CN103762847A - 用于开关调节器的数字控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于开关调节器的数字控制的方法和装置。在一个方面，用于调整功率变换器输出端的输出电平的方法包括接收表示功率变换器输出端的输出电平的反馈信号。响应功率变换器的状态，而调整反馈信号或阈电平中的至少一个。产生具有第一反馈状态和第二反馈状态的反馈状态信号，第一反馈状态表示输出电平高于阈电平，而第二反馈状态表示输出电平低于阈电平。产生周期变化的占空因数信号。响应控制信号而允许或禁止能量从功率变换器的输入端流向功率变换器的输出端。控制信号响应占空因数信号并且响应第一和第二反馈状态之间的变化。控制信号还响应第一和第二反馈状态之间的变化。

Description

用于开关调节器的数字控制的方法和装置
分案中请说明
本申请是题为“用于开关调节器的数字控制的方法和装置”的母案申请(申请日为2006年8月25日、申请号为200610125658.0)的分案申请。
技术领域
本发明的实施例一般涉及电源，更准确地说，本发明实施例涉及电源输出的调整。
背景技术
电子设备利用稳压电源工作。由于其高效率和良好的输出功率调整的缘故，在许多现代电子设备中通常使用开关式电源。在已知的开关式电源中，利用开关式电源控制电路把低频(例如，50或60Hz基频)、高压交流(AC)转换成高频(例如，30至300KHz)AC。这种高频、高压AC加到变压器上转换成电压(通常转换成较低电压)，并提供安全隔离。变压器的输出被整流以便提供调节的直流输出，所述直流输出可以用来驱动电子设备。开关式电源控制电路通常通过检测输出并在闭环中控制它来提供输出调整。
开关式电源可以包括集成电路开关调节器，所述开关调节器可以包括耦合到变压器初级绕组的电源开关或晶体管。通过以由开关调节器控制的方式接通和断开功率晶体管而把能量传送给变压器的次级绕组，以便在直流输出端提供纯净和稳定的功率源。
在已知的开关调节器中，例如，在San Jose，California的PowerIntegration的美国专利No.6,226,190中描述的开关调节器的实施例中，对来自电源直流输出的输出端的反馈电流采样。当反馈电流低于调整阈值时，以恒定频率切换电源开关。当反馈电流高于调整阈值时，开关调节器截止，产生电源开关的跳跃(skipped)周期。在这种情况下，对于低功率解决方案，使用降低较少数目部件的电源有可能允许成本效益高的电源。所描述的电源实施例提供可以在不损失输出调整的情况下快速响应负载瞬变的电源。
但是如上所述，当开关调节器跳跃周期时，降低了开关调节器的结果工作频率。这样，开关调节器的工作频率随着开关周期跳跃周期而变化，以便调整电源的直流输出，同时，工作频率随着耦合到直流输出端的负载的减小而降低。一般地说，当这种类型的电源工作频率降低到声频范围内的频率(例如，20至20KHz)时，电源变压器可能产生不希望有的声频噪声。
为了解决这个问题，San Jose，California的Power Integration引入电源调节器，例如，在San Jose，California的Power Integration的美国专利No.6,525,514中描述的实施例，所述实施例利用接通/断开通过调整开关调节器的限流值来控制和降低轻负载时的声频噪声。在一个实施例中，所描述的开关调节器包括状态机，所述状态机根据驱动信号的前N个周期内来自电源输出端的反馈信号值模式(pattern)，调整开关调节器的限流值。所述状态机把轻负载下的限流值调整为较低，使得开关周期不被跳跃而把开关调节器的工作频率降低到声频范围，一直到通过变压器的通量密度足够低，足以降低声频噪声的产生。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电源调节器，包括：端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；元件，被连接成组合所述反馈信号和调制信号来生成经调整的反馈信号；比较器，被连接成接收所述经调整的反馈信号和阈值信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述经调整的反馈信号在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述经调整的反馈信号在所述阈电平以下的第二反馈状态；状态机和调制源，被连接成：响应于当前的反馈状态和先前的反馈状态，生成所述调制信号；以及控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种电源调节器，包括：端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；元件，被连接成组合所述反馈信号和调制信号来生成经调整的反馈信号；比较器，被连接成接收所述经调整的反馈信号和阈值信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述经调整的反馈信号在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述经调整的反馈信号在所述阈电平以下的第二反馈状态；状态