开关稳压器、控制开关稳压器的方法和电子设备技术

本申请涉及从电流环路不稳定中恢复的方法。一种控制开关稳压器的方法包括检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件。确定占空比从而确定电感器电流的补偿电压被控制以减小电感器电流并消除电流限制事件的发生。该方法检测没有检测到电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值。响应于该时间超过时间步长阈值，控制补偿电压以增加占空比并由此增加电感器电流。时间步长阈值可以是稳压器的整数个开关循环。

【技术实现步骤摘要】
从电流环路不稳定中恢复的方法
本专利技术总的来说涉及开关稳压器，更具体地，涉及用于开关稳压器的最大电流阈值控制的方法、电路和系统，其保持稳定性并减少开关稳压器的正常开关操作中的中断的发生。
技术介绍
稳压器从不易调节或波动的电压源向负载提供调整后的输出电压。开关稳压器不从电压源向负载提供连续电流，而是从电压源向负载提供电流脉冲。稳压器包括耦合至负载的开关电路，该开关电路通常包括至少一个功率晶体管，并且该开关电路被控制为交替地在电感元件中存储电能量以及从电感元件中释放电能量。存储在电感元件中以及从电感元件中释放的电能量被用于生成提供给负载的调整后的输出电压。开关电路具有开关循环SC，该开关循环SC包括开关电路接通的部分以及开关电路断开的部分。当开关电路接通时，来自电压源的能量被存储在电感元件中，以及当开关电路断开时，从电感元件释放能量。稳压器的占空比D被定义为开关电路接通的开关循环的一部分，并且通过开关电路接通的时间除以开关循环的周期来给出。开关稳压器控制占空比D，从而调整负载或提供给负载的输出电压。开关稳压器通常包括用于控制稳压器的操作的两个控制环路。电压控制环路响应于输出电压的值生成控制电压，而内电流控制环路基于控制电压调整流过电感元件的峰值电流。术语电感元件和电感器在本说明书中互换使用以表示任何适当类型的电感电路，诸如单个电感器、多个电感器、变压器等。通过电流控制环路实施的这种电流模式控制通常检测通过电感器的峰值电流并且在电流达到该峰值电流时断开开关电路。当峰值电流模式用于控制开关稳压器的操作时，如本领域技术人员所理解的，当稳压器的占空比D超过50％(即，.5)时，由于次谐波振荡，在稳压器的操作中固有地存在不稳定性。由于这种固有的不稳定性，当占空比D超过50％时，用于峰值电流模式控制的电流阈值具有作为通过电感器的电流和补偿信号的函数的值。该补偿信号具有与每个开关循环通过电感器的电流的变化率相关的变化率或斜率，因此相应地称为斜率补偿。除了刚刚描述的峰值电流模式控制之外，开关稳压器的电流控制环路还包括电流限制控制，如果通过电感器的电流超过最大电流阈值则控制开关。这用于在通过电感器的电流超过该最大电流阈值时保护电感器和稳压器免受损伤。例如，大电感器电流将导致由开关稳压器驱动的过负载条件，诸如在负载两端发生短路。这种最大电流阈值的传统方法是对于多个开关循环，在每个开关循环中检测电感器电流是否超过最大电流阈值，如果是，则执行稳压器的重启。重启包括稳压器的开关操作被终止、随后跟随稳压器的“软启动”的时间周期。该软启动是稳压器的操作模式，其在重启期间控制流入稳压器的电流以防止相对较大的电流在重启期间流动。例如，在开关稳压器的重启期间，相对较大的电流可以需要来自不具有这种软启动操作模式的稳压器的输入电压源。软启动模式通过在软启动模式期间随时间逐渐增加通过电感器的允许电流限制来防止发生上述情况。虽然这些传统方法利用包括操作的软启动模式的重启来执行最大电流阈值控制，但仍然存在不期望的结果。由于软启动而导致的一种不期望的结果是，这种操作的软启动模式占用相对较长的时间，因为被允许流过电感器的电流逐渐上升到其额定最大允许值。在该时间段的大部分期间，来自开关稳压器的输出电压没有如期望般被调整，因此会不期望地发生波动，这将不利地影响被稳压器驱动的负载中的电子电路的操作。这种重启的其他不期望的结果是，过负载条件期间的稳压器的特定部件中相对较高的功耗，这迫使特定的部件的尺寸超大或者相应地增加相关散热器的尺寸。还可以使用已知为折返电流限制的技术(在过负载条件期间，随着输出电压的下降减小最大电流限制阈值)，但是本领域技术人员应该理解，这会导致稳压器的不可预期的操作。因此，需要一种在开关稳压器中执行最大电流阈值控制的改进技术。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例是一种控制开关稳压器的方法，包括：检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件。控制确定占空比并由此确定电感器电流的补偿电压，以减小电感器电流并消除电流限制事件的发生。该方法检测没有检测到电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值。响应于该时间超过时间步长阈值，控制补偿电压以增加占空比并由此增加电感器电流。在一个实施例中，时间步长阈值是稳压器的整数个开关循环。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的包括最大电流(IMAX)控制电路的开关稳压器的功能框图和示意图，其中最大电流控制电路控制补偿电压以减少过电流事件的发生。图2A是示出当发生引起IMAX事件的负载瞬变时图1的开关稳压器中的电感器电流中的次谐波振荡的示图。图2B是示出当最大电流控制逻辑控制补偿电压且发生负载瞬变时图1的开关稳压器中的电感器电流中的次谐波振荡的消除的示图。图3是示出在发生负载瞬变时的操作期间图1的开关稳压器和IMAX控制电路中的各种信号的信号定时图。图4是示出在开关稳压器的操作期间由图1的IMAX控制逻辑生成的各种信号的更加详细的信号定时图。图5是根据本专利技术实施例的包括含图1的开关稳压器的开关模式电源的电子设备的功能框图。具体实施方式图1是包括最大电流(IMAX)控制电路102的开关稳压器100的一个实施例的功能框图和示意图，其中IMAX控制电路102控制补偿电压VCN，从而在发生负载瞬变时减少过电流事件或电流限制事件以及开关稳压器的开关循环中断的发生。在操作中，IMAX控制电路102检测电流限制事件的发生，并控制补偿电压VCN的值以消除这种事件的发生而不中断开关电压转换器100的开关循环。当在特定数量的开关循环或者可编程时间量内没有检测到电流限制事件时，IMAX控制电路102控制补偿电压VCN以返回该电压并因此将开关稳压器100的操作电流返回为该操作电流的额定值。以下将更加详细地描述IMAX控制电路102的操作。以这种方式，IMAX控制电路102消除了当发生转换器的不稳定时中断转换器100的开关循环的需要。这消除了响应于这种不稳定的发生而断开和重启转换器的需要，从而避免了如前所述由于这种重启而固有的负面影响。在以下描述中，结合所述实施例给出特定细节以提供对本公开的充分理解。然而，本领域技术人员应该理解，在不具有这些特定细节的情况下也可以实践其他实施例。此外，本领域技术人员将意识到，以下描述的示例性实施例不限制本公开的范围，还应该理解所述公开实施例的各种修改、等效和组合以及这些实施例的部件都落入本公开的范围内。包括比任何所述实施例的所有部件少的实施例也落入本公开的范围内，尽管下面没有详细描述。最后，以下没有详细示出或描述已知部件和/或处理的操作以避免不必要地模糊本公开。在图1的示例性实施例中，开关稳压器100包括具有升压拓扑的开关电路104。开关电路104可以根据开关稳压器100的应用具有任何适当的拓扑，由此可以具有降压、降压-升压或其他适当的拓扑。开关电路104接收直流(DC)输入电压源Vin，其可以对应于源于交流(AC)主电源(未示出)的整流DC电压。第一开关S1和第二开关S2串联连接在输出节点OUT和地之间，并且被交替激活以在电感器L中存储来自输入电压源Vin的电能以及从电感器L中去除电能。开关S1和S2是典型的功率晶体管，并且可以是任何适当类型的功率晶体管，其中针对图1的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制开关稳压器的方法，包括：检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件；控制确定占空比并由此确定电感器电流的补偿电压，以降低所述电感器电流并消除所述电流限制事件的发生；检测没有检测到所述电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值；以及响应于所述时间超过所述时间步长阈值，控制所述补偿电压以增加所述占空比并由此增加所述电感器电流。

