用于为开关式电源提供控制的系统和方法

专利名称：用于为开关式电源提供控制的系统和方法
技术领域：
本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电 源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待 机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开关式电源转换系统中，包括离线反激(offline fly-back)变换器和正激 (forward)变换器等。应当理解本发明具有很宽的应用范围。
背景技术：
电源转换器被广泛地用在各种应用中，例如为便携式消费电子产品提 供功率。电源转换器可以将电功率从一种形式转换为另一种形式。例如， 电功率从交流(AC)变换为直流(DC)，从DC变换为AC，从AC变换 为AC或者从DC变换为DC。另外，电源转换器可以将电功率从一种电压 电平转换为另一电压电平。过去已经开发了各种类型的电源转换器。例如，传统上将线性调节器 用于电源转换器。线性调节器是基于工作在其"线性区域"的有源器件 (例如双极结晶体管、场效应管或真空管)或基于工作在其击穿区域的像 齐纳二极管之类的无源器件的电压调节器。调节器件被做成类似可变电阻 器。虽然线性调节器已经用了很多年，但是其电源效率对于便携式电子产 品来说通常是不够的。例如，由于电源效率低，所以对于便携式器件来 说，线性调节器常常会浪费掉大量的能量并且产生过多的热量。随着集成电路的出现，发明了开关式电源并且将其用在各种应用中。 开关式电源通常用开关型调节器来实现，开关型调节器是快速地开关负载 电流以稳定输出电压的内部控制电路。对于某些应用，开关式电源使用脉 宽调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)机帝lj。这些机制通常用包括各种 保护组件的开关式控制器来实现。近年来，电源系统通常被要求符合能量消耗的标准。例如，各种国际 组织都强制实行节省能源的标准，例如"能源之星"、"蓝色天使"等。 例如，这些标准要求电源具有较低的待机功率消耗(即在负载非常轻或零 负载的条件下具有很高的电源效率)等。过去已经开发了各种技术来降低各种形式的功率消耗。例如，己经开 发了各种类型的待机功率消耗方案。遗憾的是，传统的技术通常是不合格 的。因此，希望得到用于电源系统的改进的系统和方法。 发明内容本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电 源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待 机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开 关式电源转换系统中，包括离线反激变换器和正激变换器等。应当理解本 发明具有很宽的应用范围。根据实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该系统 包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第 一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联 的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于 与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件还被配置为在第一 电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压低 于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号处理组件确定信号与第二 模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则 信号处理组件确定信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联， 则信号处理组件使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联， 则信号处理组件使开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则信号处 理组件使开关闭合一段时间。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方 法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外，该方法 还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。另 外，该方法包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器的 开关的步骤。确定信号时至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息。 如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果第一电压低 于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如果 第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式相 关联。调节用于电源转换器的开关的步骤包括如果信号与第一模式相关 联，则使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不 被调制。如果信号与第三模式相关联，则使开关闭合一段时间。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该 系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理 与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相 关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少 基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件被配置为在第 一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压 低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如 果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式 相关联。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频 率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制。 