[发明专利]具有改进的谷值模式切换的开关功率转换器

说明书

提供了一种基于历史的谷值模式切换技术和系统，以减少切换噪声在开关功率转换器中的频率扩散。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月26日提交的美国临时申请No.62/287,372的权益，藉此其内容通过援引整体并入本文。

技术领域

本申请涉及开关功率转换器，并且更具体地，涉及用于降低谷值模式切换的切换噪声的电路和技术。

背景技术

在反激式开关功率转换器中，功率开关晶体管循环接通以引导电流通过变压器中的初级绕组。当功率开关晶体管关断时，变压器中的次级绕组导电以将功率传递给负载。功率开关晶体管的循环接通和关断使它承受应力。例如，在次级电流缓降到零之后，初级绕组上的反射电压开始谐振地振荡。如果功率开关晶体管在谐振电压振荡的峰值期间接通，那么功率开关晶体管上的电压应力因而会被恶化。

为了降低该电压应力，已经实现了各种谷值模式切换方案。功率开关晶体管在谷值模式切换操作期间以反射电压振荡的电压局部最小值(在谷值模式切换中，将每个电压局部最小值称为“谷值”)循环接通。因为当功率开关晶体管接通时，初级绕组上的反射电压处于局部最小值(或者在其附近)，所以谷值模式切换操作减小了功率切换晶体管上的电压应力。但是由于相关的切换噪声，功率开关循环的频率在反激式转换器中也是一个问题。

切换噪声对电子系统(例如由反激式转换器供电的智能手机或者平板电脑)充当电磁干扰。例如，触摸屏可以用具有一定频率(例如，300KHz)的传感信号驱动。如果反激式切换噪声落在用于触摸屏传感信号的相同频带中，那么触摸屏操作可能受到来自由功率开关晶体管的循环导致的切换噪声的干扰。现代的高敏感度触摸屏特别容易受到这种干扰的影响。例如，触摸屏已经被开发成使得用户甚至可以在戴手套时与触摸屏互动。这种对于触摸屏增强的敏感性加强了它们对于反激式开关功率转换器切换噪声的敏感性。在这样敏感的情况下，触摸屏控制器常规上是用于监控传感信号的可能频带上的噪声，以使得可以相应地选择传感频率。

在处于稳定状态负载情况下的谷值模式切换操作中，将倾向于在每个切换循环中使用相同谷值，以使得切换噪声变得集中于随之产生的恒定的切换频率及其谐波。尽管存在这样的集中，如果用于选择的触发事件发生在第一局部最小值的时间附近，这种常规的谷值模式切换操作也将会在第一局部最小值和随后的第二局部最小值的选择之间高频抖动。在一个切换循环中，触发事件可以稍微地在第一局部最小值之前发生，以使得控制器为接通时间选择第一局部最小值。在另一个切换循环中，触发事件可以稍微地在第一局部最小值之后发生，以使得控制器必须选择第二局部最小值。随之产生的高频抖动导致大量的噪声功率在切换功率峰值之间的频谱带中扩散。噪声能量变得在谐波之间的频带上分布过于广泛，使得触摸屏控制器可能具有在其中定位相对无噪频带以驱动传感信号的麻烦。

因此，本领域需要一种具有改进的谷值模式切换技术的开关功率转换器，所述技术具有减小的噪声扩散。

发明内容