开关模式电源及其控制电路的制作方法

文档序号:11765067
开关模式电源及其控制电路的制作方法与工艺

本申请要求2016年3月10日提交的Alan David Finkel和Armando Gabriel Mesa,Jr.发明的名称为“Method and Circuit for Peak Power in Quasi- Resonant Converters”(用于准谐振变换器中峰值功率的方法和电路)的美国临时申请No.62/306142的优先权,该临时申请以引用的方式并入本文中,并且据此要求对共同主题的优先权。

技术领域

本实用新型的各方面涉及开关模式电源电路,更具体地,本实用新型的各方面涉及一种达到开关模式电源电路的峰值功率的控制电路和相应的开关模式电源电路。



背景技术:

很多电子部件或装置利用电子电源电路在装置操作期间帮助提供电力。然而,操作电子装置所需的电力的量可能根据加在电源上的负载而变化。例如,计算机在系统引导过程中可在电源上施加较高负载,而当系统闲置时在电源上施加较低负载。在很多系统中,电源可并入电源变换器电路,该电源变换器电路被设计成对于电子装置对装置电源的各种负载需求作出响应。可并入到电子装置中的一种特定电压变换器电路被称为开关模式电源(SMPS)。一般来讲,SMPS电路可通过在全开模式(向蓄电装置供电)和全关模式(不向蓄电装置供电)之间开关,来操作从电源向电子装置的负载供电。此类设计能够通过较小和较轻的设计,实现较高的功率转换效率。

很多电子装置的峰值功率需求为在短时间内接近装置标称最大额定功率的2倍。例如,计算机可需求65W功率的连续电力进行运转,但是在高负载状况期间的需求也可能瞬间达到130W。因此,很多电源按照峰值功率需求设计,因而可能需要使用较大和/或更贵的电源电路部件,从而使成本增加。在一些例子中,用于电路的部件的此类变化导致电源电路因可用性和经济性的原因无法再运用于电子装置。本公开的各方面正是针对这些问题以及其它问题而开发的。



技术实现要素:

根据本实用新型的一个方面,提供一种用于开关模式电源的控制电路,所述控制电路包括:开关调节电路,用于操作所述开关模式电源进入导通状态或关断状态;计数器电路,用于在所述开关模式电源的标称负载状况期间对关断状态的持续期进行计时;与所述计数器电路通信的寄存器,用于存储在所述标称负载状况期间的关断时间持续期;以及峰值功率偏离检测电路,用于检测所述开关模式电源的峰值功率偏离状况;其中,所述开关调节电路的开关频率取决于检测到所述开关模式电源的所述峰值功率偏离状况之后存储于所述寄存器中的所述关断时间持续期。

根据上述控制电路的一个单独实施例,还包括:缩放系数确定电路,用于至少基于来自所述开关模式电源的负载的反馈信号确定所述开关频率的缩放系数。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述缩放系数确定电路包括确定与反馈信号的电压和阈值反馈电压之间的负差成指数级关系的输出的电路。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述开关调节电路包括:接收来自所述开关模式电源的负载的反馈信号的传感器;将所述传感器的输出与参考电压比较的误差放大器;以及耦接于所述误差放大器并输出驱动开关模式电源的信号的振荡器。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述峰值功率偏离检测电路检测所述开关模式电源的负载需求的进一步增加,并且,作为响应,至少基于所算出的缩放系数调节所述开关调节电路的所述关断时间持续期。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电压,并且所述反馈信号的电压的测量值高于阈值电压值表明所述开关模式电源的所述峰值功率偏离状况。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电流,并且所述反馈信号的电流的测量值高于阈值电压值表明所述开关模式电源的所述峰值功率偏离状况。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电压,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成反比例。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电流,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成正比例。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中至少基于所算出的缩放系数而调整的所述开关调节电路的关断时间持续期短于存储在所述寄存器中的关断时间持续期。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述开关模式电源以缩放的开关频率操作,使得在缩放的关断时间持续期结束之后,所述开关模式电源才进入下一个导通状态。

根据上述控制电路的一个单独实施例,其中所述开关模式电源的所述开关频率是未检测到所述峰值功率偏离状况时的准谐振频率。

根据本实用新型的另一个方面,提供一种用于为负载供电的开关模式电源电路,所述开关模式电源电路包括:开关电路,用于操作所述开关模式电源进入导通状态或关断状态,其中,在所述导通状态期间,电力存储于蓄电电路中;开关调节电路,用于操作所述开关电路,使得所述开关模式电源以开关频率在所述导通状态和所述关断状态之间交替;计数器电路,用于在所述开关模式电源的标称负载状况期间,对特定关断状态的持续期进行计时;与所述计数器电路通信的寄存器,用于存储在所述标称负载状况期间的所述特定关断状态的关断时间持续期;以及峰值功率偏离检测电路,用于检测所述开关模式电源的峰值功率偏离状况;其中,所述开关调节电路的所述关断时间取决于检测到所述开关模式电源的所述峰值功率偏离状况之后存储于所述寄存器中的所述关断时间持续期。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,还包括:缩放系数确定电路,用于至少基于来自所述开关模式电源的负载的反馈信号确定所述关断时间持续期的缩放系数。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,其中所述缩放系数确定电路包括确定与反馈信号的电压和阈值反馈电压之间的负差成指数级关系的输出的电路。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,其中所述开关调节电路包括:接收来自所述开关模式电源的负载的反馈信号的传感器;将所述传感器的输出与参考电压比较的误差放大器;以及耦接于所述误差放大器并输出驱动开关模式电源的信号的振荡器。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,其中所述峰值功率偏离检测电路检测所述开关模式电源的负载需求的进一步增加,并且,作为响应,至少基于所算出的缩放系数调节所述开关调节电路的所述关断时间持续期。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电压,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成反比例。

根据上述开关模式电源电路的一个单独实施例,其中所述反馈信号是电流,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成正比例。

本公开的一个实施方式可采取控制开关模式电源的方法的形式。该方法包括以下操作:测量并存储在开关模式电源的标称负载状况期间的开关关断时间持续期,检测开关模式电源的峰值功率偏离状况,并且通过将开关关断时间调节成等于存储的关断时间持续期来设置开关模式电源的开关频率。该方法还包括以下操作:检测峰值功率偏离状况期间负载需求的增加,并且通过响应于检测到的峰值功率偏离状况期间负载需求变化的缩放系数来调整开关模式电源的关断时间。

本公开的另一个实施方式可采取开关模式电源的控制电路的形式。所述控制电路包括:用于操作开关模式电源进入导通状态或关断状态的开关控制器,用于在开关模式电源的标称负载状况期间对关断状态持续期进行计时的计数器电路,以及与计数器电路通信、用于存储标称负载状况期间关断时间持续期的寄存器。该控制电路还包括峰值功率偏离检测电路,用于检测开关模式电源的峰值功率偏离状况,使得在检测到开关模式电源的峰值功率偏离状况之后,开关控制器的开关频率根据存储于寄存器中的关断时间持续期。

本公开的又一个实施方式可采取用于向负载供电的开关模式电源电路的形式。该开关模式电源电路可包括:用于操作开关模式电源进入导通状态或关断状态的开关控制器的开关电路,其中在导通状态期间电力存储于蓄电电路中;用于操作开关电路、使得开关模式电源以开关频率在导通状态和关断状态之间交替的开关控制器;以及用于在开关模式电源的标称负载状况期间对特定关断时间持续期进行计时的计数器电路。该开关模式电源电路还可包括:与计数器电路通信、用于存储在标称负载状况期间特定关断状态的关断时间持续期的寄存器,以及用于检测开关模式电源的峰值功率偏离状况的峰值功率偏离检测电路。当检测到开关模式电源的峰值功率偏离状况时,开关控制器的开关频率根据存储于寄存器中的关断时间持续期。

