CN112803722A - 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法 - Google Patents

隔离式开关变换器及其控制器和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112803722A
CN112803722A CN202011622595.6A CN202011622595A CN112803722A CN 112803722 A CN112803722 A CN 112803722A CN 202011622595 A CN202011622595 A CN 202011622595A CN 112803722 A CN112803722 A CN 112803722A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
primary
trough
circuit
frequency modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011622595.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112803722B (zh
Inventor
李晖
王斯然
冯林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN202011622595.6A priority Critical patent/CN112803722B/zh
Publication of CN112803722A publication Critical patent/CN112803722A/zh
Priority to US17/546,805 priority patent/US11722068B2/en
Priority to TW110148198A priority patent/TWI811910B/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112803722B publication Critical patent/CN112803722B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01—Resonant DC/DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Stereo-Broadcasting Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了隔离式开关变换器及其控制器和控制方法。该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管以及耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制方法包括：接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生脉冲频率调制信号；耦接至次级开关管以检测谐振电压波形，产生波谷脉冲信号；基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并提供响应于目标波谷数的波谷使能信号；基于波谷使能信号、脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，产生初级开通使能信号；将初级开通使能信号送入隔离电路，产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号；以及基于同步信号，产生初级控制信号以控制初级开关管。

Description

隔离式开关变换器及其控制器和控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及准谐振控制的隔离式开关变换器及其控制器和控制方法。
背景技术
隔离式开关电源通常包括具有初级绕组和次级绕组的变压器，以提供隔离。初级开关管耦接至初级绕组，控制存储在初级绕组的能量向次级绕组传递。次级开关管耦接至次级绕组，作为同步整流管取代传统的整流二极管来降低损耗，提高隔离式开关电源的效率。图1为现有的同步整流技术的波形图，其中Vds为次级开关管的漏源极电压，Isec为流过次级绕组的电流，DRVS为次级开关管的控制信号。Vds被用作分别与两个阈值电压，例如-70mV和-500mV进行比较。
如图1所示，当次级开关管的体二极管导通，使得Vds小于-500mV时，次级开关管被导通；当初级开关管导通，使得Vds大于-70mV时，次级开关管方被关断。然而，这样容易导致初级开关管和次级开关管同时导通(直通，Shoot through)，降低开关电源的效率甚至造成开关电源损坏。此外，在高频应用中，开关管的开关动作会产生开关损耗和电磁干扰，从而进一步影响隔离式开关电源的效率。
发明内容
针对现有技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供能够有效避免直通和/或能提高效率且避免电磁干扰的隔离式开关变换器及其控制器和控制方法。
根据本发明实施例的一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管以及耦接至次级绕组的次级开关管，该控制器包括：波谷检测电路，耦接至次级开关管以检测开关变换器谐振电压的波形，并输出表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；脉冲频率调制电路，接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生脉冲频率调制信号；初级开通使能电路，其中当变换器工作在准谐振模式时，初级开通使能电路基于脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，在输出端输出初级开通使能信号，当开关变换器工作在电流连续模式时，初级开通使能电路将脉冲频率调制信号作为初级开通使能信号在输出端输出；初级关断检测电路，检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；过零检测电路，检测流过次级开关管的电流是否过零，并产生过零检测信号；以及次级逻辑电路，耦接至初级关断检测电路、过零检测电路和初级开通使能电路以接收初级关断检测信号、过零检测信号和初级开通使能信号，产生次级控制信号以控制次级开关管；隔离电路，具有接收初级开通使能信号的输入端，在输出端产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号；以及初级逻辑电路，耦接至隔离电路的输出端以接收同步信号，并基于同步信号产生初级控制信号以控制初级开关管。
