專利名稱：限制開關(guān)電源中的最大開關(guān)電流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性涉及電子電路，更具體地，本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源中的開關(guān)可能會(huì)受過電壓、過電流或電壓和電流的特殊組合的影響而被損壞。瞬時(shí)電壓和電流必須維持在由安全工作區(qū)所限定的界限內(nèi)，以防止損壞該開關(guān)。因此，為了保護(hù)開關(guān)，以及為了調(diào)整輸出，用于開關(guān)電源的控制器通常測(cè)量電壓和電流。
現(xiàn)實(shí)器件的需求和局限之間的矛盾經(jīng)常使得對(duì)于控制器來說在所有情形下測(cè)量保護(hù)開關(guān)所必須的量變得不可能或者不實(shí)際。盡管開關(guān)上的最大電壓通?？筛鶕?jù)對(duì)直流輸入電壓的簡(jiǎn)單測(cè)量推導(dǎo)出來，但是時(shí)開關(guān)中電流的測(cè)量通常會(huì)困難得多。
控制器通常必須屏蔽在開關(guān)周期中特定時(shí)刻對(duì)開關(guān)電流的測(cè)量，從而避免錯(cuò)誤的過電流指示。另外，在檢測(cè)到過電流和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些延遲。因此，傳統(tǒng)的方法不能保護(hù)開關(guān)在瞬態(tài)負(fù)載或者故障的特定條件下不被損壞。


結(jié)合附圖通過例子詳細(xì)示出了本發(fā)明，并且本發(fā)明不局限于附圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的開關(guān)電源的一個(gè)實(shí)施例的功能框圖，該開關(guān)電源可限制電源開關(guān)中的峰值電流。
圖2是開關(guān)電源的一個(gè)實(shí)施例的功能框圖的一部分，其示出了寄生電容對(duì)電源開關(guān)中的電流的影響。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的開關(guān)電源的一個(gè)實(shí)施例中的電壓和電流波形，該開關(guān)電源可限制電源開關(guān)中的峰值電流。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)不能限制電源開關(guān)中的峰值電流的開關(guān)電源中電流波形的重要參數(shù)。
圖5是說明了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)限制電源開關(guān)中的峰值電流的方法的流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)限制所包括的電源開關(guān)中的峰值電流的集成電路的功能框圖。

發(fā)明內(nèi)容
公開了可在電源中應(yīng)用的電源穩(wěn)壓器的實(shí)施例。在接下來的描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的全面的理解而給出了大量特定的細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)清楚的是，不需要實(shí)現(xiàn)這些特定的細(xì)節(jié)來實(shí)施本發(fā)明。為了避免模糊本發(fā)明，沒有詳細(xì)地說明涉及實(shí)施方式的公知方法。
整個(gè)說明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合該實(shí)施例描述的特定部件、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的不同地方出現(xiàn)的短語“對(duì)于一種實(shí)施例”或“在實(shí)施例中”不必都指代相同的實(shí)施例。此外，可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合所述特定的部件、結(jié)構(gòu)或特性。
公開了防止在開關(guān)電源的開關(guān)中出現(xiàn)過電流的技術(shù)。例如，公開了一種方法和裝置來防止開關(guān)電源中的功率晶體管受其安全工作區(qū)以外的條件的影響而損壞。當(dāng)電源具有低輸出電壓時(shí)在啟動(dòng)或過載期間，響應(yīng)電源開關(guān)中的過電流的傳統(tǒng)技術(shù)不能防止電流在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)升得更高，這是因?yàn)椋把叵[時(shí)間和電流極限延遲時(shí)間強(qiáng)加了一個(gè)最小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，同時(shí)，低輸出電壓使控制器要求開關(guān)的最小關(guān)斷時(shí)間。為了克服傳統(tǒng)技術(shù)中由對(duì)開關(guān)中的電流進(jìn)行直接測(cè)量而帶來的問題，所公開的方法利用對(duì)時(shí)間的測(cè)量來作為對(duì)開關(guān)中的過電流的間接指示。例如，一種公開的技術(shù)測(cè)量開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，而不是測(cè)量開關(guān)的電流，從而識(shí)別未受控制的增長(zhǎng)電流的狀態(tài)。短導(dǎo)通時(shí)間意味著過大的開關(guān)電流。響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)短導(dǎo)通時(shí)間的是下一個(gè)開關(guān)周期中的延遲，其有效地延長(zhǎng)了關(guān)斷時(shí)間，從而在開關(guān)的下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間之前使電流減小到安全值。
