[發明專利]突發模式控制器和方法

有效

• 申請號: 201110115212.0
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102255484B
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 漢斯·哈貝爾施塔特
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及對開關模式電源(SMPS)的突發模式操作加以控制 的方法和控制器。本發明還涉及包括這種控制器的開關模式電源。

背景技術

開關模式電源的效率及其隨負載的變化正變得越來越重要。開關 模式電源常用在以下電源適配器中：小型低負載設施，以及其中負載 的提取是間歇性的應用，例如，移動電話的充電器。因此，在低負載 或無負載條件下開關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下，無負載輸入功率取決于開關模式電源的 效率，其中在該非常低的功率等級下，僅需要為電源自身內部的電路 供電，典型地，電源自身內部的電路消耗大約50mW到200mW。顯然， 在這些低功率等級下需要具有非常高的效率。

一種增加開關模式電源效率的方式是在接近最佳效率點的功率 等級處短時間地操作該開關模式電源，其中，在該短時間之后的一段 時間內不切換電源，在不切換電源的這段時間內不浪費能量。這種類 型的操作稱作“突發模式”，并且在低功率等級下產生了高效率。來自 ST?Microelectronics的L6599是可以在突發模式下工作的開關模式電源 的示例。

在突發模式下工作可以產生在20kHz的可聽上限以下的頻率分 量。因此，存在以下風險：工作在突發模式下的電源的功率組件(例 如，變壓器和電容器)中的振動會產生音頻噪聲。由于人耳在1kHz到 10kHz的范圍內最敏感，所以非常希望不使用該范圍內的突發頻率。

在大多數應用中，轉換器的輸出處的波紋電壓必需保持在特定極 限之內。這根據所需的輸出功率而需要特定的突發接通次數(burst?on? time)。

此外，如果在不切換電源的時間段期間出現正負載階躍(positive load?step)，則開關模式電源必需相對快地作出反應以防止由于缺乏可 用的電力而導致輸出電壓的突然下降。這需要來自輸出電壓調節回路 的誤差信號能夠盡可能快地開始下一突發。

圖1示出了輸出功率與波紋電壓之間的關系，圖2示出了在3個不 同工作模式下，對于典型的應用，輸出功率與突發頻率(突發時間段 的倒數，突發時間段(burst?period)被定義為在連續的切換突發(burst? of?switching)的起始點之間的時間段)之間的關系。

在第一模式下，切換突發的長度是固定的(針對50μs、100μs、200μs 和600μs的曲線分別被示為A、B、C和D)。根據輸出功率來適配突發 頻率，從而產生可變的波紋電壓。

在該模式下，可以利用來自輸出電壓調節回路的誤差信號來容易 地開始下一個切換突發，從而提供了簡單的解決方案。然而，從圖1 和2可以看出，這種模式在低負載下產生大的波紋電壓，在高負載下產 生1kHz范圍內的突發頻率。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240mV的波紋電壓和低于1kHz的突發頻 率。具體地，對于大多數應用來說情況都是這樣。

在第二模式下，突發頻率固定在1kHz(參見曲線E)。切換突發的 長度根據輸出功率而改變，從而產生可變的波紋電壓。

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現這一 點，從而觸發每個切換突發的開始。可以利用誤差回路來調節切換突 發的長度，其中誤差回路在輸出處的電壓升高到所需調節值以上時結 束每個脈沖。