專利名稱：電源控制器形成方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子學(xué)，且更特別地涉及形成半導(dǎo)體器件的方法 和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種方法和結(jié)構(gòu)來形成開關(guān)功率調(diào)節(jié)器電 路。許多開關(guān)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)成當(dāng)負(fù)栽要求的電流的量減少時(shí)，減少
提供給負(fù)栽的功率的量。這通常稱為突發(fā)模式(burst mode)或跳周 期才莫式(skip cycle mode )。當(dāng)負(fù)載再次要求較高的電流時(shí)，開關(guān)調(diào) 節(jié)器退出突發(fā)模式或跳周期模式并回到正常工作狀態(tài)。 一般地，從突 發(fā)模式到正常工作模式的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致使用開關(guān)調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)提供的輸 出電壓中過量的故波電流。
因此，期望有一種這樣的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其在跳周期模式期間最小 化輸出電流中的紋波量，并在跳周期模式轉(zhuǎn)變回正常工作模式期間最 小化紋波量。


圖1示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源控制器的電源 系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式；
圖2是具有曲線的圖，所述的曲線示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1的電 源控制器的工作期間形成的一些信號；
圖3示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源控制器的電源 系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式，所述的開關(guān)電源控制器是根據(jù)本發(fā)明的圖 1的電源控制器的可供替換的實(shí)施方式；
圖4示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的另一個開關(guān)電源控制器的電源系統(tǒng)的 一部分的實(shí)施方式，所述的另 一個開關(guān)電源控制器是根
據(jù)本發(fā)明的圖l的電源控制器的另一個可供替換的實(shí)施方式；以及 圖5示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的圖l的電源控制器的半導(dǎo)
體器件或集成電路的實(shí)施方式的一部分的放大平面圖。
為了說明的簡潔和清楚，附圖中的元件沒有必要按比例繪制，且
不同圖中相同的參考數(shù)字表示相同的元件。此外，為了描述的簡潔而
省略了公知的步驟和元件的說明與詳述。如這里所使用的栽流電極表
示器件中承載通過該器件的電流的元件，如MOS晶體管的源極或漏 極、或雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極、或二極管的負(fù)極或正極，而 控制電極表示器件中控制通過該器件的電流的元件，如MOS晶體管 的柵極或雙極型晶體管的基極。雖然這些器件在這里被解釋為某些N 溝道或P溝道器件，或某些N型或P型摻雜區(qū)域，但本領(lǐng)域中的普 通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，依照本發(fā)明，互補(bǔ)器件也是可能的。本領(lǐng)域中 的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，這里使用的涉及電路運(yùn)行的詞語"在......的期
間，，、"在......同時(shí)，，以及"當(dāng)......的時(shí)候"不是表示一有啟動行為就會
