在電壓調(diào)節(jié)的開關(guān)模式電源中的電壓下降控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總的涉及開關(guān)模式電源（有時(shí)被稱為開關(guān)電源或開關(guān)式電源）領(lǐng)域，并且 更特別地，涉及輸出電壓調(diào)節(jié)的開關(guān)模式電源中的電壓下降的控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)模式電源（SMPS)是眾所周知的電源轉(zhuǎn)換器類型，其由于它的小尺寸和重量 以及例如，在個(gè)人計(jì)算機(jī)和諸如蜂窩電話的和便攜式電子裝置中的高效而具有多種多樣應(yīng) 用范圍。SMPS通過高頻率（通常為幾十至幾百kHz)地開關(guān)諸如功率MOSFET的一個(gè)或多個(gè) 開關(guān)元件以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所希望的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)，其中開關(guān)的頻率或者占 空比使用反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)。SMPS可以采取整流器（AC/DC轉(zhuǎn)換器）、DC/DC轉(zhuǎn)換器、變頻器 (AC/AC)或換流器的形式。
[0003] 如果單個(gè)SMPS的功率輸出能力對于給出的應(yīng)用是不足夠的，將多個(gè)SMPS并聯(lián)以 經(jīng)由公共輸出路線來向負(fù)載供電是可能的。不非輸出電壓調(diào)節(jié)的（特別是二極管整流DC/ DC轉(zhuǎn)換器）SMPS非常適合此類負(fù)載電流共享布置，因?yàn)槊恳粋€(gè)SMPS的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中的寄 生電阻通常促使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓隨著轉(zhuǎn)換器的輸出電流的增加而下降，即存在自然的輸 出電壓下降。每一個(gè)SMPS所表現(xiàn)出的下降通過有效調(diào)節(jié)SMPS的輸出電壓來促進(jìn)與系統(tǒng)中 其它SMPS的電流共享，以便對抗SMPS的輸出電流和系統(tǒng)中其它SMPS的輸出電流之間的任 何失調(diào)。因此，電壓下降特性允許并行SMPS共享向它們的負(fù)載平均地供應(yīng)電流的任務(wù)。在 這樣的并行SMPS系統(tǒng)，負(fù)載共享可以通過增加每一個(gè)SMPS所表現(xiàn)出的電壓下降的量以及 注意恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定每一個(gè)SMPS的初始設(shè)置（即在空載電流處的輸出電壓）來改進(jìn)。
[0004] 但是，存在許多這樣的SMPS應(yīng)用，其中，要向負(fù)載電路系統(tǒng)（例如CPU)供應(yīng)的 SMPS輸出電壓必須被調(diào)節(jié)以便維持在（通常非常低的）電壓帶以內(nèi)。例如，可以通過將指 示SMPS輸出電壓的信號(hào)反饋給SMPS的脈寬調(diào)制（PffM)控制器來實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，PffM控 制器監(jiān)控反饋信號(hào)并調(diào)整SMPS的（多個(gè)）開關(guān)元件的開關(guān)占空比，以便無論負(fù)載電流水平 是多少都將輸出電壓維持在預(yù)定值處。替代地，可以使用開關(guān)頻率控制器而不是PWM控制 器來控制SMPS的（多個(gè)）開關(guān)元件的開關(guān)頻率，以便無論負(fù)載電流水平是多少都將輸出電 壓維持在預(yù)定值處。由于它們的廣泛可用性，通常期望并行地運(yùn)行電壓調(diào)節(jié)的SMPS，以向具 有高電力需求的負(fù)載電路進(jìn)行饋送。然而，自然的輸出電壓下降的不存在使得在這樣的并 行系統(tǒng)中難以維持SMPS間的平均電流共享，并且因此在SMPS中引入某些形式的人工電壓 下降變得必要?，F(xiàn)在將參考圖1說明如何可以向調(diào)節(jié)的SMPS提供人工下降的簡化示例。
[0005] 圖1是包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)110的常規(guī)SMPS 100的示意圖，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)110具有一個(gè)或多 個(gè)有源開關(guān)設(shè)備（例如M0SFET)，該有源開關(guān)設(shè)備被控制為按照由PffM控制器120所設(shè)置 的開關(guān)占空比在傳導(dǎo)（"0N"）和非傳導(dǎo)（"OFF"）狀態(tài)之間切換。PffM控制器120基于指 示SMPS輸出電壓V ciut的反饋信號(hào)來確定占空比，從而使得對于任何給定的SMPS電流負(fù)載， 輸出電壓Vciu^被維持在基本上恒定的值。PffM控制器120被控制為通過電壓下降控制電 路130來提供電壓下降。更具體地，電壓下降控制電路130基于由電流感應(yīng)電路140生成 的指示SMPS輸出電流的信號(hào)來生成用于調(diào)整輸出電壓設(shè)定點(diǎn)（即輸出電壓目標(biāo)值）的下 降控制信號(hào)150, PffM控制器120使用該設(shè)定點(diǎn)來調(diào)節(jié)Vciutt3