【技术特征摘要】
2015.12.31 US 14/986,4061.一种控制开关稳压器的方法，包括：检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件；控制确定占空比并由此确定电感器电流的补偿电压，以降低所述电感器电流并消除所述电流限制事件的发生；检测没有检测到所述电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值；以及响应于所述时间超过所述时间步长阈值，控制所述补偿电压以增加所述占空比并由此增加所述电感器电流。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间步长阈值是恒定的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间步长阈值是可编程的。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述时间步长阈值是所述稳压器的整数个开关循环。5.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述时间超过所述时间步长阈值控制所述补偿电压以增加所述占空比并由此增加所述电感器电流还包括：响应于随后发生所述时间超过所述时间步长阈值来递增所述补偿电压的值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，响应于随后发生所述时间超过所述时间步长阈值来递增所述补偿电压的值包括：检测连续发生两次所述时间超过所述时间步长阈值的发生；以及在检测到连续发生两次所述时间超过所述时间步长阈值的发生之后，响应于每一次后续发生所述时间超过所述时间步长阈值来递增所述补偿电压的值。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于检测到每个电流限制事件，递增最大电感器电流计数；响应于所述最大电感器电流计数达到阈值来递减所述补偿电压的值；以及响应于所述最大电感器电流计数达到所述阈值来重置所述最大电感器电流计数。8.一种开关稳压器，被配置为生成输出电压，所述开关稳压器包括最大电流控制电路，所述最大电流控制电路被配置为检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件并且控制确定占空比并确定由所述稳压器提供的电感器电流的补偿电压以消除所述电流限制事件的发生，所述最大电流控制电路还被配置为检测没有检测到所述电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值并且控制所述补偿电压以响应于所述时间超过所述时间步长阈值来增加所述占空比并由此增加所述电感器电流。9.根据权利要求8所述的开关稳压器，其中，所述最大电流控制电路包括：钳位器电路，耦合至提供所述补偿电压的补偿节点，所述钳位器电路被配置为响应于模拟补偿控制节点电压控制所述补偿电压的值；数模转换器，耦合至所述钳位器电路并被配置为响应于补偿计数生成所述模拟补偿控制电压；以及最大电流控制逻辑，耦合至所述数模转换器并被配置为响应于检测到所述电流限制事件而控制所述补偿计数的值。10.根据权利要求9所述的开关稳压器，还包括误差放大器，所述误差放大器具有被配置为接收源自所述输出电压的反馈电压的第一输入以及被配置为接收参考电压的第二输入，所述误差放大器具有耦合至所述补偿节点的输出并且被配置为在所述稳压器的操作期间没有检测到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·维洛特，E·帕帕，S·佩皮诺，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT