用于开关电源的控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于SMPS的控制装置，所述控制装置(1000)包括：输入端子，所述输入端子被配置成接收表示所述SMPS的输出的反馈信号(V1)；正常模式处理装置(1016)，所述正常模式处理装置被配置成处理所述反馈信号且提供用于在正常操作模式下操作所述SMPS的正常模式控制信号(1020)；突发模式处理装置(1018)，所述突发模式处理装置被配置成处理所述反馈信号且提供用于在突发操作模式下操作所述SMPS的突发模式控制信号(1022)；以及反馈控制处理装置，所述反馈控制处理装置被配置成操作所述SMPS，使得所述正常操作模式下的所述反馈信号与所述突发操作模式下的所述反馈信号具有预定关系。
【专利说明】
用于开关电源的控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及开关电源、用于开关电源的控制装置以及操作开关电源的方法。
【背景技术】
[0002]在许多种开关电源中，借助于在SMPS的输出侧或次级侧上的误差放大器中得出的误差来调节输出参数，通常为输出电压;通常借助于光电耦合器将与误差相对应的信号传输到初级侧或输入侧，以维持输入侧和输出侧之间的电隔离。此类电源通常与消费者应用组合使用，例如，与用于膝上型计算机、手机、TV、桌上型PC等的适配器组合使用。
【发明内容】
[0003]根据第一方面，提供一种用于SMPS的控制装置，所述控制装置包括:
[0004]输入端子，所述输入端子被配置成接收表示SMPS的输出的反馈信号；
[0005]正常模式处理装置，所述正常模式处理装置被配置成处理反馈信号，且提供用于在正常操作模式下操作SMPS的正常模式控制信号；
[0006]突发模式处理装置，所述突发模式处理装置被配置成处理反馈信号，且提供用于在突发操作模式下操作SMPS的突发模式控制信号；以及
[0007]反馈控制处理装置，所述反馈控制处理装置可以被配置成操作SMPS，使得正常操作模式下的反馈信号与突发操作模式下的反馈信号具有预定关系。
[0008]使用这种预定关系可以使SMPS能更有效地改变操作模式，且可以产生SMPS的更明确限定的输出电压。
[0009]反馈控制处理装置可以被配置成设定正常操作模式下的反馈信号的电平，使得所述电平与用于转变到突发操作模式的反馈信号的电平具有预定关系。反馈控制处理装置可以被配置成设定用于转变到突发操作模式的反馈信号的电平，使得所述电平与正常操作模式下的反馈信号的电平具有预定关系。
[0010]所述预定关系可以是固定/恒定差值。所述差值可以是绝对差值或电平的比例。
[0011]正常模式处理装置可以被配置成比较反馈信号与正常模式参考信号。突发模式处理装置可以被配置成比较反馈信号与突发模式参考信号。正常模式参考信号和突发模式参考信号之间的关系可以与正常操作模式下的反馈信号和突发操作模式下的反馈信号之间的预定关系相对应。
[0012]正常模式处理装置可以被配置成根据反馈信号和正常模式参考信号之间的比较结果来确定正常模式自适应偏置信号。正常模式处理装置可以被配置成将正常模式自适应偏置信号加到反馈信号以便提供正常模式控制信号。正常模式处理装置可以被配置成将正常模式控制信号设定为反馈信号和正常模式参考信号之间的比较结果。
[0013]突发模式处理装置可以被配置成根据反馈信号和突发模式参考信号之间的比较结果来确定突发模式自适应偏置信号。突发模式处理装置可以被配置成将突发模式自适应偏置信号加到反馈信号以便提供突发模式控制信号。突发模式处理装置可以被配置成将突发模式控制信号设定为反馈信号和突发模式参考信号之间的比较结果。
[0014]正常模式处理装置可以被配置成根据反馈信号和正常模式参考信号之间的比较结果来设定正常模式控制信号。突发模式处理装置可以被配置成根据反馈信号和突发模式参考信号之间的比较结果来设定突发模式控制信号。
[0015]正常模式处理装置可以包含反馈控制处理装置。反馈控制处理装置可以包括偏置求和组件。偏置求和组件可以被配置成通过将自适应偏置信号加到反馈信号来提供正常模式控制信号。反馈控制处理装置可以进一步包括偏置确定组件。偏置确定组件可以被配置成根据反馈信号和正常模式参考信号之间的差值提供自适应偏置信号。反馈控制处理装置可以进一步包括偏置积分器组件。偏置积分器组件可以被配置成在自适应偏置信号被提供到偏置求和组件之前对所述自适应偏置信号进行低通滤波。
[0016]控制装置可以包括电流镜。电流镜可以包括输入端子。输入端子可以被配置成接收电流域反馈信号。输入端子可以被配置成表现得像具有固定电压电平的电压源。电流镜可以包括被配置成提供反馈信号的输出端子。
[0017]控制装置可以包括结束突发模式输出端子。控制装置可以包括结束突发模式处理装置。结束突发模式处理装置可以被配置成比较反馈信号与结束突发参考信号。结束突发模式处理装置可以被配置成将结束突发模式控制信号提供到结束突发模式输出端子。结束突发参考信号可以与正常模式参考信号和/或突发模式参考信号具有预定关系。
[0018]正常模式处理装置可以包括偏置确定组件，所述偏置确定组件被配置成根据第一反馈信号和偏置参考信号确定偏置信号。正常模式处理装置可以包括偏置施加组件，所述偏置施加组件被配置成将偏置值加到第一反馈信号以便提供正常模式控制信号。
[0019]可以提供一种计算机程序，所述计算机程序当在计算机上运行时，使得计算机配置任何设备或执行本文中所公开的任何方法，所述设备包含本文中所公开的电路、控制器、控制装置、SMPS或装置。计算机程序可以是软件实施方案，且可以考虑计算机为任何适当的硬件，作为非限制性实例，硬件包含数字信号处理器、微控制器以及只读存储器(R0M)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)形式的实施方案。软件可以是汇编程序。
[0020]计算机程序可以在计算机可读媒体上提供，或可以实施为瞬态信号，所述计算机可读媒体可以是物理计算机可读媒体，例如光盘或存储器装置。这种瞬态信号可以是网络下载数据，包含互联网下载数据。
【附图说明】
[0021]现在将仅举例且参考附图来描述一个或多个实施例，在所述附图中:
[0022]图1示出实例开关电源(switch mode power supply，SMPS)的部分电路图；
[0023 ]图2示出用于图1的SMPS的模拟的信号；
[0024]图3示出用于图1的SMPS的控制装置；
[0025]图4示出用于提供图3的控制装置的功能中的至少一些功能的电路；
[0026]图5示出包含电流镜的控制装置的实例；
[0027]图6示出用于图5的控制装置的模拟的信号；
[0028]图7示出另一实例的控制装置的模拟中的信号；
[0029]图8示出控制装置的另一实例；
[0030]图9示出用于图8的控制装置的模拟的信号；以及
[0031]图10和图11示出控制装置的进一步的实例。
【具体实施方式】
[0032]本文中所公开的一个或多个实例涉及具有电源隔离的开关电源(SMPS)以及跨越所述电源隔离传送调节信息。作为非限制性实例，可以使用光电耦合器或变压器跨越所述隔离传送调节信息。
[0033]图1示出实例SMPS 100οSMPS 100具有电源隔离102，所述电源隔离通过具有初级绕组103和次级绕组106的变压器提供，由此限定SMPS 100的初级侧和次级侧。图1中并未示出SMPS 100的所有特征，因为未示出的特征是本领域中众所周知的。SMPS 100可以基于若干拓扑，例如反激式拓扑、谐振式拓扑、前激式拓扑等。
[0034]SMPS 100在其初级侧(如在图1中示出的电源隔离102的左手侧)连接到电源AC电压供应器，且在SMPS 100的次级侧上的次级绕组106处提供输出电流。如图1中所示，次级绕组106经由输出整流二极管110连接到缓冲电容器108。在缓冲电容器108处，存在输出电压(Vout)且可以将所述输出电压连接到负载(未示出)。
[0035]输出电压在被反馈到SMPS100的初级侧之前还可以通过误差放大器112来调节，因此可以适当地控制初级侧。在图1中，误差放大器112由NXP半导体出产的TL431组件提供，TL431组件是3引脚装置。图1还包含电阻分压器114，所述电阻分压器跨接在输出两端，以用于分接某一比例的Vout，随后将所述比例的Vout提供到误差放大器112以用于处理。以此方式，误差放大器112可以使用Vout的标称值。图1还示出补偿网络116，用于改进反馈的稳定性而不需要静态偏置，在此实例中，所述补偿网络是简单的RC网络。
[0036]图1还示出光电耦合器119，所述光电耦合器具有在电路的次级侧上的光电耦合器LED 120和在电路的初级侧上的光电耦合器光电晶体管121。误差放大器112与光电耦合器LED 120以及电阻器124串联跨接在电路的输出端两端。电阻器124有助于限定环路增益，因此还有助于稳定反馈环路。
[0037]反馈环路通过光电耦合器光电晶体管121闭合，所述光电耦合器光电晶体管将控制信号(Vcontrol)104提供到初级侧控制器(未示出)。控制信号(Vcontrol)104与SMPS的输出处的功率电平有关。此控制信号包含由电阻器Rl 128限定的电阻输入特性，所述电阻器与光电耦合器光电晶体管121串联连接在地面和电压供应器(Vsup)之间，所述电压供应器在初级侧控制器内部。以此方式，将光电耦合器电流的改变转换成Vcontrol 104的改变。电阻器Rl 128的电阻值也有助于限定反馈环路的增益。
[0038]对SMPS100的一个重要的要求是效率。因此，SMPS 100可以提供若干操作模式，以便优化在某一范围的负载值上的效率。对于低负载，可以使用突发操作模式。突发模式可以使用重复时间例如为大约Ims的重复序列。在突发进行时间期间，SMPS 100与在正常操作中一样用相对较大的功率电平高效率地切换。在突发结束间隔期间，转换器停止切换。以此方式，SMPS 100在一段时间中提供的平均功率较低，但整体上仍然能实现高效率。突发进行时间可以在VcontroI 104在正方向上跨越阈值时开始，例如在Vcontro 1 = 0.5V时开始。可以使用各种方法来设定突发持续时间。例如，可以通过局部环路来设定突发持续时间，所述局部环路将突发重复时间调节成所希望的值。此特征给出所希望的固定周期时间，且可以在输出处的可听噪声和低纹波电压之间产生良好的折衷。这些特性都会是SMPS的重要要求。
[0039]对SMPS 100的另一重要的要求是在无负载时功耗低。在负载断开时，SMPS 100将从电源获取剩余功率以便维持其自身的供应、将功率提供给与误差放大器112相关联的电阻分压器114，并且为光电耦合器119提供电流。由于在此实例中的误差放大器112的极性，在无负载时会出现最大光电耦合器电流。此问题可以通过将光电耦合器电流调节成固定的低值来解决。这可以通过以下操作实现:使用局部环路比较实际光电耦合器电流与所希望的光电耦合器电流，随后缓慢调适内部电源电压Vsup，使得实际光电耦合器电流趋向于所希望的光电耦合器电流。结果是，对于快速改变的信号，由于Rl 128而出现电阻特性，但对于缓慢改变的信号，维持低DC偏置电流。
[0040]使用此固定低光电耦合器电流功能，在突发模式中可能出现复杂情况。例如，在光电耦合器光电晶体管121和Rl 128之间的节点处可能存在寄生电容，所述节点是供应Vcontrol信号104的节点。此寄生电容可能对Vcontrol信号104有负面影响，因为对于低光电耦合器电流会出现较大时延，这样会导致更糟的瞬态响应。另一缺点在使用固定Vcontrol信号104开始突发进行时间时出现，在突发进行时间开始时的实际光电耦合器电流取决于Vsup的值，Vsup的值取决于在SMPS 100的输出处的功率电平。这意味着，当从高功率到低功率的瞬态出现时，需要花费时间将Vsup调适到恰当的电平。因此，用于开始突发进行时间的光电耦合器电流会随时间推移而变化，这样会导致在Vout处出现另外的不希望的瞬态。当系统处在具有相对较高功率的突发模式时，突发进行时间将接近突发周期时间。当出现到低功率的突然的负载阶跃时，突发进行时间不能结束。这导致在Vout处出现不希望的较大过冲，如下文所论述在图2中示出所述过冲。
