一種開關(guān)模式電源及其頻率控制方法和控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SMPS及其相應(yīng)的頻率控制方法和控制電路。SMPS包括：開關(guān)，具有控制端；輸出端，提供輸出電壓為負(fù)載供電并提供表征輸出電壓的電壓反饋信號和表征輸出電流的電流反饋信號；導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路，具有輸入端和輸出端，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸入端接收電流反饋信號，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸出端提供表征時間長度的時間信號；以及PWM信號發(fā)生電路，其中PWM信號發(fā)生電路的第一輸入端接收電壓反饋信號，PWM信號發(fā)生電路的第二輸入端接收時間信號，PWM信號發(fā)生電路的輸出端耦接開關(guān)的控制端。該SMPS克服了頻率隨著負(fù)載升高而升高的缺陷，具有較低的損耗和較高的效率等優(yōu)點。
【專利說明】一種開關(guān)模式電源及其頻率控制方法和控制電路
[0001]本發(fā)明申請要求申請案號為13 / 668，163，申請日為2012年11月2日的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源，具體地但不限于涉及恒定導(dǎo)通時間電壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0003]在一個恒定導(dǎo)通時間(COT)電壓變換器中，當(dāng)一個預(yù)定條件被檢測到時一開關(guān)導(dǎo)通。然后，該開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)被維持一預(yù)定的時間長度。在該時間長度的終點將該開關(guān)關(guān)斷。當(dāng)預(yù)定條件被再次檢測到時開關(guān)再次被導(dǎo)通。在電壓變換器的負(fù)載上升時，當(dāng)開關(guān)被關(guān)斷時，輸出電壓的下降速度更快，預(yù)定條件更早到達(dá)，相應(yīng)地開關(guān)頻率將升高。圖1示出了在一個COT電壓變換器中在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下開關(guān)頻率和負(fù)載之間的關(guān)系圖。可見，當(dāng)COT電壓變換器的負(fù)載升高時，也就是輸出電流升高時，開關(guān)頻率也升高了。不斷升高的開關(guān)頻率將導(dǎo)致高的功率損耗。
[0004]因此，需要有一個改進(jìn)的方法用于克服上述的至少部分缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本發(fā)明提出一種開關(guān)模式電源(SMPS)及其相應(yīng)的頻率控制方法和控制電路。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種SMPS用于為負(fù)載供電，SMPS包括:開關(guān),具有控制端；輸出端，提供輸出電壓為負(fù)載供電，其中輸出電壓通過控制開關(guān)的開關(guān)動作進(jìn)行調(diào)節(jié)，SMPS的輸出端進(jìn)一步提供表征輸出電壓的電壓反饋信號和表征流過負(fù)載的輸出電流的電流反饋信號；導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路，具有輸入端和輸出端，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸入端接收電流反饋信號，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸出端提供表征時間長度的時間信號；以及脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生電路，具有第一輸入端，第二輸入端和輸出端，其中PWM信號發(fā)生電路的第一輸入端接收電壓反饋信號，PWM信號發(fā)生電路的第二輸入端接收時間信號，PWM信號發(fā)生電路的輸出端提供PWM信號，其中PWM信號耦接開關(guān)的控制端，當(dāng)電壓反饋信號低于一參考電壓時PWM信號將開關(guān)導(dǎo)通,在經(jīng)過時間信號表征的時間長度后PWM信號將開關(guān)關(guān)斷。在一個實施例中，輸出電流被劃分成多個負(fù)載等級，每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度，其中具有較高輸出電流的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。在一個實施例中，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路包括:多個比較電路，將電流反饋信號和多個參考信號一一對應(yīng)比較，輸出多個負(fù)載指示信號；以及計時器，具有多個輸入端和輸出端，其中計時器的多個輸入端接收多個負(fù)載指示信號和PWM信號，計時器的輸出端基于多個負(fù)載指示信號和PWM信號提供時間信號。