根据本发明实施例的一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管、耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制器包括：波谷检测电路，耦接至次级开关管以检测开关变换器谐振电压的波形，并输出表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；脉冲频率调制电路，接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生脉冲频率调制信号；波谷选定电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号，第二输入端接收波谷脉冲信号，波谷选定电路基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并在输出端提供响应于目标波谷数的波谷使能信号；初级开通使能电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号，第二输入端接收波谷脉冲信号，第三输入端接收波谷使能信号，基于频率调制信号、波谷脉冲信号以及波谷使能信号，在输出端产生初级开通使能信号至隔离电路的输入端；初级关断检测电路，检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；过零检测电路，检测流过次级开关管的电流是否过零，并产生过零检测信号；次级逻辑电路，耦接至初级关断检测电路和过零检测电路以接收初级关断检测信号和过零检测信号，并基于初级关断检测信号与过零检测信号产生次级控制信号以控制次级开关管；以及初级逻辑电路，耦接至隔离电路的输出端以接收与初级开通使能信号电隔离的同步信号，并基于同步信号产生初级控制信号以控制初级开关管。
根据本发明实施例的一种隔离式开关变换器，包括如前所述的控制器。
根据本发明实施例的一种隔离式开关变换器的控制方法，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管、耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制方法包括：接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生与反馈信号有关的脉冲频率调制信号；耦接至次级开关管以检测开关变换器的谐振电压波形，产生表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并提供响应于目标波谷数的波谷使能信号；基于波谷使能信号、脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，产生初级开通使能信号；将初级开通使能信号送入隔离电路，产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号；以及基于同步信号，产生初级控制信号以控制初级开关管。
在本发明的实施例中，引入准谐振控制，基于脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号产生初级开通使能信号，并通过与初级开通使能信号电隔离的同步信号控制初级开关管谷底导通，大大减小了开关损耗和电磁干扰。同时，基于该初级开通使能信号和初级关断检测电路来控制次级开关管，并基于与初级开通使能信号电隔离的同步信号控制初级开关管，可以准确控制初级开关管和次级开关管的导通与关断，无需在初级开关管导通后方关断次级开关管，有效地避免了直通。
附图说明
图1为现有的同步整流技术的波形图；
图2为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器200的框图；
图3为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器300的框图；
图4为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器400的电路原理图；
图5为根据本发明实施例的图4所示隔离式开关变换器400的工作波形图；
图6为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器500的电路原理图；
图7为根据本发明一实施例的图6所示波谷检测电路501的工作波形图；
图8为根据本发明一实施例的图6所示波谷选定电路511的电路原理图；
图9为根据本发明一实施例的图6所示隔离式开关变换器500的工作波形图；
图10为根据本发明一实施例的准谐振控制的隔离式开关变换器的控制方法900的方法流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
本发明可以被应用于任何隔离式变换器。在接下来的详细描述中，为了简洁起见，仅以反激变换器(flyback converter)为例来解释本发明的具体工作原理。
图2为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器200的框图。如图2所示，隔离式开关变换器200包括变压器T1、初级开关管MP、次级开关管MS以及控制器。变压器T1具有初级绕组和次级绕组，其中初级绕组和次级绕组均具有第一端和第二端，初级绕组的第一端接收输入电压Vin，次级绕组的第一端提供直流输出电压Vo，第二端耦接至次级参考地。初级开关管MP耦接在初级绕组的第二端与初级参考地之间。次级开关管MS耦接在次级绕组的第二端与负载之间。然而，本领域技术人员可知，次级开关管MS也可耦接在次级绕组的第一端与负载之间。
在图2所示的实施例中，隔离式开关变换器200的控制器引入了准谐振控制。在准谐振控制中，开关变换器工作在非电流连续模式，当流过储能元件(变压器T1)的电流下降至零后，储能元件与初级开关管MP的寄生电容开始谐振，谐振电压波形随之产生。当初级开关管MP两端的谐振电压在其最小值时，初级开关管MP被导通(通常被成为谷底导通)，从而减小开关变换器200的开关损耗和电磁干扰。
控制器包括波谷检测电路201、脉冲频率调制电路202、初级开通使能电路203、初级关断检测电路204、过零检测电路205、次级逻辑电路206、隔离电路207以及初级逻辑电路208。在一些实施例中，控制器与次级开关管MS集成在同一芯片内。
在图2所示的隔离开关变换器200中，由位于变压器次级侧的波谷检测电路201来检测谐振电压的波形。在一个实施例中，波谷检测电路201耦接至次级开关管MS以检测谐振电压的波形，并输出表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号Valley_Pulse。脉冲频率调制电路202基于代表开关变换器200输出电压Vo的反馈信号，产生脉冲频率调制信号PFM。初级开通使能电路203接收模式指示信号CCM、波谷脉冲信号Valley_Pulse和脉冲频率控制信号PFM，在输出端提供初级开通使能信号PRON。当模式指示信号CCM有效，开关变换器200工作在电流连续模式，初级开通使能电路203允许脉冲频率调制信号PFM通过，作为初级开通使能信号PRON在输出端输出。当模式指示信号CCM无效，开关变换器200工作在准谐振模式时，初级开通使能电路203基于脉冲频率调制信号PFM和波谷脉冲信号Valley_Pulse，在输出端输出初级开通使能信号PRON。
初级关断检测电路204检测初级开关管MP是否关断，产生初级关断检测信号PROFF。初级关断检测电路204可以基于次级开关管MS的漏源电压、流过次级开关管MS的电流、次级绕组两端的电压等电参数来判断初级开关管MP是否关断。初级关断检测电路204也可以通过其他方式从初级侧获取指示初级开关管MP是否关断的信号。
过零检测电路205检测流过次级开关管MS的电流是否过零，并产生过零检测信号ZCD。次级逻辑电路206具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端耦接至初级关断检测电路204以接收初级关断检测信号PROFF，第二输入端耦接至过零检测电路205的输出端以接收过零检测信号ZCD，第三输入端耦接至初级开通使能电路203以接收初级开通使能信号PRON。次级逻辑电路206基于初级关断检测信号PROFF、过零检测信号ZCD以及初级开通使能信号PRON，在输出端产生次级控制信号CTRLS以控制次级开关管MS。