[0041 ]在SMPS的一些实施方案中遇到的另一缺点在以下情况时出现:从(i)正常操作模式下的功率需求电平到(ii)突发操作模式下的功率需求电平的相对较缓慢的负载减少。例如，在经历高功率需求的正常模式操作期间，内部电源电压Vsup固定在例如7V处且Rsup =12kο在Vcontro 1 = 0.5V处模式改变成突发模式。在正常操作时的功率减少期间，VcontroI缓慢减少，因为功率与Vcontrol直接相关。当Vcontrol达到0.5V时，光电親合器电流达到540uA( (7V-0.5V)/12k = 540yA)。当Vcontrol达到0.5V时，SMPS突然将模式改变成突发模式，其中Vsup经过调节以获得跨Rsup两端的固定电压，所述固定电压与Rsup中的ΙΟΟμΑ的电流相对应。然而，因为光电耦合器电流仍是540uA，所以Vcontrol立即被完全拉低，因此在突发进行时间已经过去之后触发突发结束间隔。在Vcontrol可以再次上升且可以触发下一突发进行时间之前，光电耦合器电流必须降低到ΙΟΟμΑ。然而，这需要Vout产生相当大的(不希望的)下冲。结果会产生一个相当大的时隙，在这个时隙中不提供功率，因此在Vout处产生不希望的瞬态下冲效应。
[0042]图2示出用于图1的SMPS的模拟的信号，且包含以下曲线图:
[0043]籲第一曲线图，所述第一曲线图示出Vsup 202，如上文所论述，所述Vsup是SMPS的初级侧控制器的内部电源电压；
[0044]籲第二曲线图，所述第二曲线图示出:
[0045]OVcontrol 204，所述Vcontrol是表示SMPS的输出的控制信号，
[0046]所述控制信号被提供到SMPS的初级侧控制器；
[0047]OIload 206，所述Iload是连接到SMPS的输出的负载获取的电流；
[0048]?第三曲线图，所述第三曲线图示出1pto(晶体管)208，所述1pto(晶体管)是响应于从光电親合器LED接收的光而流过光电親合器光电晶体管的电流；
[0049]?第四曲线图，所述第四曲线图示出Ismps 210，所述Ismps是在整流之后流过变压器的次级绕组的电流。当电流流过变压器的次级绕组时，所述电流在图2的标度的情形下以相对较高频率产生脉冲，这就是所述电流在图2中呈现实心块的原因；
[0050]?第五曲线图，所述第五曲线图示出Vout 212，所述Vout是SMPS的输出电压；
[0051 ] 籲第六曲线图，所述第六曲线图示出Control_burst 214，所述Control_burst的形式与Vcontrol 204类似；
[°°52] ?第七曲线图，所述第七曲线图示出Burst-on 216，所述Burst-on是初级侧控制器根据Vcontrol 204控制信号提供的突发控制信号。
[0053]图2示出SMPS的操作，所述操作包含上文所论述的在正常操作模式期间通过调适Vsup来调节光电耦合器电流的方法。在此实例中，将光电耦合器电流调节成80μΑ的固定低值。并且，当VcontroI达到固定值时，应用突发模式，在此实例中，在VcontroI = control_bur s t = IV时开始突发间隔。下文提供进一步的细节。
[0054]在图2中，在t = 0处，转换器在7A的负载(如由Iload 206所示)时处在稳定状态。在此实例中，正常操作模式可以解释为连续的突发进行间隔，其中功率可以增加，但不能减少到低于最低电平。在突发模式下，系统允许突发结束间隔，在突发结束间隔期间SMPS被切断。
[0055]在t = Ims时，在I load 206中产生到600mA的负载阶跃，600mA低于在正常操作模式下的连续操作用的最低电平。因此，Iload 206的此电平需要激活突发模式。负载阶跃的结果是，误差放大器增加光电耦合器电流(1pto(晶体管))208，因此Vcontrol 204下降。然而，为了提供所需功率，Vcontrol 204处于高值，并且为了环路稳定性而限定了控制环路速度，由于这样的事实，Vcontrol 206需要花费一些时间来达到IV的阈值电平。在此实例中，需要花费约0.2ms来达到阈值。此阈值电平表示用于保持在连续操作中的最低功率电平。因此，当达到阈值时，突发进行时间结束，如突发进行信号216从高电平到低电平的转变所示。同时，Vout 212上升，因为根据负载的功率需求，功率不能减少。在Iload206下降和转换器被切断之间的0.2ms延迟(在t = Ims和t= 1.2ms之间)导致Vout的约0.9V的过冲，所述0.9V的过冲表示7.5%，可能超过了对于一些应用的5%的要求。
[0056]图3示出用于SMPS的控制装置300，所述SMPS例如是图1中示出的SMPS。如下文将论述，图3的控制装置300可以解决一些上文所提及的缺点。
[0057]控制装置300具有输入端子302，所述输入端子用于接收表示SMPS的输出的反馈信号304。在图1的SMPS的情形下，可以从光电耦合器光电晶体管接收反馈信号304，且反馈信号304可以表示SMPS的输出电压。控制装置300还包含正常模式输出端子306和突发模式输出端子308。正常模式输出端子306可以提供正常模式控制信号320，初级侧控制器可以用所述正常模式控制信号来设定在正常操作模式期间(也就是说，不在突发操作模式期间)的SMPS的一个或多个操作参数。突发模式输出端子308可以提供突发模式控制信号322，初级侧控制器可以用所述突发模式控制信号来设定在突发操作模式期间(也就是说，不在正常操作模式期间)的SMPS的一个或多个操作参数。
[0058]应了解，控制装置300的端子中的任一端子或全部端子无需一定是外部连接;它们可以是单一处理器/集成电路内的不同模块之间的内部连接。控制装置300可以设置成初级侧控制器的一部分。
[0059]图3还示出正常模式处理装置316，所述正常模式处理装置可以处理反馈信号304且将正常模式控制信号320提供到正常模式输出端子306。图3还包含突发模式处理装置318，所述突发模式处理装置可以处理反馈信号304且将突发模式控制信号322提供到突发模式输出端子308。
