开关模式电源的先进时钟同步电路制造技术

在一开关模式电源中的一种电路和方法，用于当已检测到稳定的外部时钟时在内部时钟和外部同步时钟之间切换，并当预定数目的顺序外部时钟脉冲超出预定切换周期漏失阈值或以其他方式遗漏时切换回去以使用内部时钟来运作电源。在一个实施例中，电源系统包括并联连接于公共负载的多个电源，且当每个电源各自已检测到稳定的外部时钟时，每个电源同步于外部时钟。

【技术实现步骤摘要】
开关模式电源的先进时钟同步电路关联申请的交叉引用本申请要求2011年5月I日提交的美国临时申请S/N 61/481，229的权益，该文献全篇地援引包含于此。附图说明本专利技术的特征、优势和益处将从结合附图的下面描述中变得更为清楚，附图为示例目的给出并且不打算使本专利技术局限于此，在附图中图I是根据本专利技术的包含同步电路的一个实施例的开关模式电源的实施例的方框图，而图IA是包含如图I所示的多个电源的系统的实施例的方框图。图2是示出根据本专利技术的用于在内部时钟和外部同步时钟之间来回切换的控制系统的一个实施例的状态图；图3是根据本专利技术的同步电路的一个实施例的方框图；图4是示出当外部时钟漏失(drop out)时通过图3的同步电路产生替代时钟脉冲的时序图；图5是示出当替代时钟脉冲驱动转换器时输出电压如何改变的时序图；图6是稳定外部时钟检测电路的方框图；图7是示出在由同步电路检测到一连串稳定外部时钟之后从内部振荡器切换至外部时钟的时序图；图8A是用于检测何时已检测到预定的一连串稳定外部时钟脉冲的替代性电路，而图8B是示出由一连串外部时钟所产生的示例性计数器输出的图表；图9是示例性时钟选择器电路的示意图；以及图10是替代性时钟选择器电路的示意图。具体实施例方式包含多个开关模式电源(SMPS)的系统有时需要与一公共外部时钟进行同步，以改善EMI和系统的功率转换效率。这种同步可经由若干方式来实现。根据本专利技术各实施例的时钟同步电路允许给定的电源在已检测到稳定外部时钟时从电源的内部时钟切换至公共外部时钟。一旦外部时钟正在控制电源，则同步电路主动地监测外部时钟的切换周期并参考相对于外部时钟本身的任何漏失状态。也就是说，同步电路将每个外部时钟脉冲的切换周期与相邻的先前外部时钟脉冲(如果有的话)的切换周期进行比较。因此，在一个实施例中，即使外部时钟切换周期中只经历10%的滑移，该时钟脉冲也被认为是“遗漏的”并被“看门狗”电路所产生的替代时钟脉冲快速地取代。在连续地产生一预定数量的替代脉冲之后，计数器使电源操作切换回到内部振荡器时钟以使电源工作。由于替代时钟脉冲和内部时钟脉冲两者的迁变边沿一般非常接近于外部时钟迁变边沿已出现的位置，因此由电源产生的输出电压经历非常小的干扰。当从内部时钟迁变至外部时钟时，根据本专利技术一个实施例的同步电路在做出至外部时钟的切换前进行等待，直到内部时钟脉冲和外部时钟脉冲两者彼此非常接近为止。这也确保了输出电压中的最小干扰。图I是根据本专利技术的包括同步电路200的一个实施例的开关模式电源60的实施例的方框图。如图I所示，示例性电源60包括脉宽调制(PWM)控制电路66，其输入时钟是由同步电路200输出的PWM时钟。PWM控制电路66控制电压转换器61的操作，在一个实施例中该电压转换器61将输入电压Vin转换成经调节输出电压Vo，用于耦合至负载80。负载80可以是使用功率的任何设备，例如膝上计算机、服务器、集成电路(IC)芯片集、模拟电路、电信系统等，如本领域内技术人员熟知的那样。电压转换器61的拓扑结构可以是降压调节器、升压调节器、降压-升压调节器或任何其它功率转换器拓扑结构，这也是本领域内技术人员所熟知的。图I所示的示例性转换器61是反激功率转换器。在图I所示的示例性转换器61中，依靠变压器62将Vin转换至Vo，该变压器62的主绕组电流因变于MOSFET开关64的状态，MOSFET开关64的状态由PWM控制电路66所控制。当MOSFET开关64闭合时，能量被存储在变压器62的主绕组中。当MOSFET开关64 断开时，该能量被传递至次级绕组并由此通过整流二极管70至输出电容器72。由PWM控制电路66所产生的脉冲宽度(即，其占空比)受PWM 66的调节以调整输出电压Vo，输出电压Vo经由隔离电路被反馈给PWM控制电路66。电源60中对PWM控制电路66的时钟频率进行控制的时钟是由同步电路200产生的。如图I所见，同步电路200包括时钟选择器开关220，时钟选择器开关220的输出时钟被馈送至PWM控制电路66。由时钟选择器开关220输出的时钟脉冲在用于电源60运作的外部时钟、内部时钟和替代时钟之间切换。在除了由第二电路244产生替代时钟脉冲以外的其它所有时间中，当由第一计数器280产生内部时钟选择信号时，时钟选择器开关220允许内部时钟运作电源60，且当由第一电路240产生外部时钟选择信号时，时钟选择器开关220允许外部时钟运作电源60。当产生替代时钟脉冲时，时钟选择器开关220使该时钟脉冲运作电源60。第一电路240检测何时存在稳定外部时钟并使外部时钟选择信号响应于该检测而产生。第二时钟244检测何时外部时钟的脉冲周期超出先前外部时钟脉冲的周期达一预定漏失阈值。作为响应，第二电路244产生耦合至时钟选择器开关220的替代时钟脉冲。第一计数器280对由第二电路244顺序地产生的替代时钟脉冲的数量进行计数，并当已达到预定计数时使内部时钟选择信号产生。每当外部时钟脉冲的周期不导致第二电路244产生替代时钟脉冲时，第一计数器280被外部时钟脉冲所重置。尽管图I所示的本专利技术的实施例仅示出一个电源60，然而本专利技术的系统可包括多个电源60模块,其中每个电源60模块同步于一公共外部时钟。图IA是多个电源60模块I-N(在这里也称“电源模块”)的系统10的实施例的方框图，其中电源60模块并联连接以向公共输出电压总线供电，以向负载80提供电压Vo。如图IA所示，电源模块1、2……N各自耦合至单个功率输出端口，以向负载80提供功率。在一个实施例中，在输入电压Vin所耦合至的单个功率输入端口处将功率提供给电源模块1-N。本领域内技术人员将认识到，根据本专利技术不需要在单个功率输入端口将功率提供给电源模块1-N。相反，每个电源模块可从单独的电源(例如，单独的AC-DC转换器(未示出))接收功率。系统10中的每个电源模块具有外部时钟端子20，并且，如图IA所示，电源模块I-N的端子20全部经由总线30彼此耦合。如前面结合图I描述的那样，当外部时钟被馈给至系统10中的每个电源模块时，每个电源模块在其相应的同步电路200的控制下操作，以使该电源模块工作为其PWM时钟同步于其它电源模块。图2是示出根据本专利技术的同步电路200的一个实施例的操作的状态图，所述同步电路200用于以受控的方式在内部时钟和外部同步时钟(图2中标记为“同步(SYNC)”)之间来回切换。如图2所示，当时钟同步电路200被第一次启用时，例如当功率第一次施加至包含电路200的开关模式电源60时，状态图100处于第一状态102，其中电源取自电路200的内部时钟振荡器210。在状态104，第一电路240(即，稳定时钟选择电路)测量当前外部同步(SYNC)时钟脉冲的切换周期。在一个实施例中，如果当前外部时钟脉冲的切换周期基本等于先前外部时钟脉冲的切换周期，则第一计数器在状态106递增。如果当前外部时钟脉冲的切换周期基本不等于先前外部时钟脉冲的切换周期，则计数器重置，如状态108所示。一旦状态104、106确定了已顺序地检测到具有基本相等切换周期的预定多个外部时钟脉冲，则状态图100指示电路200移动至状态110。可使用第一计数器中的示例性计数8来使状态图100迁变至状态112。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在内部时钟和外部时钟之间切换时钟的方法，所述时钟控制开关模式电源，所述方法包括：(a)确定何时已顺序地检测到具有基本相等切换周期的预定多个外部时钟脉冲并响应于此产生外部时钟选择信号；(b)当所述外部时钟选择信号产生时，使所述电源的操作切换至所述外部钟；(c)当所述外部时钟控制所述电源的操作时，监测所述外部时钟以确定所述外部时钟的切换周期是否超出预定漏失阈值；(d)每当所述外部时钟切换周期超出所述漏失阈值时，产生替代时钟脉冲以运作所述电源；(e)对顺序产生的替代时钟脉冲的数量进行计数，并当所述计数达到预定数量时产生重置信号；(f)响应于所述重置信号，使所述电源的操作切换回所述内部时钟；以及(g)重复(a)？(f)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·劳尔，Z·J·拉塔，J·杨，
申请(专利权)人：英特赛尔美国有限公司，
类型：发明
国别省市：