[go: up one dir, main page]

CN118801680A - 开关电源、其控制器以及其改进 - Google Patents

开关电源、其控制器以及其改进 Download PDF

Info

Publication number
CN118801680A
CN118801680A CN202410446583.4A CN202410446583A CN118801680A CN 118801680 A CN118801680 A CN 118801680A CN 202410446583 A CN202410446583 A CN 202410446583A CN 118801680 A CN118801680 A CN 118801680A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target level
output voltage
power supply
level
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410446583.4A
Other languages
English (en)
Inventor
黄新年
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Champion Microelectronic Corp
Original Assignee
Champion Microelectronic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Champion Microelectronic Corp filed Critical Champion Microelectronic Corp
Publication of CN118801680A publication Critical patent/CN118801680A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

一种开关电源、其控制器以及其改进。开关电源包括被配置为接收AC输入电压并生成DC输出电压的第一电源级，其中，第一电源级的DC输出电压在轻负载条件期间被设置为第一目标电平，否则，输出电压被设置为第二目标电平，该第二目标电平低于该第一目标电平。

Description

开关电源、其控制器以及其改进
相关申请
本申请要求2023年4月14日提交的美国申请US 63/459,453和2023年7月24日提交的美国申请US 63/528,621的优先权。上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及开关电源领域。
背景技术
离线电源从交流(AC)源接收电力并提供可用于为负载供电的电压调节的直流(DC)输出。示例性离线电源包括功率因数校正(PFC)级和DC-DC转换器级。PFC级接收AC输入信号，执行整流并保持从AC源汲取的电流与AC电压基本同相，以使得电源对于AC源表现为阻性负载。DC-DC转换器级接收PFC级的整流输出并生成可用于为负载供电的电压调节的直流输出。相比DC-DC级的输出，PFC级的整流输出通常具有更高的电压并且被更宽松地调节。
期望提供一种改进的开关电源。
发明内容
本发明涉及一种开关电源及其改进。根据实施例，提供了一种开关电源。该开关电源包括被配置为接收AC电压并生成DC输出电压的第一电源级。在轻负载条件期间，输出电压被设置为第一目标电平，否则，输出电压被设置为第二目标电平，第二目标电平低于第一目标电平。第二目标电平可以取决于作为输入提供给开关电源的AC电压源的电平。第一电源级可以包括PFC级。开关电源可以包括第二电源级。如果是这样，则第二电源级被配置为接收PFC级的DC输出电压并生成另一DC输出电压。第二电源级的DC输出电压低于第一电源级的DC输出电压。
本文描述了这些和其它实施例。
附图说明
本发明关于其特定的示例性实施例进行描述，并且相应地参考了附图，其中：
图1示出根据本发明实施例的两级离线电源的示意性框图；
图2示出根据本发明实施例的功率因数校正级的示意性电路图；
图3示出根据本发明实施例的用于功率因数校正级的控制器的示意性框图；
图4示出呈现根据本发明实施例的AC输入电压和DC输出电压之间的关系的曲线图；以及
图5示出根据本发明实施例的DC-DC转换器级的示意性电路图。
具体实施方式
本发明涉及一种改进的开关电源。根据实施例，开关电源包括至少第一电源级，例如功率因数校正(PFC)级。开关电源可以包括第二电源级，例如DC-DC转换器级。第一电源级被配置为接收AC电压作为输入并生成DC输出电压。第二电源级接收第一电源级的DC输出电压并生成另一DC输出电压。在轻负载条件期间，第一电源级的DC输出电压被设置为第一目标电平，否则(例如，在重负载条件下)，输出电压被设置为第二目标电平。第二目标电平低于第一目标电平。因此，在轻负载条件下，第一电源级的输出被设置为的目标电平高于其在重负载条件下的目标电平。
第一电源级的DC输出电压的第二目标电平可以取决于作为输入提供给开关电源的AC电压源的电平。例如，提供给电源的AC电源电压的有效电压电平(例如，均方根或RMS值)可以由第一电源级监测。然后，第一电源级可以根据在重负载条件下的AC输入电压的监测电平来调整第二目标电平。
当第一电源级的输出电压被设置为第一目标电平时，这可以被称为操作的第一模式。当第一电源级的输出电压被设置为第二目标电平时，这可以被称为操作的第二模式。在操作的第一模式中，第一目标电平优选地是固定值。在操作的第二模式中，第二目标电平优选地是取决于所监测的AC电源电压的有效电压电平的可变值。
第一电源级的DC输出电压使用负反馈回路进行调节。控制第一电源级中的开关操作以增加或减少传输到输出的功率以便调节输出电压。表示第一电源级的输出电压的目标电平与第一电源级的输出电压的实际值之间的差的误差信号可以用于控制传输到第一电源级中的输出的功率。
第一模式和第二模式之间的转换可以通过监测误差信号来完成。当误差信号低于阈值时，这指示轻负载条件，在这种情况下，电源在第一模式中操作。当误差信号超过阈值时，这指示重负载条件，在这种情况下，电源在第二模式中操作。
从第一目标电平改变到第二目标电平可以导致目标电平的突变，反之亦然。当这种情况发生时，预计实际输出电压需要一段转换时间才能达到新的目标电平。在实施例中，目标电平优选地至少直到实际输出电压接近新的目标电平才再次改变。这可以例如通过在目标电平改变之后的预定时间段内避免再次改变目标电平或者通过在目标电平改变之后避免再次改变目标电平直到误差信号降到阈值以下来实现。
如上所述，在轻负载条件下，第一电源级在操作的第一模式中操作。在示例性实施例中，在第一模式中，第一目标电平可以被设置为例如380伏DC。在这些条件下，误差信号电平可低于1.0伏的阈值。然后，如果负载条件发生变化，则误差信号可升至1.0伏阈值以上。当误差信号上升到阈值以上时，这指示负载条件从轻到重的变化。响应于误差信号超过阈值，第一电源级进入操作的第二模式。在该模式中，第二目标电平可被设置为例如163伏DC或更高，但优选地不高于第一目标电平，在该示例中，该第一目标电平为380伏DC。
操作的第二模式中的163伏DC的目标电平可以对应于115伏AC的AC输入电源电压。163伏DC或更高的目标电平确保第二目标电平至少与峰值输入电压一样高(即，不低于峰值输入电压)。应该注意，115伏AC对应于约163伏的最大峰值正弦电平。这是因为115伏乘以2的平方根(或约1.414)等于约163伏。如果AC输入电源是220伏AC，则第二目标电平可以改为被设置为311伏DC。再次说明，该电平确保第二目标电平至少与峰值输入电压一样高(即，不低于峰值输入电压)。这是因为220伏AC对应于约311伏的最大峰值正弦电平(220伏乘以1.414等于约311伏)。因此，在该示例中，第二目标电平取决于AC电源电压的电平并且被设置为至少与AC电源的峰值电平一样高的电平。第二目标电平还优选地被设置为低于第一目标电平的电平。在该示例中，第一目标电平是380伏DC。因此，在该示例中，第二目标电平可以被设置为162至380伏DC范围内的电平，其中该范围内的特定值取决于AC电源电压的电平。该示例中的AC电源电压的电平预期在约115伏AC至220伏AC的范围内。
如本文所述的开关电源的操作预期会提高开关电源的效率和瞬态响应。用于第一电源级的输出电容的能量存储容量也可能受到限制。
图1示出根据本发明实施例的两级离线电源100的示意性框图。如图1中所示，第一电源级102具有耦接至交流(AC)源VAC的输入。第一电源级102可以是功率因数校正(PFC)级。PFC级102对AC输入信号执行整流，并且将从AC源汲取的电流保持为与AC电压基本同相，从而使得电源100对AC源表现为阻性负载。PFC级102生成宽松调节的输出电压VDC。
PFC级102的输出电压VDC可以被提供作为第二电源级104的输入。第二电源级104可以是DC-DC转换器级。使用输入VDC，DC-DC转换器级104生成可用于为负载供电的电压调节的DC输出VO。相比DC-DC转换器级104的输出VO，VDC的电平优选具有更高的电压并且可以被更宽松地调节。PFC级102的输出VDC的目标电平可以是例如约380伏DC，而DC-DC转换器级104的电压调节的输出VO可以是例如约12.0伏DC。
图2示出根据本发明实施例的功率因数校正(PFC)级102的示意性电路图。交流(AC)输入源VAC跨越桥式整流器110的输入端子耦接。整流输入电压信号Vrect在整流器110的第一输出端子处形成，并且耦接至主PFC电感L1的第一端子和电阻RAC的第一端子。电感L1的第二端子耦接至晶体管开关M1的第一端子和晶体管开关M2的第一端子。开关M2的第二端子耦接至输出电容CO的第一端子。开关M1的第二端子和电容CO的第二端子耦接至接地节点。
电阻RAC的第二端子耦接至PFC控制器112的电压感测输入。表示瞬时整流输入电压Vrect的输入电压感测信号IAC流经电阻RAC并由控制器112接收。桥式整流器110的第二输出端子耦接至控制器112的电流感测输入以及电阻Rsense的第一端子。电阻Rsense的第二端子耦接至接地节点。表示功率因数校正级102的瞬时电流输入的电流感测信号Isense在电阻Rsense上形成并由控制器112接收。
电阻RA具有耦接至输出电压VDC的第一端子以及耦接至电阻RB的第一端子的第二端子。电阻RB的第二端子可以耦接至接地节点。电阻RA和RB形成分压器。输出电压感测信号VFB形成于电阻RA和RB之间的节点处。信号VFB表示输出电压VDC。
PFC控制器112生成信号PFC OUT，其控制开关M1和M2的断开和闭合，以便调节中间输出电压VDC同时保持输入电流与输入电压VAC同相。为此，控制器112使用信号VFB以及输入电压感测信号IAC和输入电流感测信号Isense。开关M1和M2通常被操作为使得当一个断开时另一个闭合。
图3更详细地示出根据本发明实施例的PFC控制器112的示意性框图。在控制器112内，信号VFB耦接至跨导误差放大器GM1的第一输入端子。误差放大器GM2的第二输入耦接至表示输出电压VDC的期望电平的参考电压。该参考电压可以是固定值VREF1或可变值VRMS，取决于比较器CMP1的输出电平。误差放大器GM1的输出形成信号VEAO，该信号VEAO是表示输出电压VDC的实际电平与输出电压的期望电平之间的差的误差信号。如图3中所示，误差信号VEAO在补偿电路114上形成。
在实施例中，参考电压VREF1的电平对应于PFC输出VDC的380伏DC的目标电平，而参考电压VRMS表示VAC的电平。例如，当VAC的电平是115伏AC时，VRMS的电平可以对应于PFC输出VDC的163伏DC的目标电平。作为另一示例，当VAC的电平是220伏AC时，VRMS的电平可以对应于PFC输出VDC的311伏DC的目标电平。对于这两个示例，VAC和VRMS与VDC成比例。显然，可以例如通过响应于VRMS的电平改变施加到误差放大器GM1的参考电压电平来选择PFC输出VDC的不同电平。因此，VRMS的电平表示输入电压VAC的平均值(与瞬时值相反，如IAC的情况)。例如，可以通过将表示输入电压VAC的瞬时值的信号IAC施加到滤波器来生成信号VRMS，该滤波器通过对AC输入电压VAC的至少一个周期内的IAC的值求平均来生成信号VRMS。
在实施例中，比较器CMP1根据误差信号VEAO的电平来确定PFC电路102是在轻负载条件还是重负载条件(即除轻负载以外的负载条件)下操作。例如，当误差信号VEAO的电平小于电压参考VREF2时，这指示轻负载条件。在该情况下，比较器CMP1的输出可以是逻辑低电压。如果误差信号VEAO的电平超过VREF2，则这指示重负载条件；在该情况下，比较器CMP1的输出可以是逻辑高电压。在实施例中，电压参考VREF2可以被设置为1.0伏。
比较器CMP1的输出确定固定参考电压VREF1还是可变参考电压VRMS被施加到误差放大器GM1。当固定参考电压VREF1被施加到误差放大器GM1时，这可以被称为操作的“第一”模式。当可变参考电压VRMS被施加到误差放大器GM1时，这可以被称为操作的“第二”模式。因此，由PFC级102调节的VDC的电平可以根据负载而不同。
操作的第一和第二模式之间的改变(即，从输出VDC的第一目标电平改变到第二目标电平，反之亦然)可能导致输出VDC的目标电平的突变。在实施例中，一旦比较器CMP1的输出改变，施加到误差放大器GM1的参考电压优选地至少直到实际输出电压接近新的目标电平才再次改变(即从VREF1到VRMS或从VRMS到VREF1)。这可以例如通过在改变之后的预定时间段内避免再次改变目标电平，或者通过在改变之后避免再次改变目标电平直到误差信号降至阈值以下来实现。此类延迟有助于防止不稳定的操作。此类延迟可以例如通过防止其输出在每次改变之后的预定时间内改变的比较器CMP1内的定时器电路来实现，或者通过在比较器CMP1的输出的每次改变之后要求VEAO下降到低于或上升到高于VREF2一迟滞裕量来实现。
增益调制块116接收误差信号VEAO以及信号IAC以生成调制误差信号Imul。可选地，增益调制块116还可以接收信号VRMS。信号VRMS表示AC线路电压的电平，并且例如如果AC线路电压长时间过低(即在“掉电(brown out)”情况下)，信号VRMS可以用于通过逐渐下拉信号Imul的电平来抑制PFC级102中的开关操作。
增益调制块116的输出耦接至跨导放大器GM2的第一输入端子和电阻Rmul1的第一端子。电阻Rmul1的第二端子被耦接以接收信号Isense。电阻Rmul2的第一端子耦接至放大器GM2的第二输入端子。电阻Rmul2的第二端子耦接至接地节点。
放大器GM2的输出耦接至补偿电路118。在放大器GM2的输出处形成信号IEAO。信号IEAO表示误差信号VEAO以及PFC级的输入电压和输入电流。信号IEAO耦接至比较器CMP2的第一输入。斜坡发生器120的输出形成斜坡信号PFC RAMP，该PFC RAMP耦接至比较器CMP2的第二端子。斜坡发生器120的RTCT节点耦接至设置斜坡信号的频率的RTCT定时网络122。
信号IEAO用于实现第一反馈回路，该第一反馈回路均衡信号IAC和ISENSE以便保持输入电压Vrect与输入电流IAC同相。该第一反馈回路包括信号IAC和ISENSE、以及增益调制块116、电阻Rmul1和Rmul2、以及跨导放大器GM2。因此，PFC转换器对于AC输入源表现为阻性(即非抗性)负载。信号IEAO还用于实现第二反馈回路，该第二反馈回路将输出电压VDC调节在其期望电平。该第二反馈回路包括信号VFB和VREF1(或VRMS)以及增益调制块116和跨导放大器GM1和GM2。
比较器CMP2的输出耦接至驱动程序/逻辑块124，该驱动程序/逻辑块124包括用于形成PFC开关信号PFC OUT的驱动程序和逻辑电路元件。信号PFC OUT控制开关电源100(图1)的PFC级102(图1-2)的晶体管开关M1和M2。显然，如图3中所示的PFC级102中的PFC功能和开关控制可以以其它方式和采用不同的电路布置来实现。
图4示出呈现根据电源102的PFC级102的实施例的AC输入电压VAC和DC输出电压VDC之间的关系的曲线图。图4中所示的关系适用于PFC级102的操作的第二模式，其中输出电压VDC的电平根据输入电压VAC的电平调节。
图4示出曲线图上的以下示例性点：(1)点124，其中VAC是115伏AC，其对应于输出电压VDC的163伏DC的电平；(2)点126，其中VAC是220伏AC，其对应于输出电压VDC的311伏DC的电平。如图4中沿x轴和y轴的直线和线性刻度所示，VAC和VDC之间的关系是线性的，然而，显然这并非必需的，并且可以采用一些其它关系，诸如非线性关系。
图5示出根据本发明实施例的谐振开关转换器106的示意图。谐振开关转换器106可以例如被包括在图1的DC-DC转换器104中。参考图5，转换器106包括半桥开关逆变器，该半桥开关逆变器包括一对串联连接的晶体管开关M3和M4。诸如由PFC级102(图1)生成的输出VDC的电源耦接至晶体管开关M3的第一端子。晶体管开关M3的第二端子耦接至晶体管开关M4的第一端子以形成中间节点。晶体管开关M4的第二端子耦接至接地节点。晶体管开关M3和M4中的每一个的控制端子耦接至控制器108。控制器108控制该对晶体管开关M3和M4的断开和闭合。开关M3和M4通常被操作为使得当其中一个断开时另一个闭合。当开关M3闭合而开关M4断开时，中间节点耦接至VDC。这会升高中间节点处的电压VIN。当开关M3断开而开关M4闭合时，中间节点接地。这降低了中间节点处的电压VIN。
能量存储元件耦接至中间节点。具体地，如图5中所示，电感Lr的第一端子耦接至中间节点。电感Lr的第二端子耦接至电容Cr的第一端子。能量存储元件Lr和Cr形成串联的谐振腔。通过升高和降低中间节点处的电压VIN使谐振腔充能。电容Cr的第二端子耦接至变压器T1的初级绕组的第一端子。变压器T1的初级绕组的第二端子耦接至接地节点。变压器T1的次级绕组的第一端子耦接至晶体管开关M5的第一端子。变压器T1的次级绕组的第二端子耦接至晶体管开关M6的第一端子。晶体管开关M5的第二端子和晶体管开关M6的第二端子耦接至接地节点。晶体管开关M5和M6中的每一个的控制端子耦接至控制器108。控制器108控制晶体管开关M5和M6与晶体管开关M3和M4同步地断开和闭合。
变压器T1的次级绕组的中心抽头耦接至电容C1的第一端子。电容C1的第二端子耦接至接地节点。输出电压VO跨越电容C1形成。负载110可以跨越电容C1耦接以接收输出电压VO。输出电压VO或表示输出电压的电压经由反馈路径130反馈到控制器128。
调整晶体管开关M3、M4、M5和M6的开关频率调整了谐振腔的阻抗，并且因此调整传送到负载128的功率量。更具体地，降低开关频率往往会增加传送到负载128的功率。增加开关频率往往会减少传送到负载128的功率。通过经由反馈路径130监测输出电压VO的电平，控制器108可以调整开关频率以使得尽管负载128的功率需求变化并且尽管输入VDC的电平变化，但输出电压VO保持恒定。这称为频率调制或FM调制。在实施例中，输出电压VO被调节在12.0伏DC的电平，然而，显然可以选择一些其它输出电压电平。虽然图5示出半桥开关逆变器，但它可以用全桥开关逆变器或一些其它DC-DC转换器拓扑来代替。
本发明的前述详细描述是为了说明的目的而提供的，并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的实施例。因此，本发明的范围由所附权利要求以及对其的任何修改来限定。

Claims (20)

1.一种开关电源，包括：第一电源级，其被配置为接收AC输入电压并生成DC输出电压，其中，所述第一电源级的所述DC输出电压在轻负载条件期间被设置为第一目标电平，否则，所述输出电压被设置为第二目标电平，所述第二目标电平低于所述第一目标电平。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其中，所述第一电源级执行功率因数校正，并且还包括第二电源级，所述第二电源级被配置为接收来自所述第一电源级的所述DC输出电压，并且所述第二电源级被配置为生成所述第二电源级的DC输出电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源，其中，所述第一电源级的所述DC输出电压的所述第二目标电平是可变的。
4.根据权利要求3所述的开关电源，其中，所述第一电源级根据所述AC输入电压的监测电平来调整所述第二目标电平。
5.根据权利要求4所述的开关电源，其中，所述第二目标电平不低于所述AC输入电压的峰值电平。
6.根据权利要求4所述的开关电源，其中，所述AC输入电压由所述第一电源级监测以确定所述第二目标电平。
7.根据权利要求1所述的开关电源，其中，使用负反馈回路调节所述第一电源级的所述DC输出电压，以及其中，使用表示所述第一电源级的输出电压的当前目标电平与所述第一电源级的输出电压之间的差的误差信号控制所述第一电源级中的开关操作。
8.根据权利要求5所述的开关电源，其中，监测所述误差信号以检测所述轻负载条件。
9.根据权利要求1所述的开关电源，其中，所述第一目标电平约为380伏DC。
10.根据权利要求1所述的开关电源，其中，所述第二目标电平在约162伏DC至311伏DC的范围内。
11.一种用于开关电源的控制器，所述控制器包括：
功率因数校正电路布置，其被配置为控制开关元件以使用接收到的AC输入电压来生成调节的DC输出电压，其中，所述调节的DC输出电压的电平能够根据参考电压变化；以及
检测器电路布置，其耦接至所述功率因数校正电路布置并被配置为检测负载条件并根据所述检测的负载条件控制所述参考电压，其中，响应于所述负载条件为轻，所述第一电源级的所述输出电压被设置为第一目标电平，否则，所述输出电压被设置为第二目标电平，所述第二目标电平低于所述第一目标电平。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述功率因数校正电路布置被配置为生成误差信号，其中，所述误差信号表示所述调节的DC输出电压的当前目标电平和所述DC输出电压的监测电平之间的差。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中，所述检测器电路布置监测所述误差信号以用于检测所述负载条件。
14.根据权利要求11所述的控制器，其中，还包括被配置为生成所述调节的DC输出电压的第一电源级，并且还包括被配置为接收来自所述第一电源级的所述DC输出电压的第二电源级，并且所述第二电源级被配置为生成所述第二电源级的DC输出电压。
15.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述DC输出电压的所述第二目标电平是能够变化的。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中，所述控制器根据所述AC输入电压的监测电平来调节所述第二目标电平。
17.根据权利要求16所述的控制器，其中，所述第二目标电平不低于所述AC输入电压的峰值电平。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中，所述AC输入电压由所述控制器监测以确定所述第二目标电平。
19.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述第一目标电平约为380伏DC。
20.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述第二目标电平在约162伏DC至311伏DC的范围内。
CN202410446583.4A 2023-04-14 2024-04-15 开关电源、其控制器以及其改进 Pending CN118801680A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US63/459453 2023-04-14
US202363528621P 2023-07-24 2023-07-24
US63/528621 2023-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118801680A true CN118801680A (zh) 2024-10-18