馬上發(fā)生行為的準(zhǔn)確術(shù)語，而是在被初始行為激起的反應(yīng)之間可能有 一些微小但合理的延遲，例如傳播延遲。使用詞語"近似地"或"基本 上"表示元件的值具有預(yù)計(jì)非常接近既定的值或位置的參數(shù)。然而， 如在本領(lǐng)域所公知的，總有小的差異，使值或位置不能準(zhǔn)確地等于既 定的值或位置。在本領(lǐng)域已十分明確，與準(zhǔn)確地如所描述的理想目標(biāo) 相比，至少百分之十(10%)以內(nèi)的差異都是合理的差異。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了包括開關(guān)電源控制器30的電源系統(tǒng)10的一 部分的實(shí)施方式。系統(tǒng)10在功率輸入端子11和功率返回端子12之 間接收功率并在電壓輸出14和端子12之間形成輸出電壓(Vo)?？?制器30被配置成將輸出電壓調(diào)節(jié)到期望值或目標(biāo)值附近的值的范圍 內(nèi)的目標(biāo)值。例如，目標(biāo)值可以是5V，而值的范圍可以是5伏附近 加減百分之五(5% )的范圍。系統(tǒng)IO通常還包括功率開關(guān)，例如功率晶體管24，以及包括同步整流器，例如二極管26，功率開關(guān)和同 步整流器連接在一起以控制流過電感器16的電感電流25。電容器22 連接在輸出14和端子12之間以輔助形成輸出電壓(Vo)。電流感測 元件，例如電阻器17通常被連接成產(chǎn)生第一反饋信號，作為表示電 感電流25的瞬時(shí)值的電流感測信號。電壓感測網(wǎng)絡(luò)18，例如串聯(lián)的 電阻器19和20，可耦合到輸出14以提供表示輸出電壓(Vo)的瞬 時(shí)值的第二反饋信號，例如節(jié)點(diǎn)21處的電壓感測(VS)信號。本領(lǐng) 域中的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到二極管26可由被控制作為同步整流器工作 的功率晶體管替換。另外，電壓感測網(wǎng)絡(luò)18可以是提供表示輸出電 壓的值的信號的任何類型的感測網(wǎng)絡(luò)。負(fù)載15—般連接在輸出14和 端子12之間以便接收輸出電壓(Vo)以及同樣接收來自電容器22和 電流25兩者的負(fù)載電流23。
開關(guān)電源控制器30接收電壓輸入31和電壓返回32之間的工作 功率。輸入31和返回32—般連接到各自的端子11和12?？刂破?0 配置成在輸出33上形成適合于驅(qū)動和操作晶體管24以調(diào)節(jié)輸出電壓 的值的開關(guān)驅(qū)動信號?？刂破?0在VS輸入36上接收來自網(wǎng)絡(luò)18的 電壓感測(VS)信號?？刂破?0的電流感測輸入37和38通常被連 接成接收來自電阻器17的電流感測信號。
控制器30包括產(chǎn)生時(shí)鐘(CK)信號的時(shí)鐘電路44，所述的時(shí) 鐘信號有助于在輸出33上形成開關(guān)驅(qū)動(SD)信號。在圖1中示出 的時(shí)鐘電路44的示例性的實(shí)施方式包括自激振蕩器或Osc或振蕩器 46、單觸發(fā)器(one-shot, OS) 47、數(shù)字計(jì)數(shù)器49、與門50以及與 門51。開關(guān)控制比較器68、脈寬調(diào)制(PWM)鎖存器54以及緩沖 驅(qū)動器或緩沖器55起進(jìn)一步輔助形成開關(guān)驅(qū)動信號的開關(guān)控制單元 的作用。使用斜坡發(fā)生器69產(chǎn)生進(jìn)一步輔助形成開關(guān)驅(qū)動信號(SD ) 的斜坡(RP)信號。斜坡發(fā)生器69通常包括基本上恒定的電流源70、 電容器73和放電開關(guān)，例如晶體管71。斜坡發(fā)生器69也可包括來自 偏移電路(offset circuit) 72的偏移電壓，其可用以保證斜坡信號的 最低電平大于ER信號的最低電平。然而，只要斜坡電路形成由開關(guān)驅(qū)動信號啟動的斜坡信號，斜坡發(fā)生器69可具有其他的實(shí)施方式。 控制器30 —般還包括誤差信號放大器57、參考發(fā)生器或ref43，可變 參考電路或可變參考發(fā)生器65、控制電路58以及感測放大器77。誤 差信號放大器57接收VS信號和來自ref43的參考信號并響應(yīng)性地形 成表示輸出電壓的值和輸出電壓的期望值之間的差別的誤差(ER)信 號。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，誤差信號放大器57 —般包括除了 用來控制由控制器30形成的閉環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)外，還控制放大器57 的增益的可變阻抗?？