用于開關模式電源的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本公開內容總體上涉及電子設備，尤其涉及用于開關模式電源的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]電源系統(tǒng)在從計算機到汽車的許多電子應用中都是流行的。通常，電源系統(tǒng)內的電壓通過對加載有電感器或變壓器的開關進行操作而執(zhí)行DC/DC、DC/AC和/或AC/DC轉換所產生。一種這樣的設備包括開關模式電源(SMPS)。SMPS因為功率轉換由電感器或變壓器的受控充電和放電所執(zhí)行而通常比其它類型的功率轉換系統(tǒng)更為有效，并且由于跨接電阻電源的功率損耗有所下降而減少了能量損失。
[0003]SMPS通常包括至少一個開關以及電感器或變壓器。除其它之外，一些具體拓撲包括降壓轉換器、升壓轉換器和反激式轉換器?？刂齐娐芬话惚挥脕泶蜷_和閉合開關以對電感器進行充電和放電。在一些應用中，提供至負載的電流和/或提供至負載的電壓經由反饋回路進行控制。
[0004]SMPS的一種應用是用于鋰離子電池的充電器。由于鋰離子電池在超出電壓上限的情況下容易損壞，所以通常利用恒定電流對電池進行充電直至輸出電壓達到目標電壓。結果，這樣的電池充電器可以利用被配置為提供恒定電流的SMPS。由于這樣的電池充電器可以將來自墻壁插座的AC電流轉換為DC電流，所以使用變壓器的反激式轉換器通常被用來提供AC市電與被充電電池的電流隔離。
[0005]有多種不同的方式可以在反激式SMPS的輸出保持恒定電流。例如，可以在反激式轉換器的輸出或次級側執(zhí)行電流測量并且將其反饋至對反激式轉換器的初級側開關進行操作的控制器。另一種可以在反激式SMPS中保持恒定電流的方式是通過初級電流調節(jié)，其中在SMPS的初級側間接感生輸出電流。

【發(fā)明內容】

[0006]根據一個實施例，一種操作開關模式電源的方法包括在第一周期的第一時間段內接通耦合至變壓器的初級繞組的半導體開關，在該第一周期的第二時間段內關斷該半導體開關，檢測該半導體開關的輸出節(jié)點處的電壓的轉換速率的變化，基于對該轉換速率的變化的檢測確定開關接通時間，并且在第二周期的第一時間段內在所確定的開關接通時間接通該半導體開關。
【附圖說明】
[0007]為了更為全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現在對以下結合附圖所進行的描述進行參考，其中:
[0008]圖la-b圖示了常規(guī)反激式開關模式功率轉換器的示意圖和相關聯的波形圖；
[0009]圖2a_d圖示了一個實施例的反激式開關模式功率轉換器的示意圖和相關聯的波形圖；
[0010]圖3圖示了一個實施例的過零檢測器電路的示意圖；
[0011]圖4圖不了個實施例的振鈴抑制電路的不意圖；
[0012]圖5圖示了一個實施例的延遲電路的示意圖；并且
[0013]圖6圖示了一個實施例的方法的流程圖。
[0014]除非另外有所指示，否則不同附圖中相對應的數字和符號指代相對應的部分。附圖被繪制為清楚地圖示出對優(yōu)選實施例的相關方面而并非必然依比例進行繪制。為了更為清楚地圖示某些實施例，在附圖編號后可以跟有指示相同結構、材料或處理步驟的字母。
【具體實施方式】
[0015]以下對目前優(yōu)選的實施例的形成和使用進行詳細討論。然而，應當意識到的是，本發(fā)明提供了能夠以在各種具體環(huán)境中具體化的許多可應用的發(fā)明概念。所討論的具體實施例僅闡述了形成并使用本發(fā)明的具體方式而并非對本發(fā)明的范圍進行限制。
[0016]將參考具體環(huán)境中的優(yōu)選實施例一一用于反激式配置的開關模式電源的系統(tǒng)和方法一一對本發(fā)明進行描述，本發(fā)明的實施例還可以應用于其它開關模式電源配置以及包括該開關和其它電路的其它系統(tǒng)和應用，上述其它電路和應用包括但并不局限于電力系統(tǒng)和電機控制系統(tǒng)。
