專利名稱：一種脈沖調(diào)制控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及開關(guān)電源，尤其涉及一種脈沖調(diào)制控制器。
背景技術(shù)：
通常，使用脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器或脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制器對開關(guān)電源 中的變換器進行控制，所述P麗控制器以集成電路(IC)的形式實現(xiàn)。 一般的，IC正常工作 是需要一定的偏置與工作電流的。 圖1是一種典型的反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，該反激開關(guān)電源中包括電 磁干擾(EMI)濾波器100、整流器110、反激式變換器120、P麗控制器130、副邊反饋控制單 元140、光耦150等，其中，反激式變換器120的副邊電壓Vo通過副邊反饋控制單元140以 及光耦150處理后，光耦150將副邊反饋負載信息信號輸入P麗控制器的FB端，反激式變換 器120原邊繞組的同名端通過第二電阻R2與P麗控制器130的VCC端相連，所述VCC端還 通過電容Cl接地；P麗控制器的CS端輸入原邊電流檢測電阻121的電壓VCS ;P麗控制器 的OUT端輸出的控制信號控制開關(guān)管122的打開與關(guān)斷。P麗控制器中，VCC端連接UVLO、 低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、直流偏置(DC BIAS)以及保護功能線路的輸出端，UVLO、低壓差 線性穩(wěn)壓器(LDO)、直流偏置(DC BIAS)以及保護功能線路等的輸入端通過第一電阻R1連 接FB端；FB端還連接第一比較器的同相輸入端，第一比較器的反相輸入端通過LEB連接CS 端；第一比較器的輸出端連接驅(qū)動器(Driver)的第一輸入端，內(nèi)部振蕩器(OSC)的輸出端 連接驅(qū)動器的第二輸入端；驅(qū)動器的輸出端連接所述OUT端。 通常情況下，對于例如圖1所示的普通P麗控制的變換器重載切換到輕載時，因為 開關(guān)電源系統(tǒng)調(diào)整延時會造成輸出有過沖，并且變換器的初始負載越重，過沖越高，輸出過 沖會造成副邊反饋控制單元的電壓控制環(huán)飽和，P麗控制器130中FB端的電壓為低，從而 導(dǎo)致P麗控制器的OUT端沒有控制信號輸出，此時，變換器的副邊輸出電壓Vo和P麗控制 器VCC端的供電電壓都開始下降。當(dāng)變換器的副邊輸出電壓掉到參考值之下，電壓控制環(huán) 開始動作，但是為了得到大的穩(wěn)定相位裕度，電壓閉環(huán)參數(shù)數(shù)值一般都較大，從而使電壓控
制環(huán)的充電過慢，導(dǎo)致FB端的低電平會維持相當(dāng)長的時間，這樣變換器長時間不給P麗控 制器130充電，可能會使P麗控制器130VCC端的電壓掉至UVLO之下，造成P麗控制器所屬 IC重啟，并且會一直重復(fù)啟動。其中，VCC端電壓、反激式變換器的副邊輸出電壓Vo以及驅(qū) 動器136輸出的控制信號、以及FB端電壓的波形關(guān)系如圖2所示。 通過以上分析，現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)變換器做動態(tài)測試(如重載向輕載切換)時，由于 開關(guān)電源系統(tǒng)調(diào)整需要一定時間，這將會造成開關(guān)電源中的電壓控制環(huán)飽和，使P麗控制 器的OUT端在相當(dāng)長的時間內(nèi)沒有控制信號輸出，從而導(dǎo)致P麗控制器的VCC端電壓下降； 且，為了保證P麗控制器的啟動時間，電容Cl的值不能太大，從而可能導(dǎo)致P麗控制器的 VCC端的電壓下降過快，而掉至UVLO之下，造成P麗控制器所屬IC的重新啟動。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種P麗控制器，能夠防止變換