具體實(shí)施例方式
為了說明，圖1主要示出了用于電源實(shí)施例的電源的功能框圖，該電源根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)限制了峰值開關(guān)電流。圖1中所示出的示例性電源的拓?fù)涫欠答伔€(wěn)壓器。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，有許多種開關(guān)穩(wěn)壓器的拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)，提供圖1中所示的反饋拓?fù)渲皇菫榱苏f明的目的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)也可以采用其它類型的拓?fù)洹?br> 如圖1的電源實(shí)例中所說明的，能量傳遞元件T1 125耦合在未調(diào)整的輸入電壓VIN105和電源輸出端的負(fù)載165之間。電源開關(guān)S1 120耦合到能量傳遞元件125輸入端的初級(jí)繞組175，用以調(diào)整能量從未調(diào)整的輸入電壓VIN105到電源輸出端的負(fù)載165的傳遞?？刂破?45被耦合用以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)156，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)156被耦合成由電源開關(guān)S1 120接收，以控制電源開關(guān)S1 120的轉(zhuǎn)換。如下面將討論的，控制器145還包括短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，用以感應(yīng)電源開關(guān)S1，以檢測(cè)電源開關(guān)S1 120的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)。對(duì)于一種實(shí)施例，在控制器145中還包括頻率調(diào)節(jié)器，該頻率調(diào)節(jié)器耦合到短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器。對(duì)于一種實(shí)施例，頻率調(diào)節(jié)器被用來響應(yīng)該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器以調(diào)節(jié)控制器中所包括的振蕩器的振蕩頻率。
在圖1的例子中，能量傳遞元件T1 125被表示成具有兩個(gè)繞組的變壓器。初級(jí)繞組175具有電感為L(zhǎng)P的NP匝。次級(jí)繞組具有NS匝。通常，變壓器可以具有多于兩個(gè)的繞組，附加的繞組用來供電給其它負(fù)載，或提供偏置電壓，或感應(yīng)負(fù)載的電壓，或類似功能。
箝位電路110耦合到能量傳遞元件T1 125的初級(jí)繞組175，以控制電源開關(guān)S1 120的最大電壓。如已經(jīng)提到過的，利用由控制器電路145產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)156接通或關(guān)斷電源開關(guān)S1 120。對(duì)于一種實(shí)施例，開關(guān)S1 120是晶體管，例如功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145包括集成電路和分立的電氣元件。開關(guān)S1 120的操作在整流器D1 130中產(chǎn)生的脈動(dòng)電流通過電容器C1 135進(jìn)行濾波，以在負(fù)載165上產(chǎn)生基本恒定的輸出電壓Vo或基本恒定的輸出電流Io。
要調(diào)整的輸出量是Uo150，通常，其可以是輸出電壓Vo、輸出電流Io或兩者的組合。反饋電路160耦合到輸出量Uo150，以產(chǎn)生輸入到控制器145的反饋信號(hào)UFB155。控制器145的另一個(gè)輸入是感應(yīng)開關(guān)S1 120中的電流ID115的電流感應(yīng)信號(hào)140。測(cè)量開關(guān)電流的多種公知方法中的任一種都可以用來測(cè)量電流ID115，這些方法如，電流互感器、或者分立電阻器上的電壓、或者晶體管導(dǎo)通時(shí)晶體管上的電壓?？刂破骺梢岳秒娏鞲袘?yīng)信號(hào)140來調(diào)整輸出Uo150或防止損壞開關(guān)S1 120。
圖1還示出了在理想條件下流過電源開關(guān)S1 120的電流ID115的示例性波形。電源開關(guān)S1 120響應(yīng)于來自控制器145的驅(qū)動(dòng)信號(hào)156的脈沖導(dǎo)通一定時(shí)間tON。電源開關(guān)S1 120響應(yīng)于來自控制器145的驅(qū)動(dòng)信號(hào)156打開一斷開時(shí)間tOFF。在導(dǎo)通時(shí)間tON內(nèi)，電流響應(yīng)于輸入電壓VIN105隨時(shí)間從初始電流IVAL線性增加到最終電流IPEAK，其中，在開關(guān)S1 120導(dǎo)通時(shí)輸入電壓VIN105是通過變壓器T1 125的初級(jí)繞組175的電感LP施加的。
對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145操作開關(guān)S1 120以基本上將輸出Uo150調(diào)整到期望值。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145在輸出Uo150低于期望值時(shí)增加開關(guān)S1120的導(dǎo)通時(shí)間tON。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145在輸出Uo150大于期望值時(shí)減小開關(guān)S1 120的導(dǎo)通時(shí)間tON。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145在開關(guān)S1 120導(dǎo)通時(shí)維持開關(guān)S1 120的恒定的導(dǎo)通時(shí)間tON，并且調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間tOFF以調(diào)整輸出Uo150。對(duì)于一種實(shí)施例，跳過開關(guān)周期以對(duì)關(guān)斷時(shí)間tOFF進(jìn)行離散調(diào)節(jié)。
對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)156調(diào)節(jié)開關(guān)S1 120的操作以防止操作在其安全工作區(qū)以外。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145在電流ID115超過電流極限值ILIMIT時(shí)減小開關(guān)S1 120的導(dǎo)通時(shí)間tON。對(duì)于一種實(shí)施例，控制器145在電流ID115超過電流極限值ILIMIT時(shí)增加關(guān)斷時(shí)間tOFF。
圖2示出了寄生電容對(duì)在開關(guān)S1 220中測(cè)量到的電流ID215的影響。在開關(guān)S1 220接通后，由在節(jié)點(diǎn)235耦合到開關(guān)S1的電容器Cp210和CDS230所表示的寄生電容的充電和放電在短時(shí)間內(nèi)增大了電流ID215。圖3示出了在變壓器T1225的初級(jí)繞組275的電感LP上的電壓VP270。對(duì)于一種實(shí)施例，電壓VP在導(dǎo)通時(shí)間tON內(nèi)為正，幅值為VIN。對(duì)于一種實(shí)施例，電壓VP在關(guān)斷時(shí)間tOFF內(nèi)為負(fù)，幅值為VOR。電壓VP極性的突然反相增加了給開關(guān)S1 220的初始電流IVAL的前沿電流。圖2和圖3中的波形示出了大于理想初始電流IVAL的峰值前沿電流ILEPEAK。對(duì)于一種實(shí)施例，峰值前沿電流ILEPEAK也大于最終電流IPEAK。在每個(gè)實(shí)際電路中出現(xiàn)的寄生電容都可以產(chǎn)生較高的前沿電流，其可干擾控制器調(diào)整輸出或保護(hù)開關(guān)的能力。響應(yīng)開關(guān)電流ID215的幅值來調(diào)整輸出或保護(hù)開關(guān)的控制器也將響應(yīng)不是明顯與輸出的調(diào)整或開關(guān)的安全操作有關(guān)的前沿電流。為了避免受前沿電流的干擾，控制器通常屏蔽對(duì)開關(guān)中電流的測(cè)量，直到前沿消隱時(shí)間tLEB結(jié)束。圖3中示出了前沿消隱時(shí)間tLEB與導(dǎo)通時(shí)間tON的關(guān)系。
前沿消隱時(shí)間tLEB足夠長(zhǎng)，以保證在電流ID變?yōu)榭捎绊懙娇刂破髦岸伎梢院雎约纳娙輰?duì)電流的影響。圖3還示出了電流極限延遲時(shí)間td，其是tLEB之后ID達(dá)到ILIMIT的時(shí)間和開關(guān)停止導(dǎo)通的時(shí)間之間的差值。電流極限延遲時(shí)間td始終存在，這是因?yàn)閷?shí)際的電路不能即時(shí)響應(yīng)。有限的電流極限延遲時(shí)間td帶來的結(jié)果是在導(dǎo)通時(shí)間tON的最后峰值電流IPEAK大于電流極限ILIMIT。
前沿消隱時(shí)間tLEB和電流極限延遲td可使典型的控制器不能限制開關(guān)電流ID。圖4說明了當(dāng)輸出小于其調(diào)整值時(shí)在具有典型控制器的開關(guān)電源中可能出現(xiàn)的不希望有的情況。在圖4中，輸出側(cè)的過載導(dǎo)致在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)電流ID都超過ILIMIT。該過載還導(dǎo)致了輸出電壓Vo降低到遠(yuǎn)低于其調(diào)整值?？刂破髟谇把叵[時(shí)間tLEB的末端測(cè)量開關(guān)電流ID，并且該開關(guān)在電流極限延遲時(shí)間td結(jié)束后斷開。檢測(cè)到ID大于ILIMIT不能將導(dǎo)通時(shí)間tON減小到低于tLEB加td的和。對(duì)于本發(fā)明的一種實(shí)施例，短導(dǎo)通時(shí)間可以被看作是該開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，或者例如驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，其導(dǎo)通時(shí)間近似等于tLEB加td之和。
圖4示出了在任何開關(guān)周期(n)內(nèi)，在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)作為開關(guān)電流ID的電流(來自于寄生電容的電流除外)在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)增加了一定量ΔION以達(dá)到IPEAK，然后在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)從IPEAK開始減小一定量ΔIOFF。如等式1和等式2所示，電流的這種變化與輸入和輸出電壓有關(guān)。
ΔION=VINtONLP=VIN(tLEB+td)LP]]>等式1ΔIOFF=VORtOFFLP=(NPNS)VOtOFFLP]]>等式2從圖4可以清楚看出，對(duì)于每個(gè)連續(xù)脈沖或者開關(guān)周期，當(dāng)ΔION＞ΔIOFF時(shí)，下一個(gè)開關(guān)周期(n+1)的峰值電流將會(huì)大于當(dāng)前開關(guān)周期(n)中的峰值電流。將輸出電壓Vo減小為基本低于其調(diào)整值的過載狀態(tài)將導(dǎo)致控制電路使關(guān)斷時(shí)間tOFF盡可能的小。等式2示出了Vo恒定的減小或者減小的tOFF將減小ΔIOFF。等式1示出了前沿消隱時(shí)間tLEB和電流極限延遲時(shí)間td給ΔION強(qiáng)加了最小值。因此，通用的控制方法允許在輸出過載期間ΔION大于ΔIOFF。當(dāng)ΔION大于ΔIOFF時(shí)，電流和電壓僅在幾個(gè)連續(xù)的開關(guān)周期之后就可達(dá)到開關(guān)的安全工作區(qū)之外，其中，連續(xù)的開關(guān)周期包括例如近似等于tLEB加td之和的短導(dǎo)通時(shí)間。在許多開關(guān)周期之后才響應(yīng)的故障檢測(cè)電路不能保護(hù)開關(guān)不出現(xiàn)故障?？刂破鞅仨氃谏倭康拈_關(guān)周期內(nèi)響應(yīng)，以保持開關(guān)工作在其安全工作區(qū)內(nèi)。對(duì)于本發(fā)明的一種實(shí)施例，開關(guān)的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間(導(dǎo)通時(shí)間近似等于tLEB加td之和)的出現(xiàn)可表示故障狀態(tài)。
如將討論的，對(duì)于本發(fā)明的一種實(shí)施例，可以包括短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，其檢測(cè)電源開關(guān)S1 120或220的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)。對(duì)于一種實(shí)施例，該閾值數(shù)量可以等于1。對(duì)于另一種實(shí)施例，根據(jù)設(shè)計(jì)，該閾值數(shù)量可以等于2或更大。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，如果檢測(cè)到電源開關(guān)S1 120或220中閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)，則延遲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖，這樣會(huì)增加ΔIOFF以減小流過電源開關(guān)S1 120或220的開關(guān)電流ID的起始值IVAL，從而減小開關(guān)電流ID超過電流極限值的機(jī)會(huì)。
圖5是描述了保持開關(guān)在其安全工作區(qū)內(nèi)工作的方法的流程圖。通常，對(duì)于一種實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)用于調(diào)整電源的方法包括響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換在電源的輸入側(cè)的耦合到能量傳遞元件的電源開關(guān)，其中上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)響應(yīng)于從電源的輸出接收的反饋。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，如果檢測(cè)到該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間出現(xiàn)，則響應(yīng)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)，延遲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖。
特別地，對(duì)于一種實(shí)施例，該方法測(cè)量該開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，用以確定是否需要備選控制動(dòng)作來防止峰值開關(guān)電流IPEAK變得太高。對(duì)圖5中所示的方法來說，短導(dǎo)通時(shí)間是任何不大于閾值導(dǎo)通時(shí)間tSHORT的導(dǎo)通時(shí)間tON。對(duì)于一種實(shí)施例，tSHORT稍大于tLEB加td之和。在控制器在方框510中開始下一個(gè)開關(guān)周期之前，在方框505中，復(fù)位計(jì)算短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量的短導(dǎo)通時(shí)間計(jì)數(shù)器。在方框515中測(cè)量導(dǎo)通時(shí)間tON，并在方框520中與閾值導(dǎo)通時(shí)間tSHORT比較。如果導(dǎo)通時(shí)間tON大于閾值導(dǎo)通時(shí)間tSHORT，則在方框505中復(fù)位短導(dǎo)通時(shí)間計(jì)數(shù)器。如果導(dǎo)通時(shí)間tON不大于閾值導(dǎo)通時(shí)間tSHORT，則在方框525中使短導(dǎo)通時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。在方框530中，將短導(dǎo)通時(shí)間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與最大計(jì)數(shù)值NMAX比較。如果連續(xù)的短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量小于NMAX，則在方框510中，在用于調(diào)整的正常關(guān)斷時(shí)間tOFF之后，開始下一個(gè)開關(guān)周期。如果短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量不小于NMAX，則在方框535中，延遲下一個(gè)開關(guān)周期的開始時(shí)間。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在方框535中，檢測(cè)到閾值教量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)?？梢愿淖冞B續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量NMAX，以適應(yīng)具體的應(yīng)用。對(duì)于一種實(shí)施例，對(duì)每種應(yīng)用都固定連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量NMAX不變。對(duì)于一種實(shí)施例，連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量NMAX是1。對(duì)于一種實(shí)施例，連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量NMAX是2。對(duì)于一種實(shí)施例，可以在電源的操作過程中響應(yīng)于設(shè)計(jì)者選擇的條件或事件動(dòng)態(tài)地改變連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的數(shù)量NMAX。
圖6示出了在集成電路中的本發(fā)明的方法的一種實(shí)施例。集成電路600包括功率MOSFET開關(guān)628，其耦合到漏極端602和源極端646。開關(guān)628被耦合成響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)656來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)是從鎖存器634輸出的。端子648接收反饋信號(hào)UFB。對(duì)于一種實(shí)施例，集成電路600可選地可以包括多個(gè)其它的端子，用以接收信號(hào)和執(zhí)行在這個(gè)例子中沒有描述的功能。
在圖6的例子中，調(diào)制器626解釋來自于端子648的反饋信號(hào)UFB，以確定使能信號(hào)662應(yīng)該為高還是低。振蕩器640提供時(shí)鐘信號(hào)644和最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)DMAX664。在所說明的例子中，振蕩器640包括耦合到鎖存器638的輸出端的FREQ ADJ端子。對(duì)于一種實(shí)施例，振蕩器640的頻率響應(yīng)于鎖存器638的輸出從高頻變化到低頻。開關(guān)628響應(yīng)從鎖存器634輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)656，該鎖存器接收來自于AND門632和OR門666的信號(hào)。如果時(shí)鐘644和使能662都為高，而DMAX664和OVER CURRENT 658都為低，則開關(guān)628導(dǎo)通。如果DMAX664或OVERCURRENT 658為高，則開關(guān)628關(guān)斷。
在所說明的例子中，連續(xù)導(dǎo)通時(shí)間的閾值數(shù)量，或短導(dǎo)通時(shí)間的最大數(shù)量NMAX為2。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在兩個(gè)連續(xù)的短導(dǎo)通時(shí)間之后，鎖存器638通過使振蕩器640臨時(shí)地工作在低頻上來延遲下一個(gè)開關(guān)周期。相比于高頻，低頻具有相應(yīng)更長(zhǎng)的關(guān)斷時(shí)間。電流傳感器或限流器是利用電流極限比較器604實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)漏極電流ID624超過電流極限閾值ILIMIT時(shí)，其在NAND門606的第一輸入端表現(xiàn)為邏輯高。當(dāng)開關(guān)628在開關(guān)周期的一開始接通時(shí)，NAND門606的第二輸入端響應(yīng)來自于鎖存器634的驅(qū)動(dòng)信號(hào)656的高輸出，在前沿消隱時(shí)間tLEB622的延遲之后接收邏輯為高的輸入。對(duì)于一種實(shí)施例，前沿消隱時(shí)間tLEB近似為220毫微秒。
如圖6所示的例子中所說明的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，用NOR門612實(shí)現(xiàn)了短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，其檢測(cè)反相的OVER CURRENT信號(hào)650、反相的ON信號(hào)654和延遲的ON信號(hào)652的輸入中的短脈沖。延遲的ON信號(hào)652是將有效的驅(qū)動(dòng)信號(hào)656延遲前沿消隱時(shí)間tLEB622，并進(jìn)一步延遲一時(shí)間td1610而得到的。延遲時(shí)間td1610被選擇得充分大于電流極限比較器604的延遲，以保證檢測(cè)到每個(gè)短導(dǎo)通時(shí)間。對(duì)于一種實(shí)施例，電流極限延遲時(shí)間td1近似為100毫微秒。
在圖6的例子中，AND門624檢測(cè)長(zhǎng)脈沖，其至少與tLEB和td1之和一樣長(zhǎng)。通過NOR門612檢測(cè)到短脈沖會(huì)置位鎖存器614。通過AND門624檢測(cè)到長(zhǎng)脈沖會(huì)復(fù)位鎖存器614。
在圖6的例子中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，另外用NOR門620實(shí)現(xiàn)短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，其檢測(cè)第二個(gè)短脈沖的出現(xiàn)，以在兩個(gè)連續(xù)的短脈沖之后置位鎖存器638。NOR門620接收與NOR門612相同的三個(gè)信號(hào)650、652和654，加上第四個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)656。驅(qū)動(dòng)信號(hào)656出現(xiàn)在鎖存器614的輸出端，并延遲一延遲時(shí)間td2616，并且通過反相器618反相。延遲時(shí)間td2616充分地大于延遲時(shí)間td1610，以防止NOR門620檢測(cè)到第一個(gè)短脈沖。對(duì)于一種實(shí)施例，延遲時(shí)間td2616是230毫微秒。
在圖6的例子中，檢測(cè)到第二個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間在NOR門620的輸出端660產(chǎn)生了邏輯高，用以置位鎖存器638。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，用鎖存器638和振蕩器640的FREQ ADJ輸入實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)器。對(duì)于一種實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，當(dāng)鎖存器638被置位時(shí)，振蕩器640從高頻變化到低頻，這樣有效地延遲了下一個(gè)開關(guān)周期的開始。對(duì)于一種實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，如下配置振蕩器640，使得對(duì)鎖存器638的置位以及由此對(duì)振蕩器640的FREQ ADJ輸入的觸發(fā)導(dǎo)致跳過驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖，這樣有效地使振蕩器640的頻率被減小。通過CLOCK信號(hào)644在下一個(gè)開關(guān)周期的一開始復(fù)位鎖存器638。如果下一個(gè)脈沖還是短脈沖，則鎖存器638將再一次被置位，由此減小振蕩器的頻率，從而延遲下一個(gè)開關(guān)周期的開始。如果下一個(gè)脈沖是長(zhǎng)脈沖，則下一個(gè)開關(guān)周期中不會(huì)出現(xiàn)延遲，并且在所說明的例子中會(huì)需要開關(guān)628的兩個(gè)連續(xù)的短導(dǎo)通時(shí)間來置位鎖存器638。
在前面的詳細(xì)描述中，已經(jīng)參考本發(fā)明的特定示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的方法和裝置。但是，顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的更寬的精神和范圍的情況下可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改和改變。因此，本說明書和附圖只被看作是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)穩(wěn)壓器電路，包括開關(guān)，其耦合到電源的能量傳遞元件；控制器，用以產(chǎn)生被耦合成由所述開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制該開關(guān)的轉(zhuǎn)換；包括在控制器中的短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器被耦合成用以檢測(cè)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)；和包括在控制器中并耦合到該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器的頻率調(diào)節(jié)器，該頻率調(diào)節(jié)器響應(yīng)于該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器來調(diào)節(jié)包括在控制器中的振蕩器的振蕩頻率。
2.如權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述頻率調(diào)節(jié)器用來響應(yīng)于檢測(cè)到該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間出現(xiàn)而減小振蕩器的頻率，從而延遲被耦合成由該開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的下一個(gè)脈沖。
3.如權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述頻率調(diào)節(jié)器用來響應(yīng)于檢測(cè)到該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間出現(xiàn)而減小振蕩器的頻率，從而跳過被耦合成由該開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的接下來的一個(gè)或多個(gè)脈沖。
4.如權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述控制器包括在集成電路中。
5.如權(quán)利要求4的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述開關(guān)包括在所述集成電路中。
6.如權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述控制器被耦合成用以接收來自于電源的輸出的反饋信號(hào)，該控制器用來產(chǎn)生被耦合成由該開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制該開關(guān)的轉(zhuǎn)換，從而調(diào)整該電源的輸出。
7.如權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器，進(jìn)一步包括電流傳感器，該電流傳感器包括在控制器中，并被耦合成用以檢測(cè)流過該開關(guān)的過電流。
8.如權(quán)利要求7的開關(guān)穩(wěn)壓器，進(jìn)一步包括包括在控制器中并耦合到所述電流傳感器的前沿消隱電路。
9.如權(quán)利要求8的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，所述開關(guān)的短導(dǎo)通時(shí)間略大于前沿消隱時(shí)間和電流極限延遲時(shí)間之和。
10.一種用于調(diào)整電源的方法，包括響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)來轉(zhuǎn)換在電源的輸入側(cè)的耦合到能量傳遞元件的開關(guān)，其中該驅(qū)動(dòng)信號(hào)響應(yīng)于從該電源的輸出接收到的反饋；檢測(cè)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)；和響應(yīng)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)來延遲被耦合成由該開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖。
11.如權(quán)利要求10的用于調(diào)整電源的方法，其中，響應(yīng)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)來延遲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖包括調(diào)節(jié)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振蕩信號(hào)的頻率。
12.如權(quán)利要求10的用于調(diào)整電源的方法，其中，響應(yīng)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)來延遲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)脈沖包括跳過驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的下一個(gè)脈沖。
13.如權(quán)利要求10的用于調(diào)整電源的方法，其中，檢測(cè)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)包括檢測(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)中導(dǎo)通時(shí)間近似等于前沿消隱時(shí)間和電流極限延遲時(shí)間之和的脈沖。
14.一種電源，包括耦合在電源的輸入和輸出之間的能量傳遞元件；耦合到能量傳遞元件的輸入的開關(guān)，用以調(diào)整能量從電源的輸入到電源的輸出的傳遞；包括振蕩器的控制器，用以產(chǎn)生由該開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制該開關(guān)的轉(zhuǎn)換；包括在控制器中的短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器，該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器被耦合成用以檢測(cè)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)；和包括在控制器中并耦合到短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器和振蕩器的頻率調(diào)節(jié)器，該頻率調(diào)節(jié)器用以響應(yīng)該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器來調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩頻率。
15.如權(quán)利要求14的電源，進(jìn)一步包括耦合在電源的輸出和控制器之間的反饋電路，該反饋電路用以提供來自于電源的輸出的反饋信號(hào)給該控制器。
16.如權(quán)利要求14的電源，進(jìn)一步包括包含在控制器中用以限制流過該開關(guān)的電流的電流感應(yīng)電路。
17.如權(quán)利要求14的電源，進(jìn)一步包括包含該控制器的集成電路。
18.如權(quán)利要求17的電源，其中，該集成電路進(jìn)一步包括該開關(guān)。
全文摘要
公開了限制開關(guān)電源的開關(guān)中的電流的技術(shù)。示例性的開關(guān)穩(wěn)壓器電路包括耦合到電源的能量傳遞元件的電源開關(guān)?？刂破鳟a(chǎn)生被耦合成由該電源開關(guān)接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制該電源開關(guān)的轉(zhuǎn)換。該控制器包括一個(gè)短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器。該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器被用來檢測(cè)該開關(guān)的閾值數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)短導(dǎo)通時(shí)間的出現(xiàn)。該控制器還包括一個(gè)耦合到該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器的頻率調(diào)節(jié)器。該頻率調(diào)節(jié)器被用于響應(yīng)該短導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)器來調(diào)節(jié)包括在控制器中的振蕩器的振蕩頻率。
文檔編號(hào)H02M7/48GK1913311SQ20061010768
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者A·B·詹格里安, A·J·莫里什 申請(qǐng)人:電力集成公司