在电压调节的开关模式电源中的电压下降控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总的涉及开关模式电源（有时被称为开关电源或开关式电源）领域，并且 更特别地，涉及输出电压调节的开关模式电源中的电压下降的控制。
【背景技术】
[0002] 开关模式电源（SMPS)是众所周知的电源转换器类型，其由于它的小尺寸和重量 以及例如，在个人计算机和诸如蜂窝电话的和便携式电子装置中的高效而具有多种多样应 用范围。SMPS通过高频率（通常为几十至几百kHz)地开关诸如功率MOSFET的一个或多个 开关元件以将输入电压转换为所希望的输出电压来实现这些优点，其中开关的频率或者占 空比使用反馈信号来调节。SMPS可以采取整流器（AC/DC转换器）、DC/DC转换器、变频器 (AC/AC)或换流器的形式。
[0003] 如果单个SMPS的功率输出能力对于给出的应用是不足够的，将多个SMPS并联以 经由公共输出路线来向负载供电是可能的。不非输出电压调节的（特别是二极管整流DC/ DC转换器）SMPS非常适合此类负载电流共享布置，因为每一个SMPS的电力传动系统中的寄 生电阻通常促使转换器的输出电压随着转换器的输出电流的增加而下降，即存在自然的输 出电压下降。每一个SMPS所表现出的下降通过有效调节SMPS的输出电压来促进与系统中 其它SMPS的电流共享，以便对抗SMPS的输出电流和系统中其它SMPS的输出电流之间的任 何失调。因此，电压下降特性允许并行SMPS共享向它们的负载平均地供应电流的任务。在 这样的并行SMPS系统，负载共享可以通过增加每一个SMPS所表现出的电压下降的量以及 注意恰当地设定每一个SMPS的初始设置（即在空载电流处的输出电压）来改进。
[0004] 但是，存在许多这样的SMPS应用，其中，要向负载电路系统（例如CPU)供应的 SMPS输出电压必须被调节以便维持在（通常非常低的）电压带以内。例如，可以通过将指 示SMPS输出电压的信号反馈给SMPS的脉宽调制（PffM)控制器来实现输出电压调节，PffM控 制器监控反馈信号并调整SMPS的（多个）开关元件的开关占空比，以便无论负载电流水平 是多少都将输出电压维持在预定值处。替代地，可以使用开关频率控制器而不是PWM控制 器来控制SMPS的（多个）开关元件的开关频率，以便无论负载电流水平是多少都将输出电 压维持在预定值处。由于它们的广泛可用性，通常期望并行地运行电压调节的SMPS，以向具 有高电力需求的负载电路进行馈送。然而，自然的输出电压下降的不存在使得在这样的并 行系统中难以维持SMPS间的平均电流共享，并且因此在SMPS中引入某些形式的人工电压 下降变得必要。现在将参考图1说明如何可以向调节的SMPS提供人工下降的简化示例。
[0005] 图1是包括开关网络110的常规SMPS 100的示意图，开关网络110具有一个或多 个有源开关设备（例如M0SFET)，该有源开关设备被控制为按照由PffM控制器120所设置 的开关占空比在传导（"0N"）和非传导（"OFF"）状态之间切换。PffM控制器120基于指 示SMPS输出电压V ciut的反馈信号来确定占空比，从而使得对于任何给定的SMPS电流负载， 输出电压Vciu^被维持在基本上恒定的值。PffM控制器120被控制为通过电压下降控制电 路130来提供电压下降。更具体地，电压下降控制电路130基于由电流感应电路140生成 的指示SMPS输出电流的信号来生成用于调整输出电压设定点（即输出电压目标值）的下 降控制信号150, PffM控制器120使用该设定点来调节Vciutt3
[0006] 电流感应电路140可以简单地被配置为测量跨连接至SMPS 100的输出的专用分 流电阻的电压降，从而使得电压下降控制电路130将所述电压降接收为指示SMPS输出电流 Iciut的信号。但是，使用分流器来测量I _具有降低电力传动系统110向SMPS 100的（多 个）输出引脚的热耦合、以及由于电阻损失而降低SMPS效率的缺点。
[0007] 在存在输出扼流（例如正激拓扑DC/DC转换器以及其它）的开关模式电源中，可 以通过进行例如在"简单的消除感应电阻的电流感应技术"（"A Simple Current-Sense Technique Eliminating a Sense Resistor'，，Linfinity Application Note AN-7, Rev. I. 107/1998)中所描述的"无损"电流测量来避免这些问题。在这些情况下，电流 感应电路140和电压下降控制电路130可以被配置为如图2中所示，而PffM控制器120可 以以图3中示意性地示出的形式被提供。
[0008] 在图2的示例中，电流感应电路140包括电阻R。和电容C的串联组合，电容C被 连接至SMPS 100的上方输出路线，该串联组合与具有电感L和寄生电阻&的输出扼流并 联。电压下降控制电路130包括运算放大器（"op-amp") 131，其反相㈠ 和同相⑴输入 分别经由电阻RjPR2跨电容C被连接。作为有源器件，op-amp 131需要从电压源（未示 出）接收电力，以便能够生成信号Va，该信号Va基于在反相（-)和同相（+)输入处接收的 信号。信号V a是图3中所示的向PffM控制器120的输出，并且还经由电阻R3被反馈至反相 输入。在图2中，指示输出电流的信号与来自开关网络110的大的方波以及高频噪声和由 开关引起的短毛刺重叠。信号的这些高频分量通过由Rc和C提供的一阶低通滤波器滤除。 要注意的是，差分放大器的参考（+)端子在输出电压V ciJ^，意味着需要前述电压源来提供 比Vciut更高的供应电压用于op-amp 131。在下文将说明，在此示例中，PffM控制器120以接 地为参考，从而使得需要信号直流电平偏移，以便允许电压下降控制电路130和PffM控 制器120-起工作。
[0009] 图3示出PffM控制器120的细节，在本示例中，其可以包括采用PID调节器121的 示例性形式的输出电压调节器，PID调节器121可选地具有所谓的"Lucent微调"。PffM控制 器120还包括基于PID调节器121的输出来生成用于开关网络110中受其控制的（多个） 开关的驱动信号的开关驱动电路122。至PffM控制器120的信号V ciuJP Va输入参考稳定的、 通常为I. 25V的参考电压Vraf。信号Va馈送至形成PID调节器121的一部分的op-ampl23 的反相输入。在图3中，V aux是用于给SMPS的内部电子器件供电的可选辅助"后勤"电源， 并且在此示例中其用来在Vciut不存在时在上电期间向参考电压二极管提供偏置电流。V aux 还可以比Vciut更小。
【发明内容】
[0010] 本发明人已经研究了具有调节的SMPS的电源系统的操作，该调节的SMPS具有如 上文所述的人工下降，这些调节的SMPS被并联以经由公共输出线路给负载馈电，并且已经 识别出迄今为止尚未被认识到的、出现在此类系统中的问题；即，该系统具有可以严重降低 其效率和可靠性的不稳定性。更具体地，发明人已经发现电源系统可以进入以下操作模式： 在该模式中一个或多个SMPS接收（sink)(即经由其输出端接收）其它SMPS向输出线路