[发明专利]用于开关电源转换器的自适应控制型软启动方案

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年1月10日提交的题为“AdaptivelyControlled Soft Start-Up Scheme For Switching Power Converters”的共同未决的美国临时专利申请第61/431,283号的优先权，该申请通过全文引用的方式结合在本申请中。

技术领域

本发明大体上涉及电源转换器，并且更具体地涉及一种具有开关控制器的电源转换器，其中所述开关控制器用于在启动和/或通电复位(POR)时控制切换循环。

背景技术

为了调节输出电压，电源转换器通常要求可在电源转换器的输出电压与参考电压之间提供“误差”信号的误差电路系统。误差电路系统应提供输出电压相对于参考电压的数值和符号(正或负)。通过响应于误差信号增大或减小传送到电源转换器输出端的功率的量，电源转换器能够使用误差信号对输出电压进行适当地调节。

典型地，常规电源转换器通过感测作为模拟值的输出电压、得出感测的输出电压与作为模拟值的参考电压之间的差异并对其进行放大，来生成误差信号。常规电源转换器还可使用模拟-数字转换器(A/D转换器)来根据控制方案生成误差信号。其它的常规电源转换器可使用模拟误差放大器生成误差信号。

在许多常规的隔离式开关电源转换器中，直接在变压器的次级侧感测输出电压并将其与固定的参考电压进行比较，从而将电源转换器的输出电压调节到目标电平。替代地，其它常规隔离式开关电源转换器不直接感测输出电压，而是感测变压器的初级侧上的电压。将所感测的初级侧电压与固定的参考电压进行比较，从而将电源转换器的输出电压调节到目标电平。这些隔离式开关电源转换器通常被称作仅初级反馈转换器。

在仅初级反馈转换器的情况下，可能存在这样的情形：其中在特定的切换循环中，输出电压可能与由参考电压设定的调节目标电压显著不同。此事件的一个实例是出现在开关电源转换器的初始启动期间。对于仅初级反馈转换器，因其不直接感测输出电压，初始启动阶段尤其困难。当输出电压与启动期间的调节目标电压显著不同时，感测的初级侧电压提供输出电压的错误表示。因此，在启动后，常规仅初级反馈转换器可能很慢才能达到调节的目标电压。当将仅初级开关转换器的次级输出级耦合至包括高电容电解电容器的输出滤波级时，此问题可能恶化，因此启动循环将进一步减慢。若仅初级开关电源转换器的控制器在最大时间量内未能以受控方式将输出电压从0VDC提高到调节输出电压电平，则可能损坏连接到电源转换器的任何电子设备。

控制器的另一主要功能是感测和检测异常和/或故障条件，并向开关转换器提供安全运行模式直至消除了故障条件。在启动模式，通常以0VDC开始的输出电压显著低于期望的调节输出电压电平。基于输出滤波电容器的电容性负载也会影响输出电压的上升时间。在开关转换器的输出端出现短路的故障条件中也能够观测到输出电压显著低于期望的调节输出电压电平的条件。因此，常规仅初级开关转换器容易受到错误故障检测的影响。即使在不存在故障条件时这也会阻止开关转换器启动。

上述问题的一个常规解决方案是配置控制器以向次级传送最大量的能量，直至检测到输出达到调节点。然而，此常规解决方案仍有问题，因为其可导致输出电压过冲以及随后的输出电压振荡(ringing)。

发明内容

开关电源转换器根据期望调节电压向负载提供调节电压。变压器包括耦合至输入电压的初级绕组以及耦合至开关电源转换器的输出端的次级绕组。开关耦合至变压器的初级绕组。当接通开关时，生成穿过初级绕组的电流，而当断开开关时，不生成穿过初级绕组的电流。开关控制器生成控制信号以接通或断开开关。该开关响应于处于第一状态的控制信号而接通，且该开关响应于处于第二状态的控制信号而断开。开关控制器对表示开关电源转换器的输出电压的感测电压进行监控。开关控制器控制开关的切换以使开关电源转换器在感测的输出电压指示输出电压小于第一阈值电压时以持续导通模式运行。开关控制器控制开关的切换以使开关电源转换器在感测的输出电压高于第一阈值电压时以间断导通模式运行。在一个实施例中，第一阈值电压处于开关电源转换器的输出端处的期望调节电压的10％-25％的范围内。