[0017]在本發(fā)明的實施例中，反激式轉換器的初級電流和次級電流通過設置流過初級繞組的峰值電流并且對初級繞組被充電的時間關于一個周期中的總時間的比率進行控制而得到控制。在操作期間，耦合至變壓器的初級繞組的開關被接通直至初級繞組中的電流達到峰值電流。當該開關被關斷時，電流流過變壓器的次級繞組直至次級繞組被消磁。開關在其已經被關斷足夠長時間而滿足了初級繞組被充電的時間關于一個周期中的總時間的比率時在另一周期內被再次接通。例如，通過檢測次級線圈被消磁的時間并且通過對該條件的檢測中的定時誤差進行補償，實施該比率中的誤差有所減少。被初級側供電電壓的變化所影響的這些定時誤差的變化也能夠得到補償。
[0018]在一個實施例中，通過確定開關的輸出節(jié)點處的電壓的斜度何時發(fā)生變化而檢測次級線圈被消磁的時間。該斜度或轉換速率的檢測可以通過將開關的輸出節(jié)點電容耦合至檢測電路來實施。對開關的輸出節(jié)點處的電壓斜度的變化方式產生影響的初級側供電電壓的變化通過引入補償延遲而得到補償，該補償延遲取決于初級側供電電壓。
[0019]圖1a圖示了常規(guī)的開關模式反激式轉換器100，其包括二極管橋式整流器102、變壓器106、開關晶體管122和控制器126。二極管橋式整流器102將例如可以表示AC市電電壓的AC電壓Vac轉換為耦合至變壓器106的初級繞組108的DC電壓Vin。來自整流操作的殘余波紋被輸入濾波電容器104所濾波。開關晶體管122的開關動作對變壓器106的初級繞組108進行磁化和消磁以從初級繞組108向次級繞組110傳輸功率。次級繞組110處的輸出電流利用輸出整流器112進行整流并且利用輸出電容器114進行濾波以產生DC輸出電壓Vout。輸出整流器112例如可以利用二極管或者利用諸如同步整流器的另一種電路來實施。
[0020]如所示出的，次級繞組110并不具有從變壓器106的次級側耦合至變壓器的初級側的反饋網絡。相反，開關模式反激式轉換器100通過對磁性耦合至變壓器106的輔助繞組116的電壓進行監(jiān)測而得出其反饋電壓。來自輔助繞組106的該反饋電壓由控制器126在管腳Vfb處進行監(jiān)測。此外，控制器126通過在管腳CS處監(jiān)測在耦合至開關晶體管122的電流感生電阻器124兩端的電壓而執(zhí)行初級側電流的測量?；趶墓苣_Vfb和VS所取得的反饋，控制器126在嘗試保持總體上穩(wěn)定的輸出電壓和/或輸出電流時在耦合至開關晶體管122的柵極的管腳OUT處產生開關模式。
[0021]在操作期間，功率經由輔助繞組116、二極管118和電容器120提供至控制器126。在啟動期間，控制器126可以經由電阻器128從電壓Vin接收功率。
[0022]參考圖lb，初級繞組電流Ip在節(jié)點OUT例如在時間t3和時間t4之間啟動開關晶體管122時增大。初級電流Ip在開關晶體管122被啟動時斜度增大基本上與輸入電壓Vin的電壓電平成比例并且基本上分別與初級繞組108和變壓器的的電感L成反比。也就是說:
[0023]dlin/dt = Vin/L
[0024]當開關晶體管122被啟動時，在初級繞組108兩端的電壓基本上對應于電壓Vin，并且在次級繞組110兩端的電壓基本上對應于-N22/N21.ν?η，其中Ν21表示初級繞組108的繞組數量并且Ν22表示次級繞組110的繞組數量。由于在次級繞組110兩端的電壓在接通時段為負(這是因為初級繞組108和負繞組110具有相反的繞組感生)，所以通過次級繞組110的電流Is在開關晶體管122被啟動時為零。
[0025]當開關晶體管122例如在時間^和14被停用時，在初級繞組108兩端的電壓并且因此在次級繞組110兩端的電壓反轉極性并且有所增大直至在次級繞組110兩端的電壓基本上對應于輸出電壓Vout加上在輸出整流器122兩端的二極管電壓。該二極管電壓例如可以對應于二極管122的正向電壓。當輸出整流器112被停用時，初級繞組108被消磁并且將以電感方式存儲在初級繞組108中的能量傳送至次級繞組110和輸出Vout。如所示出的，當開關晶體管122被關斷時，初級電流Ip在時間tjP〖4下降為零，并且當開關晶體管122活動時通過次級繞組110的電流Is為零，其在時間tjP〖4跳轉至一個電平并隨后開始下降。
[0026]憑借輔助繞組116和初級繞組108之間的電感耦合，開關晶體管122活動的時間(即，當驅動電壓OUT為高時)期間的輔助電壓Vfb的電壓電平基本上對應于
[0027]Vfb = -N23/N21.Vin
[0028]其中N23表示輔助繞組116的繞組數量。當開關晶體管118非活動時(即，節(jié)點OUT為低時)，只要通過次級繞組110的