隔离电路207具有输入端和输出端，其中输入端耦接至初级开通使能电路203的输出端以接收初级开通使能信号PRON。隔离电路207基于初级开通使能信号PRON，在输出端产生与初级开通使能信号PRON电隔离的同步信号SYNC。隔离电路207可以包括光电耦合器、变压器、容性隔离器件或任何其他合适的电隔离器件。在其他的实施例中，隔离电路202可以设置在控制器集成电路的外部。
初级逻辑电路208具有输入端和输出端，其中输入端耦接至隔离电路207的输出端以接收同步信号SYNC。初级逻辑电路208基于同步信号SYNC，在输出端产生初级控制信号CTRLP以控制初级开关管MP。
在准谐振控制下，次级逻辑电路206在过零检测电路205检测到流过次级开关管MS的电流过零时，将次级开关管MS关断。在电流连续模式下，次级逻辑电路206基于初级开通使能信号PRON的上升沿，将次级开关管MS关断。同时，次级开关管MP基于初级开通使能信号PRON导通。
无论在非电流连续模式下的准谐振控制还是电流连续模式下，图2所示的隔离式开关变换器200均无需在初级开关管MP导通后方关断次级开关管MS，从原理上避免了直通。
在一些实施例中，为了确保初级开关管MP在次级开关管MS关断后方被导通，延时电路被耦接在初级开通使能电路203和隔离电路207之间，或隔离电路207和初级逻辑电路208之间。
图3为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器300的框图。与图2所示的开关变换器200类似地，开关变换器300包括变压器T1、初级开关管MP、次级开关管MS、波谷检测电路301、脉冲频率调制电路302、初级开通使能电路303、初级关断检测电路304、过零检测电路305、次级逻辑电路306、隔离电路307以及初级逻辑电路308。
其中脉冲频率调制电路302包括误差放大电路3021、调制信号产生电路3022和第一比较电路3023。误差放大电路3021具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表开关变换器输出信号(例如输出电压、输出电流、输出功率)的反馈信号FB，第二输入端接收参考信号VREF。误差放大电路3021基于反馈信号FB和参考信号VREF之差，在输出端产生补偿信号COMP。调制信号产生电路3022产生调制信号VM，该调制信号VM可以为锯齿波信号、三角波信号或其他合适的信号。第一比较电路3023具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大电路3021的输出端以接收补偿信号COMP，第二输入端耦接至调制信号产生电路3022以接收调制信号VM。第一比较电路3023将补偿信号COMP与调制信号VM进行比较，在输出端产生脉冲频率调制信号PFM。
此外，开关变换器300还包括第二比较电路309。第二比较电路309具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表流过初级开关管MP电流的初级电流采样信号ISENP，第二输入端接收第一阈值电压VTH1。第二比较电路309将初级电流采样信号ISENP与第一阈值电压VTH1进行比较，在输出端产生第二比较信号CMPO2。初级逻辑电路308耦接至第二比较电路309的输出端以接收第二比较信号CMPO2，并基于第二比较信号CMPO2和同步信号SYNC，产生初级控制信号CTRLP以控制初级开关管MP。第一阈值电压VTH1可以为恒定值，也可随隔离信号SYNC变化而变化。在一个实施例中，开关变换器300还包括阈值产生电路310。阈值产生电路310具有输入端和输出端，其中输入端耦接至隔离电路307的输出端以接收同步信号SYNC，输出端耦接至第二比较电路309的第二输入端。阈值产生电路310基于同步信号SYNC在输出端产生第一阈值电压VTH1。
在一些实施例中，为了限制开关变换器300的开关频率，限频电路3024被耦接在第一比较电路3023的输出端与调制信号产生电路3022之间。限频电路3024具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第一比较电路3023的输出端以接收脉冲频率调制信号PFM，输出端耦接至调制信号产生电路3022以提供限频信号FLMT。限频电路3024通过限频信号FLMT对调制信号VM的频率和脉冲调制信号PFM的频率进行限制，从而进一步限制初级开关管MP切换的最大频率。
图4为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器400的电路原理图。如图4所示，波谷检测电路401包括比较器COM1和单脉冲产生电路4011。比较器COM1的同相输入端接收次级开关管MS的漏极电压VSRD，反相输入端接收第二阈值电压VTH2，输出端耦接至单脉冲产生电路4011的输入端，在单脉冲产生电路4011的输出端提供波谷脉冲信号Valley_Pulse。
脉冲频率调制电路402包括误差放大电路4021、调制信号产生电路4022、第一比较电路4023以及限频电路4024。其中误差放大电路4021包括误差放大器EA。误差放大器EA的反相输入端接收代表输出电压Vo的反馈信号FB，同相输入端接收参考信号VREF，输出端耦接至第一比较电路4023以提供补偿信号COMP。调制信号产生电路4022包括电容器C1、开关管S1和电流源IS1。电容器C1具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一比较电路4023以提供调制信号VM，第二端耦接至次级参考地。开关管S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电容器C1的第一端，第二端耦接至次级参考地，控制端通过限频电路4024耦接至第一比较电路4023的输出端。电流源Is1具有输入端和输出端，其中输入端耦接至次级参考地，输出端耦接至电容器C1的第一端。在一个实施例中，调制信号产生电路4023还包括齐纳二极管ZD1。齐纳二极管ZD1的阴极耦接至电容器C1的第一端，阳极耦接至次级参考地。第一比较电路4023包括比较器COM2。比较器COM2的同相输入端耦接至调制信号产生电路4022以接收调制信号VM，反相输入端耦接至误差放大电路4021以接收补偿信号COMP，输出端耦接至初级开通使能电路403以提供脉冲频率调制信号PFM。
初级开通使能电路403包括D触发器4031、或门OR1以及与门AND1。D触发器4031具有输入端、时钟端和输出端，其中输入端耦接至波谷检测电路401的输出端以接收波谷脉冲信号Valley_Pulse，时钟端耦接至脉冲频率调制电路402的输出端以接收脉冲频率调制信号PFM，输出端耦接至或门OR1的第一输入端。或门OR1的第二输入端接收模式指示信号CCM，或门OR1的输出端耦接至与门AND1的第一输入端。与门AND1的第二输入端接收脉冲频率调制信号PFM，输出端耦接至隔离电路407和次级逻辑电路406以提供初级开通使能信号PRON。
初级关断检测电路404包括比较器COM3。比较器COM3的同相输入端接收次级开关管MS的漏极电压VSRD，反相输入端接收第三阈值电压VTH3，输出端耦接至次级逻辑电路406以提供初级关断检测信号PROFF。过零检测电路405包括比较器COM4。比较器COM4的同相输入端耦接收第四阈值电压VTH4，反相输入端接收代表流过次级开关管MS电流的次级电流采样信号ISENS，输出端耦接至次级逻辑电路406以提供过零检测信号ZCD。在其他实施例中，过零检测电路405检测到次级开关管MS的漏极电压VSRD由负电压变为正电压时，产生的过零检测信号ZCD由低电平变为高电平时，以关断次级开关管。
