專利名稱：突發(fā)模式控制器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)開關(guān)模式電源(SMPQ的突發(fā)模式操作加以控制的方法和控制器。 本發(fā)明還涉及包括這種控制器的開關(guān)模式電源。
背景技術(shù)：
開關(guān)模式電源的效率及其隨負(fù)載的變化正變得越來越重要。開關(guān)模式電源常用在以下電源適配器中小型低負(fù)載設(shè)施，以及其中負(fù)載的提取是間歇性的應(yīng)用，例如，移動(dòng)電話的充電器。因此，在低負(fù)載或無負(fù)載條件下開關(guān)模式電源的輸入功率需求也變得越來越重要。在非常低的功率等級(jí)下，無負(fù)載輸入功率取決于開關(guān)模式電源的效率，其中在該非常低的功率等級(jí)下，僅需要為電源自身內(nèi)部的電路供電，典型地，電源自身內(nèi)部的電路消耗大約50mW到200mW。顯然，在這些低功率等級(jí)下需要具有非常高的效率。一種增加開關(guān)模式電源效率的方式是在接近最佳效率點(diǎn)的功率等級(jí)處短時(shí)間地操作該開關(guān)模式電源，其中，在該短時(shí)間之后的一段時(shí)間內(nèi)不切換電源，在不切換電源的這段時(shí)間內(nèi)不浪費(fèi)能量。這種類型的操作稱作“突發(fā)模式”，并且在低功率等級(jí)下產(chǎn)生了高效率。來自ST Microelectronics的L6599是可以在突發(fā)模式下工作的開關(guān)模式電源的示例。在突發(fā)模式下工作可以產(chǎn)生在20kHz的可聽上限以下的頻率分量。因此，存在以下風(fēng)險(xiǎn)工作在突發(fā)模式下的電源的功率組件(例如，變壓器和電容器)中的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲。由于人耳在IkHz到IOkHz的范圍內(nèi)最敏感，所以非常希望不使用該范圍內(nèi)的突發(fā)頻率。在大多數(shù)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換器的輸出處的波紋電壓必需保持在特定極限之內(nèi)。這根據(jù)所需的輸出功率而需要特定的突發(fā)接通次數(shù)(burst on time)。此外，如果在不切換電源的時(shí)間段期間出現(xiàn)正負(fù)載階躍(positiveload st印)，則開關(guān)模式電源必需相對(duì)快地作出反應(yīng)以防止由于缺乏可用的電力而導(dǎo)致輸出電壓的突然下降。這需要來自輸出電壓調(diào)節(jié)回路的誤差信號(hào)能夠盡可能快地開始下一突發(fā)。圖1示出了輸出功率與波紋電壓之間的關(guān)系，圖2示出了在3個(gè)不同工作模式下， 對(duì)于典型的應(yīng)用，輸出功率與突發(fā)頻率(突發(fā)時(shí)間段的倒數(shù)，突發(fā)時(shí)間段(burst period) 被定義為在連續(xù)的切換突發(fā)(burst of switching)的起始點(diǎn)之間的時(shí)間段)之間的關(guān)系。在第一模式下，切換突發(fā)的長度是固定的(針對(duì)50μ s、100l·! s、200l·! 8和60011 s 的曲線分別被示為A、B、C和D)。根據(jù)輸出功率來適配突發(fā)頻率，從而產(chǎn)生可變的波紋電壓。在該模式下，可以利用來自輸出電壓調(diào)節(jié)回路的誤差信號(hào)來容易地開始下一個(gè)切換突發(fā)，從而提供了簡單的解決方案。然而，從圖1和2可以看出，這種模式在低負(fù)載下產(chǎn)生大的波紋電壓，在高負(fù)載下產(chǎn)生IkHz范圍內(nèi)的突發(fā)頻率。因此，沒有一種可接受的折中方案可以在所示的功率范圍上提供低于MOmV的波紋電壓和低于IkHz的突發(fā)頻率。具體地，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說情況都是這樣。在第二模式下，突發(fā)頻率固定在IkHz (參見曲線E)。切換突發(fā)的長度根據(jù)輸出功率而改變，從而產(chǎn)生可變的波紋電壓。這種模式在圖1和2所示的功率范圍上提供了可接受的突發(fā)頻率值和波紋電壓值。此外，可以使用固定頻率振蕩器來容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而觸發(fā)每個(gè)切換突發(fā)的開始。 可以利用誤差回路來調(diào)節(jié)切換突發(fā)的長度，其中誤差回路在輸出處的電壓升高到所需調(diào)節(jié)值以上時(shí)結(jié)束每個(gè)脈沖。然而，由于干線隔離的需要，誤差回路通常包括具有頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的誤差放大器以及光耦合器。在突發(fā)模式操作期間，誤差放大器經(jīng)常會(huì)在供電軌電壓之一處飽和，并且可以僅檢測(cè)與期望調(diào)節(jié)值(而非該期望調(diào)節(jié)值的絕對(duì)值)相交的輸出電壓。這是因?yàn)檎`差放大器通常具有高電壓增益，以減小輸出處的靜態(tài)誤差。因此，即使對(duì)于小誤差信號(hào)來說，誤差放大器的輸出電壓的幅度也非常高。因此，由于誤差放大器-光耦合器回路的結(jié)構(gòu)，誤差放大器的輸出電壓經(jīng)常在與正供電軌或接地接近處達(dá)到飽和，并且能夠僅檢測(cè)輸出電壓處的小變化。這還意味著在通過誤差回路可以檢測(cè)的較大波紋低頻率突發(fā)期間，誤差回路可以僅檢測(cè)輸出是低于還是高于期望值。在突發(fā)期間具有固定的突發(fā)頻率和固定功率的突發(fā)模式期間，突發(fā)由頻率計(jì)時(shí)器來開始，并在輸出電壓與期望值相交時(shí)停止。當(dāng)突發(fā)占空比達(dá)到100%時(shí)，達(dá)到突發(fā)模式的最大功率。然而，當(dāng)需要更大的功率時(shí)，由于沒有達(dá)到輸出電壓值，所以突發(fā)在整個(gè)脈沖間隔期間保持接通，并且由于沒有足夠的功率，所以輸出電壓下降。因此，需要另一種機(jī)制來判定轉(zhuǎn)換器應(yīng)當(dāng)離開突發(fā)模式而進(jìn)入更高功率模式?？梢酝ㄟ^檢測(cè)在100%突發(fā)接通時(shí)間的結(jié)束處輸出電壓過低，來進(jìn)行這種判定，但是這種方式的缺點(diǎn)是系統(tǒng)不能在比突發(fā)重復(fù)時(shí)間短的時(shí)間內(nèi)改變到更高功率模式。如果發(fā)生了正負(fù)載階躍，該正負(fù)載階躍需要比突發(fā)模式下可用的功率更多的功率，則這會(huì)產(chǎn)生問題。在這種情況下，由于誤差放大器輸出已經(jīng)飽和，所以輸出電壓會(huì)下降并且誤差信號(hào)不能檢測(cè)到這一點(diǎn)。在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段結(jié)束之前始終不可能檢測(cè)到所提供的功率過低，而當(dāng)電流突發(fā)時(shí)間段結(jié)束時(shí)，可能已經(jīng)出現(xiàn)了較大的電壓降，尤其是在使用IkHz 以下的突發(fā)頻率時(shí)。為了防止這種情況，可以在輸出處使用更大且更昂貴的電解電容器，但是這增加了成本和尺寸。在第三模式下，波紋電壓固定在250mV(參見曲線F)。切換突發(fā)的突發(fā)頻率和長度都改變以保持該波紋電壓。該模式還提供了可接受的波紋電壓和突發(fā)頻率值，并且經(jīng)常被使用。原則上，每個(gè)切換突發(fā)可以起始于突發(fā)周期期間輸出電壓的最低值處(剛好出現(xiàn)在突發(fā)開始之前)，并停止于輸出電壓的最大值(出現(xiàn)在突發(fā)的結(jié)束處)。然而，這在實(shí)際中是很難實(shí)現(xiàn)的，尤其是在需要干線隔離的情況下。如上所述，通常使用包括誤差放大器和光耦合器的誤差回路來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，其中誤差放大器具有頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。可選地，可以經(jīng)由變壓器上的輔助繞組來感測(cè)輸出電壓。然而，經(jīng)由輔助繞組來進(jìn)行感測(cè)是有問題的。該問題出現(xiàn)的原因是，輸出處的波紋電壓的幅度與輸出電壓自身的值相比相對(duì)較小。此外，在輸出電壓處以及在輔助繞組上存在由于切換而引起的高頻噪聲。這使得很難將期望的輸出電壓最小值和最大值與噪聲分離。在使用誤差放大器和光耦合器來進(jìn)行干線隔離的情況下，光耦合器或誤差放大器的輸出電壓的飽和以及誤差回路中的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使輸出電壓的AC部分的形狀與誤差回路初級(jí)側(cè)的信號(hào)的AC部分的形狀不同。因此，輸出電壓的最小值和最大值并不與初級(jí)側(cè)光耦合器輸出的最小值和最大值相對(duì)應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用中所使用的折中解決方案是使用光耦合器輸出處的電壓來開始和停止切換突發(fā)。這是可能的，因?yàn)閺妮敵龆俗拥焦怦詈掀鬏敵龅脑鲆媸怯奢敵龈袦y(cè)網(wǎng)絡(luò)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和光耦合器電路來設(shè)定的。該增益限定了輸出電壓的變化與控制參數(shù)(在大多數(shù)情況下，是光耦合器輸出處的電壓)的變化之間的關(guān)系。在光耦合器輸出處的電壓升高到預(yù)定值以上時(shí)開始每個(gè)突發(fā)并在光耦合器下降到預(yù)定的較低值以下時(shí)停止該突發(fā)，提供了幾乎恒定的波紋電壓特性。這種方法的缺點(diǎn)是，功率等級(jí)與每個(gè)突發(fā)開始和停止時(shí)的點(diǎn)相聯(lián)系。 功率等級(jí)由控制參數(shù)來控制，通常由控制輸入處的電壓來控制?？刂戚斎脒€用于使突發(fā)開始和停止，其中突發(fā)起始和停止于控制輸入處的預(yù)定電壓電平處。對(duì)于特定的轉(zhuǎn)換器類型， 例如諧振轉(zhuǎn)換器，獲得特定輸出功率所要求的在控制輸入處的實(shí)際電壓可以根據(jù)諧振組件的值和容限而顯著地變化。這意味著使用控制輸入處的固定電壓來開始和停止突發(fā)使得很難限定突發(fā)期間的所需功率等級(jí)。由于功率等級(jí)與效率直接有關(guān)，所以缺點(diǎn)是突發(fā)模式期間轉(zhuǎn)換器的效率不能得到充分的控制。此外，突發(fā)頻率取決于諸如輸出電容、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和增益設(shè)定之類的若干參數(shù)。因此，應(yīng)用的帶寬以及控制輸入處窗口的寬度(沒有負(fù)載與全負(fù)載之間的變化)現(xiàn)在與突發(fā)頻率有關(guān)。這意味著控制輸入處的特定波紋電壓根據(jù)為調(diào)節(jié)回路選擇的帶寬而出現(xiàn)，以在正常工作模式(即，無突發(fā)模式)期間獲得正確的響應(yīng)帶寬。該帶寬與(由輸出處的電解電容器來確定的)輸出電容、轉(zhuǎn)換器級(jí)自身的增益、以及控制輸入處用于將輸出從無功率變成全功率的電壓窗口有關(guān)。所有這些參數(shù)還都與突發(fā)頻率相聯(lián)系，因此不能獨(dú)立地設(shè)定突發(fā)頻率。時(shí)間中，這在選擇每個(gè)突發(fā)期間的突發(fā)頻率、輸出功率等級(jí)和效率方面造成了約束和限制。采用這種技術(shù)的開關(guān)模式電源的設(shè)計(jì)很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種對(duì)開關(guān)模式電源(SMPQ的突發(fā)模式操作加以控制的方法，其中，突發(fā)時(shí)間段包括SMPS的操作突發(fā)(burst of operation)，在所述 SMPS的操作突發(fā)期間SMPS以第一高電平產(chǎn)生功率，在突發(fā)時(shí)間段的其余部分SMPS以第二低電平產(chǎn)生功率，所述方法包括a)接收對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始加以指示的控制輸入信號(hào)；b)開始SMPS的操作突發(fā)并測(cè)量在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間；c)根據(jù)以下內(nèi)容來計(jì)算當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間i)前一突發(fā)時(shí)間段中，SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間；ii)前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間；以及iii)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間；以及d)將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與在步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間相比較，如果當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于在步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間，則停止SMPS的操作突發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的方法可以與傳統(tǒng)開關(guān)模式電源一起使用，以提供突發(fā)模式操作，這解決了上述問題。使用對(duì)突發(fā)模式操作加以控制的該方法，現(xiàn)在可以利用可接受的波紋電壓在明確限定的突發(fā)頻率下操作。這些參數(shù)是可以獨(dú)立設(shè)定的，突發(fā)頻率取決于控制輸入
6信號(hào)(得自于總調(diào)節(jié)回路)的重復(fù)率，波紋電壓取決于操作突發(fā)的長度和突發(fā)時(shí)間段的長度。此外，使用該方法的控制器可以立即對(duì)負(fù)載階躍作出反應(yīng)，如以下說明的。前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間、前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間、以及當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間通常由信號(hào)來表示，因此，可以對(duì)這些信號(hào)的值來執(zhí)行步驟(c)中的計(jì)算，以產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)的值。相應(yīng)地，下文中無論在什么地方提到前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間、前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間或當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間，都應(yīng)理解可以取而代之地使用表示這些參數(shù)的信號(hào)。第二低功率等級(jí)可以是零，在這種情況下，SMPS的操作將在突發(fā)時(shí)間段的其余部分期間完全停止。典型地，在調(diào)節(jié)后的參數(shù)的值與閾值相交時(shí)，接收控制輸入信號(hào)。調(diào)節(jié)后的參數(shù)可以是電壓或電流，或者可以通過相對(duì)于閾值來增大或減小調(diào)節(jié)后的參數(shù)的值來使該調(diào)節(jié)后的參數(shù)的值與閾值相交。在實(shí)際的實(shí)施例中，可以通過對(duì)表示調(diào)節(jié)后的參數(shù)的信號(hào)與基準(zhǔn)值相比較、并在表示調(diào)節(jié)后的參數(shù)的信號(hào)達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)(通過值的增大或減小)維持控制輸入信號(hào)，來檢測(cè)調(diào)節(jié)參數(shù)與閾值的相交。優(yōu)選地，通過產(chǎn)生與從當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的起始點(diǎn)開始的經(jīng)過時(shí)間成比例的信號(hào)， 來測(cè)量當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間。典型地，該信號(hào)是由計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)，所述計(jì)時(shí)器是響應(yīng)于當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段開始的指示來啟動(dòng)的。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間等于以下兩項(xiàng)的乘積前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間，以及當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間與前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間之間的比率。在另一實(shí)施例中，在步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間等于以下兩項(xiàng)之和前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間，以及加權(quán)系數(shù)跟突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間與前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間之間差值的乘積。通常，步驟(b)還包括對(duì)表示前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間的信號(hào)進(jìn)行采樣，并保留采樣的信號(hào)以用在步驟(C)中。典型地，該方法還包括對(duì)在步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間進(jìn)行采樣，并保留采樣的值以用在步驟(d)的比較中。優(yōu)選地，該方法還包括通過應(yīng)用預(yù)定義的濾波器函數(shù)，來修改步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的值。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)定義的濾波器函數(shù)將步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間乘以濾波器系數(shù)，并將得到的乘積與以下兩項(xiàng)的乘積相加1減去濾波器系數(shù)，以及前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間。濾波器系數(shù)可以便利地與上述加權(quán)系數(shù)具有相同的值。典型地，將步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間限制在最大值與最小值之間。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于對(duì)開關(guān)模式電源(SMPQ的突發(fā)模式操作加以控制的控制器，其中，突發(fā)時(shí)間段包括SMPS的操作突發(fā)，在所述SMPS的操作突發(fā)期間SMPS以第一高電平產(chǎn)生功率，在突發(fā)時(shí)間段的其余部分SMPS以第二低電平產(chǎn)生功率，所述方法包括a)第一比較器，用于接收對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始加以指示的控制輸入信號(hào)，并將所述控制輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，所述第一比較器的輸出適于在控制輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相交時(shí)從第一邏輯電平切換至第二邏輯電平；b)計(jì)時(shí)器，適于通過測(cè)量在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間，來對(duì)在第一比較器的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)；c)計(jì)算單元，適于監(jiān)控以下值i)前一突發(fā)時(shí)間段中，SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間；ii)前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間；以及iii)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間；以及根據(jù)所監(jiān)控的值來計(jì)算當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間d)第一電路，適于通過開始SMPS的操作突發(fā)來對(duì)第一比較器的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)，以及適于將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間相比較，在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的情況下，停止SMPS的操作突發(fā)。第一電路可以包括鎖存器(或其他存儲(chǔ)元件，如，時(shí)鐘控制觸發(fā)器，適于通過維持用于開始SMPS的操作突發(fā)的信號(hào)，來對(duì)第一比較器的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)；以及第二比較器，用于將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與步驟 (c)中計(jì)算出的期望值相比較，第二比較器的輸出適于在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的情況下從第一邏輯電平切換至第二邏輯電平，鎖存器適于通過對(duì)用于使SMPS的操作突發(fā)開始的信號(hào)求反，來對(duì)第二比較器的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)。備選地，第一電路可以包括第二比較器，用于將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間相比較，以及適于在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間比步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間短的情況下維持用于使SMPS的操作突發(fā)開始的信號(hào)， 并在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間比步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間長的情況下對(duì)用于使SMPS的操作突發(fā)開始的信號(hào)求反。典型地，控制器還包括濾波器單元，適于通過應(yīng)用預(yù)定義的濾波器函數(shù)來修改步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的值。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于對(duì)開關(guān)模式電源(SMPQ的突發(fā)模式操作加以控制的控制器，包括適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的方法的電路。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種開關(guān)模式電源，包括根據(jù)本發(fā)明第二方面或第三方面所述的控制器。該開關(guān)模式電源還包括用于對(duì)開關(guān)模式電源的轉(zhuǎn)換器級(jí)產(chǎn)生的輸出功率加以控制的電路，其中，所述電路適于在SMPS的操作突發(fā)期間將輸出功率控制到第一值和第二值中較高的一個(gè)，其中第一值是從調(diào)節(jié)后的參數(shù)得到的，第二值是預(yù)定的以表示最小輸出功率。調(diào)節(jié)后的參數(shù)可以是例如SMPS的輸出電壓、輸出電流或輸出功率。


現(xiàn)在將參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，附圖中圖1示出了現(xiàn)有的突發(fā)模式技術(shù)中與輸出功率有關(guān)的波紋電壓；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中與輸出功率有關(guān)的突發(fā)頻率；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明可操作的突發(fā)模式控制器的電路；圖4示出了圖3的電路中不同點(diǎn)處的波形；圖5至8示出了不同工作條件下突發(fā)模式控制器的仿真結(jié)果；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明可操作的突發(fā)模式控制器的另一實(shí)施例；以及圖10示出了對(duì)SMPS提供的最小功率加以控制的附加電路。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種對(duì)開關(guān)模式電源(SMPQ的突發(fā)模式操作加以控制的方法，其中，控制輸入信號(hào)觸發(fā)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始、SMPS的操作突發(fā)并重置計(jì)時(shí)器，所述計(jì)時(shí)器指示在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間。根據(jù)前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間值、前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間值、以及當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間值，來計(jì)算當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間的值。當(dāng)計(jì)時(shí)器所指示的在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的突發(fā)操作的期望持續(xù)時(shí)間的計(jì)算值時(shí)，停止SMPS的操作突發(fā)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明可操作的突發(fā)模式控制器的框圖。在這種情況下，比較器 1在其非反相輸入處接收控制輸入信號(hào)。比較器1的反相輸入保持在基準(zhǔn)電壓vMf。當(dāng)控制輸入信號(hào)的電壓上升到值Vm以上時(shí)，將比較器1的輸出驅(qū)動(dòng)至正電源電壓(即，表示邏輯高)。比較器1的輸出連接至SR鎖存器2的設(shè)定( 輸入，S管腳的邏輯高使得SR鎖存器2的輸出管腳(Q)被驅(qū)動(dòng)至高?？刂戚斎胄盘?hào)是從對(duì)開關(guān)模式電源的總體調(diào)節(jié)加以控制的電路提供的。當(dāng)調(diào)節(jié)后的參數(shù)(例如，輸出電壓、輸出電流或輸出功率)下降到預(yù)定的閾值以下時(shí)，維持控制輸入信號(hào)(即，在上升到VMf以上時(shí)，驅(qū)動(dòng)邏輯高)?？刂戚斎胄盘?hào)的維持使得突發(fā)時(shí)間段或突發(fā)周期開始。SR鎖存器2的輸出管腳被驅(qū)動(dòng)至高會(huì)引起多種事件。首先，維持“突發(fā)接通(Burst On) ”信號(hào)，這使得切換突發(fā)開始。同時(shí)，觸發(fā)采樣和保持電路3，使得采樣和保持電路3對(duì)計(jì)時(shí)器4的輸出處的電壓進(jìn)行采樣。采樣電壓(V1)是前一突發(fā)時(shí)間段結(jié)束時(shí)來自計(jì)時(shí)器4 的輸出電壓，并且該采樣電壓(V1)表示前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間。計(jì)時(shí)器4還在采樣和保持電路3被觸發(fā)之后略微重置，從而計(jì)時(shí)器4的輸出電壓(Vmp)下降到預(yù)定的起始電壓 (典型地，0V)。如圖3所示，典型的計(jì)時(shí)器電路4包括對(duì)與重置開關(guān)并聯(lián)的電容器進(jìn)行供電的電流源。這使得來自計(jì)時(shí)器4的輸出電壓(Vmp)線性升高直到飽和，飽和的輸出電壓略微低于正電源電壓。與突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間相比，計(jì)時(shí)器中的電容器在重置時(shí)將相對(duì)快速地放電。 比較器5將來自計(jì)時(shí)器4的電壓Vmp與電壓VMg相比較。當(dāng)Vramp上升到VMg的值以上時(shí)，將比較器5的輸出驅(qū)動(dòng)至邏輯高。比較器5的輸出耦合至SR鎖存器2的重置(R)管腳。SR鎖存器2的輸出管腳從而被驅(qū)動(dòng)至邏輯低，使得對(duì)“突發(fā)接通”信號(hào)求反。這使得當(dāng)前的切換突發(fā)停止。計(jì)算器電路6基于VMg的當(dāng)前值、采樣值V1和電壓VMf TPCT，來計(jì)算VMg的新值，其中電壓Tpct表示突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間。Vref TPCT是由控制電路中的帶隙基準(zhǔn)電壓生成器來確定的固定值。該值被選擇為使得向上有足夠的余量來允許在電源電壓以下的V1的特定最大值。計(jì)時(shí)器中的電容器被選
擇為根據(jù)期望的突發(fā)頻率來設(shè)定Vmp的斜率。期望的突發(fā)頻率等于卩 τ ’其中I
burst ref 一 per
是電流源提供給計(jì)時(shí)器電容器的電流，Cburst是計(jì)時(shí)器電容器的值。如果VMg的新值用于直接確定當(dāng)前的切換突發(fā)的結(jié)束，則這將引起向切換突發(fā)的所要求的持續(xù)時(shí)間的收斂，以實(shí)現(xiàn)期望的突發(fā)時(shí)間段時(shí)間。然而，如果出現(xiàn)負(fù)載階躍，則該方法將引起突發(fā)頻率的突然增大或減小(根據(jù)負(fù)載階躍的方向)。因此，提供了濾波器7， 濾波器7與計(jì)算器6的輸出耦合，以增加調(diào)節(jié)回路的時(shí)間常數(shù)，使得該時(shí)間常數(shù)是突發(fā)時(shí)間段的若干倍。在一個(gè)變體中，計(jì)算器6和濾波器7根據(jù)以下等式來計(jì)算Vreg的新值 剛 vx = vregN^f,vregN+i= Kx-VxKx)vregN其中VX是來自計(jì)算器6的輸出，1徹是^8的電流值，KegiV+l是VMg (來自濾波器7的輸出)的新值，K1是由濾波器7施加的濾波器系數(shù)。K1的值限定了濾波器的時(shí)間常數(shù)。將K1設(shè)定為值1會(huì)提供最快的響應(yīng)，而將K1設(shè)定為零使保持固定在之前的值。K1的典型值是0. 75。在第二變體中，計(jì)算器6和濾波器7根據(jù)以下等式來計(jì)算Vreg的新值 _4] Vx =VregN+K2(Vre^Tper-V1)Vreg^=K2.Vx+{\-K2)VregN其中，K2是由計(jì)算器6和濾波器7施加的濾波器系數(shù)。延遲電路9耦合至SR鎖存器2的輸出，延遲電路9的輸出耦合至采樣保持電路8 的采樣輸入。因此，剛好在切換突發(fā)開始之后(即，當(dāng)SR鎖存器2的Q管腳被驅(qū)動(dòng)至高時(shí))， 延遲電路9的輸出被驅(qū)動(dòng)至高，使得對(duì)濾波器7的輸出處的新值VMg ( V、)進(jìn)行采樣。限制器電路10確保Vreg的新值不超出最大極限和最小極限，如果超出，則將VMg的值適當(dāng)?shù)劂Q位到最大或最小值。Vreg的新值在比較器5的反相輸入處可用。VMg的新值的計(jì)算及其向比較器5的反相輸入的傳播發(fā)生得足夠快，以至于可以使用該新值來確定電流突發(fā)時(shí)間段中切換突發(fā)的結(jié)束。限制器電路10防止發(fā)生兩個(gè)可能的問題。第一問題會(huì)發(fā)生在非常低的功率等級(jí)下，在該非常低的功率等級(jí)下，期望突發(fā)頻率下的單個(gè)功率轉(zhuǎn)換周期提供了過高的功率。通過將的值鉗位到最小等級(jí)，突發(fā)時(shí)間段將自動(dòng)增大(從而突發(fā)頻率降低)，以確保這種問題不會(huì)發(fā)生。以下將解釋突發(fā)頻率下降的原因。當(dāng)Vreg處于最小等級(jí)時(shí)，限定最小突發(fā)長度，然而該最小突發(fā)長度對(duì)于期望的突發(fā)時(shí)間段而言過大。在該突發(fā)期間，將明確限定的能量量值傳送至輸出電容器。因此，輸出電容器處的電壓將上升到期望值以上的特定電平。與所述電源相連的小負(fù)載將緩慢地對(duì)輸出電容器進(jìn)行放電，并且只要電壓下降到期望值以下，誤差放大器和光耦合器將使控制輸入處的電壓升高，從而經(jīng)由比較器1來觸發(fā)下一突發(fā)。發(fā)生突發(fā)頻率的自動(dòng)減小，原因在于例如VMg提高10% (相對(duì)于為了實(shí)現(xiàn)期望的突發(fā)頻率而應(yīng)當(dāng)采用的Vreg值)將引起突發(fā)長度增大10%。因此，將10%以上的能量傳遞至輸出電容器，從而使輸出電壓的階躍增大10%。因此，負(fù)載將輸出電容器放電到期望的輸出電壓值所用的時(shí)間增大了 10%，因此可以看出，在相同的突發(fā)周期期間，增大了 10%的Vreg值將立即引起降低了 10%的突發(fā)頻率。當(dāng)沒有有效的最小值限制時(shí)，計(jì)算器將減小vMg，直到出現(xiàn)合適的突發(fā)頻率。然而，如果在期望的突發(fā)頻率下需要一個(gè)完整的切換周期來傳遞所需的功率，則可以朝著零值調(diào)節(jié)lg，使得除了利用大于期望值的有效極限VMg以外，難以通過相乘來計(jì)算的新值，從而提供了更大的突發(fā)時(shí)間段和更低的突發(fā)頻率。由主要調(diào)節(jié)回路來控制突發(fā)時(shí)間段會(huì)引起可能出現(xiàn)的其他問題。因此，突發(fā)時(shí)間段可以變得比計(jì)時(shí)器4可以處理的時(shí)間段更長。如果Vreg的值變得比計(jì)時(shí)器輸出電壓的飽和電平大，則圖3的電路不能切斷所述切換突發(fā)。通過將VMg的值鉗位小于計(jì)時(shí)器輸出電壓的飽和電平的電平，限制器電路10確保了不會(huì)發(fā)生這種情況。圖4示出了突發(fā)周期期間圖3的電路中不同點(diǎn)處的波形，并且有助于理解電路的操作。每個(gè)突發(fā)周期在控制輸入信號(hào)被驅(qū)動(dòng)至邏輯高時(shí)開始，從而使計(jì)時(shí)器4重置并且維持“突發(fā)接通”信號(hào)，如之前說明的?？刂戚斎胄盘?hào)由圖4中的曲線11示出，每一個(gè)“突發(fā)接通”和計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)分別由曲線12和13示出。計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)如所示的線性增大。當(dāng)計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)超過VMg的值時(shí)(圖4中 14處所示)，比較器5將使SR鎖存器2重置，SR鎖存器2的重置進(jìn)而會(huì)使“突發(fā)接通”信號(hào)被驅(qū)動(dòng)至低，從而在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中結(jié)束切換突發(fā)。計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)繼續(xù)線性增大，最終與VMf Tpct電平相交并然后達(dá)到義。電壓義是計(jì)時(shí)器輸出信號(hào)在控制輸入信號(hào)下一次被驅(qū)動(dòng)至高時(shí)所達(dá)到的電壓，使得下一突發(fā)時(shí)間段開始。此時(shí)，電壓V1由采樣和保持電路3來采樣，以被計(jì)算器6用來計(jì)算VMg的新值。以上參考圖3和4而說明的突發(fā)模式控制器依賴于以下事實(shí)在開關(guān)模式電源的輸出汲取的給定功率下，整個(gè)突發(fā)周期或時(shí)間段上的平均功率(Parerage)等于切換突發(fā)期間的功率(PbursttJ跟切換突發(fā)的持續(xù)時(shí)間(TburstJ與突發(fā)時(shí)間段(Tburstpw)之比的乘積。因此Paverage = ^burston X Jiurston
burstper這意味著，對(duì)于給定的輸出功率以及在切換突發(fā)期間的功率，比率Tburstm Tburstper 是固定的，從而給出
irston — desired — ^burston actual
其中，Tburston desired是期望的切換突發(fā)持續(xù)時(shí)間，Tburston actual是上一周期中的實(shí)際切換突發(fā)持續(xù)時(shí)間，Tburstper desired是期望的突發(fā)時(shí)間段，Tburstper actual是上一周期中的實(shí)際突發(fā)時(shí)間段。因此，在恒定的輸出功率下，可以使用以下等式，基于實(shí)際突發(fā)時(shí)間段以及期望的突發(fā)時(shí)間段，來容易地確定針對(duì)下一突發(fā)周期的切換突發(fā)的持續(xù)時(shí)間
rp_ TfmrSton _ actual rp丄 burston — desired — rp^ burstper _ desired
burstper _ actual從以上等式可以看出，得出由計(jì)算器5的第一變體來使用的等式，即，
V =V χ Vref-Tper VregN X v
ο直接對(duì)負(fù)載階躍作出反應(yīng)的需要僅允許通過改變來自主調(diào)節(jié)回路的控制變量來觸發(fā)切換突發(fā)的開始(在突發(fā)接通間隔內(nèi)，這還使得可以直接檢測(cè)是否應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提高功率)。這意味著，不能在下一突發(fā)的開始時(shí)直接設(shè)定突發(fā)頻率，因此突發(fā)頻率也完全由主調(diào)節(jié)回路來確定。然而，在給定了對(duì)切換突發(fā)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行選擇的自由度的情況下，可以通圖3所示的相對(duì)緩慢的控制電路來適配突發(fā)頻率，該控制電路利用幾個(gè)周期來適配接通時(shí)間，以得到期望的突發(fā)頻率。圖5示出了圖3的電路的仿真結(jié)果，其中在突發(fā)模式操作期間減小了功率。在這種仿真中，使用開關(guān)模式電源的簡化模型來減小執(zhí)行仿真所需的總時(shí)間。將電源建模為將功率轉(zhuǎn)儲(chǔ)到電源的輸出電容器中的電源。功率與功率控制輸入上存在的電壓成正比。功率控制輸入被配置為在1. 17V的控制電壓以下產(chǎn)生21. 2W的固定最小輸出功率。根據(jù)Iott = Ρ。υτ/\υτ，轉(zhuǎn)儲(chǔ)到輸出電容器中的輸出電流取決于輸出功率。在該模型中，不存在高頻開關(guān)模式動(dòng)作。因此，僅在切換突發(fā)期間，DC輸出電流在輸出電容器中流動(dòng)，而在實(shí)際開關(guān)模式電源中，電流脈沖將流入輸出電容器。對(duì)于突發(fā)模式操作，這并不重要，因?yàn)榍袚Q突發(fā)上的平均電流將確定切換突發(fā)結(jié)束時(shí)的最終輸出電壓。在圖5中示出了多種曲線。來自計(jì)時(shí)器4的輸出電壓、Vreg以及Vref Tpct的值分別被示為20、21和22。曲線23、對(duì)、25、沈和27分別示出了(流入輸出電容器中的)輸出電流、負(fù)載電流、輸出電壓、控制輸入上的信號(hào)、以及“突發(fā)接通”信號(hào)。通過對(duì)切換突發(fā)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)突發(fā)頻率是清晰可見的。從t = 0開始，計(jì)時(shí)器輸出電壓的期望峰值電壓(Vref TpJ是2. 5V。然而，在t = 0處，Vreg的值過高以至于無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并且產(chǎn)生的V1的值(計(jì)時(shí)器輸出電壓處的峰值電壓)超過了 VMf TPCT。然而，由于被調(diào)節(jié)到期望的功率等級(jí)突發(fā)頻率，所以計(jì)時(shí)器的輸出電壓在幾個(gè)周期內(nèi)收斂到期望的2. 5V電平。如上所述，慎重地使收斂過程比突發(fā)時(shí)間段緩慢(在仿真中，上述K1的值是0. 75)。在圖6中，示出了負(fù)載階躍的效果。突發(fā)頻率的短暫改變是清晰可見的，該短暫改變?nèi)Q于負(fù)載階躍的變化速率。圖7示出了在突發(fā)模式操作期間可用的最大功率等級(jí)以上的正負(fù)載階躍的效果。 在負(fù)載階躍處，輸出電壓開始以大的負(fù)斜率下降。在該時(shí)刻之后控制輸入的變化速率允許立即對(duì)輸出作出反應(yīng)并開始下一個(gè)切換突發(fā)，該下一個(gè)切換突發(fā)的開始要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于在固定頻率突發(fā)模式中的下一個(gè)突發(fā)的開始。在突發(fā)模式期間，優(yōu)選地將轉(zhuǎn)換器的功率等級(jí)限制為最小值，而同時(shí)出現(xiàn)切換突發(fā)。以下參考圖10描述了用于執(zhí)行這種功能的電路。在圖7 中，該最小值是21. 2W，與1. 17V的控制電壓相對(duì)應(yīng)。只要負(fù)載需求小于在突發(fā)接通時(shí)間期間提供的功率，輸出電壓就會(huì)在切換突發(fā)期間升高，使得控制電壓幾乎立即下降。這解釋了為什么切換突發(fā)期間的功率處于最小功率等級(jí)(在圖7的示例中是21. 2W)。然而，當(dāng)負(fù)載需求大于在切換突發(fā)期間提供的功率時(shí)，隨著輸出電壓保持進(jìn)一步下降，控制輸入將進(jìn)一步增大。在給定功率限于最小值而非最大值的情況下，這意味著當(dāng)控制輸入增大到對(duì)最小功率加以限定的電平(在圖7的示例中是1. 17V)以上時(shí)，可以朝著與負(fù)載需求相等的期望電平進(jìn)一步增大功率。由于與比較器1耦合的控制輸入現(xiàn)在連續(xù)處于以上的電平，所以連續(xù)地設(shè)定鎖存器2 (鎖存器2的設(shè)定輸入覆蓋了重置輸入)。因此，“突發(fā)接通”信號(hào)連續(xù)地有效。實(shí)際上，這是一種使控制器在正常非突發(fā)工作模式下改變的普通方式，其中，可以在突發(fā)模式工作期間在這些可能電平以上的電平調(diào)節(jié)輸出功率。在“突發(fā)接通”信號(hào)連續(xù)有效的時(shí)間間隔期間，重置計(jì)時(shí)器，在“突發(fā)接通”信號(hào)的上一個(gè)上升斜率處確定比較器5 的輸入處的下一個(gè)信號(hào)VMg。因此，當(dāng)出現(xiàn)新的突發(fā)時(shí)，系統(tǒng)準(zhǔn)備好確定下一個(gè)下一個(gè)切換突發(fā)的長度。只要負(fù)載減小到突發(fā)功率以下，控制輸入就會(huì)向下調(diào)節(jié)，直到達(dá)到最小功率。 這意味著對(duì)鎖存器2的設(shè)定輸入求反，從而允許通過達(dá)到VMg的計(jì)時(shí)器來重置鎖存器2，并且切換突發(fā)停止。根據(jù)這種操作方式，正常操作是具有有限突發(fā)接通時(shí)間的突發(fā)模式的特殊情況，提供了增大突發(fā)接通期間的功率的可能性。在圖8中，示出了非常低的負(fù)載的效果。在這樣的低功率等級(jí)下，將Vreg鉗位在最小值處，從而將切換突發(fā)持續(xù)時(shí)間設(shè)定為可能的最小值。因此，由負(fù)載限定的突發(fā)時(shí)間段比期望的突發(fā)時(shí)間段長，但是在輸出處的波紋電壓為低時(shí)，由于切換突發(fā)持續(xù)時(shí)間短，所以這是可接受的。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的突發(fā)模式控制器的第二實(shí)施例。該實(shí)施例與圖3的實(shí)施例非常類似，唯一在結(jié)構(gòu)上的差別是省略了鎖存器2。取而代之地，來自比較器1的輸出直接耦合至計(jì)時(shí)器4的重置輸入，并且“突發(fā)接通”信號(hào)直接由比較器5的輸出來提供。在該電路中，當(dāng)來自比較器1的輸出為高時(shí)(即，當(dāng)控制輸入信號(hào)超過了比較器1 的非反相輸入和反相輸入處的基準(zhǔn)信號(hào)時(shí))，重置計(jì)時(shí)器4。因此，比較器5的反相輸入低于反相輸入上的的值，并且維持“突發(fā)接通信號(hào)”。然后，來自計(jì)時(shí)器4的輸出信號(hào)上升，并且當(dāng)其超過VMg的值時(shí)，來自比較器5的輸出變低，并且對(duì)“突發(fā)接通”信號(hào)求反。電路的其余部分與圖3的實(shí)施例以相同方式操作。圖10示出了在圖3電路的旁邊的附加電路。該附加電路包括功率等級(jí)設(shè)定電路 100、選擇電路101和轉(zhuǎn)換器級(jí)102。轉(zhuǎn)換器級(jí)102在突發(fā)模式控制器和功率等級(jí)設(shè)定電路 100以及選擇電路101的控制下產(chǎn)生期望的輸出功率。通過將控制輸入信號(hào)與基準(zhǔn)值相比較，來從轉(zhuǎn)換器的輸出得到控制輸入信號(hào)。通過這種比較而得到的誤差信號(hào)確定了控制輸入信號(hào)，從而閉合控制回路。功率等級(jí)設(shè)定電路100根據(jù)控制輸入信號(hào)(該控制輸入信號(hào)之前還控制突發(fā)模式控制器的操作)的值來為轉(zhuǎn)換器級(jí)102的輸出功率設(shè)定合適的等級(jí)。根據(jù)該控制方法以及所使用的轉(zhuǎn)換器的類型， 存在多種設(shè)定輸出功率的可能方式，例如，通過設(shè)定切換頻率、主峰值電流、主接通時(shí)間或其組合來設(shè)定輸出功率。在正常(即，非突發(fā)模式)工作期間，選擇電路101選擇功率等級(jí)設(shè)定電路100的輸出，作為對(duì)來自轉(zhuǎn)換器級(jí)102的輸出功率等級(jí)加以控制的基礎(chǔ)。因此，輸出功率等級(jí)取決于控制輸入信號(hào)。然而，當(dāng)出現(xiàn)切換突發(fā)時(shí)，維持使能(Enable)輸入(耦合至“突發(fā)接通”信號(hào))，這使得選擇電路101選擇以下兩項(xiàng)中較高的一項(xiàng)來自功率等級(jí)設(shè)定100的輸出，以及選擇電路101的另一輸入上的預(yù)置最小功率等級(jí)。因此，來自轉(zhuǎn)換器級(jí)102的輸出功率等級(jí)被限制為最小值。當(dāng)已停止切換突發(fā)時(shí)，對(duì)“突發(fā)接通”信號(hào)(從而對(duì)使能輸入)求反。這意味著控制輸入(經(jīng)由功率等級(jí)設(shè)定電路100)可以將功率等級(jí)控制為比切換突發(fā)期間的值低的值， 包括零值。在選擇電路101的變體中，使能輸入始終是有效的，但是當(dāng)已停止切換突發(fā)時(shí)，轉(zhuǎn)換器級(jí)保持關(guān)閉。在另一變體中，如上所述使用使能輸入，但是當(dāng)對(duì)使能輸入求反時(shí)，選擇更低的功率等級(jí)。因此，當(dāng)切換突發(fā)停止時(shí)，使用更低的功率等級(jí)。利用該變體，可以在非常低的功率等級(jí)下保持轉(zhuǎn)換器切換。這可以用在使用主感測(cè)來代替光耦合器和對(duì)輸出的輔助感測(cè)來感測(cè)和調(diào)節(jié)輸出的情況下。對(duì)于輸出的主感測(cè)，主變壓器繞組上的電壓可以被用作輸出電壓的表示。然而，由于僅可以在切換轉(zhuǎn)換器時(shí)才可以感測(cè)輸出電壓，所以僅可以在切換期間檢測(cè)到輸出電壓的階躍。因此，通過使用該變體，可以保持轉(zhuǎn)換器切換，這使得在任意時(shí)刻都可以感測(cè)輸出電壓的階躍。利用該變體，可以在沒有光耦合器的情況下開始切換突發(fā)，這是因?yàn)榭刂戚斎胄盘?hào)隨著輸出電壓的實(shí)際值而有規(guī)律地更新。通過使用這種附加電路，自動(dòng)進(jìn)行從突發(fā)模式到非突發(fā)模式的轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)榭刂戚斎肟梢栽谌魏螘r(shí)刻瞬時(shí)地提高功率。還可以將該附加電路與圖9的實(shí)施例一起使用。上述實(shí)施例基于模擬電路，但是也可以取而代之地使用數(shù)字技術(shù)和電路，例如使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為計(jì)時(shí)器并在合適地編程的微控制器中以數(shù)字方式來實(shí)現(xiàn)計(jì)算器和濾波器功能。采樣和保持電路可以由微控制器中的寄存器或?qū)reg、VMf Tpct和V1的所需值加以保持的存儲(chǔ)器的一部分來表示?？梢允褂闷渌愋偷逆i存器或雙穩(wěn)態(tài)來代替SR鎖存器2， 例如JK鎖存器。另一選項(xiàng)是以數(shù)字方式存儲(chǔ)以允許突發(fā)模式的兩個(gè)間隔之間的正常操作(非突發(fā)模式)的大間隔，而同時(shí)使用突發(fā)模式的前一間隔的上一次存儲(chǔ)的值來開始突發(fā)模式的第二間隔。上述突發(fā)模式控制器可以與多種開關(guān)模式電源拓?fù)湟黄鹗褂茫龆喾N開關(guān)模式電源拓?fù)浒ㄖC振、體、升壓、升壓-降壓、回掃、前向和推-拉類型。上述突發(fā)模式控制器還可以用在以下應(yīng)用中在這些應(yīng)用中，輸出處的音頻噪聲和波紋電壓集中，和/或在部分負(fù)載處需要高效率，和/或在無負(fù)載處需要低輸入功率。這樣的應(yīng)用包括干線適配器、個(gè)人計(jì)算機(jī)和膝上型計(jì)算機(jī)電源、以及電視和監(jiān)視器電源。通過研究附圖、說明書和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他變體。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一種”或“一”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所列若干項(xiàng)目的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中闡述特定的措施并不表明不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)構(gòu)成對(duì)范圍的限制。.
權(quán)利要求
1.一種對(duì)開關(guān)模式電源SMPS的突發(fā)模式操作加以控制的方法，其中，突發(fā)時(shí)間段包括 SMPS的操作突發(fā)，在所述SMPS的操作突發(fā)期間SMPS以第一高電平產(chǎn)生功率，在突發(fā)時(shí)間段的其余部分SMPS以第二低電平產(chǎn)生功率，所述方法包括a)接收對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始加以指示的控制輸入信號(hào)；b)開始SMPS的操作突發(fā)并測(cè)量在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間；c)根據(jù)以下內(nèi)容來計(jì)算當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間i)前一突發(fā)時(shí)間段中，SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間； )前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間；以及iii)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間；以及d)將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間相比較， 如果當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間，則停止SMPS的操作突發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在調(diào)節(jié)后參數(shù)的值與閾值相交時(shí)，接收到控制輸入信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過產(chǎn)生與從當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的起始點(diǎn)開始的經(jīng)過時(shí)間成比例的信號(hào)，來測(cè)量當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間等于以下兩項(xiàng)的乘積前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間，以及當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間與前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間之間的比率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間等于以下兩項(xiàng)之和前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間，以及加權(quán)系數(shù)跟突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間與前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間之間差值的乘積。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)還包括對(duì)對(duì)前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)進(jìn)行采樣，并保留采樣的信號(hào)以用在步驟(c)中。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括對(duì)在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的值進(jìn)行采樣，并保留采樣的值以用在步驟(d)的比較中。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括通過應(yīng)用預(yù)定義的濾波器函數(shù)，來修改步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述預(yù)定義的濾波器函數(shù)將步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間乘以濾波器系數(shù)，并將得到的乘積與以下兩項(xiàng)的乘積相加1減去濾波器系數(shù)，以及前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，將步驟(C)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間限制在最大值與最小值之間。
11.一種用于對(duì)開關(guān)模式電源SMPS的突發(fā)模式操作加以控制的控制器，其中，突發(fā)時(shí)間段包括SMPS的操作突發(fā)，在所述SMPS的操作突發(fā)期間SMPS以第一高電平產(chǎn)生功率，在突發(fā)時(shí)間段的其余部分SMPS以第二低電平產(chǎn)生功率，所述控制器包括a)第一比較器(1)，用于接收對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始加以指示的控制輸入信號(hào)，并將所述控制輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，所述第一比較器(1)的輸出適于在控制輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相交時(shí)從第一邏輯電平切換至第二邏輯電平；b)計(jì)時(shí)器G)，適于通過測(cè)量在當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間，來對(duì)在第一比較器 (1)的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)；c)計(jì)算單元(6)，適于監(jiān)控以下值i)前一突發(fā)時(shí)間段中，SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間； )前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間；以及iii)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間；以及根據(jù)所監(jiān)控的值來計(jì)算當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間d)第一電路0，5)，適于通過開始SMPS的操作突發(fā)來對(duì)第一比較器(1)的輸出處從第一邏輯電平向第二邏輯電平的切換作出響應(yīng)，以及適于將當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間與在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間相比較，如果當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間大于或等于在步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間，則停止SMPS的操作突發(fā)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，還包括濾波器單元(7)，適于通過應(yīng)用預(yù)定義的濾波器函數(shù)來修改步驟(c)中計(jì)算出的期望持續(xù)時(shí)間的值。
13.一種用于對(duì)開關(guān)模式電源SMPS的突發(fā)模式操作加以控制的控制器，包括適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法的電路。
14.一種開關(guān)模式電源，包括根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的控制器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的開關(guān)模式電源，還包括用于對(duì)開關(guān)模式電源的轉(zhuǎn)換器級(jí) (102)產(chǎn)生的輸出功率加以控制的電路(100，101)，其中，所述電路(100,101)適于在SMPS 的操作突發(fā)期間將輸出功率控制到第一值和第二值中較高的一個(gè)，其中第一值是從調(diào)節(jié)后的參數(shù)得到的，第二值是預(yù)定的以表示最小輸出功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)開關(guān)模式電源(SMPS)的突發(fā)模式操作加以控制的方法。該方法包括a)接收對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的開始加以指示的控制輸入信號(hào)；b)通過產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前突發(fā)期間的經(jīng)過時(shí)間加以表示的信號(hào)以及通過開始SMPS的操作突發(fā)，來對(duì)開始當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的指示作出響應(yīng)；c)根據(jù)對(duì)前一突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)、對(duì)前一突發(fā)時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)、以及對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的期望持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)，來計(jì)算對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的操作突發(fā)的期望持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)的值；以及d)將對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段期間的經(jīng)過時(shí)間加以表示的信號(hào)與對(duì)當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的突發(fā)操作的期望持續(xù)時(shí)間加以表示的信號(hào)相比較，如果從當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段的起始點(diǎn)開始的經(jīng)過時(shí)間大于或等于當(dāng)前突發(fā)時(shí)間段中SMPS的突發(fā)操作的期望持續(xù)時(shí)間，則停止SMPS的操作突發(fā)。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102255484SQ20111011521
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者漢斯·哈貝爾施塔特 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司