勺儏⒖及l(fā)生器65包括參考發(fā)生器或ref42和從 ref42的輸出減去i文大器77的輸出的加法電路或加法器66。在下文中 將進(jìn)一步看到，可變參考發(fā)生器65形成參考信號，該參考信號具有 響應(yīng)于電感電流25的瞬時(shí)值而變化的值。在圖1中示出的控制電路 58的示例性的實(shí)施方式包括控制比較器59、反相器62以及模擬開關(guān) 例如晶體管61和63。在下文中將進(jìn)一步看到，控制電路58配置成形 成閾值(Th)信號，該閾值信號的值響應(yīng)于誤差(ER)信號的值與 可變參考信號的值之間的差別而被選擇性地形成為基本上等于誤差 (ER)信號或基本上等于來自發(fā)生器65的可變參考信號的值。在大 多數(shù)實(shí)施方式中，控制器30還包括連接在輸入31和返回32之間的 內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器41，以便在輸出40上產(chǎn)生內(nèi)部工作電壓，使用該內(nèi) 部工作電壓來操作控制器30的元件，例如時(shí)鐘電路44、比較器68以 及鎖存器54。
圖2是具有曲線的圖，所述的曲線示出了在控制器30的工作期 間產(chǎn)生的不同的信號。橫坐標(biāo)表示時(shí)間而縱坐標(biāo)表示所示信號的增加 的值。曲線115示出了來自振蕩器46的振蕩器(O)信號，曲線116 示出了來自計(jì)數(shù)器49的輸出信號，曲線119示出了單觸發(fā)器47的輸 出，而曲線117示出了來自時(shí)鐘電路44的時(shí)鐘(CK)信號。曲線120 示出了來自鎖存器54的Q輸出的開關(guān)信號。曲線123以虛線示出了 負(fù)載電流23的值而曲線125示出了電感電流25的值。曲線127示出 了輸出電壓(Vo)。曲線128示出了誤差(ER)信號，曲線129以 虛線示出了在發(fā)生器65的輸出上形成的可變參考(VR)信號，而曲線130示出了斜坡(RP)信號。曲線132示出了控制電路58的比較 器59的輸出上的控制信號(CP)。此描述參考圖l和圖2兩幅圖。
控制器30配置成在正常工作模式下以及在輕負(fù)栽工作模式下工 作。圖2中，在正常模式下工作的一個實(shí)例在時(shí)刻T0和T4之間示出， 而在輕負(fù)載模式下工作的一個實(shí)例在時(shí)刻T5和T10之間示出。在正 常工作模式下，負(fù)載電流23足以在晶體管24的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)從電容器 22吸取電流，從而要求控制器30在給定的頻率下啟動晶體管24。在 輕負(fù)栽模式下，負(fù)載電流23減小而控制器30可在減少的頻率下操作 晶體管24并保持電容器22上的電荷。控制器30配置成在輕負(fù)載模 式下工作期間，減小開關(guān)驅(qū)動信號的頻率。時(shí)鐘電路44使用由計(jì)數(shù) 器49分頻的高頻振蕩器信號(O)以便形成用來置位鎖存器54的較 低頻率的時(shí)鐘(CK)信號。振蕩器46在大于CK信號的頻率的基本 上固定的頻率下工作。計(jì)數(shù)器49對來自振蕩器46的信號計(jì)數(shù)或者說 分頻，例如通過一個整數(shù)來分頻，強(qiáng)制計(jì)數(shù)器49的輸出為高。因此， CK信號的周期是振蕩器(O)信號的周期的倍數(shù)。在下文中將進(jìn)一 步看到，由控制電路58形成的控制信號(CP)選擇性地改變使CK 信號的周期與振蕩器信號(O)的周期相關(guān)的倍數(shù)。因此，時(shí)鐘電路 44配置成響應(yīng)于誤差(ER)信號的值與可變參考信號的值之間的差 別而改變時(shí)鐘(CK)信號的頻率。
控制電路58配置成形成閾值(Th)信號，該閾值信號用來復(fù)位 鎖存器54而控制開關(guān)驅(qū)動信號的接通時(shí)間，從而控制晶體管24的接 通時(shí)間。閾值信號(Th)與斜坡(RP)信號比較以便復(fù)位鎖存器54。 在下文中將進(jìn)一步看到，電路58被配置成響應(yīng)于誤差信號(ER)的 值與可變參考(VR)信號的值之間的差別，而使閾值(Th)信號的 值選擇性地形成為基本上等于誤差(ER)信號的值或基本上等于來自 發(fā)生器65的可變參考(VR)信號的值。因此，控制電路58配置成 或者選擇來自誤差信號放大器57的誤差信號作為閾值信號或者選擇 可變參考信號為閾值信號。
參考圖2和圖l,假設(shè)就在時(shí)刻TO之前，計(jì)數(shù)器49的輸出為低，且計(jì)數(shù)器49已經(jīng)計(jì)數(shù)了振蕩器46的N-l個負(fù)的轉(zhuǎn)變。在時(shí)刻T0，振蕩器46的輸出變低，這使計(jì)數(shù)器49計(jì)數(shù)并強(qiáng)制輸出為高。隨后，在時(shí)刻T1，振蕩器(O)信號變高。來自振蕩器46和計(jì)數(shù)器49的高信號強(qiáng)制門50的輸出為高。假設(shè)來自比較器59的CP信號為高，則來自門50的高電平強(qiáng)制門51的輸出為高以置位鎖存器54而強(qiáng)制Q輸出為高。高電平Q輸出激發(fā)單觸發(fā)器(OS) 47，單觸發(fā)器47復(fù)位計(jì)數(shù)器49，從而強(qiáng)制計(jì)數(shù)器49的輸出為低。來自計(jì)數(shù)器49的低電平強(qiáng)制門50的輸出為低，從而如在時(shí)刻T2所示出的，強(qiáng)制CK信號為低。結(jié)果，時(shí)鐘電路44形成了一個非常窄的CK信號，該信號被用來置位鎖存器54。來自鎖存器54的Q輸出的高電平還強(qiáng)制輸出33為高以在輸出33上啟動開關(guān)驅(qū)動信號的循環(huán)，這啟動晶體管24以向電感器16提供電流25。因此，在正常工作模式期間，CK信號的頻率基本上等于由計(jì)數(shù)器49的計(jì)數(shù)所分頻的振蕩器46的頻率(在下文中稱為"基頻，，)。舉例來說，如果振蕩器46在一兆赫茲(lMHz)下工作，而計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)為四(4)，則開關(guān)驅(qū)動信號的基頻應(yīng)約等于250千赫茲(250KHz)。
鎖存器54的高電平Q輸出還強(qiáng)制緩沖器55的輸出以及輸出33為高，從而啟動晶體管24以提供電感電流25流過電感器16。電流25的一部分對電容器22充電，而一部分可用于負(fù)載15。置位鎖存器54同樣強(qiáng)制鎖存器54的5輸出為低，這禁止晶體管71從而使電流源70能夠開始對電容器73充電，如在時(shí)刻T2由曲線130所示出的。對電容器73的充電形成斜坡信號的增加的值。
在正常工作期間，電感電流25的值是大的，從而，由放大器77接收的電流感測信號也是大的。可變參考發(fā)生器65從來自發(fā)生器42的參考信號的值中減去來自放大器77的輸出的感測信號(SS)的值
以形成可變參考(VR)信號。從發(fā)生器42的值減去放大器77的感測信號(SS)輸出使得形成的參考(VR)信號小于由發(fā)生器42所形成的值。發(fā)生器42的值和放大器77的增益通常被選擇成在正常工作模式下，誤差(ER)信號的值大于可變參考信號的值?？勺儏⒖?VR)信號的值所被選定的值使在斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下SD信號的接通時(shí)間基本上等于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下的接通時(shí)間。DCM，而不是突發(fā)模式，是這樣一種工作條件，其中SD信號的接通時(shí)間對于電感電流25來說足夠短而使之在兩個連續(xù)的SD信號的接通時(shí)間之間基本上為零。
在正常工作才莫式下，如在時(shí)刻T0-T4,曲線128-130以及132所示出的，比較器59的輸出和CP信號為高。來自比較器59的高電平的CP信號啟動晶體管61并通過反相器62禁止晶體管63從而將誤差信號耦合到節(jié)點(diǎn)64作為閾值(Th)信號。來自比較器59的高電平還使門51能夠受門50的輸出控制，因此，CK信號的頻率為基頻。
開關(guān)控制比較器68使斜坡信號與閾值信號比較，從而與誤差信號比較。當(dāng)斜坡信號的值增加到閾值信號的值(如在時(shí)刻T3,曲線128和130所示出的)，比較器68的輸出變高以復(fù)位鎖存器54。復(fù)位鎖存器54強(qiáng)制開關(guān)驅(qū)動信號為低(如在時(shí)刻T3，曲線120所示出的)以開始禁止晶體管24，從而終止了開關(guān)驅(qū)動信號的接通時(shí)間以及晶體管24的接通時(shí)間。因此，比較器68通過使斜坡信號與閾值信號比較，控制SD信號的接通時(shí)間。復(fù)位鎖存器54還強(qiáng)制5輸出為高，這啟動晶體管71并強(qiáng)制斜坡信號為低。在N次CK負(fù)轉(zhuǎn)變之后，計(jì)數(shù)器49再次變高而CK信號再次隨后變高以啟動另一個開關(guān)驅(qū)動信號(SD)循環(huán)。只要誤差信號的值保持大于來自發(fā)生器42的參考信號減去來自放大器77的SS信號的所得結(jié)果，控制器30就工作在正常工作模式下。
