[发明专利]开关模式电源的控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关模式电源(SMPS)控制器和控制SMPS的方法。

背景技术

SMPS控制器控制开关(典型地，MOSFET)的操作，所述开关使电流流过线圈。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。这称作谷值切换。

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关。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耦合、并且经由第一二极管与存储电容器(reservoir capacitor)耦合的电容器。第二二极管耦合在电容器和第一二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WO2003/026117公开了一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，并且通过另一评估信号监测其差分电平。

发明内容

根据本发明的第一方面，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二预定阈值时产生用于接通开关的信号。

因此，本发明提出了一种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采样电容器放电，从而使采样电容器上的电压随着输入处的电压下降。这样，在第二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。