[0060]控制装置300还包含反馈控制处理装置310a、310b，所述反馈控制处理装置可以与正常模式处理装置316和/或突发模式处理装置318相关联。反馈控制处理装置310a、310b被配置成操作SMPS，使得正常操作模式下的反馈信号304与突发操作模式下的反馈信号304具有预定关系。也就是说，反馈控制处理装置310a、310b可以设定正常模式控制信号320或突发模式控制信号322，使得在两种操作模式下控制装置300接收的反馈信号304具有预定关系。在一些实例中，在正常操作模式下的反馈信号304的电平可以与用于转变到突发操作模式的反馈信号304的电平具有预定关系。如下文将更详细地论述，使用预定关系可以使SMPS能更有效地改变操作模式，且可以产生SMPS的更明确限定的输出电压。预定关系的一个实例是以下两者之间的固定/恒定差值:(i)在所述操作模式中的一种操作模式下的反馈信号304的值，以及(ii)将导致SMPS改变成另一种操作模式的反馈信号304的值。所述差值可以是相对较小的差值，使得例如SMPS可以从正常操作模式快速切换到突发操作模式，并且输出电压中的过冲相对较低。
[0061]图4示出电路401，所述电路可以提供图3的控制装置的一些功能。图4还示出光电耦合器419，所述光电耦合器用于以与参考图1所描述的方式类似的方式跨越SMPS的电源隔离传送信息。光电親合器419包含光电親合器LED 420，所述光电親合器LED将光传输到光电耦合器光电晶体管421。光电耦合器光电晶体管421连接到电路401的输入端子，以便将反馈f目号404提供到电路401。
[0062]电路401包含电流镜440，所述电流镜具有从光电耦合器光电晶体管421接收反馈信号404的输入端子442。电流镜440的输入端子442表现得像具有低输入阻抗且具有固定电压电平Vin的电压源。电流镜440还具有通过电阻器446接地的输出端子。输出信号(Vl)448可以在电流镜440的输出端子444和电阻器446之间的节点处被分接。使用电阻器446提供电压域中的输出信号(Vl)448。如下文将更详细地论述，此输出信号(Vl)448可以提供为随后处理用的反馈信号，以便提供正常模式控制信号和突发模式控制信号(如图10中示出)。
[0063]电流镜440的输入端子442处的低输入阻抗能确保使光电耦合器419的输出处的寄生电容有效短路。从光电親合器光电晶体管421的米勒电容到所述光电親合器光电晶体管的基极的反馈也有效地减少，使得可以利用光电耦合器419的最大带宽。因此，使用电流镜440可以使光电耦合器419能以与其它方式可能获得的频率范围相比更大的频率范围充分地传送信号。
[0064]图5示出控制装置500，所述控制装置包含电流镜540，使得可以使用不同的电路路径来产生Ctrl_normal信号520和Ctrl_burst信号522<Xtrl_normal信号520是正常模式控制信号的实例。Ctrlburst信号522是突发模式控制信号的实例。在图5中示出的实施例中，此功能通过以下操作来实施:使用第一电流镜540来反射从光电耦合器光电晶体管521接收的电流信号(所述电流信号可以被称作“光电耦合器电流”)，随后使用电流镜540的不同输出对反馈信号进行分路，以便控制突发模式和正常模式。
[0065]控制装置500具有输入端子，所述输入端子从光电耦合器光电晶体管521接收反馈信号504。反馈信号504具有电流值Iin。以与参考图4所描述的方式类似的方式，将反馈信号504提供到第一电流镜540的输入端子542。在此实例中，第一电流镜540具有第一输出端子544和第二输出端子545。第一输出端子544将第一反馈信号512提供到正常模式处理装置516，用于提供Ctrl_normal信号520。第二输出端子545将第二反馈信号514提供到突发模式处理装置518，用于提供Ctrlburst信号522。以此方式，第一电流镜540提供分路器的功能，所述分路器将反馈信号504传递到正常模式处理装置516和突发模式处理装置518两者。
[0066]在此实例中，正常模式处理装置516包含第二电流镜550，所述第二电流镜具有第二电流镜输入端子552和第二电流镜输出端子554。第二电流镜输入端子552从第一电流镜540接收第一反馈信号512。第二电流镜输出端子554通过Rsup电阻器546连接到内部电源电压Vsup。Ctr l_normal信号520可以在第二电流镜输入端子552和Rsup电阻器546之间的节点处被分接。以此方式，第二电流镜输入端子552和Rsup电阻器546之间的节点可以被认为是正常模式处理装置516的正常模式输出端子。以与上文参考图4所描述的方式类似的方式，Ctrl_normal信号520是电压域中的信号。
[0067]Ctrl_normal信号520可以用于在正常操作模式期间控制SMPS的输出功率。Ctrl_normal信号520由以下参数限定:
[0068]Vsup-( 1pto XRsup)，其中1pto是光电親合器中的电流(反馈信号504)(为简单起见，在此等式中假设电流镜的转换比为I)。
[0069]如果使用恒定的Vsup值，那么正常操作期间的光电耦合器电流(1pto)并不恒定，而是取决于由控制器设定的功率电平。在一些实例中，正常模式处理装置516可以包含滤波器组件(未示出)，所述滤波器组件在提供Ctrlnormal信号520之前对在第二电流镜输入端子552和Rsup电阻器546之间的节点处提供的信号进行滤波。以此方式，在产生用于转换器的开关控制信号之前可以滤出高频(HF)干扰。可以调节Vsup，以便针对参考值Iref =(Vsup_Ctrl_normal]/Rsup]调节Rsup中的电流，其中Iref与参考电流源562(下文论述)供应的Iref I具有预定关系。例如，所述预定关系可以是固定差值，例如Iref I = ΙΟΟμΑ且Iref= 80μΑο
[0070]在此实例中，突发模式处理装置518包含第三电流镜556，所述第三电流镜具有第三电流镜输入端子558和第三电流镜输出端子560。第三电流镜输入端子558从第一电流镜540接收第二反馈信号514。第三电流镜输出端子560连接到参考电流源562，所述参考电流源提供突发模式参考电流Irefl XtrlJmrst信号522可以在第三电流镜输入端子560和参考电流源562之间的节点(此节点将被称作Ctrl_burst_node)处被分接。以此方式，Ctrl_bUrst_node可以被认为是突发模式处理装置518的突发模式输出端子。在一个实施方案中，Ctrl_burst信号522是电流域中的信号。可替换的是，Ctrl_burst信号522可以是电压域信号；因为在Ctrl_burst_node处的阻抗是几乎无限大的，所以在电压域和电流域之间发生转换:V(节点)]=(1(参考电流源562)-1(第三电流镜输入端子560) XRnode)，其中Rout是Ctr l_burst_node处的阻抗。因为只要V(节点)在地面和SMPS的内部电源电压之间的电平处，Rnode就是无限大。实际上，当K参考电流源562)等于/超过K第三电流镜输入端子560)时，V(节点)从低电平(地面)切换到高电平，且反之亦然。
[0071]Ctrl_burst信号522用于在突发操作模式下控制SMPS。在此实例中，Ctrl_burst信号522实际上是数字信号，所述数字信号在IirKIrefl时是高态且在IinMrefl时是低态，其中Iin是从光电耦合器光电晶体管521接收的电流信号的电平。突发模式参考电流Irefl可以被认为是突发模式参考信号。如将参考图6示出的，此特征允许在光电耦合器电流(Iin)的固定值处开始突发进行时间。并且，对于根据正常模式参考信号调节Ctrlnormal信号520的电平的实例，可以设定正常模式参考信号和突发模式参考信号之间的关系，使得所述关系与正常操作模式下的反馈信号和突发操作模式下的反馈信号之间的预定关系相对应。
[0072]图6示出用于图5的控制装置的模拟的信号，且包含的信号与上文参考图2所描述的信号类似，即:
[0073]籲Vsup 信号 602;
[0074]籲Iload 信号 606;
[0075]籲Vcontrol 信号 604;
[0076]^1pto(晶体管)信号 608;
[0077]籲Ismps 信号 610;
[0078]籲Vout 信号 612;
[0079]籲Control_burst信号614;以及
[0080]?突发进行信号616。
[0081]光电耦合器电流(1pto(晶体管)信号608)为SMPS提供反馈信号。图6示出以下操作:当SMPS在正常操作模式下操作时，根据正常模式参考信号调节Ctrlnormal信号。通过以此方式调节Ctrlnormal信号，还将1pto(晶体管)信号608调节成参考值，在此实例中，所述参考值是80μΑ。并且，将突发模式参考信号(关于图5提及的Irefl)设定为ΙΟΟμΑ，所述突发模式参考信号用于限定转变到突发操作模式用的1pto(晶体管)信号608的电平。使用此类正常模式参考信号和突发模式参考信号可以认为是操作SMPS，使得在正常操作模式下的反馈信号与在突发操作模式下的反馈信号具有预定关系。在此实例中，所述预定关系是20μΑ的固定/恒定差值。
[0082]因为分路，和/或因为以下两项之间的固定差值:(i)在正常操作模式下的1pto(晶体管)信号608的调节后的值，以及(ii)用于转变到突发操作模式的1pto(晶体管)信号608的电平，现在可以设定信号Ctrl_burst 614，使得当1pto(晶体管)信号608跨越ΙΟΟμΑ电平时，控制装置可以快速做出反应。这允许相对较快速地结束正常操作模式(所述正常操作模式可以认为是恒定的突发进行间隔)。
[0083]如图6中示出，在t = lms时，在Iload 206中产生到600mA的负载阶跃。负载阶跃的结果是，1pto(晶体管)信号608增加，因此Vcontrol604下降。当1pto(晶体管)信号608达至1」10(^4时，(30111:1'01_131^81:信号614转变成低态。当(30111:1'01_131^81:信号614转变成低态时，内部突发进行计数器开始计数，当达到所希望的突发进行持续时间时，初级侧控制器将1311^1:_011信号616设定成低态。在图6的实例中，control_burst信号614变高和131^1:_011信号616变高之间的时间段在图6中非常短。
[0084]当burst_on信号616设定成低态时，转换器的切换停止，因此Ismps信号610保持低态。当Ismps信号610保持低态时，Vout信号612开始下降。如图6中在以附图标记618、620示出的垂直虚线之间示出，Iload信号606变低和Vout信号612开始下降之间的时间段比图2中示出的时间段短。在图6中，此延迟为约0.06ys，而在图2中，所述延迟为约0.2ys。时延的减少使得Vout信号612的过冲得到改进，因为所述过冲从图2的约0.9V(7.5 % )减少到图6的约
0.4￥(3.3%)。因为1叩如(晶体管)信号608仅必须从8(^六上升到10(^4，所以可以实现性能改进。如上文参考图5所论述，控制装置具有用于正常操作模式(DC调节成80μΑ，但AC维持电阻器特性)和突发模式(ΙΟΟμΑ电流源)的单独的路径。
[0085]图6示出调节了Vsup信号602使得提供例如80μΑ的稳态1pto(晶体管)608。这样，通过将突发模式参考信号设定成适当的电平，能够将用于开始突发进行时间的1pto(晶体管)信号608设定成与Vsup调节电平有关的电平，例如Ιορ?ο = 100μΑ。这样可以形成两个信号(突发模式参考信号和正常模式参考信号)之间的固定距离，由此最小化或减少在负载阶跃的情况下的反应时间。
[0086]在参考图6所示出的实例中，通过局部环路设定突发进行时间的持续时间，以便提供特定的突发周期时间。也就是说，不存在当突然的负载阶跃需要结束突发进行时间时结束突发进行时间的机制，例如，不存在当SMPS在突发操作模式下操作时需要减少SMPS输出处的功率的时候结束突发进行时间的机制。并且，在通过反馈环路结束突发进行时间的实例中，结束突发进行时间可能存在问题，因为反馈环路的速度可能受到限制。结果是在Vout处的过冲，所述过冲可能超出一些应用的要求的限制。
[0087]图7示出用于SMPS的实例控制装置的模拟中的信号，对于所述控制装置不存在突发进行时间的预定周期到期之前结束突发进行时间的机制。图7示出的信号与上文参考图2和图6所描述的信号类似。
[0088]在t= Os时，系统处于具有500ys的突发进行时间和2.2Α的负载电流的稳定状态中。在t = 0.5ms时，出现至Ij I load = 0.1A的负载阶跃。在t = 0.5ms时，系统刚好处在突发进行间隔的开始。Iload信号706的减少使Vout信号712快速增加。当突发进行时间的预定周期结束且SMPS被切断时，Vout信号712已经上升到13.5V，而SMPS的输出电压的所希望的值是12V。此1.5V的过冲表示12%的过冲，所述12%的过冲在一些应用中可能是不可接受的。
