電源控制器以及相關的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源控制，特別是涉及開關式電源供應器(switched mode powersupply)ο
【背景技術】
[0002]開關式電源供應器一般采用一功率開關來控制流經一電感元件的一電流。跟其它一般電源供應器相較之下，開關式電源供應器具有較小的產品體積以及較優越的轉換效率，所以廣受業界的歡迎與采用。
[0003]在眾多開關式電源供應器中，有一種操作于準諧振(quas1-resonance, QR)模式，稱為QR開關式電源供應器。QR開關式電源供應器可以使一功率開關，于其跨壓大致在最低時，從一關閉狀態，而變成導通狀態，所以理論上能降低該功率開關的開關損耗(switchingloss)。因此，QR開關式電源供應器的轉換效率，尤其是高負載時，一般是相當優秀的。
[0004]圖1顯示一公知的QR開關式電源供應器10，其中變壓器為一電感元件，具有相電感耦合的初級繞組PRM、次級繞組SEC以及一輔助繞組AUX。QR開關式電源供應器10由輸入電壓Vin所供電，提供負載24 —輸出電壓V.以及一輸出電流I.。QR控制器26產生脈沖寬度調制(PWM)信號Vsate，通過驅動端GATE，來周期性的開關功率開關34。通過分壓電阻28與30，QR控制器26檢測輔助繞組AUX的跨壓VAUX。圖2顯示圖1中的PffM信號Vsate以及跨SVAUX。在圖2中，PffM信號Vmte的兩個上升緣之間為一個開關周期，其間的時間稱為周期時間TeYe，其由一個開啟時間Ti3n與一個關閉時間Ti3ff所構成。開啟時間Ti3n是功率開關34在一周期時間Tqt內的持續維持開啟的時間長度，也是PWM信號Vmte中的脈沖寬度。如同圖2所示，在關閉時間Ttw的后半部，因為電感元件放電完畢，跨壓Vaux開始振蕩而有兩個信號波谷VL1與VL2。QR控制器26可使周期時間Tra大約結束于信號波谷VL2出現時。這樣在信號波谷出現時使周期時間Tax結束的控制方式，一般稱為波谷切換(valleyswitching)。
[0005]QR開關式電源供應器10中，位于補償端C0MP，有一補償信號VOTP，其受控于運算放大器20，而運算放大器20比較輸出電壓V.與目標電壓Vtar之間的差異。公知的QR控制器26中，補償信號Votip大致同時決定了開啟時間Ti3n以及遮蔽時間TBU]eK。在遮蔽時間Tblock結束之后，QR控制器26才允許結束周期時間Τεγε，以避免過早的波谷切換，導致開關頻率feYe(= 1/Tcyc)過高而降低了轉換效率。所以，遮蔽時間Tbu?等于定義了最大開關頻率
fcYC MAX ( — Ι/TblOCK)。
[0006]公知的QR開關式電源供應器10有兩個可能的問題。
[0007]1.電磁波干擾難以解決。在一個固定負載24時,補償信號Vetaip可能是固定的一個值，功率開關34在固定的一個信號波谷結束一周期時間Tqt，這便意味著固定的一個開關頻率fCTe，以及相當強烈的電磁波干擾。一種公知的解決方式是對于補償信號Vctmp進行微小干擾，但是運算放大器20所提供的負反饋機制往往自動地把所提供的干擾抵銷，因此成效不明顯。
[0008]2.噪聲(audible noise)的出現。在一個固定的負載24時,補償信號Vcqmp可能振蕩，使得QR控制器26 —會兒在一個信號波谷進行波谷切換,而在另一會兒在另一個相鄰的信號波谷進行波谷切換。這樣波谷切換不穩定的結果，可能使得QR開關式電源供應器10產生擾人的噪聲。會產生噪聲的電源供應器，一般是很難讓市場接受的。
【發明內容】
[0009]本發明揭示一種電源控制器，適用于一開關式電源供應器。該開關式電源供應器包含有串聯在一起的一電感元件以及一功率開關。該電感元件的一跨壓可振蕩而產生至少一信號波谷。該功率開關受一脈沖寬度調制信號所控制。該脈沖寬度調制信號具有一開啟時間以及一關閉時間。該電源控制器包含有一波谷檢測器、一遮蔽時間產生器、以及一關閉時間控制器。該波谷檢測器耦接至該電感元件，用以產生一波谷指示信號，以指出該至少一信號波谷出現的時間。該遮蔽時間產生器提供一遮蔽時間。該關閉時間控制器紀錄有一振蕩時間紀錄，其代表一前振蕩時間，關聯于一前開關周期；依據該振蕩時間紀錄、該遮蔽時間以及該波谷指示信號，來結束該關閉時間；以及，依據一振蕩時間，更新該振蕩時間紀錄。該振蕩時間由該跨壓開始振蕩后的一起點開始，而與該關閉時間一同結束。
[0010]本發明揭示一種控制方法，適用于一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關。該功率開關受一脈沖寬度調制信號所控制。該脈沖寬度調制信號具有多個開關周期。每一開關周期的周期時間具有一開啟時間以及一關閉時間。該電感元件的一跨壓可振蕩而具有一振蕩周期，并產生至少一信號波谷。該控制方法包含有:提供一振蕩時間紀錄，其代表一前振蕩時間，關聯于一前開關周期；于一開關周期內，依據該前振蕩時間，控制該功率開關，使該關閉時間結束；以及，依據一振蕩時間，更新該振蕩時間紀錄。該振蕩時間與該前振蕩時間都從該跨壓開始振蕩后的一起點開始，且該振蕩時間與該關閉時間同時結束。該振蕩時間與該前振蕩時間的差，小于該振蕩周期，以使該前開關周期與該開關周期其中的一操作于波谷切換，另一操作于非波谷切換。
【附圖說明】
[0011]圖1顯示一公知的QR開關式電源供應器。
[0012]圖2顯示圖1中的PffM信號Vsate以及跨壓Vaux ；
[0013]圖3顯示依據本發明所實施的一 QR控制器；
[0014]圖4顯示一依據本發明所實施的QR開關式電源供應器中的一些信號波形；
[0015]圖5舉例一輸出電流估算器；
[0016]圖6顯不負載代表信號\ESi與輸出電流Iqijt的關系；
[0017]圖7顯不負載代表/[目號\EST與一最大開關頻率fCTe max ( = I/Tblock)之間的關系；
[0018]圖8顯示依據本發明所實施的一電源控制器；
[0019]圖9顯示可以實施轉換的一 QR控制器；
[0020]圖10顯示QR控制器300取代了圖1的QR控制器26后，電路中的一些信號波形；
[0021]圖11為一實施例中，關閉時間控制器302所采用的控制方法；
[0022]圖12顯示當由高負載轉低負載時，一些連續開關周期中的跨壓VAUX，以及一些信號的時序；
[0023]圖13顯示當由低負載轉高負載時，一些連續開關周期中的跨壓VAUX，以及一些信號的時序；
[0024]圖14顯示公知技術中，振蕩時間Ts VL的一種可能變化；以及
[0025]圖15顯示依據本發明的一實施例中，振蕩時間Ts VL的一種可能變化。
[0026]附圖符號說明
[0027]10QR開關式電源供應器
[0028]20運算放大器
[0029]24負載
[0030]26QR 控制器
[0031]28、30分壓電阻
[0032]34功率開關
[0033]36電阻
[0034]80QR 控制器
[0035]82波谷檢測器
[0036]84放電時間檢測器
[0037]86輸出電流估算器
[0038]88與門
[0039]90遮蔽時間產生器
[0040]92頻率抖動器
[0041]94脈沖寬度調制器
[0042]100CS峰值電壓檢測器
[0043]102電壓控制電流源
[0044]104開關
[0045]190轉導器
[0046]192電位轉換器
[0047]196更新電路
[0048]198收集電容
[0049]199電容
[0050]200電源控制器
[0051]300QR 控制器
[0052]302關閉時間控制器
[0053]304、305、306、308、310、312、314、315、316、318、320、322、324 步驟
[0054]ACC收集端
[0055]AUX輔助繞組
[0056]COMP補償端
[0057]CS電流檢測端
[0058]fCYC開關頻率
[0059]fCYC MAX最大開關頻率
[0060]GATE驅動端
[0061]Icharge充電電流
[0062]Ics電流
[0063]Idis放電電流
[0064]Il預設電流
[0065]Ih預設電流
[0066]1ut輸出電流
[0067]Iprm電流
[0068]PRM初級繞組
[0069]PTs VL前振蕩時間
[0070]QRD檢測端
[0071]Sblock遮蔽信號
[0072]SEC次級繞組
[0073]Sjitter抖動控制信號
[0074]Slock鎖定信號
[0075]Stdis放電時間信號
[0076]Supdate更新信號
[0077]Svd波谷指示信號
[0078]tsTR> tl、七2、七3、七4、^RELEASE' tEND、tAB 1ST、tw s、tw E
[0079]時間點
[0080]Tblock遮蔽時間
[0081]Tcyc周期時間
[0082]Tauxcyc振蕩周期
[0083]Tdis放電時間
[0084]Toff關閉時間
[0085]Ton開啟時間
[0086]Tsvl振蕩時間
[0087]Tff時窗
[0088]Vacc反饋電壓
[0089]Valjx跨壓
[0090]Vcomp補償信號
[0091]Vcomp scaled比例補償信號
[0092]Vcs電流檢測信號
[0093]Vcs peak電壓
[0094]VgatePffM 信號
[0095]Vin輸入電壓
[0096]VL0VL2^VL3 信號波谷
[0097]Vl est負載代表信號
[0098]Vm電壓
[0099]Vout輸出電壓
[0100]Vqrd檢測電壓
[0101]Vref預設參考電壓
[0102]Vtar目標電壓
【具體實施方式】
[0103]本發明的一實施例所舉例的一電源控制器中，一補償信號