[发明专利]开关转换器和用于调节开关转换器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于调节准谐振运行中的开关转换器的方法，其中为用于确定开关元件的关断时刻的PMW控制器预给定感测电压，并且其中所述开关元件的接通时刻落在施加在关断的开关元件上的振荡电压的谷中。此外，本发明涉及一种用于准谐振切换的开关转换器，其中给用于确定关断时刻的PMW控制器输送感测电压和调节器输出电压，并且其中设置用于确定接通时刻的谷切换调节装置。

背景技术

开关元件（例如场效应晶体管）、变压器或电抗器包含寄生电容，所述寄生电容在转换器硬切换的情况下导致开关损耗。在转换器硬切换的情况下，在不连续模式（DCM）中的死区时间期间，具有转换器主绕组的寄生电容在输入电压或中间回路电压附近振荡。寄生电容上的电压随着振荡变化，但具有连续显著的值。如果在下一个时钟循环中开关元件接通，则寄生电容器通过晶体管被放电并且在此产生高的电流尖峰。因为所述高的电流尖峰在开关元件上施加高电压时出现，所以所述高电压产生开关损耗。此外，电流尖峰谐波丰富，这增加了EMI（电磁干扰）。

替代于用固定的时钟切换，在准谐振切换的情况下借助识别回路有效地检测开关元件的漏极-源极电压的最小值（也称作“谷”），并且仅仅在这个时刻接通开关元件。由此，接通电流尖峰被最小化，因为寄生电容被充电到最小电压上。这种类型的切换一般称作谷切换、过零切换或准谐振切换。这导致在转换器硬切换情况下出现的开关损耗和干扰辐射的减小。由于谐振回路仅仅在开关转变期间用在否则常规的矩形信号转换器上，所以将这种切换称作准谐振的。

下面，将施加在关断的开关元件上的振荡电压的每一个最小值称作为“谷”。在开关循环期间在时间上首先出现的最小值称作为“第一谷”。对随后的谷根据其时间顺序编号，即第二谷、第三谷等等。

在谷期间接通引起周期开始的连续重置（脉冲复位）并且因此与负载或中间回路电压无关地在该时刻引起开关频率的匹配。该运行方式开始于连续导通模式（CCM）和非连续导通模式（DCM）之间的边界，并且在非连续导通模式中完全生效。

对于始终在同一谷期间（例如始终在第一谷处）接通的情况，开关频率随着下降的负载而上升，直至在空载运行中达到最大频率。然而，随着频率上升，开关损耗也上升，因为每时间单元发生更多带来损耗的开关过程。

为了避免在低负载时过高的开关频率，通常将接通时刻置于稍后的谷上（例如置于第二谷上）。在此，跳跃式的变换是不利的，其引起调节的不稳定状态。为了调节恒定的输出电压，在这种具有每一个开关循环的转变区域中在两个谷之间来回跳跃。该效应也称作“谷跳跃（Valley-Skipping）”。这种调节器振荡大多是可听见的，并造成较高的损耗功率。

发明内容

本发明所基于的任务是，针对开始时提到的类型的方法和开关转换器说明相对于现有技术的改善。

根据本发明，所述任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求6所述的开关转换器来解决。在从属权利要求中说明改进方案。

在此，为了避免在每一次在关断过程之后出现的谷处的谷跳跃，减小感测电压。当在第一谷中接通开关转换器时，在开关元件的关断状态中无该措施的情况下保持恒定的感测电压相应地在一个开关循环期间减小一次。如果在第二谷中接通，则感测电压减小两次。在第三谷中接通时，出现感测电压的三次减小，等等。

随着每一次减小，电压水平下降，在接通的开关元件中感测电压从该电压电平开始上升。当感测电压到达借助调节器输出电压确定的值时，PWM控制器关断。利用不变的调节器输出电压，减小的感测电压相应地导致稍后关断。因此，由开关转换器传输的功率上升。

一旦由于预给定的功率减小而达到最大允许的开关频率，谷切换调节装置就引起开关元件在稍后的谷处接通。同时开关频率下降，因为开关元件的关断时间延长了施加在关断的开关元件上的振荡电压的周期持续时间。基于根据本发明的措施，下降的开关频率没有导致功率减小。更确切地，由于减小的感测电压引起的稍后的关断导致功率上升。开关转换器的电压调节器通过调节器输出电压的下降来补偿该功率上升。因此，没有发生跳回至先前的谷。通过相同的方式避免在功率上升的情况下的谷跳跃。一旦预给定的功率上升导致在先前的谷处接通，由于根据本发明的干预，所传输的功率下降。电压调节器增大调节器输出电压直至达到预给定的功率，而不会跳回至稍后出现的谷。

在一个有利的改进方案中，在每一个出现的谷中减小辅助电压，并且通过辅助电压和与通过开关元件的电流成比例的测量电压的相加来求感测电压。通过这种方式提供了感测电压的简单的减小。