次级逻辑电路406包括或门OR2以及触发器FF2。或门OR2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至过零检测电路405以接收过零检测信号ZCD，第二输入端耦接至初级开通使能电路403以接收初级开通使能信号PRON。触发器FF2具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至初级关断检测电路404的输出端以接收初级关断检测信号PROFF，复位端耦接至或门OR2的输出端，输出端耦接至次级开关管MS的栅极以提供次级控制信号CTRLS。
初级逻辑电路408包括触发器FF1。触发器FF1具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至隔离电路407的输出端以接收同步信号SYNC，复位端耦接至第二比较电路409的输出端以接收第二比较信号CMPO2，输出端耦接至初级开关管MP的栅极以提供初级控制信号CTRLP。第二比较电路409包括比较器COM5。比较器COM5的同相输入端接收初级电流采样信号ISENP，反相输入端耦接至阈值产生电路410以接收第一阈值电压VTH1，输出端耦接至初级逻辑电路408以提供第二比较信号CMPO2。
图5为根据本发明实施例的图4所示隔离式开关变换器400的工作波形图。如图5所示，在次级开关管MS的关断期间，当漏级电压VSRD大于第二阈值VTH2时，波谷检测电路401提供波谷脉冲信号Valley_Pulse，该波谷脉冲信号Valley_Pulse的脉冲数取决于谐振电压波形的波谷数。
当模式指示信号CCM为低电平，开关变换器400工作在准谐振模式，在脉冲频率调制信号PFM的上升沿来临后的下个波谷脉冲来临时，初级开通使能信号PRON有效，初级开通使能信号PRON由低电平变为高电平。几乎与此同时，隔离电路407输出的同步信号SYNC也由低电平变为高电平，触发器FF1被置位，初级控制信号CTRLP由低电平变为高电平，初级开关管MP被导通。流过初级开关管MP的电流增大，初级电流采样信号ISENP也增大。当初级电流采样信号ISENP增大至第一阈值电压VTH1时，触发器FF1被复位，初级控制信号CTRLP由高电平变为低电平，初级开关管MP被关断。在初级开关管MP被关断后，次级开关管MS的漏极电压VSRD由正电压变为负电压，漏级电压VSRD减小到第三阈值VTH3，触发器FF2被置位，次级控制信号CTRLS由低电平变为高电平，次级开关管MS被导通。变压器电流从初级传递到次级，流过次级开关管MS的电流开始减小，次级电流采样信号ISENS也减小。一旦检测到次级电流采样信号ISENS减小至第四阈值电压VTH4时，例如过零时，触发器FF2被复位，次级控制信号CTRLS由高电平变为低电平，次级开关管MS被关断。当流过初级和次级的电流都为零时，储能元件与开关管的寄生电容开始谐振，产生谐振电压，该谐振电压的波形由位于次级侧波谷检测电路401检测到，产生波谷脉冲信号Valley_Pulse。以上步骤不断重复，直到模式指示信号CCM变为高电平。
当模式指示信号CCM由低电平变为高电平，开关变换器400进入电流连续模式，初级开通使能电路403允许脉冲频率调制信号PFM作为初级开通使能信号PRON输出。次级开关管MS也在初级开通使能信号PRON的上升沿被关断。当初级开通使能信号PRON的上升沿来临，几乎与此同时，隔离电路407输出的同步信号SYNC也由低电平变为高电平，初级控制信号CTRLP由低电平变为高电平，初级开关管MP被导通。当初级电流采样信号ISENP增大至第一阈值电压VTH1时，初级开关管MP被关断。在初级开关管MP被关断后，次级开关管MS的漏极电压VSRD由正电压变为负电压，次级开关管MS被导通。以上步骤不断重复，直到模式指示信号CCM由高电平变为低电平。
图6为根据本发明一实施例的隔离式开关变换器500的电路原理图。与图4所示的开关变换器400类似地，开关变换器500包括变压器T1、初级开关管MP、次级开关管MS、波谷检测电路501、脉冲频率调制电路502、初级开通使能电路503、初级关断检测电路504、过零检测电路505、次级逻辑电路506、隔离电路507、初级逻辑电路508、第二比较电路509以及阈值产生电路510。此外，开关变换器500还包括波谷选定电路511。波谷选定电路511具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，其中第一输入端接收波谷脉冲信号Valley_Pulse，第二输入端接收脉冲频率调制信号PFM，波谷选定电路511基于脉冲频率调制信号PFM与上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)，产生目标波谷数VALLEY_LOCK(n)，并在输出端提供对应于目标波谷数的波谷使能信号VEN。在一个实施例中，波谷选定电路511将脉冲频率调制信号PFM上升沿来临时所累计的波谷数与上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)进行比较，根据比较结果选择继续保持或切换至另一合适的波谷数。在另一个实施例中，波谷选定电路511还具有第二输出端，基于目标波谷数的数值，产生模式指示信号CCM。其中当目标波谷数的数值为0时，模式指示信号CCM为高电平，指示电流连续模式。
在图6所示的实施例中，波谷检测电路501包括波谷比较器COM5、下降沿触发电路5011、触发器FF3、与门AND2以及单脉冲产生电路5012。其中波谷比较器COM5的同相输入端耦接至次级开关管MS以接收次级开关管的漏极电压VSRD，反相输入端接收开关变换器的输出电压Vo，波谷比较器COM5将次级开关管的漏极电压VSRD与输出电压Vo进行比较，在输出端产生波谷比较信号。触发器FF3具有置位端、复位端和反向输出端，其中置位端接收初级开通使能信号PRON，复位端经下降沿触发电路5011接收次级控制信号CTRLS。与门AND2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至波谷比较器COM5的输出端以接收波谷比较信号，第二输入端耦接至触发器FF3的反向输出端。单脉冲产生电路5012具有输入端和输出端，其中输入端耦接至与门AND2的输出端，在输出端提供波谷脉冲信号Valley_Pulse。
图7为根据本发明一实施例的图6所示波谷检测电路501的工作波形图。如图7所示，当初级开通使能信号PRON有效，初级控制信号CTRL由低电平变为高电平，触发器FF3被置位，其反向输出端输出低电平，波谷比较信号被屏蔽或禁止。当次级控制信号CTRLS的下降沿来临时，即次级控制信号CTRLS由高电平变为低电平，次级开关管MS被关断，触发器FF3被复位，其反向输出端输出高电平，允许波谷比较信号通过与门AND2传输到单脉冲产生电路5012。并由单脉冲产生电路5012在波谷比较信号的上升沿产生具有预定脉冲宽度的波谷脉冲信号Valley_Pulse。在一些实施例中，为了确保初级开关管MP在波谷处导通，一延时电路被耦接在与门AND2与单脉冲产生电路5012之间。
