專利名稱：自適應(yīng)上升沿消隱電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)上升沿消隱電路以及方法，該電路和方法
適合于但并不局限于在開關(guān)型電源(SMPS)中使用。
背景技術(shù)：
開關(guān)型電源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征在于通過一電流感測信號來對開關(guān)晶 體管進行電流監(jiān)控。在SMPS中使用電流檢測信號以為所裝配的電源提 供適當(dāng)?shù)碾娏髂Ｊ娇刂撇⑶乙粋€周期接一個周期的使用該電流檢測信 號。當(dāng)開關(guān)晶體管導(dǎo)通時，在導(dǎo)通轉(zhuǎn)換過程中存在電流峰值，該電流 峰值是由于控制電路內(nèi)的固有電容或者寄生電容所造成的。如果未過 濾該電流峰值，那么該電流峰值將會使控制電路企圖斷開功率晶體 管，這是由于所檢測到的過量電流所造成的。事實上，因為電流峰值 僅僅是瞬變的，并且其是開關(guān)電路的固有特征，因此至關(guān)重要的是控 制電路實際上會忽略它。所忽略的這種瞬變開關(guān)峰值的時間段被稱為 上升沿消隱(或LEB)時間并且用于實現(xiàn)這種消隱的電路為本領(lǐng)域所熟 知。
在簡單類型的上升沿消隱電路中，使用諸如一次有效計時器這樣 的計時器以便忽略在開關(guān)晶體管初始導(dǎo)通點之后預(yù)定時間段期間的電 流峰值。
圖l給出了基本電流模式控制逆向變換器電路。該電路包括開關(guān) 晶體管S1 10，該晶體管具有其與轉(zhuǎn)換器20的初級繞組P的一端相連的 漏極端子、其與傳感電阻器Rs 30的第一端相連的源極端子、以及用 于從開關(guān)控制器100的第一控制輸出100A接收開關(guān)輸入的柵極連接。 傳感電阻器Rs 30具有第二端，該第二端通常與接地電壓相連并且與 開關(guān)控制器100的第一傳感輸入100B相連。此外，傳感電阻器Rs 30的 第一端與開關(guān)控制器100的第二傳感輸入100C相連。
變壓器20形成了開關(guān)晶體管S1 IO的電感負載。通過二極管Da和電 容Q來調(diào)節(jié)變壓器20的次級繞組S以提供輸出電壓V順。變壓器20初級
側(cè)上的電路元件具有輸入電壓VjN。
開關(guān)控制器100包括其用于對下述電流參考源I^p的斷路電平進行
設(shè)置的功率控制器iio，所述電流參考源的輸出形成了到電流比較器 130的第一輸入，比較器130的第二輸入與第二傳感輸入100C相連。比 較器130的輸出與邏輯門140的第一輸入相連。還提供了一種其可提供 一輸出"消隱"的LEB計時器150。 LEB計時器150的時間常數(shù)是由外部電 容(^的來確定的。還提供了一振蕩器160和一鎖存器170。鎖存器170 是設(shè)置一復(fù)位類型的鎖存器，該鎖存器具有用于接收振蕩器160輸出 的設(shè)置輸入、用于接收邏輯電路14Q輸出的復(fù)位輸入、以及用于通過 第一控制輸出100A而將開關(guān)信號提供給開關(guān)晶體管S1 IO柵極的輸出 "Q"。進一步將鎖存器170的輸出反饋到LEB計時器150的觸發(fā)輸入。如 所描述的，LEB計時器15O具有根據(jù)定時電容cTc所設(shè)置的時間常數(shù)所設(shè) 置的時間，并且在給定削隱時段內(nèi)將一消隱信號提供給邏輯電路l40 的第二輸入。
在這里邏輯電路140被示為這樣的AND功能門，其具有來自比較器 C 130的第一輸入以及其是LEB計時器150反相輸出的第二輸入。換句 話說，當(dāng)"消隱"是高時，輸入到AND門的第二輸入是低，并且當(dāng)"消隱，， 是低時，第二輸入是高。
現(xiàn)在考慮圖1的現(xiàn)有電路的操作。假定在圖1電路的操作開始點 斷開開關(guān)晶體管S1 10，并且由其將正信號提供給鎖存器170的振蕩器 160來導(dǎo)通該開關(guān)晶體管S1 10，以便將鎖存器170的Q輸出設(shè)置為高。
在鎖存器170的Q輸出變?yōu)楦叩臅r刻，發(fā)生了兩件事情。第一，通 過第一控制輸出100A將A正信號提供給開關(guān)晶體管S1 IO的柵極以開始 導(dǎo)通那些晶體管。第二，該相同信號用于觸發(fā)LEB計時器150以開始消 隱時期。
參考圖2，示出了鎖存器170的Q輸出成為高的時刻作為該時段tO。 圖2給出了四個波形，第一跡線表示傳感電阻器Rs30兩端的其依次表 示源電流的電壓UsENSE。圖2所示的第二跡線表示在開關(guān)晶體管S1 IO與 地電位之間所測量的漏電壓Vd，第三跡線表示LEB計時器150內(nèi)部所產(chǎn) 生的一電壓，并且第四跡線給出了LEB計時器150的輸出"消隱"。
在Q首次成為高時的時刻t。，開關(guān)晶體管S1 IO開始其導(dǎo)通周期。 在晶體管S1 IO導(dǎo)通的過程中，由于開關(guān)S1漏極電容C。而使源電流中存 在峰值(其依次使U咖sE為峰值)。電容C?？梢允菍嶋H的電容、節(jié)點的 寄生電容、或者這兩者的組合。從第一跡線中可以得知，該峰值是瞬
變的，其上升到高電平并且此后下降。該瞬變過程上升到足夠高的電
平以便其可正常的使開關(guān)控制器100對斷路(過量電流)進行檢測并 使其斷開。然而，可防止開關(guān)控制器100在此時斷開，因為在初始導(dǎo) 通時期to與隨后時期^之間LEB計時器150的輸出"消隱"設(shè)置為高狀態(tài) 并且將邏輯電路140設(shè)置為只要"消隱"是高，不將復(fù)位指令傳送到鎖 存器170。