机和调制源，被连接成生成所述调制信号，其中当所述反馈信号减小为使得所述反馈状态信号从低状态变化为高状态时，如果所述减小不足以将所述反馈状态信号保持在高状态，所述调制信号将所述反馈状态信号反转为它的前一个低状态；以及控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种电源调节器，包括：端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；元件，被连接成组合阈值信号和调制信号来生成经调整的阈值信号；比较器，被连接成接收所述经调整的阈值信号和所述反馈信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述反馈信号在经调整的阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述反馈信号在所述经调整的阈电平以下的第二反馈状态；状态机和调制源，被连接成：响应于当前的反馈状态和先前的反馈状态，生成所述调制信号；以及控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种电源调节器，包括：端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；元件，被连接成组合阈值信号和调制信号来生成经调整的阈值信号；比较器，被连接成接收所述经调整的阈值信号和所述反馈信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述反馈信号在经调整的阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述反馈信号在所述经调整的阈电平以下的第二反馈状态；状态机和调制源，被连接成生成所述调制信号，其中当所述反馈信号减小为使得所述反馈状态信号从低状态变化为高状态时，如果所述减小不足以将所述反馈状态信号保持在高状态，所述调制信号将所述反馈状态信号反转为它的前一个低状态；以及控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种电源调节器，包括：反馈电路，被连接到电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；比较器，被连接成接收所述反馈信号和阈值信号，并且被连接成输出反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；状态机，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号来响应于所述反馈状态信号的当前逻辑状态选择地调制所述阈值信号，其中所述状态机还被连接成响应于所述反馈状态信号的先前的逻辑状态和所述反馈状态信号的当前逻辑状态选择地调制所述阈值信号；以及控制电路，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号从而：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电源，包括：能量转换元件，被连接成将能量从所述电源的输入端转换到输出端；开关，被连接到所述能量转换元件来控制在所述电源的所述输入端和输出端之间的能量转换；反馈电路，被连接到所述电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；以及如权利要求1至4所述的电源调节器。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种电源，包括：能量转换元件，被连接成将能量从所述电源的输入端转换到输出端；开关，被连接到所述能量转换元件来控制在所述电源的所述输入端和输出端之间的能量转换；反馈电路，被连接到所述电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；比较器，被连接成接收所述反馈信号和阈值信号以提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；状态机，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号来响应于所述反馈状态信号选择地调制第一信号，其中所述第一信号是从由所述反馈信号和所述阈值信号组成的群组中选择的信号，其中所述状态机还被连接成响应于所述反馈状态信号的先前的逻辑状态选择地调制所述第一信号；以及控制电路，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号从而：响应于所述反馈状态信号，控制所述开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电源调节电路，包括：反馈电路，被连接到电源的输出端以生成表示在所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；比较器，被连接成接受所述反馈信号和阈值信号并且被连接成输出反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；调整电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号的当前逻辑状态，选择地调制所述阈值信号；以及控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
附图说明
附图中以举实例而非限制的方法详细地说明本发明。
图1是图解说明电源实施例的方框图，所述电源实施例包含按照本发明的传授的电源调节器的调整电路的实施例。
图2是图解说明按照本发明的传授的通过电源开关的电流的波形的实施例的示意图。
图3是图解说明按照本发明的传授的关于时钟、反馈信号以及电源调节器的开关电流的波形实施例的示意图。
图4是图解说明按照本发明的传授的在由于缺少调整电路系统而导致电源调节器的失真的反馈信号和结果开关电流的的情况下时钟脉冲的波形实施例的示意图。
图5A示出图解说明按照本发明的传授的时钟和反馈状态事件的波形实施例以及电源调节器实施例的调制源波形的各种实施例的示意图。
图5B示出图解说明按照本发明的传授的时钟和反馈状态事件的波形实施例以及电源调节器实施例的调制源波形的各种实施例的附加示意图。
图6A是图解说明按照本发明的传授的关于另一个电源实施例的波形实施例的方框图，所述另一个电源实施例包含电源调节器中调整电路的另一个实施例。
图6B示出按照本发明的传授的利用调制信号的信号波形实例的实施例。
图7A是图解说明按照本发明的传授的包含调整电路实施例的电源调节器的实施例的方框图。
图7B是表示按照本发明的传授的可以在图7A中找到的波形实例的示意图。
图8是图解说明按照本发明的传授的包含调整电路的另一个实施例的电源调节器的另一个实施例的方框图。
图9是图解说明按照本发明的传授的包含调整电路的还有另一个实施例的电源调节器的还有另一个实施例的方框图。
图10是图解说明按照本发明的传授的包含调整电路又一个实施例的电源调节器的又一个实施例的方框图。
具体实施方式
下面公开可以用于电源的电源调节器的各实施例。在下面的描述中，为了全面理解本发明我们陈述了许多特定的细节。但是对于本专业的普通技术人员来说，很明显，为了实现本发明不需要使用这些特定的细节。为了避免对本发明的混淆，没有详细描述与实现方案有关的众所周知的方法。
本说明书通篇引用的“一个实施例”是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性都包含在本发明的至少一个实施例中。因此，出现在本说明书各个地方的短语“在一个实施例中”并不需要都指同一个实施例。而且，特定特征、结构或特性可以用合适的方法组合在一个或多个实施例中。
图1是图解说明按照本发明的传授的电源101的实施例的方框图，电源101包含电源调节器103中的调整电路105的实施例。如图所示，电压VIN113连接到电源101的两个输入端上，并耦合到能量传输元件107的初级绕组109。在一个实施例中，筘位电路115耦合到初级绕组109的两端，以便对初级绕组109两端的电压进行筘位。在图解说明的实施例中，电源调节器103的第一端子117耦合到能量传输元件107，而第二端子119耦合到电源101的输入端。工作时，响应由电源调节器103的控制电路135产生的控制信号125，切换包括在电源调节器103中的电源开关123，以便把第一端子117耦合到第二端子119或者与其断开。在图解说明的实施例中，电源开关123的切换调节了从能量传输元件107的初级绕组109到次级绕组111的能量传输。在图解说明的实施例中，二极管127和电容器129耦合到电源101的输出端上的次级绕组111，使得耦合到电源101的输出端的负载131通过接收输出电压V0和输出电流I0而被供电。
如图解说明的实施例所示，反馈电路133耦合到电源101的输出端，以便产生反馈信号137，反馈信号137表示电源101的输出电平。为了本公开的目的，电源101的输出电平可以是电压、电流或电压和电流两者的组合。在一个实施例中，电源调节器103的第三端子121连接成接收反馈信号137。
如图1所示，电源调节器103还包括具有输出端143的比较器139的一个实施例，从输出端143产生输入端141和输入端145之间的比较结果。在图解说明的实施例中，输入端141连接成接收阈值UTH，而输入端145连接成对反馈信号137作出响应。如将讨论的，在一个实施例中，阈值UTH为断开阈值。工作时，比较器139的输出143是反馈状态信号124，在一个实施例中，反馈状态信号124起控制电路135的数字接通/断开信号或启动信号的作用。这样，当表示电源101的输出电平的输入端145的信号大于阈值UTH时，输出端143上的反馈状态信号124为第一状态。但是，当输入端145的信号小于阈值UTH时，输出端143上的反馈状态信号124为第二状态。在一个实施例中，反馈状态信号的第一和第二状态中的一种状态为逻辑高值，反馈状态信号124的第一和第二状态中的另一个状态为逻辑低值。反馈状态信号124连接成由控制电路135接收，控制电路135有助于控制电源101的调整。在一个实施例中，控制电路135还包括限流电路，所述限流电路连接成接收来自电源开关123的电流读出信号147。在一个实施例中，电流读出信号147表示通过电源开关123的电流ID126，控制电路135还利用电流读出信号147来帮助控制电源101的调整。
