專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便于減小驅(qū)動(dòng)輕負(fù)載時(shí)的功耗的開(kāi)關(guān)電源。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，考慮到對(duì)環(huán)境的影響， 一直要求減小電機(jī)和電氣儀器所消耗的電 功率。迫切需要呈現(xiàn)出待機(jī)功能的OA儀器和類(lèi)似的儀器減小待機(jī)時(shí)所消耗的 電功率。在上述情況下，也需要電源在向儀器饋送電力時(shí)能減小待機(jī)時(shí)所消耗 的電功率。
為了減小待機(jī)時(shí)所消耗的電功率，已經(jīng)使用這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在平常 工作模式中使用具有大功率的電源并且在待機(jī)模式中使用待機(jī)電源。然而，使 用兩種電源的系統(tǒng)會(huì)占據(jù)較大的面積并且使其制造成本上升。因此，很難將使 用兩種電源的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成一種不昂貴的產(chǎn)品。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)知道有一 種系統(tǒng)使用一個(gè)電源且能減小待機(jī)時(shí)所消耗的電功率。這種系統(tǒng)使用開(kāi)關(guān)電 源，并且降低了在操作的待機(jī)模式中被用作開(kāi)關(guān)器件的功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)頻 率(開(kāi)關(guān)頻率)。為了降低開(kāi)關(guān)頻率，已經(jīng)使用過(guò)兩種方法。 一種方法是當(dāng) 負(fù)載電流向較低一側(cè)超過(guò)一參考值時(shí)，就使開(kāi)關(guān)頻率變?yōu)檩^低的開(kāi)關(guān)頻率。
(即，開(kāi)關(guān)頻率在兩個(gè)數(shù)值之間階躍式變化。)另一種方法是當(dāng)負(fù)載電流向 較低一側(cè)超過(guò)一參考值時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率就響應(yīng)于負(fù)載電流而下降。(即，開(kāi)關(guān)頻 率響應(yīng)于比參考值低的負(fù)載電流而連續(xù)地變化。)
圖12是上述開(kāi)關(guān)電源的電路框圖?，F(xiàn)在參照?qǐng)D12， 一組二極管DS1對(duì)來(lái) 自AC電源API的交流電進(jìn)行全波整流，并且電容器Cl將其平滑成直流電， 而該直流電則被饋入輸出變壓器Tl的主繞組Nl。用作開(kāi)關(guān)器件的功率MOS 晶體管Ql以串聯(lián)方式連接到主繞組Nl。通過(guò)從集成到IC中的開(kāi)關(guān)控制電路100中饋送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使功率MOS晶體管Ql在開(kāi)和關(guān)之間切換。功率MOS 晶體管Q1的開(kāi)和關(guān)在輸出變壓器T1的副繞組N2中產(chǎn)生脈動(dòng)電流。該脈動(dòng)電 流經(jīng)二極管D1被整流，經(jīng)電容器C2變平滑，并且被饋入未示出的負(fù)載。
通過(guò)電阻器R1到R3，來(lái)檢測(cè)到上述負(fù)載的輸出電壓。檢測(cè)到的輸出電壓 值作為反饋信號(hào)通過(guò)光耦合器PC1被輸入到開(kāi)關(guān)控制電路100的FB端。當(dāng)電 流流過(guò)輸出變壓器T1中的主繞組N1時(shí)，在輔助繞組N3上產(chǎn)生一電壓。輔助 繞組N3上的電壓經(jīng)二極管D2被整流，經(jīng)電容器C3變平滑，并且被饋入Vcc 端，該Vcc端是開(kāi)關(guān)控制電路100的電源端。 .
流過(guò)功率MOS晶體管Ql的電流的檢測(cè)信號(hào)被輸入到開(kāi)關(guān)控制電路100 的IS端。在圖12中，示出了接地端GND、保險(xiǎn)絲F1、電容器C4和并聯(lián)調(diào)節(jié) 器SR1。限流電阻器R4限制來(lái)自高壓系統(tǒng)的電流。濾波電阻器R5減小流向IS 端的噪聲。檢測(cè)電阻器R6檢測(cè)流過(guò)功率MOS晶體管Ql的電流。電阻器R7 調(diào)節(jié)用于驅(qū)動(dòng)功率MOS晶體管Ql的柵極的電流。電阻器R8調(diào)節(jié)流過(guò)光耦合 器PC1的電流。
為了將普通輸出電壓調(diào)節(jié)到某一數(shù)值，按上述配置的開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控上述輸 出電壓，將輸出電壓數(shù)據(jù)反饋給用于驅(qū)動(dòng)該開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)控制電路，并且進(jìn) 行PWM控制以調(diào)節(jié)該開(kāi)關(guān)器件的脈沖寬度。(簡(jiǎn)言之，按上述配置的開(kāi)關(guān)電 源進(jìn)行負(fù)反饋控制。)
當(dāng)向負(fù)載饋送太多電流時(shí)，引起了過(guò)分供給，從而提升了輸出電壓。當(dāng)輸 出電壓上升時(shí)，用于表明過(guò)分供給的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)在反饋信號(hào)中。當(dāng)開(kāi)關(guān)控制電 路節(jié)制該電流饋送時(shí)，輸出電壓便下降了。相反，當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，按與上 述相同的流程進(jìn)行相反方向的控制以便將輸出電壓調(diào)節(jié)到某一數(shù)值。
上述方法響應(yīng)于負(fù)載電流使開(kāi)關(guān)頻率下降，該方法將反饋信號(hào)用作備選數(shù) 據(jù)，該數(shù)據(jù)指明負(fù)載電流的幅值或其增量和減量，該方法基于該備選數(shù)據(jù)改變 開(kāi)關(guān)頻率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道這樣的開(kāi)關(guān)控制電路，它們判斷負(fù)載輕重，在重 負(fù)載時(shí)進(jìn)行PWM控制(即，當(dāng)負(fù)載比某一值重時(shí))，在輕負(fù)載時(shí)進(jìn)行PFM控 制以便在輕負(fù)載時(shí)增大電功率轉(zhuǎn)換效率(參照下面的專(zhuān)利文獻(xiàn)1到3)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1所揭示的開(kāi)關(guān)控制電路將流過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管的電流或被放大的誤差信號(hào)與用于判斷負(fù)載輕重的參考值進(jìn)行比較。專(zhuān)利文獻(xiàn)2所揭示的開(kāi)關(guān)控制 電路將流過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管的電流與用于判斷負(fù)載輕重的參考值進(jìn)行比較。專(zhuān)利文 獻(xiàn)3所揭示的開(kāi)關(guān)控制電路根據(jù)流過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管的電流來(lái)估計(jì)負(fù)載輕重。圖13
和14示出了開(kāi)關(guān)控制電路的配置，它們判斷負(fù)載輕重以便進(jìn)行上述開(kāi)關(guān)控制。 圖B是常規(guī)開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電壓模式的控制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D 13，輕負(fù)載判斷部分101基于反饋信號(hào)VFB來(lái)判斷該負(fù)載是否是輕的。當(dāng)輕負(fù) 載判斷部分101判斷該負(fù)載是輕的時(shí)，輕負(fù)載判斷部分101將一高電平信號(hào)(下 文被稱(chēng)為"H-電平"或簡(jiǎn)稱(chēng)為"H")輸入到多路復(fù)用器104的選擇信號(hào)輸入 端S。當(dāng)輕負(fù)載判斷部分101判斷該負(fù)載不是輕的時(shí)，輕負(fù)載判斷部分101將 一低電平信號(hào)(下文被稱(chēng)為"L-電平"或簡(jiǎn)稱(chēng)為"L")輸入到多路復(fù)用器104 的選擇信號(hào)輸入端S。與負(fù)載輕重相對(duì)應(yīng)，輕負(fù)載判斷部分101像上述那樣控 制振蕩器102的頻率。當(dāng)來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓為高時(shí)，反饋信號(hào)VFB為低； 當(dāng)來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓為低時(shí)，反饋信號(hào)VFB為高。PWM比較器CP101 將反饋信號(hào)VFB與來(lái)自振蕩器102的振蕩信號(hào)進(jìn)行比較。來(lái)自PWM比較器 CP101的、用于表明比較結(jié)果的輸出信號(hào)被直接地和通過(guò)PFW單觸發(fā)電路103 而輸入到多路復(fù)用器104。
當(dāng)負(fù)載是輕的時(shí)，來(lái)自輕負(fù)載判斷部分101的輸出信號(hào)被設(shè)為H,并且來(lái) 自多路復(fù)用器104的輸出被設(shè)為來(lái)自PFW單觸發(fā)電路103的輸出信號(hào)。在這 種情況下，通過(guò)改變振蕩器102的振蕩頻率，進(jìn)行PFM控制。當(dāng)該負(fù)載不是 輕的時(shí)，來(lái)自多路復(fù)用器104的輸出被設(shè)為來(lái)自PWM比較器CP101的輸出信 號(hào)。在這種情況下，進(jìn)行PWM控制。來(lái)自多路復(fù)用器104的輸出通過(guò)輸出部 分105被輸出到開(kāi)關(guān)器件。
圖14是常規(guī)開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電流模式的控制。電流模式的 控制不同于電壓模式的控制，差別在于，在電流模式的控制中，來(lái)自振蕩器102 的振蕩信號(hào)被輸入到PFW單觸發(fā)電路103和單觸發(fā)電路106，而來(lái)自單觸發(fā)電 路106的輸出信號(hào)則通過(guò)觸發(fā)器FF101被輸入到多路復(fù)用器104。電流模式的 控制與電壓模式的控制相比其差別還在于，在PWM比較器CP102中將反饋信 號(hào)VFB與流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流的檢測(cè)信號(hào)VIS進(jìn)行比較，并且來(lái)自PWM比較 器CP102的輸出信號(hào)被輸入到觸發(fā)器FF101的復(fù)位端?！矊?zhuān)利文獻(xiàn)1〕未經(jīng)審査的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)2003-319645 (第12、 45到 47段，圖12和20)
〔專(zhuān)利文獻(xiàn)2)未經(jīng)審查的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)2004-96982 (第2到27段、 第56到73段，圖1、圖5到7)
(專(zhuān)利文獻(xiàn)3〕未經(jīng)審査的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)2006-149067 (第2到17段、 30、 31段，圖1、圖8到12)
因?yàn)镻WM控制是在常規(guī)開(kāi)關(guān)電源(它使PFM控制和PWM控制彼此轉(zhuǎn)換) 的啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行的，所以在開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)時(shí)過(guò)電流流過(guò)該開(kāi)關(guān)器件。因?yàn)樵谄?啟動(dòng)時(shí)來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是零，所以反饋信號(hào)VFB示出了最大值，基于 此在電壓模式中開(kāi)關(guān)器件在最大"開(kāi)"時(shí)間比例處進(jìn)行切換。因?yàn)樵陔娏髂Ｊ?中在圖14的PWM比較器CP102輸出用于使開(kāi)關(guān)器件關(guān)閉的信號(hào)之前流逝的 時(shí)間是最長(zhǎng)的(或者因?yàn)楦鶕?jù)該電源就沒(méi)有輸出用于使開(kāi)關(guān)器件關(guān)閉的信號(hào))， 所以流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流單調(diào)增大。專(zhuān)利文獻(xiàn)1到3沒(méi)有描述上述問(wèn)題，也沒(méi) 有描述解決上述問(wèn)題的對(duì)策。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1-3沒(méi)有描述如何防止短路。
基于上文，將期望提供一種開(kāi)關(guān)電源，它能幫助減小待機(jī)時(shí)的功耗。還將 期望提供一種開(kāi)關(guān)電源，它能在其啟動(dòng)時(shí)幫助防止過(guò)電流的產(chǎn)生并進(jìn)行保護(hù)以 防短路。

發(fā)明內(nèi)容
提供了根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)控制電路，其功能如下 當(dāng)從用于表明負(fù)載輕重的負(fù)載信號(hào)中判斷出該負(fù)載為輕時(shí)，進(jìn)行開(kāi)關(guān)器件 的PFM控制；
當(dāng)從用于表明負(fù)載輕重的負(fù)載信號(hào)中判斷出該負(fù)載不為輕時(shí)，進(jìn)行PWM 控制；
在PWM控制期間當(dāng)預(yù)定的條件得到滿(mǎn)足時(shí)，設(shè)置該開(kāi)關(guān)器件的最小"開(kāi)" 周期；以及
在所述最小"開(kāi)"周期流逝而過(guò)之后，當(dāng)流過(guò)所述開(kāi)關(guān)器件的電流向較高 的一側(cè)超出可允許的值時(shí)，關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)器件。有利的是，在PFM控制中，所述最小"開(kāi)"周期被設(shè)置成比所述開(kāi)關(guān)器 件的"開(kāi)"周期要短。
有利的是，上述預(yù)定的條件包括比如從負(fù)載信號(hào)中判斷出的負(fù)載輕重； 超出指定的數(shù)值(其中包括來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的短路輸出)；以及開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)。
上述開(kāi)關(guān)電源在PWM控制期間當(dāng)預(yù)定的條件得到滿(mǎn)足時(shí)就設(shè)置該開(kāi)關(guān)器