在一個實施例中，當(dāng)PWM信號變?yōu)檫壿嫺唠娖綍r，時間信號變?yōu)檫壿嫷碗娖?，?jīng)過時間長度后時間信號變?yōu)檫壿嫺唠娖剑渲袝r間長度基于所述多個負(fù)載指示信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一個實施例中，當(dāng)有效狀態(tài)的負(fù)載指示信號增多時，時間信號表示的時間長度增大，其中當(dāng)電流反饋信號高于對應(yīng)的參考信號時，對應(yīng)的負(fù)載指示信號為有效狀態(tài)。在一個實施例中，參考信號呈等差數(shù)列，且對應(yīng)的時間長度亦呈等差數(shù)列。在一個實施例中，計時器進(jìn)一步包括:第二輸入端，耦接SMPS的輸入電壓；以及第三輸入端，耦接電壓反饋信號。在一個實施例中，SMPS包括降壓變換器，其中開關(guān)為高位開關(guān)。在一個實施例中，開關(guān)包括N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。在一個實施例中，PWM信號發(fā)生電路包括:t匕較電路，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接參考電壓，反相輸入端耦接電壓反饋信號，比較電路的輸出端提供比較信號；以及觸發(fā)電路，具有置位輸入端、復(fù)位輸入端和第一輸出端，其中置位輸入端接收比較信號，復(fù)位輸入端接收時間信號，觸發(fā)電路的第一輸出端提供PWM信號。在一個實施例中，SMPS進(jìn)一步包括耦接在開關(guān)和參考地之間的同步整流管，其中觸發(fā)電路進(jìn)一步具有耦接同步整流管控制端的第二輸出端。在一個實施例中，時間長度受電流反饋信號調(diào)節(jié)且PWM信號的頻率被限制在一預(yù)定范圍內(nèi)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于恒定導(dǎo)通時間電壓變換器的頻率控制方法，其中電壓變換器包括開關(guān)，該方法包括:檢測電壓變換器的輸出電流；根據(jù)輸出電流判斷負(fù)載水平；根據(jù)一反饋信號將電壓變換器的開關(guān)導(dǎo)通；以及在時間長度后將開關(guān)關(guān)斷；其中時間長度基于電壓變換器的負(fù)載水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一個實施例中，輸出電流被劃分成多個負(fù)載等級，每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度，較高的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。在一個實施例中，檢測輸出電流和判斷負(fù)載水平包括:獲得流過負(fù)載的電流的電流反饋信號，該負(fù)載由電壓變換器供電；將電流反饋信號和多個參考信號進(jìn)行比較獲得多個比較結(jié)果；以及根據(jù)所述多個比較結(jié)果判斷負(fù)載水平。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種控制電路包括:導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路，具有輸入端和輸出端，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸入端接收表征電壓變換器輸出電流的電流反饋信號，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸出端提供表示時間長度的時間信號，其中時間長度基于輸出電流反饋信號調(diào)節(jié)；以及PWM信號發(fā)生電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中PWM信號發(fā)生電路的第一輸入端稱接電壓變換器的輸出電壓,PWM信號發(fā)生電路的第二輸入端接收時間信號，PWM信號發(fā)生電路的輸出端提供PWM信號，其中當(dāng)輸出電壓低于參考電壓時PWM信號置為高電平，經(jīng)過時間長度后PWM信號設(shè)為低電平。在一個實施例中，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路包括:多個比較電路，將電流反饋信號和多個參考信號一一比較輸出多個負(fù)載指示信號；以及計時器，具有多個輸入端和一個輸出端，其中計時器的多個輸入端接收多個負(fù)載指示信號和PWM信號，計時器的輸出端提供時間信號。在一個實施例中，當(dāng)PWM信號變?yōu)楦唠娖綍r，時間信號變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過時間長度后時間信號變?yōu)楦唠娖?，時間長度基于多個負(fù)載指示信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例所提供的開關(guān)模式電源及其相應(yīng)的頻率控制方法和控制電路，克服了頻率隨著負(fù)載升高而不斷升高的缺陷，具有較低的損耗和較高的效率等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述。通常，附圖僅不出了實施例中系統(tǒng)或電路的一部分。