图8为根据本发明一实施例的波谷选定电路511的电路原理图。在图8所示的实施例中，波谷选定电路511包括第一计数器5110、第一寄存器5111、目标波谷数产生器5112以及数字比较器5113。第一计数器5110具有时钟端，复位端和输出端，其中时钟端接收波谷脉冲信号Valley_Pulse，复位端接收初级开通使能信号PRON，第一计数器5110对一周期内波谷脉冲信号Valley_Pulse的脉冲个数进行计数，在输出端提供第一数值VALLEY_CNT。第一寄存器5111具有输入端，时钟端和输出端，其中输入端接收第一数值VALLEY_CNT，时钟端接收脉冲频率调制信号PFM，在输出端产生第二数值VALLEY_PFM。目标波谷数产生器5112将第二数值VALLEY_PFM与上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)进行比较，根据比较结果在输出端产生目标波谷数VALLEY_LOCK(n)。数字比较器5113将第一数值VALLEY_CNT与目标波谷数VALLEY_LOCK(n)进行比较，当第一数值VALLEY_CNT大于或等于目标波谷数VALLEY_LOCK(n)时，在输出端提供波谷使能信号VEN。
当目标波谷数VALLEY_LOCK(n)＝0时，波谷选定电路511提供的模式识别信号CCM由低电平变为高电平，表示开关变换器进入电流连续模式。
在图8所示的实施例中，目标波谷数发生器5112包括第一多路选择器521、第二多路选择器522、第二寄存器523和减法器524。在其他实施例中，目标波谷发生器5112采用其他形式的数字电路来实现。
在初级开关管MP关断时，或者每一个初级关断检测信号PROFF的上升沿来临时，目标波谷发生器5112产生目标波谷数VALLEY_LOCK(n)，并寄存在第二寄存器523中。
当第二数值VALLEY_PFM大于上一周期波谷数VALLEY_LOCK(n-1)时，VALLEY_LOCK(n)＝VALLEY_LOCK(n-1)+1。在一个实施例中，当上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)大于3且比第二数值VALLEY_PFM大2时，VALLEY_LOCK(n)＝VALLEY_LOCK(n-1)-1。此外，当上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)为2或1，同时脉冲频率调制信号PFM的上升沿来临时刻比第一波谷脉冲提早一预设时长到达时，目标波谷数VALLEY_LOCK(n)＝VALLEY_LOCK(n-1)-1。在其他情形下，目标波谷数VALLEY_LOCK(n)保持上一周期的波谷数VALLEY_LOCK(n-1)不变。
继续如图6所示，初级开通使能电路503包括与门AND3、或门OR3和与门AND4。其中与门AND3具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收波谷脉冲信号Valley_Pulse，第二输入端耦接至波谷选定电路511的第一输出端以接收波谷使能信号VEN。或门OR3具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至与门AND3的输出端、第二输入端耦接至波谷选定电路511的第二输出端以接收模式指示信号CCM。与门AND4具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号PFM，第二输入端耦接至或门OR3的输出端，在输出端提供初级开通使能信号PRON。
在电流连续模式下，初级开通使能电路503允许脉冲频率调制信号PFM通过，作为初级开通使能信号PRON在输出端输出。在准谐振模式下，初级开通使能电路503在波谷使能信号VEN有效且脉冲频率调制信号PFM的上升沿来临时，输出有效的初级开通使能信号PRON，控制初级开关管MP导通。
图9为根据本发明一实施例的图6所示隔离式开关变换器500的工作波形图。
当模式指示信号CCM为低电平，在次级开关管MS的每个关断期间内，波谷检测电路501基于次级开关管的漏级电压VSRD与输出电压Vo的比较结果，产生波谷脉冲信号Valley_Pulse。第一计数器5110对每个周期内的波谷脉冲进行计数，作为第一数值VALLEY_CNT。第一寄存器5111记录脉冲频率调制信号PFM上升沿来临时的第一数值VALLEY_CNT，提供第二数值VALLEY_PFM。根据目标波谷数产生器5112的控制原理，产生目标波谷数VALLEY_LOCK。初级开关管MP根据对应于目标波谷数的初级开通使能信号PRON导通。
当模式指示信号CCM变高，脉冲频率调制信号PFM作为初级开通使能信号PRON来控制初级开关管MP导通。
上述实施例均涉及既可工作在电流连续模式又可在非电流连续模式下准谐振工作的隔离式开关变换器。本发明的实施例仅需要稍作改变就可以用于仅采用准谐振控制的隔离式开关变换器。仅采用准谐振控制的隔离式反激变换器同样满足本发明的精神和保护范围。
图10为根据本发明一实施例的准谐振控制的隔离式开关变换器的控制方法900的方法流程图。该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管、耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制方法包括步骤901～906。
在步骤901，接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生与反馈信号有关的脉冲频率调制信号。
在步骤902，耦接至次级开关管以检测开关变换器的谐振电压波形，产生表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号。
在步骤903，基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并提供响应于目标波谷数的波谷使能信号。在一个实施例中，将脉冲频率调制信号上升沿来临时所累计的波谷数与上一周期的波谷数相比较，选择继续保持或切换至另一合适的波谷数。
在步骤904，基于波谷使能信号、脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，产生初级开通使能信号。
在步骤905，将初级开通使能信号送入隔离电路，产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号。
在步骤906，基于同步信号，产生初级控制信号以控制初级开关管。
控制方法900进一步包括：检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；检测流过次级开关管的电流是否过零，产生过零检测信号；以及基于初级关断检测信号和过零检测信号，产生次级控制信号以控制次级开关管。
在一个实施例中，步骤903包括：接收波谷脉冲信号，对一周期内波谷脉冲信号的脉冲进行计数，提供第一数值；记录脉冲频率调制信号上升沿来临时的第一数值，作为第二数值；将第二数值与上一周期波谷数进行比较，根据比较结果产生目标波谷数；以及将第一数值与目标波谷数进行比较，当第一数值大于或等于目标波谷数时，在输出端提供波谷使能信号。
在说明书中，相关术语例如第一和第二等可以只是用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必或不意味着在这些实体或动作之间的任意实体这种关系或者顺序。数字顺序例如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅指的是多个中的不同个体，并不意味着任何顺序或序列，除非权利要求语言有具体限定。在任何一个权利要求中的文本的顺序并不意问这处理步骤必须以根据这种顺序的临时或逻辑顺序进行，除非权利要求语言有具体规定。在不脱离本发明范围的情况下，这些处理步骤可以按照任意顺序互换，只要这种互换不会是的权利要求语言矛盾并且不会出现逻辑上荒谬。
上述说明书和实施方式仅仅是示例性的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (20)

1.一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管以及耦接至次级绕组的次级开关管，该控制器包括：
波谷检测电路，耦接至次级开关管以检测开关变换器谐振电压的波形，并输出表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；
脉冲频率调制电路，接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生脉冲频率调制信号；
初级开通使能电路，其中当变换器工作在准谐振模式时，初级开通使能电路基于脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，在输出端输出初级开通使能信号，当开关变换器工作在电流连续模式时，初级开通使能电路将脉冲频率调制信号作为初级开通使能信号在输出端输出；
初级关断检测电路，检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；
过零检测电路，检测流过次级开关管的电流是否过零，并产生过零检测信号；以及
次级逻辑电路，耦接至初级关断检测电路、过零检测电路和初级开通使能电路以接收初级关断检测信号、过零检测信号和初级开通使能信号，产生次级控制信号以控制次级开关管；
隔离电路，具有接收初级开通使能信号的输入端，在输出端产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号；以及
初级逻辑电路，耦接至隔离电路的输出端以接收同步信号，并基于同步信号产生初级控制信号以控制初级开关管。
2.如权利要求1所述的控制器，其中脉冲频率调制电路包括
误差放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收反馈信号，第二输入端接收参考信号，误差放大电路基于反馈信号和参考信号之差，在输出端产生补偿信号；
调制信号产生电路，产生调制信号；以及
第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大电路的输出端以接收补偿信号，第二输入端耦接至调制信号产生电路以接收调制信号，第一比较电路将补偿信号与调制信号进行比较，在输出端产生脉冲频率调制信号。
3.如权利要求1所述的控制器，初级开通使能电路包括：
D触发器，具有输入端、时钟端和输出端，其中输入端接收波谷脉冲信号，时钟端接收脉冲频率调制信号；
第一或门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至D触发器的输出端，第二输入端接收代表变换器工作模式的模式指示信号；以及
第一与门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一或门的输出端，第二输入端接收脉冲频率调制信号，第一与门在输出端提供初级开通使能信号。
4.如权利要求1所述的控制器，还包括：
第二比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表流过初级开关管电流的初级电流采样信号，第二输入端接收第一阈值电压，第二比较电路将初级电流采样信号与第一阈值电压进行比较，在输出端产生第二比较信号；以及
其中初级逻辑电路还耦接至第二比较电路的输出端以接收第二比较信号，并基于第二比较信号和同步信号产生初级控制信号。
5.如权利要求1所述的控制器，其中波谷检测电路包括：
波谷比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至次级开关管以接收次级开关管的漏极电压，第二输入端接收开关变换器的输出电压，波谷比较器将次级开关管的漏极电压与输出电压进行比较，在输出端产生波谷比较信号；
触发器，具有置位端、复位端和反向输出端，其中置位端接收初级开通使能信号，复位端经下降沿触发电路接收次级控制信号；
第二与门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收波谷比较信号，第二输入端耦接至触发器的反向输出端；以及
单脉冲产生电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二与门的输出端，在输出端提供波谷脉冲信号。
6.如权利要求1所述的控制器，还包括：
波谷选定电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号，第二输入端接收波谷脉冲信号，波谷选定电路基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并在输出端提供对应于目标波谷数的波谷使能信号；以及
该初级开通使能电路还包括接收波谷使能信号的第三输入端，基于脉冲频率调制信号、波谷脉冲信号以及波谷使能信号，在输出端产生初级开通使能信号。
7.如权利要求6所述的控制器，其中当目标波谷数为0时，开关变换器进入电流连续模式。
8.如权利要求6所述的控制器，其中波谷选定电路将脉冲频率调制信号上升沿来临时所累计的波谷数与上一周期的波谷数相比较，根据比较结果选择继续保持或切换至另一合适的波谷，并在当前波谷数达到目标波谷数时提供波谷使能信号。
9.如权利要求8所述的控制器，其中波谷选定电路包括：
计数器，具有时钟端，复位端和输出端，其中时钟端接收波谷脉冲信号，复位端接收初级开通使能信号，计数器对一周期内波谷脉冲信号的脉冲个数进行计数，在输出端提供第一数值；
寄存器，具有输入端，时钟端和输出端，其中输入端接收第一数值，时钟端接收脉冲频率调制信号，在输出端产生第二数值；
目标波谷数产生器，将第二数值与上一周期的波谷数进行比较，在输出端产生目标波谷数；以及
数字比较器，将第一数值与目标波谷数进行比较，当第一数值大于或等于目标波谷数时，在输出端提供波谷使能信号。
10.如权利要求9所述的控制器，其中：
当第二数值大于上一周期的波谷数时，目标波谷数等于上一周期的波谷数加1；
当上一周期波谷数大于3且比第二数值大2时，目标波谷数等于上一周期波谷数减1；以及
当上一周期波谷数为2或1，且脉冲频率调制信号的上升沿来临时刻比第一波谷提早一预设时长到达时，目标波谷数等于上一周期波谷数减1。
11.如权利要求6所述的控制器，其中当波谷使能信号有效且脉冲频率调制信号的上升沿来临时，初级开通使能信号有效，控制初级开关管导通。
12.一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管、耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制器包括：
波谷检测电路，耦接至次级开关管以检测开关变换器谐振电压的波形，并输出表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；
脉冲频率调制电路，接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生脉冲频率调制信号；
波谷选定电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号，第二输入端接收波谷脉冲信号，波谷选定电路基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并在输出端提供响应于目标波谷数的波谷使能信号；
初级开通使能电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收脉冲频率调制信号，第二输入端接收波谷脉冲信号，第三输入端接收波谷使能信号，基于频率调制信号、波谷脉冲信号以及波谷使能信号，在输出端产生初级开通使能信号至隔离电路的输入端；
