)的反激式电路。对于较高功率(例如100-200W)的应用，可以使用LLC电路，例如使用开关电源(SMPS)用于电视机、显示器、个人电脑等类似电器。在LLC电路中，通常需要知道何时断开LLC次极端的开关。为此，次极端必须接收初级端开关频率和占空比的相关信息。然而，由于初级端和次极端被变压器隔开，没有其他器件的话，次极端无法接收初级端的开关频率或占空比。而且，在LLC应用中，谐振开关频率会发生变化。此外，在大多数应用中，LLC电路的谐振频率会根据运行环境发生剧烈变化。在这种应用中，使用传统的占空调制，很难增加合适的延时或提前时间，来应对LLC中的这种变化。文中所述“延时”是指在预期事件后发生的动作，“提前”是指在预期事件前发生的动作。

图1A表示一种传统的占空调制器100，具有斜坡信号产生器102、放大器104以及比较器106。斜坡信号产生器102根据具有时钟频率f的时钟信号，产生三角形或锯齿形Vramp波形，如图1B所示。放大器104为输入信号Vin提供增益，产生比较信号Vcomp。比较器将Vramp和Vcomp作比较，产生输出信号Vout。在本示例中，如果Vramp大于Vcomp，则Vout“升高”，如果Vcomp大于Vramp，则Vout“降低”。

这种类型的传统占空调制器可以将输入电压信号Vin转换成时域占空信息。对于成功的电压-时间转换来说，时钟频率f应恒定。然而，如果用于触发斜坡信号Vramp的时钟频率f是PWM信号，PWM频率变化的话，则输出占空无法稳定。图2表示占空如何随着频率变化。如果频率f变化，由于斜坡信号Vramp的斜率是固定的，那么Ramp产生器产生峰值高度不同的斜坡信号，例如Vpp_1、Vpp_m、Vpp_h。然而，如果Vcomp的级别也是固定的，那么输出信号Vout的占空比发生改变。由于从频率到电压的变化需要额外的电路，例如锁相环路(PLL)，因此很难将用于占空的Vcomp级别变成稳定的。

发明内容