[0011]圖1示出了一個現(xiàn)有技術(shù)的COT電壓變換器中在CCM模式下的開關(guān)頻率和負(fù)載大小的關(guān)系不意圖；[0012]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的帶COT控制的SMPS，其中開關(guān)頻率根據(jù)不同的負(fù)載水平進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0013]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的信號波形圖，用于闡述在一 COT電壓變換器中的開關(guān)頻率控制方法；
[0014]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的COT電壓變換器中CCM模式下表示開關(guān)頻率和負(fù)載大小關(guān)系的示意圖；
[0015]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路；
[0016]圖6不出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的表征圖2中SMPS的信號的波形不意圖；
[0017]圖7不出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的表征圖2中SMPS和圖5中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的信號的波形示意圖；
[0018]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的方法流程圖。
[0019]貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件或特征。
【具體實施方式】
[0020]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本發(fā)明，描述了大量的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。為了清晰明了地闡述本發(fā)明，本文簡化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述。此外，在一些實施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實施例中不再贅述。盡管本發(fā)明的各項術(shù)語是結(jié)合具體的示范實施例來一一描述的，但這些術(shù)語不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實施方式。
[0021]在一個采用COT控制的SMPS實施例中，用于COT控制的導(dǎo)通時間長度可根據(jù)負(fù)載大小即輸出電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。在負(fù)載水平的全程范圍內(nèi)，負(fù)載或輸出電流被分割成多個不同的負(fù)載區(qū)間，每個負(fù)載區(qū)間也稱負(fù)載等級對應(yīng)一特定的導(dǎo)通時間長度。一個較高的負(fù)載對應(yīng)較長的導(dǎo)通時間長度。
[0022]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的帶COT控制的SMPS200，其中開關(guān)頻率根據(jù)不同的負(fù)載水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。SMPS200包括高位開關(guān)21，提供輸出電壓的輸出端0UT，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22和脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生電路23。SMPS200包括一降壓電壓變換器。降壓變換器包括耦接在輸入電壓Vin和端點211的開關(guān)21，耦接在端點211和參考地GND之間的整流管25，耦接在端點211和輸出端OUT之間的電感26以及耦接在輸出端OUT和參考地GND之間的輸出電容27。在PWM信號發(fā)生電路23產(chǎn)生的信號PWMl的控制下，開關(guān)21進(jìn)行開關(guān)動作，并在端點211產(chǎn)生信號V211。信號V211的波形和信號PWMl相似。在一個實施例中，開關(guān)21為一個N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(NM0SFET)。在電感26和輸出電容27的濾波下，降壓電壓變換器在輸出端OUT產(chǎn)生輸出電壓Vout。當(dāng)電感26和輸出電容27為理想器件時，輸出電壓Vout為一標(biāo)準(zhǔn)直流(DC)信號。
[0023]繼續(xù)圖2的說明，在其它實施例中，SMPS200可具有其它的拓?fù)?，如升?Boost)電壓變換器，降壓-升壓(Buck-Boost)電壓變換器，反激式(Fly-back)電壓變換器，或可進(jìn)行COT控制的其它開關(guān)模式電源。圖2中的整流管25為同步整流管，其中整流管25的控制端受PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生的信號PWM2控制。通常，控制整流管25的信號PWM2和控制開關(guān)21的信號PWMl為互補信號。然而，在其它的實施例中，整流管25可為非同步整流管，如二極管，相應(yīng)地，信號PWM2不再需要。
[0024]繼續(xù)圖2的說明，輸出電壓Vout在開關(guān)21的開關(guān)動作下進(jìn)行調(diào)節(jié)，更具體地，輸出電壓Vout受控制信號PWMI的占空比控制。占空比為開關(guān)21的導(dǎo)通時間占一個周期的比例。在工作中，輸出端OUT耦接至負(fù)載，使得輸出電流流過負(fù)載。輸出端OUT進(jìn)一步提供表征輸出電壓的電壓反饋信號FB以及表征流過負(fù)載的電流的電流反饋信號Ιο。電壓反饋信號FB通過電壓反饋電路得到。在圖示的實施例中，反饋電路包括由電阻241和242組成的電阻分壓器，電壓反饋信號FB以一比例正比于輸出電壓，其中該比例由電阻241和242決定。在另一個實施例中，反饋電路可具有其它結(jié)構(gòu)。電流反饋信號1可通過電流反饋電路得到。導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22具有輸入端221和輸出端222，其中輸入端221耦接電流反饋信號Ιο。輸出端222耦接PWM信號發(fā)生電路23。輸出端222提供表征時間長度的時間信號0T。由時間信號OT表征的時間長度受電流反饋信號1調(diào)節(jié)。在一個實施例中，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22進(jìn)一步具有耦接至輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的多個輸入端，其中時間信號OT表征的時間長度在每個周期受輸入電壓Vin和輸出電壓Vout調(diào)制。在一個實施例中，電流反饋信號在整個范圍內(nèi)被分成多個區(qū)間，每個區(qū)間對應(yīng)特定的導(dǎo)通時間長度。較高的輸出電流或電流反饋信號對應(yīng)較長的時間長度。PWM信號發(fā)生電路23具有第一輸入端233、第二輸入端234、第一輸出端235和第二輸出端236。其中第一輸入端233耦接電壓反饋信號FB，第二輸入端234耦接導(dǎo)通時間信號0T，第一輸出端235提供耦接至開關(guān)21控制端的PWM信號PWMl。當(dāng)電壓反饋信號低于參考電壓VREF時，信號PWMl置高用于使開關(guān)21導(dǎo)通。經(jīng)過由時間信號OT表征的時間長度后，信號OT置高，同時信號PWMl轉(zhuǎn)換成低電平，從而關(guān)斷開關(guān)21。在另一個實施例中，電壓反饋信號FB隨著輸出電壓的降低而升高，且當(dāng)電壓反饋信號高于一參考電壓時信號PWMl將開關(guān)21導(dǎo)通。
[0025]PWM信號發(fā)生電路23包括比較電路231和RS觸發(fā)電路232。比較電路231具有耦接電壓反饋信號FB的反相輸入端，耦接參考電壓VREF的同相端以及提供比較信號ST的輸出端。比較電路231將電壓反饋信號FB和參考電壓VREF進(jìn)行比較，并當(dāng)電壓反饋信號FB低于參考電壓VREF時輸出高電平的比較信號。RS觸發(fā)電路232具有接收信號ST的置位輸入端S，耦接導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22輸出端222的復(fù)位輸入端R，耦接開關(guān)21控制端211的第一輸出端Q以及耦接同步整流管25控制端251的第二輸出端/ Q。SMPS200可進(jìn)一步包括第一驅(qū)動電路和第二驅(qū)動電路，其中第一驅(qū)動電路耦接在RS觸發(fā)電路232的第一輸出端Q和開關(guān)21的控制端211之間，第二驅(qū)動電路耦接在RS觸發(fā)電路232的第二輸出端/ Q和同步整流管25的控制端251之間。在一個實施例中，SMPS200使用二極管作為整流管25，PWM信號發(fā)生電路25僅輸出耦接至開關(guān)21控制端211的PWM信號。
[0026]在一個實施例中，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22和PWM信號發(fā)生電路23集成在一個半導(dǎo)體襯底上形成控制芯片。
