[发明专利]用于功率转换器开关噪声管理的智能分组控制方法

说明书

提供了一种开关功率转换器，其在组脉冲操作模式期间，响应于在组模式控制电压范围内的控制电压，使功率开关循环工作从而在组周期内产生脉冲序列。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月26日提交的美国临时申请第62/287,377号的权益。

技术领域

本发明属于功率转换器领域，更具体地涉及用于通过使用组脉冲控制方法来改变由开关功率转换器发出的噪声的电路和技术。

背景技术

反激开关功率转换器通常设置有移动设备，因为其变压器提供与AC电流的安全隔离。与所有开关功率转换器类似，反激包括功率开关晶体管，其由控制器控制以调节到负载的功率输送。功率开关的循环工作产生可影响移动设备的开关噪声。例如，移动设备通常包括对开关噪声变得越来越敏感的触摸屏。例如，用户现在可以在许多手机和平板电脑上操作触摸屏，即使戴着手套也没有问题。这种高灵敏度触摸屏和其它电子部件的缺点是这些部件的操作易受开关噪声的干扰。例如，感测触摸屏被触摸的位置涉及如下面详细描述的监视某些频带的触摸屏传感器。如果由开关功率转换器产生的电磁干扰(EMI)在由触摸屏传感器监测的频带内，则触摸屏的性能可能被不期望地改变。应当理解，其它电气部件的性能也可能由于开关功率转换器产生的EMI而被不期望地改变。

来自诸如反激的开关功率转换器的开关噪声的干扰由于用于提高效率的各种开关模式而恶化。具体地，通常在相对较重负载的时段期间使用脉宽调制(PWM)来使功率开关循环工作。在PWM操作期间，随着负载的减小，占空比(脉冲宽度)减小。但是随着负载继续减小，使用脉冲频率调制(PFM)来使功率开关循环工作是更有效的。在PFM操作期间(例如，从22KHz到89KHz)使用的各种开关频率使噪声在相对宽的频带上扩展，使得为触摸屏操作找到适当无噪声的频带可能有困难。

因此，需要控制由开关功率转换器产生的EMI的频带。

发明内容

在相对较重负载的脉宽调制(PWM)操作期间，开关频率保持恒定，使得开关噪声集中在开关频率及其谐频处。因此，在PMW操作期间相对简单地找到用于触摸屏操作(或其它噪声敏感过程的操作)的适当无噪声的频带。但是在开关功率转换器中在整个负载范围(从非常轻的负载到非常重的负载)上扩展PWM操作是不高效的。因此，通常在负载减小时转变到脉冲频率调制(PFM)操作。但是，由于改变的开关频率，这种向PFM操作的转变随后倾向于在不同频带上扩展开关噪声。

为了提供开关噪声管理，引入了组脉冲模式(GPM)，其中开关功率转换器可以在相对重的负载操作期间从PWM操作(或跨有限频带的PFM操作)转变到组控制模式。为了控制到组脉冲模式的转变，修改用于控制功率开关晶体管的循环工作的控制器，以便将控制电压与阈值进行比较。在这方面，在功率转换技术中公知的是，控制器响应于从反馈电压与参考电压的比较产生的控制电压。反馈电压从输出电压获得。例如，在反激式转换器中，可以在变压器复位时间从辅助绕组感测反馈电压。或者，可以通过光隔离器或在反激变压器的初级侧和次级侧之间的一些其它隔离装置来感测反馈电压。

控制器将反馈电压与参考电压进行比较以产生误差信号，然后可以例如通过环路滤波器对误差信号进行补偿以形成控制电压。控制器被配置为将控制电压与阈值进行比较以控制到组模式控制的转变。如果控制电压大于阈值，则控制器继续以常规方式在PWM(或PFM)模式下操作。但是如果控制电压小于阈值，则控制器转变到组脉冲模式。如名称所暗示的，当功率开关晶体管循环工作以产生一序列或一组脉冲(每个脉冲对应于每个周期中功率开关晶体管的导通时间期间)时，实现组脉冲模式。根据控制电压，改变每次突发脉冲的组的大小。例如，取决于控制电压的值，脉冲序列的大小可以从例如十五个脉冲变化到一个脉冲。如果控制电压下降到低阈值电压以下，则控制器从组脉冲模式转变到另一控制模式，例如PFM。因为直到相对轻的负载(对应于等于相对小的低阈值电压的控制电压)才发生到PFM的这种转变，所以所得的PFM操作在本文中被表示为“深”PFM(DPFM)操作。因此，组模式控制的控制电压范围从高阈值电压到低阈值电压。