Family

ID=93022606

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410446744.XA Pending CN118801681A (zh) 2023-04-14 2024-04-15 具有改进的输入电流感测的开关电源及其功率因数校正控制器
CN202410446583.4A Pending CN118801680A (zh) 2023-04-14 2024-04-15 开关电源、其控制器以及其改进
CN202410446807.1A Pending CN118801682A (zh) 2023-04-14 2024-04-15 开关电源、其控制器以及其改进

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410446744.XA Pending CN118801681A (zh) 2023-04-14 2024-04-15 具有改进的输入电流感测的开关电源及其功率因数校正控制器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410446807.1A Pending CN118801682A (zh) 2023-04-14 2024-04-15 开关电源、其控制器以及其改进

Country Status (1)

Country Link
CN (3) CN118801681A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
CN118801681A (zh) 2024-10-18
CN118801682A (zh) 2024-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6437994B1 (en) LLC converter includes a current variation detector for correcting a frequency adjusting control signal of an included difference detector
CN111614264B (zh) 开关电源及其改进
US6531854B2 (en) Power factor correction circuit arrangement
JP5104947B2 (ja) スイッチング電源装置
JP4762134B2 (ja) 共振型スイッチング電源装置
US7660133B1 (en) Resonant switching converter having operating modes above and below resonant frequency
CN101159415B (zh) 响应前馈信号的电源控制器的方法和装置
US8115465B2 (en) Method and apparatus for a high voltage power supply circuit
US4855890A (en) Power factor correction circuit
KR101739552B1 (ko) 홀드-업 타임 확장 회로 및 이를 포함하는 컨버터
EP2380268A1 (en) Resonant converter
CN110086353A (zh) 用于双输出谐振转换器的控制输入的线性化的设备和方法
CN113169677B (zh) 用于多级功率转换系统中的用以改变级间功率传递的可控网络的设备和方法
KR20080086798A (ko) 고전압 전력 공급 회로용 방법 및 장치
JP2001008452A (ja) 電源装置
US12184165B2 (en) Power factor correction circuit
US9438119B1 (en) Switching power supply having loading condition remembrance and improved hold-up time characteristics
US10432099B2 (en) Resonant converter circuit having different AC and DC transfer functions
US20240348177A1 (en) Switching power supply, controller therefor and improvements thereof
CN118801680A (zh) 开关电源、其控制器以及其改进
TW202328851A (zh) 穩壓器的反饋電路及適用於穩壓器的反饋控制方法
JP2004248343A (ja) 定電力制御回路
TW202448106A (zh) 切換式轉換器及其控制電路與其非連續導通模式控制方法
JP2001298959A (ja) 電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication