具有過(guò)壓保護(hù)功能的開(kāi)關(guān)電源和控制器以及過(guò)壓保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及電子電路，尤其但不局限于涉及具有過(guò)壓保護(hù)功能的開(kāi)關(guān)電源 (SMPS，SwitchingModePowerSupply)和控制器。 技術(shù)背景
[0002] "動(dòng)態(tài)調(diào)整模式"廣泛地應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源中以防止開(kāi)關(guān)電源提供的輸出電壓因超 過(guò)設(shè)置值而損害負(fù)載。在動(dòng)態(tài)調(diào)整模式中，開(kāi)關(guān)電源中的整流器導(dǎo)通以降低輸出電壓。流過(guò) 整流器的電感電流首先正向逐漸減小，然后負(fù)向逐漸減小，直到碰到整流器的負(fù)向電流限。 當(dāng)流過(guò)整流器的電感電流碰到整流器的負(fù)向電流限時(shí)，整流器關(guān)斷一段固定時(shí)間。之后，新 的周期開(kāi)始重復(fù)。
[0003] 因?yàn)檎髌鞯年P(guān)斷時(shí)間是固定的，且因在整流器關(guān)斷時(shí)，電感電流的斜率與開(kāi)關(guān) 電源的輸入電壓和輸出電壓兩者的差成函數(shù)關(guān)系變化，所以，當(dāng)輸入電壓或者輸出電壓變 化很大時(shí)，流過(guò)整流器的電感電流的峰峰紋波電流值變化也很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提出了一種用于控制開(kāi)關(guān)電路的控制器，開(kāi)關(guān)電路包括主開(kāi)關(guān)和整 流器，開(kāi)關(guān)電路通過(guò)主開(kāi)關(guān)和整流器的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，控制器包 括：過(guò)壓保護(hù)電路和控制電路，過(guò)壓保護(hù)電路包括：過(guò)壓檢測(cè)電路，比較過(guò)壓閾值信號(hào)和表 征輸出電壓的反饋信號(hào)，并基于比較結(jié)果生成過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)；過(guò)流檢測(cè)電路，比較過(guò)流閾值 信號(hào)和表征流過(guò)整流器的電流的電流感應(yīng)信號(hào)，并基于比較結(jié)果生成過(guò)流檢測(cè)信號(hào)；以及 計(jì)時(shí)電路，基于過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)和過(guò)流檢測(cè)信號(hào)生成計(jì)時(shí)信號(hào)，其中，計(jì)時(shí)信號(hào)用于控制整流 器的關(guān)斷時(shí)間，使得關(guān)斷時(shí)間隨輸入電壓成反向變化?？刂齐娐?，耦接于過(guò)壓保護(hù)電路和開(kāi) 關(guān)電路，并基于過(guò)流檢測(cè)信號(hào)、計(jì)時(shí)信號(hào)以及反饋信號(hào)生成控制信號(hào)以控制主開(kāi)關(guān)和整流 器。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提出了一種開(kāi)關(guān)電源，包括開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路包括主開(kāi)關(guān)和整流 器，其中開(kāi)關(guān)電路通過(guò)主開(kāi)關(guān)和整流器的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；以及前 所述的控制器。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提出了一種用于開(kāi)關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)方法，其中開(kāi)關(guān)電源包括主開(kāi) 關(guān)和整流器，其中開(kāi)關(guān)電路通過(guò)主開(kāi)關(guān)和整流器的導(dǎo)通與關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電 壓，過(guò)壓保護(hù)方法包括：檢測(cè)輸出電壓是否高于預(yù)設(shè)值；當(dāng)輸出電壓高于預(yù)設(shè)值時(shí)，閉合整 流器；檢測(cè)流過(guò)整流器的電流是否小于負(fù)向電流限；以及當(dāng)流過(guò)整流器的電流小于負(fù)向電 流限時(shí)，關(guān)斷整流器一段時(shí)間；其中，關(guān)斷時(shí)間與輸入電壓成反向變化。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。這些附圖 僅用于示例。附圖通常僅示出實(shí)施例中系統(tǒng)或電路的部分特征，并且附圖不一定是按比例 繪制的。
[0008] 圖1給出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源100的模塊圖。
[0009] 圖2給出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源200的模塊圖。
[0010] 圖3給出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的決定關(guān)斷時(shí)間
的計(jì)時(shí)電路300。
[0011] 圖4給出了采用圖3所示的計(jì)時(shí)電路300的開(kāi)關(guān)電源200的波形圖。
[0012] 圖5給出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的決定關(guān)斷時(shí)間
的計(jì)時(shí)電路500。
[0013] 圖6分別給出了采用固定關(guān)斷時(shí)間的傳統(tǒng)方法和采用本發(fā)明實(shí)施例的峰峰紋波 電流值Ipp隨輸入電壓VIN變化的關(guān)系圖。
[0014] 圖7給出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源700。
[0015] 圖8給出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源800。
[0016] 圖9給出了圖8中開(kāi)關(guān)電源800的波形圖。
[0017] 圖10給出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的過(guò)壓保護(hù)電路1000模塊圖。
[0018] 圖11給出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于開(kāi)關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)方法1100。
[0019] 不同示意圖中的相同的附圖標(biāo)記表示相同或者相似的部分或特征。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例 說(shuō)明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特 定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，不必采用這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)行本發(fā) 明。在其它實(shí)施例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0021] 在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，對(duì)" 一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、" 一個(gè)示例"或者"示例"的提及意 味著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例 中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"一個(gè)示例"、"示 例"不一定都指同一個(gè)實(shí)施例或者示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定 的特征、結(jié)構(gòu)或特征組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，當(dāng)稱(chēng)元件"連接到"或"耦接到"另一元件時(shí)，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者 可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱(chēng)元件"直接連接到"或者"直接耦接到"另一元件時(shí)，不存在 中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè) 相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0022] 圖1給出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源100的模塊圖。如圖1所示，開(kāi)關(guān)電 源100包括開(kāi)關(guān)電路101和控制器，其中控制器包括控制電路102和過(guò)壓保護(hù)電路103。
[0023] 開(kāi)關(guān)電路101在輸入端接收輸入電壓VIN并將輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換成輸出端的輸出 電壓V0。開(kāi)關(guān)電路101采用同步降壓變換器結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)電路101包括主開(kāi)關(guān)M、同步整流器 RC、電感L和輸出電容C。主開(kāi)關(guān)Μ具有第一端、第二端和控制端，主開(kāi)關(guān)Μ的第一端接收輸 入電壓VIN。整流器RC具有第一端、第二端和控制端，整流器RC的第一端耦接于主開(kāi)關(guān)Μ 的第二端并與主開(kāi)關(guān)Μ的第二端一起形成開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，整流器RC的第二端耦接于參考地。電 感L具有第一端和第二端，電感L的第一端耦接于開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。輸出電容C耦接于電感L的 第二端和參考地之間，輸出電容C兩端的壓降為開(kāi)關(guān)電路101的輸出電壓VO。
[0024] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，圖1所示實(shí)施例中的開(kāi)關(guān)電路101中的元件可以 以任何需要的方式互相連接，并且開(kāi)關(guān)電路101可以采用各種開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只要該結(jié)構(gòu) 需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0025] 過(guò)壓保護(hù)電路103包括過(guò)壓檢測(cè)電路133、過(guò)流檢測(cè)電路132和計(jì)時(shí)電路131。過(guò) 壓檢測(cè)電路133接收過(guò)壓閾值信號(hào)VREF1和表征輸出電壓V0的反饋信號(hào)VFB。過(guò)壓檢測(cè)電 路133比較反饋電壓VFB和過(guò)壓閾值信號(hào)VREF1并基于比較結(jié)果生成過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)0V。
[0026] 在一些實(shí)施例中，檢測(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)整模式的進(jìn)入和退出采用滯環(huán)控制。在這些實(shí)施例 中，過(guò)壓檢測(cè)電路133還接收退出參考信號(hào)VREF1'（此處，過(guò)壓閾值信號(hào)VREF1指進(jìn)入?yún)⒖?信號(hào)），過(guò)壓檢測(cè)電路133將進(jìn)入?yún)⒖夹盘?hào)VREF1和退出參考信號(hào)VREF1'與反饋信號(hào)VFB 比較并基于比較結(jié)果生成過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)0V。具體工作原理是，當(dāng)反饋信號(hào)VFB高于進(jìn)入?yún)?考信號(hào)VREF1時(shí)，過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)0V從第一狀態(tài)跳變到第二狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源100進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào) 整模式。當(dāng)反饋信號(hào)VFB小于退出參考信號(hào)VREF1'時(shí)，過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)0V從第二狀態(tài)跳變 到第一狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源1〇〇退出動(dòng)態(tài)調(diào)整模式。在一實(shí)施例中，退出參考信號(hào)VREF1'小于 進(jìn)入?yún)⒖夹盘?hào)VREF1。
[0027] 過(guò)流檢測(cè)電路132耦接于開(kāi)關(guān)電路101以接收表征流過(guò)電感L的電感電流紅的 電流感應(yīng)信號(hào)VSEN。過(guò)流檢測(cè)電路132還接收過(guò)流閾值信號(hào)VREF2。過(guò)流檢測(cè)電路132比 較電流感應(yīng)信號(hào)VSEN和過(guò)流閾值信號(hào)VREF2并基于比較結(jié)果生成過(guò)流檢測(cè)信號(hào)0C。
[0028] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，在圖1所示的實(shí)施例中，過(guò)流檢測(cè)電路132通過(guò)感 應(yīng)整流器RC導(dǎo)通時(shí)其導(dǎo)通電阻兩端的壓降以檢測(cè)流過(guò)整流器RC的電感電流k。但是應(yīng)當(dāng) 知曉，在其它實(shí)施例中，還可以在包括電感L、輸出電容C和整流器RC的電路回路中串聯(lián)一 電阻，通過(guò)感應(yīng)該串聯(lián)電阻兩端的壓降來(lái)檢測(cè)電感電流紅。
[0029] 在圖1的實(shí)施例中，過(guò)流檢測(cè)電路132耦接于過(guò)壓檢測(cè)電路133以接收過(guò)壓檢測(cè) 信號(hào)0V。計(jì)時(shí)電路131耦接于過(guò)流檢測(cè)電路132以接收過(guò)流檢測(cè)信號(hào)0C。計(jì)時(shí)電路131基 于過(guò)流檢測(cè)信號(hào)0C生成計(jì)時(shí)信號(hào)T0以控制整流器RC的關(guān)斷時(shí)間toff，該關(guān)斷時(shí)間toff 與輸入電壓VIN成反向變化。也就是說(shuō)，關(guān)斷時(shí)間toff隨輸入電壓VIN減小而增加，反之， 隨輸入電壓VIN增加而減小。
[0030] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，如圖1所示的計(jì)時(shí)電路131、過(guò)壓檢測(cè)電路133以 及過(guò)流檢測(cè)電路132之間的連接關(guān)系是示意性的。以上所述的電路可以以任何需要的方式 進(jìn)行連接，只要計(jì)時(shí)電路131基于過(guò)流檢測(cè)信號(hào)0C和過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)0V生成的計(jì)時(shí)信號(hào)T0 可以控制整流器RC的關(guān)斷時(shí)間toff，以使關(guān)斷時(shí)間toff與輸入電壓VIN成反向變化。這 點(diǎn)在圖2和圖10的實(shí)施例中將更明顯。
[0031] 控制電路102耦接于開(kāi)關(guān)電路101和過(guò)壓保護(hù)電路103分別接收反饋信號(hào)VFB、過(guò) 流檢測(cè)信號(hào)0C和計(jì)時(shí)信號(hào)T0?；诜答佇盘?hào)VFB、過(guò)流檢測(cè)信號(hào)0C和計(jì)時(shí)信號(hào)T0,控制電 路102生成第一控制信號(hào)HS和第二控制信號(hào)LS分別控制主開(kāi)關(guān)Μ和整流器RC的開(kāi)關(guān)行 為。
[0032] 在正常工作時(shí)，控制電路102根據(jù)反饋信號(hào)VFB生成控制信號(hào)HS和LS分別控制 主開(kāi)關(guān)Μ和整流器RC的開(kāi)關(guān)行為，使得開(kāi)關(guān)電路101提供穩(wěn)定的輸出電壓?？刂齐娐?02 可以采用任何合適的控制方法，比如說(shuō)PWM(脈沖寬度調(diào)制）、PFM(脈沖頻率調(diào)制）或者 PWM-PFM混合調(diào)制等等；或者從另一分類(lèi)角度來(lái)說(shuō)，控制電路102可以采用恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT，ConstantOnTime)控制、峰值電流控制或者其它類(lèi)型的控制模式。
[0033] 工作時(shí)，當(dāng)輸出電壓V0被拉到