用于控制电源的系统和方法技术方案

根据一个实施例，用于开关电源的控制器包括平均电流比较器和耦合至平均电流比较器的开关信号生成电路，该平均电流比较器确定开关电源内的平均电流是否低于电流阈值，该开关信号生成电路具有开关信号输出，该开关信号输出被配置为耦合至开关电源的切换电路。开关信号生成电路在第一操作模式中产生第一切换模式，并且在第二操作模式中产生第二切换模式。当平均电流比较器确定平均电流低于电流阈值时，以第一模式对开关信号生成电路进行操作，并且当平均电流比较器确定平均电流不低于电流阈值时，以第二模式对开关信号生成电路进行操作。

【技术实现步骤摘要】
用于控制电源的系统和方法
本专利技术总体涉及电子电路和电源，并且在具体实施例中，涉及用于控制电源的系统和方法。
技术介绍
电源系统遍布在从计算机到汽车的许多电子应用中。通常，电源系统内的电压通过对加载有电感器或换能器的开关进行操作而执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC变换来生成。一类这样的系统包括开关电源(SMPS)。SMPS通常比其它类型的功率变换系统更高效，因为功率变换通过对电感器或换能器进行受控的充电和放电来执行，并且由于跨电阻式电压降的功率耗散而减少了能量损耗。SMPS通常包括至少一个开关以及电感器或换能器。一些特定拓扑结构包括其中的降压变换器、升压变换器以及反激式变换器等。控制电路通常用于断开和闭合开关以对电感器进行充电和放电。在一些应用中，被供应至负载的电流和/或被供应至负载的电压经由反馈回路进行控制。在一些电源应用中，可以以两种不同模式对开关电源进行操作：连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)。在CCM期间，可以对开关进行操作以连续地对电感器进行充电或放电。在DCM期间，可以对开关进行操作，以便限制在每个周期期间在电感器中流动的负电流量，以便提高效率。在电池充电应用中，可以在充电周期的中间期间使用CCM，并且可以在充电周期即将结束时使用DCM。在负载电压或电池充电接近目标或供电电压时，可以以DCM对电源进行操作以便减少由负电流从负载或电池移除的电荷。为了能量效率以及防止电池损坏，这样的手段在充电应用中是常见的。
技术实现思路
根据一个实施例，用于开关电源的控制器包括平均电流比较器和耦合至平均电流比较器的开关信号生成电路。平均电流比较器确定开关电源内的平均电流是否低于电流阈值。开关信号输出被包括在开关信号生成电路中，开关信号输出可以被耦合至开关电源的切换电路。开关信号生成电路在第一操作模式中在开关信号输出处产生第一切换模式，并且在第二操作模式中在开关信号输出处产生第二切换模式。当平均电流比较器确定平均电流低于电流阈值时，以第一模式对开关信号生成电路进行操作，并且当平均电流比较器确定平均电流不低于电流阈值时，以第二模式对开关信号生成电路进行操作。附图说明为了更全面理解本专利技术及其优点，现在结合附图对以下描述进行参考，在附图中：图1a至图1b图示实施例切换电源系统的框图和用于实施例电源控制器的信号波形；图2图示实施例切换电源电路的示意图；图3图示实施例电源系统的框图；图4图示实施例电源系统的波形图；图5图示实施例电源系统的波形图；图6图示实施例电流比较器电路的示意图；图7图示实施例电流比较器电路的示意图；图8a至图8b图示对电源系统进行操作的实施例方法的框图；图9图示实施例系统的波形；图10图示对切换电源电路进行操作的实施例方法的框图；以及图11图示对切换电源电路进行操作的另一实施例方法的框图。不同附图中对应的数字和符号通常指代对应的部分，除非另有指明。附图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，而未必按比例绘制。具体实施方式以下详细讨论对各个实施例的制作和使用。然而应当理解，在本文中所描述的各个实施例可用于多种具体背景。所讨论的具体实施例仅说明制作和使用各个实施例的具体方式，而不应以限制性范围进行解释。关于具体背景中的各个实施例进行描述，即功率变换器电路。在本文中所描述的各个实施例包括AC-AC或DC-DC电压变换器、切换电源系统和电路、电池充电电路、电流比较器电路、电源控制器和其它变换器电路。在其它实施例中，各个方面也可以应用于其它应用，包含根据本领域中众所周知的任何方式使用集成部件或分立部件的任何类型的变换器或负载驱动电路。根据在本文中所描述的实施例，切换电源系统以及对切换电源系统进行操作的方法包括以至少两种模式对切换电源系统进行操作，包括至少连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)。CCM可以包括周期性地对被耦合至负载的电感元件进行充电和放电，并且DCM可以包括周期性地针对一段时间进行充电、针对一段时间进行放电以及针对一段时间将电感元件连接于高阻抗中。在各个实施例中，切换电源系统被配置用于一旦在电感元件中流动的平均电流降至第一阈值以下则从CCM切换至DCM。这一平均电流可以相对于多个切换周期的过程进行确定。切换电源系统还被配置为，在DCM期间，预估在电感器中流动的电流变为零的时间。在一些实施例中，在不对电感器电流进行直接测量的情况下执行这一预估。在本文中所描述的各个实施例提供了根据本专利技术的各个实施例的结构和操作的细节。图1a图示实施例切换电源系统100的框图，具有控制器110、电流比较器120、切换变换器电路130和负载140。根据一个实施例，切换变换器电路130向负载140提供正电压线118和负电压线116。切换变换器电路130接收幅度为Vin的输入电压112，并且被参考至节点115。在各个实施例中，节点115可以是接地节点或者可以是除接地之外的参考电压。根据一个实施例，切换变换器电路130从控制器110接收切换控制信号124，并且向控制器110提供反馈信号128以及向电流比较器120提供测量信号126。在各个实施例中，测量信号126是由测量模块132提供的电压和/或电流测量，并且对应于被供应至负载140的电流。测量信号126被连接至电流比较器120，电流比较器120将测量信号126与阈值进行比较并且向控制器110提供比较信号122。在一些实施例中，比较信号122传达在被供应至负载140的电流与阈值之间的比较结果。在各个实施例中，电流比较器120可以执行在被供应至负载140的电流与阈值之间的电流比较。在一些实施例中，控制器110可以是比例积分微分(PID)控制器。备选地，控制器110可以被实施为能够直接接收电流测量信号126的电流控制器110。在这样的实施例中，可以省略电流比较器120并且在电流控制器110中执行电流比较。在另一实施例中，电流控制器110可以是峰值电流控制器110，其测量经由电流测量信号126被供应至负载140的峰值电流。在其它实施例中，电流控制器110可以是平均电流控制器110，其测量经由电流测量信号126被供应至负载140的平均电流。控制器110从电流比较器120接收比较信号122并且从切换变换器电路130接收反馈信号128。根据各个实施例，反馈信号128包括关于跨负载140的电压、进入或流出负载140的电流、或负载140的电压和通过负载140的电流二者的信息。尽管被描绘为单个线路，但是应当注意在图1a中所描绘的连接图示了连接并且可以包括单个连接或多个连接(诸如总线)。在一个实施例中，控制器110使用比较信号122和反馈信号128来确定切换控制信号124，切换控制信号124被提供至切换变换器电路130。根据具体实施例，负载140是电池，并且电源系统100是电池充电系统。根据具体实施例，负载140被充电至低于线路114上的输入电压112的电压。在备选实施例中，负载140可以被充电至约输入电压112(即约Vin的电压)，或者负载140可以被充电至不等于Vin的电压。将负载140充电至最终电压由切换变换器电路130来完成。在实施例中，切换变换器电路包含电感器106和连接至电感器106的开关102和104。开关102和104被断开和闭合，以便向电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的控制器，包括：平均电流比较器，被配置用于确定所述开关电源内的平均电流是否低于电流阈值；以及开关信号生成电路，被耦合到所述平均电流比较器，所述开关信号生成电路包括开关信号输出，所述开关信号输出被配置为耦合到所述开关电源的切换电路，其中所述开关信号生成电路被配置用于：在所述平均电流比较器确定所述平均电流低于所述电流阈值时，在第一操作模式中在所述开关信号输出处产生第一切换模式，以及在所述平均电流比较器确定所述平均电流不低于所述电流阈值时，在第二操作模式中在所述开关信号输出处产生第二切换模式。

【技术特征摘要】
2013.10.07 US 14/047,6361.一种用于开关电源的控制器，所述控制器包括：平均电流比较器，所述平均电流比较器被配置用于确定所述开关电源内的平均电流是否低于电流阈值；以及脉宽调制器，被配置为耦合到所述开关电源的切换电路，其中，在第一模式中，所述脉宽调制器被配置用于向所述切换电路周期性地断言第一切换命令、第二切换命令和第三切换命令；以及基于所述开关电源的输入电压和输出电压确定所述第二切换命令的时间长度；其中所述脉宽调制器还被配置用于在所述平均电流比较器指示所述平均电流不低于所述电流阈值时操作于第二模式，其中，在所述第二模式中，所述脉宽调制器被配置用于向所述切换电路周期性地断言所述第一切换命令和所述第二切换命令。2.根据权利要求1所述的控制器，其中：所述第一切换命令被配置用于使得所述切换电路对被耦合到所述开关电源的输出端口的电感器进行充电；所述第二切换命令被配置用于使得所述切换电路对被耦合到所述开关电源的所述输出端口的所述电感器进行放电；以及所述第三切换命令被配置用于使得所述切换电路取得高阻抗状态。3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述脉宽调制器包括：计数器；以及第一比较器，被耦合到所述计数器的输出，其中所述脉宽调制器还被配置用于在所述第一比较器确定在所述计数器的输出处的值越过第一阈值时从断言所述第二切换命令向所述第三切换命令转变，并且所述第一阈值依赖于所述开关电源的所述输入电压和所述输出电压。4.根据权利要求3所述的控制器，其中：所述计数器包括数字计数器；以及所述第一比较器包括数字比较器。5.根据权利要求3所述的控制器，还包括第二比较器，所述第二比较器被耦合到所述计数器的输出，其中所述脉宽调制器还被配置用于在所述第二比较器确定在所述计数器的所述输出处的值越过第二阈值时从断言所述第一切换命令向所述第二切换命令转变。6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述第二阈值根据所述开关电源的输出电压和输出电流中的至少一项来确定。7.根据权利要求1所述的控制器，其中所示脉宽调制器被配置用于：通过激活第一开关输出信号以及去激活第二开关输出信号来断言所述第一切换命令；通过去激活第一开关输出信号以及激活第二开关输出信号来断言所述第二切换命令；以及通过去激活所述第一开关输出信号以及去激活所述第二开关输出信号来断言所述第三切换命令。8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述控制器还被配置用于激活三态使能信号，并且其中断言所述第三切换命令包括激活所述三态使能信号。9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述电流阈值是可调阈值。10.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·比兹加克，G·玛德巴彻，R·里德雷，S·佩里萨基斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT