[发明专利]开关电源的多模式切换方法及开关电源

说明书

技术领域

 本发明属于开关电源技术领域，具体地说，是涉及一种用于控制开关电源在多种工作模式中进行选择切换的控制方法及基于这种切换控制方法设计的开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，来使得其输出的电压保持恒定的一种电源,通常由MOSFET开关管和控制MOSFET通断的控制模块以及电压转换电路等部分组成。

目前的开关电源，按照控制方式的不同可以分为电压/电流控制方式、迟滞控制方式、恒定导通时间控制方式等。其中，电压/电流控制方式需要内部时钟，基于调制模式的不同，可以工作在脉冲宽度调制模式（Pulse Width Modulation，PWM）下、脉冲频率调制模式(Pulse Frequency Modulation，PFM)下或者跳周期调制模式(Pulse Skip Modulation，PSM)下。在PWM模式下，控制模块输出的开关频率固定，通过调整脉冲宽度来稳定输出电压。而在PFM模式或者PSM模式下，控制模块通过改变开关频率来满足负载电流的变化。由于PWM模式可以保持恒定的开关频率，因此在瞬态响应速度及噪声方面具有很好的性能，尤其适合应用在重载场合。而PFM和PSM这两种模式由于可以随负载电流的减小而降低开关频率，因此可以减小开关损耗，提高系统的转换效率，尤其适合在负载电流变化范围较大的场合中应用。

现有的开关电源，在设计过程中往往已经将其所基于的调制模式固定下来，也就是说，一款开关电源只能工作在一种调制模式下，通过接收负载电流的反馈值来调节其脉冲宽度（针对PWM模式）或者开关频率（针对PFM模式），进而实现其输出电压的稳定。这种设计方式导致技术人员需要事先根据应用场合的实际负载情况选择合适的开关电源进行系统电路的具体设计，通用性差，增加了技术人员的工作量。即便是某些开关电源可以根据负载的电流变化自适应地改变其工作模式，但对于某些需要强制开关电源工作在某一特定模式下的应用场合，这种开关电源仍无法满足应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源的多模式切换方法及开关电源，可以借助外部信号的控制来改变开关电源的工作模式，并强制开关电源工作在选定的工作模式下。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种开关电源的多模式切换方法，在开关电源上增设模式选择引脚，用于接收外部输入的模式选择信号；用于控制开关管通断的控制模块根据所述模式选择信号限定其输出的调制信号的类型，进而对开关电源的工作模式进行限制。

为了尽量控制开关电源的引脚数量，将所述模式选择信号设定为模拟信号，所述开关电源支持的工作模式为N种，所述N为大于1的整数；在开关电源中设置模式选择电路，利用所述模式选择电路将一路模拟量的模式选择信号处理成N路数字量的模式使能信号，传输至所述的控制模块，所述控制模块选定输出的调制信号的类型，控制开关电源工作在选定的工作模式下。

优选的，所述开关电源支持的工作模式包括脉冲宽度调制模式、脉冲频率调制模式和超声模式；利用所述模式选择电路转换输出的超声模式使能信号控制一超声计时器运行，设置所述超声计时器的计时时间小于50微秒，将超声计时器输出的计时脉冲发送至控制模块，进而将所述控制模块输出的脉冲频率调制信号的频率限制在20KHz以上，以避免出现音频噪声。

为了避免线路故障或者过载导致开关电源损坏，本发明的开关电源采集负载电流，并与设定的上限值进行比较，若负载电流超过上限值，则屏蔽N路所述的模式使能信号，使所述控制模块停止输出调制信号，进入保护状态。

另一方面，本发明提供了一种开关电源，包括开关管、用于控制所述开关管通断的控制模块以及与所述开关管连通的电压转换电路，在所述开关电源上增设有模式选择引脚，用于接收外部输入的模式选择信号；所述控制模块根据所述模式选择信号限定其输出的调制信号的类型，传输至所述的开关管，以对开关电源的工作模式进行限制后，经电压转换电路输出负载所需的电压。

为了尽可能地减少开关电源的引脚数量，所述模式选择信号优选设定为一路模拟信号，所述开关电源支持的工作模式为N种，所述N为大于1的整数；在开关电源中设置有模式选择电路，所述模式选择电路接收所述模式选择信号，并处理成N路数字量的模式使能信号，传输至所述的控制模块，限制所述控制模块输出的调制信号的类型，控制开关电源工作在选定的工作模式下。