CN114204821A - 开关变换器及其控制器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关变换器及其控制器和控制方法，通过设置一与谐振周期无关的第一迟滞电压，来防止开关变换器的谷底导通在相邻谷值来回跳变。该开关变换器包括储能元件和耦接至储能元件的第一开关。该控制器包括：迟滞反馈电路，接收与开关变换器输出信号有关的输出反馈信号，产生迟滞反馈信号；第一比较电路，将迟滞反馈信号与斜坡信号相比较，产生第一比较信号；第二比较电路，将输出反馈信号与斜坡信号相比较，产生第二比较信号；以及导通控制电路，基于第一和第二比较信号、表征第一开关两端电压波谷的波谷脉冲信号以及当前锁定谷值，决定第一开关下次导通的目标谷值，并产生与该目标谷值相对应的导通控制信号以控制第一开关的导通。

Description

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，特别地，涉及具有准谐振控制的开关变换器及其控制器和控制方法。
背景技术
准谐振反激变换器广泛应用于低功耗的应用场合。准谐振控制中，反激变换器工作在临界模式下，当流过储能元件的电流下降至零后，储能元件和功率开关的寄生电容开始谐振，当功率开关两端的谐振电压在其最小电压值时主开关被导通(通常被称为谷底开通)，从而减小开关损耗。
在准谐振控制下的反激变换器中，负载越小，功率开关的导通时间和关断时间越小，开关频率越大。在轻载和高输入电压情况下，开关频率也许会过高而导致严重的电磁干扰，不仅降低电网质量，还影响与开关电源相连或位于开关电源附近的电子设备的正常工作，甚至会对无线电波和电视信号造成干扰。因此，需要对开关频率进行限制。
最直接的限制开关频率的方法为设置一最小限制时间(最小开关周期或最小关断时间)，开关只有在该最小限制时间后才能导通，从而既限制了开关频率又保持了谷底开通的优势。但如果开通的谷底数值来回变换，开关变换器的工作频率将不稳定，会产生音频噪声。
此外，为了实现反激变换器的更高功率密度，更高的开关频率是发展趋势之一。随着频率的升高，准谐振反激变换器的功率开关的开关损耗成正比升高，导致效率下降严重。因此，本发明提出了一种针对现有准谐振控制开关变换器的优化控制策略，以提高开关变换器的性能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提出一种改进的准谐振控制的开关变换器及其控制器和控制方法。
依据本发明实施例的一种用于开关变换器的控制器，该开关变换器包括储能元件和第一开关，该控制器包括：迟滞反馈电路，接收与开关变换器输出信号有关的输出反馈信号，产生迟滞反馈信号；第一比较电路，将迟滞反馈信号与斜坡信号相比较，产生第一比较信号；第二比较电路，将输出反馈信号与斜坡信号相比较，产生第二比较信号；以及导通控制电路，基于第一比较信号、第二比较信号、表示第一开关两端电压波谷的波谷脉冲信号以及当前的锁定谷值，决定第一开关下次导通的目标谷值，并产生与该目标谷值相对应的导通控制信号以控制第一开关的导通。
依据本发明实施例的一种用于开关变换器，包括：储能元件；第一开关，耦接至储能元件；如前所述的控制器；以及输出反馈电路，根据开关变换器的输出信号产生输出反馈信号。
依据本发明实施例的一种用于开关变换器的控制方法，该开关变换器包括储能元件和耦接至储能元件的第一开关，该控制方法包括：根据开关变换器的输出信号产生输出反馈信号；基于输出反馈信号，产生迟滞反馈信号；将迟滞反馈信号同斜坡信号进行比较，以产生第一比较信号；将输出反馈信号同斜坡信号进行比较，以产生第二比较信号；基于第一比较信号、第二比较信号、表征第一开关两端电压波谷的波谷脉冲信号以及当前的锁定谷值，产生第一开关下次导通的目标谷值；以及基于该目标谷值来决定何时将第一开关导通。
在本发明的实施例中，设置一具有第一迟滞电压的迟滞反馈信号，该第一迟滞电压与输出信号和/或输入电压有关，随输出信号和输入电压的变换灵活改变。该第一迟滞电压参与目标谷值的产生机制，调整谷值锁定的迟滞不再仅仅局限于开关变换器的谐振周期或谐振周期的整数倍。这样的控制方式使得开关变换器的开关频率可以更加灵活地变化和扩展，有效地改善了开关变换器的性能。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的开关变换器100的原理性框图；