在一个实施例中，反馈信号137还通过比较器139的输入141和145的比较来表示电源101的输出比所需值大或小多少。如果输入145小于断开阈值UTH，那么比较器139的输出端143上的反馈状态124为数字高值，并且允许控制电路135操作电源开关123。如果输入145大于断开阈值UTH，那么比较器139的输出端143上的反馈状态124为数字低值，因而不允许控制电路135接通电源开关123。
在一个实施例中，控制电路135包括产生确定开关周期的时钟信号181的振荡器。控制电路135确定是否允许电源开关123在时钟周期中接通。当由控制电路135接收到的反馈状态信号124为逻辑高值时，允许控制电路135在开关周期开始时接通电源开关123。如上面概述的，控制电路135利用电流读出信号147检测通过电源开关123的电流ID126。在一个实施例中，电源开关123或者在最大的接通时间之后、或者在电源开关123的电流ID126达到最大值IMAX时断开。图2是图解说明通过电源开关123的电流ID126的典型波形的实施例的示意图。在一个实施例中，控制电路135通过使电源开关123在一些开关周期中断开来调整电源101的输出。
为了说明，图3是图解说明按照本发明的传授的关于控制电路的内部信号的时钟信号181、电源调节器的反馈信号137和开关电流ID126的波形实施例的示意图。在图3中图解说明的实施例中，假设反馈电路133具有理想特性，使得调制信号128基本上为0。具体地说，图3示出当反馈电路133具有高增益、宽带宽和没有延时(调制信号128基本上为0)的理想特性时，时钟信号181、反馈信号137和开关电流ID126的典型波形。电源开关123以这样的模式工作，所述工作模式由一些其中电源开关123接通的规则的时钟周期短间隔表征，所述规则的时钟周期短间隔由一些其中电源开关123处于断开的时钟周期间隔分隔开。对于任何一组输入和输出条件，存在电源开关123接通的时钟周期数目和给出电源101的所需调整输出的总时钟周期数目之间的比值。理想的工作模式是具有高基频的接通和断开时钟周期的重复模式，因为最高的基频给出最小的输出波纹幅度，因而降低了声频噪声的似然性。
实际上，反馈电路133的特征常常是不理想的。例如，反馈电路133中的低增益、窄带宽和延时会使反馈信号137失真，从而产生不希望有的接通和断开周期的模式。为了说明，图4是图解说明在不理想的反馈电路137导致失真的反馈信号137和不希望有的开关电流ID126的情况下时钟信号181的波形实施例的示意图。图4中假设调制信号128基本上为0。如图所示，电源开关123的切换出现在电源开关123接通的时钟周期的长时间间隔中，继之以电源开关123断开的时钟周期的长时间间隔。由于它们会产生大的输出波纹和声频噪声，所以这种分组脉冲模式是不希望有的。
按照本发明，在本发明的各种实施例中，改进了使用不理想的反馈电路的开关调节器的接通/断开控制。本发明实施例的采用的原理是利用与反馈信号比较的适当的非0调制信号128来临时修改反馈信号或阈电平，以便补偿由低增益、窄带宽和延时引起的失真。理想条件下反馈信号的时序和期望的特征的知识使补偿成为可能。
为了说明，我们把注意力返回对准包含在图1中的电源调节器103中的调整电路105。如所描述的实施例中所示，调整电路105包括耦合到调制源151的状态机149。在一个实施例中，调整电路105还包括耦合到调制源151并且连接成接收第三端子121的反馈信号137。在一个实施例中，元件153连接成把从调制源151输出的调制信号128与反馈信号137组合成比较器139的输入145。因此，按照本发明的传授，利用调制信号128来调整从元件153输出并且在输入端141上与阈电平UTH比较的反馈信号。例如，在一个实施例中，所述调整会在反馈信号的高值和低值之间出现一个约为低值80％的差值。因此，按照本发明的传授，调整了比较器139的输出端143上的反馈状态124的信号，所述信号在一个实施例中起控制电路135的数字接通/断开信号或启动信号的作用。在一个实施例中，按照本发明的传授，对反馈状态124的信号的调整往往使反馈状态124的信号从调整时的状态回复到紧接所述调整之前的状态。
工作时，状态机149在一个实施例中连接成从来自控制电路135的时钟信号181接收定时信息。此外，在一个实施例中，状态机149还连接成从在比较器139的输出端143上产生的反馈状态信号124接收电源101的状态信息。如图所示，按照本发明，状态机149使从调制源151输出的调制信号128被加到反馈信号137中。
图5A给出按照本发明的传授的相对于来自控制电路135的时钟信号181和来自输出端143的反馈状态信号124或启动事件的调制信号128的各种实施例的实例，调制信号128表示为MODULATION1、MODULATION2和MODULATION3。在一个实施例中，来自调制源151的调制信号128提供在反馈信号137中缺少的人工恢复信息的作用。按照本发明的传授，所述结果是改进开关周期的模式，开关周期模式在的改进提高了所述序列的基频、减小了输出波纹的幅度以及降低了来自电源调节器103的声频噪声的似然性。
如在图5A中图解说明的各种实施例中可以看到的，表示为MODULATION1的调制信号128的实施例是固定幅度的脉冲，在一个实施例中，所述固定幅度的脉冲是在状态机149的实施例以触发器的形式实现时产生的。相反，按照本发明的传授，MODULATION2的数字阶梯调制与状态机149和包括在调制源151中的电路系统一起产生另一个实施例，以便产生数字阶梯调制。按照本发明的传授，在还有另一个实施例中，MODULATION3的平滑非线性斜坡是由状态机149和调制源151的另一个实施例提供的MODULATION2的模拟变型。按照本发明的传授，在各种实施例中，可以根据反馈电路133的缺陷和电源调节器103的理想性能来选择不同的调制信号128。
图5A中调制信号128的各种实施例与图5B中图解说明的传统的滞后信号调制信号128不同。传统的滞后信号(在图5B中表示为HYSTERESIS1调制信号128)可以在两个取决于反馈状态124的值之间变化。滞后信号HYSTERESIS1调制信号128的值的变化与确定开关周期开始的时钟同步。当反馈信号137使反馈状态124从前一种状态改变到当前状态时，HYSTERESIS1调制信号128的起始作用是保持当前的状态。所述当前状态将保持到下一次反馈信号小于滞后信号的值为止。例如，当反馈信号137减小到使反馈状态124从低状态改变为高状态时，当反馈信号137增加一个小于HYSTERESIS1调制信号128的幅度的量时，HYSTERESIS1调制信号128与反馈信号137之和将使反馈状态124保持在高状态。虽然传统的滞后信号的变型可以具有大于1的值或可以随时间改变值，但是滞后信号的起始作用是保持反馈状态124的当前状态。
与传统的滞后信号相反，调制信号不局限于两个值，并且调制信号的值不仅仅由当前反馈状态137确定。调制信号的值可以由前一个反馈状态以及当前的反馈状态确定。调制信号的值可以以与当前状态无关或者与前一种状态无关的方式随时间变化。调制信号和传统的滞后信号之间的基本差别在于调制信号128与反馈信号137之和具有改变反馈状态124的起始作用，而HYSTERESIS1调制信号128与反馈信号137之和具有保持反馈状态124的起始作用。例如，当反馈信号137减小使反馈状态124从低状态变化到高状态时，如果反馈信号137的原始减小不足以使反馈状态124保持在高状态时，则调制信号128使反馈状态124回复到它以前的低状态。调制信号的起始作用与滞后信号的起始作用相反。
图6A是图解说明按照本发明的传授的电源601的另一个实施例的方框图，电源601包含电源调节器603中的调整电路605的另一个实施例。电源调节器603的实施例与图1中的电源调节器103的实施例相似。如图所示，电压VIN613耦合到电源601的输入端上，并耦合到能量传输元件607的初级绕组609。箝位电路615耦合到初级绕组609的两端，以便将初级绕组609两端的电压筘位。电源调节器603的第一端子617耦合到能量传输元件，而第二端子619耦合到电源601的输入端。工作时，对由电源调节器603的控制电路635产生的控制信号625作出响应，切换电源调节器603的电源开关623，以便把第一端子617耦合到第二端子619或者与其断开。电源开关623的切换调整了从能量传输元件607的初级绕组609到次级绕组611的能量传输。在图解说明的实施例中，二极管627和电容器629耦合到电源601的输出端上的次级绕组611，使得耦合到电源601的输出端的负载631通过接收输出电压V0和输出电流10而被供电。
如图解说明的实施例所示，反馈电路633耦合到电源601的输出端，以便产生反馈信号637，反馈信号637表示电源601的输出电平。在一个实施例中，电源调节器603的第三端子621连接成接收反馈信号637。
如图6A所示，电源调节器603还包括比较器639的一个实施例，比较器639具有输出端643，从输出端643产生输入641和输入645之间的比较结果。图1的电源调节器103的实施例和图6A的电源调节器603之间的一个差别是关于各自的比较器139和639的输入端。具体地说，参见图1，由于比较器139的输出143是响应于输入141和145之间的差值，因此，从阈值UTH减去调制将具有和把同一种调制附加到反馈信号137上相同的效果。
因此，返回参考图6A中图解说明的实施例，输入端645连接成接收第三端子621的反馈信号637，而输入端641耦合到元件653，元件653连接成把阈电平UTH与来自调制源651的调制信号628组合。按照本发明传授，在图6A中所示的实施例中，以从UTH减去调制信号628的形式图解说明元件653。在一个实施例中，所述调整使UTH的高值和低值之间的差值是低值的约80％。工作时，比较器639的输出643是反馈状态信号624，在一个实施例中，反馈状态信号624起控制电路635的数字接通/断开信号或启动信号的作用。因此，当输入端645上表示电源601的输出电平的信号大于调整后的阈电平UTH时，输出端643上的反馈状态信号624为第一状态，而当输入端645上的所述信号小于调整后的阈值UTH时，输出端643上的反馈状态信号624为第二状态。按照本发明的传授，在一个实施例中，对反馈状态信号624的调整会使反馈状态信号624从调整时的状态回复为紧接在所述调整前的状态。在一个实施例中，控制电路635包括限流电路，所述限流电路连接成接收来自电源开关623的电流读出信号647。在一个实施例中，电流读出信号647表示通过电源开关623的电流ID626，并且控制电路635也利用电流读出信号647帮助控制对电源601的调整。