初级关断检测电路，检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；
过零检测电路，检测流过次级开关管的电流是否过零，并产生过零检测信号；
次级逻辑电路，耦接至初级关断检测电路和过零检测电路以接收初级关断检测信号和过零检测信号，并基于初级关断检测信号与过零检测信号产生次级控制信号以控制次级开关管；以及
初级逻辑电路，耦接至隔离电路的输出端以接收与初级开通使能信号电隔离的同步信号，并基于同步信号产生初级控制信号以控制初级开关管。
13.如权利要求12所述的控制器，其中波谷选定电路将脉冲频率调制信号上升沿来临时所累计的波谷数与上一周期的波谷数相比较，根据比较结果选择继续保持或切换至另一合适的波谷，并在当前波谷数达到目标波谷数时提供波谷使能信号。
14.一种隔离式开关变换器，包括如权利要求1至13中任一项所述的控制器。
15.一种隔离式开关变换器的控制方法，该开关变换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、耦接至初级绕组的初级开关管、耦接至次级绕组的次级开关管以及隔离电路，该控制方法包括：
接收代表开关变换器输出信号的反馈信号，产生与反馈信号有关的脉冲频率调制信号；
耦接至次级开关管以检测开关变换器的谐振电压波形，产生表示谐振电压波谷的波谷脉冲信号；
基于脉冲频率调制信号与上一周期的波谷数，产生目标波谷数，并提供响应于目标波谷数的波谷使能信号；
基于波谷使能信号、脉冲频率调制信号和波谷脉冲信号，产生初级开通使能信号；
将初级开通使能信号送入隔离电路，产生与初级开通使能信号电隔离的同步信号；以及
基于同步信号，产生初级控制信号以控制初级开关管。
16.如权利要15所述的控制方法，还包括：
检测初级开关管是否关断，产生初级关断检测信号；
检测流过次级开关管的电流是否过零，产生过零检测信号；以及
基于初级关断检测信号和过零检测信号，产生次级控制信号以控制次级开关管。
17.如权利要15所述的控制方法，产生目标波谷数的方法包括：
将脉冲频率调制信号上升沿来临时所累计的波谷数与上一周期的波谷数相比较，选择保持或切换至另一合适的波谷数。
18.如权利要求15所述的控制方法，其中提供波谷使能信号的方法包括：
接收波谷脉冲信号，对一周期内波谷脉冲信号的脉冲进行计数，提供第一数值；
记录脉冲频率调制信号上升沿来临时的第一数值，作为第二数值；
将第二数值与上一周期波谷数进行比较，根据比较结果产生目标波谷数；以及
将第一数值与目标波谷数进行比较，当第一数值大于或等于目标波谷数时，在输出端提供波谷使能信号。
19.如权利要求18所述的控制方法，其中：
当第二数值大于上一周期的波谷数时，目标波谷数等于上一周期的波谷数加1；
当上一周期波谷数大于3且比第二数值大2时，目标波谷数等于上一周期波谷数减1；以及
当上一周期波谷数为2或1，且脉冲频率调制信号的上升沿来临时刻比第一波谷提早一预设时长到达时，目标波谷数等于上一周期波谷数减1。
20.如权利要求15所述的控制方法，其中当目标波谷数为0时，开关变换器进入电流连续模式。
CN202011622595.6A 2020-12-31 2020-12-31 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法 Active CN112803722B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011622595.6A CN112803722B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法
US17/546,805 US11722068B2 (en) 2020-12-31 2021-12-09 Isolated switching converter with secondary side modulation and control method thereof
TW110148198A TWI811910B (zh) 2020-12-31 2021-12-22 隔離式開關變換器及其控制器和控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011622595.6A CN112803722B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112803722A true CN112803722A (zh) 2021-05-14
CN112803722B CN112803722B (zh) 2022-06-14

Family

ID=75807513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011622595.6A Active CN112803722B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11722068B2 (zh)
CN (1) CN112803722B (zh)
TW (1) TWI811910B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113780295A (zh) * 2021-09-13 2021-12-10 东北大学 一种基于lac-floss算法和ier算法的时间序列分割方法
CN114204821A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 杭州茂力半导体技术有限公司 开关变换器及其控制器和控制方法
CN114244131A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 杭州茂力半导体技术有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
CN114696626A (zh) * 2022-04-11 2022-07-01 上海南芯半导体科技股份有限公司 一种反激式变换器的控制电路

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI778852B (zh) * 2021-04-08 2022-09-21 通嘉科技股份有限公司 返馳式電源轉換器的操作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106655834A (zh) * 2016-10-08 2017-05-10 成都启臣微电子股份有限公司 准谐振原边恒流控制电路及具有该电路的交直流转换器
CN107437897A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 产晶积体电路股份有限公司 用于具有初级侧调节的飞返转换器的双模操作控制器
CN107612336A (zh) * 2016-07-12 2018-01-19 快捷韩国半导体有限公司 用于谐振转换器的可变消隐频率

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1397599B1 (it) * 2009-12-21 2013-01-16 St Microelectronics Srl Convertitore flyback dual mode e metodo di controllo della modalita' di funzionamento.
