用于开关模式电源的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般而言涉及电子设备，并且更具体地涉及用于开关模式电源的系统和方 法。
【背景技术】
[0002] 电源系统普遍存在于很多电子应用中，从计算机到汽车。通常，通过操作加载有电 感器或变压器的开关执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC变换来产生电源系统内的电压。一种 这样的系统包括开关模式电源（SMPS)。由于功率变换是通过控制电感器或变压器的充电和 放电执行的，SMPS通常比其它类型的电源变换系统具有更高的效率并且减小了由于电阻性 压降上的功率损耗而导致的能量损失。
[0003] SMPS通常包括至少一个开关和电感器或变压器。一些具体的拓扑包括降压变换 器、升压变换器和反激式变换器等。控制电路通常用于接通和关断开关以对电感器充电和 放电。在一些应用中，经由反馈环路控制供给负载的电流和/或供给负载的电压。
[0004] SMPS的一个应用是作为发光二极管（LED)的电源，诸如在家用和商用照明应用场 合使用以替代白炽灯和紧凑型荧光灯（CFL)的发光二极管。在一些应用中，SMPS用于将AC 线电压变换为DC电流以对LED供电。
【发明内容】
[0005] 根据实施例，操作开关模式电源的方法包括经由第一晶体管从输入节点接收功 率，经由开关晶体管提供接收到的功率的第一部分至负载，该开关晶体管具有耦合到第一 晶体管的第一端以及经由串联电阻器和串联电感器耦合到负载的第二端，测量流过负载的 电流，测量包括监测跨串联电阻的电压；以及根据测得的电流通过接通和关断开关晶体管 来控制流过负载的平均电流。
【附图说明】
[0006] 为了更全面地理解本发明及其优点，现将结合附图参考以下描述，其中：
[0007] 图la-b示出了开关模式降压变换器的一个实施例的原理图及相关波形图；
[0008] 图2示出了电压至电流变换器电路的一个实施例的原理；
[0009] 图3示出了脉冲发生器电路的一个实施例的原理；以及
[0010] 图4示出了方法实施例的流程图。
[0011] 除非另有说明，不同附图中相同的序号和符号通常指代相同的部件。所绘附图是 为了清楚地示出优选实施例的有关方面，而并不需要按比例绘制。为了更清楚地示出一些 实施例，在附图序号后跟随指示相同结构、材料或工艺步骤变化的字母。
【具体实施方式】
[0012] 下面详细描述了现有的优选实施例的制造和使用。然而，应当理解的是，本发明提 供了很多可应用的发明构想，其可以体现在多种特定背景下。所描述的具体实施例仅仅是 具体形式的说明以制造和使用本发明，而不限制本发明的范围。
[0013] 本发明将关于特定背景中的优选实施例进行描述，其为用于降压变换器配置中的 开关模式电源的系统和方法。本发明的实施例也可以应用于其它开关模式电源配置和包括 开关的其它电路的其它系统和应用，但不限于电力系统和电机控制系统。
[0014] 在本发明的实施例中，使用具有经由第一晶体管耦合到功率输入轨的漏极的开关 晶体管实现降压变换器。降压变换器的负载经由串联电阻器和串联电感器耦合到开关晶体 管的源极，从而耦合到降压变换器。由于串联电阻器和负载串联耦合，降压变换器能够通过 测量跨串联电阻器的电压连续地监测变换器的输出电流。基于跨串联电阻器的电压的这些 测量值，降压变换器通过接通和关断开关晶体管控制传输给负载的平均电流。经由耦合在 第一晶体管的栅极和耦合到串联电阻器和串联电感器的浮动基准节点之间的功率轨提供 功率给监测负载电流和控制开关晶体管的电路。耦合在第一晶体管的栅极和浮动基准节点 之间的解耦电容器平滑平功率轨的电压，并维持第一晶体管的栅极电压。
[0015] 图la示出了包括控制器电路114的开关模式降压变换器100的实施例，该控制器 电路114经由晶体管108耦合到输入节点Vin且耦合到由发光二极管（LED) 146和148表 示的负载。二极管桥式整流器102将AC电压Vac(其可以表示例如AC主电压）变换为耦 合到晶体管108的DC电压Vin。当开关模式降压变换器100首先连接到AC电源时，电阻 器106可以用于限制浪涌电流并且电阻器110可以用于对VCC电容器130充电，且输入滤 波电容器104对节点Vin上的电压纹波进行滤波。开关晶体管120的开关动作通过经由串 联电阻器142磁化串联电感器150提供电流至由LED146至148表示的负载，由此从输入 端传输功率至负载。在这些实施例中，开关晶体管120和晶体管108可以使用例如金属氧 化物半导体场效应晶体管（MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管（IGBT)、功率MOSFET等实现。在 一些实施例中，晶体管108使用能够承受高漏-源电压和高栅-漏电压的器件实现。例如， 在操作期间，晶体管的漏-源电压可能超过500V，其取决于AC主电压。
[0016] 在实施例中，控制器电路114相对与地基准101"浮置"，整流输入电压Vin以该基 准101为基准。在实施例中，功率经由晶体管108供给控制器电路114,晶体管108的栅极 是由偏置电阻器110和电源电容器130偏置的。控制器电路114的接地连接GND以浮动基 准节点作为参考，该浮动基准节点耦合到串联电阻器142和串联电感器150之间的公共节 点。电源电容器130相对浮动基准节点的为电源引脚VCC提供稳定的电源。在启动阶段， 偏置电阻器110对电源电容器130进行充电至控制器电路114开始操作的点。接着，在开 关期间，晶体管108的漏-源寄生电容器作为充电泵对电源电容器130和控制器电路114 的电源引脚VCC充电。此外，二极管112和晶体管108箝位VCC电压。在操作期间，电源电 容器130通过控制器电路114内的工作电流放电。在一些实施例中，控制器电路114包括 保持VCC电压小于某个最大电压的箝位电路（未示出）。例如，该最大电压可以是12V。或 者，根据用于实现控制器电路114的具体实施例、其具体说明及特定1C技术，可以使用其它 最大电压。
[0017] 在操作期间，输出电流Ioutput持续流过串联电阻器142。当开关晶体管120导通 时，电流Ioutput流动通过开关晶体管120的负载路径、通过串联电阻器142和串联电感器 150以及通过由LED146和148表示的负载。输出电容器144可以用于减小负载处的电压纹 波。当开关晶体管120导通时，通过串联电感器150的电流线性增加。当开关晶体管120 关断时，电流持续流过串联电阻器142、串联电感器150和由LED146和148表示的负载，但 是，当串联电感器150去磁时，电流来自二极管140而不是开关晶体管120。由于Ioutput 持续流过串联电阻器142,控制器电路114可以被配置为持续监测Ioutput以控制Ioutput 为一个预定电流。
[0018] 在一个实施例中，控制器电路114通过耦合到开关晶体管120源极的引脚VCS监 测Ioutput。通过检测引脚VCS的电压确定平均输出电流，并且因此，跨串联电阻器142的 电压表示输出电流Ioutput。在一个示例中，峰值检测和保持电路124确定表示最大输出 电流的引脚VCS上的峰值电