如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关被以第二频率调制。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方 法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外，该方法 还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。该 方法还包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关 的步骤。至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤包 括确定各种电压。如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关 联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第
二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值， 则信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联，则开关被以第一 频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不被调制。如果信号与第 三模式相关联，则开关被以第二频率调制。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该 系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收电压，处理与该电压相关联 的信息，至少基于与该电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给 用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节开关。如 果电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈 值，则信号与第二模式相关联。信号处理组件被配置为处理与电压、第三 阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三阈值和第四阈值不同。信号处理 组件还被配置为至少基于与第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息 确定调制频率。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以 调制频率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被 调制。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收电压的步骤。该方法还包括处理与电压相关联的信息的步 骤。该方法还包括至少基于与电压相关联的信息确定信号的步骤。如果电 压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈值，则 信号与第二模式相关联。还至少基于与电压相关联的信息确定信号。确定 信号的步骤包括处理与电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息，所述第 三阈值和第四阈值不同。确定信号的过程还包括至少基于与第一电压、第 三阈值和第四阈值相关联的信息确定调制频率的步骤。如果信号与第一模 式相关联，则开关被以调制频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开 关不被调制。应当理解本发明提供了优于传统技术的各种优点。根据实施例，本发 明提供了相对于传统技术来说更高能源效率的方案。例如，本发明减少了 在电源的开关状态之间的变换次数。根据另一实施例，本发明提供了很大 的电源控制窗口和很大的灵活性。例如，在确定电源的各种状态时使用了
多个阈值电压阈值。另外还有其它的优点。参考下面的详细描述和附图，可以更全面地理解本发明的各种附加目 的、特征和优点。


图l是示出了传统电源系统的突发模式操作的简化示图。图2是示出了传统的突发模式控制器的简化示图。图3是示出了根据本发明实施例的电源系统的简化示图。图4是示出了用于根据本发明实施例的电源系统的控制器模块的简化示图。图5是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化示图。图6是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化流程图。图7是示出了根据本发明实施例的电源控制系统的操作的简化时序图。在图8中，水平轴用来表示VFB电压电平，垂直轴用来表示PWM开 关的频率。图9是示出了根据本发明实施例的突发模式控制器组件的逻辑组件的 简化示图。图10是示出了根据本发明实施例的电源电压监视器的简化示图。
具体实施方式
本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电 源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待 机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开 关式电源转换系统中，包括离线反激变换器和正激变换器等。应当理解本 发明具有很宽的应用范围。如上所述，已经开发了用于高效的电源系统的各种技术。例如，传统 的系统试图减少由电源系统中的变压器和感应器的铁心损耗所引起的开关 功率和由缓冲器所引起的功率损耗。通常，功率损耗与开关事件有关。例
如，高频率的开关通常会导致很高的开关功率损耗。传统的技术通常试图 通过降低开关频率(例如使用较低的开关频率)来减少功率损耗。遗憾的是，较低的开关频率可能带来各种设计的挑战和问题。例如， 较低的频率开关设计常常使变压设计很困难。根据传统技术，为了解决低 频率设计问题，要根据负载调节开关频率。例如，在负载较重时使用高频 率，在负载较轻或零负载时使用低频率。因此，在保持负载较轻或零负载 的情况下，减少了与频率相关的功率损耗。同时，如果需要可以在负载较 重时使用较高频率。降低频率通常会提高电源效率，尤其是在负载较轻或零负载的情况 下，但是常常会导致其它类型的问题。例如，低频率有时可能会引起音频 噪声。当开关频率降至音频范围时，系统常常会引起不可避免且不希望有 的音频噪声。为了提高电源效率并且减少音频噪声，各种传统的电源系统都使用突发模式技术。根据负载情况，跳过某些PWM周期并且电源系统的操作变 为异步。图1是示出了传统电源系统的突发模式操作的简化示图。该示图仅仅 是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员 应当认识到多种变化、替换和修改。在开机时间(Ton) 110期间，PWM信号开启电源开关并使得能量被 传递到负载。在关机时间(Toff)期间，PWM信号关闭电源开关，停止向 负载传递能量。开关频率高于音频范围(即大于22KHz)。因此，不产生 音频噪声。同时，减少了待机功率消耗。图2是示出了传统的突发模式控制器的简化示图。该示图仅仅是示 例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当 认识到多种变化、替换和修改。例如，突发控制系统200包括突发模式控 制器210和PWM控制器220。来自图1的Ton和Toff信号与误差放大器 输出(VFB) 230相关联。当电源系统中的负载对功率的要求较低时， VFB处于较低的电压电平。当VFB电压小于预定的电压电平时，PWM控 制器220停止开关操作。因此，没有能量被传递给负载，并且输出电压降
低。通常，输出电压电平的降低会引起VFB电压电平的升高(即通过负反 馈)。当VFB大于第二预定电平时，PWM控制器220重新开始开关操 作。通过由PWM控制器开启和关闭开关，减少了系统的功率消耗。遗憾的是，像突发控制系统200这样传统的系统常常具有各种缺点。 例如，暂时停止开关可能会导致很长的响应时间。停止开关通常会导致输 出电压和电源电压的降低，并最终引起很长的响应时间。例如，当电源电 压降至低于欠压同步(under-voltage lockout, UVLO)阈值时，PWM控制 器被关闭并开始新的启动周期。启动周期通常要花费几秒钟。在启动周期 期间，输出电压可能是未调节的并且可能会降低。为了保证输出电压保持 调节，常常需要将电源电压保持在UVLO阈值电压以上。通常，要求 PWM突发脉冲的最小占空比(即预定的一段时间的工作周期)保持电源 的稳定和能量平衡。例如，PWM的最小占空比被用于向电源系统传递足 够的能量并且保持电源电压在UVLO阈值电压以上。因此，可以理解本发明的各种实施例提供了具有扩展的范围和更高效 率的突发模式控制方案。例如，在工作期间，突发模式控制监视器监视电 源电压VDD和VFB电压。另外，根据本发明的电源系统防止电源电压降 至UVLO阈值电压以下。同时，电源系统保留了突发模式操作的优点(例 如电源效率等)。图3是示出了根据本发明实施例的电源系统的简化示图。该示图仅仅 是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员 应当认识到多种变化、替换和修改。电源系统300包括控制器模块310、 电源305、初级绕组320、开关322、辅助绕组321和隔离反馈330等。控 制器模块310被配置为基于电流检测(CS)信号和VFB电压等控制电源 系统300的输出。图4是示出了根据本发明实施例的电源系统的控制器模块的简化示 图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域 的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。控制器模块310包括 突发模式控制器模块311、 PWM控制器模块314、时钟312、单次触发 (one-shot)模块313和门驱动器316。突发模式控制器模块311接收来自输
出(即VFB信号)和电源(VDD)的输入。PWM控制器模块314接收来 自时钟312 (例如用振荡器实现的)的输入、来自VFB信号的输入、来自 CS信号的输入和来自突发模式控制器模块311的两个输入。突发模式控制器模块311和PWM控制器模块314利用VFB信号来监 视电源系统的输出。VFB信号是与系统的负载有关的反馈电压。例如， VFB信号是来自负载的负反馈电压。又如，VFB信号是来自负载的正反馈 电压。PWM控制器模块314通过比较VFB信号和CS信号来控制脉宽， 该脉宽决定要传送给输出的功率量。根据特定实施例，突发模式控制器模 块311被配置为提供控制信号以开启或关闭PWM控制器模块314。例 如，在负载较轻(或零负载)的情况下，VFB信号降低其幅度，并且VFB 信号随着负载的增大而增大其幅度。在工作时，突发模式控制器模块311监视VFB和VDD电压电平。例 如，当VFB信号低于阈值电平时，突发模式控制器模块311进入突发模 式。在突发模式下，PWM控制器模块314的输出被禁用，并且门驱动器 316的输出也被禁用。开关322保持在"关闭"状态，直到VFB信号的电 压升至阈值电压以上为止。例如，由于输出电压的降低引起VFB信号的电 压升高。当电源具有较轻负载或零负载时，VDD电压通常较低。这是因为 VDD电压(如图3中所示)由辅助绕组312提供，辅助绕组312被电耦合 到输出端(即初级绕组和次级绕组)。根据特定实施例，当VDD电压降 至阈值电平以下时，突发模式控制器模块311启动单次触发信号。例如， 突发模式控制器模块311使单次触发模块313向门驱动器316输出单次触 发信号。仅仅作为示例，单次触发信号启动具有预定持续时间的脉冲，以 使得该脉冲提供足够的能量而使VDD电压电平保持在阈值电平以上。单 次触发信号使电源开关322处于"开启"状态，从而使得VDD电压电平 被保持。根据另一特定实施例，突发模式控制器模块311开启PWM开 关，直到VDD电压电平升至阈值电平以上为止。电源系统的开关事件由时钟312所产生的时钟信号触发。如图4中所 示，时钟312被配置为接收VFB信号和来自突发模式控制器模块311的输
出。例如，时钟信号用时钟频率来表征。时钟频率可以被设为高频或低频。当VFB信号的电压低于阈值电压电平时(例如在负载较轻或零负载的 情况下)，电源系统工作在突发模式和较低的开关频率下(即时钟频率被 设为低频率)。当VFB信号的电压高于阈值电平时(例如在负载较重的情 况下或者当负载增大时)，电源系统工作在突发模式和较高或正常的频率 下(即时钟频率为高频率)。图5是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化示图。该示 图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技 术人员应当认识到多种变化、替换和修改。仅仅作为示例，图5示出了图 3中的电源系统300的操作。如图5中所示，利用二维控制方案来实现本 发明的实施例。应当注意根据本实施例的二维控制方案优于传统的一维控 制方案。根据特定实施例的电源系统工作在四个象限中。基于VFB电压和 VDD电压确定这四个象限。例如，VFB信号是反馈电压信号，VDD电压 是电源电压。应当理解坐标轴代表阈值电压。例如，在两个坐标轴的交叉 点处，VFB电压和VDD电压为非零的正值。根据特定实施例，水平轴代 表VFB电压的阈值电压。根据另一实施例，如果有多个针对VFB电压的 阈值电压，则可以有多个水平轴。类似地，垂直轴代表VDD电压的阈值 电压。在第I象限中，电源系统工作在正常操作模式下。例如，VDD和VFB 电压都为高电压，并且PWM开关被开启。在第II象限中，VFB电压为高电压，而VDD电压为低电压。例如， 即使当VDD电压非常低时PWM开关也被开启。在第m象限中，VFB电压和VDD电压都为低电压。例如，由单次触 发控制器模块(例如图4中的单次触发控制器模块313)提供一个脉冲。 又如，电源系统的开关被PWM控制器模块暂时性地开启。