控制电路及用于控制开关式电源的方法技术

在用于向开关式电源供电而进入加电输出总线的控制电路里，将控制电路构造成在开关式电源启动之前，控制器基准是跟随主动的总线电压的从动。在转换器启动时，主／从关系改变使得在开关式电源启动之后，开关式电源的输出电压从动跟随控制器基准。因此输出电平的状态先于转换器的启动而由电压回路记忆，以致使转换器的平稳启动电压回路和预偏置输出之间的冲突最小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制电路和一种用于控制开关式电源(switching powersupply)的方法，该控制电路包括用于控制开关式电源切换的控制器。本专利技术还涉及一种开关式电源和一种具有这种控制电路的至少两个开关式电源的设备(arrangement)。
技术介绍
一种降低能量消耗的方法是使用较低的供给电压，该方法目前经常用于新一代的微处理器。非独立的电压调节模块(Non-isolated voltage regulationmodules，VRM)或独立的直流-直流转换器目前必须传送非常多的电流并必须维持非常高的电流瞬态。电信标准程序块(bricks)也面临相同的挑战。使更多的直流-直流转换器并行分担电流以获得高电流容量和更好的电流分布是向电力总线提供低电压高电流电力的优选方法。这已经成为许多应用的常用解决方案。除了电流共用和电流瞬态控制外，一个并行直流-直流转换器必须考虑到主电力总线上每一个转换器平稳启动的启动顺序和影响。在系统级上可以或多或少地控制转换器的启动顺序；但平稳启动性能属于每个转换器的内部因素，必须在该级进行控制。在非零输出态下供电已经成为关于电力总线系统中的并行转换器的重要问题。常规的开关式电源必须具有平稳单调的启动并且它们使用同步校正以实现高效。当在电力总线系统中使更多的同步整流转换器并行时，在系统级可以解决电流共用和启动顺序控制的问题，但转换器的内部平稳启动与提供动力的总线冲突，这一问题必须在每个转换器级进行解决。当转换器的内部调节点与它的输出电平不一致时，同步整流转换器双向处理电力的能力成为一个缺点。通常，转换器的输出电压跟随基准电压。当总线上的输出电平已经高于根据转换器基准所设置的一个数值时，能量从转换器的输出到输入开始反向流动。在瞬时情况下，如在转换器平稳启动时，没有什么可以限制电力的反向电涌；电力总线受到它的干扰，转换器本身也可能受到损害甚至毁坏。通过控制同步整流器开始工作的方式或同步整流器启动的时刻来执行已有技术的方法。实际的解决方案常常很复杂并且效果是有限的。一些电力总线系统具有独立的开关以便仅仅在平稳启动结束之后连接各个转换器；成本和系统效率也受到影响，尤其对于低电压和高电流的电力总线。典型的平稳启动为了消除开启时的瞬时特性，常规转换器需要内部平稳启动控制。图1说明了没有平稳启动控制的启动。此处，3.3V单元仅由其电流限制特性进行保护。线路1表示输出电压(2V/div)，线路2表示输出电流(20A/div)。需要去除明显的过调(over-shoots)和振动。必须获得单调递增形状的输出电压。如图2所示，由RC电路给出的对数形是用于转换器内部平稳启动基准的最常用方案之一。为了获得平稳启动，多数的设计确保控制电压回路的基准20平稳上升，使输出21跟随它。通过电阻为电容充电提供了很好的形状且控制回路将跟随该形状。可以看到，利用该逻辑，电压回路基准20是主动的而输出21是从动的，如图2所示。电压控制回路使输出21跟随基准20，并得到输出21的平稳启动形状。如图2所示，对于现在多数的转换器来说，平稳启动控制假定启动T0的输出电压接近于零。当预偏置(pre-bias)25如图5所示提供给输出且必须考虑电力总线上的初始输出电压时不能满足这个条件。当直流-直流转换器连接到加电总线上时提供预偏置25。在转换器内部，基准20/输出21的关系具有主/从特性，转换器不管怎样都将使输出21逼近基准20的电平。输出21的预偏置25的状态与转换器的瞬时调节点冲突，导致能量的回流和初始输出电压的下降26。初始差值导致输出电容放电和当基准20上升时再次为其充电。这显然浪费能源。当预偏置的输出由电力总线维持时，输出电压不能降低，该冲突甚至加剧。如上所述，所有的同步整流转换器都具有在两个方向处理电力的能力，这是普通整流转换器的优点或缺点。同步整流转换器具有更高的总体效率，它们易于在轻负载或没有负载情况下工作。当然同步整流器更复杂且更昂贵，但当前对低电压和高电流的电源需求的增长已经使它们成为计算机、数据和通信领域里的最佳方案。当同步整流转换器的输出比其电压回路试图调节的电压高时，结果是反向的电力流动-从输出到输入。该电力流动是不利的，尤其是当从加电总线获得该能量时，实际上是来自于维持该总线的其它转换器。总体效率将极大地降低，并可能危害整个系统的稳定性。通常，电流共用电路管理电力总线的稳态运行，使所有的转换器都与总线电压相匹配。但仍然会发生一些错误。各个转换器的启动特性通常不受电流共用的控制。因为单个的平稳启动并不考虑输出电压-总线电压的实际电平-重要的差值出现在电压回路目标-从零开始-和输出电压之间。在这种情况下会出现非常大的瞬时反向电流，除了不利于释放(loose)有用的能量且给电力总线过度加压以外，这还对转换器自身有害。转换器的电流限制保护通常是单方向的，不能控制电流反方向流动。为了防止该冲突一些电力总线具有用于各个转换器输出的有效(active)开关，但该方案费用昂贵并降低了系统的总体效率。实用的方案是使转换器的同步整流器在启动序列开始时停止，这样电力的流动在内部就被迫成为单向。虽然如此，当同步整流器启动时，由于在电压回路控制里将产生扰动，就产生了一个新问题。这直接影响了转换器的常规平稳启动形状。同步整流器启动的时刻也很关键。对于电压模式控制转换器(VMC)来说，在体二极管压降和通过功率MOSFET的低压降之间的变化将在回路状态及其增益下产生变化。输出扰动的比例取决于同步整流器体二极管降低到输出电压回路的速度和百分比关系。扰动的方向取决于负载的情况；在同步整流器启动之前，输出电感的非连续电流将产生输出电压降，反方向推动能量，而在先启动的输出电感的连续电流将使输出电压升压。前馈(feed-forward)补偿可以有助于最小化该扰动，消除“工作时间(on time)”的影响，但开关周期的“不工作时间(off time)”仍将受到同步启动的影响。电流模式控制(CCM)可以有助于最小化输出扰动，但这类控制并不总是容易实施，并且费用上可能是不可接受的。会出现其它的一些缺点，如对于输出电流瞬态的慢响应。解决回流问题的第二方案是同步整流器的“平稳启动”。该方法控制施加到MOSFET栅极上的电压，试图调整沟道的导电率。在停止和完全启动之间的切换对于电压回路必须足够平稳以保持对输出的控制。使用该方案可以获得一些改进，但却是有限的。首先，现在在启动阈值附近的功率MOSFET的增益对于沟道导电率的较佳线性调节来说太大。其次，初始的沟道电阻对于对它的调节来说太小，以致有重要的影响。下面分析在目前市场上可以得到并以“平稳启动”控制为特征的1.8V/30A的电信八程序块(Telecom eight brick)的性能。当单元以它自己额定输出的80％的预偏置启动时，将回流电流的电平选为第一分析标准。30,000μF的电容用于将预置电压施加到转换器上。图3说明了该结果。线路1表示转换器的输出电压(1V/div)，线路2表示它的输出电流(20A/div)。对于大于500μs来说，转换器推动反向电流，初始峰值达到负电平-23A。同步整流器的“平稳性”限制负电流。图4示出了以100％预偏置的输出电压启动的同一单元，其表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于向连接到加电（ｐｏｗｅｒｅｄ）输出总线的开关式电源加电（ｐｏｗｅｒｉｎｇｕｐ）的控制电路，该控制电路包括用于控制开关式电源的切换的控制器，其特征在于控制电路构造成在开关式电源启动之前控制器由所述的加电输出总线的电压进行调节，而在开关式电源启动之后，开关式电源的输出电压由控制器调节。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BT布赫鲁，
申请(专利权)人：DET国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：KY[开曼群岛]