[发明专利]一种准谐振控制电路

说明书

本发明公开了一种准谐振控制电路。该电路通过在PFM单元电路输出的波谷使能信号EN处设置频率(即时间)的回差。记住此前的主开关管M_P在第N个波谷开通，若频率有增加的趋势，可能选择第N+1个波谷开通，则在EN信号处提前一个回差时间，使得保持第N个波谷开通；若频率有减小的趋势，可能选择第N‑1个波谷开通，则在EN信号处延迟一个回差时间，使得保持第N个波谷开通。只有频率变化超过回差时间，才会选择第N+1或第N‑1个波谷开通。该电路可以解决开通波谷来回切换造成变换器输出纹波增大的问题。

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及工作于准谐振模式的开关电源的控制电路。

背景技术

反激变换器因其成本低、拓扑简单等优点被广泛应用于中小功率离线式开关电源。图1所示100就是典型反激变换器的电路图。图中，L_M为励磁电感、C_A为钳位电容、R_A为泄放电阻、D_A为钳位二极管、M_P为主开关管、C_OSS为开关节点的寄生电容、R_S为励磁电感电流采样电阻、N_P为变压器原边绕组匝数、N_S为变压器副边绕组匝数、D_R为整流二极管、C_OUT为变换器输出电容、单元101为变换器的控制器、单元102为隔离反馈电路。控制器101通过采样变换器输出电压和电流采样电阻R_S上的压降实现双环路峰值电流模控制，确定主开关管M_P何时开通、何时关断。M_P开通阶段实现变压器磁芯的励磁，并将能量存储于变压器中；M_P关断阶段实现磁芯的消磁，将能量通过副边绕组输出到负载端。

开关电源自诞生以来，高频化、高功率密度、高效率就成为其不变的发展趋势。反激变换器应用在ACDC领域时，高频化遇到困难。原因在于此时变换器输入电压较高(典型范围为85V～265VAC)，其开关损耗随频率的增加而增加，造成效率的下降。开关损耗的具体公式如下：

其中，V_DS为开关节点的电压，V_IN为变换器输入电压。可见，变换器输入电压较大使得开关损耗与频率f的比例系数变大，频率的上升带来更多的效率损失。为此，多种降低开关损耗的技术发展出来，以期在保证效率的前提下实现高频化。其中，准谐振技术和软开关技术(零电压开通，零电流关断)应用广泛。而软开关技术控制复杂，成本较高，使得准谐振技术在中等频率下更具吸引力。

图2所示200为准谐振技术的波形示意，G_M_P为主开关管栅端驱动电压波形。控制器通过直接或间接检测开关节点的电压波形，使得主开关管在V_DS谐振电压的波谷开通，从而减小主开关管的开关损耗，使得提高频率成为可能。

随着负载减轻，如果变换器仍维持较高频率则会降低效率。所以，很多变换器同时具备PWM(脉冲宽度调制)和PFM(脉冲频率调制)两种模式。轻负载时，降低变换器的频率，即减小开关损耗，保证效率曲线的平滑。然而，在准谐振应用中，降低频率并不能模拟线性地实现，主开关管会依次在V_DS波形的第一个波谷、第二个波谷...第N个波谷开通。所以，变换器的频率变化是离散的。图3所示300中的301为典型的准谐振控制器内部框图。包括反馈电阻R_FB303、波谷检测单元电路304、PFM单元电路305、PWM比较器306、波谷选择单元电路307、RS触发器308和驱动单元电路309；隔离反馈信号FB通过PFM单元电路调节变换器的工作频率输出使能信号EN，使能波谷选择单元电路选择第N个波谷导通信号ON到RS触发器的置位端，经过驱动单元电路放大后开通主开关管M_P。励磁电感LM的电流开始线性上升，电流检测电阻R_S上的峰值电压达到反馈信号FB的值，PWM比较器输出高电平将RS触发器复位，经过驱动单元电路关闭主开关管M_P。