[0089]图8示出类似于图5的控制装置的控制装置800。此处将不必再次描述图8中已经参考图5描述过的特征。
[0090]图8的控制装置800具有突发模式处理装置818，所述突发模式处理装置包含第三电流镜856。第三电流镜856具有第三电流镜输入端子858和第三电流镜输出端子860。第三电流镜输入端子858接收第二反馈信号814。第三电流镜输出端子860处提供的信号用于以与图5相同的方式提供Ctrlburst信号822。也就是说，将反馈电流Iin与突发模式参考信号Irefl相比较，其中突发模式参考信号Irefl由参考电流源862提供。
[0091]在此实例中，第三电流镜856还具有突发结束电流镜输出端子860，所述突发结束电流镜输出端子提供第二反馈信号814的副本。突发结束电流镜输出端子860连接到突发结束参考电流源870，所述突发结束参考电流源提供具有Iref2的值的电流。N_finish_burst_on信号872可以在突发结束电流镜输出端子860和突发结束参考电流源870之间的节点处被分接。以此方式，突发结束电流镜输出端子860和突发结束参考电流源870之间的节点可以被认为是结束突发模式输出端子。当I in变得大于Iref 2时，N_f inish_burst_on变成低态，这可以被主控制器解读为用于结束有效突发进行间隔的命令。在此实例中，突发结束参考电流源870具有Iref2 = 200yA的值。在此实施方案中，N_finish_burst_on信号872是电流域中的信号。可替换的是，N_finish_burst_0n信号872可以是电压域中的信号，如上文参考图5所论述。
[0092]突发结束电流镜输出端子860和突发结束参考电流源870可以一起被称作结束突发模式处理装置，所述结束突发模式处理装置可以是突发模式处理装置818的一部分或与突发模式处理装置818分开。如将参考图9所描述，结束突发模式处理装置比较第二反馈信号814与第二参考信号(Iref2)，以便将结束突发模式控制信号872提供到结束突发模式输出端子。以此方式，在突发进行间隔期间，当光电耦合器的电流超出阈值时，可以结束突发进行时间。当出现从突发模式下的高功率电平到突发模式下的低功率电平的负载阶跃时，此特征会是非常重要的。
[0093]图9示出用于图8的控制装置的模拟的信号。图9示出的信号的类型与上文参考图7所描述的信号类似。
[0094]在t= Os时，系统处于具有500ys的突发进行时间和2.2A的负载电流的稳定状态中。在t = 0.5ms时，出现至Ij I load = 0.1A的负载阶跃。在t = 0.5ms时，系统刚好处在突发进行间隔的开始。Iload信号906的减少使Vout信号912快速增加。这样使得光电电流(1pto(晶体管)908)增加。在此实例中，由于图8的结束突发模式处理装置，当光电电流(1pto(晶体管)908)达到1<^1:0 = 1代€2 = 20(^4的电平时，1^_;1^11丨811_131^81:_011信号(未示出)变低，这使得主控制器将突发进行信号916设定为低态。当突发进行信号916设定为低态时，SMPS被切断，I smps信号910变低，且突发进行时间结束。如在图9中可见，此操作使SMPS能在I load信号906中的阶跃变化之后更快被切断，使得Vout信号912的过冲限于0.5V(4%)，这在5%的要求以内。
[0095]图10示出控制装置1000的另一实例。在此实例中，将正常模式处理装置1016提供为数字实施方案，而对突发模式处理装置1018和结束突发模式处理装置1019使用模拟实施方案。
[0096]以与参考图4所描述相同的方式，使用电流镜1040将光电耦合器电流转换成模拟电压信号VI。随后将此模拟电压信号Vl作为反馈信号提供到正常模式处理装置1016、突发模式处理装置1018以及结束突发模式处理装置1019中的每一个装置。
[0097]在此实例中，正常模式处理装置1016包含模拟/数字(A/D)转换器1080，所述转换器将模拟电压信号Vl转换成数字反馈信号Ctrl_FB。此数字反馈信号是光电耦合器电流Iin的数字表示。将数字反馈信号Ctrl_FB提供到偏置施加组件1088的第一输入端子，所述偏置施加组件可以是求和组件或减法组件。还将数字反馈信号Ctrl_FB提供到偏置确定组件1082的第一输入端子。将正常模式参考信号Ctrl_fb_ref 1084提供到偏置确定组件1082的第二输入端子。偏置确定组件1082比较正常模式参考信号Ctrl_fb_ref 1084与数字反馈信号Ctrl_FB，并提供表示这两个信号之间的差值的偏置信号。偏置确定组件1082可以是求和组件或减法组件。正常模式参考信号Ctr l_fb_ref 1084可以被称作偏置参考信号。
[0098]在此实例中，正常模式处理装置1016还包含偏置积分器1086，所述偏置积分器对由偏置确定组件1082提供的偏置信号求积分，以便提供时均偏置信号Ctrl_fb_0ffSet。偏置积分器1086可以是低通滤波器，使得时均偏置信号Ctrl_fb_0ffSet不包含偏置信号中的高频变化，因此可以实现SMPS的更稳定操作。将时均偏置信号Ctrl_fb_off set提供到偏置施加组件1088的第二端子。偏置施加组件1088的输出端子提供正常模式控制信号Ctrl_normal 1020。以此方式，信号Ctrl_normal 是Ctrl_fb_off set信号 1084和01:1'1_?13信号之间的差值。这类似于图8中的电阻器Rsup的模拟表示，其中Ctr l_f b_of f set类似于Vsup。
[0099]为了将图10的正常模式处理装置1016与图6的模拟结果关联起来，可以将正常模式参考信号Ctrl_fb_ref 1084的电平设定为与80μΑ的光电耦合器电流(1pto(晶体管))相对应的值。
[0100]现在转向突发模式处理装置1018，将模拟电压信号Vl提供到突发模式比较器1090的第一输入端子。将突发模式参考信号Vrefburst 1062提供到突发模式比较器1090的第二输入端子。根据突发模式参考信号Vrefburst 1062和模拟电压信号Vl(反馈信号)之间的比较，突发模式比较器1090的输出端子可以提供突发模式控制信号Ctrl_burst 1022。