在第IV象限中，VFB电压为低电压，VDD电压为高电压，这通常意 味着负载非常轻或者负载为零。例如，响应于较轻的负载或零负载，PWM 开关被关闭以保持电源系统的平衡。又如，当VFB电压非常低时，PWM 开关工作在高于音频的非常低的频率处。图6是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化流程图。该 示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通 技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。例如，该流程图中的各个步 骤都可以添加、删除、替换、重复、覆盖和部分覆盖。在歩骤601处，系统启动。例如，如图3中所示的各种组件被加电并 启动。根据特定实施例，各种控制组件的逻辑和算法被进行适当的初始 化。根据另一示例，各种电组件被适当地充电到所需要的状态。在歩骤602中，系统工作在正常工作模式下。根据特定实施例，为了 工作在正常工作模式下，需要两个条件。第一，电源电压VDD必须大于 UVLO(ON)电压(例如欠压同步电压)与Vth2 (即预定的阈值电压)的 和。第二， VFB电压大于阈值电压V—bur—L (即用于突发模式控制的预定 阈值电压)。例如，当系统工作在正常工作模式下时，电源调节由图4中 的PWM控制器模块314控制。应当理解，可以根据特定的应用设置所需 要的阈值电压。在工作期间，系统的各个组件的电压电平可以变化。例如，VFB电压 可以上升或下降。又如，电源电压VDD也可以变化。在步骤604中，系统确定电源电压VDD是否大于UVLO(ON)电压与 阈值电压Vth2的和以及VFB电压是否小于阈值电压V—bur—L。通常，当 VFB电压小于阈值电压V一bur一L时，系统工作在较轻的负载下，并且通常 希望系统进入突发模式。例如，在突发模式工作期间，系统通常消耗较少 的功率。如果电源电压VDD大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和并 且VFB电压小于阈值电压V—bur—L，则在步骤605中系统工作在突发模式 中。根据特定实施例，图4中的突发模式控制器模块311提供使系统进入 突发模式的突发模式信号。根据特定实施例，在步骤605中，PWM开关被关闭，并且系统工作 在突发模式中。根据另一实施例，在步骤605中，PWM开关工作在相比 正常工作模式低得多的频率处。根据应用，当PWM开关被关闭或工作在 较低的频率处时，系统在突发模式中消耗较少的能量。在突发模式操作期
间，向电源电压VDD提供很少的能量或者不向其提供能量。因此，在突 发模式操作期间，电源电压VDD降低。例如，突发模式控制器模块311 控制系统的突发模式操作。根据特定实施例，突发模式控制器模块311被 配置为开启或关闭PWM开关。在步骤606中，系统确定电源电压VDD是否降至UVLO(ON)电压与 阈值电压Vth2的和以下。例如，当VDD太低时，系统不能正常工作。如 果电源电压VDD低于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和，则系统进入 步骤607。如果电源电压VDD高于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的 和，则系统进入步骤608。在步骤607中，提供能量以确保VDD电压升高到UVLO(ON)电压与 阈值电压Vth2的和以上。应当理解通过确保VDD电压高于UVLO(ON)电 压与阈值电压Vth2的和，VDD将不会降至UVLO(ON)电压以下，这决定 了电源系统是否被重启。根据特定实施例，PWM开关被图4中的PWM控 制器模块314启动。例如，突发模式控制器模块311发送启动PWM开关 的信号。在PWM开关被启动以后，VDD电压升高。PWM开关保持开 启，直到在步骤603中VDD电压大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的 和为止。例如，随着负载和VDD电压的增大，VFB电压也增大。当VFB 电压大于V—bur一H电压(即用于突发模式控制的预定阈值电压)时，系统 停止工作在突发模式中，并且工作在正常模式。根据另一实施例，单次触发控制器模块向电源系统的开关提供脉冲， 使得VDD电压升高到UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以上。在歩骤608中(即在确定VDD电压高于UVLO(ON)电压与阈值电压 Vth2的和以后)，将VFB电压与V—bur—H电压相比较。如果VFB电压高 于阈值电压V—bur—H (例如系统中的负载较重)，则系统停止工作在突发 模式中，并且工作在正常模式中。另一方面，如果VFB电压低于 V—bur—H电压，则系统保持在突发模式中。应当理解图6仅仅提供了特定的示例。可以有多种变化、替换和修 改。例如，可以使用各种阈值电压。为了进一步地说明电源控制系统的操作，给出了图7。图7是示出了
电源控制系统的操作的简化时序图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地 限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。例如，图7示出了如图3中所示的系统300的操作。在Tl处，系统工作在正常模式下(即使用PWM幵关)。VFB电压 高于V—bur一H电压，电源电压VDD大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2 的和，并且系统工作在正常模式下(例如常规的PWM开关模式)。例 如，系统工作在如图6的步骤602中所描述的正常模式下。根据应用，在 正常工作模式期间，PWM控制器模块314控制PWM开关操作。在Tl和T2之间，系统继续工作在正常模式下。在T2处，当VFB电 压降至V—bur—H电压以下时(这意味着系统中的负载较轻或很小)，系统 停止工作在正常模式下。例如，系统工作在突发模式下以保存能量。根据 应用，图4中的系统突发模式控制器模块311控制突发模式操作。在T2和T3之间，系统继续工作在突发模式下。例如，在T2和T3之 间的时间中，由于突发模式操作，VDD电压降低。在T2和T3之间的某 个时间处，VFB升高。例如，附加负载被连接到系统中。在T3处，VDD电压降至UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以 下。作为响应，系统开启PWM开关。根据应用，PWM操作由如图4中所 示的PWM控制器模块314和/或单次触发控制器模块313控制。在T3和T4之间，PWM开关开启。例如，PWM开关保持开启，直到 在T4处VDD电压升至UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以上为止。 例如，T3和T4之间的系统操作在图6的步骤607和603中被示出。在T4 处，系统再一次关闭PWM开关，并且工作在突发模式中以保存能量。例 如，突发模式操作由图4中的突发模式控制器模块311控制。在T4和T5之间，系统工作在突发模式中。在T5处，VFB电压升至 阈值电压V—bur—H以上。例如，VFB电压因连接到系统的负载的增大而增 大。例如，为了能够向负载提供足够的能量，系统开启PWM开关，并且 重新开始正常的工作模式。应当理解图7仅仅提供了示例，其不应当不适当地限制权利要求的范 围。例如，如图7中所示的VDD和VFB电压仅仅提供了系统操作的示
图8是示出了根据本发明实施例的突发模式操作的简化示图。该示图 仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术 人员应当认识到多种变化、替换和修改。在图8中，水平轴用于表示VFB电压电平，垂直轴用于表示PWM开 关的频率。根据应用，PWM开关可以工作在两种频率下正常频率(即 如图8所示的Fosc—normal)和低频率(即如图8所示的Fosc—low)。例 如，低频率仍然在22kHz的音频范围以上。根据特定的实施例，PWM开 关工作在两种模式下开启和关闭。PWM开关的频率和/或模式取决于VFB电压。如图8中所示，对于 VFB电压来说有两个阈值电平(即如图8中所示的Vthl和Vth2)。根据 实施例，VFB电压降至阈值电压Vthl以下会使PWM开关停止工作，VFB 电压上升重新工作在正常频率下。可以有多种方法来实现图3到图8中所描述的系统。例如，用数字逻 辑控制器件来实现PWM控制器模块、单次触发控制器模块和突发模式控 制器模块。又如，用逻辑单元来实现系统的各个组件。图8是示出了根据 本发明实施例的突发模式控制器模块的简化示图。该示图仅仅是示例，不 应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到 多种变化、替换和修改。根据特定的实施例，突发模式控制器模块被配置为开启或关闭PWM 控制器模块和单次触发控制器模块。例如，利用各种逻辑组件来实现突发 模式控制器模块。根据特定实施例，突发模式控制器模块900可以被用作 图3中的系统300的组件。例如，突发模式控制器模块900与图4中的突 发模式控制器模块311相同。根据某些实施例，突发模式控制器模块的逻 辑控制被配置为执行图6所示出的操作。图9是示出了根据本发明实施例的突发模式控制器组件的逻辑组件的 简化示图。如图9中所示，突发模式控制器模块900包括以下组件1. 比较器910;2. 比较器920;3. 比较器930;4. 比较器940;5. NAND (与非)门950;6. NAND门960;7. NAND门970;8. 反相器980;9. 反相器924;10. 反相器921;11. 延迟990;12. 延迟923;以及13. OR (或)门922。比较器910和920将VFB电压与阈值电压V-bur一L和V—bur—H相比 较。根据实施例，如图所示，NAND门970、 960和950、 OR门922和反 相器921被用于基于VFB电压和VDD电压输入提供逻辑输出。应当理解 也可以有其他的实现方式。例如，可以利用XOR (异或)门和AND (与)门的组合来实现逻辑控制功能。基于VFB电压和VDD电压输入的电压电平，突发模式控制器模块 900能够确定PWM开关应当被开启还是被关闭。例如，突发模式控制器 模块确定如图6所示的步骤604和608中所示的PWM开关的操作。突发模式控制器模块的操作可以通过下面的示例来说明。当VFB输入 912小于V—bur—H输入911并且VDD—sense输入915大于Vth—vdd—1输入 914时，反相器921的输出为零，反相器980的输出也为零。由于反相器 921的输出和反相器980的输出都为零，所以OR门922的输出也为零， 这禁用了 PWM开关。另一方面，如果VFB输入912小于V—bur一H输入 911并且VDD—sense输入915小于Vth一vdd—1输入914，则反相器921的 输出为零，反相器980的输出为"1"。因此，OR门922的输出为 "1"，这启动了 PWM开关。当VDD—sense输入915小于Vth—vdd—2 时，单次触发控制器模块被启动以产生最小的脉冲，这防止了 VDD电压 降至UVLO阈值电压以下。例如，突发模式控制器模块900被配置为提供
必要的控制信号以执行如图6所示的电源系统的操作。图10是示出了根据本发明实施例的电源电压监视器的简化示图。该 示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通 技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。根据特定实施例，电源电压监视器被用于实现图9中的比较器930。例如，结合传统的欠压同步 (UVLO)电路实现比较器930。例如，图IO示出了电源电压监视器1002 和UVLO电路1001的详细电路图。根据实施例，UVLO电路1001被配置 为当电源电压VDD被开启时发出开机重置(POR)信号(例如反相器 1010的输出)。当电源电压VDD达到预定电平(例如UVLO(OFF))时， UVLO电路输出POR信号以使得电源系统开始工作。当电源电压VDD降 至阈值电平以下时，电源系统的工作被暂停。如图10中所示，由齐纳(zener) 二极管1017和1013、 MOSFET 1016、 1015、 1018和1023、 二极管1012、电阻器1011、 1019和1080构 成正反馈环路。例如，在开机以后如果VDD电压1030升至预定电平，则 MOSFET 1023的栅极被开启并且正反馈环路被激活。MOSFET 1023的输 出使MOSFET 1018的栅极电压降低，这使得齐纳二极管1017被短接。因 此，提供了 POR信号。例如，当VDD电压1030降至UVLO阈值电压和/ 或降至该阈值电压以下时，MOSFET 1023被关闭，并且正反馈被激活，通 过电阻器1019使得MOSFET 1018的栅极电压被上拉到VDD电压，从而 使电源系统暂停。根据特定实施例，电阻器梯形电路(ladder)由电阻器1080和1011 构成。通过调节这两个电阻器的相对比值并且与晶体管1060和1023相匹 配，当VDD电压1030降至UVLO阈值电压和Vth2电压的和时，可以产 生VDD一Cout信号1050。例如，产生具有Vth2电压幅度的电压差。应当理解图10示出了根据本发明实施例的电源系统的特定组件。可 以有多种替换和变化。例如，可以使用各种类型的二极管、电阻器和门来 实现UVLO电路和比较器电路。也可以有其它结构。根据实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该系统 包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第
一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联 的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于 与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件还被配置为在第一 电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压低 于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号处理组件确定信号与第二 模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则 信号处理组件确定信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联， 则信号处理组件使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联， 则信号处理组件使开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关闭合一段时间。例如，可以根据图4说明该实施例。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方 法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外，该方法 还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。另 外，该方法还包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器 的开关的步骤。确定信号至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息。 如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果第一电压低 于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如果 第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式相 关联。调节用于电源转换器的开关的步骤包括在信号与第一模式相关联的 情况下使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不 被调制。如果信号与第三模式相关联，则使开关闭合一段时间。例如，可 以根据图5-6说明该实施例。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该 系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理 与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相 关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少 基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件被配置为在第 一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压
低于第二阈值并且第二电压高于第三阚值，则信号与第二模式相关联。如 果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式 相关联。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频 率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制。 如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关被以第二频率调制。例如，可以根据图4说明该实施例。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方 法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外.该方法 还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。该 方法还包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关 的步骤。至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤包 括确定各种电压。如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关 联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第 二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值， 则信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联，则开关被以第--频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不被调制。如果信号与第 三模式相关联，则开关被以第二频率调制。例如，可以根据图6说明该实 施例。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该 系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收电压，处理与该电压相关联 的信息，至少基于与该电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给 用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节开关。如 果电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈 值，则信号与第二模式相关联。信号处理组件被配置为处理与电压、第三 阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三阈值和第四阈值不同。信号处理 组件还被配置为至少基于与第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息 确定调制频率。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以 调制频率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被
调制。例如，可以根据图4说明该实施例。根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该 方法包括接收电压的步骤。该方法还包括处理与电压相关联的信息的步 骤。该方法还包括至少基于与电压相关联的信息确定信号的步骤。该方法 还包括至少基于与信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关的步骤。 如果电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈 值，则信号与第二模式相关联。还至少基于与电压相关联的信息确定信 号。确定信号的过程包括处理与电压、第三阈值和第四阈值相关联的信 息，所述第三阈值和第四阈值不同。确定信号的过程还包括至少基于与第 一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息确定调制频率的步骤。如果信 号与第一模式相关联，则开关被以调制频率调制。如果信号与第二模式相 关联，则开关不被调制。例如，可以根据图6说明该实施例。应当理解本发明提供了优于传统技术的各种优点。根据实施例，本发明提供了相对于传统技术来说更高能源效率的方案。例如，本发明减少了 在电源的开关状态之间的变换次数。根据另一实施例，本发明提供了很大 的电源控制窗口和很大的灵活性。例如，在确定电源的各种状态时使用了 多个阈值电压阈值。另外还有其它的优点。虽然描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应当理解存在 与所描述的实施例等同的其它实施例。因此，应当理解本发明不应当局限 于所示出的特定实施例，而是由所附权利要求书来限定。
权利要求
1.一种用于调节电源转换器的系统，所述系统包括信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息，至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定信号，并且将所述信号发送到用于电源转换器的开关，至少基于与所述信号相关联的信息调节所述开关；其中所述信号处理组件还被配置为如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联；其中如果所述信号与所述第一模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关被以第一频率调制；如果所述信号与所述第二模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关不被调制；如果所述信号与所述第三模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关闭合一段时间。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一电压是与所述电源转换 器的输出相关联的反馈电压。
3. 如权利要求1所述的系统，其中所述第二电压是与所述电源的输 出相关联的电源电压。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈 值电压相同。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈 值电压不同。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压低于所述第二阈值电压。
7. 如权利要求l所述的系统，其中所述信号处理组件包括 第一控制器模块，其被配置为处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息，至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定信号；第二控制器模块，其被配置为给所述开关提供调制；第三控制器模块，其被配置为提供脉冲，所述脉冲使所述开关被开启 一段时间。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述第二控制器模块被配置为提供脉宽调制。
9. 如权利要求7所述的系统，其中所述第二控制器模块被耦合到振 荡器。
10. 如权利要求7所述的系统，其中所述第一控制器模块包括一个或 多个电压比较器。
11. 一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括-接收第一电压；接收第二电压；处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息； 至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定信号； 至少基于与所述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关； 其中，所述至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确 定信号包括如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈 值，则确定所述信号与第二模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈 值，则确定所述信号与第三模式相关联； 其中所述调节用于电源转换器的开关包括如果所述信号与所述第一模式相关联，则使所述开关被以第一频率调制；如果所述信号与所述第二模式相关联，则使所述开关不被调制； 如果所述信号与所述第三模式相关联，则使所述开关闭合一段时间。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述第一模式与脉宽调制开关 相关联。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述第三阈值电压高于欠压同 步电压。
14. 如权利要求11所述的系统，其中所述第一电压是与所述电源转 换器的输出相关联的反馈电压。
15. 如权利要求11所述的系统，其中所述第二电压是与所述电源的 输出相关联的电源电压。
16. 如权利要求11所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二 阈值电压相同。
17. 如权利要求11所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二 阈值电压不同。
18. 如权利要求11所述的系统，其中所述第一阈值电压低于所述第 二阈值电压。
19. 如权利要求11所述的方法，其中所述的一段时间与所述第二电 压相关联。
20. 如权利要求11所述的方法，其中所述第一频率与所述第一电压 相关联。
21. —种用于调节电源转换器的系统，所述系统包括 信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息，至少基于与所述第一电压和所述第 二电压相关联的信息确定信号，并且将所述信号发送到用于电源转换器的 开关，至少基于与所述信号相关联的信息调节所述开关； 其中所述信号处理组件还被配置为如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联； 射如果所述信号与所述第一模式相关联，则所述信号处理组件使所 述开关被以第一频率调制；如果所述信号与所述第二模式相关联，则所述信号处理组件使所 述开关不被调制；如果所述信号与所述第三模式相关联，则所述信号处理组件使所 述开关被以第二频率调制。
22. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二 阈值电压相同。
23. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不同。
24. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一阈值电压低于所述第 二阈值电压。
25. 如权利要求21所述的系统，其中所述第三阈值电压高于欠压同步电压。
26. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一频率和所述第二频率 相同。
27. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一频率和所述第二频率 不同。
28. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一频率高于所述第二频
29. 如权利要求21所述的系统，其中所述第一频率与第一能量消耗 水平相关联，并且所述第二频率与第二能量消耗水平相关联，所述第一能 量消耗水平高于所述第二能量消耗水平。
30. 如权利要求21所述的系统，其中所述信号处理组件包括 第一控制模块，其被配置为处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息，至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定信号.第二控制器模块，其被配置为向所述开关提供调制； 第三控制器模块，其被配置为提供脉冲，所述脉冲使所述开关被开启 一段时间。
31. —种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括 接收第一电压；接收第二电压；处理与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息； 至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定信号；至少基于与所述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关； 其中所述至少基于与所述第一电压和所述第二电压相关联的信息确定 信号包括如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈 值，则确定所述信号与第二模式相关联；如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈 值，则确定所述信号与第三模式相关联；其中所述调节用于电源转换器的开关包括如果所述信号与所述第一模式相关联，则使所述开关被以第一频
32. 如权利要求31所述的方法，其中所述第一电压与反馈电压相关联。
33. 如权利要求31所述的方法，其中所述第二电压与电源电压相关联。
34. 如权利要求31所述的方法，其中所述第一频率高于所述第二频
35. 如权利要求31所述的系统，其中所述第一频率与第一功率消耗 水平相关联，并且所述第二频率与第二功率消耗水平相关联，所述第一功 率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
36. —种用于调节电源转换器的系统，所述系统包括 信号处理组件，其被配置为接收电压，处理与所述电压相关联的信 息，并且至少基于与所述电压相关联的信息确定信号，并且将所述信号发 送给用于电源转换器的开关，至少基于与所述信号相关联的信息调节所述 开关；其中所述信号处理组件还被配置为如果所述电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；如果所述电压低于第二阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；其中所述信号处理组件还被配置为处理与所述电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三阈值和所述第四阈值不同；至少基于与所述第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息确定调制频率； 射如果所述信号与所述第一模式相关联，则所述信号处理组件使所 述开关被以所述调制频率调制；如果所述信号与所述第二模式相关联，则所述信号处理组件使所 述开关不被调制。
37. 如权利要求36所述的系统，其中所述电压与反馈电压相关联。
38. 如权利要求36所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二 阈值电压不同。
39. 如权利要求36所述的系统，其中所述第一阈值高于所述第二阈值。
40. 如权利要求36所述的系统，其中所述第一阈值低于所述第二阈值。
41. 一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括接收电压；处理与所述电压相关联的信息； 至少基于与所述电压相关联的信息确定信号；至少基于与所述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关； 其中所述至少基于与所述电压相关联的信息确定信号包括如果所述电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关如果所述电压低于第二阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；其中所述至少基于与所述电压相关联的信息确定信号还包括处理与所述电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三 阈值和所述第四阈值不同；至少基于与所述第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息确 定调制频率；其中所述调节用于电源转换器的开关包括如果所述信号与所述第一模式相关联，则使所述开关被以所述调 制频率调制；如果所述信号与所述第二模式相关联，则使所述开关不被调制。
42. 如权利要求41所述的方法，其中所述电压与反馈电压相关联。
43. 如权利要求41所述的方法，其中当所述信号与第一模式相关联 时执行脉宽调制。
44. 如权利要求41所述的方法，其中所述第一阈值和所述第二阈值 相同。
45. 如权利要求41所述的方法，其中所述第一阈值和所述第二阈值 不同。
全文摘要
本发明提供了一种用于为开关式电源提供控制的系统和方法。根据实施例，本发明提供了用于调节电源转换器的系统。该系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件还被配置为在第一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。
文档编号G05F1/10GK101127495SQ200610030188
公开日2008年2月20日 申请日期2006年8月16日 优先权日2006年8月16日
发明者俊 叶, 方烈义, 臻 朱, 赵时峰, 陈志樑 申请人:昂宝电子(上海)有限公司