图2为根据本发明一实施例的开关变换器100用于产生目标谷值的方法流程图；
图3为根据本发明一实施例的开关变换器200的电路图；
图4为根据本发明一实施例的图2所示的导通控制电路205的电路图；
图5为根据本发明另一实施例的导通控制电路205A的电路图；
图6为根据本发明一实施例的开关变换器200的工作波形图；
图7为根据本发明另一实施例的开关变换器200的工作波形图；
图8为根据本发明一实施例的第一迟滞电压与输出反馈信号的关系图；
图9为根据本发明一实施例的开关变换器200A的电路图；
图10为根据本发明一实施例的开关变换器200A的工作波形图；
图11为根据本发明另一实施例的开关变换器200A的工作波形图。
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。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。
图1为根据本发明一实施例的开关变换器100的原理性框图。开关变换器100包括变压器T1、耦接至变压器T1原边绕组的开关MP、二极管D0、输出电容Co以及控制器。控制器包括迟滞反馈电路101、斜坡信号产生电路102、第一比较电路103、第二比较电路104、导通控制电路105、逻辑电路106、波谷检测电路108以及第三比较电路109。
在一个实施例中，开关变换器100进一步包括输出反馈电路107。输出反馈电路107根据开关变换器100的输出电压Vo产生输出反馈信号VCOMP。在一些实施例中，输出反馈电路107包括耦接至输出电压Vo的分压电路、以及将分压产生的信号与参考电压之间的误差进行比例积分的误差放大电路。在另一些实施例中，输出反馈电路107采用传统的三端稳压器叠加阻抗网络的方式来获取输出反馈信号VCOMP。在变压器原边和副边彼此电隔离而采用不同参考地的应用场合，输出反馈电路107还可能需要包含诸如光电耦合器之类的隔离器件。
如图1所示，迟滞反馈电路101具有耦接至输出反馈电路107的输入端，以接收输出反馈信号VCOMP，在输出端产生迟滞反馈信号VCOMP1。在一个实施例中，迟滞反馈电路101基于输出反馈信号VCOMP产生第一迟滞电压VHys，并将第一迟滞电压VHys叠加至输出反馈信号VCOMP，以提供迟滞反馈信号VCOMP1。在另一个实施例中，迟滞反馈电路101将产生的第一迟滞电压VHys从输出反馈信号VCOMP中减去，以提供迟滞反馈信号VCOMP1。
第一比较电路103耦接至斜坡信号产生电路102和迟滞反馈电路101，用于将迟滞反馈信号VCOMP1与斜坡信号VCT相比较，在输出端产生第一比较信号CMP1。第二比较电路104耦接至斜坡信号产生电路102和输出反馈电路107，用于将输出反馈信号VCOMP与斜坡信号VCT相比较，在输出端产生第二比较信号CMP2。波谷检测电路108被配置为产生表征开关MP两端电压波谷的波谷脉冲信号V_Pulse。在一个实施例中，在开关MP的关断期间，波谷检测电路108检测开关MP两端的电压是否低于波谷基准信号，根据检测结果提供波谷脉冲信号V_Pulse。在另一个实施例中，波谷检测电路108耦接至变压器T1的辅助绕组以接收来辅助绕组上的反射电压，在开关MP的关断期间，波谷检测电路108检测该反射电压是否低于反射基准信号，并输出波谷脉冲信号V_Pulse。
导通控制电路105具有第一输入端、第二输入端、第三输入端以接输出端，其中第一输入端耦接至第一比较电路103以接收第一比较信号CMP1，第二输入端耦接至第二比较电路104以接收第二比较信号CMP2，第三输入端耦接至波谷检测电路108以接收波谷脉冲信号V_Pulse。基于第一比较信号CMP1、第二比较信号CMP2、波谷脉冲信号V_Pulse以及当前的锁定谷值，决定第一开关MP下次导通的目标谷值，并在输出端产生与该目标谷值相对应的导通控制信号DRV_on以控制开关MP的导通。在一个实施例中，导通控制电路105将斜坡信号VCT达到迟滞反馈信号VCOMP1时的谷值与当前的锁定谷值相比较，根据比较结果决定是否增大目标谷值。在进一步的实施例中，将斜坡信号VCT达到输出反馈信号VCOMP时的谷值与当前锁定谷值的差值同预设数值m相比较，根据比较结果决定是否减小目标谷值，该预设数值m为非零整数，例如1或2。
第三比较电路109将代表流过开关MP电流的电流检测信号与第一阈值电压相比较，在输出端产生关断控制信号DRV_off，以控制开关MP的关断。逻辑电路106基于导通控制信号DRV_on和关断控制信号DRV_off，在输出端产生控制信号DRV以控制开关MP的导通和关断。
