[發(fā)明專利]開關(guān)模式電源控制

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110422965.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN102545606A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.弗萊巴尼;C.加博薩;E.奧里蒂;A.韋基亞托
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/155
• 分類號(hào): H02M3/155
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;王忠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種開關(guān)模式電源（SMPS）的開關(guān)控制以確保其高效的操作，特別地，SMPS包括使用脈沖寬度調(diào)制或脈沖頻率調(diào)制來產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)的控制模式。

背景技術(shù)

近年來，關(guān)于電源效率的嚴(yán)格要求已引起對(duì)開關(guān)模式電源（SMPS，還稱作“開關(guān)轉(zhuǎn)換器”）使用的關(guān)注。然而，SMPS的實(shí)際效率取決于確定包括在SMPS中的（一個(gè)或多個(gè)）半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)時(shí)刻的控制器。用于控制SMPS的開關(guān)的最普通的方法大概是可以相當(dāng)簡(jiǎn)單地實(shí)施的脈沖寬度調(diào)制（PWM）。然而，使用PWM來控制SMPS并且因此調(diào)節(jié)其輸出電壓或輸出電流并不保證在大范圍的輸出電流上的高效率。

基于PWM的控制器單元以固定的頻率（PWM頻率）操作，同時(shí)調(diào)制矩形PWM信號(hào)的占空比以便調(diào)節(jié)電源輸出電壓（或電流）。由于驅(qū)動(dòng)損耗保持恒定（即這些損耗涉及在開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出級(jí)中使用的半導(dǎo)體開關(guān)的接通和斷開），功率轉(zhuǎn)換器的效率在低輸出電流時(shí)快速地降低。為了降低驅(qū)動(dòng)損耗對(duì)整個(gè)損耗量的貢獻(xiàn)（全部剩余的損耗基本上取決于輸出電流并且因此隨著輸出電流降低而降低），可以使用脈沖頻率調(diào)制（PFM）來控制包括在開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出級(jí)中的（一個(gè)或多個(gè)）半導(dǎo)體開關(guān)。

代替如當(dāng)使用PWM控制時(shí)進(jìn)行的那樣以恒定的頻率降低接通時(shí)間，使用PFM的控制器單元通過降低開關(guān)頻率同時(shí)保持接通時(shí)間恒定來降低占空比。然而，由于開關(guān)頻率（以及因此開關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗）隨著輸出電流增加而增加，在高輸出電流時(shí)PFM控制的效率越來越差。

上述綜合的觀點(diǎn)得出如下結(jié)論：在高輸出電流時(shí)PWM控制（比PFM控制）更加高效并且在低輸出電流時(shí)PFM控制更加高效。已提出用在SMPS中的控制器單元包括PFM控制器單元和PWM控制器單元二者以便得益于SMPS的兩種控制類型的優(yōu)點(diǎn)。然而，這種PWM/PFM控制的開關(guān)轉(zhuǎn)換器的實(shí)施的復(fù)雜性是不期望地高并且要求用于確定定義從PWM模式到PFM模式（并且反之亦然）的切換的條件的額外硬件。此外，一些實(shí)施可能趨于在兩個(gè)控制模式之間不期望的輪轉(zhuǎn)（toggle）。

仍然需要使用如下控制的開關(guān)轉(zhuǎn)換器：所述控制允許遍及大范圍的輸出電流的改進(jìn)的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于控制開關(guān)轉(zhuǎn)換器的方法，該開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為根據(jù)開關(guān)信號(hào)將輸入電壓轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的輸出電壓，其中開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為操作在脈沖寬度調(diào)制模式中或替選地在脈沖頻率調(diào)制模式中。該方法包括當(dāng)操作在脈沖寬度調(diào)制模式中時(shí)：產(chǎn)生預(yù)定義的恒定開關(guān)頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)作為開關(guān)信號(hào)，PWM信號(hào)具有如下的占空比：在調(diào)節(jié)該占空比使得其不下降到預(yù)定義的最小占空比以下的條件下，調(diào)節(jié)該占空比使得開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓至少近似地匹配期望的輸出電壓；并且監(jiān)視輸出電壓，并且當(dāng)輸出電壓超過預(yù)定義的第一閾值時(shí)切換到脈沖頻率調(diào)制模式。該方法進(jìn)一步包括當(dāng)操作在脈沖頻率調(diào)制模式中時(shí)：監(jiān)視輸出電壓，并且產(chǎn)生預(yù)定義的恒定脈沖長(zhǎng)度的脈沖串作為開關(guān)信號(hào)，每當(dāng)輸出電壓下降到預(yù)定義的第二閾值時(shí)產(chǎn)生脈沖；并且監(jiān)視開關(guān)信號(hào)的頻率，并當(dāng)開關(guān)信號(hào)的頻率超過預(yù)定義的頻率閾值時(shí)切換到脈沖寬度調(diào)制模式。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于控制開關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制器電路，該開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為根據(jù)開關(guān)信號(hào)將輸入電壓轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的輸出電壓。控制器電路以及因此開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為操作在脈沖寬度調(diào)制模式中或替選地在脈沖頻率調(diào)制模式中。當(dāng)操作在脈沖寬度調(diào)制模式中時(shí)，控制器電路配置為產(chǎn)生預(yù)定義的恒定開關(guān)頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)作為開關(guān)信號(hào)，其中PWM信號(hào)具有如下的占空比：在調(diào)節(jié)所述占空比使得其不下降到預(yù)定義的最小占空比以下的條件下，調(diào)節(jié)所述占空比使得開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓至少近似地匹配期望的輸出電壓。在脈沖寬度調(diào)制模式中，控制器電路進(jìn)一步配置為：監(jiān)視輸出電壓，并且當(dāng)輸出電壓超過預(yù)定義的第一閾值時(shí)切換到脈沖頻率調(diào)制模式。當(dāng)操作在脈沖頻率調(diào)制模式中時(shí)，控制器電路配置為：監(jiān)視輸出電壓，并且產(chǎn)生預(yù)定義的恒定脈沖長(zhǎng)度的脈沖串作為開關(guān)信號(hào)。每當(dāng)輸出電壓下降到預(yù)定義的第二閾值時(shí)產(chǎn)生脈沖。在脈沖頻率調(diào)制模式中，控制器電路進(jìn)一步配置為監(jiān)視開關(guān)信號(hào)的頻率并當(dāng)開關(guān)信號(hào)的頻率超過預(yù)定義的頻率閾值時(shí)切換到脈沖寬度調(diào)制模式。

附圖說明

參照下面的附圖和描述，可以更好地理解本發(fā)明。在附圖中的元件不必按比例繪制，相反將重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理上。此外，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記指定對(duì)應(yīng)的部分。在附圖中：

圖1是示出可以包括在SMPS中的標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)轉(zhuǎn)換器（a）和相應(yīng)控制器單路（b）的示意圖；