參考圖2的第三和第四跡線，可以得知將LEB計時器15O設(shè)置成保 持"消隱"信號為高，直到LEB計時器150的內(nèi)電壓達到第三跡線所示的 其作為"計時器電平"的門限電壓。 一旦達到了該門限電壓，將LEB計 時器150的輸出"消隱"設(shè)置為成為低。LEB計時器150的內(nèi)電壓在時期、 達到"計時器電平"，所述時期、是由電容CTc所設(shè)置的LEB計時器150的 時間常數(shù)所確定的。
在該現(xiàn)有電路中相對保守的設(shè)置LEB計時器150的時間常數(shù)，因為 希望正常的至少在源電流的瞬間峰值持續(xù)時間存在消隱。為了確保可 以滿足該條件，并且因為各種不同電路元件之內(nèi)的容差，因此不可避 免的將消隱時期設(shè)置為比所需要的要長。例如，從圖2的第一和第二 跡線可以得知瞬間峰值實際上降低為小于"斷路電平"并且在時期ti很 早之前就消失了且漏電壓Vd也已到達地電位(其表示晶體管開關(guān)S1 10 的全導(dǎo)通狀態(tài))。
為了正常操作，LEB時間不影響電源的性能，因為導(dǎo)通時間(t。-t2)要比LEB時間長。只要電流斷路電平在時刻t2 (在LEB時間之后很 久)相交叉，就使晶體管開關(guān)S1 IO斷開。在這里斷開是在正常操作 下通過下述源電流而存在的，所述源電流已到達功率控制11 O根據(jù)晶 體管開關(guān)S1 IO所需的占空度所設(shè)置的"斷路電平"。當(dāng)已達到"斷路電 平"時，比較器C 130成為高，這此后可使邏輯電路140的輸出成為高 并且使鎖存器170復(fù)位以斷開S1 10。應(yīng)該明白的是LEB計時器150的主 要功能就是防止電流比較器C 130的高輸出在消隱時期期間斷開晶體 管開關(guān)S1 IO以便使"假"電流信息消隱。因為在LEB時間期間電流比 較器C 130不能斷開晶體管開關(guān)S1，因此這將開關(guān)的導(dǎo)通時間(t。至tj 設(shè)置為最小值。因為開關(guān)在某個時間導(dǎo)通，因此電源總是對一部分功 率進行轉(zhuǎn)換。如果電源的輸出不存在負荷，那么例如必需通過輸出上 的預(yù)加負荷來耗散所轉(zhuǎn)換的能量。為了使空載功率(備用電源)最小，
預(yù)加負荷顯而易見是所不希望的。
現(xiàn)在通過根據(jù)圖3所示的各種跡線來考慮圖l所示電路的低功率 操作。在圖3中，示出了與圖2中的跡線相同的四個變量。也就是說，
第一跡線給出了傳感電流UsENSE、第二跡線給出了漏電壓Vd、第三跡線
給出了LEB計時器150的內(nèi)電壓、并且第四跡線給出了LEB計時器150的 輸出"消隱"。應(yīng)該明白的是圖3中的水平標(biāo)度比圖2所說明的已略微放 大，因為很重要的是要更詳細的示出時期t。和^。
當(dāng)鎖存器170的輸出Q成為高時，晶體管開關(guān)Si IO開始導(dǎo)通并且LEB 計時器150的內(nèi)部控制電壓開始朝著第三跡線所示的計時器電平上 升。在LEB計時器內(nèi)電壓朝著"計時器電平"上升期間，防止開關(guān)晶體 管S1 IO斷開以便可忽略第一跡線所示的瞬間峰值電流。
如果希望以極低的功率電平進行操作，那么由功率控制11 O所設(shè) 置的以實現(xiàn)這種低功率操作的"斷路電平"具有其比第一跡線中的Us鵬
MAx所指示的最大可能操作功率還要低的一量值.當(dāng)將斷路電平設(shè)置成 很低時，可顯而易見的得知所希望的開關(guān)晶體管S1的斷開點往往非常 短并且要比由第三跡線的計時器電平所示的LEB計時器的時間常數(shù)所 確定的消隱時期(t。- ")還要小。
詳細的參考圖3的跡線，可以得知在所給定的情況下所希望的特 定低功率操作并不是可簡單實現(xiàn)的，因為其受到了由LEB計時器150所 設(shè)置的固定消隱時期的阻礙，雖然固定時段可確保傳感電流可以合理 的方式(例如在瞬間峰值之后)達到"斷路電平"，但是不能使開關(guān)晶 體管S1 10所斷開的實際時刻t2小于消隱時期、。最小的導(dǎo)通時間U將 導(dǎo)致比所需要大的輸出功率并且耗散該過量的輸出功率，這將導(dǎo)致較 低的效率。如果不考慮過量的功率，那么該電源將不穩(wěn)定。在圖l的 電路中，這將導(dǎo)致比所預(yù)期更高的輸出電壓或者更高的輸出電流。
綜上所述，可以得知傳統(tǒng)的LEB計時器150指定了固定的消隱時 期。即當(dāng)希望使開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時間降低為消隱時期之內(nèi)的一級別 時，固定的消隱時期會引起問題。
針對現(xiàn)有沖支術(shù)而提出了自適應(yīng)的LEB時間。在US 6 144 245和US 6 219 262 (分別以Unitrode公司和Semtech公司的名義)中，不使用LEB 計時器，并且反而對開關(guān)晶體管的門電流進行檢測以便測量所忽略不 計的瞬變開關(guān)脈沖的時刻并且限制了消隱時期至所述時間。在該結(jié)構(gòu) 中，為大家所熟知的是一旦門電流下降，則流過主電源開關(guān)的電流峰 值就逝去。這種結(jié)構(gòu)通?？闪钊藵M意的工作，雖然一旦電源開關(guān)的門 限值趨近電源電壓V。。
/ Vcc就會出現(xiàn)問題。在這個情況下，由于將驅(qū)
動器的電流驅(qū)動限制為高輸出電壓并且隨后LEB消隱停止了正確的運 行而使得門電流降低了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個目的就是提供了 一種自適應(yīng)的上升沿消隱電路和方 法，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中的上述至少 一個問題或者使其減小到 一定程 度。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種上升沿消隱電路，該電路包括: 一輸入端，該輸入端用于接收這樣的觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號表示開始 消隱時期的時間；開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置是通過觸發(fā)信號來激活的以 從第一狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)；比較裝置，該比較裝置具有與一參考源 相連的第一輸入端、用于接收其隨著時間過去而傾斜的電壓以響應(yīng)該 觸發(fā)信號的第二輸入端、以及用于將下述上升沿消隱電路的輸出信號 提供給第一端的輸出端，所述輸出信號在比較裝置第二端的電壓達到 參考源所提供的電壓電平之后改變狀態(tài)；以及一充電電路，該充電電 路用于將斜線電壓提供給比較裝置的第二輸入端，該電路的特征在于 斜線電壓達到參考源所提供的電壓電平所花費的時間是變化的并且其 取決于在該電路的控制輸入所接收到控制信號("計時器電平")。
在上升沿消隱電路的第一實施例中，提供給比較裝置第一端的參 考電壓包括功率控制器所提供的控制信號。
充電電路可以包括一電源和一電容，該電源用于在開關(guān)裝置開始 從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的狀態(tài)改變之后對該電容進行充電，其中提供 給比較裝置第二輸入端的電壓根據(jù)電容的充電狀態(tài)而傾斜。
最好是，開關(guān)裝置包括一晶體管開關(guān)，該充電電路包括與該晶體 管開關(guān)相并聯(lián)的一電容以及當(dāng)晶體管開關(guān)不是第一狀態(tài)時用于對電容 進行充電的一電流源；并且比較裝置包括一比較器，其中第一端是非 倒相輸入并且第二端是倒相輸入，第一端與控制信號相連并且第二端 與處于電源與電容之間的點的充電電路的端子相連。
在上升沿消隱電路的第二實施例中，提供給比較裝置第一端的參 考電壓可以是固定電壓參考源，并且其中，控制信號用于改變充電電
路中的電流電平以改變比較裝置第二輸入端的電壓隨時間而傾斜的比 率。
最好是，充電電路包括一電壓源、 一晶體管、以及一電容，該晶 體管響應(yīng)電壓源和控制信號而導(dǎo)通并將充電電流提供給電容。
最好是，根據(jù)電壓源與控制信號之間的電位差，流到電容的充電 電流提供了可變電流。
最好是，第一開關(guān)裝置包括一晶體管開關(guān)；比較裝置包括一比較 器，在該比較器中第一端包括其與固定電壓參考源相連的非倒相輸入 端，并且第二輸入端包括一倒相輸入；并且充電電路包括一電容、晶 體管、以及一電壓源，該電容與第一開關(guān)裝置并連并且其一個端子與 比較器的倒相輸入及晶體管的輸出端共同相連，該晶體管根據(jù)提供給 其控制端的"計時器電平"的電壓電平來提供來自電壓源的可變電流。
在另一方面中，提供了一種用于開關(guān)型電源(SMPS)的功率控制 器，該功率控制器將一控制信號("計時器電平")提供給第一方面的 上升沿消隱電路，該功率控制器在SMPS的第一操作功率范圍期間輸出 基本上恒定電平的控制信號，并且在笫二操作功率范圍中當(dāng)SMPS的輸 出功率需求降低時而逐漸的降低控制信號的電平，
最好是，第一操作功率范圍包括受控的SMPS正常操作功率范圍， 并且第二范圍包括低功率至極低功率的操作范圍。
該功率控制器最好是包括一放大器、 一晶體管、 一電源電壓、其 電壓取決于SMPS功率輸出需求的一可變電壓源、 一電壓基準源、以及 用于提供控制信號"計時器電平"的一控制輸出端。最好是，控制輸出 端通過第一偏壓裝置而與電源電壓相連并且與晶體管的一個端子相 連，該電壓基準源與放大器的非倒相輸入相連，放大器的倒相輸入通 過第二偏壓裝置而與可變電壓源相連并且直接與該晶體管的另 一端相 連，并且放大器的輸出可操作并使輸入到該晶體管的控制電流逐漸增 加以便在第二操作范圍期間逐漸導(dǎo)通晶體管并且放大器的輸出進一步 在第一正常操作范圍期間使晶體管斷開，其中當(dāng)斷開該晶體管時，計 時器電平控制信號的電壓是最大的恒定值，并且當(dāng)晶體管處于線性操 作狀態(tài)時，因為晶體管逐漸導(dǎo)通而使計時器電平控制信號的電壓降 低。
功率控制器可以包括一放大器、 一晶體管、 一電源電壓、其電壓
取決于SMPS功率輸出需求的一可變電壓源、以及第一和第二偏壓電 阻，其中電壓基準源連接在較低的干線電壓與放大器非倒相輸入之 間，電源電壓連接在較低的干線電壓與第一偏壓電阻的第 一端之間以 將較高的干線電壓提供給它，該可變電壓源連接在較低的干線電壓與 下述公共連接之間以將功率電平控制信號"斷路電平"提供給所述第一 輸出端，所述公共連接位于第二偏壓電阻的第一端與功率控制器的第 一輸出端之間，放大器的倒相輸入通常與第二偏壓電阻的第二端和晶 體管的第三端相連，放大器的輸出端與晶體管的第一端相連，并且其 中晶體管的第二端與功率控制器的第二輸出端以及第一偏壓電阻的第 二端相連并且將控制信號"計時器電平"提供給所述第二輸出端。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種其包括有下述逆向變換器的 開關(guān)型電源(SMPS)，該逆向變換器包括 一功率控制器，該功率控 制器用于通過產(chǎn)生下述控制信號"斷路電平"來對所希望的SMPS的功率 輸出進行設(shè)置，處于所述控制信號"斷路電平"的SMPS將從電源接通狀 態(tài)回復(fù)到電源斷開狀態(tài)； 一開關(guān)控制器，該開關(guān)控制器根據(jù)"斷路電 平，，信號所設(shè)置的功率需求來對SMPS的主開關(guān)元件進行控制；以及一 上升沿消隱電路，該上升沿消隱電路提供了這樣一種輸出信號"消 隱"，該輸出信號"消隱"可使對開關(guān)控制器的復(fù)位有效或者禁止對開 關(guān)控制器的復(fù)位，其中該上升沿消隱電路包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的 上升沿消隱電路。
最好是，功率控制器用于將"計時器電平"信號提供給上升沿消隱 電路以便"斷路電平"高于特定門限值，該"計時器電平"是基本恒定的 電壓而基本上與"斷路電平"無關(guān)，并且一旦"斷路電平"降低為小于該 門限電平，該"計時器電平"則降低。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種用于對上升沿消隱電路進 行控制的方法，在傳統(tǒng)的這類上升沿消隱電路中上升沿消隱時間是固 定的，該方法包括在上升沿消隱電路構(gòu)成其一部分的開關(guān)型電源 (SMPS)的正常功率操作范圍期間，將基本上恒定的參考電壓提供給 上升沿消隱電路的電壓受控開關(guān)以便保持上升沿消隱時期具有恒定的 時段，并且該方法的特征在于在SMPS很低至極低操作功率范圍內(nèi)將已 降低的電平參考電壓提供給上升沿消隱電路的電壓受控開關(guān)以自適應(yīng) 的降低上升沿消隱時期。


為了更透徹的理解本發(fā)明并且為了示出怎樣實施相同的實施例，
現(xiàn)在通過參考示意性附圖進行說明，其中
圖1給出了其包括具有一LEB計時器的一開關(guān)控制器的逆向變換
器的現(xiàn)有技術(shù)電路；
圖2給出了圖1的逆向變換器在正常操作模式下的時序圖； 圖3給出了圖1的逆向變換器在最小導(dǎo)通時間操作條件下的時序
圖4給出了根據(jù)本發(fā)明實施例的其包括具有有可變計時器電平控 制的LEB計時器的電路；
圖5給出了圖4電路的低功率操作時序圖； 圖6給出了圖4電路極低功率操作的時序圖7給出了具有斷路電平控制和LEB計時器電平控制的其適合于圖 4電路的一功率控制電路示例；
圖8A和8B分別給出了現(xiàn)有的LEB計時器以及才艮據(jù)本發(fā)明實施例所 修改的修改LEB計時器；以及
圖9給出了其具有可變計時器電平的LEB計時器的可替換實施例。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖4，給出了與圖1電路相類似的逆向變換器電路。通 過相同數(shù)字來對圖4的其與圖1相同的整體進行標(biāo)識。
因為圖4電路的正常功能與圖1電路的正常功能相同，因此不對 圖1電路的功能進行詳細的說明。然而圖4與圖1的逆向變換器的差別 在于這樣的事實，即圖4電路中的功率控制電路110 '已有所修改以便 可提供兩個輸出，即作為已就圖l所描述的"斷路電平"輸出的第一輸 出以及其作為屆時將描述的"計時器電平"輸出的第二輸出。
功率控制IIO '的"計時器電平"是其將被送往LEB計時器150 '輸 入的一信號。屆時將對功率控制IIO '和LEB計時器150 '的具體結(jié)構(gòu) 進行描述。
從對圖1逆向變換器的操作所進行的詳述中可以回想起現(xiàn)有LEB 計時器150的消隱時期是LEB計時器的時間常數(shù)所確定的固定消隱時 期。在所討論的示例中，該時間常量是由電容CTc來設(shè)置的。雖然可改 變電容CTc的值以改變LEB計時器的內(nèi)電壓朝著"計時器電平"上升的速
率來改變LEB計時器150的預(yù)置消隱時間，電容電平的自動變化也不是 能很容易的實現(xiàn)。因此，在本發(fā)明的第一實施例中，功率控制IIO ' 適合于提供可變電壓輸出以指定LEB計時器150 '之內(nèi)的"計時器電平" 值。
現(xiàn)在參考圖5和圖6的時序圖來描述其可提供可變計時器電平的實 施以及圖4結(jié)構(gòu)的靈活性。
現(xiàn)在參考圖5，在圖3的情況中，所希望的占空度以及由此圖5的 輸出開關(guān)模式與所討論的相同，但是不可以實現(xiàn)。這里，現(xiàn)有技術(shù)結(jié) 構(gòu)的功率控制110根據(jù)輸出需求來設(shè)置"斷路電平"，但是不允許在達 到"斷路電平"的時刻斷開晶體管開關(guān)S1 10，因為消隱時期在該時間 期間仍持續(xù)。相反在圖5的結(jié)構(gòu)中，所采用的用于對降低的"斷路電平" 進行設(shè)置的功率控制IIO '需要設(shè)置降低的"計時器電平"(圖5的第三 跡線示出了初始的以及降低的計時器電平)。通過將計時器電平設(shè)置 為較低，LEB計時器之內(nèi)的比較器可識別出在LEB計時器之內(nèi)所產(chǎn)生的 電壓上升已達到降低的計時器電平，并且因此，在時序圖所示的諸如 時間點t i這樣的點將LEB計時器的"消隱"輸出設(shè)置為低，此刻將輸出設(shè) 置為低這可使比較器C 130的輸出用作邏輯電路140的有效輸入并且可 經(jīng)過鎖存器170的復(fù)位端來實施以很早的斷開晶體管開關(guān)S1 10。詳細 的參看圖5，開關(guān)S1的初始導(dǎo)通點以及內(nèi)電壓或者LEB計時器開始上升 的點是t。。因為低功率操作模式，因此功率控制IIO '通過間斷的水平 線來設(shè)置開關(guān)S1 10在理論上將斷開時的適當(dāng)"斷路電平"以作為圖5第 一跡線所示的低"斷路電平"值并且還設(shè)置(以一種將在以后描述的方 式)其比圖5所示的現(xiàn)有技術(shù)固定計時器電平還要低的"降低的計時器 電平"以作為"初始計時器電平"。當(dāng)LEB計時器的內(nèi)電壓達到"已降低 計時器電平"時，比較器或者LEB計時器150之內(nèi)的其他合適裝置對"消 隱，，輸出進行切換以結(jié)束消隱脈沖，并且當(dāng)這出現(xiàn)于時間點12時，當(dāng)M鵬 達到功率控制IIO '所設(shè)置的"斷路電平"時，可使鎖存器170對比較器 130輸出狀態(tài)的變化進行應(yīng)答。
參考圖5所示的第二電壓跡線，可以得知開關(guān)S1 IO逐漸的導(dǎo)通， 并且實際上在圖5所示的跡線中，開關(guān)S1 IO在消隱輸出切換狀態(tài)的時 刻完全導(dǎo)通。因此可以得知在這種低功率操作的過程中功率控制電路 110 '降低"計時器電平"，直到開關(guān)S1 IO的導(dǎo)通時間足夠的小以與輸
出的功率需求相匹配。
現(xiàn)在參考圖6，給出了極低的功率情況。在這種情況中，對于非 常低功率操作而言，將圖6第三跡線所示的降低的計時器電平設(shè)置為 低，以便當(dāng)仍存在瞬變開關(guān)脈沖時并且只要在其表示晶體管開關(guān)S1 10 仍在導(dǎo)通過程中的第二跡線所示的漏電壓V。仍朝著地電平減少，那么 LEB計時器的內(nèi)電壓可到達降低的計時器電平。換句話說，消隱時期 已降低為這樣一個時期，該時期實際上被認為要比普通環(huán)境下的時期 要足夠的小。因為由于導(dǎo)通過程中的電容峰值而使由電平Us謹所表示 的源電流實際上比所指定的"斷路電平"還要大，因此緊接在(降低的) LEB時間之后斷開晶體管。該系統(tǒng)目前實際上受到的是導(dǎo)通時間控制 (還被稱為電壓模式控制)而不是峰值電流控制。因為電流比較器C 130 具有高輸出，因此導(dǎo)通時間受到LEB時間的控制。對于從電流模式轉(zhuǎn) 換為導(dǎo)通控制而言，不需要額外的電路。
從上面的討論中可以得知對LEB時間進行控制以實際上對晶體管 開關(guān)的導(dǎo)通時間進行控制這是指如果計時器電平降低為零，那么最小 的導(dǎo)通時間甚至可以為零。此外因為功率控制電路可將所轉(zhuǎn)換的功率 降低為零，因此還可使輸出上的(預(yù)加)負荷降低為零，并且因此這 導(dǎo)致備用功率比現(xiàn)有電流模式控制系統(tǒng)還要低。
上面對下述專用名詞描述，即晶體管開關(guān)S1 IO如何通過將適當(dāng) 的控制輸入提供給修改的LEB計時器150 '來改變其導(dǎo)通時間，其中降 低的計時器電平是由功率控制電路IIO '來確定的。
現(xiàn)在就圖7來對功率控制電路110 '的示例進行描述，并且就圖8 和圖9對適當(dāng)?shù)腖EB計時器150 '的示例進行討論。
現(xiàn)在參考圖7，給出了修改的功率控制器IIO '的結(jié)構(gòu)。該功率控 制器包括三個電壓源Vsp Vs2， Vs3、 一晶體管110Qi (在這里示為雙極 型NPN型晶體管，但是也可以同樣是MOSFET類型)、 一放大器110A^ 以及第一和第二偏壓電阻110R" 110R2。第一電壓源Va具有可變電壓 并且通過由逆向變換器100構(gòu)成其一部分的SMPS所驅(qū)動的次級電路的 輸出功率需求來確定以傳統(tǒng)方式所設(shè)置的"斷路電平"電位。從圖7中 可以得知，第一電壓源V^位于地面與第二偏壓電阻110 112的第一端之 間并且提供了功率電平控制輸出"斷路電平"。第二偏壓電阻110R2的第 二端與其即就是晶體管110Qi的發(fā)射極端的第三端相連并且還與放大器
110A1的倒相輸入相連。比較器11(^的非倒相輸入與其即就是電壓基 準源的第二電壓源Vs2相連，同時放大器110A!的輸出與其即就是晶體管 110Q1的基極端的第一端相連。其即就是晶體管110Q1集電極的第二端 提供了輸出控制信號"計時器電平"，同時第一偏壓電阻110Q1具有其與 電源電壓Vs3相連的第一端以及其與晶體管110Qi的集電極相連的第二。
對圖7電路的基本分析示出了由于放大器110Q1與負反類型饋相連 而使該放大器110A1在特定操作范圍內(nèi)工作以便試圖并且使倒相輸入端 的電壓保持在其與電壓基準源Vs2所提供的非倒相輸入端上的電壓相同的電平上。當(dāng)滿足上述條件時，第二偏壓電阻110R2兩端的電壓是Vs2-VS1。穿過第二偏壓電阻110R2 (在下文中其被簡單稱為R2)的電流1112 因此是(Vs2-Vsi) / R2。忽略晶體管110Qi的少量基極電流，流過第一 偏壓電阻110R1 (此后被簡單稱為RJ的電流也等于電流112。在這種 情況下，功率控制器第二輸出端的控制信號輸出"計時器電平"具有由 Vs3 ( IRi * 、)- VS3 - ( IR2 * R！) = Vs3 - ( ( VS2 - Vsl) / R2 * R1 )) 所給定的電壓電平。只要Vs1〈Vs2，該等式為真。然而，如果Vw >VS2, 那么假定"計時器電平"為電源電壓^3所設(shè)置的最高電平。著眼于上 述，可以得知從SMPS輸出電路的某個功率電平開始并且使功率降低， "斷路電平"首先會降低，而"計時器電平"保持Vs3所設(shè)置的恒定最大 值，晶體管110(^是不傳導(dǎo)的，并且可以得知在正常模式操作過程中使 用該電平。進一步應(yīng)該明白的是因為Vw小于Vs2，因此"計時器電平"從 ^3的恒定最高電位下降至^3- ( (Vs2-Vsl) / R2 * Rt)這樣的電位， 該電位此時是根據(jù)V^所給定的SMPS輸出電路的變化功率需求而改變的 可變電壓。
當(dāng)然，"計時器電平"的電壓輸出總是處于比輸出"斷路電平"更高 的電位并且電阻110(^導(dǎo)通，計時器電平=1.110112 +丫^+斷路電平。為 了進行最佳調(diào)節(jié)，晶體管開關(guān)S1 10只有當(dāng)V^ (斷路電平)降低為極 低電平時導(dǎo)通。"計時器電平"從其正常電平下降的點表示控制從電流 模式控制改變?yōu)殡妷耗Ｊ娇刂频狞c，并且如果"計時器電平"降低出現(xiàn) 于更高的"斷路電平"，那么電流模式與電壓模式控制之間的轉(zhuǎn)換將較 不平穩(wěn)。
為完整起見，當(dāng)斷路電平的產(chǎn)生是相當(dāng)傳統(tǒng)的時，對其可獲得由
VS1所提供的斷路電平電壓的一個方法進行簡要的說明。通過利用電
:準進行比較來創(chuàng)建VS1 。此后由誤差放大器對固定基準與所:測的
電壓之間的差值進行放大以提供其根據(jù)SMPS功率需求而變化的電壓 (VS1)。應(yīng)該明白的是大體上VS1是通過其對輸出電壓或者電流進行 測量的任何適當(dāng)方法而產(chǎn)生的。
參考現(xiàn)在圖8 (a)和8 (b)，對傳統(tǒng)的LEB電路150和修改的LEB 電路150 '進行討論。
圖8A所示的傳統(tǒng)LEB電路150包括 一輸入端，該輸入端用于接收 一觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號表示消隱時期開始的時間；以及開關(guān)裝置， 該開關(guān)裝置通過觸發(fā)信號而被激活以使第一狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)。它 進一步包括比較裝置和充電電路。該比較裝置具有第一端，該第一 端與參考源相連；第二輸入端，該第二輸入端用于接收下述電壓，所 述電壓隨著時間的過去而傾斜以響應(yīng)觸發(fā)信號；以及一輸出端，該輸 出端用于將上升沿消隱電路的輸出信號提供給第一端，該輸出信號在 比較裝置第二端的電壓到達了參考源所提供的電壓電平之后改變狀 態(tài)。該充電電路將斜線電壓提供給比較裝置的第二輸入端。
在圖8 (A)的實施例中，開關(guān)裝置包括一反相器150NOT和一晶體 管開關(guān)150S2，該比較裝置包括一比較器150C2，該參考源包括一電壓 源150U1，并且該充電電路包括時標(biāo)電容150CTc和恒流源15011。
反相器15 ONOT與LEB電路的觸發(fā)輸入相連并且將一信號提供給開 關(guān)150S2的柵極。開關(guān)150S2的漏極和源極通過時標(biāo)電容150CTc的端子 而相連，時標(biāo)電容150CTc的正端子和晶體管150S2的漏極通常與電流源 15011的輸出相連并且與比較器150C2的倒相輸入相連。時標(biāo)電容150CT 的負端子和開關(guān)150S2的源極端子共同與接地端相連，電壓源150U1連 接在地與比較器150C2的非倒相輸入之間。比較器150C2的輸出提供了 LEB計時器150的輸出"消隱"。
我們可以得知的是當(dāng)反相器150NOT的輸入是低時，那么該反相器 的輸出將是高并且開關(guān)150S2因此導(dǎo)通。在這種狀態(tài)下，由于比較器 150C2的輸出"消隱"是高，因此時標(biāo)電容150CTc實際上短路并且比較器 150C2的倒相輸入處于穩(wěn)態(tài)的低電壓狀態(tài)。然而當(dāng)反相器150NOT的輸 入成為高時，開關(guān)150S2的柵極電壓在附圖8 (a)第一跡線中所示的
時刻t。成為低。開關(guān)150S2此刻導(dǎo)通是指恒流源150I1所提供的電流I1 此刻用于對時標(biāo)電容150CTC進行充電，并且因此，比較器150C2倒相輸 入的電壓向上傾斜，并且當(dāng)其到達電壓源150U1所定義的電壓電平(= 計時器電平)時，比較器150C2的輸出將在、使?fàn)顟B(tài)從高穩(wěn)態(tài)變?yōu)榈蛻B(tài)。 現(xiàn)在參考圖8 (b)的已修改LEB計時器150 '，可以得知該計時器 是由完全相同的電路元件構(gòu)成的，并且其中相同的附圖標(biāo)記是指這些 適當(dāng)?shù)脑Ｈ欢谶@里，電壓傾斜到參考源所提供的電壓電平所花 費的時間是可變的并且其取決于外電源控制器IIO '所提供的"計時器 電平"信號。
LEB電路150與新的電路150 '的唯一變化就是除去了電壓基準源 150仏或者使其旁路以代替電壓電平，計時器電平是由固定基準源150^ 所給定的規(guī)定電壓，并且反而是比較器150 ' C2的非倒相輸入用于接 收來自功率控制IIO '的可變"計時器電平"信號。按照這種方法，應(yīng) 該明白的是當(dāng)圖7電路所提供的"計時器電平"是降低的電壓電平時， 那么比較器150 ' C2根據(jù)就圖5和6所預(yù)先討論的"降低的計時器，，電平 而較早的進行切換。圖8 (b)中右邊的跡線還用圖解的形式示出了降 低的計時器電平與初始計時器電平之間在轉(zhuǎn)換點的差值。
圖9給出了可替換的LEB電路150 "，將該LEB電路150 "設(shè)置成使用 來自功率控制110的"計時器電平"信號以將變化的充電電流I1提供給 時標(biāo)電容150 " CTc以便改變時標(biāo)電容的充電速率并且因此改變比較器 150 " C2倒相輸入的電壓到達參考電壓U1所花費的時間。因此在該電 路中，圖9的電路自適應(yīng)的改變充電電路的電容上升的速率，而不是 直接改變比較器改變狀態(tài)時的電壓。
概括的說，與圖8(B)的電路一樣，圖9的電路也包括輸入端 元件，該輸入端用于接收下述觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號表示消隱時期 開始的時間；以及開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置通過觸發(fā)信號而被激活以使 第一狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)。它進一步包括比較裝置和充電電路。該比 較裝置具有第一端，該第一端與參考源相連；第二輸入端，該第二 輸入端用于接收下述電壓，所述電壓隨著時間的過去而傾斜以響應(yīng)觸 發(fā)信號；以及一輸出端，該輸出端用于將上升沿消隱電路的輸出信號 提供給第一端，該輸出信號在比較裝置第二端的電壓到達了參考源所 提供的電壓電平之后改變狀態(tài)。充電電路將斜線電壓提供給比較裝置
的第二輸入端，并且斜線電壓到達參考源所提供的電壓電平所花費的 時間是可變的。
更詳細的說，圖9的上升沿消隱電路包括其是由反相器150 " NOT 和開關(guān)150 " S2所組成的一晶體管開關(guān)，該比較裝置包括一比較器150 "C2，在該比較器中第一端包括其與固定電壓參考源150 " Ul相連的 一非倒相輸入端并且第二輸入端包括一倒相輸入，并且所示出的充電 電路包括一電容150 " CT、晶體管150 " Tl、電源電壓150 " V麵、 以及偏壓電阻150 " Rl，并且晶體管150 " Tl在線性模式下工作以;f艮 據(jù)提供給晶體管150 " Tl的控制終端(在這里是基極)的信號"計時
器電平"電位來提供來自于電源電壓150 " VsppLY的可變充電電流。
對圖9電路的基本分析表明當(dāng)"計時器電平"向下改變時，晶體管 150 " T1逐漸導(dǎo)通以使充電電流I1增加并且從而使時標(biāo)電容150 " CT 向電壓基準V瞪的充電速率增加。按照這種方式，因此通過使比較器150 "C2的輸出"消隱"改變狀態(tài)的轉(zhuǎn)變點提前可自適應(yīng)的降低消隱時期。 在這里，提供給充電電容器150 " Ct的充電電流是由等式(Vsupply -計 時器電平- Ube) / Rl給定的，其中V考由是電源150 " Vsup由的電壓， Ube是晶體管150 " Tl的基極一發(fā)射極結(jié)電壓，并且R1是150 " Rl的阻 值。
從對本發(fā)明的詳細描述中，應(yīng)該明白的是通過簡單的改變現(xiàn)有LEB 計時電路，即可根據(jù)SMPS次級側(cè)電路的功率需求來產(chǎn)生自適應(yīng)的消息 時段，該消隱時期在傳統(tǒng)上是固定的時段。還應(yīng)該明白的是通過實現(xiàn) 這里所討論的本發(fā)明，可對LEB時間進行非常精密的控制以便甚至可 使LEB時間降低為這樣的時段，即在該時段中仍存在主開關(guān)晶體管的 瞬間峰值或者實際上使LEB時間減小為零。通過使消隱時期降低為比 預(yù)先可能的時段還要短，這可避免對SMPS的輸出進行預(yù)加載并且待機 的且低功率操作需求顯著的降低了 。
還應(yīng)該明白的是雖然已對各種特定電路元件進行了描述，但是這 些元件可由適當(dāng)?shù)氐刃w來代替。單詞"包括"不排除其他元件或者步 驟，并且單詞"一"或者"一個"不排除多個。
權(quán)利要求
1.一種上升沿消隱電路，該電路包括一輸入端，該輸入端用于接收這樣的觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號表示開始消隱時期的時間；開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置是通過觸發(fā)信號來激活的以從第一狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)；比較裝置，該比較裝置具有與參考源相連的第一輸入端、用于接收其隨著時間的過去而傾斜的電壓以響應(yīng)該觸發(fā)信號的第二輸入端、以及用于將下述上升沿消隱電路的輸出信號提供給第一端的輸出端，所述輸出信號在比較裝置第二端的電壓達到參考源所提供的電壓電平之后改變狀態(tài)；以及一充電電路，該充電電路用于將斜線電壓提供給比較裝置的第二輸入端，該電路的特征在于斜線電壓達到參考源所提供的電壓電平所花費的時間是變化的并且其取決于在該電路的控制輸入所接收到控制信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的上升沿消隱電路，其中提供給比較裝置第一 端的參考電壓包括控制信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的上升沿消隱電路，其中充電電路包括一電源 和一電容，該電源用于在開關(guān)裝置開始從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的狀態(tài) 改變之后對該電容進行充電，其中提供給比較裝置第二輸入端的電壓 根據(jù)電容的充電狀態(tài)而傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的上升沿消隱電路，其中開關(guān)裝置包括一晶體 管開關(guān)，該充電電路包括與晶體管開關(guān)相并聯(lián)的一電容以及當(dāng)晶體管 開關(guān)不是第一狀態(tài)時用于對電容進行充電的一電流源；并且比較裝置 包括一比較器，其中第一端是非倒相輸入并且第二端是倒相輸入，第 一端與控制信號相連并且第二端與處于電流源與電容之間的點的充電 電路的端子相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的上升沿消隱電路，其中提供給比較裝置第一 端的參考電壓是固定電壓參考源，并且其中，控制信號用于改變充電 電路中的電流電平以改變比較裝置第二輸入端的電壓隨時間而傾斜的 比率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的上升沿消隱電路，其中充電電路包括一電壓 源、 一晶體管、以及一電容，該晶體管響應(yīng)電壓源和控制信號而導(dǎo)通 并將充電電流提供給電容。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的上升沿消隱電路，其中根據(jù)電壓源與控制信 號之間的電位差，流到電容的充電電流提供了可變電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的上升沿消隱電路，其中 第一開關(guān)裝置包括一晶體管開關(guān)；比較裝置包括一比較器，在該比較器中第一端包括其與固定電壓 參考源相連的非倒相輸入端，并且第二輸入端包括一倒相輸入；并且充電電路包括一電容、晶體管、以及一電壓源，該電容與第一開 關(guān)裝置并連并且其一個端子與比較器的倒相輸入和晶體管的輸出端共 同相連，該晶體管根據(jù)提供給其控制輸入的控制信號的電壓電平來提 供來自電壓源的可變電流。
9. 一種用于開關(guān)型電源(SMPS)的功率控制器，該功率控制器 將一控制信號提供給上述任何一個權(quán)利要求的上升沿消隱電路，該功 率控制器在SMPS的第一操作功率范圍期間輸出基本上恒定電平的控制 信號，并且在第二操作功率范圍中由于SMPS的輸出功率需求降低而逐 漸的降低控制信號的電平。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的功率控制器，其中第一操作功率范圍包括 受控的SMPS正常操作功率范圍，并且第二范圍包括低功率至極低功率 的操作范圍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的功率控制器，其中該功率控制器包括一放 大器、 一晶體管、 一電源電壓、其電壓取決于SMPS功率輸出需求的一 可變電壓源、 一電壓基準源、以及用于提供控制信號"計時器電平"的 一控制輸出端，控制輸出端通過第一偏壓裝置而與電源電壓相連并且 與晶體管的一個端子相連，該電壓基準源與放大器的非倒相輸入相 連，放大器的倒相輸入通過第二偏壓裝置而與可變電壓源相連并且直 接與該晶體管的另一端相連，并且放大器的輸出可操作并且使輸入到該晶體管的控制電流逐漸增加以便在第二操作范圍期間逐漸導(dǎo)通晶體 管并且放大器的輸出進一步在第一正常操作范圍期間使晶體管斷開， 其中當(dāng)斷開該晶體管時，計時器電平控制信號的電壓是最大的恒定值，并且當(dāng)晶體管處于線性操作狀態(tài)時，因為晶體管逐漸導(dǎo)通而使計 時器電平控制信號的電壓降低。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的功率控制器，其中功率控制器包括一放大 器、 一晶體管、 一電源電壓、其電壓取決于SMPS功率輸出功率需求的 一可變電壓源、以及第一和第二偏壓電阻，其中電壓基準源連接在 較低的干線電壓與放大器非倒相輸入之間，電源連接在較低的干線電 壓與第一偏壓電阻第一端之間以將較高的干線電壓提供給它，該可變 電壓源連接在較低的干線電壓與下述公共連接之間以將功率電平控制 信號"斷路電平，，提供給所述第一輸出端，所述公共連接位于第二偏壓 電阻的第一端與功率控制器的第一輸出端之間，放大器的倒相輸入通 常與第二偏壓電阻的第二端和晶體管的第三端相連，放大器的輸出端與晶體管的第一端相連，并且其中晶體管的第二端與功率控制器的第 二輸出端以及第一偏壓電阻的第二端相連并且將控制信號"計時器電 平"提供給所述第二輸出端。
13. —種其包括有下述逆向變換器的開關(guān)型電源，該逆向變換器 包括 一功率控制器，該功率控制器用于通過產(chǎn)生下述控制信號"斷 路電平"來對所希望的SMPS的功率輸出進行設(shè)置，處于所述控制信號 "斷路電平"的SMPS將從電源接通狀態(tài)回復(fù)到電源斷開狀態(tài)； 一開關(guān)控 制器，該開關(guān)控制器根據(jù)"斷路電平"信號所設(shè)置的功率需求來對SMPS 的主開關(guān)元件進行控制；以及一上升沿消隱電路，該上升沿消隱電路 提供了這樣一種輸出信號"消隱"，該輸出信號"消隱"可使對開關(guān)控制 器的復(fù)位有效或者禁止對開關(guān)控制器的復(fù)位，其中該上升沿消隱電路 包括根據(jù)上述任何一個權(quán)利要求的上升沿消隱電路。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的功率控制器，其中功率控制器用于將"計 時器電平，，信號提供給上升沿消隱電路以便"斷路電平"高于特定門限 值，該"計時器電平"是基本恒定的電壓而與實際"斷路電平"無關(guān)，并 且一旦"斷路電平"降低為小于該門限電平，該"計時器電平"則降低。
15. —種用于對下述類型的上升沿消隱電路進行控制的方法，在 所述上升沿消隱電路中傳統(tǒng)的上升沿消隱時間是固定的，該方法包 括在上升沿消隱電路構(gòu)成其一部分的開關(guān)型電源(SMPS)的正常功 率操作范圍期間，將基本上恒定的參考電壓提供給上升沿消隱電路的 電壓受控開關(guān)以便保持上升沿消隱時期具有恒定的時期，并且該方法 的特征在于在SMPS很低至極低的操作功率范圍內(nèi)將降低的電平參考電 壓提供給上升沿消隱電路的電壓受控開關(guān)以自適應(yīng)的降低上升沿消隱 時期。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)上升沿消隱電路，在該電路中上升沿消隱時間在SMPS的低至極低功率電平時降低了，但是基本上在中等至高功率電平時是恒定的。在本發(fā)明的第一實施例中，通過對傳統(tǒng)上升沿消隱計時器進行修改可提供適應(yīng)的上升沿消隱時間，傳統(tǒng)上升沿消隱計時器中的固定電壓參考源被替換為可變電壓參考源，可變電壓基準取決于SMPS次級側(cè)的功率需求。
文檔編號H02M3/335GK101366165SQ03822280
公開日2009年2月11日 申請日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
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