[0027]圖3示出了多個信號的波形圖，用于闡述根據(jù)本發(fā)明一實施例的一種COT控制方法。信號31表根據(jù)傳統(tǒng)COT控制在低負(fù)載穩(wěn)態(tài)狀況下產(chǎn)生的PWM信號。信號32表在負(fù)載上升狀況下根據(jù)傳統(tǒng)COT控制產(chǎn)生的PWM信號。信號33表不根據(jù)本發(fā)明一實施例的在負(fù)載上升狀況下SMPS200中COT控制產(chǎn)生的PWM信號PWMl。信號34表示在CCM模式下根據(jù)PWM信號31產(chǎn)生的輸出電壓的電壓反饋信號FB。信號35表示在CCM模式負(fù)載上升條件下根據(jù)PWM信號32產(chǎn)生的電壓反饋信號FB。信號36表示在CCM模式下根據(jù)PWM信號33產(chǎn)生的電壓反饋信號FB。
[0028]首先參看在穩(wěn)態(tài)狀況下的傳統(tǒng)COT控制。在穩(wěn)態(tài)狀況下，電壓反饋信號34的上升斜率和電壓反饋信號34的下降斜率固定，且信號34的下降斜率較低。在時間tl，PWM信號31置高，電壓反饋信號34升高。在恒定的導(dǎo)通時間Tonl后，PWM信號31被復(fù)位為低電平，電壓反饋信號34下降。一旦電壓反饋信號下降到參考信號VREF以下，PWM信號31再次被置高。在輸入電壓不變的情況下，PWM信號31的頻率即開關(guān)頻率在穩(wěn)態(tài)狀況下保持不變。然后再參看負(fù)載上升狀況，在時間t2后，負(fù)載上升，電壓反饋信號35的下降斜率比原穩(wěn)態(tài)狀況下增大，PWM信號32比穩(wěn)態(tài)狀況下的PWM信號31更早被置為高電平。這將導(dǎo)致PWM信號32的頻率升高。為了至少部分地消除高頻率帶來的高功耗和低效率問題，在本發(fā)明一實施例中，COT控制中的導(dǎo)通時間長度將增大。參看信號33，導(dǎo)通時間長度被延長了額外的時間Λ ton。負(fù)載越高，導(dǎo)通時間越長。這樣，PWM信號33的頻率可被控制在一個較小的范圍內(nèi)。
[0029]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的在COT電壓變換器中CCM模式下將負(fù)載/輸出電流劃分成多個不同的負(fù)載區(qū)間即負(fù)載等級，并且每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度，這樣開關(guān)頻率被控制在一個預(yù)定的范圍。其中水平X軸代表輸出電流10，縱向y軸代表COT控制的CCM模式下的PWM信號頻率。在所示的實施例中，在輸出電流從電流1l到電流16的范圍內(nèi)，輸出電流被分成5個等級，包括:從電流1l到12的第一個負(fù)載等級，從電流12到電流13的第二個負(fù)載等級，從電流13到電流14的第三個負(fù)載等級，從電流14到電流15的第四個負(fù)載等級，以及從電流15到電流16的第五個負(fù)載等級。在第一個負(fù)載等級，導(dǎo)通時間長度被設(shè)置成Ton。在第二個負(fù)載等級，導(dǎo)通時間長度被設(shè)置成Ton+Λ tl。在第三個負(fù)載等級，導(dǎo)通時間長度被設(shè)置成Ton+Λ t2。在第四個負(fù)載等級，導(dǎo)通時間長度被設(shè)置成Ton+ Δ t3。在五個負(fù)載等級,導(dǎo)通時間長度被設(shè)置成Ton+ Δ t4,其中Λ t4> Δ t3> Δ t2> Δ tl。在一個實施例中，Δ t2=2* Δ tl, Δ t3=3* Δ tl,以及Δ t4=4* Δ tl。通過將Λ tl，A t2，A t3和Λ t4設(shè)置成合理的值，COT電壓變換器在CCM模式下的PWM信號頻率fs被控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。在所示的實施例中，開關(guān)頻率fs隨著輸出電流的連續(xù)變化呈現(xiàn)鋸齒波形狀。
[0030]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22。導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22在COT電壓變換器中根據(jù)電流反饋信號1在其輸出端529產(chǎn)生時間信號OT用于控制開關(guān)的導(dǎo)通時間長度。時間信號OT還可進(jìn)一步受輸入電壓Vin和輸出電壓Vout調(diào)節(jié)。導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22包括多個比較電路501-505和一個計時器52。每個比較電路如比較電路501將輸出電流反饋信號1和一參考信號Vthl比較，并輸出負(fù)載指示信號LSI。雖然信號1被表不成電流信號的形式,但是其實質(zhì)上可以為一電壓信號,其電壓隨著輸出電流的增大而增大?；蛘呖刹捎靡浑娏?電壓轉(zhuǎn)換器用于將電流信號1轉(zhuǎn)換成電壓信號，而該電壓信號被輸入至各比較電路501—505的輸入端。參考信號Vthl—Vth5依次增大。在所示的實施例中，每個比較電路501— 505為一個滯環(huán)比較器，以避免其輸出信號在臨界狀態(tài)下頻繁地在高電平和低電平之間切換。然而，在另外的實施例中，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路中的比較電路可以不是滯環(huán)比較電路，并采用數(shù)字型計時器控制時間信號OT不受頻繁切換的比較電路輸出信號的影響。計時器52包括一一耦接至比較電路501—505多個輸出端的多個輸入端521—525，用于接收負(fù)載指示信號LS1-LS5和信號PWMl。負(fù)載指示信號的狀態(tài)用于指示負(fù)載處于哪個負(fù)載等級。在所示的實施例中，計時器52進(jìn)一步包括一耦接SMPS輸入電壓Vin的第二輸入端527和耦接電壓反饋信號Vo的第三輸入端528。在導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22的輸出端529,基于負(fù)載指不信號LS1-LS5、信號PWM1,輸入電壓Vin和輸出電壓Vo產(chǎn)生時間信號0T。時間信號OT指示COT控制中的一時間長度。該時間長度從信號PWMl變?yōu)楦唠娖綍r開始計時并將時間信號OT設(shè)為低電平。在時間長度的終點信號OT觸發(fā)為高電平，用于使信號PWMl復(fù)位為低電平。該時間長度由計時器52根據(jù)比較電路501-505輸出的負(fù)載指示信號LS1-LS5、輸入電壓Vin和輸出電壓No確定。在另一個實施例中，該時間長度僅根據(jù)負(fù)載指示信號LS1-LS5確定。
[0031]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖5中負(fù)載指示信號LS1-LS5，信號PWMl和時間信號OT的波形示意圖，用于說明圖2中SMPS200中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路22的功能。當(dāng)信號PWMl變?yōu)檫壿嫺唠娖綍r，信號OT被復(fù)位為低電平。經(jīng)過一時間長度后，計時器52將OT信號置為邏輯高電平。負(fù)載越高，LS1-LS5中有越多的負(fù)載指示信號進(jìn)入有效狀態(tài)，則時間信號OT對應(yīng)的時間長度越長。其中，當(dāng)電流反饋信號高于對應(yīng)的參考信號時，相應(yīng)的負(fù)載指示信號變?yōu)橛行顟B(tài)。在所示的實施例中，有效狀態(tài)為邏輯高電平。具體地，在時間tl，負(fù)載較低，負(fù)載指示信號LS1-LS5都為低電平。當(dāng)輸出電壓下降到一參考電壓時，信號ST變?yōu)檫壿嫺唠娖?，信號PWMl被置高使開關(guān)21導(dǎo)通。同時，高電平的信號PWMl將信號OT觸發(fā)為低電平。根據(jù)負(fù)載指示信號LS1-LS5表示的負(fù)載水平，計時器52設(shè)定相應(yīng)的時間長度，使得時間信號OT具有相應(yīng)的時間長度Ton，該時間長度Ton對應(yīng)時間信號OT的低電平時間長度。在時間Ton的終點，信號OT變?yōu)檫壿嫺唠娖?，將信號PWMl復(fù)位為低電平，用于關(guān)斷開關(guān)21。在時間t2，信號ST再次置高，信號PWMl被觸發(fā)為高電平，信號OT被復(fù)位為低電平。在該時間點，負(fù)載上升，信號LSl變?yōu)檫壿嫺?。相?yīng)地，計時器52根據(jù)高電平的負(fù)載指示信號LSl將COT控制的導(dǎo)通時間長度設(shè)為時間Tonl，其中時間Tonl大于時間Ton。在時間Tonl的終點，信號OT置高，信號PWMl復(fù)位為低電平。負(fù)載繼續(xù)升高，在時間點t4，負(fù)載指示信號LSl和LS2轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫺唠娖?。相?yīng)地，計時器52將導(dǎo)通時間長度設(shè)置為Ton2，其中時間Ton2大于時間Tonl。在時間t5，信號LS1-LS3變?yōu)檫壿嫺唠娖?。在時間t6，信號LS1-LS4變?yōu)檫壿嫺唠娖?。在時間t7，信號LS1-LS5變?yōu)檫壿嫺唠娖?。相?yīng)地，COT控制中對應(yīng)的時間長度滿足Ton5>Ton4>Ton3>Ton2的關(guān)系。在一個實施例中，參考信號Vthl—Vth5按等差數(shù)列依次上升，而導(dǎo)通時間長度Τοη-Τοη5也按等差數(shù)列上升，可表示為:
[0032]Vth2-Vthl=Vth3-Vth2=Vth4-Vth3=Vth5-Vth4,以及 Tonl—Ton=Ton2_Tonl=Ton3-Τοη2=Τοη4-Τοη3=Τοη5_Τοη40
[0033]雖然上述實施例中描述的COT控制用于控制PWM信號的導(dǎo)通時間長度。但是應(yīng)當(dāng)知道，基于該發(fā)明目的的控制也可以類似地適用于對關(guān)斷時間長度的控制。
[0034]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的COT電壓變換器中的頻率控制方法800流程示意圖。方法800旨在將COT電壓變換器中的頻率控制在預(yù)定范圍內(nèi)。方法800包括在步驟801檢測該電壓變換器的輸出電流。在一個實施例中，檢測輸出電流包括獲得一表征流過由該電壓變換器供電的負(fù)載的電流的電流反饋信號。
[0035]在步驟802，方法800進(jìn)一步包括根據(jù)檢測到的輸出電流判斷電壓變換器的負(fù)載水平。在一個實施例中，輸出電流被劃分成多個不同的負(fù)載等級，每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度。每個等級位于兩個輸出電流值之間。任何負(fù)載都可以匹配到多個負(fù)載等級中的一個。換句話說，如果負(fù)載位于某個負(fù)載等級之中，用于COT控制的時間長度由該負(fù)載等級確定。一個輸出電流較高的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。在一個實施例中，判斷負(fù)載等級通過將電流反饋信號與多個參考信號比較來實現(xiàn)，然后根據(jù)獲得的多個比較結(jié)果判斷負(fù)載等級。在一個實施例中，低于電流反饋信號的參考信號越多，時間信號表征的時間長度越長。
[0036]方法800進(jìn)一步包括在步驟803根據(jù)反饋信號將電壓變換器的開關(guān)導(dǎo)通。在一個實施例中，當(dāng)輸出電壓低于一參考電壓時，將開關(guān)導(dǎo)通。
[0037]在步驟804，方法800進(jìn)一步包括在上述時間長度的終點將開關(guān)關(guān)斷，其中該時間長度根據(jù)電壓變換器的負(fù)載等級進(jìn)行調(diào)節(jié)，且較高的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。這樣，通過對與電流反饋信號進(jìn)行比較的參考信號進(jìn)行合理地設(shè)置，COT電壓變換器的開關(guān)頻率被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)。
[0038]上述的一些特定實施例僅僅以示例性的方式對本發(fā)明進(jìn)行說明，這些實施例不是完全詳盡的，并不用于限定本發(fā)明的范圍。對于公開的實施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員所了解。本發(fā)明所公開的實施例的其他變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和權(quán)利要求限定的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)模式電源(SMPS)用于為負(fù)載供電，SMPS包括: 開關(guān)，具有控制端； 輸出端，提供輸出電壓為負(fù)載供電，其中輸出電壓通過控制開關(guān)的開關(guān)動作進(jìn)行調(diào)節(jié)，SMPS的輸出端進(jìn)一步提供表征輸出電壓的電壓反饋信號和表征流過負(fù)載的輸出電流的電流反饋信號； 導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路，具有輸入端和輸出端，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸入端接收電流反饋信號，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸出端提供表征時間長度的時間信號；以及 脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生電路，具有第一輸入端，第二輸入端和輸出端，其中PWM信號發(fā)生電路的第一輸入端接收電壓反饋信號，PWM信號發(fā)生電路的第二輸入端接收時間信號，PWM信號發(fā)生電路的輸出端提供PWM信號，其中PWM信號耦接開關(guān)的控制端，當(dāng)電壓反饋信號低于一參考電壓時PWM信號將開關(guān)導(dǎo)通，在經(jīng)過時間信號表征的時間長度后PWM信號將開關(guān)關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMPS，其中輸出電流被劃分成多個負(fù)載等級，每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度，其中具有較高輸出電流的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。
3.如權(quán)利要求1所述的SMPS，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路包括: 多個比較電路，將電流反饋信號和多個參考信號一一對應(yīng)比較，輸出多個負(fù)載指示信號；以及 計時器，具有多個輸入端和輸出端，其中計時器的多個輸入端接收多個負(fù)載指示信號和PWM信號,計時器的輸出端基于多個負(fù)載指不信號和PWM信號提供時間信號。
4.如權(quán)利要求3所述的SMPS，當(dāng)PWM信號變?yōu)檫壿嫺唠娖綍r，時間信號變?yōu)檫壿嫷碗娖?，?jīng)過時間長度后 時間信號變?yōu)檫壿嫺唠娖?，其中時間長度基于所述多個負(fù)載指示信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求3所述的SMPS，其中當(dāng)有效狀態(tài)的負(fù)載指示信號增多時，時間信號表示的時間長度增大，其中當(dāng)電流反饋信號高于對應(yīng)的參考信號時，對應(yīng)的負(fù)載指示信號為有效狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求3所述的SMPS，其中參考信號呈等差數(shù)列，且對應(yīng)的時間長度呈等差數(shù)列。
7.如權(quán)利要求3所述的SMPS，其中計時器進(jìn)一步包括: 第二輸入端，耦接SMPS的輸入電壓；以及 第三輸入端，耦接電壓反饋信號。
8.如權(quán)利要求1所述的SMPS包括降壓變換器，其中開關(guān)為高位開關(guān)。
9.如權(quán)利要求1所述的SMPS，其中開關(guān)包括N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
10.如權(quán)利要求1所述的SMPS，其中PWM信號發(fā)生電路包括: 比較電路，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接參考電壓，反相輸入端耦接電壓反饋信號，比較電路的輸出端提供比較信號；以及 觸發(fā)電路，具有置位輸入端、復(fù)位輸入端和第一輸出端，其中置位輸入端接收比較信號，復(fù)位輸入端接收時間信號，觸發(fā)電路的第一輸出端提供PWM信號。
11.如權(quán)利要求10所述的SMPS，進(jìn)一步包括耦接在開關(guān)和參考地之間的同步整流管，其中PWM信號發(fā)生電路進(jìn)一步具有耦接同步整流管控制端的第二輸出端。
12.如權(quán)利要求1所述的SMPS，其中時間長度受電流反饋信號調(diào)節(jié)且PWM信號的頻率被限制在一預(yù)定范圍內(nèi)。
13.一種用于恒定導(dǎo)通時間電壓變換器的頻率控制方法，其中電壓變換器包括開關(guān)，該方法包括: 檢測電壓變換器的輸出電流； 根據(jù)輸出電流判斷負(fù)載水平； 根據(jù)一反饋信號將電壓變換器的開關(guān)導(dǎo)通；以及 在時間長度后將開關(guān)關(guān)斷； 其中時間長度基于電壓變換器的負(fù)載水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中輸出電流被劃分成多個負(fù)載等級，每個負(fù)載等級對應(yīng)一特定的時間長度，較高的負(fù)載等級對應(yīng)較長的時間長度。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測輸出電流和判斷負(fù)載水平包括: 獲得流過負(fù)載的電流的電流反饋信號，該負(fù)載由電壓變換器供電； 將電流反饋信號和多個參考信號進(jìn)行比較獲得多個比較結(jié)果；以及 根據(jù)所述多個比較結(jié)果判斷 負(fù)載水平。
16.一種控制電路，包括: 導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路，具有輸入端和輸出端，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸入端接收表征電壓變換器輸出電流的 電流反饋信號，導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路的輸出端提供表示時間長度的時間信號，其中時間長度基于電流反饋信號調(diào)節(jié)；以及 PWM信號發(fā)生電路,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中PWM信號發(fā)生電路的第一輸入端耦接電壓變換器的輸出電壓，PWM信號發(fā)生電路的第二輸入端接收時間信號，PWM信號發(fā)生電路的輸出端提供PWM信號，其中當(dāng)輸出電壓低于參考電壓時PWM信號置為高電平，經(jīng)過時間長度后PWM信號設(shè)為低電平。
17.如權(quán)利要求16所述的控制電路，其中導(dǎo)通時間信號發(fā)生電路包括: 多個比較電路，將電流反饋信號和多個參考信號一一比較輸出多個負(fù)載指示信號；以及 計時器，具有多個輸入端和一個輸出端，其中計時器的多個輸入端接收多個負(fù)載指示信號和PWM信號，計時器的輸出端提供時間信號。
18.如權(quán)利要求17所述的控制電路，其中當(dāng)PWM信號變?yōu)楦唠娖綍r，時間信號變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過時間長度后時間信號變?yōu)楦唠娖剑瑫r間長度基于多個負(fù)載指示信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】H02M3/155GK103532384SQ201310529800
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】楊先慶, 歐陽茜, 張波, 姜禮節(jié), 吳小康, 羅蘇華 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司