件的最小"開(kāi)"周期，并且在所述最小"開(kāi)"周期流逝而過(guò)之后當(dāng)流過(guò)所述開(kāi) 關(guān)器件的電流向較高的一側(cè)超出可允許的值時(shí)就關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)器件，由此上述 開(kāi)關(guān)電源幫助減小待機(jī)時(shí)所消耗的電功率、防止在其啟動(dòng)時(shí)引起過(guò)電流、且進(jìn) 行保護(hù)以防短路。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電壓模式 的控制。
圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理處于電壓模式
中的開(kāi)關(guān)控制電路的啟動(dòng)。
圖3是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理在過(guò)載情況下 電壓操作模式的開(kāi)關(guān)控制電路。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電流模式 的控制。
圖5是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理處于電流模式 中的開(kāi)關(guān)控制電路的啟動(dòng)。
圖6是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理在過(guò)載情況下 電流操作模式的開(kāi)關(guān)控制電路。
圖7 (A)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式用于輕負(fù)載判斷部 分的具體電路配置的電路圖，該輕負(fù)載判斷部分產(chǎn)生被饋入開(kāi)關(guān)控制電路中的 振蕩器的信號(hào)。
圖7 (B)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式用于開(kāi)關(guān)控制電路 中的電流限制值設(shè)置部分和電流判斷部分的具體電路配置的電路圖。
圖7 (C)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式在開(kāi)關(guān)控制電路中由短脈沖輸入觸發(fā)的單觸發(fā)電路的具體電路配置的電路圖。
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式處于電壓模式中的開(kāi)關(guān)控制電路 的具體配置的電路圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式處于電壓模式中的開(kāi)關(guān)控制電路的定時(shí)圖。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式處于電流模式中的開(kāi)關(guān)控制電 路的具體配置的電路圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式處于電流模式中的開(kāi)關(guān)控制電路的定時(shí)圖。
圖12是常規(guī)開(kāi)關(guān)電源的電路框圖。
圖13是常規(guī)開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電壓模式的控制。 圖14是常規(guī)開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電流模式的控制。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電壓模式 的控制。圖1示出了用于電壓模式的完整電路配置。圖l所示開(kāi)關(guān)控制電路包 括定時(shí)器1，當(dāng)向其輸入啟動(dòng)信號(hào)時(shí)就開(kāi)始計(jì)數(shù)；過(guò)載判斷部分2，反饋信 號(hào)VFB被輸入到該過(guò)載判斷部分2;以及輕負(fù)載判斷部分3，反饋信號(hào)VFB被 輸入到該輕負(fù)載判斷部分3。來(lái)自輕負(fù)載判斷部分3的輸出信號(hào)被輸入到振蕩 器4。在PWM比較器CP1中，將來(lái)自振蕩器4的振蕩信號(hào)VOSC與反饋信號(hào) VFB進(jìn)行比較。來(lái)自比較器CP1的輸出信號(hào)VPWM被輸入到多路復(fù)用器5(通 過(guò)門(mén)AG2和OG2)。按與圖13所示配置相同的方式，由輸出部分6的輸出信 號(hào)VOUT來(lái)控制開(kāi)關(guān)器件(功率MOS晶體管)。
來(lái)自PWM比較器CP1的輸出信號(hào)VPWM也被輸入到PFM單觸發(fā)電路7 和PWM單觸發(fā)電路8。來(lái)自PFM單觸發(fā)電路7的輸出信號(hào)被輸入到多路復(fù)用 器5。來(lái)自PWM單觸發(fā)電路8的輸出信號(hào)被輸入到多路復(fù)用器5 (通過(guò)門(mén)AG1 禾口 OG2)。門(mén)AG1和AG2是與門(mén)。門(mén)OG1和OG2是或門(mén)。
流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流的檢測(cè)信號(hào)VIS可以是功率MOS晶體管的源極端和接地(GND)端之間所連接的電流檢測(cè)電阻器上所產(chǎn)生的電壓；電流互感器 的輸出；或者電流互感器的電感器上的電壓。在用于構(gòu)成電流判斷部分的比較 器CP2中，將檢測(cè)信號(hào)VIS與電流限制值設(shè)置部分9的設(shè)定值進(jìn)行比較。來(lái)自 比較器CP2的輸出作為復(fù)位信號(hào)被輸出到觸發(fā)器FF1。來(lái)自觸發(fā)器FF1的啟動(dòng) 信號(hào)Venable被輸入到與門(mén)AG2。來(lái)自與門(mén)AG2的輸出信號(hào)Vlogic被輸入到 或門(mén)OG2。
圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理處于電壓模式 中的開(kāi)關(guān)控制電路的啟動(dòng)。在啟動(dòng)電壓模式時(shí)，定時(shí)器1和輕負(fù)載判斷部分3 開(kāi)始工作。在啟動(dòng)電壓控制模式時(shí)，圖l所示的過(guò)載判斷部分2是不需要的。
圖3是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理在過(guò)載情況下 電壓操作模式的開(kāi)關(guān)控制電路。在過(guò)載情況下，過(guò)載判斷部分2和輕負(fù)載判斷 部分3開(kāi)始工作。在過(guò)載情況下，圖l所示的定時(shí)器l是不需要的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)控制電路的框圖，它進(jìn)行電流模式 的控制。圖4示出了用于電流模式的完整電路配置。如下文所述，圖4所示用 于電流模式的電路配置不同于圖l所示用于電壓模式的電路配置。在用于電流 模式的電路配置中，在PWM比較器PC3中將反饋信號(hào)VFB與流過(guò)開(kāi)關(guān)器件 的電流的電流檢測(cè)信號(hào)VIS進(jìn)行比較，并且來(lái)自PWM比較器PC3的輸出 Vdisable2作為復(fù)位信號(hào)被輸入到觸發(fā)器FF2。來(lái)自振蕩器4的振蕩信號(hào)被輸入 到PFM單觸發(fā)電路7、 PWM單觸發(fā)電路8和單觸發(fā)電路10。通過(guò)觸發(fā)器FF2， 來(lái)自單觸發(fā)電路10的輸出信號(hào)被輸入到與門(mén)AG2。上文沒(méi)有描述的其它配置 都與圖1中的相應(yīng)配置一樣。
圖5是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理處于電流模式 中的開(kāi)關(guān)控制電路的啟動(dòng)。在啟動(dòng)電流模式時(shí)，定時(shí)器1和輕負(fù)載判斷部分3 開(kāi)始工作。在啟動(dòng)電流模式時(shí)，圖4所示的過(guò)載判斷部分2是不需要的。
圖6是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的電路配置的框圖，它處理在過(guò)載情況下 電流操作模式的開(kāi)關(guān)控制電路。在過(guò)載情況下，過(guò)載判斷部分2和輕負(fù)載判斷 部分3開(kāi)始工作。在過(guò)載情況下，圖4所示的定時(shí)器1是不需要的。
圖7 (A)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式用于輕負(fù)載判斷部 分3的具體電路配置的電路圖，該輕負(fù)載判斷部分3產(chǎn)生被饋入開(kāi)關(guān)控制電路中的振蕩器的信號(hào)。(通過(guò)在比較器中將反饋信號(hào)VFB與參考電壓進(jìn)行比較，
便產(chǎn)生了被饋入多路復(fù)用器5的信號(hào)。)圖7 (B)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一 和第二實(shí)施方式用于開(kāi)關(guān)控制電路中的電流限制值設(shè)置部分9和電流判斷部分 的具體電路配置的電路圖。圖7 (C)是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式在開(kāi) 關(guān)控制電路中由短脈沖輸入觸發(fā)的單觸發(fā)電路10的具體電路配置的電路圖。
圖7 (A)所示輕負(fù)載判斷部分3的電路配置在運(yùn)算放大器10、參考電壓 Vl和電阻器Rll、 R12的作用下，將反饋信號(hào)VFB轉(zhuǎn)換成適于振蕩器4的輸 入電壓。反饋信號(hào)VFB被轉(zhuǎn)換成信號(hào)V1+(VFB - V1)XR12/R11。電流限制值 設(shè)置部分9和電流判斷部分由比較器CP2構(gòu)成，該比較器CP2將流過(guò)開(kāi)關(guān)器件 的電流的檢測(cè)信號(hào)VIS與參考電壓VTH4進(jìn)行比較。圖1所示的PWM比較器 CP1通過(guò)將來(lái)自振蕩器4的振蕩信號(hào)VOSC與反饋信號(hào)VFB進(jìn)行比較從而來(lái) 設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖的"開(kāi)"寬度，并且將PWM脈沖輸出到控 制邏輯。該控制邏輯決定該脈沖最終從下列之中輸出PWM比較器CP1的輸 出；電流判斷部分中的比較結(jié)果；來(lái)自定時(shí)器l的輸出信號(hào)；來(lái)自過(guò)載判斷部 分2的輸出信號(hào)；以及來(lái)自輕負(fù)載判斷部分3的輸出信號(hào)。該控制邏輯將所決 定的脈沖輸出給輸出部分6，該輸出部分6是輸出端(下文中被稱(chēng)為"輸出端") 的緩沖區(qū)。不受基于反饋信號(hào)的負(fù)反饋的影響，從電流判斷部分中輸出啟動(dòng)信 號(hào)Venable，以決定PWM脈沖寬度從而保護(hù)開(kāi)關(guān)器件和此類(lèi)構(gòu)成部件。
圖7 (C)所示單觸發(fā)電路IO是由一個(gè)由觸發(fā)信號(hào)VTRG來(lái)觸發(fā)的電路構(gòu) 成的，該電路產(chǎn)生具有一定時(shí)間寬度(時(shí)間常數(shù))的脈沖信號(hào)。單觸發(fā)電路IO 響應(yīng)于輸入的觸發(fā)信號(hào)VTRG (低電平短脈沖)而輸出一個(gè)高電平信號(hào)，在上 述時(shí)間常數(shù)流逝而過(guò)之后單觸發(fā)電路10輸出一個(gè)低電平信號(hào)。圖4到6中的 觸發(fā)器FF2保持來(lái)自單觸發(fā)電路10的低電平輸出，直到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)VTRG 被輸入到單觸發(fā)電路10。在圖7 (C)中，示出了電流源IS1、反相器INV1、 INV2、電容器10、 N溝道MOS晶體管NM1以及P溝道晶體管PM1到PM3。 為了使輸入到單觸發(fā)電路的觸發(fā)器邏輯反轉(zhuǎn)，反相器INV1可以省略?；蛘?， 在反相器INV1的前一級(jí)或后一級(jí)中，可以多設(shè)置一個(gè)反相器。當(dāng)反相器INV1 被省略時(shí)或者當(dāng)再添加一個(gè)反相器時(shí)，上述觸發(fā)器信號(hào)是高電平的短脈沖。