附图说明

参考下列附图能更好地理解本公开。附图中的元件不一定按比例绘制,相反,重点在于清晰地说明本公开的原理。此外,相同附图标记在若干附图中表示相应的部件。

图1A至1C是简化的开关模式电源电路的示意图。

图2A是示出在连续导通模式下操作的开关模式电源电路的操作的图。

图2B是示出在非连续导通模式下操作的开关模式电源电路的操作的图。

图3是用于开关模式电源电路的控制电路的示意图。

图4是用于在连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的方法的流程图。

图5是示出在连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的操作的图。

图6是用于在带有电路开关关断时间自适应调制功能的连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的方法的流程图。

图7是示出用于在带有电路开关关断时间自适应调制功能的连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的操作的图。

图8是控制电路800的示意图,用于开关模式电源电路通过缩放的开关频率来操作电路。

具体实施方式

本公开的实施方式涉及一种用于开关模式电源的控制电路的电路和 /或方法,该电路和/或方法能让所述电源电路暂时提供最高为所述电路的标称最大功率额定值的2.0倍的功率,而电源内无需大型存储装置。通过控制电源的开关装置的开关频率来实现对开关模式电源的控制。在一个特定实施方式中,当基于电路负载的电压阈值测量值为低电压时,开关模式电源的控制电路可使电源在准谐振模式下操作。当电路上的负载增加并使得反馈电压测量值达到或超过电压阈值时,控制电路使得开关模式电源进入功率偏离模式。在功率偏离模式下,开关模式电源的开关频率固定为存储值。在一些实施方案中,如果开关模式电源上的负载继续增加,则开关模式电源的关断时间可响应于开关模式电源提供的电力的增加而进行缩放。当开关模式电源上的负载减少时,控制电路还可使得开关模式电源返回功率偏离模式和准谐振模式。

图1A至1C是简化的开关模式电源电路的示意图。一般来讲,所示电路100至104可包括远多于附图中所示的部件。然而,电路100至104 以简单的方式提供,以便理解开关模式电源(SMPS)电路的基本操作。本领域的技术人员应当能够理解可包括在SMPS电路内的各种其他部件和/或设计。正因为如此,应到理解到,本文所述用于运行SMPS的操作和电路不应受限于图1A至1C的电路。当然,操作和电路可与任何类型的SMPS电路结合使用。

一般来讲,SMPS将电力从电源传输到负载,例如个人计算机或其他计算装置,同时转换提供的电力信号的电压和电流特性。然而,与线性电源不同,SMPS可不断地在全开状态和全关状态之间开关操作。SMPS提供的电压调节由电路通过改变导通/关断时间的比例来进行控制。SMPS通过控制电路的导通状态和关断状态,因变压器尺寸和重量较小,因而可基本上小于并轻于线性电源。

电路100示出了SMPS回程电路。如图所示,电路100可包括与变压器108的第一侧和开关110串联连接的电源106(例如主电源)。变压器 108的第二侧串联连接至二极管112并且与电容器114和负载116并联连接。图1B的电路102示出了在导通状态下操作的SMPS电路,并且图1C 的电路104示出了在关断状态下运行的SMPS电路。一般来讲,当开关110 在导通状态102期间闭合时,来自电源106的电能被传输至变压器。进而,存储于电容器114中的任何电能可提供给负载116。还是在这段时间里,变压器108存储来自电源106的电能。当开关110打开(电路104的关断状态),并且电压源从电路上移除时,来自变压器108的电能通过二极管112传输至负载116。换句话讲,在电路关断状态104期间,变压器 108向负载116释放其存储的电能,为连接至电路的计算装置供电。进而,当电路102处于导通状态下时,电能被存储于电容器114中以便使用。以此方式,通过打开和闭合电路100的开关110,当开关110闭合时,电路 100的左侧可对变压器108进行充电,并且当开关断开时,电路的左侧可释放变压器的电能至电路的右侧。该操作对变压器108进行交替充电和放电以向连接至电路的负载116提供电力。

