[发明专利]基于开关参数的断续模式-临界导电模式转换

说明书

交叉引用相关申请

本申请要求于2010年12月16日提交的美国临时申请号61/423,883的权益，该案的全文并入本文中，以作参考。本申请还要求于2011年12月16日提交的美国专利申请号13/328,801的权益，该案的全文并入本文中，以作参考。

技术领域

本发明总体上涉及电子领域，并且更具体而言，涉及用于确定和利用开关功率转换器的开关参数以有利于在断续导电模式和临界导电模式之间进行转换的方法和系统。

背景技术

很多电子系统包括电路，例如，提供从电压电源到经调节的输出电压的有效功率转换的开关功率转换器。在将交流（“AC”）电源电压转换成经调节的输出电压时，开关功率转换器利用在AC电源电压的单个周期内打开和关闭多次的开关。开关的打开时间和关闭时间的比率与平均功率转换相关。对于很多实体（包括公司和国家），提高电路（包括开关功率转换器）的能量效率，继续具有高优先级。

开关功率转换器通常以三个不同模式中的一个模式进行操作：断续导电模式（“DCM”）、临界导电模式（“CRM”）、以及连续导电模式（“CCM”）。CCM趋于由开关功率转换器用于更高的功率（例如，300+W）应用中。在更低的功率应用中，开关功率转换器趋于使用DCM和/或CRM操作模式。整流AC电源电压从0伏特（0V）增大到峰值电压然后返回到0V，并且反复进行。在整流AC电源电压的单个周期内，在开关功率转换器内的开关循环多次。例如，开关的开关频率通常在20kHz和100kHz之间，而整流AC电源电压的频率通常在100Hz和120Hz之间。例如，由于在CRM内的电压越低，开关频率就越高，所以在整流AC电源电压的周期的更低电压期间，DCM往往比CRM更有效。例如，由于电压越高，在DCM内的导通损耗就越高，所以在整流AC电源电压周期的电压越高，CRM趋于比DCM越有效。

图1描述了一种电子系统100，其以双导电模式操作，以利用在较低的电源电压DCM更高效并且在较高的电源电压CRM更高效的优点。电子系统100从电压电源102接收AC电源电压V_SUPPLY。电源电压V_IN例如为美国标称60Hz/110V的线路电压或者在欧洲和中国标称50Hz/220V的线路电压。可选的调光器104相位切割电源电压V_SUPPLY的前缘和/后缘。输入电压V_IN表示在调光器104未进行相位切割时的电源电压V_SUPPLY，并且如果调光器104相位切割电源电压V_SUPPLY，那么表示相位切割电压。全桥二极管整流器106对输入电压V_IN进行整流，电磁干扰（EMI）滤波器108使开关功率转换器112的高频干扰衰减，以生成整流输入电压V_X。控制器111生成开关控制信号CS₁，以控制开关功率转换器112。控制信号CS₁控制场效应晶体管（FET）开关114的导通，以控制初级电流i_P，从而满足负载116的功率需量。对于n沟道FET，在开关控制信号CS₁的脉冲期间FET导通（即，打开）并且在开关控制信号CS₁的脉冲结束时不导通（即，关闭）。

图2描述了与开关功率转换器112相关的波形200。参照图1和图2，在初级充电时间段T1内FET114导通时，初级电流i_P通过变压器120的初级线圈118增加。变压器120和二极管122的点规定防止次级电流i_S在时间段T1内流动。在控制器111生成开关控制信号CS₁，以关闭FET114从而时间段T1结束时，初级电流i_P降为0，并且在初级线圈118上的电压倒回（也称为“回扫”）。在回扫周期T2，次级电流i_S迅速上升，然后衰减。在DCM和CRM下，在次级电流i_S达到0时，回扫周期T2结束。在DCM下，在通过开关控制信号CS₁的脉冲开始开关控制信号CS₁的新周期TT之前，控制器111等待闲置周期T3。在CRM下，次级电流i_S一结束，控制器111就开始开关控制信号的新周期TT，并且初级电流i_P再次增加，直到周期T1结束。