图2为根据本发明一实施例的开关变换器100用于产生目标谷值的方法130的流程图。如图2所示，产生目标谷值的方法130包括步骤131～137。
在步骤131，根据开关变换器的输出信号产生输出反馈信号。
在步骤132，根据输出反馈信号，产生第一迟滞电压，并基于该第一迟滞电压和输出反馈信号产生迟滞反馈信号。
在步骤133，判断斜坡信号达到迟滞反馈信号的时刻是否早于当前锁定谷值的到达时刻。若不早于，则至步骤134，目标谷值增大。否则，至步骤135。在一个实施例中，这一判定通过比较斜坡信号达到迟滞反馈信号时的谷值和当前锁定谷值实现。
在步骤135，判断斜坡信号达到输出反馈信号的时刻是否早于当前锁定谷值与预设数值m之差的到达时刻。若早于，则至步骤137，目标谷值减小。否则至步骤136，目标谷值等于当前锁定谷值。
图3为根据本发明一实施例的开关变换器200的电路图。如图3所示，开关变换器200包括变压器T1、耦接至变压器T1原边绕组的开关MP、二极管D0、输出电容Co、迟滞反馈电路201、斜坡信号产生电路202、第一比较电路203、第二比较电路204、导通控制电路205、逻辑电路206、输出反馈电路207、波谷检测电路208以及第三比较电路209。
如图3所示，输出反馈电路207包括反馈处理电路271、光电耦合器272、三端稳压器273、电阻器R1-R4以及电容器C1，基于输出电压Vo产生流过光电耦合器272中光敏元件的电流Ifb。电流Ifb随后通过电阻器R2被转化为电压信号VFBL。反馈处理电路271对电压信号VFBL进行处理，产生输出反馈信号VCOMP。在一些实施例中，输出反馈信号VCOMP可以表示为：VCOMP＝AX*VFBL+BX＝AX*(VCC-Ifb*R2)+BX，其中VCC为供电电压，AX为反馈处理电路271的比例系数，BX为偏置量。在不同的工作模式下，AX和BX可以采用不同的值。若AX为1，BX为0，输出反馈信号VCOMP将直接与VFBL相等。
迟滞反馈电路201包括迟滞产生电路211和减法电路212。迟滞产生电路211接收输出反馈信号VCOMP，基于输出反馈信号VCOMP产生第一迟滞电压VHys。减法电路212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输出反馈信号VCOMP，第二输入端接收第一迟滞电压VHys，减法电路212将第一迟滞电压VHys从输出反馈信号VCOMP中减去，在输出端提供迟滞反馈信号VCOMP1。在图3所示的实施例中，斜坡信号产生电路202在其输出端提供斜坡信号VCT，该斜坡信号VCT在开关MP关断时以某一斜率上升。在其他实施例中和，斜坡信号VCT的上升斜率可以是非线性或分段线性的。
第一比较电路203包括比较器COM1，其同相输入端耦接至迟滞反馈电路201以接收迟滞反馈信号VCOMP1，即输出反馈信号VCOMP与第一迟滞电压VHys之差，反相输入端耦接至斜坡信号产生电路202以接收斜坡信号VCT，在输出端产生第一比较信号CMP1。在一个实施例中，第一比较信号CMP1在开关MP被关断时重置为高电平，当斜坡信号VCT增大至迟滞反馈信号VCOMP1时，第一比较信号CMP1由高电平切换至低电平。第二比较电路204包括比较器COM2，其同相输入端耦接至输出反馈电路207以接收输出反馈信号VCOMP，反相输入端耦接至斜坡信号产生电路202以接收斜坡信号VCT。在一个实施例中，第二比较信号CMP2在开关MP被关断时重置为高电平，当斜坡信号VCT增大至输出反馈信号VCOMP时，第二比较信号CMP2由高电平切换至低电平。
需要说明的是，在某些实施例中，为了抵消光电耦合器272中光敏元件的饱和电压造成的影响，一偏置电压VOFFSET(例如200mV)会被进一步叠加至比较器COM1的同相输入端和比较器COM2的同向输入端。
图4为根据本发明一实施例的图3所示的导通控制电路205。如图4所示，导通控制电路205包括计数器251、数字比较器252、与门电路AND1、RS触发器FF2、多路选择器254和255、寄存器256、数字比较器257以及与门电路AND2。计数器251用于在开关MP关断后开始对波谷脉冲信号V_Pulse进行计数。数字比较器252和与门电路AND1一起工作，用于判断第一比较信号CMP1由高电平转为低电平时的谷值是否小于当前的锁定谷值，并产生第一指示信号Move_Behind。RS触发器FF2的复位端接收第一指示信号Move_Behind，置位端接收经下降沿触发器接收第二比较信号CMP2，并在输出端提供第二指示信号Move_Forward。