在一个实施例中，图6A的调整电路605的操作和功能与图1的调整电路105的操作和功能相似，其差别在于调整阈电平UTH而不是调整反馈信号，如上所讨论的。如图所示，状态机649连接成接收来自控制电路635的时钟信号681和来自比较器639的输出端643的反馈状态信号624，以便控制调制源651的调制信号628。以图5中的MODULATION1、MODULATION2或MODULATION3的波形的形式图解说明调制信号628的各种实施例，按照本发明的传授，所述各波形可以由调整电路的调制源651的各个实施例产生。图6B示出一个实施例(所述实施例利用具有图5A中用MODULATION1图解说明的形式的调制信号628)的时钟信号681、比较器639的输入端的信号645和641以及开关电流ID626的波形。图6B的信号图解说明调制信号628的引入如何响应失真的反馈信号而产生希望有的接通和断开开关周期的模式。
图7A是图解说明电源调节器703的一个实施例的方框图，而图7B是示出按照本发明的传授的可以在图7A中找到的与波形对应的实例。如图解说明的实施例中所示，电源调节器包括耦合在漏极717和源极719之间的电源开关723。在一个实施例中，电源开关723包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。根据从“与”门785接收的控制信号725接通和断开电源开关723。“与”门785的输入包括锁存器799的输出、由欠压比较器763提供的旁路端子753的电压指示器信号765以及来自热断路电路761的热状态信号783。包括在电源调节器703中的振荡器787产生最大占空因数信号789，所述占空因数信号确定在每一个工作周期中电源开关723能够连接漏极717和源极719的最大时间。
在一个实施例中，热断路电路761监控电源调节器703的温度并且只要温度低于阈值温度就提供热状态信号783。在一个实施例中，阈值温度为135摄氏度。
在一个实施例中，锁存器799的输入包括“或”门793的输出信号797和“与”门791的输出信号795。当没有电流提供给反馈端子721时，就提供“与”门791的输出信号795。当从节点743接收到有源反馈状态信号724或启动信号时，“与”门791提供输出信号，并且振荡器787提供有源时钟信号781。此外，当提供给反馈端子721的电流小于电流源759的电流时，电流源759将把反馈状态信号724或启动信号拉到逻辑高状态。在一个实施例中，电流源759的电流为50微安。工作时，当来自节点743的反馈状态信号724或启动信号为高时，通过“与”门791将时钟信号781传送给锁存器799，从而设定锁存器799并允许所述周期通过并接通电源开关723。相反，当来自节点743的反馈状态信号724或启动信号为低时，它阻止时钟信号781设定锁存器799，并在所述周期中保持电源开关723断开。这样，当节点743的反馈状态信号724或启动信号为低时，“与”门791的输出信号795为频率基本上为0的振荡信号。当节点743的反馈状态信号724或启动信号不为低时，“与”门791的输出信号795为频率基本不为0的振荡信号。
在一个实施例中，电流读出信号747连接成读出通过电源开关723的电流ID726。限流阈值比较器767连接成接收电流读出信号747，并把它与VLIMIT769值比较。当通过电源开关723的电流ID726大于限流值时，电源开关723两端的电压(如利用电流读出信号747检测到的)将大于VLIMIT769，并且有源限流值信号706由比较器767输出。“与”门702连接成接收限流值信号706和前沿消隐电路704的信号。在一个实施例中，前沿消隐电路704根据检测限流值条件，在电源开关723接通之后的短时间内禁止“或”门793。工作时，当达到电流阈值限制信号706时或者在最大占空因数信号789处于断开状态的时间内，由“或”门793接收“与”门702的输出。工作时，当最大占空因数信号789为断开时，或者当达到由电流读出747检测到的限流值时，将提供“或”门793的输出信号797，以便断开电源开关723。
工作时，当由反馈端子721提供的电流把节点743上的启动信号(即反馈状态信号724)拉低时，电源开关723在下一个开关周期中保持断开，以便建立没有附加功率供给负载的状态。当由反馈端子721提供的电流下降到小于电流源759的电流时，由于电流源759运行的缘故，节点743上的反馈状态信号724(即启动信号)为高，因而当最大占空因数信号789的下一个接通周期的开始时电源开关723将重新开始运行。
在一个实施例中，包括电流源757的调整电路755起旁路充电电路的作用，并调整电压电平，所述电压电平在一个实施例中为外部耦合到旁路端子753的电容器的5.7伏。在一个实施例中，当电源开关723不导通时，这是通过对外部耦合到旁路端子753的电容器的充电来完成的。欠压电路763防止电源开关723再次导通，一直到旁路端子753上的电压达到所需的电压电平为止。