控制SMPS的开关110提供了SMPS可操作的不同模式。例如,图 2A是示出在连续导通模式(CCM)下操作的开关模式电源电路的操作的图。一般来讲,如果关断状态104期间穿过电感器的电流从不下跌至零以下,则SMPS电路在CCM下操作。具体地讲,时序图200示出了随着开关的闭合和断开,开关110的操作202。开关110的操作使得SMPS电路在导通状态208和关断状态210之间交替。在导通状态208期间,穿过变压器108 并提供给负载116的电流206被示出为增加。类似地,在关断状态210期间,提供给负载116的电流被示出为减小,并且电容器114耗尽。因为在该例子中,提供负载116的电流206不会达到零(电容器114总是具有存储的电荷),所以SMPS电路被认为是在CCM下操作。另选地,在非连续导通模式下(示出在图2B中的时序图250中),在开关110闭合并且电流再次进入导通状态之前,电容器114存储的电荷可下跌至零。如时序图250 中所示,电容器114耗尽的时间段262对应于没有电压施加于负载116的时间段。不管SMPS在哪个模式下运行,交替充电和耗尽电容器114可让 SMPS在不需要大型电力变压器或其他供电部件的情况下向负载提供电力。

一般来讲,通过改变开关110的操作的占空比或频率,SMPS可改变存储于每个周期内的电能并且控制对于负载116的输出电压。在一个实施方式中,SMPS的开关频率可以是固定的。可设置或测定固定频率,以在 CCM或非连续模式下操作SMPS。例如,计算装置的负载需求可以是已知的,因此,向计算装置供电的SMPS的开关频率可以是固定的,以在CCM 或非连续模式下操作SMPS。应当理解到,在电路关断状态期间,利用 SMPS的装置的负载需求越高,SMPS的电容器114的存储电能就越快耗尽。作为响应,可设定SMPS的开关频率,使得电容器114中的电能在 CCM下不会达到零,或者使得电感器中的电能在非连续模式下达到零,但是使得计算装置继续运行。一般来讲,开关频率可被设置在由电路设计者响应于装置的已知或假定负载需求而确定的任何固定频率。

在另一个实施方式中,开关频率可基于连接至电路的负载的测出电力需求进行变化。例如,图3是用于开关模式电源电路的控制电路300的示意图。一般来讲,控制电路300就提供给负载的电压提供反馈机制,并且根据反馈电压调节SMPS的开关频率。具体地,电路300包括来自SMPS 的负载302的反馈信号作为输入。反馈信号302由电路的电压传感器304 检测,并通过误差放大器308与参考电压306比较。参考电压306可以是任何电压值。在一个具体实施方式中,参考电压根据来自SMPS变压器或电感器108的指示电感器完全放电的信号。误差放大器308的输出提供给振荡器310,所述振荡器提供信号312以驱动SMPS的开关106的运行。以此方式,开关的运行频率可响应于电路的负载需求而变化。然而,应当理解,控制电路300是简化的控制电路,并且可在电路中包括更多或更少的部件以控制SMPS的开关频率。

通过使用开关频率控制电路300,SMPS可在准谐振(QR)模式下运行。在准谐振开关中,SMPS不具有固定的开关频率。而是控制电路300等待电路的漏电压中的低谷,然后将SMPS开关至导通状态。在一个具体实施方式中,漏电压中的低谷对应于存储于电感器中的电能达到零。因此,控制器等待直至电感器108中的电能达到零,然后再闭合开关以对电感器重新充电。如上所述,在电路关断状态期间,利用SMPS的装置的负载需求越高,SMPS的电感器108的存储电能就越快耗尽。因此,针对较轻或较小负载,由于电感器108中需要较小电能以向负载供电,所以SMPS的导通时间较短。所以,针对较轻负载,电路的开关频率增加。另选地,随着负载的增加,SMPS的导通时间变长,从而导致开关频率减慢,使得更多电能存储于电感器中以满足较高的负载需求。

如上所述,许多电子装置在短时间内(诸如装置启动期间)接近装置的标称最大额定功率2倍的峰值功率需求。然而,很多SMPS设计在没有重新设计或包含大型部件的情况下,无法达到装置的标称最大额定功率需求的2倍。作为响应,本公开的实施方式提供电路和方法,用于控制 SMPS的开关频率,以在不需要包含比较大的功率部件的情况下向电子装置提供高达标称最大额定功率2倍的功率。

具体地,图4是用于在连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的方法的流程图。该方法400的操作可由SMPS电路执行,并且更具体地由控制电路的开关频率的SMPS的控制电路执行。通过该操作,SMPS提供给电路负载的电力可提高达1.5倍,同时仍允许SMPS电路在向电子装置提供标称功率额定值时在QR模式下运行。

从操作402开始,SMPS可在QR模式下运行。如上所述,QR模式响应于由电路提供给负载的反馈电压,操作SMPS在关断状态和导通状态之间的开关。正因为如此,在QR模式下运行期间,开关频率可根据负载的功率需求而变化。此外,当SMPS在QR模式下运行期间,电路可将测出的关断时间(或电路在关断状态下经历的时间)存储于寄存器或其他存储装置中。例如,图5是示出在连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的操作的时序图500。时序图500包括若干信号,所述若干信号有助于理解SMPS电路在执行图4的方法400的步骤时的操作。

具体地,时序图500包括计数器重置信号502、寄存器负载信号 504和指示电路的计时器部件操作的信号506。还提供指出SMPS电路的电感器在充电的信号508。最初,SMPS在QR模式下运行。因此,在时间点 510,电路可进入导通状态以开始对电路的电感器充电。这一点反映在时序图500中,是电力信号508从时间点510至时间点512增加。在时间点 512,并且响应于提供给开关控制电路的反馈电压,电路进入关断状态,使得电感器充电停止(信号508)。在关断状态期间,计数器重置信号502失效,并且寄存器负载信号504生效,以开始计数关断时间持续期。因此,如信号506中所示,计数器于时间点512开始递增。

在时间点514,在QR模式下运行的SMPS电路响应于反馈电压而闭合电路的开关以进入导通状态,开始对电感器重新充电(如信号508从时间点514至时间点516所示)。还是在从514至516的时间段内,计时器506的测出值存储于寄存器中,如计时器信号在508时间段所示。在时序图500中还示出,在从514至516的时间段内提供给电感器的电力大于先前充电期间的电力。在一个实施方式中,电感器的额外充电可是响应于施加于电路上的较高负载。

在时间点516之后,电路再次进入关断状态。与上述类似,电路从时间点516开始对关断状态持续期进行计数,直至电路再一次进入导通状态。以此方式,在电路测量关断状态每一次发生的持续期并将测出的持续期存储于寄存器中的过程中,电路可运行以对电路的电感器进行充电和放电。因为SMPS在QR模式下运行,所以关断状态的长度可在各周期间变化。

在时间点518,如上所述,测出的关断状态持续期存储于寄存器中,并且开始电感器的充电期。然而,在518至520的时间段内,电感器的充电可使得存储于电感器内的电力超过电压阈值。一般来讲,当SMPS 在QR模式下运行时,响应于负载的额外功率需求,SMPS上的负载增加可导致开关频率降低。然而,在操作406中,电路可检测电路中的负载需求增加超过了阈值。超过阈值时,电路可进入功率偏离模式(PEM)。在PEM 期间,电路可停止在QR模式下运行,并过渡到CCM,使得电路的开关频率变得固定。在一个具体实施方式中,PEM下的电路的开关频率由寄存器中最后存储的关断状态持续期值所控制。

更具体地,在操作408中,通过将电路的开关频率锁定在寄存器中存储的值来使得电路进入PEM。转到图5的时序图500,生效的PEM信号 522指示电路已进入PEM状态。在PEM期间,寄存器负载信号504失效,使得没有额外的值存储于寄存器中。然后,SMPS以寄存器中最后存储的值506的开关频率运行。具体地,电路的每个周期的关断时间设定为寄存器中最后保存的关断时间持续期,使得开关频率被锁定在存储的值上。这样可以让电路在连续导通模式下运行,并且响应于较高负载功率需求而在电感器中维持较大的存储功率值。

在下一个时间点524,电路根据在操作410处从电感器接收到的反馈电压,检测到负载功率需求已返回至电路的标称功率需求范围内。此时,电路离开PEM(如失效的PEM信号522中所示)并且电路返回至如上所述的QR模式下运行。因此,电路返回至测量每个周期的关断状态持续期并且将关断状态持续期存储于寄存器中。

通过图4的方法400的操作,当负载功率需求超过阈值时,SMPS 可进入CCM。通过该方法,允许提供给负载的峰值电流升高多达25%,所述电流升高可让电路最多提供SMPS电路的标称最大额定功率的1.5倍。然而,一些电子装置可需要电路提供高达2.0倍标称最大额定功率。为了提供此种超过最大功率额定值的额外功率,电路还可在上述PEM期间采用自适应关断时间调制步骤。通过缩短处于PEM下的关断时间,触发导通时间的谷值电流增加,从而导致更多的平均电流输送给负载。

图6是用于在带有电路开关关断时间自适应调制功能的连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的方法的流程图。类似于上述流程图,图6的方法600的操作可由SMPS电路执行,并且更具体地由控制电路开关频率的SMPS的控制电路执行。通过该操作,SMPS提供给电路负载的电力可提高达2.0倍,同时仍允许SMPS电路在向电子装置提供标称功率额定值时在QR模式下运行。

从操作602开始,SMPS电路在QR模式下运行,并且当存储于电感器的电力因SMPS上负载增加而超过电压阈值时进入PEM。此种在QR 模式下运行并且当负载增加时过渡至PEM的操作在上文中参考图4和5进行了描述。该操作还可通过图7的时序图理解。具体地讲,图7是示出用于在带有电路开关关断时间自适应调制功能的连续导通模式下操作准谐振开关模式电源电路的操作的图。该时序图的一些部分类似于上文中关于图5 的时序图所描述的。因此,在时间点710至时间点720期间,SMPS在QR 模式下运行并且将关断时间持续期存储于寄存器中,如上所述。在时间点 720,SMPS的电感器中存储的电力超过阈值电压,使得电路进入PEM。在 PEM下,电路的关断状态持续期由寄存器中存储的持续期控制。

在操作604中,SMPS在PEM下运行的同时,根据反馈电压的增加而检测到负载需求增加。反馈电压在图7的时序图700中示出为反馈信号 702。在时间点722,反馈电压信号702指示负载需求增加。在该例子中,在时间点722,反馈电压从2.4V增加至3.2V。电路可检测该负载增加,并相应地作出响应。

具体地,电路可响应于测出的反馈电压增加而减少电路关断时间持续期。通过响应于负载增加而减少电路关断时间持续期,SMPS的开关频率增加,并且更多电力输送给电感器和负载。在此期间,SMPS仍可在开关频率固定的CCM下运行。然而,响应于较高的负载需求,开关频率可升高超过最后存储值,而非固定于寄存器中的最后存储值。实质上,PEM开关频率由电路响应于测出的较高负载而加快。