或者，單觸發(fā)電路10可以被配置成這樣一種形式，即一種由輸入信號(hào)的電平變化來(lái)觸發(fā)的電路。由輸入信號(hào)電平變化來(lái)觸發(fā)的單觸發(fā)電路是由一種微 分電路(向其輸入輸入信號(hào))和時(shí)間常數(shù)電路來(lái)配置的。如有必要，整形電路 被插放在上述微分電路和時(shí)間常數(shù)電路之間，使得來(lái)自微分電路的輸出被整形 并且來(lái)自整形電路的經(jīng)整形的輸出被輸入到上述時(shí)間常數(shù)電路。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在情況需要的情況下，選擇脈沖輸入型的單觸發(fā)
電路或電平輸入型的單觸發(fā)電路。例如，圖1中的PFM單觸發(fā)電路7和PFM 單觸發(fā)電路8都是電平輸入型。相反，圖4中的PFM單觸發(fā)電路7、 PFM單觸 發(fā)電路8和單觸發(fā)電路IO都是脈沖輸入型。(本發(fā)明可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)控制電路， 其中單觸發(fā)電路的類(lèi)型不同于上述那些。)
輸入到定時(shí)器1的啟動(dòng)信號(hào)是來(lái)自?xún)?nèi)部電源的欠電壓閉鎖電路(UVLO) 的輸出、電源"開(kāi)"復(fù)位信號(hào)以及在IC啟動(dòng)和停止時(shí)反轉(zhuǎn)的信號(hào)。定時(shí)器1 只延遲上升沿，但不延遲下降沿。因此，高電平信號(hào)出現(xiàn)在定時(shí)器l在此時(shí)間 點(diǎn)的輸出中，從此時(shí)間點(diǎn)起延遲一段定時(shí)器1中所設(shè)置的延遲時(shí)間，此時(shí)用于 表明IC啟動(dòng)的啟動(dòng)信號(hào)變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)。相反，在IC停止時(shí)上述啟動(dòng)信號(hào)變 為低電平信號(hào)，而定時(shí)器1的輸出則同時(shí)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。
當(dāng)從用于表明開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載輕重的負(fù)載信號(hào)中判斷出該負(fù)載為輕時(shí)，按 上述配置的開(kāi)關(guān)控制電路就進(jìn)行PFM控制。當(dāng)判斷出該負(fù)載不為輕時(shí)，按上 述配置的開(kāi)關(guān)控制電路就進(jìn)行PWM控制。當(dāng)PWM控制期間滿(mǎn)足某一條件時(shí)， 來(lái)自或門(mén)0G1的輸出被設(shè)置為高電平，使得開(kāi)關(guān)器件的最小"開(kāi)"周期可以被 設(shè)定，其中通過(guò)輸出脈沖使該開(kāi)關(guān)器件起作用，該輸出脈沖是從PWM單觸發(fā) 電路8中輸出的并且使該脈沖經(jīng)過(guò)與門(mén)AG1。在上述最小"開(kāi)"周期流逝而過(guò) 之后當(dāng)流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流向較高一側(cè)超過(guò)可允許的數(shù)值時(shí)，信號(hào)Venable被 設(shè)為低電平并且該開(kāi)關(guān)器件被關(guān)閉。在PWM控制中的開(kāi)關(guān)器件的最小"開(kāi)" 周期比在PFM控制中的開(kāi)關(guān)器件的最小"開(kāi)"周期要短。其原因?qū)⒃谙挛闹?進(jìn)行說(shuō)明。上述預(yù)定的條件包括比如從負(fù)載信號(hào)中判斷出的負(fù)載輕重；超出 指定的數(shù)值(其中包括來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的短路輸出)；以及開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)。
上述最小"開(kāi)"周期被設(shè)定，以便不完全中斷來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的輸出而是將 最小電功率饋送到上述負(fù)載，即使是在上述預(yù)定條件得到滿(mǎn)足的時(shí)候(在非正 常狀態(tài)中)。當(dāng)最小"開(kāi)"周期太長(zhǎng)時(shí)，防止引起過(guò)電流的效果被減弱了。為了在上述預(yù)定條件得到滿(mǎn)足時(shí)(在非正常狀態(tài)中)增強(qiáng)對(duì)抗過(guò)電流的保護(hù)效果， 有必要將上述最小"開(kāi)"周期設(shè)為最短但也必須有需要的那么長(zhǎng)。在輕負(fù)載區(qū) 域中，使用PFM控制。為了減小在輕負(fù)載情況下的開(kāi)關(guān)損耗，通常使開(kāi)關(guān)頻
率下降到相對(duì)較低。與此相應(yīng)，處于PFM控制中的開(kāi)關(guān)器件的"開(kāi)"周期長(zhǎng)
到一定的程度。進(jìn)一步延長(zhǎng)"開(kāi)"周期，以減小待機(jī)時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗。當(dāng)上述最
小"開(kāi)"周期等于或長(zhǎng)于處于PFM控制中的開(kāi)關(guān)器件的上述"開(kāi)"周期時(shí)， 防止引起過(guò)電流的效果是不可期望的。
例如，上述負(fù)載信號(hào)是通過(guò)放大誤差信號(hào)放大器的輸出而獲得的經(jīng)放大的 誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)放大器用于檢測(cè)在開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓的檢測(cè)值與第一 參考值之間的差值。或者，上述負(fù)載信號(hào)是通過(guò)檢測(cè)流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流而獲 得的檢測(cè)信號(hào)。將上述負(fù)載信號(hào)與第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，以判斷該負(fù)載是否 比較輕。在上述負(fù)載信號(hào)與第二參考信號(hào)之間有一定的滯后現(xiàn)象的情況下，將 上述負(fù)載信號(hào)與第二參考信號(hào)進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，當(dāng)在PWM控制期間預(yù)定的條件得到滿(mǎn)足時(shí)開(kāi)關(guān) 器件的最小"開(kāi)"周期被設(shè)定，并且在上述最小"開(kāi)"周期流逝而過(guò)之后當(dāng)流 過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流向更高一側(cè)超過(guò)可允許的值時(shí)就關(guān)閉上述開(kāi)關(guān)器件。因此， 減小了待機(jī)時(shí)所消耗的電功率，防止了在該開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)引起過(guò)電流，且促 進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)的保護(hù)以防短路。
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式處于電壓模式中的開(kāi)關(guān)控制電路 的具體配置的電路圖。在圖8中，示出了具有三個(gè)輸入端的運(yùn)算放大器OPll， 參考電壓VTH1被輸入其中；比較器CP12，參考電壓VTH2被輸入其中以便 于比較；比較器CP13，參考電壓VTH3被輸入其中以便于比較；觸發(fā)器FF11; P溝道MOS晶體管PM11到PM14; N溝道MOS晶體管NM11到NM13;比 較器CP11;以及邏輯電路ll、 12。
在確定振蕩器部分中的開(kāi)關(guān)脈沖頻率的過(guò)程中，通過(guò)用于接收輕負(fù)載判斷 部分的輸出信號(hào)VFB一M的運(yùn)算放大器OP11的輸出信號(hào)(即運(yùn)算放大器OP11 的輸出)，來(lái)設(shè)定流過(guò)比較器CP11輸出側(cè)的電阻器13的電流。具有三個(gè)輸入 端的運(yùn)算放大器OPll發(fā)揮功效，就好像其反相輸入端與其非反相輸入端假想 短路那樣，其中兩個(gè)輸入信號(hào)(來(lái)自輕負(fù)載判斷部分的輸出信號(hào)VFB M以及參考電壓VTH1)中較低的那一個(gè)被輸入到上述反相輸入端。通過(guò)上述操作，
流過(guò)電阻器13的電流由參考電壓VTH1或由反饋信號(hào)VFB—M來(lái)決定。通過(guò)包 括MOS晶體管的電流鏡電路，流過(guò)電阻器13的電流被轉(zhuǎn)換成電容器Cll的放 電電流。參考電壓VTH2和VTH3設(shè)置振蕩波形的谷和峰，并且比較器CP12 和CP13監(jiān)控電容器C11的電壓以改變電容器Cll的充電和放電。
振蕩器輸出VOSC具有電容器Cll上的電壓的波形。振蕩器輸出VOSC2 具有方波波形，用于表明電容器Cll的充電或放電。圖8所示的電路配置包括 運(yùn)算放大器OPll，該運(yùn)算放大器OP11被配置成使得運(yùn)算放大器OP10的輸出 VFB—M與參考電壓VTH1這兩者中較低的那一個(gè)被加到電阻器13上，正如上 文所描述的那樣。在開(kāi)關(guān)控制電路的這一部分中，振蕩頻率響應(yīng)于反饋信號(hào) VFB而改變。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式處于電壓模式中的開(kāi)關(guān)控制電路的定時(shí)
圖。在圖9中，描述了下列信號(hào)的波形反饋信號(hào)VFB;振蕩器輸出VOSC;
比較器CP1的輸出VPWM;參考電壓VTH4;流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流的檢測(cè)信號(hào) VIS;啟動(dòng)信號(hào)Venable;以及輸出信號(hào)VOUTa。如圖9所描述的那樣，在啟 動(dòng)時(shí)開(kāi)關(guān)電源工作在PWM模式中，并且反饋信號(hào)VFB從中途增大從而表明該 負(fù)載正在變得越來(lái)越重。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)VIS到達(dá)圖9所描述的最終階段的參考電 壓VTH4并且觸發(fā)器被復(fù)位時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)Venable以及與門(mén)AG2的輸出分別被 設(shè)為低電平。被分別設(shè)為低電平的啟動(dòng)信號(hào)Venable以及與門(mén)AG2的輸出使輸 出信號(hào)VOUTa呈關(guān)閉狀態(tài)(將輸出信號(hào)VOUTa設(shè)為低電平)。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式處于電流模式中的開(kāi)關(guān)控制電 路的具體配置的電路圖。在圖10中，示出了觸發(fā)器FF12。圖ll是根據(jù)本發(fā)朋 第四實(shí)施方式處于電流模式中的開(kāi)關(guān)控制電路的定時(shí)圖。圖11描述了通常工 作情況下的各種波形，但圖11沒(méi)有像圖9那樣描述當(dāng)檢測(cè)信號(hào)VIS到達(dá)參考 電壓VTH4時(shí)所進(jìn)行的各種操作期間的各種波形。圖11中描述了振蕩器輸
