[发明专利]用于单级功率变换器的脉冲频率调制模式转换

说明书

提供了一种开关功率变换器，其响应于用于恒压脉冲频率调制操作的峰电压和用于恒流操作的峰电压的比较来在恒压脉冲频率调制操作和恒流操作之间转换。

技术领域

本申请涉及开关功率变换器，更特别地，涉及具有利用脉冲频率调制的恒压和恒流操作模式的开关功率变换器。

背景技术

诸如反激式变换器的单级开关功率变换器使由控制器所控制的功率开关循环以向负载输送功率。在反激式变换器操作启动例如以对放完电的电池充电时(全负载条件)，控制器使功率开关循环以使得输出电流和输出电压都从其初始零值上升。但是输出电流不能超过最大输出电流，否则诸如功率开关的部件会被损坏。在达到最大输出电流限时，控制器将切换成将输出电流保持在最大电流限的恒流操作模式。图1示意了反激式变换器的恒流模式100中的操作期间的输出电压。随着电池被渐进地充电，恒流模式100中的输出电压将逐渐上升直到在转换点110达到期望的输出电压(Vdesired)，在这之后控制器转换到操作在恒压模式105中。由于控制器驱动全负载，所以其在恒压模式105期间利用恒定开关频率的脉宽调制来调节功率开关的循环。

随着负载降低(例如，随着电池被充电)，连同用于脉宽调制的占空比的减小，输出电流继续在恒压模式105中减小。但是即便脉宽被渐进地减小，当负载继续减小时脉宽调制操作也将最终使负载过驱动。因此，控制器将转换到恒压脉冲频率模式，以用于如图2所示的轻负载操作，图2示意了随输出负载变化的开关频率。特别地，在等于最大负载值的某个分数的预定负载值时，开关功率变换器将从脉宽调制(PWM)操作模式转换到脉冲频率操作模式(PFM)。当在PWM模式中操作时，控制器将开关频率保持在最大值Fmax。但是在PFM模式中，随着负载减小，控制器将从该最大值逐渐降低。

尽管脉冲频率调制模式使得控制器能够在低负载期间在不过驱动负载的情况下增加效率，但是控制器操作在恒压模式中。因此，本领域中存在对于在低负载条件期间的附加的控制操作模式的需要。

附图说明

图1示意了利用脉宽调制的恒压操作模式和对全负载供应最大允许电流的恒流模式之间的转换的、作为输出电流的函数的输出电压。

图2示意了利用脉宽调制的恒压操作模式和利用脉冲频率调制的恒压操作模式之间的转换的、基于输出功率的开关频率。

图3是反激式变换器的电路图，反激式变换器包括初级侧控制器，初级侧控制器配置为提供恒压脉冲频率调制模式和供应作为图1的最大允许电流的分数的电流的恒流模式之间的转换。

图4示意了恒压脉冲频率调制模式和第一恒流操作模式之间的转换以及恒压脉宽调制模式和第二恒流模式之间的转换的、作为输出电流的函数的输出电压和开关频率。

图5示意了作为输出电流的函数的峰值电压，该峰值电压用于控制用于恒流模式和恒压脉冲频率调制模式的功率开关的关断时间，其中，恒流模式和恒压脉冲频率调制模式之间的转换被禁止。

图6A示意了峰值电压，该峰值电压用于控制用于恒流模式和恒压脉冲频率调制模式的功率开关的关断时间，其中，恒压脉冲频率调制模式和恒流模式之间的转换被使能。

图6B示意了用于图6A的模式的开关频率。

图7是根据公开的一个方面的用于使能恒压脉冲频率调制模式和恒流模式之间的转换的控制器的图示。

图8是用于图7的控制器的操作的方法的流程图。

通过参阅下文的详细说明将最佳地理解本公开文本的实施方式及其优势。应该意识到，类似的附图标记用于标识一个或多个附图中的类似元件。

具体实施方式