在图解说明的实施例中，按照本发明的传授，是通过响应状态机749经由开关753把电流源751可用开关控制地耦合到节点743来调整节点743上的反馈状态信号724或启动信号。在一个实施例中，按照本发明的传授，电流源751可以看作是调制源，而开关753可以看作是响应状态机749而可用开关控制地组合反馈信号和调制源的元件。如图解说明的，与电流源759同时地切换电流源751以便改变提供给节点743的电流。在一个实施例中，电流源751的电流为40微安，而电流源759的电流为50微安。在一个实施例中，状态机749接收来自节点743的反馈状态信号724或启动信号以及时钟信号781。在一个实施例中，状态机749包括逻辑电路，在一个实施例中，所述逻辑电路是触发器。因此，确定来自节点743的反馈状态信号724或启动信号是高还是低的反馈电流的值由来自电流源751的电流调制。在一个实施例中，反馈电流由脉冲调制。在另一个实施例中，所述电流由斜坡信号调制。在一个实施例中，按照本发明的传授，可以逐一地响应状态机749而与电流源759同时地切换多个电流源，以便调制提供给反馈端子721的电流。
图8是图解说明按照本发明的传授的电源调节器803的另一个实施例的方框图。如可以看到的，图8的电源调节器803与图7的电源调节器703相似。在图解说明的实施例中，电源调节器803在功能上与电源调节器703等价，并共享一些公用元件。如图所示，电源调节器803和电源调节器703之间的差别在于：电流源851经由开关853可用开关控制地连接成清除来自节点743或反馈端子721的电流，以便响应状态机849而调整来自节点743的反馈状态信号724或启动信号。在一个实施例中，电流源749的电流为90微安，而电流源851的电流为40微安。
具体地说，图8所示的实施例示出耦合到节点743和反馈端子721并且响应状态机849而切换的电流源851。状态机849接收来自节点743的反馈状态信号724或启动信号以及时钟781。在一个实施例中，状态机849包括逻辑电路，所述逻辑电路在一个实施例中是触发器。因此，按照本发明的传授，反馈端子721上的用于确定反馈状态信号724或启动信号是高还是低的反馈电流值由来自电流源851的电流调制。在一个实施例中，电流源851具有恒定的值，以便响应状态机849而从反馈端子721减去电流脉冲。在另一个实施例中，电流源851随时间增加或减小，以便响应状态机849而从反馈端子721减去斜坡信号。在一个实施例中，按照本发明的传授，可以逐一地响应状态机849而切换多个电流源，以便增加或清除来自反馈端子721的电流，调制确定来自节点743的反馈状态信号724或启动信号是高还是低的电流。
图9是图解说明按照本发明的传授的电源调节器903的还有另一个实施例的方框图。如图所示，开关调整电路903包括电源开关923，在一个实施例中电源开关923包括金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)，所述MOSFET耦合在漏极端子917和源极端子919之间。根据由控制电路产生的控制信号925而接通或断开电源开关923。在一个实施例中，控制信号925通过“与”门985输入到电源开关923的门电路。在一个实施例中，控制电路包括“与”门991和985、“或”门993、锁存器999、振荡器987、状态机电路系统910、限流调整电路系统912以及它们的关联的元件。”与”门985的输入包括锁存器999的输出、由欠压比较器963提供的旁路端子953的电压指示器965以及来自热断路电路961的热状态信号983。在一个实施例中，由振荡器987产生的最大占空因数信号989确定在每一个工作周期中电源开关923能够导通的最长时间。
当从反馈端子921拉出的电流大于由电流源959提供的启动阈值电流时，来自节点943的反馈状态信号924或启动信号将被拉到低状态。当从反馈端子921拉出的电流小于由电流源959提供的启动阈值电流时，来自节点943的反馈状态信号924或启动信号将被拉到高状态。如图所示，来自节点943的反馈状态信号924或启动信号还被连接成由状态机电路系统910接收。状态机电路系统910将把信号914发送到限流值(Ilim)调整电路系统912，在轻负载时把通过电源开关923的限流值IDRAIN916设定为较低或在重负载时把通过电源开关923的限流值IDRAIN916设定为较高。在一个实施例中，存在被包括在信号914中的三个信号914A、914B和914C。
在一个实施例中，限流调整电路系统912以数字阶跃方式调整限流值。向较高限流值状态的转变出现在来自节点943的N个连续的反馈状态信号924或启动信号的逻辑高的模式之后。向较低限流值状态的转变出现在来自节点943的N个连续的反馈状态信号924或启动信号的逻辑低的模式之后。在一个实施例中，N等于6。
在一个实施例中，锁存器999的输入包括“或”门993的输出信号997和“与”门991的输出信号995。“与”门991的输出信号995只有当反馈状态924和由振荡器987产生的时钟信号981都为高时才为高值。因此，当接收逻辑高信号943并且振荡器987提供时钟信号981时，“与”门991才提供输出。工作时，当信号943为高值时，时钟信号981由“与”门991传送给锁存器999，从而设置锁存器999并且允许所述周期通过并接通电源开关923。相反，当信号943为低值时，它阻止时钟信号981设置锁存器999，并且在所述周期中保持电源开关923断开。
