[发明专利]在电压调节的开关模式电源中的电压下降控制

说明书

技术领域

本发明总的涉及开关模式电源(有时被称为开关电源或开关式电源)领域，并且更特别地，涉及输出电压调节的开关模式电源中的电压下降的控制。

背景技术

开关模式电源(SMPS)是众所周知的电源转换器类型，其由于它的小尺寸和重量以及例如，在个人计算机和诸如蜂窝电话的和便携式电子装置中的高效而具有多种多样应用范围。SMPS通过高频率(通常为几十至几百kHz)地开关诸如功率MOSFET的一个或多个开关元件以将输入电压转换为所希望的输出电压来实现这些优点，其中开关的频率或者占空比使用反馈信号来调节。SMPS可以采取整流器(AC/DC转换器)、DC/DC转换器、变频器(AC/AC)或换流器的形式。

如果单个SMPS的功率输出能力对于给出的应用是不足够的，将多个SMPS并联以经由公共输出路线来向负载供电是可能的。不非输出电压调节的(特别是二极管整流DC/DC转换器)SMPS非常适合此类负载电流共享布置，因为每一个SMPS的电力传动系统中的寄生电阻通常促使转换器的输出电压随着转换器的输出电流的增加而下降，即存在自然的输出电压下降。每一个SMPS所表现出的下降通过有效调节SMPS的输出电压来促进与系统中其它SMPS的电流共享，以便对抗SMPS的输出电流和系统中其它SMPS的输出电流之间的任何失调。因此，电压下降特性允许并行SMPS共享向它们的负载平均地供应电流的任务。在这样的并行SMPS系统，负载共享可以通过增加每一个SMPS所表现出的电压下降的量以及注意恰当地设定每一个SMPS的初始设置(即在空载电流处的输出电压)来改进。

但是，存在许多这样的SMPS应用，其中，要向负载电路系统(例如CPU)供应的SMPS输出电压必须被调节以便维持在(通常非常低的)电压带以内。例如，可以通过将指示SMPS输出电压的信号反馈给SMPS的脉宽调制(PWM)控制器来实现输出电压调节，PWM控制器监控反馈信号并调整SMPS的(多个)开关元件的开关占空比，以便无论负载电流水平是多少都将输出电压维持在预定值处。替代地，可以使用开关频率控制器而不是PWM控制器来控制SMPS的(多个)开关元件的开关频率，以便无论负载电流水平是多少都将输出电压维持在预定值处。由于它们的广泛可用性，通常期望并行地运行电压调节的SMPS，以向具有高电力需求的负载电路进行馈送。然而，自然的输出电压下降的不存在使得在这样的并行系统中难以维持SMPS间的平均电流共享，并且因此在SMPS中引入某些形式的人工电压下降变得必要。现在将参考图1说明如何可以向调节的SMPS提供人工下降的简化示例。

图1是包括开关网络110的常规SMPS 100的示意图，开关网络110具有一个或多个有源开关设备(例如MOSFET)，该有源开关设备被控制为按照由PWM控制器120所设置的开关占空比在传导(“ON”)和非传导(“OFF”)状态之间切换。PWM控制器120基于指示SMPS输出电压V_out的反馈信号来确定占空比，从而使得对于任何给定的SMPS电流负载，输出电压V_out都被维持在基本上恒定的值。PWM控制器120被控制为通过电压下降控制电路130来提供电压下降。更具体地，电压下降控制电路130基于由电流感应电路140生成的指示SMPS输出电流的信号来生成用于调整输出电压设定点(即输出电压目标值)的下降控制信号150，PWM控制器120使用该设定点来调节V_out。

电流感应电路140可以简单地被配置为测量跨连接至SMPS 100的输出的专用分流电阻的电压降，从而使得电压下降控制电路130将所述电压降接收为指示SMPS输出电流I_out的信号。但是，使用分流器来测量I_out具有降低电力传动系统110向SMPS 100的(多个)输出引脚的热耦合、以及由于电阻损失而降低SMPS效率的缺点。

在存在输出扼流(例如正激拓扑DC/DC转换器以及其它)的开关模式电源中，可以通过进行例如在“简单的消除感应电阻的电流感应技术”(“A Simple Current-Sense Technique Eliminating a Sense Resistor”，Linfinity Application Note AN-7,Rev.1.107/1998)中所描述的“无损”电流测量来避免这些问题。在这些情况下，电流感应电路140和电压下降控制电路130可以被配置为如图2中所示，而PWM控制器120可以以图3中示意性地示出的形式被提供。