多路选择器254根据第一指示信号Move_Behind选择当前锁定谷值或当前锁定谷值加1作为输出提供至输出端。多路选择器255根据第二指示信号Move_Forward选择当前锁定谷值或当前锁定谷值减1作为输出提供至输出端。寄存器256在波谷脉冲信号V_Pulse来临时，更新目标谷值。
换句话说，当斜坡信号VCT增大到迟滞反馈信号VCOMP1时的谷值大于或等于当前锁定谷值时，目标谷值V_LOCK将增大。否则，目标谷值V_LOCK等于当前锁定谷值不变或减小。当斜坡信号VCT增大到输出反馈信号VCOMP的时刻，早于目标谷值的前一个谷底来临时刻，目标谷值等于当前锁定谷值减1。
数字比较器257将计数器251的计数V_CNT与目标谷值V_LOCK相比较，当计数V_CNT达到目标谷值V_LOCK且波谷脉冲信号V_pulse有效时，与门电路AND2在其输出端提供导通控制信号DRV_on。
继续如图3所示，第三比较电路209包括比较器COM3，其同相输入端接收电流流过开关MP的电流检测信号CS1，反相输入端接收第一阈值电压Iref，在输出端产生关断控制信号DRV_off。逻辑电路206包括触发器FF1。触发器FF1具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至导通控制电路205以接收导通控制信号DRV_on，复位端耦接至第三比较电路以接收关断控制信号DRV_off，在输出端提供控制信号DRV至开关MP的控制端。
图5为根据本发明另一实施例的图3所示的导通控制电路205A的电路图。与图4所示的实施例相比，不同之处在于，图5中第二指示信号Move_Forward的产生电路不同。
在图5所示的实施例中，数字比较器253和与门电路AND3一起工作，用于判断当前锁定谷值与预设数值的差值，是否大于第二比较信号CMP2的下降沿时的谷值，并根据判断结果产生第二指示信号Move_Forward。
根据图2的方法流程图，当斜坡信号VCT增大到迟滞反馈信号VCOMP1时的谷值大于或等于当前锁定谷值时，目标谷值V_LOCK将增大。否则，目标谷值V_LOCK不变或减小。若当前锁定谷值减去预设数值m后，大于斜坡信号VCT增大到输出反馈信号VCOMP的谷值时，目标谷值V_LOCK将减小。否则，目标谷值V_LOCK等于当前锁定谷值。
图6为根据本发明一实施例的开关变换器200的工作波形图。如图6所示，在开关MP的关断期间，当开关MP两端的电压VDSP减小至小于波谷基准信号V_ref时，波谷检测电路205产生波谷脉冲信号V_Pulse。
在t1之前的周期，开关MP在第一波谷处导通，当前锁定谷值为1。在t1时刻，开关MP被关断，第一比较信号CMP1和第二比较信号CMP2被重置为高电平，导通控制电路205开始对波谷脉冲信号V_Pulse的脉冲进行计数，同时斜坡信号VCT从t1时刻开始上升。
在t2时刻，斜坡信号VCT增大至迟滞反馈信号(VCOMP-VHys)，如A点所示，第一比较信号CMP1从高电平翻转为低电平，此时计数V_CNT为1，与当前的锁定谷值相等，第一指示信号Move_Behind变高，因此目标谷值将增大为2。在t3时刻，开关MP在第二波谷处导通，当前锁定谷值更新为2。由于第二比较信号CMP2翻转为低电平的时刻发生在开关MP开通之后，目标谷值保持2不变。
在t4时刻，第一比较信号CMP1被重置为高电平。在t5时刻，斜坡信号VCT再次增大至迟滞反馈信号VCOMP1，A点计数V_CNT为2，等于当前锁定谷值，因此下次导通的目标谷值将继续增大至3。在时刻t6，A点计数V_CNT为2，小于当前的锁定谷值3，根据本发明的控制策略，目标谷值保持3不变，因此开关MP在t7时刻，第三波谷处导通。
图7为根据本发明另一实施例的开关变换器200的工作波形图。如图7所示，在t1之前的周期，开关MP在第3波谷处导通，因此当前锁定谷值为3。在t1时刻，开关MP被关断，第一比较信号CMP1被重置为高电平，导通控制电路205开始对波谷脉冲信号V_Pulse的脉冲进行计数，同时斜坡信号VCT从t1时刻开始上升。在t2时刻，斜坡信号VCT增大至迟滞反馈信号VCOMP1-VHys，第一比较信号CMP1从高电平翻转为低电平，A点计数V_CNT为2，小于当前的锁定谷值，因此目标谷值不会增大。同时，此时的第二比较信号CMP2低电平还未到来，即Move_Forward还保持低电平，目标谷值将保持不变。在t3时刻，开关MP在第三波谷处导通，当前的锁定谷值为3。在t4时刻，斜坡信号VCT再次增大至迟滞反馈信号VCOMP1-VHys，A点计数V_CNT为1，小于当前的锁定谷值，此时目标谷值不会增大。在t5时刻，B点计数小于当前锁定谷值，因此目标谷值将减小。在时刻t6，当前的锁定谷值更新为2。类似地，在t7时刻，B点的谷值小于当前锁定谷值，因此目标谷值将减小为1。
图8为根据本发明一实施例的第一迟滞电压与输出反馈信号的关系图。如图8所示，其中该第一迟滞电压VHys与输出反馈信号VCOMP具有如下关系：当输出反馈信号VCOMP大于第一反馈值V1时，第一迟滞电压VHys具有最大值。当输出反馈信号VCOMP在第一反馈值V1和第二反馈值V2之间时，第一迟滞电压VHys随着输出反馈信号减小VCOMP而减小。当输出反馈信号VCOMP小于第二反馈值V2时，第一迟滞电压VHys具有最小值0。在进一步的实施例中，该第一迟滞电压VHys与输入的总线电压有关，即随着开关变换器的输入电压改变。在一个实施例中，低输入电压下第一迟滞电压VHys的最大值大于高输入电压下第一迟滞电压VHys的最大值。
图9为根据本发明一实施例的开关变换器200A的电路图。与图3相比，图9的不同之处在于，迟滞反馈电路、斜坡信号产生电路以及第一比较电路和第二比较电路的电路结构不同。图9所示的迟滞反馈电路201A包括迟滞产生电路211和加法器212A。迟滞反馈信号VCOMP1包括输出反馈信号VCOMP与第一迟滞电压VHys的叠加。进一步地，斜坡信号产生电路202A产生斜坡信号VCT，该斜坡信号VCT在开关MP关断期间以某一斜率减小。
第一比较电路203A包括比较器COM4，其反相输入端耦接至迟滞反馈电路201A以接收迟滞反馈信号VCOMP1，即输出反馈信号VCOMP与第一迟滞电压VHys之和，同相输入端耦接至斜坡信号产生电路202A以接收斜坡信号VCT，在输出端产生第一比较信号CMP1。第二比较电路204A包括比较器COM5，其反相输入端耦接至输出反馈电路207以接收输出反馈信号VCOMP，同相输入端耦接至斜坡信号产生电路202A以接收斜坡信号VCT。
图10为根据本发明一实施例的开关变换器200A的工作波形图。如图10所示，在t1时刻，锁定谷值为1。在t2时刻，A点的计数V_CNT等于1，因此目标谷值将增大为2。在t3时刻，开关MP在第二波谷处导通。在t4时刻，A点的计数V_CNT等于2，目标谷值将继续增大至3。在t5时刻，A点的计数V_CNT等于2，小于当前锁定的谷值，目标谷值将保持不变。
图11为根据本发明另一实施例的开关变换器200A的工作波形图。如图11所示，在t1时刻，锁定谷值为3。在t2时刻，A点的计数V_CNT等于1，因此目标谷值将不会增大。在t3时刻，B点的计数V_CNT等于2，锁定谷值与该谷值的差值小于预设数值2，目标谷值保持不变。在t4时刻，A点的计数V_CNT等于1，目标谷值将不会增大。在t5时刻，B点的计数V_CNT等于1，锁定谷值与该谷值的差值等于预设数值2，目标谷值将减小至2。
虽然前述实施例中，开关变换器均以反激为例，但本领域技术人员可以理解，开关变换器也可以采用其他可以准谐振工作的直流变换器。其他采用准谐振控制的变换器，无论隔离或非隔离，也同样适用于本发明。
此外，需要注意的是，输出反馈电路所反馈调节的开关变换器的输出信号，除了输出电压外，根据实际应用需求的不同，也可以是输出电流或输出功率。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于开关变换器的控制器，该开关变换器包括储能元件和第一开关，该控制器包括：
迟滞反馈电路，接收与开关变换器输出信号有关的输出反馈信号，产生迟滞反馈信号；
第一比较电路，将迟滞反馈信号与斜坡信号相比较，产生第一比较信号；
第二比较电路，将输出反馈信号与斜坡信号相比较，产生第二比较信号；以及
导通控制电路，基于第一比较信号、第二比较信号、表示第一开关两端电压波谷的波谷脉冲信号以及当前的锁定谷值，决定第一开关下次导通的目标谷值，并产生与该目标谷值相对应的导通控制信号以控制第一开关的导通。
2.如权利要求1所述的控制器，其中该导通控制电路将斜坡信号达到迟滞反馈信号时的谷值与当前锁定谷值相比较，根据比较结果决定是否增大目标谷值。
3.如权利要求2所述的控制器，其中该导通控制电路将斜坡信号达到输出反馈信号的谷值与当前锁定谷值的差值同预设数值相比较，根据比较结果决定是否减小目标谷值，该预设数值为正整数。
4.如权利要求1所述的控制器，进一步包括第三比较电路，将代表流过第一开关电流的电流检测信号与第一阈值电压相比较，在输出端产生关断控制信号，以控制第一开关的关断。
5.如权利要求1所述的控制器，其中
该迟滞反馈电路基于输出反馈信号产生一第一迟滞电压，并将该第一迟滞电压叠加至输出反馈信号，以提供迟滞反馈信号；以及
其中该斜坡信号在第一开关关断时以第一斜率下降。
6.如权利要求1所述的控制器，其中：
该迟滞反馈电路基于输出反馈信号产生一第一迟滞电压，并将第一迟滞电压从输出反馈信号中减去，以提供迟滞反馈信号；以及
其中该斜坡信号在第一开关关断时以第二斜率上升。
7.如权利要求5或6所述的控制器，其中该第一迟滞电压与输出反馈信号具有如下关系：
当输出反馈信号大于第一反馈值时，第一迟滞电压具有最大值；
当输出反馈信号在第一反馈值和第二反馈值之间时，第一迟滞电压随着输出反馈信号减小而减小；以及
当输出反馈信号小于第二反馈值时，第一迟滞电压具有最小值。
8.如权利要求7所述的控制器，其中该第一迟滞电压随开关变换器的输入电压改变。
9.一种开关变换器，包括：
储能元件；
第一开关，耦接至储能元件；
如权利要求1至8中任一项所述的控制器；以及
输出反馈电路，根据开关变换器的输出信号产生输出反馈信号。
10.一种用于开关变换器的控制方法，该开关变换器包括储能元件和耦接至储能元件的第一开关，该控制方法包括：
根据开关变换器的输出信号产生输出反馈信号；
基于输出反馈信号，产生迟滞反馈信号；
将迟滞反馈信号同斜坡信号进行比较，产生第一比较信号；
将输出反馈信号同斜坡信号进行比较，产生第二比较信号；
基于第一比较信号、第二比较信号、表征第一开关两端电压波谷的波谷脉冲信号以及当前锁定谷值，产生第一开关下次导通的目标谷值；以及
基于该目标谷值来决定何时将第一开关导通。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中产生目标谷值的方法包括：
将斜坡信号达到迟滞反馈信号时的谷值，同当前的锁定谷值进行比较，根据比较结果决定是否增大目标谷值；以及
将斜坡信号达到输出反馈信号时的谷值与当前锁定谷值的差值，同一预设数值相比较，根据比较结果决定是否减小目标谷值，该预设数值为正整数。
12.如权利要求10所述的控制方法，其中产生迟滞反馈信号的方法包括：
基于输出反馈信号，产生第一迟滞电压；以及
将第一迟滞电压叠加至输出反馈信号，以提供迟滞反馈信号。
13.如权利要求10所述的控制方法，其中产生迟滞反馈信号的方法包括：
基于输出反馈信号，产生第一迟滞电压；以及
将第一迟滞电压从输出反馈信号中减去，以提供迟滞反馈信号。
14.如权利要求12或13所述的控制方法，其中第一迟滞电压与输出反馈信号具有如下关系：
当输出反馈信号大于第一反馈值时，第一迟滞电压具有最大值；
当输出反馈信号在第一反馈值和第二反馈值之间时，第一迟滞电压随着输出反馈信号减小而减小；以及
当输出反馈信号小于第二反馈值时，第一迟滞电压具有最小值。
15.如权利要求14所述的控制方法，其中第一迟滞电压随开关变换器的输入电压改变。
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Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201226496Y (zh) * 2007-04-23 2009-04-22 技领半导体(上海)有限公司 实现输出端电压恒定的功率变换器
CN101505090A (zh) * 2008-01-18 2009-08-12 电力集成公司 用于谐振模功率变换器的控制布置
US20110305053A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corporation Switching Control Circuits with Valley Lock for Power Converters
US20120069608A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Ta-Yung Yang Control circuit with burst mode and extended valley switching for quasi-resonant power converter
CN102412708A (zh) * 2011-12-28 2012-04-11 成都芯源系统有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
US20120230064A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 System General Corporation Switching controller with valley-lock switching and limited maximum frequency for quasi-resonant power converters
CN103546040A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 富士电机株式会社 准谐振开关电源装置的控制电路
US20140029316A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Stmicroelectronics S.R.L. Method and circuit for controlling a switching regulator
CN103746566A (zh) * 2014-01-21 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
US20150067358A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Intersil Americas LLC Injection locked phasing for a peak-valley multiphase regulator
CN105071662A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种准谐振模式的开关电源控制电路及控制方法
CN105356743A (zh) * 2015-05-26 2016-02-24 成都芯源系统有限公司 升压降压型开关功率变换器及其控制电路
JP2017093159A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 ローム株式会社 降圧ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御回路、制御方法、車載用電源装置
US20190006935A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Switching converter with quasi-resonant control and the method thereof
CN110460230A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 半导体组件工业公司 功率因数校正控制器、离线转换器及其方法
CN111049388A (zh) * 2019-12-06 2020-04-21 深圳南云微电子有限公司 一种准谐振控制电路
CN112783245A (zh) * 2019-11-06 2021-05-11 万国半导体国际有限合伙公司 用于电流型迟滞调制器的电压控制振荡器
CN112803722A (zh) * 2020-12-31 2021-05-14 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

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201226496Y (zh) * 2007-04-23 2009-04-22 技领半导体(上海)有限公司 实现输出端电压恒定的功率变换器
CN101505090A (zh) * 2008-01-18 2009-08-12 电力集成公司 用于谐振模功率变换器的控制布置