CN102655378B (zh) 2012-05-08 2014-06-04 成都芯源系统有限公司 一种隔离式电压转换器电路及其控制方法
CN102655373B (zh) 2012-05-08 2015-06-03 成都芯源系统有限公司 一种隔离式电压转换电路及其控制方法
CN102664525B (zh) 2012-05-08 2014-08-27 成都芯源系统有限公司 一种开关电源电路
CN103490605B (zh) 2013-10-12 2015-12-23 成都芯源系统有限公司 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法
US20150280576A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Infineon Technologies Austria Ag System and Method for a Switched Mode Power Supply
TWI543518B (zh) * 2014-12-31 2016-07-21 力林科技股份有限公司 具省電與高轉換效率機制的電源轉換裝置
US10868473B2 (en) * 2015-11-30 2020-12-15 Semiconductor Components Industries, Llc Secondary side controlled control circuit for power converter with synchronous rectifier
CN107248817B (zh) 2017-06-28 2019-06-18 成都芯源系统有限公司 一种准谐振控制的开关电路及方法
US11228240B2 (en) * 2019-03-08 2022-01-18 Diodes Incorporated Input voltage adaptive jitter for quasi-resonant control
US10804806B1 (en) * 2019-08-14 2020-10-13 Semiconductor Components Industries, Llc Method and system of a switching power converter
CN112217379B (zh) * 2020-09-28 2021-11-23 杭州茂力半导体技术有限公司 交错式开关电源及其控制电路与控制方法
CN113162372B (zh) * 2020-12-31 2022-03-22 成都芯源系统有限公司 准谐振控制的开关变换器及其控制器和控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107437897A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 产晶积体电路股份有限公司 用于具有初级侧调节的飞返转换器的双模操作控制器
CN107612336A (zh) * 2016-07-12 2018-01-19 快捷韩国半导体有限公司 用于谐振转换器的可变消隐频率
CN106655834A (zh) * 2016-10-08 2017-05-10 成都启臣微电子股份有限公司 准谐振原边恒流控制电路及具有该电路的交直流转换器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113780295A (zh) * 2021-09-13 2021-12-10 东北大学 一种基于lac-floss算法和ier算法的时间序列分割方法
CN113780295B (zh) * 2021-09-13 2024-02-20 东北大学 一种基于lac-floss算法和ier算法的时间序列分割方法
CN114204821A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 杭州茂力半导体技术有限公司 开关变换器及其控制器和控制方法
CN114244131A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 杭州茂力半导体技术有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
CN114696626A (zh) * 2022-04-11 2022-07-01 上海南芯半导体科技股份有限公司 一种反激式变换器的控制电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN112803722B (zh) 2022-06-14
US20220209676A1 (en) 2022-06-30
TW202230952A (zh) 2022-08-01
US11722068B2 (en) 2023-08-08
TWI811910B (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112803722B (zh) 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法
CN113162372B (zh) 准谐振控制的开关变换器及其控制器和控制方法
TWI521852B (zh) 隔離式開關變換器及其控制器和控制方法
US8976547B2 (en) Switching mode power supply with synchronous rectifying control circuit
US8665613B2 (en) Switched mode power converter and method of operation thereof
CN111404403B (zh) 一种自适应检测时间的同步整流控制方法及其控制电路
US8717785B2 (en) Multi-stage sampling circuit for a power converter controller
US20190044434A1 (en) Dc/dc resonant converters and power factor correction using resonant converters, and corresponding control methods
US8238123B2 (en) Frequency limitation method with time hysteresis used in quasi-resonant control
US11664720B2 (en) Zero-voltage-switching control circuit, control method and switching power supply
KR101468719B1 (ko) 전력 변환기 및 그 구동 방법
US11955894B2 (en) Quasi-resonant auto-tuning controller
KR101727290B1 (ko) 컨버터 및 그 구동 방법
CN112054659A (zh) 零电压导通反激电路及其控制方法和控制电路
US20220416644A1 (en) Asymmetric half-bridge flyback converter and control method thereof
US11929684B2 (en) Isolated power supply control circuits, isolated power supply and control method thereof
CN111865095A (zh) 一种同步整流控制电路及反激式开关电源
Hsieh et al. A primary-side-control quasi-resonant flyback converter with tight output voltage regulation and self-calibrated valley switching
KR102143254B1 (ko) 플라이백 컨버터의 pwm 제어장치
US11909325B2 (en) Circuit for generating a dynamic drain-source voltage threshold and method thereof
US20240113630A1 (en) Isolated switching converter with two isolated channels and control method thereof
US11088622B2 (en) Voltage converting apparatus
CN114679071A (zh) 非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法
US20240171058A1 (en) Controller and controlling method for quasi-resonant controlled switching converter
US20240039417A1 (en) Isolated switching converter with soft switching and control method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant