开关模式电源的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求在2014年11月17日提交的标题为"System and Method for a Switched-Mode Power Supply"的美国临时申请号62/080, 777的权益，所述美国临时申请 号62/080, 777由此通过引用被并入在本文中。
技术领域
[0002] 本公开通常涉及电子器件，并且更具体地涉及开关模式电源的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 电源系统遍布在从计算机到汽车的许多电子应用中。通常，通过利用电感器或者 变换器加载的开关来执行DC-DC、DC-AC、和/或AC-DC转换，产生在电源系统之中的电压。 一类这样的系统包含开关模式电源（SMPS)。SMPS -般比其他类型的功率转换系统更加高 效，因为功率转换通过对电感器或变换器的控制充电和放电来执行并且减少由于横跨电阻 性电压降的功率耗散而损失的能量。
[0004] SMPS-般包含至少一个开关和电感器或变换器。一些特定的拓扑包含降压转换 器、升压转换器和回扫转换器等。控制电路通常用于打开和闭合开关以对电感器充电和放 电。在一些应用中，经由反馈回路控制供应到负载的电流和/或供应到负载的电压。
[0005] SMPS的一个应用是作为发光二极管（LED)(诸如在住宅的和商业的照明应用中用 来代替白炽灯泡和紧凑型荧光灯（CFL)的那些）的电源。在一些应用中，SMPS用来将AC线 电压转换到DC电流以便给LED供电。
【发明内容】
[0006] 根据实施例，操作电源的方法包含：检测在电源的输入处的AC输入电压、AC输入 功率中的至少一个的损失，并且在检测到AC输入电压或AC输入功率的损失时增加电源的 开关频率。
【附图说明】
[0007] 为了更完整地理解本发明以及其优点，现参照结合附图得到的下面的描述，其 中： 图1图解示例性电源系统； 图2图解实施例电源系统； 图3图解示出实施例电源系统的操作的波形图； 图4图解功率因数校正级的示意图； 图5图解电感器-电感器-电容器（LLC)谐振功率转换器的示意图； 图6图解实施例电源系统；以及 图7图解实施例方法的流程图。
[0008] 除非另外指示，在不同的附图中的相应的标号和符号通常指代相应的部分。附图 被绘制以清晰地图解优选的实施例的有关方面，并且附图未必被成比例绘制。为了更清晰 地图解某些实施例，指示相同的结构、材料或过程步骤的变化的字母可能跟随图号。
【具体实施方式】
[0009] 以下具体讨论目前优选的实施例的制作和使用。然而，应该领会到本发明提供许 多可应用的发明的概念，所述概念能够被体现在各种各样的特定的上下文中。讨论的特定 的实施例仅仅说明制作和使用本发明的特定的方式而不限制本发明的范围。
[0010] 将关于特定上下文中的优选的实施例（开关模式电源的系统和方法）来描述本发 明，所述开关模式电源具有开关模式功率因数校正（PFC)、后面有谐振DC/DC功率转换器。 本发明的实施例还可以被应用到其他开关模式电源配置和包含其他开关电路的其他系统 和应用，包含但是不限于功率系统。
[0011] 在本发明的实施例中，包含第一级AC/DC转换器、后面有谐振DC/DC转换器的电源 系统被配置成检测AC输入功率的损失并且在AC输入功率被损失之后将功率维持到负载电 路的一部分达一段时间。在实施例中，初级侧控制器通过监视整流输入信号和/或将AC/DC 转换器的输出与阈值比较来检测AC输入功率的损失。当AC输入功率的损失被检测到时， 给AC/DC转换器提供的开关信号被停用并且给谐振DC/DC转换器提供的开关信号在频率上 被增加。
[0012] 频率的这个增加导致谐振DC/DC转换器的输出电压的瞬时降低。这个瞬时电压 降低可以通过耦合到谐振DC/DC转换器的输出的负载电路被检测到并且被用作发起掉电 序列的信号。这样的掉电序列可以包含将数据写入到存储器。在一些实施例中，可以通 过耦合在谐振DC/DC转换器的输出和负载电路之间的电压调节器来供应这个负载电路。 因此，由电压调节器提供的调节的电压可以在关闭程序的持续时间期间有效地保持适应 (compliant)。
[0013] 图1图解可以被用于给诸如平面屏幕监视器或电视接收机的电子系统提供功率 的示例性开关模式电源系统100。如图示的那样，开关模式电源系统100包含两级：功率因 数校正（PFC)级102、后面有谐振模式开关模式电源104,诸如电感器-电感器-电容器LLC 电源转换器。PFC级102被配置成将AC线电压转换到DC母线电压，而LLC级104被配置成 将PFC级102的DC母线电压输出转换到系统的一个或多个DC功率输出。如图示的那样， LLC电源转换器102包含耦合到表示为Loadl (负载1)和Load2 (负载2)的负载的两个输 出。在诸如平面屏幕电视接收机的系统中，Loadl可以表示音频电路，而Load2可以表示耦 合到背光电路的电源输出。如图示的那样，耦合到Loadl的LLC电源转换器104的输出还 给CPU块106提供功率，所述CPU块106表示特别应用的数字控制电路。在各种系统中，由 控制器IC 112来控制PFC级102和LLC转换器104。
[0014] 在一种情况例如用于提供功率到中等尺寸到大尺寸LED电视接收机的电源系统 下，LLC电源转换器104可以被配置成提供多个电压输出以供应音频电路、LED驱动器和LED 背光照明。另外，较低的电压诸如3.5 V可以被用于供应在电视接收机的主板上的处理器， 诸如微控制器。
[0015] 在许多系统诸如平面屏幕电视接收机中，电路被包含以检测系统中的AC功率的 损失，然后在AC功率损失被检测到之后执行关闭序列。这个关闭序列可以包含例如将数据 写入到存储器中。在电视接收机的情况下，电视机的之前的状态可以被写入到存储器以便 当功率被重新施加到系统时，电视机在它之前的状态中启动。这样的数据可以包含但是不 限于频道选择设置、音频模式设置、颜色设置、对比度设置等。在图1的示例性系统中，高电 压隔离功率转换器108被耦合在PFC级102的DC母线输出和CPU 106之间。可以使用回 扫辅助转换器来实现高电压隔离功率转换器108,所述回扫辅助转换器可以包含各种无源 器件、变换器、光耦合器和其他部件。当由CPU 106检测到功率的损失时，经由高电压隔离 功率转换器108或者经由负载侧电压监视电路110, CPU打开耦合在LLC转换器的输出与各 自的负载Loadl和Load2之间的负载开关以便保存功率足够长时间从而完成关闭序列。这 个高电压隔离功率转换器108还可以被用于给CPU 106提供备用功率，例如当电视机的用 户经由远程控制"关断"电视机时。在这个备用模式期间，LLC转换器104被关闭以便保存 功率，但是功率被维持在CPU 106处，例如以便执行备用操作，诸如操作时钟电路并且轮询 IR远程控制传感器。
[0016] 然而当输入AC电压被完全移除时，在PFC的输出处的DC母线电压开始降低。然 而，一旦在PFC级102的输出处的DC母线电压越过LLC转换器的欠电压点（UVP)，LLC转换 器104就停止开关以防止LLC转换器104进入电容操作模式，这可能引起当母线降到低电 压电平时LLC转换器104的硬开关。在这样的状况下，LLC转换器104的输出电压可能失去 调节并且在电压上降低。在一个例子中，一旦输出电压的降低由负载侧电压监视块110检 测到，例如当标称12 V输出电压降到低于10 V时，CPU 106发起关闭序列并且开始储存数 据。这个关闭和数据储存序列可能花费半秒钟到大约一秒钟之间来完成，这意味着CPU 106 的功率需要在这个关闭和数据储存序列的持续时间期间被维持。
[0017] 图2图解根据本发明的实施例的开关模式电源系统200。如图示的那样，实施例开 关模式电源系统包含PFC 202,后面有LLC转换器204。在一个特别的替选实施例中，可以 使用另一个类型的谐振功率转换器电路诸如串联谐振功率转换器来实现LLC转换器204。 此外，可以使用不提供