用于開關(guān)電源的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于開關(guān)電源的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)要求于2014年2月26日提交并且名稱為“System and Method forSwitched Mode Power Supply”的第61/944，927號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)和于2014年2月28日提交并且名稱為“System and Method for Switched Mode Power Supply” 的第 61/946，503號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，在此通過整體引用將這兩個(gè)申請(qǐng)并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開總體上涉及電子設(shè)備，并且具體地涉及用于開關(guān)電源的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]電源系統(tǒng)在從計(jì)算機(jī)到車輛的很多電子應(yīng)用中很普及。一般來說，通過執(zhí)行DC/DC、DC/AC和/或AC/DC轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生電源系統(tǒng)中的電壓，其中該轉(zhuǎn)換通過操作加載有電感器或變壓器的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。DC-DC轉(zhuǎn)換器(例如降壓轉(zhuǎn)換器)用于使用了多個(gè)電源的系統(tǒng)中。例如，在車輛系統(tǒng)中，標(biāo)稱地操作于5V電源電壓的微控制器可以使用開關(guān)電源(例如降壓轉(zhuǎn)換器)來從12V汽車電池產(chǎn)生本地5V電源?？梢酝ㄟ^使用耦合到DC電源的高側(cè)開關(guān)晶體管驅(qū)動(dòng)電感器來操作這樣的電源。在中等至重負(fù)載條件下，通過改變其間開關(guān)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間的脈沖寬度來控制電源的輸出電壓。
[0004]然而，在輕負(fù)載條件下，使用正常調(diào)整方案可能造成關(guān)于穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換器效率的困難，其中該正常調(diào)整方案使用脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同樣地，一些常規(guī)功率轉(zhuǎn)換器使用突發(fā)模式控制方案進(jìn)行操作，在該突發(fā)模式控制方案中，開關(guān)晶體管在隨后是其中沒有切換發(fā)生的長(zhǎng)周期的短突發(fā)周期內(nèi)被脈沖導(dǎo)通或關(guān)斷。然而，在一些情況下，這樣的開關(guān)電源系統(tǒng)的輸出電壓可能易于隨著電源轉(zhuǎn)換進(jìn)入或退出突發(fā)模式轉(zhuǎn)換而瞬變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制開關(guān)電源的方法包括:通過使用在第一配置中的反饋接口電路來監(jiān)控來自電源的輸出的反饋信號(hào)，來在第一操作模式中操作開關(guān)電源。該方法進(jìn)一步包括確定反饋信號(hào)何時(shí)在第一方向上越過第一閾值，并且通過將反饋接口電路從第一配置切換到第二配置來將開關(guān)電源從第一操作模式轉(zhuǎn)換到第二操作模式。
【附圖說明】
[0006]為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進(jìn)行的如下說明，其中:
[0007]圖1圖示了反激轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例；
[0008]圖2圖示了操作模式流程圖；
[0009]圖3圖示了實(shí)施例開關(guān)電源的信號(hào)圖；
[0010]圖4圖示了實(shí)施例開關(guān)電源系統(tǒng)；
[0011]圖5a至圖5c圖不了具有各種可選擇的如端電路的實(shí)施例電源電路；
[0012]圖6圖示了實(shí)施例電源控制器集成電路的方框圖；
[0013]圖7圖示了實(shí)施例可選擇的電阻電路；以及
[0014]圖8圖示了實(shí)施例方法的方框圖。
[0015]不同圖中的對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常指示對(duì)應(yīng)的部件，除非另有指示。這些圖繪制成清楚地說明優(yōu)選的實(shí)施例的相關(guān)方面而未必按比例繪制。為了更清楚地說明特定的實(shí)施例，指示相同結(jié)構(gòu)、材料或處理步驟的變化的字母可以跟隨圖號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明提供了可以在各種各樣的具體背景下實(shí)現(xiàn)的許多可適用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實(shí)施例僅用來說明實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0017]將參考具體背景下的優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，使用反激拓?fù)涞拈_關(guān)電源系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例還可以應(yīng)用到其他開關(guān)電源拓?fù)?，以及非開關(guān)電源、反饋控制系統(tǒng)和其它類型的電子電路。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，在中等至重負(fù)載條件下，開關(guān)電源在一個(gè)操作模式中操作。在這個(gè)操作模式中的一個(gè)實(shí)施例中，使用了閉環(huán)控制機(jī)制。在這個(gè)操作模式中的一個(gè)實(shí)施例中，通過改變其間開關(guān)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間的脈沖寬度來控制電源的輸出電壓。這個(gè)操作模式可以被稱為正常模式。
