[發明專利]用于控制開關式電源的系統和方法

有效

• 申請號: 201210009475.8
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102594137A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: M.弗萊巴尼;C.加博薩;E.奧里蒂;A.維吉亞托
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

技術領域

本發明一般地涉及半導體器件和方法并且更具體地涉及一種用于控制開關式電源的系統和方法。

背景技術

近年來，關于電源的效率的迫切需求已使得注意到對開關式電源（SMPS）的使用。然而，SMPS的實際效率取決于確定SMPS中包括的一個或多個開關的開關時間的控制器。一種用于控制SMPS的開關的方案是使用脈沖寬度調制（PWM），其可以被相當容易地實現。然而，使用PWM來控制SMPS以調節其輸出電壓或輸出電流不一定在大范圍的輸出電流上保證高效率。

基于PWM的控制器單元在固定頻率（PWM頻率）處進行操作。對矩形PWM信號的占空比進行調制以便調節電源輸出電壓或電流。在一些情況下，在驅動損耗保持恒定時，功率轉換器的效率在低輸出電流處降低。這些驅動損耗與因接通和關斷在開關轉換器的輸出級中使用的一個或多個半導體開關所消耗的功率相關。為了減小驅動損耗對總損耗量的貢獻，可以使用脈沖頻率調制（PFM）來控制開關轉換器的輸出級中所包括的一個或多個半導體開關。

使用PFM的控制器單元通過在保持恒定導通時間時降低開關頻率而不是如在PWM控制的情況下進行的那樣在恒定頻率下降低導通時間來降低占空比。然而隨著開關頻率和輸出電流增大，PFM控制的效率變得越來越大，從而造成開關損耗和驅動損耗的對應增大。

發明內容

在一個實施例中，一種操作開關式電源的方法包括：基于電源輸出電壓與參考電壓之間的差異來產生誤差信號。產生與上至最高頻率的誤差信號成比例的時鐘頻率，并產生與開關式電源中的電流成比例的感測電流信號。將所述誤差信號與所述感測電流信號進行求和以產生第一信號，并將所述第一信號與第一閾值進行比較。所述方法還包括：在所述時鐘信號的第一邊沿處產生驅動信號的第一邊沿；并且當基于所述比較，所述第一信號沿第一方向越過（cross）所述第一閾值時產生所述驅動信號的第二邊沿，其中所述第二邊沿與所述第一邊沿相反。

前面相當寬泛地概述了本發明的實施例的特征以便可以更好地理解本發明的以下詳細描述。在下文中將描述本發明的實施例的附加特征和優勢，其形成本發明的權利要求的主題。本領域技術人員應當認識到，所公開的概念和具體實施例可以容易地用作用于修改或設計其他結構或過程以實現本發明的相同目的的基礎。本領域技術人員還應當意識到，這種等效構造并不脫離所附權利要求中闡述的本發明的精神和范圍。

附圖說明

為了更完整地理解本發明及其優勢，現在參照結合附圖進行的以下描述，在附圖中：

圖1a-1b示意了實施例電源系統的框圖；

圖2示意了實施例電源系統的轉移函數；

圖3示意了實施例壓控振蕩器（VCO）的示意圖；

圖4示意了示出實施例電源控制器的操作的波形圖；

圖5a-b示意了根據備選實施例的雙張弛振蕩器以及對應的時序圖；

圖6示意了實施例跨導放大器；

圖7示意了根據備選實施例的電源控制器；以及

圖8示意了示出實施例通電序列的波形圖。

具體實施方式

下面詳細討論當前優選實施例的實現和使用。然而應當認識到，本發明提供了可以體現在廣泛的各種具體背景中的許多可適用的發明概念。所討論的具體實施例僅示意了用于實現和使用本發明的具體方式，而不限制本發明的范圍。

將在具體背景（即，一種用于控制開關式電源的系統和方法）中關于優選實施例來描述本發明。

在一個實施例中，開關式電源控制器從較低電源輸出電流下的PFM操作平滑地過渡至較高電源輸出電流下的PWM操作。在一個實施例中，與誤差放大器的輸出耦合的壓控振蕩器（VCO）生成時鐘信號，根據所述時鐘信號來導出開關控制信號。在一個實施例中，電壓至頻率轉移函數是線性上升的，直到VCO達到最高頻率或直到檢測到指定的誤差電壓，此時VCO在最高頻率處進行操作。在操作期間，PWM系統對開關信號的占空比進行調制，同時該系統正在VCO的最高頻率處進行操作。當VCO正在其最高頻率以下進行操作時，相同的PWM調制系統針對開關驅動器生成PFM信號。

在一些實施例中，關斷電源系統的一些部分以便降低總體電流消耗。例如，在一些實施例中，可以在PFM輸出脈沖之間關斷電源電路的除誤差放大器和VCO外的一些部分。