开关模式电源的控制器制造技术

公开了一种开关模式电源(SMPS)控制器。该控制器包括：监测电路，适用于监测输入(1)处电压的变化率，并且适用于监测输入(1)处电压从峰值下降的电压降。该控制器适用于当监测的变化率下降为小于第一预定阈值、以及监测的电压降超过第二预定阈值时产生用于接通开关的信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关模式电源(SMPS)控制器和控制SMPS的方法。
技术介绍
SMPS控制器控制开关(典型地，M0SFET)的操作，所述开关使电流流过线圏。控制切换以确保流过与线圈耦合的负载的DC电流为所需的恒定值。为了使切换损耗最小化，对于SMPS控制器的习惯作法是确保当零电流流过线圈时驱动开关(因此，当开关接通时零电流将流过开关)，或者在开关和线圈之间的连接点处存在最小电压时驱动开关。这称作谷值切換。通过监测流过与开关和线圈之间的连接点相连的电容器的电流来检测谷值。这基 于如下原理通过电容器的电流与电压的变化率有夫。因此，当电流为零时，可以推断出电压的变化率也为零，并且电压在峰值或谷值。峰值和谷值之间的区分是利用与线圈电磁耦合的辅助绕组来实现的在通过电容器的电流为零的时该辅助绕组上的电压极性对于峰值和谷值是不同的。辅助绕组也向SMPS控制器供电。然而在许多应用中，辅助绕组的附加成本是昂贵的，并且必须对于SMPS控制器使用替代类型的电源。一种这样类型的电源从线圈抽取功率，并且包括与线圈和开关之间的连接点I禹合、并且经由第一ニ极管与存储电容器(reservoir capacitor) I禹合的电容器。第ニニ极管耦合在电容器和第一ニ极管之间的连接点以将这一点处的电压钳制为地电势。利用这种类型的电源，在开关关断的时间段期间，当线圈最初开始激振(ring)时，电容器并不导通(conducting)。然而，当开关上的电压已经下降一定量时，电容器开始导通。当电容器开始导通时，这具有使激振频率(ringing frequency)变慢的效果,这可能引起谷值检测电路的错误触发，因为开关处的电压变化率已经突然减小。因此，谷值检测电路可能在达到真实的谷值之前驱动开关。国际专利申请公开W02003/026117公开了ー种用于将输入电压转换为输出电压的转换器，其中通过评估信号监测输入的电平，并且通过另ー评估信号监测其差分电平。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提出了一种开关模式电源(SMPS)控制器，包括监测电路，适用于监测输入处电压的变化率，并且适用于监测输入处电压从峰值下降的电压降，其中所述控制器适用于当监测的变化率下降到小于第一预定阈值、以及监测的电压降超过第ニ预定阈值时产生用于接通开关的信号。因此，本专利技术提出了ー种SMPS控制器，其要求检测到谷值(监测的输入电压变化率小于第一预定阈值)，并且要求输入处的电压降已经超过第二预定阈值，然后驱动SMPS中的开关。这确保了防止上述错误谷值检测引起错误触发。典型地,输入在使用中耦合至SMPS中的开关和线圈之间的连接点。输入可以耦合至MOSFET开关的漏极。在优选实施例中，选择第二预定阈值的值，使得与输入相耦合并且形成电荷泵一部分的电容器导通，所述电荷泵在使用时用于向SMPS控制器供电。监测电路可以适用于通过如下操作来监测电压降在第一工作时间段期间将采样电容器充电至固定电压，在第二时间段期间从采样电容器抽取依赖于输入处电压变化率的电流来对米样电容器放电，从而使米样电容器上的电压随着输入处的电压下降。这样，在第ニ时间段期间的电压降直接表示了输入处的电压降低。典型地，在使得用于接通开关的信号有效(assert)时，第一时间段开始且第二时间段结束。通常，在使得用于接通开关的信号无效(negate)之后的保护持续时间后，第一时间段结束且第二时间段开始。优选地，监测电路包括第一比较器，其适用于将采样电容器上的电压与第一电压 进行比较。可以通过产生相对于固定电压的偏移来得出第一电压。监测电路还可以适用于当监测的电压降超过(小于等于第二预定阈值的)第三预定阈值时，并且在使用于接通开关的信号有效之后已经过去了预定的持续时间，则产生用于接通开关的信号。在这种情况下，优选地，监测电路包括第二比较器，其适用于将采样电容器上的电压与第二电压进行比较；以及定时器，当使用于接通开关的信号有效时将所述定时器复位，监测电路适用于当第二比较器指示采样电容器上的电压小于第二电压、并且定时器指示已经过去了预定的持续时间时产生用于接通开关的信号。在典型的实施例中，监测电路适用于通过将依赖于输入处电压变化率的第一电流与基准电流进行比较来监测输入处的电压变化率，当第一电流下降为小于基准电流时通过第二预定阈值。监测电路还可以适用于如果在预定的时间段内监测的变化率没有下降为小于第ー预定阈值、并且监测的电压降没有超过第三预定阈值，则阻止产生用于接通开关的信号。这提供了一种实现短路检测和防止引起损坏的简单方式。下面描述了通过这种方案实现的方式。根据本专利技术的第二方面，提出了ー种包括根据本专利技术第一方面的控制器的SMPS，控制器的输入与SMPS中的节点耦合，并且控制器的输出耦合用于操作开关。SMPS可以是若干技术的任ー种，包括降压(buck)、升压(boost)和回扫(flyback)。SMPS可以包括串联耦合在电源两端的开关和线圈，与输入相连的节点是线圈和开关之间的连接点。如果开关是M0SFET，所述节点将是MOSFET的漏极。根据本专利技术的第三方面，提出了一种控制SMPS的方法，该方法包括监测输入处电压的变化率；监测输入处电压从峰值下降的电压降；以及当监测的变化率下降为小于第ー预定阈值并且监测的电压降超过第二预定阈值时，产生用于接通开关的信号。典型地，输入在使用时与SMPS中的开关和线圈之间的连接点耦合。输入可以与MOSFET开关的漏极耦合。该方法还可以包括当监测的电压降超过第三预定阈值(小于或等于第二预定阈值)时，并且在使用于接通开关的信号有效之后已经过去了预定的持续时间，产生用于接通开关的信号。优选地，该方法还包括如果在预定的时间段内监测的变化率没有下降为小于第ー预定阈值、并且监测的电压降没有超过第三预定阈值，则阻止产生用于接通开关的信号。附图说明现在将參考附图详细描述本专利技术的示例，其中图I示出了根据本专利技术的用于开关模式电源的监测电路的电路图。具体实施方式 图I示出了连接至线圈和开关之间连接点的输入I (开关典型地是M0SFET，因此输入将连接至MOSFET的漏极)。输入I经由电容器2耦合至用于控制电容器5放电的电路3以及谷值检测电路4。图I中标记为“Gate stretch”的信号在SMPS控制器内根据用于控制外部MOSFET开关的栅极切换的输出信号(在图I中标记为“Gate”)来产生。“gate stretch”信号具有与“ gate”信号的上升沿一致的上升沿，并且具有在“ gate”信号的下降沿之后较短时刻(典型地是I微秒)下降的下降沿。使用这种“gate stretch”信号的原因在于线圈和开关(通常是M0SFET)之间连接点处的电压可以假设为在关断开关之后的约I微秒稳定下来。“gate stretch”信号稱合至MOSFET 6的栅极，当“ gate stretch”信号为高时使MOSFET 6导通。这使得电容器5通过MOSFET 6充电至电压源7的输出电压。当“ gatestretch ”信号(在通过使“ Gate”信号无效以使外部MOSFET开关关断之后的较短时刻)下降吋，该电压将保持在电容器5上。选择电压源7的输出电压足够高到将电容器5充电至足够高的电压，使得当电容器放电时电容器5上的电压仍然足够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关模式电源SMPS控制器，包括：监测电路，适用于监测输入(1)处电压的变化率，并且适用于监测输入(1)处电压从峰值下降的电压降，其中所述控制器适用于当监测的变化率下降为小于第一预定阈值、以及监测的电压降超过第二预定阈值时产生用于接通开关的信号，其特征在于，所述监测电路适用于通过如下操作来监测所述电压降：在第一工作时间段期间将采样电容器(5)充电至固定电压，以及在第二时间段期间通过根据输入(1)处的电压变化率从采样电容器(5)抽取电流来对采样电容器(5)放电，从而使采样电容器(5)上的电压随着输入(1)处的电压下降。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉默斯·朗厄塞格，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：