加快的开关频率示出于图7的时序图700中。具体地,在时间点 722测出反馈电压升高。作为响应,计时器信号706加速使得最大关断时间 (或电路维持在关断状态下的持续期)增加。如图所示,介于时间点722 和时间点724之间,电路的计时器信号706加速。通过增加电路的开关频率,施加于电感器(示出于信号708中)的电力增加。换句话讲,因为电路减少了关断状态持续期,所以在下一个驱动周期开始前,电感器无法释放存储的电能。以此方式,只要测出较高负载,提供给电感器的电力就保持在高水平。

在一个具体实施方式中,最大关断状态持续期比寄存器中存储的时间减少了二分之一。例如,如果存储的关断状态持续期为10ms,电路就可响应于测出的较高负载,通过将关断状态持续期减少至5ms来来提高开关频率。一般来讲,缩放系数与当前反馈电压和PEM阈值反馈电压之间的负差成指数级正比关系。因此通过将关断状态持续期减少0.5(或加倍开关频率),输出功率可增加达电路标称最大功率的2.0倍。然而,应当理解,开关频率可增加任何缩放系数。将关断状态持续期减少0.5仅仅是响应于较高测出负载而改变开关频率的一个例子。在一个实施例中,可以使用确定与反馈电压和阈值反馈电压之间的负差成任意指数级关系的输出的任何电子电路来确定相应的缩放系数。

SMPS可继续在缩放的关断状态持续期里运行任何时间量。在一个实施方式中,只要反馈电压保持为高电压,SMPS就持续处于缩放的PEM 中。在之后的某个时间,负载需求可变得较少。例如,在时间点724,反馈电压(信号702)可减少,指示负载需求下跌。电路可在操作608中检测反馈电压的下降。在操作610中,电路可响应于测出的反馈电压而降低开关频率。在一个实施方式中,SMPS的关断状态持续期返回寄存器中存储的值,如上文中关于电路的PEM状态所述。然而,电路可响应于来自负载的反馈电压的下降,而将开关频率降低至任何值。关断状态持续期的增加示出于时间点724和时间点726之间的计时器信号706中。

仍在之后的时间,电路可以检测反馈电压的进一步减少,所述减少指示电路上的负载更低。例如,在时序图700的时间点726,电路可检测反馈电压下降到进入PEM的阈值以下。在操作中712,电路可检测反馈电压下降到进入PEM的阈值以下,并且作为响应,可让SMPS电路返回QR模式。在QR模式下,在电路的每个驱动周期中,电路的关断时间持续期响应于反馈电压而被设定,并且存储于寄存器中。正因为如此,通过图6的方法600的操作,电路可在QR模式下运行,当反馈电压超过阈值时进入到 PEM,并且响应于电路负载的进一步增加而升高开关频率。通过该响应于反馈电压的缩放频率,电路可响应于负载需求而提供最多2.0倍的SMPS标称最大功率额定值。

图8是控制电路800的示意图,用于开关模式电源电路通过缩放的开关频率来操作电路。尽管在图8中示出并在本文中讨论包括所示的特定部件和连接,但是应当理解,更多或更少部件可被利用于电路800中,并且此类部件可以由很多不同变体连接。本领域技术人员将认识到有多种方式可创建执行本文所述方法的一个或多个操作的电路。正因为如此,图8 的电路800仅仅是用于SMPS执行上述操作的控制电路的一个例子。

一般来讲,电路800包括多个执行上述操作的电路。例如,电路 800包括用于测量SMPS的关断状态持续期的计时器电路802。在一个实施方案中,计时器电路802包括在SMPS的关断状态期间由一个或多个控制信号驱动以递增的增序计数器。寄存器可与寄存器电路804连接或以其他方式进行通信。寄存器804还可由一个或多个信号(诸如将寄存器的输入引脚上的信号或值加载到寄存器中的“加载”信号)控制。在一个实施方式中,计时器电路802的输出被输入并存储于寄存器804中,以便用于在电路的PEM期间设定SMPS的开关频率。此外,控制计时器电路802和/或寄存器804的操作频率的时钟信号可由振荡器电路810提供,如图8的电路 800中,振荡器电路的输出被示为对计时器电路和寄存器的时钟输入。

