以最大化功率效率来控制开关模式电源的制作方法
【专利摘要】提供一种可操作以生成控制开关模式电源(100)的占空比的控制信号(D)的控制电路。控制电路包括：输入端子(205)，用于接收指示开关模式电源(100)的输入电压(Vin)的信号；以及参考信号发生器(210)，可操作以根据接收信号来生成作为输入电压(Vin)的函数的参考信号(VR)。控制电路还包括误差信号发生器(230)，其设置成接收指示开关模式电源(100)的输出电压(Vout)的信号，并且可操作以基于参考信号(VR)并且基于输出电压(Vout)来生成误差信号(VE)。控制电路还包括：低通滤波器(225)，连接在输入端子(205)与误差信号发生器(230)之间，与参考信号发生器(210)串联；以及占空比控制信号发生器(250)，可操作以根据误差信号(VE)来生成控制开关模式电源(100)的占空比的控制信号(D)。
【专利说明】以最大化功率效率来控制开关模式电源
【技术领域】
[0001] 一般来说，本发明涉及开关模式电源(有时称为开关模式电力源或开关模式功率 源）的领域，以及更具体来说，涉及开关模式电源的占空比的控制。
【背景技术】
[0002] 开关模式电源（SMPS)是一种因其尺寸小、重量轻和效率高而具有不同范围的应 用的众所周知类型的电源转换器。例如，SMPS广泛用于个人计算机和便携电子装置、例如 蜂窝电话中。SMPS通过以高频率（通常为数十至数百kHz)开/关例如功率M0SFET等开关 元件，来实现这些优点，其中开/关的频率或占空比定义将输入电压转换成预期输出电压 的效率。 在大多数SMPS拓扑中，输出电压Vwt与输入电压Vin成正比。
[0003] 等式 1
【权利要求】
1. 一种可操作以生成控制开关模式电源（100)的占空比的控制信号（D)的控制电路， 所述控制电路包括： 输入端子（205)，用于接收指示所述开关模式电源（100)的输入电压（Vin)的信号； 参考信号发生器（210)，可操作以根据所述接收信号来生成作为所述输入电压（Vin)的 函数的参考信号（VK); 误差信号发生器（230)，设置成接收指示所述开关模式电源（100)的输出电压（V。」的 信号，并且可操作以基于所述参考信号（VK)并且基于所述输出电压（V。」来生成误差信号 (VE); 低通滤波器（225)，连接在所述输入端子（205)与所述误差信号发生器（230)之间，与 所述参考信号发生器（210)串联；以及 占空比控制信号发生器（250)，可操作以生成与所述误差信号（VE)相关的、控制所述开 关模式电源（100)的所述占空比的控制信号（D)。
2. 如权利要求1所述的控制电路，其中，所述低通滤波器具有用户可调时间常数。
3. 如权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述低通滤波器（225)设置成以第一时 间常数来响应所述开关模式电源（100)的所述输入电压（Vin)的增加，以及以与所述第一时 间常数不同的第二时间常数来响应所述开关模式电源（100)的所述输入电压（Vin)的降低。
4. 如权利要求3所述的控制电路，其中，所述第一时间常数在0.3 ms与3 ms之间，以 及所述第二时间常数在〇. 06 ms与0. 6 ms之间。
5. 如以上权利要求中的任一项所述的控制电路，还包括： 偏移参考信号发生器（220)，可操作以通过将所述参考信号（VK)与偏移信号（V##)相 结合，来生成偏移参考信号（VKjftrt)，所述偏移信号与输入电压（Vin)无关， 其中所述误差信号发生器（230)可操作以基于所述偏移参考信号（VK ()ffS6t)并且基于 所述输出电压来生成所述误差信号（VE)。
6. 如权利要求5所述的控制电路，其中，所述偏移参考信号发生器（220)包括可操作 以生成可变偏移信号的偏移信号发生器（221)。
7. 如权利要求1至4中的任一项所述的控制电路，其中，所述误差信号发生器（230) 设置成通过从所述开关模式电源（100)的所述输出电压（V。」和所述参考信号（VK)中的一 个中减去所述开关模式电源（100)的所述输出电压和所述参考信号（VK)中的另一 个，来生成所述误差信号（VE)。
8. 如权利要求1至4中的任一项所述的控制电路，其中，所述误差信号发生器（230) 设置成接收指示所述开关模式电源（100)的输出电流（I。」的信号，并且可操作以基于所 述参考信号（VK)、所述输出电压（Vwt)和所述输出电流（1_)来生成所述误差信号（V E)。
9. 如权利要求1至4中的任一项所述的控制电路，其中，所述参考信号发生器（210) 在第一模式可操作以生成作为所述输入电压（Vin)的函数的所述参考信号（VK)，以及在第 二模式可操作以生成与所述输入电压（Vin)无关的预定参考信号（VKdJ，所述参考信号发生 器（210)配置成当所述输入电压（Vin)超过阈值时工作在所述第二模式，以及当所述输入电 压（vin)等于或小于所述阈值时工作在所述第一模式。
10. 如权利要求9所述的控制电路，其中，所述参考信号发生器（210)包括参考信号选 择器（223)，其可操作以选择所述所生成参考信号（VK)和所述预定参考信号（VKdJ中的较 小信号供所述参考信号发生器（210)输出。
11. 一种具有如以上权利要求中的任一项所述的控制电路的开关模式电源（1〇〇)。
12. -种由控制电路来生成控制开关模式电源（100)的占空比的控制信号⑶的方 法，所述方法包括： 参考信号生成过程，包括： 接收（S301)指示所述开关模式电源（100)的输入电压（Vin)的信号；以及 生成（S303)作为所述输入电压（Vin)的函数的参考信号（VK)， 其中至少一个低通滤波操作作为所述参考信号生成过程的一部分来执行，使得所述参 考信号是经滤波的信号； 误差信号生成过程，包括： 接收（S302)指示所述开关模式电源（100)的输出电压的信号；以及 基于所述参考信号（VK)并且基于所述输出电压（Vwt)来生成（S306)误差信号（V E);以 及 占空比控制信号生成过程，包括根据所述误差信号（VE)来生成（S308)控制所述开关 模式电源（100)的所述占空比的控制信号（D)。
13. 如权利要求12所述的方法，还包括按照连接到所述开关模式电源（100)的输出的 负载电容器的电容来调整所述低通滤波操作中使用的低通滤波器（225)的时间常数，以便 将所述负载电容器的充电或放电电流的大小保持在预定值范围之内。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述低通滤波器（225)设置成以第一时间常数 来响应所述开关模式电源（100)的所述输入电压（Vin)的增加，并且以第二时间常数来响应 所述开关模式电源（100)的所述输入电压（Vin)的降低，所述方法包括按照所述负载电容器 的电容来调整所述第一和第二时间常数，以便将所述电容器的充电和放电电流的大小保持 在相应预定的值范围之内。
15. 如权利要求12、13和14中的任一项所述的方法，其中，通过从所述开关模式电 源（100)的所述输出电压（〇和所述参考信号（VK)中的一个中减去所述开关模式电源 (100)的所述输出电压（〇和所述参考信号（VK)中的另一个，来生成（S306)所述误差信 号（VE)。
16. 如权利要求12、13和14中的任一项所述的方法，其中： 所述误差信号生成过程还包括接收指示所述开关模式电源（100)的输出电流（1_)的 信号；以及 所述误差信号（VE)基于所述参考信号（VK)、所述输出电压（Vwt)和所述输出电流（1_) 来生成。
17. 如权利要求12、13和14中的任一项所述的方法，其中： 所述参考信号生成过程还包括通过将所述参考信号（VK)与偏移信号（Vf^)相结合， 来生成（S304)偏移参考信号（VK ()ffsJ，所述偏移信号（V^J与所述输入电压（Vin)无关； 以及 所述误差信号（VE)基于所述偏移参考信号（VK ()ffsrt)并且基于所述输出电压（Vwt)来 生成。
18. 如权利要求17所述的方法，其中，生成可变偏移信号（V。^,)。
【文档编号】H02M3/337GK104335469SQ201280073808
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】M.卡尔斯森, O.佩斯森 申请人:瑞典爱立信有限公司