[0019]然而，在輕負(fù)載條件下，使用了另一個(gè)操作模式。在一個(gè)實(shí)施例中，該另一個(gè)操作模式使用突發(fā)模式控制方案，在該突發(fā)模式控制方案中，開關(guān)晶體管在隨后是沒有切換發(fā)生的長(zhǎng)周期的短突發(fā)周期內(nèi)被脈沖導(dǎo)通或關(guān)斷，所謂的突發(fā)暫停。在一個(gè)實(shí)施例中，與另一個(gè)操作模式相比，在一個(gè)操作模式中可以不同地解譯設(shè)備的輸入信號(hào)。例如反饋信號(hào)的增益和/或偏移可以在兩個(gè)模式之間是不同的?？梢酝ㄟ^重新配置接受反饋信號(hào)的電路(例如，通過開關(guān)電阻、參考電壓和/或修改模數(shù)轉(zhuǎn)換器的行為)來實(shí)現(xiàn)增益和/或偏移中的這個(gè)不同。
[0020]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)電源系統(tǒng)100。如圖所示，開關(guān)電源系統(tǒng)100被配置為反激轉(zhuǎn)換器。在操作期間，使用輸入整流器102和輸入濾波電容器104將節(jié)點(diǎn)VAC的AC電壓調(diào)整和濾波成DC電壓。在一些實(shí)施例中，輸入整流器102可以實(shí)現(xiàn)為具有信號(hào)二極管、具有二極管電橋或其他整流器件。這個(gè)DC電壓施加到變壓器106的初級(jí)繞組108。初級(jí)側(cè)控制器101激活和去激活開關(guān)晶體管118，使得來自變壓器106的初級(jí)側(cè)的能量被傳輸?shù)阶儔浩?06的次級(jí)側(cè)。輸出整流器112和輸出濾波電容器114調(diào)整和濾波變壓器106的次級(jí)側(cè)的輸出。雖然輸出整流器112被圖示為二極管，但是任何整流器件(例如同步整流器)可用來實(shí)現(xiàn)輸出整流器112。
[0021]在節(jié)點(diǎn)Vout取出的電源的輸出電壓由反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)116調(diào)節(jié)，并經(jīng)由光耦合器130被傳輸?shù)匠跫?jí)側(cè)控制器101的輸入引腳FB。如圖所示，使用發(fā)光二極管135和光電晶體管134來實(shí)現(xiàn)光耦合器130。應(yīng)理解在備選實(shí)施例中，可以使用其他電隔離結(jié)構(gòu)，例如電容性的或磁性的耦合器，例如無芯變壓器。
[0022]初級(jí)側(cè)控制器101包括輸入級(jí)128、正常模式控制器124、突發(fā)模式控制器126和脈沖寬度調(diào)制器/控制器122。當(dāng)在中等至高負(fù)載條件下使用正常模式控制器124控制初級(jí)側(cè)控制器101時(shí)，脈沖寬度調(diào)制器/控制器122產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，以響應(yīng)反饋信號(hào)FB而驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管118。在一個(gè)實(shí)施例中，在正常模式期間，脈沖寬度調(diào)制器122接通開關(guān)晶體管118，從而允許電流流過初級(jí)繞組108。當(dāng)經(jīng)過初級(jí)繞組108的電流達(dá)到如由脈沖寬度調(diào)制器/控制器122測(cè)量的閾值時(shí)，關(guān)斷開關(guān)晶體管118。在一些實(shí)施例中，脈沖寬度調(diào)制器/控制器122可以使用如本領(lǐng)域公知的傾斜補(bǔ)償方案。如圖所示，由初級(jí)側(cè)控制器101在耦合到與開關(guān)晶體管118串聯(lián)的電阻器120的CS引腳處測(cè)量經(jīng)過初級(jí)繞組108的電流?？珉娮杵?20的電壓與經(jīng)過初級(jí)繞組108和開關(guān)晶體管118的電流成正比。
[0023]初級(jí)側(cè)控制器101可以進(jìn)入突發(fā)模式，突發(fā)模式可以在次級(jí)繞組開關(guān)電源系統(tǒng)100正在驅(qū)動(dòng)光或高阻抗負(fù)載時(shí)被激活。在突發(fā)模式期間，在隨后是關(guān)斷周期的短導(dǎo)通周期期間，持續(xù)一個(gè)或多個(gè)脈沖激活開關(guān)晶體管118，其中在該關(guān)斷周期期間，開關(guān)晶體管118保持關(guān)斷。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用兩點(diǎn)調(diào)整方案由突發(fā)模式控制器126控制這個(gè)突發(fā)模式，其中在該兩點(diǎn)調(diào)整方案中，當(dāng)在端子FB處的反饋信號(hào)越過第一預(yù)定的閾值時(shí)激活突發(fā)周期，當(dāng)在端子FB處的反饋信號(hào)越過第二預(yù)定的閾值時(shí)去激活突發(fā)周期。在各種實(shí)施例中，電路和系統(tǒng)可用來實(shí)現(xiàn)如在美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)2006/0044845中描述的示例電源系統(tǒng)，其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。在一些實(shí)施例中，經(jīng)過初級(jí)繞組108的電流在突發(fā)模式中被限于比在正常模式中更低的電流。
[0024]在各種實(shí)施例中，初級(jí)側(cè)控制器101基于反饋信號(hào)FB的電平確定在正常模式中還是突發(fā)模式中操作開關(guān)電源系統(tǒng)100。在突發(fā)模式和正常模式之間的轉(zhuǎn)換期間，通過切換輸入級(jí)128的配置來減小和/或減弱在節(jié)點(diǎn)Vout處的電壓瞬變，其中該電壓瞬變由經(jīng)過初級(jí)繞組108的電流的突然增加和/或由于電源的環(huán)路增益的變化而引起。在一些實(shí)施例中，輸入級(jí)128的配置可以改變由輸入級(jí)128產(chǎn)生的增益和/或偏移。在一些實(shí)施例中，在模式轉(zhuǎn)換期間，由輸入級(jí)128產(chǎn)生的偏移的變化為環(huán)路提供補(bǔ)償偏移。
[0025]圖2圖示了示例操作模式流程圖200。如圖所示，操作模式控制器202監(jiān)控反饋信