出VOSC;單觸發(fā)電路10的輸出信號(hào)；反饋信號(hào)VFB;流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流
的檢測(cè)信號(hào)VIS;比較器CP3的輸出信號(hào)Vdisable;以及輸出信號(hào)VOUTb。圖 10中的單觸發(fā)電路IO也為圖4中的PWM單觸發(fā)電路8工作。
輸出信號(hào)VOUTa禾口 VOUTb分別對(duì)應(yīng)于圖1所示或門(mén)OG2的輸出和圖4所示與門(mén)AG2的輸出。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)電源，包括開(kāi)關(guān)控制電路，當(dāng)從用于表明負(fù)載輕重的負(fù)載信號(hào)中判斷出所述負(fù)載比較輕時(shí)，所述開(kāi)關(guān)控制電路進(jìn)行開(kāi)關(guān)器件的PFM控制；當(dāng)從所述負(fù)載信號(hào)中判斷出所述負(fù)載并非比較輕時(shí)，所述開(kāi)關(guān)控制電路進(jìn)行PWM控制；當(dāng)在所述PWM控制期間滿(mǎn)足預(yù)定的條件時(shí)，所述開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)置所述開(kāi)關(guān)器件的最小“開(kāi)”周期；以及在所述最小“開(kāi)”周期流逝而過(guò)之后，當(dāng)流過(guò)所述開(kāi)關(guān)器件的電流向更高的一側(cè)超過(guò)可允許的數(shù)值時(shí)，所述開(kāi)關(guān)控制電路關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)器件。
2. 如權(quán)利要求l所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，在所述PFM控制中，所述最 小"開(kāi)"周期比所述開(kāi)關(guān)器件的"開(kāi)"周期要短。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，所述預(yù)定的條件包括 從所述負(fù)載信號(hào)中判斷出的負(fù)載輕重；以及向更重的那一側(cè)超出指定的數(shù)值。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，所述預(yù)定的條件包括 所述開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)。
5. 如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，所述負(fù)載信號(hào) 包括用于表明所述開(kāi)關(guān)器件的輸出電壓的檢測(cè)值與第一參考值之間的差異的誤差 信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，所述負(fù)載信號(hào) 包括用于表明流過(guò)所述開(kāi)關(guān)器件的檢測(cè)電流的檢測(cè)信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，在所述負(fù)載信 號(hào)與所述第二參考值之間設(shè)有一定的滯后現(xiàn)象的情況下，將所述負(fù)載信號(hào)與第二參 考值進(jìn)行比較，由此判斷所述負(fù)載是否比較輕。全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源幫助減小待機(jī)時(shí)所消耗的電功率，防止開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)引起過(guò)電流，并進(jìn)行防止短路的保護(hù)，所述開(kāi)關(guān)電源包括開(kāi)關(guān)控制電路，其功能如下當(dāng)其輕負(fù)載判斷部分3基于反饋信號(hào)判斷出該負(fù)載比較輕時(shí)，就進(jìn)行PFM控制；當(dāng)其輕負(fù)載判斷部分3基于反饋信號(hào)判斷出該負(fù)載并非比較輕時(shí)，就進(jìn)行PWM控制；當(dāng)進(jìn)行PWM控制期間滿(mǎn)足預(yù)定的條件時(shí)，設(shè)定開(kāi)關(guān)器件的最小“開(kāi)”周期，使得PWM控制期間的最小“開(kāi)”周期比PFW控制期間開(kāi)關(guān)器件的“開(kāi)”周期要短；以及在最小“開(kāi)”周期流逝而過(guò)之后，當(dāng)流過(guò)所述開(kāi)關(guān)器件的電流向更高的一側(cè)超過(guò)可允許的數(shù)值時(shí)，關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)器件。
文檔編號(hào)H02M1/32GK101286701SQ200810005418
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
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