[发明专利]一种开关电源高效率自适应振荡频率的调制方法

说明书

 

技术领域

本发明属于开关电源的技术领域，具体涉及一种开关电源高效率自适应振荡频率的调制方法，它是开关电源的一种新工作模式，可以用于AC/DC和BUCK型DC/DC开关电源中。

背景技术

 在绿色环保日益受到重视的现代，尤其是全球气候变暖的大趋势下，节能减排的相关技术越来越为世人关注。开关电源（SMPS）作为一项高效的电源供电技术，以其卓越的节能省电特性正被广泛应用在各种电子产品和设备中，如医疗，通信，交通，照明等。不但如此，相关的节能技术规范也相继出台，多国或国际组织都已推出节能降耗的强制/非强制标准，特别是针对待机功耗有明确的要求，如BLUE ANGEL,ENERGY STAR, ENERGY 2000等。其中最为著名的标准--美国环保署倡导的ENERGY STAR就规定该国政府机构不得购买待机功耗超过1W的电器产品；而欧盟对开关电源的要求是：额定功率为0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的开关电源，待机功耗需要分别小于0.3W，0.5W和0.75W。

为了符合这些规范对待机功耗方面的要求，很多以开关电源为载体的新技术应运而生。要减小开关电源待机损耗，提高待机效率，首先要分析开关电源损耗的构成。一般开关电源的工作损耗主要为：驱动功率管导通损耗、寄生电容损耗及开关交叠损耗，以及静态电流损耗等。根据损耗分析可知，让开关电源在负载很小或空载（处于待机状态）时以较低开关频率操作可以有效降低功耗，提高效率。

 降低开关电源工作频率的常用方法有：跳周期模式（pulse skipping）、突发模式（burst mode）、脉冲频率调制（PFM）以及非导通时间调制(off time modulation)。跳周期模式的工作特点为：当负载降低时，驱动管并不是在每个时钟周期都有开关动作，部分脉冲被省略也即等效于降低了开关频率；突发模式的工作特点为：大负载的PWM工作模式在负载降低到一定程度时，控制电路将维持原有脉冲宽度，转而周期性跳过部分脉冲，控制电路通过降低总脉冲宽度或增加遮蔽周期长度达到降低损耗的目的。然而这两种技术有着共同明显的缺陷，即负载突然改变会造成输出电压突升突降。PFM模式即固定开通时间，调节关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频率也越低；非导通时间调制的基本原理为当负载改变时，控制电路将通过检测负载的大小连续调控PWM工作模式下的非导通时间，从而达到降低频率的目的。

本发明提出的新型自适应振荡频率调制方法，采用了与非导通时间调制模式类似的连续调变开关频率，但不同于其改变非导通时间的控制方式，开关频率将连续降低或增加。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源高效率自适应振荡频率的调制方法，开关电源在低负载或空载时的连续调变降低开关频率的方式，除了可以有效降低能量损失外，还可以避免负载变化时跳周期模式和突发模式中输出电压突升或突降的问题。满足了某些特定场合对低负载或空载的功耗要求。

针对上述问题，本发明采用的技术方案是：

开关电源高效率自适应振荡频率的调制方法特征在于该开关电源的调制方法受控于负载电流的大小，即以输出电压与基准电压的误差放大输出信号的高低评判负载的大小，并通过误差放大输出信号调制振荡器的工作频率，从而同时获得高效率及低输出纹波的良好性能，开关电源在大输出电流或满载的稳定控制状态下，其工作频率保持在设定的某一较高开关频率；当负载降低时，工作频率随负载电流呈正相关线性降低；当负载进一步降低到某一设定的较小负载电流或以下时，工作频率保持设定的某一较低开关频率。

进一步，在于大负载电流状态时，振荡器的工作频率保持在一个固定的较高的水平；轻负载电流状态时，振荡器的工作频率在一定范围内保持着线性变化的趋势，并对其最低工作频率有一个限制值。

其中，所述的开关电源包含由电流源模块F3,F4、受控开关S2,S3、电容器C1、参考电压V1,V2、比较器X6,X7、SR触发器X5、反向器X4组成的振荡器电路，以及由箝位电路X1、电平移位电路X2、电压-电流转换电路X3组成的eao调制电路。

再进一步，所述eao调制电路产生的调制电流I1控制振荡器的充电或放电电流大小，进而实现通过调制eao信号获得自适应的振荡频率。

最后，通过检测误差放大器输出得到控制信号eao，该状态量反映了输出负载的轻重负载状态。