[0101]为了将图10的突发模式处理装置1018与图6的模拟结果关联起来，可以将突发模式参考信号Vrefburst 1062的电平设定为与ΙΟΟμΑ的光电耦合器电流(1pto(晶体管))相对应的值。
[0102]在图10的实例中，可以考虑正常模式处理装置1016为:
[0103]根据反馈信号(模拟电压信号VI)和正常模式参考信号(Ctrl_fb_refl084)之间的比较结果，确定正常模式自适应偏置信号(偏置信号或时均时间偏置信号(Ctrl_fb_offset))；以及
[0104]将正常模式自适应偏置信号(偏置信号或时均时间偏置信号(Ctrl_fb_0fTSet))加到反馈信号(模拟电压信号VI)，以便提供正常模式控制信号(Ctrlnormal 1020)。
[0105]可以考虑突发模式处理装置1018为:将突发模式控制信号(Ctrl_burst1022)设定为反馈信号(模拟电压信号VI)和突发模式参考信号(Vrefburst 1062)之间的比较结果。
[0106]以此方式，正常模式处理装置1016比较反馈信号(Vl)与正常模式参考信号(Ctrl_fb_ref 1084)，且突发模式处理装置1018比较反馈信号(Vl)与突发模式参考信号(Vrefburst 1062)，使得正常模式参考信号(Ctrl_fb_ref 1084)和突发模式参考信号(Vrefburst 1062)之间的关系与正常操作模式下的反馈信号(Vl)和突发操作模式下的反馈信号(Vl)之间的预定关系相对应。
[0107]现在转向结束突发模式处理装置1019，将模拟电压信号Vl提供到结束突发比较器1092的第一输入端子。将结束突发参考信号VrefmaX1070提供到结束突发比较器1092的第二输入端子。根据结束突发参考信号Vrefmax 1070和模拟电压信号Vl(反馈信号)之间的比较，结束突发比较器1092的输出端子可以提供结束突发控制信号Ctrl_burst_maxl072。
[0108]为了将图10的结束突发模式处理装置1019与图9的模拟结果关联起来，可以将结束突发参考信号Vrefmax 1070的电平设定为与200μΑ的光电耦合器电流(1pto(晶体管))相对应的值。
[0109]可以考虑结束突发模式处理装置1019为:将结束突发模式控制信号(Ctrl_burst_max 1072)设定为反馈信号(模拟电压信号VI)和结束突发模式参考信号(Vrefmax 1070)之间的比较结果。
[0110]以此方式，结束突发模式处理装置1019比较反馈信号(Vl)与突发模式参考信号(Vrefmax 1070)，使得正常模式参考信号(Ctrl_fb_refl084)和结束突发模式参考信号(Vrefmax 1070)之间的关系与正常操作模式下的反馈信号(Vl)和突发操作模式下的反馈信号(Vl)之间的预定关系相对应。
[0111]在图10的实例中，在偏置施加组件1088的水平提供信号路径中的分路，因为从该点向前，在Vl和Ctrl_normal 1020之间将不再存在直接关系。
[0112]图10的控制装置的另一优点与主控制器的功耗有关，所述主控制器可以是1C。在无负载时，会要求无负载输入功率不能过高。所述无负载输入功率是在不连接负载时从电源获取的功率。举例而言，可能需要小于50到I OOmW的无负载输入功率。有利的是，为了减少无负载时的功耗，在突发结束间隔期间，主控制器IC的一个或多个部件可以置于休眠模式。在图10的实例中，在突发结束间隔期间，正常模式处理装置1016和结束突发模式处理装置1019可以被切断。在此类休眠模式中，可能只需要突发模式处理装置1018保持有效，以便在可接受电平下继续操作。
[0113]因为突发模式处理装置1018与正常模式处理装置1016和结束突发模式处理装置1019两者分开，所以可以实现功耗的这样有利的降低。换句话说，反馈信号Vl在由这些装置处理之前被分路。这意味着可以维持Ctrl_burst信号1018而停用其它信号((:1:1'1_1101'1]1&11020和Ctrl_max_burst 1072，以及可由A/D 1080使用的数字时钟信号)，以便节省功耗。
[0114]图11示出控制装置1100的另一实例，所述控制装置类似于图10的控制装置。此处将不必再次描述图1 I中已经参考图10描述过的特征。
[0115]在此实例中，控制装置1100将电压域Vl中的反馈信号提供到正常模式处理装置1116、突发模式处理装置1118以及结束突发模式处理装置1119中的每一个装置。图11的控制装置1100不包含电流镜。相反，光电親合器光电晶体管1121与内部电源电压(Vinternal)和地面之间的电阻器1125串联连接。光电耦合器光电晶体管1121和电阻器1125之间的节点处的信号可以被认为是电压域反馈信号VI，或可替换地被认为是电流域中的信号。
[0116]作为非限制性实例，本文中所公开的实例中的一个或多个实例可以在用于以下设备的适配器中使用:膝上型计算机、PC桌上型电源、TV电源、功率大于75W的其它电源以及用于感应式烹饪的设备。
[0117]应了解，本文中所公开的实例无需一定从光电耦合器接收反馈信号。相反，可以用不同方式提供SMPS的次级侧和初级侧之间的信息传送。例如，通过RF通信或使用主变压器。一般来说，可以使用任何将表示Vout的信息或从Vout和参考电压之间的比较产生的误差信号发送到初级侧的通信方法。
[0118]应了解，给出的实施例并不是限制性的。例如，可以在不同位置处执行反馈信号的任何分路。并且，可以使用模拟或数字实施方案，或这两种方案的组合。
[0119]应了解，在本文中描述或示出为被耦合或连接的任何组件可以直接或间接耦合或连接。也就是说，一个或多个组件可以位于据称被耦合或连接的两个组件之间，而仍能够实现所需的功能。
[0120]还可以考虑本发明提供用于控制SMPS功率的方法的实例，SMPS包含正常操作模式和突发模式，其中针对突发模式和正常模式在不同路径中使反馈信号分路。以此方式，可以针对突发模式和正常模式使反馈信号分路。这允许针对突发模式和正常模式操作的完全不同的要求来优化SMPS的性能。反馈信号可以是SMPS的光电耦合器中的电流。当反馈信号超出阈值时，可以结束突发进行间隔。当反馈信号是光电耦合器的输出时，光电耦合器可以连接到充当电压源的输入。电压、电流或数字的词语可以用于反馈信号。光电耦合器输出可以连接到电压源，从而使寄生电容短路。用于开始突发进行时间的光电耦合器电流可以固定。这可以提供与历史情况无关的最优/改进的Vout响应。由于在输入端子处的寄生电容，不会发生不希望的延迟或不希望的延迟发生的可能性较少。另外，当出现负的负载阶跃时，可以结束突发进行时间。替代于调适正常模式的设定(例如Ctrl_fb_off set的Vsup)或除了调适所述设定之外，可以调适突发模式的设定，以便限定正常模式和突发模式的设定之间的预定关系。在SMPS包括光电耦合器的情况下，与突发模式相反，调适正常模式的设定会是优选的，因为正常模式的设定需要较低电平的光电耦合器电流。
[0121]本文中所公开的实例可以实现将分路后的路径用于SMPS控制器的正常模式和突发模式操作两者的可能性。分路后的路径给出以下可能性:组合低光电耦合器电流环路(如上文所论述)与用于突发模式的光电耦合器电流的所希望电平。当光电耦合器电流调节到稳定状态下的固定电平时，如果突发模式的光电耦合器电流电平与用于正常模式的固定电平相关，可以实现突发模式的最优性能或改进的性能。根据此特征，可以使用与光电耦合器电流直接相关的电平来控制突发模式，而针对正常操作使用不同的路径。
【主权项】
1.一种用于SMPS的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括: 输入端子，所述输入端子被配置成接收表示SMPS的输出的反馈信号； 正常模式处理装置，所述正常模式处理装置被配置成处理所述反馈信号且提供用于在正常操作模式下操作所述SMPS的正常模式控制信号； 突发模式处理装置，所述突发模式处理装置被配置成处理所述反馈信号且提供用于在突发操作模式下操作所述SMPS的突发模式控制信号；以及 反馈控制处理装置，所述反馈控制处理装置被配置成操作所述SMPS，使得所述正常操作模式下的所述反馈信号与所述突发操作模式下的所述反馈信号具有预定关系。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述正常操作模式下的所述反馈信号的电平与用于转变到所述突发操作模式的所述反馈信号的电平具有预定关系。3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述预定关系是固定或恒定差值。4.根据在前的任一项权利要求所述的控制装置，其特征在于: 所述正常模式处理装置被配置成比较所述反馈信号与正常模式参考信号;并且 所述突发模式处理装置被配置成比较所述反馈信号与突发模式参考信号； 其中所述正常模式参考信号和所述突发模式参考信号之间的关系与所述正常操作模式下的所述反馈信号和所述突发操作模式下的所述反馈信号之间的所述预定关系相对应。5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述正常模式处理装置被配置成: 根据所述反馈信号和所述正常模式参考信号之间的比较结果确定正常模式自适应偏置信号；以及 将所述正常模式自适应偏置信号加到所述反馈信号以便提供所述正常模式控制信号。6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述正常模式处理装置被配置成将所述正常模式控制信号设定为所述反馈信号和所述正常模式参考信号之间的所述比较结果。7.根据权利要求4到6中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述突发模式处理装置被配置成: 根据所述反馈信号和所述突发模式参考信号之间的比较结果确定突发模式自适应偏置信号；以及 将所述突发模式自适应偏置信号加到所述反馈信号以便提供所述突发模式控制信号。8.根据权利要求5或权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述突发模式处理装置被配置成将所述突发模式控制信号设定为所述反馈信号和所述突发模式参考信号之间的所述比较结果。9.根据权利要求4到8中任一项所述的控制装置，其特征在于: 所述正常模式处理装置被配置成根据所述反馈信号和所述正常模式参考信号之间的所述比较结果设定所述正常模式控制信号;和/或 所述突发模式处理装置被配置成根据所述反馈信号和所述突发模式参考信号之间的所述比较结果设定所述突发模式控制信号。10.根据在前的任一项权利要求所述的控制装置，其特征在于，所述反馈控制处理装置包括偏置求和组件，所述偏置求和组件被配置成通过将自适应偏置信号加到所述反馈信号来提供所述正常模式控制信号。11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述反馈控制处理装置进一步包括偏置确定组件，所述偏置确定组件被配置成根据所述反馈信号和正常模式参考信号之间的差值提供所述自适应偏置信号。12.根据权利要求10或权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述反馈控制处理装置进一步包括偏置积分器组件，所述偏置积分器组件被配置成在所述自适应偏置信号被提供到所述偏置求和组件之前对所述自适应偏置信号进行低通滤波。13.根据在前的任一项权利要求所述的控制装置，其特征在于，包括电流镜，所述电流镜包括: 输入端子，所述输入端子被配置成接收电流域反馈信号，其中所述输入端子被配置成表现得像具有固定电压电平的电压源；以及 输出端子，所述输出端子被配置成提供所述反馈信号。14.根据在前的任一项权利要求所述的控制装置，其特征在于，包括: 结束突发模式输出端子；以及 结束突发模式处理装置，所述结束突发模式处理装置被配置成比较所述反馈信号与结束突发参考信号，且将结束突发模式控制信号提供到所述结束突发模式输出端子。15.根据权利要求14所述的控制装置，其特征在于，所述结束突发参考信号与所述正常模式参考信号和/或所述突发模式参考信号具有预定关系。
【文档编号】H02M1/08GK105978301SQ201610136740
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】汉斯·哈尔贝施塔特
【申请人】恩智浦有限公司