[0006] 電流感應(yīng)電路140可以簡單地被配置為測量跨連接至SMPS 100的輸出的專用分 流電阻的電壓降，從而使得電壓下降控制電路130將所述電壓降接收為指示SMPS輸出電流 Iciut的信號(hào)。但是，使用分流器來測量I _具有降低電力傳動(dòng)系統(tǒng)110向SMPS 100的（多 個(gè)）輸出引腳的熱耦合、以及由于電阻損失而降低SMPS效率的缺點(diǎn)。
[0007] 在存在輸出扼流（例如正激拓?fù)銬C/DC轉(zhuǎn)換器以及其它）的開關(guān)模式電源中，可 以通過進(jìn)行例如在"簡單的消除感應(yīng)電阻的電流感應(yīng)技術(shù)"（"A Simple Current-Sense Technique Eliminating a Sense Resistor'，，Linfinity Application Note AN-7, Rev. I. 107/1998)中所描述的"無損"電流測量來避免這些問題。在這些情況下，電流 感應(yīng)電路140和電壓下降控制電路130可以被配置為如圖2中所示，而PffM控制器120可 以以圖3中示意性地示出的形式被提供。
[0008] 在圖2的示例中，電流感應(yīng)電路140包括電阻R。和電容C的串聯(lián)組合，電容C被 連接至SMPS 100的上方輸出路線，該串聯(lián)組合與具有電感L和寄生電阻&的輸出扼流并 聯(lián)。電壓下降控制電路130包括運(yùn)算放大器（"op-amp") 131，其反相㈠ 和同相⑴輸入 分別經(jīng)由電阻RjPR2跨電容C被連接。作為有源器件，op-amp 131需要從電壓源（未示 出）接收電力，以便能夠生成信號(hào)Va，該信號(hào)Va基于在反相（-)和同相（+)輸入處接收的 信號(hào)。信號(hào)V a是圖3中所示的向PffM控制器120的輸出，并且還經(jīng)由電阻R3被反饋至反相 輸入。在圖2中，指示輸出電流的信號(hào)與來自開關(guān)網(wǎng)絡(luò)110的大的方波以及高頻噪聲和由 開關(guān)引起的短毛刺重疊。信號(hào)的這些高頻分量通過由Rc和C提供的一階低通濾波器濾除。 要注意的是，差分放大器的參考（+)端子在輸出電壓V ciJ^，意味著需要前述電壓源來提供 比Vciut更高的供應(yīng)電壓用于op-amp 131。在下文將說明，在此示例中，PffM控制器120以接 地為參考，從而使得需要信號(hào)直流電平偏移，以便允許電壓下降控制電路130和PffM控 制器120-起工作。
[0009] 圖3示出PffM控制器120的細(xì)節(jié)，在本示例中，其可以包括采用PID調(diào)節(jié)器121的 示例性形式的輸出電壓調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器121可選地具有所謂的"Lucent微調(diào)"。PffM控制 器120還包括基于PID調(diào)節(jié)器121的輸出來生成用于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)110中受其控制的（多個(gè)） 開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路122。至PffM控制器120的信號(hào)V ciuJP Va輸入?yún)⒖挤€(wěn)定的、 通常為I. 25V的參考電壓Vraf。信號(hào)Va饋送至形成PID調(diào)節(jié)器121的一部分的op-ampl23 的反相輸入。在圖3中，V aux是用于給SMPS的內(nèi)部電子器件供電的可選輔助"后勤"電源， 并且在此示例中其用來在Vciut不存在時(shí)在上電期間向參考電壓二極管提供偏置電流。V aux 還可以比Vciut更小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明人已經(jīng)研究了具有調(diào)節(jié)的SMPS的電源系統(tǒng)的操作，該調(diào)節(jié)的SMPS具有如 上文所述的人工下降，這些調(diào)節(jié)的SMPS被并聯(lián)以經(jīng)由公共輸出線路給負(fù)載饋電，并且已經(jīng) 識(shí)別出迄今為止尚未被認(rèn)識(shí)到的、出現(xiàn)在此類系統(tǒng)中的問題；即，該系統(tǒng)具有可以嚴(yán)重降低 其效率和可靠性的不穩(wěn)定性。更具體地，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電源系統(tǒng)可以進(jìn)入以下操作模式： 在該模式中一個(gè)或多個(gè)SMPS接收（sink)(即經(jīng)由其輸出端接收）其它SMPS向輸出線路