如果負(fù)載電流23的值減小，那么電流感測信號的值被減小而輸出電壓的值可增大，如由誤差信號的減小的值所示出的(見就在時(shí)刻T5之前的曲線128和129)。電感電流25的減小的值減小來自放大器77的感測信號(SS )的值，這增大了來自發(fā)生器65的可變參考(VR)信號的值，如就在時(shí)刻T5之后曲線128和129所示出。如就在時(shí)刻T5之前，曲線132所示出的，誤差信號的減小的值以及可變參考信號的增大的值強(qiáng)制比較器59的輸出為低。在時(shí)刻T5，斜坡信號增大到閾值信號(Th)的值而比較器68復(fù)位鎖存器54以終止接通時(shí)間并復(fù)位斜坡信號。
如由曲線116所示出的，在時(shí)刻T6，振蕩器(O)信號的第N個下降沿強(qiáng)制計(jì)數(shù)器49的輸出為高。振蕩器信號的下一個上升沿強(qiáng)制門50的輸出為高。然而，因?yàn)镋R信號小于VR信號，所以在比較器59的輸出上的CP信號保持為低，這使門51的輸出保持為低以防止啟動另一個開關(guān)驅(qū)動循環(huán)。因此，鎖存器54保持復(fù)位狀態(tài)。因?yàn)榫w管24沒有被啟動，電感電流25在時(shí)刻T5之后減小且在時(shí)刻T7附近基本上為零。因?yàn)樨?fù)栽15要求一些電流，所以由電容器22提供電流而輸出電壓的值減小(在T5與T7之間的曲線127)。如在時(shí)刻T5與T7之間，曲線128所示出的，輸出電壓的減小的值增大了誤差信號的值。在時(shí)刻T8,誤差(ER)信號變得大于VR信號的值，這強(qiáng)制比較器59的CP信號為高。高電平CP信號使門51能夠受門50的輸出的控制。因?yàn)橛?jì)數(shù)器49的輸出仍為高，所以振蕩器信號的下一個上升沿強(qiáng)制門51的輸出為高以置位鎖存器54,并在時(shí)刻T9啟動另一個開關(guān)驅(qū)動信號循環(huán)。這復(fù)位計(jì)數(shù)器49。如在T9時(shí)刻，曲線125所示出的，開關(guān)驅(qū)動信號啟動晶體管24以向負(fù)載15以及向電容器22提供電流25。此外，輸出電壓增大。輸出電壓的增大的值減小誤差信號直到在時(shí)刻T10誤差信號變得小于可變參考(VR)信號，這強(qiáng)制比較器的輸出上的CP信號再次為低，正如在時(shí)刻T10曲線132所示。斜坡信號繼續(xù)增大直到達(dá)到基本上等于Th信號(此情況下為可變參考信號)的值。選擇性地耦合誤差信號或可變參考信號中較大的信號以用于確定接通時(shí)間也有助于在電流25的范圍內(nèi)最小化電流25的值中的紋波的變化的量，從而減少輸出電壓中的紋波。因?yàn)閬碜园l(fā)生器42的信號的值以及放大器77的增益被選擇成在正常工作條件下，使可變參考信號的值接近誤差信號的值，所以在輕負(fù)載工作模式下的接通時(shí)間的值接近正常工作模式期間的接通時(shí)間的值。這有利于減少電流25中紋波的變化，從而減少輸出電壓中的紋波。同樣，選擇性地耦合誤差信號或可變參考信號中較大的信號以用于確定接通時(shí)間也有助使輕負(fù)載模式的接通時(shí)間接近正常工作模式的接通時(shí)間。
另外，可以看到，時(shí)鐘電路44響應(yīng)于ER信號的值與VR信號的值之間的差別，改變CK信號的頻率，從而改變CK信號的周期。還可看到，電路44是以振蕩器信號的周期的增量來改變CK信號的頻率的。
為促進(jìn)控制器30的這項(xiàng)功能，調(diào)節(jié)器41連接在輸入31和返回32之間。參考發(fā)生器43連接在調(diào)節(jié)器41的輸出40和返回32之間。參考發(fā)生器43的輸出連接到放大器57的非反相輸入。放大器57的反相輸入被連接成接收來自輸入36的VS信號。放大器57的輸入公共地連接到晶體管61的源極以及比較器59的非反相輸入。比較器59的反相輸入公共地連接到晶體管63的源極以及加法器66的輸出。參考發(fā)生器42的輸出連接到加法器66的第一輸入。加法器66的第二輸入或反相輸入連接到放大器77的輸出。放大器77的非反相輸入連接到輸入37而反相輸入連接到輸入38。比較器59的輸出公共地連接到門51的第一輸入，晶體管61的柵極以及反相器62的輸入，反相器62的輸出連接到晶體管63的柵極。晶體管63的漏極公共地連接到晶體管61的漏極以及比較器68的反相輸入。比較器68的非反相輸入連接到節(jié)點(diǎn)74。