[發明專利]開關電源的多模式切換方法及開關電源

有效

• 申請號: 201410543972.5
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104242649A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 隋濤
• 申請（專利權）人: 青島歌爾聲學科技有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

技術領域

?本發明屬于開關電源技術領域，具體地說，是涉及一種用于控制開關電源在多種工作模式中進行選擇切換的控制方法及基于這種切換控制方法設計的開關電源。

背景技術

開關電源是利用現代電力電子技術，通過控制開關管開通和關斷的時間比率，來使得其輸出的電壓保持恒定的一種電源,通常由MOSFET開關管和控制MOSFET通斷的控制模塊以及電壓轉換電路等部分組成。

目前的開關電源，按照控制方式的不同可以分為電壓/電流控制方式、遲滯控制方式、恒定導通時間控制方式等。其中，電壓/電流控制方式需要內部時鐘，基于調制模式的不同，可以工作在脈沖寬度調制模式（Pulse?Width?Modulation，PWM）下、脈沖頻率調制模式(Pulse?Frequency?Modulation，PFM)下或者跳周期調制模式(Pulse?Skip?Modulation，PSM)下。在PWM模式下，控制模塊輸出的開關頻率固定，通過調整脈沖寬度來穩定輸出電壓。而在PFM模式或者PSM模式下，控制模塊通過改變開關頻率來滿足負載電流的變化。由于PWM模式可以保持恒定的開關頻率，因此在瞬態響應速度及噪聲方面具有很好的性能，尤其適合應用在重載場合。而PFM和PSM這兩種模式由于可以隨負載電流的減小而降低開關頻率，因此可以減小開關損耗，提高系統的轉換效率，尤其適合在負載電流變化范圍較大的場合中應用。

現有的開關電源，在設計過程中往往已經將其所基于的調制模式固定下來，也就是說，一款開關電源只能工作在一種調制模式下，通過接收負載電流的反饋值來調節其脈沖寬度（針對PWM模式）或者開關頻率（針對PFM模式），進而實現其輸出電壓的穩定。這種設計方式導致技術人員需要事先根據應用場合的實際負載情況選擇合適的開關電源進行系統電路的具體設計，通用性差，增加了技術人員的工作量。即便是某些開關電源可以根據負載的電流變化自適應地改變其工作模式，但對于某些需要強制開關電源工作在某一特定模式下的應用場合，這種開關電源仍無法滿足應用需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種開關電源的多模式切換方法及開關電源，可以借助外部信號的控制來改變開關電源的工作模式，并強制開關電源工作在選定的工作模式下。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一方面，本發明提供了一種開關電源的多模式切換方法，在開關電源上增設模式選擇引腳，用于接收外部輸入的模式選擇信號；用于控制開關管通斷的控制模塊根據所述模式選擇信號限定其輸出的調制信號的類型，進而對開關電源的工作模式進行限制。

為了盡量控制開關電源的引腳數量，將所述模式選擇信號設定為模擬信號，所述開關電源支持的工作模式為N種，所述N為大于1的整數；在開關電源中設置模式選擇電路，利用所述模式選擇電路將一路模擬量的模式選擇信號處理成N路數字量的模式使能信號，傳輸至所述的控制模塊，所述控制模塊選定輸出的調制信號的類型，控制開關電源工作在選定的工作模式下。

優選的，所述開關電源支持的工作模式包括脈沖寬度調制模式、脈沖頻率調制模式和超聲模式；利用所述模式選擇電路轉換輸出的超聲模式使能信號控制一超聲計時器運行，設置所述超聲計時器的計時時間小于50微秒，將超聲計時器輸出的計時脈沖發送至控制模塊，進而將所述控制模塊輸出的脈沖頻率調制信號的頻率限制在20KHz以上，以避免出現音頻噪聲。

為了避免線路故障或者過載導致開關電源損壞，本發明的開關電源采集負載電流，并與設定的上限值進行比較，若負載電流超過上限值，則屏蔽N路所述的模式使能信號，使所述控制模塊停止輸出調制信號，進入保護狀態。

另一方面，本發明提供了一種開關電源，包括開關管、用于控制所述開關管通斷的控制模塊以及與所述開關管連通的電壓轉換電路，在所述開關電源上增設有模式選擇引腳，用于接收外部輸入的模式選擇信號；所述控制模塊根據所述模式選擇信號限定其輸出的調制信號的類型，傳輸至所述的開關管，以對開關電源的工作模式進行限制后，經電壓轉換電路輸出負載所需的電壓。

為了盡可能地減少開關電源的引腳數量，所述模式選擇信號優選設定為一路模擬信號，所述開關電源支持的工作模式為N種，所述N為大于1的整數；在開關電源中設置有模式選擇電路，所述模式選擇電路接收所述模式選擇信號，并處理成N路數字量的模式使能信號，傳輸至所述的控制模塊，限制所述控制模塊輸出的調制信號的類型，控制開關電源工作在選定的工作模式下。