开关模式电源的制作方法
【专利说明】开关模式电源
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月3日提交的美国临时申请第61/947，089号的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明的各种实施例涉及开关模式电源(switching mode power supply，SMPS)，并且具体涉及一种用于SMPS的控制电路、SMPS自身、由SMPS供电并且包含该SMPS的设备、以及由该SMPS和该控制电路执行的方法。
【发明内容】
[0004]第一实施例涉及一种操作电源的方法，该电源具有变压器、控制通过变压器的初级侧的电流的晶体管、以及用于控制晶体管的切换以在变压器中生成电流脉冲的控制单元，该方法包括:
[0005]接收反馈?目号，以及
[0006]--基于反馈信号退出猝发模式(burst mode)并且进入正常模式(normal
mode):
[0007]——如果反馈信号超过第一阈值
[0008]一一或者如果反馈信号超过第二阈值达至少第一时间量并且如果反馈信号超过第三阈值，
[0009]一一其中第三阈值大于第二阈值，并且第一阈值大于第三阈值。
[0010]第二实施例涉及一种器件，包括:
[0011]——变压器，
[0012]一一晶体管，其控制通过变压器的初级侧的电流，
[0013]一一控制单元，其用于控制晶体管的切换以在变压器中生成电流脉冲，
[0014]一一其中控制单元被配置用于
[0015]——接收反馈信号，
[0016]一一基于反馈信号退出猝发模式并且进入正常模式:
[0017]——如果反馈信号超过第一阈值
[0018]一一或者如果反馈信号超过第二阈值达至少第一时间量并且如果反馈信号超过第三阈值，
[0019]—一其中第三阈值大于第二阈值，并且第一阈值大于第三阈值。
[0020]第三实施例涉及一种器件，包括:
[0021]——变压器，
[0022]控制通过变压器的初级侧的电流的晶体管，
[0023]——用于控制晶体管的切换以在变压器中生成电流脉冲的控制单元，
[0024]——其中控制单元包括:
[0025]—一用于接收反馈信号的装置，
[0026]一一用于基于反馈信号退出猝发模式并且进入正常模式的装置:
[0027]一一如果反馈信号超过第一阈值
[0028]一一或者如果反馈信号超过第二阈值达至少第一时间量并且如果反馈信号超过第三阈值，
[0029]—一其中第三阈值大于第二阈值以及第一阈值大于第三阈值。
[0030]第四实施例针对一种可以直接加载到数字处理设备的存储器中的计算机程序产品，包括用于执行以下步骤的软件代码部分:
[0031]——接收反馈信号，以及
[0032]一一基于反馈信号退出猝发模式并且进入正常模式:
[0033]——如果反馈信号超过第一阈值
[0034]一一或者如果反馈信号超过第二阈值达至少第一时间量并且如果反馈信号超过第三阈值，
[0035]—一其中第三阈值大于第二阈值，并且第一阈值大于第三阈值。
【附图说明】
[0036]各种实施例通过参考附图来示出和图示。附图用于图示基本原理，所以仅仅对理解基本原理所需的各种方面进行了图示。附图未按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示类似的特征。
[0037]图1示出了功率转换器的示意性框图；
[0038]图2示出了包括多个信号以及从低电流到高电流的负载跳变(load-jump)的示例图，所述负载跳变导致初级控制器的猝发模式结束并且进入正常模式；
[0039]图3示出了包括多个信号以及小的负载跳变的备选图，所述小负载跳变导致初级控制器的猝发模式结束并且进入正常模式；
[0040]图4示出了可以在猝发模式控制中用于确定指示从猝发模式转变为正常模式的信号的示例性逻辑。
【具体实施方式】
[0041]开关模式电源(SPMS)越来越多地用于许多家用应用和工业应用中。诸如电视机或者计算机显示器等设备在多种状态或者模式中的一种状态或者模式下运行。例如，当不向设备供应电源时，在第一“关闭”模式下；当器件切换为开启(switch on)并且运行正常时，在第二“开启”模式下；以及当器件保持供电但是具有减少的功能和降低的功耗时，在称为“待机模式”的第三模式下。例如，在设备为电视机的情况下，待机模式可以是例如如下模式:虽然电视机不显示图象或者产生声音，但是在电视机中的特定电路可以保持供电，从而使得如果按下遥控器的“开启”按钮则电视机能够返回至“开启”模式。
[0042]可以通过向与晶体管串联的变压器的初级侧提供稳压电源(regulated powersupply)来实施SMPS。变压器的次级侧连接至设备(也称为“负载”)。晶体管的切换(通常是，但不排他地是，晶体管的切换断开(switch off);所谓的“回扫(fly-back)”操作)引起通过变压器的电流产生变化，导致在变压器的次级侧上的输出功率。变压器的次级侧可以经由平滑电路连接至需要供电的设备。每单位时间的平均开关操作次数、以及在每次开关操作中引起的在晶体管中流动的电流，一起确定传送至设备的平均功率。与借由线性稳压器构造的常规电源相比，SMPS的主要优点在于其在全负载下的高效率。
[0043]然而，当负载降低并且开关周期保持相同时，SMPS的效率极大地降低，这是由于功率损耗几乎完全归因于开关损耗，开关损耗又几乎完全与晶体管执行的开关操作的次数成正比。已知的解决该问题的一个方案是随着负载下降而减少每单位时间的开关操作次数，使得开关操作平均次数对于供应负载是足够的。由于减少了开关操作次数，所以开关损耗随着负载减少而降低。
[0044]存在多种已知的用于控制开关操作的定时的方法。一种方案是:无论器件是在高功率模式下运行还是在低功率模式下运行，都将切换操作的频率维持在相同的值，但是在低功率模式下是为了中断开关操作。由此，在该“猝发模式”下，存在由其中完全没有功率脉冲的时段(per1d)分隔开的高频率功率脉冲的“猝发”(“帧”)。所传送的平均功率由此取决于针对其传送了猝发的SMPS的操作的比例。
[0045]US 7，394，669 B2特别地涉及SMPS，并且允许仅仅通过包含来自该SMPS的负载信息的反馈信号来确定猝发模式的占空比和频率。两个阈值之差给出了滞后，该滞后消除高频率猝发。US 7，394，669 B2以引用的方式并入本文。
[0046]图1示出了功率转换器的示意性框图。在图的左面，接收到AC电压供应VAC。通常，VAC可以在85V至270V之间的范围内。VAC由整流器101整流，然后传至平滑电容器102。由整流器101供应的DC电压被馈送至变压器103的初级绕组104的一个输入。初级绕组104与晶体管106串联连接。晶体管106可以是可以用于功率转换器中的任何电子开关元件。在图1中示出的示例中，晶体管106是η沟道M0SFET，其中MOSFET的漏极连接至初级绕组104，并且MOSFET的源极经由电阻器107连接至接地。
[0047]图1也示出了初级控制器108，其包括正常模式控制109、猝发模式控制110、开关111和PWM控制112 (PWM:脉冲宽度调制)。MOSFET的栅极由初级控制器108的输出⑶(栅极驱动器)控制，该输出⑶由PWM控制112控制。MOSFET的源极连接至输入CS(电流传感)，该CS供应至PWM控制112。经由输入CS，感测流过电阻器107的电流。
[0048]变压器103的二次绕组105经由二极管113连接至提供DC电压输出Vout的输出。该输出经由电容器114进一步连接至接地。DC电压输出Vout也被馈送至补偿网络115，馈送至补偿网络115的还有由电压源116供应的参考电压信号Vref。补偿网络115的输出信号被供应至光耦合器117的