比較器68的輸出連接到鎖存器54的復(fù)位輸入。振蕩器46的輸出公共地連接到門50的第一輸入以及計(jì)數(shù)器49的時(shí)鐘輸入。計(jì)數(shù)器49的輸出連接到門50的笫二輸入。門50的輸出連接到門51的第二輸入，門51的輸出連接到鎖存器54的置位輸入。鎖存器54的Q輸出公共地連接到緩沖器55的輸入以及單觸發(fā)器47的輸入。單觸發(fā)器47的輸入連接到計(jì)數(shù)器49的復(fù)位輸入。緩沖器55的輸出連接到輸出33。鎖存器54的5輸出連接到晶體管71的柵極。晶體管71的漏極公共地連接到電流源70的輸出、節(jié)點(diǎn)74以及電容器73的第一端子。電容器73的第二端子公共地連接到晶體管71的源極以及偏移電路72的第一端子。偏移電路72的第二端子連接到返回32。電流源70的第二端子連接到調(diào)節(jié)器41的輸出40。
圖3示意性地示出了包括開關(guān)電源控制器102的電源系統(tǒng)100的一部分的實(shí)施方式，所述的開關(guān)電源控制器102是在圖l和圖2的說明中描述的電源控制器30的可供替換的實(shí)施方式?？刂破?02類似于控制器30,只不過控制器102使用由系統(tǒng)IOO要求的輸入功率的值來調(diào)整可變參考信號(VR)的值，從而幫助控制SD信號的接通時(shí)間。另外，控制器102的可變參考電路108包括參考電路107，參考電路107可改變由參考電路107形成的可變參考(VR)信號的值?？刂破?02還包括計(jì)算系統(tǒng)IOO使用的輸入功率的感測電路103。因?yàn)檩斎?8連接到輸出14,相對于返回32，在輸入38上的信號的值可用作表示輸出電壓的值的反饋信號。乘法器104使來自放大器77的輸出的電流感測信號乘以輸出電壓的值來形成表示由系統(tǒng)100提供的輸入功率的瞬時(shí)值的第四反饋信號或功率感測信號(PW)。功率感測信號(PW)包含了來自放大器77的輸出的信號，該信號表示電感電流25的瞬時(shí)值。緩沖器放大器105接收來自輸入38的反饋信《并形成表示輸出電壓的值的第二感測信號。加法器106將偏移電路72的值與第二感測信號相加以將電路72的電壓的變化包括到VR信號中。加法器66從來自電路107的可變參考信號的值中減去PW信號的值，以形成比較器59使用的參考信號(VR)。使用輸入功率的值來改變可變參考信號(VR)的值提供了對晶體管24的接通時(shí)間更精確的控制以及對輸出電壓中的紋波更精確的控制，特別是對具有寬范圍的輸出電壓的系統(tǒng)更是如此。如可看到的，這種方式通過響應(yīng)于輸出電壓的變化而改變VR信號以便響應(yīng)于輸出電壓的變化而改變接通時(shí)間，幫助DCM模式下的接通時(shí)間更加適應(yīng)輸出電壓的變化。
控制器102的斜坡電路109包括可變電流源110，代替控制器30的固定的電流源。可變電流源110響應(yīng)于輸入電壓的值而改變提供給電容器的電流值。改變來自源IIO的電流的值，隨輸入電壓的值變化而更精確地控制開關(guān)驅(qū)動信號的接通時(shí)間。對于在圖3中示出的控制器102的結(jié)構(gòu)，為此特定的接通時(shí)間條件選定的VR信號的值由下式給出
VR= ( ( Gvo國(Gi*I25 ) ) * ( Vo ) ) +V72 ( 1)
其中Gvo-從Vo到Ref42的輸出的電壓增益；
Gi——從輸入37/38到放大器77的輸出的增益；
125-電感電流25的值；以及
V72-偏移電路72的值。
方程1的Gvo項(xiàng)變?yōu)槊枋鲂逼滦盘柕淖畲蠓蹬c輸入電壓之間的常數(shù)比，而Gi項(xiàng)通常變?yōu)镚vo=Vrp/Vin，以及Gi=Vrp/ ( Vin*I23max)其中
Vrp——斜坡信號的最大幅值，Vin——輸入31與返回32之間的電壓，以及123max——在滿負(fù)荷條件下的負(fù)載電流23的值。因此方程(1)變?yōu)?br> VR= ( ( ( Vrp/Vin ) - ( Vrp/ ( Vin*I23max ) *123 ) ) * ( Vo ) ) +V72
(2)
為促進(jìn)控制器102的這項(xiàng)功能，放大器77的輸出連接到乘法器104的第一輸入，乘法器104的第二輸入連接到輸入38而乘法器104的輸出連接到加法器66的反相輸入。放大器105的輸入連接到輸入38而放大器105的輸出連接到加法器106的第一輸入，加法器106的第二輸入連接到電容器73的第二端子。加法器106的輸出連接到來自參考電路107的控制輸入。電流源110的控制輸入連接到輸入31。
圖4示意性地示出了包括開關(guān)電源控制器142的電源系統(tǒng)140的一部分的實(shí)施方式，所述的開關(guān)電源控制器142是在圖1和圖2的說明中描述的電源控制器30的可供替換的實(shí)施方式?？刂破?42類似于控制器30，只不過控制器142使用感測信號的值和輸入電壓來形成表示輸入功率的功率信號。輸入功率被用來改變由斜坡電路144形成的斜坡信號的轉(zhuǎn)換速率。斜坡電路144類似于斜坡電路69，只不過電路144包括代替控制器30的固定的電流源70的可變電流源145，以及還包括乘法器146。乘法器146接收來自放大器77的感測信號(SS)以及來自輸入31的輸入電壓并使兩者一起相乘以形成表示輸入功率的功率信號。電壓源147對放大器77的輸出施加偏移電壓以助于在通過電感器16的電流25變?yōu)榱銜r(shí)，保持斜坡信號的轉(zhuǎn)換速率大于零。來自乘法器146的輸入功率信號被用來響應(yīng)于輸入功率的變化，改變電流源145的值。改變來自源145的電流響應(yīng)于輸入功率的變化，改變斜坡信號的轉(zhuǎn)換速率。因?yàn)榭刂破?42形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，所以改變斜坡信號的轉(zhuǎn)換速率與改變來自發(fā)生器42的參考(VR)信號的值一樣，對誤差(ER)信號和CP信號具有相同的影響。
為促進(jìn)控制器142的這項(xiàng)功能，放大器77的輸出連接到源145的控制輸入。另外，參考發(fā)生器42的輸出連接到比較器59的反相輸入以及晶體管63的源極。
圖5示意性地示出了在半導(dǎo)體管芯151上形成的半導(dǎo)體器件或i:成電路150的實(shí)施方式的一部分的放大平面圖?？刂破?0在管芯151上形成。管芯151還可包括在圖5中為制圖簡單而沒有示出的其它電路?？刂破?0和器件或集成電路150通過半導(dǎo)體制造技術(shù)在管芯151上形成，這些技術(shù)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的。
鑒于上述全部內(nèi)容，明顯公開的是一種新穎的器件和方法。連同其它特征包括的是將電源控制器配置成響應(yīng)于感測信號改變參考信號之一以便控制由電源控制器形成的開關(guān)驅(qū)動信號的接通時(shí)間。電源控制器也可配置成選擇性地使用誤差信號或參考信號來改變接通時(shí)間。選擇性地使用誤差信號或參考信號減少使用該電源控制器的系統(tǒng)的輸出中的電流紋波?？晒┨鎿Q的，感測信號可用來改變用以幫助形成開關(guān)驅(qū)動信號的斜坡信號。這同樣減少輸出中的紋波。
雖然本發(fā)明的主題是用特定的優(yōu)選實(shí)施方式來描述的，但顯然對半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員來說許多替換和變化是明顯的。盡管本發(fā)明的主題使用了固定頻率的降壓型(buck)電源控制器的示例性的實(shí)施方式來描述，但本發(fā)明也適用于其他的電源結(jié)構(gòu)，例如一些變壓器隔離型結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到由控制器102形成的功率感測信號可用來改變控制器142的斜坡信號的轉(zhuǎn)換速率，而不是僅使用電流感測信號。另外，可變電流源110可用在控制器30或142中。此外，不可變電流源70也可用于控制器102。控制電路58的所示出的結(jié)構(gòu)是示例性的實(shí)施方式，示出的結(jié)構(gòu)就可由其他的電路結(jié)構(gòu)替換，只要這些結(jié)構(gòu)響應(yīng)于可變參考信號與誤差信號之間的差別而選擇性地將可變參考信號或誤差信號耦合到開關(guān)控制單元就可以。此外，為描述清楚而始終使用"連接"這個詞，但是，其被規(guī)定為與詞"耦合"具有相同的含義。相應(yīng)地，"連接"應(yīng)被解釋為包括直接連接或間接連接。
權(quán)利要求
1. 一種電源控制器，其包括時(shí)鐘電路，其配置成形成具有第一周期的時(shí)鐘信號；脈寬調(diào)制單元，其配置成接收所述時(shí)鐘信號并形成脈寬調(diào)制驅(qū)動信號來控制通過電感器的電流，以便將輸出電壓調(diào)節(jié)為期望值，所述脈寬調(diào)制驅(qū)動信號具有所述第一周期；第一輸入，其配置成接收表示所述輸出電壓的反饋信號；誤差電路，其配置成接收所述反饋信號并形成表示所述輸出電壓與所述期望值的差別的誤差信號；斜坡發(fā)生器，其配置成形成斜坡信號，其中所述斜坡信號具有所述第一周期；感測電路，其配置成形成表示通過所述電感器的所述電流的瞬時(shí)值的感測信號；參考電路，其配置成形成參考信號，其中所述參考電路配置成響應(yīng)于所述感測信號而改變所述參考信號的值；控制電路，其配置成形成是所述誤差信號或所述參考信號其中之一的閾值信號；以及脈寬調(diào)制比較器，其有源地被耦合成使所述斜坡信號與所述閾值信號比較而控制所述脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的接通時(shí)間。
2. 如權(quán)利要求1所述的電源控制器，其中所述控制電路配置成 響應(yīng)于所述誤差信號與所述參考信號之間的差別，選擇性地形成基本 上等于所述誤差信號或基本上等于所述參考信號的所述閾值信號。
3. 如權(quán)利要求2所述的電源控制器，其中所述控制電路包括比 較器，所述比較器被耦合以比較所述誤差信號并響應(yīng)地將所述誤差信 號或所述參考信號選定為所述閾值信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的電源控制器，其中所述感測電路被可操 作地耦合以使用所述感測信號形成表示由所述電源控制器提供的功 率的瞬時(shí)值的功率信號。
5. —種電源控制器，其包括時(shí)鐘電路，其配置成形成具有第一周期的時(shí)鐘信號；開關(guān)控制單元，其配置成接收所述時(shí)鐘信號并形成開關(guān)驅(qū)動信號來控制通過電感器的電流以便將輸出電壓調(diào)節(jié)為期望值，所述開關(guān)驅(qū) 動信號具有所述第一周期；反饋輸入，其配置成接收表示所述輸出電壓的反饋信號；誤差電路，其配置成接收所述反饋信號并形成表示所述輸出電壓 與所述期望值的差別的誤差信號；斜坡發(fā)生器，其配置成形成斜坡信號，其中所述斜坡信號具有所 述第一周期；參考電路，其配置成形成參考信號;以及感測電路，其配置成形成包含通過所述電感器的所述電流的瞬時(shí) 值的感測信號，其中所述電源控制器被可操作地耦合以響應(yīng)于所述感 測信號而改變所述參考信號或所述斜坡信號其中之一。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源控制器，其中所述感測電路被可操 作地耦合以形成表示由所述電源控制器提供的功率的瞬時(shí)值的所述 感測信號。
7. 如權(quán)利要求5所述的電源控制器，其中所述時(shí)鐘電路配置成 響應(yīng)于所述誤差信號與所述參考信號之間的差別，選擇性地改變所述 時(shí)鐘信號的頻率。
8. —種形成電源控制器的方法，其包括以下步驟配置所述電源控制器以形成斜坡信號并使用所述斜坡信號來形 成用于將輸出電壓調(diào)節(jié)為期望值的開關(guān)信號；配置所述電源控制器以接收表示電源系統(tǒng)的輸出的值的反饋信號；配置所述電源控制器以形成表示所述輸出電壓與期望值的差別的誤差信號;以及配置所述時(shí)鐘電路以形成具有基本上固定的持續(xù)時(shí)間的第一周 期的第一時(shí)鐘信號以及形成具有是所述第一周期倍數(shù)的第二周期的第二時(shí)鐘信號，并響應(yīng)于所述誤差信號與參考信號之間的差別改變所 述倍數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟配置所 述電源控制器以響應(yīng)于所述誤差信號與所述參考信號之間的所述差 別而選擇性地使用所述參考信號或所述誤差信號來調(diào)節(jié)所述開關(guān)信 號的占空比。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟可操作地耦合所述電源控制器以使所述斜坡信號與所述參考信號或所述誤 差信號其中之一比較從而調(diào)節(jié)所述占空比。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電源控制器形成方法及其結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施方式中，電源控制器被配置成選擇誤差信號或可變參考信號來控制電源控制器的開關(guān)輸出信號的接通時(shí)間。
文檔編號H02M1/14GK101546954SQ20091011801
公開日2009年9月30日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者剛 陳 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司