[发明专利]用于为开关电源变换器提供工作频率的系统

说明书

技术领域

本发明提供了一种用于为开关电源变换器提供工作频率的系统。本发明应用于开关电源领域。

背景技术

高频开关电源通过MOSFET或IGBT的高频工作，其开关频率一般控制在50千赫兹到100千赫兹范围内，这样可以实现高效率和小型化。开关频率的升高，使滤波电感感量和输出电容容量下降，利于开关电源的小型化，但同时开关管和变压器损耗会随之增加，需要选择合适的开关管和磁性材料来减小损耗，从而导致成本上的上升。

以反激式开关电源转换器为例，功耗主要包括传导损失、切换损失以及控制电路自身的消耗，这些损耗都与开关的频率有很大关系。较高的开关频率可以降低转换器对储能元件(电感与电容)大小的要求，但是当负载减轻时，采用相同的开关频率只会减小实际功率和视在功率的比值，导致较大的功率损耗。

发明内容

本发明为一种用于为开关电源变换器提供工作频率的系统，本发明控制开关电源的工作频率随负载的变化而变化，达到了降低功耗的目的，提高了系统的效率。

所述系统包括：反馈输入电路，将负载状态通过光耦合器件反馈到集成电路内部并产生第一控制信号；变频和间歇模式控制电路，被配置接收第一控制信号并产生与频率有关的第一输出信号；逻辑控制电路，被配置接收第一输出信号和振荡器的锯齿波信号形成第二输出信号；振荡器，被配置接收第二输出信号控制电流对电容充放电形成第三输出信号(锯齿波信号)；PWM发生器，被配置接收第二输出信号和第三输出信号形成用来接通或关断开关模式电源变换器的电源开关的第四输出信号。

本发明用于提供锯齿波振荡信号的系统包括电流镜、两个比较器、一个RS触发器及其他数字电路。电流镜通过对电容充电和放电产生锯齿波信号，电流为基准电流源通过一系列电流镜镜像过来。两个比较器被配置接收锯齿波信号并将其转换为方波信号，其基准电平分别为锯齿波信号的最小值和最大值。RS触发器被配置接收比较器的输出信号并起到维持和转换信号的作用。

本发明用于为电源变换器提供频率控制的方法包括变频模式和间歇模式。所述方法包括：反馈输入电路接收反馈输入信号，处理与反馈输入信号相关联的信息，产生第一控制信号。第一控制信号是模拟信号。变频和间歇模式控制电路接收第一控制信号，处理与第一控制信号相关联的信息，产生与频率有关的第一输出信号。

本发明用于提供锯齿波振荡器工作频率的方法包括：从变频模式和间歇模式放电电流控制单元接收第一输出信号，处理与这个信号相关联的信息。由逻辑控制电路接收第一输出信号和振荡器电路产生的锯齿波信号，处理与所述第一输出信号和振荡器产生的锯齿波信号相关联的信息，通过数字逻辑电路来产生第二输出信号。由振荡器电路接收第二输出信号，处理与第二输出信号相关联的信息，产生第三输出信号，即锯齿波信号。

本发明使用电压信号和电流信号控制振荡器，振荡器的工作频率由反馈输入信号V_FB决定。举例来说，当V_FB＞V_max时，负载端为满载状态，振荡器工作在最大频率；当V_min＜V_FB＜V_max时，负载端为轻载状态，振荡器工作在变频模式；当V_FB＜V_min时，负载为空载状态，振荡器工作在间歇模式。经变频模式和间歇模式放电电流控制单元输出信号控制振荡器信号，从而确定开关模式电源变换器中的开关频率。

本发明可以获得超过相同工作频率电源变换器的许多优点。例如，本发明可以在负载减轻时，相应地增大转换器的关断时间，以此降低开关频率，减小了功耗，增加了开关电源的效率；本发明可以在空载情况下，关断转换器输出，只依靠变压器储存的能量维持负载端工作，当能量下降到一定值时，再启动转换器为变压器补充能量，之后再次关断转换器输出。这样既降低了待机功耗，又使系统能及时响应负载端的变化。本发明为开关模式电源提供了开关频率变化，避免了开关模式电源变换器中固定频率带来的功率损失。由于是逐周期的调整脉宽，电路的动态响应能力可得到进一步的提高。

本发明将数字电路用于频率变化控制，数字电路是便携式的，并且可以被方便的移植用于不同的集成电路制造过程。本发明利用比较器通过反馈信号的比较来为时钟信号提供频率变化，使用逻辑数字电路来调整开关模式电源变换器的工作频率。变频模式和间歇模式放电电流控制单元输出方波信号，这个信号与振荡器电路输出的方波信号进行逻辑运算，运算的结果作为开关模式电源变换器的工作频率。