以最大化功率效率来控制开关模式电源的制作方法
【专利摘要】提供一种可操作以生成控制开关模式电源(100)的占空比的控制信号(D)的控制电路(200)。控制电路(200)包括参考电压发生器(201)，其可操作在第一模式以生成预定参考信号(VRdes)，并且可操作在第二模式以接收指示所述开关模式电源(100)的输入电压(Vin)的信号并且生成取决于所述输入电压(Vin)的可变参考信号(VRvar)，参考电压发生器(201)配置成当输入电压(Vin)超过阈值时操作在第一模式，而当输入电压(Vin)等于或小于所述阈值时操作在第二模式。控制电路(200)还包括误差信号发生器(202)，其可操作以接收指示开关模式电源(100)的输出电压(Vout)的信号，并且可操作以基于参考电压发生器所生成的参考信号(VR；VRvar，VRdes)并且基于输出电压(Vout)来生成误差信号(VE)。控制电路(200)还包括占空比控制信号发生器(204)，其可操作以生成与误差信号(VE)相关的、控制开关模式电源(100)的占空比的控制信号。
【专利说明】以最大化功率效率来控制开关模式电源
【技术领域】
[0001] 一般来说，本发明涉及开关模式电源的领域，以及更具体来说，涉及开关模式电源 的占空比的控制。
【背景技术】
[0002] 开关模式电源（SMPS)是一种因其尺寸小、重量轻和效率高而具有不同范围的应 用的众所周知类型的电源转换器。例如，SMPS广泛用于个人计算机和便携电子设备、例如 蜂窝电话中。SMPS通过以高频率（通常为数十至数百kHz)开关例如功率M0SFET等开关元 件，来实现这些优点，其中开关的频率或占空比定义将输入电压转换成所需输出电压的效 率。 在大多数SMPS拓扑中，输出电压Vwt与输入电压Vin成正比。
[0003]
【权利要求】
1. 一种可操作以生成控制开关模式电源（100)的占空比的控制信号⑶的控制电路 (200) ，所述控制电路（200)包括： 参考电压发生器（201)，可操作在第一模式以生成预定参考信号（VKdJ，并且可操作在 第二模式以接收指示所述开关模式电源（1〇〇)的输入电压（Vin)的信号并且生成取决于所 述输入电压（V in)的可变参考信号（VKvJ，所述参考电压发生器（201)配置成当所述输入电 压（V in)超过阈值时操作在所述第一模式，而当所述输入电压（Vin)等于或小于所述阈值时 操作在所述第二模式； 误差信号发生器（202)，可操作以接收指示所述开关模式电源（100)的输出电压（Vwt) 的信号，并且可操作以基于所述参考电压发生器（201)所生成的参考信号（VK;VKvm，V KdJ并 且基于所述输出电压（〇来生成误差信号（VE);以及 占空比控制信号发生器（204)，可操作以生成与所述误差信号（VE)相关的、控制所述开 关模式电源（100)的所述占空比的所述控制信号（D)。
2. 如权利要求1所述的控制电路（200)，还包括： 调节器（203)，可操作以生成与所述误差信号（VE)相关的、定义占空比的信号， 以及其中所述占空比控制信号发生器（204)布置成生成与定义所述占空比的所述信 号相关的所述控制信号（D)。
3. 如权利要求2所述的控制电路（200)，其中，所述调节器是PID调节器、PI调节器、 PD调节器和超前滞后补偿调节器其中之一。
4. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)，其中，所述参考电压发生器 (201) 包括： 变压器匝数比乘法器（2011)，可操作以将接收信号与变压器匝数比η相乘；以及 标称占空比乘法器（2012)，可操作以将接收信号与标称占空比D_相乘， 其中，所述变压器匝数比乘法器（2011)和所述标称占空比乘法器（2012)布置成当所 述参考电压发生器（201)操作在所述第二模式时，将指示所述开关模式电源的所述输入电 压（Vin)的所述信号与所述变压器匝数比η和所述标称占空比D_相乘，以生成所述可变参 考信号（U。
5. 如权利要求4所述的控制电路（200)，其中，所述参考电压发生器（201)包括参考信 号选择器（2013)，其可操作以选择所述可变参考信号（VKvJ和所述预定参考信号（VKdJ中 的较小的以供作为所述参考信号（V K)来输出，所述阈值等于所述预定参考电压（VKdJ除以 η〇ηοπι °
6. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)，其中，所述误差信号发生器 (202) 可操作以通过从所述开关模式电源（100)的所述输出电压和所述参考信号 (VK)中的一个中减去所述开关模式电源（100)的所述输出电压（VJ和所述参考信号（V K) 中的另一个，来生成所述误差信号（VE)。
7. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)，其中，所述误差信号发生器 (202)可操作以接收指示所述开关模式电源（100)的输出电流（1_)的信号，并且可操作以 基于所述参考信号（V K)、所述输出电压（V。」和所述输出电流（I。」来生成所述误差信号 (VE)。
8. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)，其中，所述占空比控制信号发 生器（204)包括脉宽调制器。
9. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)，其中，所述占空比控制信号发 生器（204)布置成生成控制信号（D)，以将所述开关模式电源（100)的所述占空比保持在高 于预定最小值。
10. -种具有如以上权利要求中的任一项所述的控制电路（200)的开关模式电源 (100)。
11. 一种生成控制开关模式电源（100)的占空比的控制信号（D)的控制方法，所述方法 包括： 接收指示所述开关模式电源的输入电压（vin)的信号（S401，S501); 接收指示所述开关模式电源的输出电压（Vwt)的信号（S403，S505); 当所述输入电压（Vin)超过阈值时，在第一模式操作参考电压发生器（201)以生成预定 参考信号（vKdJ ; 当所述输入电压（vin)等于或小于所述阈值时，在第二模式操作所述参考电压发生器 (201)以生成取决于所述输入电压（Vin)的可变参考信号（VKvJ ; 基于所述参考电压发生器（201)所生成的所述参考信号（VK)并且基于所述输出电压 来生成误差信号（VE) (S404, S507);以及 生成与所述误差信号相关的、控制所述开关模式电源（100)的所述占空比的控制信号 (D) (S406, S511)。
12. 如权利要求11所述的控制方法，其中， 所述方法还包括调节所述误差信号（VE)，以生成定义占空比的信号（S405，S509);以及 所述控制信号（S406，S511)与定义所述占空比的所述信号相关地生成。
13. 如权利要求12所述的控制方法，其中，所述误差信号使用PID调节器、PI调节器、 ro调节器和超前滞后补偿调节器其中之一来调节。
14. 如权利要求11至13中的任一项所述的控制方法，其中，所述参考电压发生器 (201)在所述第二操作模式通过将指示所述开关模式电源（100)的所述输入电压（V in)的 所述信号与变压器匝数比n(S502)并且与标称占空比D_(S503)相乘，来生成所述参考电 压（V K)。
15. 如权利要求11至14中的任一项所述的控制方法，其中，所述参考电压发生器 (201)选择所述可变参考信号（VKvJ和所述预定参考信号（V Mes)中的较小的以供作为所述 参考信号（VK)来输出，所述阈值等于所述预定参考电压（V KdJ除以nD_。
16. 如权利要求11至15中的任一项所述的控制方法，其中，通过从所述开关模式电 源（100)的所述输出电压（〇和所述参考信号（V K)中的一个中减去所述开关模式电源 (100)的所述输出电压（〇和所述参考信号（VK)中的另一个，来生成所述误差信号（V E) (S506)。
17. 如权利要求11至16中的任一项所述的控制方法，其中， 所述方法还包括接收指示所述开关模式电源（100)的输出电流（I。」的信号；以及 所述误差信号（VE)基于所述参考信号（VK)、所述输出电压（Vwt)和所述输出电流（I wt) 来生成。
18. 如权利要求11至17中的任一项所述的控制方法，其中，所述控制信号（D)通过与 所述误差信号相关地生成脉宽调制信号来生成（S510)。
19.如权利要求11至18中的任一项所述的控制方法，其中，生成所述控制信号（D)，以 将所述开关模式电源（100)的所述占空比保持在高于预定最小值。
【文档编号】H02M3/335GK104067498SQ201280068548
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年1月30日 优先权日:2012年1月30日
【发明者】M.卡尔松, O.佩尔松 申请人:瑞典爱立信有限公司