此外,电路800可包括比例计算或确定电路808,以基于提供给 SMPS的负载的反馈电压确定施加于开关频率的缩放系数。由确定电路808 确定出的缩放系数被SMPS利用,以当在PEM下运行中测出较高负载状况时,缩放SMPS的开关频率。类似地,该电路可包括峰值功率偏离电路 806。峰值功率偏离电路806检测何时SMPS的电感器中的峰值功率超过阈值,示出为电路800中的比较器806的输入VPEM。峰值功率偏离电路806 的输出可由电路800利用,以使得当电感器中存储的电力超过阈值电压时 SMPS从QR模式进入PEM,并且当存储的电力下降至低于阈值电压时,从PEM返回QR模式。一般来讲,上述电路800的所有部件的均可被利用来控制SMPS的开关频率,从而在不需要集成到SMPS电路中的较大存储装置的情况下提供电路的标称最大功率额定值的2.0倍功率。

从上述记载看出,本公开还包括一种控制开关模式电源的方法,所述方法包括:在所述开关模式电源的标称负载状况期间测量和存储开关关断时间持续期;检测所述开关模式电源的峰值功率偏离状况;通过调节所述开关的关断时间至等于所存储的关断时间持续期,来设定所述开关模式电源的开关频率;在峰值功率偏离状况期间检测负载需求的增加;以及在所检测的峰值功率偏离状况期间,响应于负载状况的改变,通过缩放系数来调节所述开关模式电源的所述关断时间。

根据上述方法的一个实施例,还包括:在所述开关模式电源的每个驱动周期内,利用计数器电路对所述开关模式电源的所述开关关断时间持续期进行计时。

根据上述方法的一个实施例,其中所述开关关断时间持续期存储于与计数器电路通信的寄存器中。

根据上述方法的一个实施例,其中检测所述高功率负载状况包括:接收来自所述开关模式电源的控制电路的超过阈值的反馈信号。

根据上述方法的一个实施例,还包括:利用缩放系数确定电路确定所述缩放系数。

根据上述方法的一个实施例,其中所述反馈信号是电压,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成反比例。

根据上述方法的一个实施例,其中所述反馈信号是电流,并且所述缩放系数与来自所述开关模式电源的负载的所述反馈信号成正比例。

根据上述方法的一个实施例,其中在所述峰值功率偏离状况的检测之前,所述开关模式电源在准谐振操作模式下操作。

根据上述方法的一个实施例,其中针对至少一些所述峰值功率偏离状况,所述开关模式电源在连续导通操作模式下操作。

根据上述方法的一个实施例,还包括:以缩放的开关频率操作所述开关模式电源,使得在缩放的关断时间持续期结束之后,所述开关模式电源才进入下一个驱动周期。

根据上述方法的一个实施例,还包括:检测所述开关模式电源返回所述标称负载状况;以及在准谐振模式下操作所述开关模式电源。

应当指出的是,图4和图6的流程图仅仅是示例性的。本实用新型的另选实施方案可在不影响本实用新型的精神与范围的情况下增加操作、省去操作或改变操作顺序。上面的叙述仅仅是说明了本实用新型的原理。考虑到本文的教导内容,对于所述实施例的各种改动对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此,将认识到,虽然这儿没有明白地示出或描述,那些技术熟练人员能够设计包含有本实用新型原理的许多系统、布置和方法,并因此属于本实用新型的精神和范畴内。本领域的普通技术人员从以上描述和附图将理解,所示和描述的特定实施方案仅是出于说明目的而无意限制本实用新型的范围。对特定实施方案的细节的引用无意限制本实用新型的范围。

各种文献,包括专利和专利申请,已经以引用方式并入本申请。在并入的文献和本申请之间发生矛盾时,以本申请(包括本文中的任何定义)为准。

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