[发明专利]用于电源控制器的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体电路和方法，更具体而言，涉及用于电源控制器的系统和方法。

背景技术

电源系统普遍存在于从计算机到汽车的许多电子应用中。一般而言，电源系统内的电压是通过操作加载有电感器或变压器执行直流/直流（DC/DC）、直流/交流（DC/AC）和/或交流/直流（AC/DC）转换而产生的。诸如降压（buck）转换器之类的DC-DC转换器在使用多个电源的系统中被使用。例如，在汽车系统中，额定操作在5V电源电压的微控制器可以使用诸如降压转换器之类的开关模式电源，以从12V的汽车电池产生本地的5V电源。可以通过使用耦合至DC电源的高侧开关晶体管驱动电感操作这类电源。通过变化开关晶体管处于导通状态期间的脉冲宽度进行控制电源的输出电压。

在许多应用中，开关功率转换器为负载提供恒定的电压。在一些系统中，功率转换器被配置为当输入电压、负载电流或任何其它相关参数以保持输出电压在给定的限制范围中的方式变化时执行其操作。例如，负载或线路瞬变可能需要快速反应时间。此任务可以通过测量输出电压和适配如峰值电流、开关频率、占空比或导通时间的控制量的电压控制器加以处理；使得所测量的输出电压接近期望的输出电压。

然而，快速响应电压瞬变可能会在电源加载有大的电容性负载时造成困难。在这种情况下，线路瞬变可能只影响功率转换器中输出电压中的小的变化。因此，具有高环路增益的线性控制器或敏感的非线性控制器可以用于响应这种瞬变。然而，高环路增益和敏感的控制器可能会增加不稳定操作的风险和减慢稳定时间。

发明内容

根据一个实施例，电源控制器包括被配置为耦合至电源的感测节点的误差信号输入、被配置为耦合至开关控制电路的控制输出、以及具有输入耦合至误差信号输入的控制电路。如果误差信号输入在第一范围中，控制电路被配置为提供第一可变限制信号，并根据误差信号输入调整第一可变限制信号。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合所附附图参考以下描述，其中：

图1示出了电源的等效控制图；

图2示出了一个实施例的电源控制器；

图3示出了另一实施例的电源控制器；

图4示出了又一实施例的电源控制器；

图5a-图5c示出了采用一个实施例的电源控制器的电源拓扑；

图6示出了一个实施例的方法的流程图；以及

图7a-图7c示出了一个实施例的模拟控制器。

具体实施方式

下面具体讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应当理解，本发明提供可以体现在各种各样的特定背景下的许多可应用的发明性概念。所讨论的特定实施例仅说明制造和使用本发明的特定方式，并非旨在限定本发明的范围。

将关于特定上下文中的实施例（即开关电源）描述本发明。然而，本发明可以应用于其它类型的电路和系统，例如，其它类型的电源、功率因子转换器（PFC）、以及总体控制和跟踪系统。

在一个实施例中，继电器式（bang-bang）控制器与线性控制器并行操作。在操作期间，线性控制器持续操作，而继电器式控制器的限制被调整为收敛至线性控制器的输出。在大的瞬变的情况下，继电器式控制器启动操作，并对瞬变快速作出反应。随着控制回路稳定，继电器式控制器的输出接近线性控制器的输出。一旦误差信号在线性调节器的输出的预定范围中，操作从继电器式控制器切换至线性控制器。因为当线性操作开始时，误差是有限的，而且因为线性控制器的状态已经被初始化，所以可以在一些实施例中实现平滑交接到线性操作。

可以使用开关网络实现实际的开关功率转换器，开关网络由诸如开关晶体管、二极管、电感、变压器，以及一些情况下的电容器之类的组件构成。然而，从系统的角度来看，开关模式电源可以被表示为图1中所示的系统100的框图。系统100具有表示电源控制器的控制器102。拓扑104表示包括开关、电感器、二极管等的电源的物理电路装置；负载106表示电源所视的负载。由模块104表示的电源拓扑可以是升压、降压-升压、回扫（flyback）、降压或任何其它拓扑。在诸如交错/多相、谐振、或桥式拓扑之类的一些拓扑中，若干电流可以在不同的时间对输出电容器C进行充电。用于说明和分析的目的，这些电流可以被表示为电流i_d。应当理解，虽然本文中的实施例的描述可以描述电源的抽象操作，但是本发明的实施例可以包括诸如上述的各种拓扑。