器動態(tài)測試中P麗控制器所屬IC的重復(fù)啟動。 為此，本實用新型實施例采用如下技術(shù)方案 本實用新型實施例提供一種脈沖調(diào)制控制器，所述脈沖調(diào)制控制器為P麗控制器 或PFM控制器，該控制器包括 比較器的第一輸入端輸入負載相關(guān)信號；比較器的第二輸入端輸入預(yù)置的基準(zhǔn)電 壓；比較器的輸出端輸出控制信號。 所述比較器的輸出端連接驅(qū)動器的第一輸入端；和/或 所述比較器的輸出端控制第一開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第一開關(guān)分別連接控制器 的HV端以及VCC端，所述HV端連接變換器的原邊繞組；和/或， 所述比較器的輸出端控制第二開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第二開關(guān)一端通過第一電 阻連接控制器的FB端，另一端連接UVL0和/或DC BIAS和/或LD0和/或保護功能線路 的EN輸入端；或者，所述比較器的輸出端直接連接UVL0和/或DC BIAS和/或LD0和/或 保護功能線路的EN輸入端。 所述比較器的輸出端連接與門的第一輸入端，所述與門的第二輸入端輸入一脈沖
信號，所述與門的輸出端輸出所述控制信號。 所述與門的輸出端連接驅(qū)動器的第一輸入端；和/或 所述與門的輸出端控制第一開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第一開關(guān)分別連接控制器的 HV端以及VCC端，所述HV端連接變換器的原邊繞組；和/或， 所述與門的輸出端控制第二開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第二開關(guān)一端通過第一電阻 連接控制器的FB端，另一端連接UVLO和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護功能線路的 EN輸入端；或者，所述與門的輸出端直接連接UVLO和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護 功能線路的EN輸入端。 所述比較器的第一輸入端連接控制器的FB端，輸入變換器副邊反饋負載信息。 該控制器還包括 輸入電壓保護單元的輸入端輸入變換器副邊采樣電壓，輸出端連接乘法器的第一 輸入端；乘法器的第二輸入端通過AVG以及LEB連接控制器的CS端，輸入變換器的原邊檢 測電流；乘法器的輸出端連接所述比較器的第一輸入端。 所述輸入電壓保護單元的輸入端通過第三電阻連接變換器輔助繞組的異名端，并 通過第四電阻接地。 所述驅(qū)動器的輸出端連接控制器的OUT端，驅(qū)動器輸出的信號控制開關(guān)管的打開 與關(guān)斷。 UVLO、DC BIAS、LDO以及保護功能線路未與第一電阻連接的一端連接所述VCC端。 對于上述技術(shù)方案的效果分析如下 在脈沖調(diào)制控制器中，比較器的第一輸入端輸入負載相關(guān)信號；比較器的第二輸 入端輸入預(yù)置的基準(zhǔn)電壓；比較器的輸出端連接與門的第一輸入端；與門的第二輸入端輸 入脈沖信號，與門的輸出端輸出控制信號。通過增加上述電路結(jié)構(gòu)，使得在開關(guān)電源的動態(tài) 狀態(tài)下，降低了脈沖調(diào)制控制器VCC端的電壓下降速率，解決了脈沖調(diào)制控制器所屬IC不
4斷重啟的問題。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)電壓波形關(guān)系示意圖； 圖3為本實用新型一種P麗控制器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實用新型另一種P麗控制器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本實用新型一種P麗控制器結(jié)構(gòu)示例圖； 圖6為本實用新型另一種P麗控制器結(jié)構(gòu)示例圖； 圖7為本實用新型第三種P麗控制器結(jié)構(gòu)示例圖； 圖8為本實用新型第四種P麗控制器結(jié)構(gòu)示例圖； 圖9為本實用新型電壓波形關(guān)系示意圖。
具體實施方式防止在變換器的動態(tài)測試中P麗或PFM控制器所屬IC不斷重啟的方法主要為延 長P麗或PFM控制器的VCC端電壓下降到UVLO OFF的時間，此時，有兩種方法， 一是增加 VCC對應(yīng)的電容CI的值，不過這會增加系統(tǒng)成本和P麗或PFM控制器所屬IC的啟動時間； 第二是降低VCC端電壓的下降速率，本實用新型實施例即是通過降低VCC端電壓的下降速 率達到防止P麗或PFM控制器所屬IC不斷重啟的目的。 降低VCC端電壓的下降速率取決于IC的充電速率與IC的放電速率之間的比例關(guān) 系。IC的充電速率取決于充電電流，IC的放電速率主要取決于放電電流，充電電流越大放 電電流越小則VCC端電壓下降速率就越小，所以本實用新型的目的就是增加IC的充電電流 和降低IC的放電電流。 但是，為了不增加系統(tǒng)額外的待機損耗，本實用新型一般需要有前提條件，即需要 首先判斷開關(guān)電源系統(tǒng)是否處于動態(tài)狀態(tài)或是否進入待機模式等。 判斷開關(guān)電源系統(tǒng)是否在動態(tài)/輕載狀態(tài)有多種方法。在非隔離開關(guān)電源系統(tǒng) 中，可以通過對變換器的副邊電流采樣以進行所述判斷。隔離型開關(guān)電源系統(tǒng)可以分為副 邊控制(SSR)與原邊控制(PSR)兩種，SSR控制下的隔離型開關(guān)電源中，可以直接對變換器 的副邊電流采樣以進行所述判斷，或者，也可以對副邊輸出電壓通過電壓控制環(huán)和光耦反 饋到P麗或PFM控制器FB端的電壓VFB進行采樣，通過檢測VFB直流值及變化率就可以判斷 開關(guān)電源是否處于動態(tài)或待機模式；而在PSR控制下的隔離型開關(guān)電源中，負載的變化情 況也可以通過對V^采樣進行所述判斷，或者也可以通過頻率或占空比等進行判斷。另外， VCC端的電壓直流值及變化率也可作為輔助判斷條件。當(dāng)然，檢測原邊輸入功率以判斷負 載變化是比較好的一種判斷系統(tǒng)負載的方法，能夠最直接、準(zhǔn)確的判斷負載的變化，尤其在 PSR控制和準(zhǔn)諧振形式SSR控制的隔離型開關(guān)電源中，既可以通過檢測輸入電流又可以通 過檢測輸入電壓完成。 在圖1所示的反激式開關(guān)電源結(jié)構(gòu)下，常用的輸入功率表達式有如下幾種，包括 DCM與CCM兩種工作模式，從中可以看出，在各個表達式中，變壓器設(shè)計完成后，判斷系統(tǒng)平 均輸入功率的影響因素包括輸入電壓、峰值電流、頻率和占空比等。[0039]
P = V 女
'P-PEAK
!2,P。 — Vw 'D徹
t -I
n,v。 (CCM)
+人
(DCM)
I .DV .D2 n N.V,
I — 基O "OM，'W " "" P =
1r *，r ~~~~~ ~~卞~^~ a、f
Nt(l-D0N) 2《.L
ON
H+V (CCM) !=i^,D = ^^'D 二 w'", (DCM》 DnM =
N.V 2.L-J
(DCM)
VM ， Rt
IN ， 其中，VAV為輸入AC電壓，Vin為輸入直流電壓( 一般=1. 414*VAV) ， IP—Av :輸入平 均AC電流，D。，原邊導(dǎo)通占空比；Doff :原邊截止占空比，Ip—p皿原邊開關(guān)峰值電流，L為變
壓器原邊電感量，Po為副邊輸出功率，fs為開關(guān)頻率，Nt為變壓器原副邊匝比，Vo為副邊 輸出電壓，Io為副邊輸出平均電流，R^為副邊輸出負載。 以下，結(jié)合附圖詳細說明本實用新型脈沖調(diào)制控制器的實現(xiàn)。所述脈沖控制器可 以為P麗控制器或PFM控制器等。 在以下的具體實施例中，均以P麗控制器為例。P麗控制器130與開關(guān)電源中的反 激式變換器120、副邊反饋控制單元140、光耦150等的連接可參考圖1所示的開關(guān)電源或 其他現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)電源連接關(guān)系，這里不限定。 如圖3所示P麗控制器中，通過增加P麗控制器中的電路結(jié)構(gòu)，以解決P麗控制器 所屬IC的重復(fù)啟動問題。所增加的電路結(jié)構(gòu)包括 P麗控制器的FB端與比較器410的同相輸入端相連，比較器410的反相輸入端輸 入預(yù)置基準(zhǔn)電壓V2 ;比較器410的輸出端與與門420的第一輸入端相連；與門420的第二 輸入端輸入脈沖電壓。 與門420的輸出端與驅(qū)動器430的輸入端相連；和/或， 與門420的輸出端輸出的信號還控制第一開關(guān)440的打開和關(guān)斷，所述第一開關(guān) 440分別連接P麗控制器的HV端以及VCC端；和/或， 與門420的輸出端還控制第二開關(guān)450的打開與關(guān)斷，所述第二開關(guān)450的第一 端分別連接UVLO、DC BIAS、LD0以及保護功能線路(Protect circuit)等的EN輸入端，所 述第二開關(guān)450的第二端通過第二電阻R2連接P麗控制器的FB端；或者，與門420的輸出 端直接連接UVLO、DC BIAS、LD0以及保護電路等的EN輸入端。EN輸入端也可以是DISABLE 輸入端。 其中，通常與門420的作用是輸入一個脈沖信號來共同控制被disable功能工作 時段；在被disable的功能模塊不會影響系統(tǒng)正常工作或動態(tài)切換等情況下，圖中的所述 與門420可以省略，比如高壓啟動HV控制模塊和短路保護模塊，此時， 比較器410的輸出端與驅(qū)動器430的輸入端相連；和/或， 比較器410的輸出端輸出的信號還控制第一開關(guān)440的打開和關(guān)斷，所述第一開關(guān)440分別連接P麗控制器的HV端以及VCC端；和/或， 比較器410的輸出端還控制第二開關(guān)450的打開與關(guān)斷，所述第二開關(guān)450的第 一端分別連接UVL0、DC BIAS、LDO以及保護功能線路(Protectcircuit)等的EN輸入端，所 述第二開關(guān)450的第二端通過第二電阻R2連接P麗控制器的FB端；或者，比較器410的輸 出端直接連接UVLO、 DC BIAS、 LDO以及保護電路等的EN輸入端。 其中，P麗控制器的HV端與變換器的原邊繞組相連，用于為P麗控制器所屬IC提 供啟動回路，例如，在圖3中與變換器原邊繞組的異名端相連。 其中，在不同的使用環(huán)境下，與門420的輸出端輸出的信號可以分別或同時輸入 P麗控制器的不同功能模塊中，從而達到降低P麗控制器VCC端電壓下降速率，進而解決 P麗控制器所屬IC不斷重啟的問題。 另外，比較器410的同相輸入端也可以不連接FB端，直接接收變換器的副邊反饋 負載信息，而是如圖4所示，輸入電壓保護單元(Vin Detect) 1351的輸入端連接P麗控制 器的ZCD端，所述ZCD端通過第三電阻R3連接變換器輔助繞組的異名端，還通過第四電阻 R4接地，所述輸入端變換器的副邊電壓采樣，輸出端連接乘法器(Multiplier) 1352的第一 輸入端；乘法器1352的第二輸入端通過AVG1353以及LEB133連接P麗控制器的CS端。在 圖4中，與門420的輸出端的連接關(guān)系圖中并未全部示出，該輸出端與P麗控制器的其他功 能模塊之間的連接關(guān)系可以與圖3中相同。 另外，對于圖3和圖4所示的P麗控制器中比較器同相輸入端和反相輸入端輸入 的信號可以互換，這里并不限制。 而且，圖3和圖4所述的P麗控制器所增加的結(jié)構(gòu)同樣可以適用于PFM控制器，這
里不再贅述。 以下，分別舉例說明在不同使用環(huán)境下，包含圖4所示P麗控制器結(jié)構(gòu)的P麗控制 器的實現(xiàn)。
(1)為P麗控制器充電 對于低壓啟動的P麗控制器所屬IC，可適當(dāng)補充周期性脈沖，如圖5所示，比較 器410的同相輸入端連接P麗控制器的FB端，反相輸入端輸入預(yù)置的基準(zhǔn)電壓V2 ;比較器 410的輸出端連接與門420的第一輸入端；與門420的第二輸入端輸入脈沖信號；與門420 的輸出端連接驅(qū)動器430的第一輸入端；第一比較器134的同相輸入端分壓(分壓系數(shù)為 k)連接P麗控制器的FB端，反相輸入端通過LEB133連接P麗控制器的CS端；第一比較器 134的輸出端連接驅(qū)動器430的第二輸入端；驅(qū)動器430的第三輸入端連接內(nèi)部振蕩器137 的輸出端；從而，通過將與門420的輸出信號傳輸給驅(qū)動器430，使得在開關(guān)電源的電壓控 制環(huán)飽和時，驅(qū)動器430能夠通過OUT端為開關(guān)管122提供開關(guān)脈沖，控制開關(guān)管122的打 開與關(guān)斷，進而使得變換器正常工作，從而，P麗控制器獲得的充電電流較大，因此，降低了 P麗控制器VCC端電壓的下降速率，從而解決了 P麗控制器所屬IC不斷重啟的問題。 對于高壓啟動的P麗控制器所屬IC，如圖6所示，比較器410的輸出端通過延時單 元Td后，控制HV端與VCC端之間的第一開關(guān)440打開即可，這里省略了與門420。 值得注意的是，在圖5和圖6所示的電路結(jié)構(gòu)下，P麗控制器所增加電路的動作最 好和傳統(tǒng)P麗控制器正常工作區(qū)分開，以免無端增加系統(tǒng)待機損耗，例如，可以通過讓P麗 控制器所屬IC定時周期性發(fā)出脈沖和發(fā)出打開高壓供給回路指令，或則做一定延時，以繞
7開一些P麗控制器的常用狀態(tài)。
(2)減少P麗控制器的自身損耗 現(xiàn)有的P麗控制器因為功能強大，集成度高，所以一般P麗控制器自身損耗就大， 這不僅增加開關(guān)電源的待機損耗，也不利于開關(guān)電源中變換器的動態(tài)切換。但開關(guān)電源系 統(tǒng)進入待機或動態(tài)時，有些功能是可以禁止掉的，如圖7和圖8所示，分別周期性禁止P麗 控制器上的某些保護功能或周期性的減少光耦損耗等，從而達到了降低了P麗控制器VCC 端電壓下降速率的目的。 如圖7所示，與門420的輸出信號可以禁止P麗控制器中UVL0、DCBIAS、LD0、保護 功能線路等功能，上述禁止操作通過與門420的輸出端直接連接上述功能電路的EN輸入 端，向上述功能電路的EN輸入端輸入控制信號來實現(xiàn)。通過部分或全部禁止上述功能以減 少P麗控制器的損耗。 如圖8所示，與門420的輸出信號通過周期性關(guān)斷第二開關(guān)450，從而切斷了光耦 的電流回路，減少了 P麗控制器的損耗。 在圖7和圖8所示的P麗控制器結(jié)構(gòu)下，VCC端電壓、變換器的副邊電壓VO、 P麗 控制器的輸出電壓Vout以及FB端的電壓VFB之間的關(guān)系如圖9所示，從上述電壓之間的關(guān) 系可知，開關(guān)電源的動態(tài)特性得到了明顯改善。 以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種脈沖調(diào)制控制器，所述脈沖調(diào)制控制器為PWM控制器或PFM控制器，其特征在于，該控制器包括比較器的第一輸入端輸入負載相關(guān)信號；比較器的第二輸入端輸入預(yù)置的基準(zhǔn)電壓；比較器的輸出端輸出控制信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制器，其特征在于，所述比較器的輸出端連接驅(qū)動器的第一輸入端；和/或所述比較器的輸出端控制第一開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第一開關(guān)分別連接控制器的HV端以及VCC端，所述HV端連接變換器的原邊繞組；和/或，所述比較器的輸出端控制第二開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第二開關(guān)一端通過第一電阻連接控制器的FB端，另一端連接UVL0和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護功能線路的EN輸入端；或者，所述比較器的輸出端直接連接UVLO和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護功能線路的EN輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述比較器的輸出端連接與門的第一輸入端，所述與門的第二輸入端輸入一脈沖信號，所述與門的輸出端輸出所述控制信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其特征在于，所述與門的輸出端連接驅(qū)動器的第一輸入端；和/或所述與門的輸出端控制第一開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第一開關(guān)分別連接控制器的HV端以及VCC端，所述HV端連接變換器的原邊繞組；和/或，所述與門的輸出端控制第二開關(guān)的打開與關(guān)斷；所述第二開關(guān)一端通過第一電阻連接控制器的FB端，另一端連接UVLO和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護功能線路的EN輸入端；或者，所述與門的輸出端直接連接UVLO和/或DC BIAS和/或LDO和/或保護功能線路的EN輸入端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的控制器，其特征在于，所述比較器的第一輸入端連接控制器的FB端，輸入變換器副邊反饋負載信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的控制器，其特征在于，該控制器還包括輸入電壓保護單元的輸入端輸入變換器副邊采樣電壓，輸出端連接乘法器的第一輸入端；乘法器的第二輸入端通過AVG以及LEB連接控制器的CS端，輸入變換器的原邊檢測電流；乘法器的輸出端連接所述比較器的第一輸入端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器，其特征在于，所述輸入電壓保護單元的輸入端通過第三電阻連接變換器輔助繞組的異名端，并通過第四電阻接地。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的控制器，其特征在于，所述驅(qū)動器的輸出端連接控制器的OUT端，驅(qū)動器輸出的信號控制開關(guān)管的打開與關(guān)斷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的控制器，其特征在于，UVL0、DC BIAS、LD0以及保護功能線路未與第一電阻連接的一端連接所述VCC端。
專利摘要本實用新型公開了一種脈沖調(diào)制控制器，所述脈沖調(diào)制控制器為PWM控制器或PFM控制器，該控制器包括比較器的第一輸入端輸入負載相關(guān)信號；比較器的第二輸入端輸入預(yù)置的基準(zhǔn)電壓；比較器的輸出端輸出控制信號。所述脈沖調(diào)制控制器通過增加上述結(jié)構(gòu)能夠解決自身所屬IC不斷重啟的問題。
文檔編號H03K7/08GK201438266SQ200920163199
公開日2010年4月14日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者任雪剛, 吳泉清, 趙向源 申請人:Bcd半導(dǎo)體制造有限公司