US20110305053A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corporation Switching Control Circuits with Valley Lock for Power Converters
US20120069608A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Ta-Yung Yang Control circuit with burst mode and extended valley switching for quasi-resonant power converter
US20120230064A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 System General Corporation Switching controller with valley-lock switching and limited maximum frequency for quasi-resonant power converters
CN102412708A (zh) * 2011-12-28 2012-04-11 成都芯源系统有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
CN103546040A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 富士电机株式会社 准谐振开关电源装置的控制电路
US20140029316A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Stmicroelectronics S.R.L. Method and circuit for controlling a switching regulator
US20150067358A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Intersil Americas LLC Injection locked phasing for a peak-valley multiphase regulator
CN103746566A (zh) * 2014-01-21 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
CN105356743A (zh) * 2015-05-26 2016-02-24 成都芯源系统有限公司 升压降压型开关功率变换器及其控制电路
CN105071662A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种准谐振模式的开关电源控制电路及控制方法
JP2017093159A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 ローム株式会社 降圧ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御回路、制御方法、車載用電源装置
US20190006935A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Switching converter with quasi-resonant control and the method thereof
CN110460230A (zh) * 2018-05-08 2019-11-15 半导体组件工业公司 功率因数校正控制器、离线转换器及其方法
CN112783245A (zh) * 2019-11-06 2021-05-11 万国半导体国际有限合伙公司 用于电流型迟滞调制器的电压控制振荡器
CN111049388A (zh) * 2019-12-06 2020-04-21 深圳南云微电子有限公司 一种准谐振控制电路
CN112803722A (zh) * 2020-12-31 2021-05-14 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

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