在一个实施例中，当达到由信号906表示的电流阈值极限值时或者在最大占空因数信号989处于断开状态的时间内，提供“或”门993的输出信号997。工作时，或者当最大占空因数信号989为低或者当达到前沿消隐延时后信号906表示的限流值(这由前沿消隐电路904通过“与”门902确定)时，“或”门993的输出信号997为高值，以便断开电源开关923。
在一个实施例中，由限流调整电路系统912产生的信号947具有与电源开关923两端电压成比例的电压电平。限流值状态由状态机电路系统910产生的信号914A、914B和914C确定。在较高的限流值状态下，电流源限制调整电路系统912使信号947变成电源开关923两端电压的较低比例。在较低限流值状态下，限流调整电路系统912使信号947变成电源开关923两端电压的较高比例。然后，电流阈值比较器967把电流阈值限制电压VILIMIT969与设置电压信号947比较。如果电流阈值限制电压VILIMIT969高于信号947，那么就触发限流值信号，电源开关923断开，一直到下一个接通时间开始为止。
在一个实施例中，在电流接通的周期之后，当信号943拉低时开关调整电路903断开电源开关923，因而建立没有附加功率加到负载上的状态。因此，响应电源输出的信号943选择性地允许保持控制信号925的当前周期的接通时间，而不允许或禁止控制信号925的下一个周期的接通时间。当信号943被拉高时，在最大占空因数信号989的下一个接通周期开始的时候，电源开关923将重新开始操作。
在一个实施例中，包括从漏极917到旁路端子953的电流源的旁路充电电路或5.7伏调节器955调整从外部连接到旁路端子953的在某电压电平下(该电压电平在一个实施例中为5.7伏)的电容器的功率电平。这是在电源开关923不导通时，通过对从外部连接到旁路端子953的电容器充电来实现的。在一个实施例中，欠压比较器963防止电源开关923再次导通，一直到旁路端子953上的电压达到所需的电压电平为止。倒相器922将欠压比较器963的输出倒相。
在图解说明的实施例中，按照本发明的传授，通过响应状态机949经由开关953把电流源951可用开关控制地耦合到节点943来调整来自节点943的反馈状态信号924或启动信号。在一个实施例中，按照本发明的传授，可以把电流源951看作调制源，并且可以把开关953看作响应状态机949可用开关控制地把反馈端子921的反馈信号与调制源组合的元件。如图解说明的，电流源951与电流源959同时切换，以便改变向节点943提供的电流。在一个实施例中，电流源959的电流为50微安，而电流源951的电流为40微安。在一个实施例中，状态机949接收来自节点943的反馈状态信号924或启动信号和时钟981。在一个实施例中，状态机949包括逻辑电路，所述逻辑电路在一个实施例中包括触发器。因此，由来自电流源951的电流调制用于确定来自节点943的反馈状态信号924或启动信号为高还是为低的反馈电流值。在一个实施例中，反馈电流由脉冲调制。在另一个实施例中，所述电流由斜坡信号调制。按照本发明的传授，在一个实施例中，可以逐一地响应状态机949，与电流源959同时切换多个电流源，以便调制提供给反馈端子921的电流。
图10是图形说明按照本发明的传授的电源调节器的又一个实施例的方框图。如由图可以看到的，图10的电源调节器1003与图9的电源调节器903相似。在图解说明的实施例中，电源调节器1003在功能上与电源调节器903等价，并共享一些公用的元件。如图所示，电源调节器1003和电源调节器903之间的差别在于：电流源1051可以通过开关1053以可用开关控制的方式连接成清除来自节点943或反馈端子921的电流，以便响应状态机1049调整来自节点943的反馈状态信号924或启动信号。在一个实施例中，电流源959的电流为90微安，而电流源1051的电流为40微安。
具体地说，图10中所示的实施例表示耦合到节点943的并且响应状态机1049而切换到电流端子919的电流源1051。状态机1049接收来自节点943的反馈状态信号924或启动信号以及时钟981。在一个实施例中，状态机1049包括逻辑电路，所述逻辑电路在一个实施例中包括触发器。因此，按照本发明的传授，反馈端子921上的用于确定反馈状态信号924或启动信号为高还是为低的反馈电流值被电流源1051的电流调制。在一个实施例中，电流源1051具有恒定的值，以便响应状态机1049而从反馈端子921减去电流脉冲。在另一个实施例中，电流源1051随时间增加或减小，以便响应状态机1049而从反馈端子921减去斜坡信号。按照本发明传授，在一个实施例中，可以逐一地响应状态机1049而切换多个电流源，以便增加或清除来自反馈端子921的电流，调制用于确定来自节点943的反馈状态信号924或启动信号为高还是为低的电流。
在上面详细的描述中，参照特定的示范性实施例说明了本发明的方法和装置。但是显然，在不脱离本发明广泛的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，应当把本说明书和附图当作是说明性的而不是限制性的。

Claims (35)

1.一种电源调节器，包括：
端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
元件，被连接成组合所述反馈信号和调制信号来生成经调整的反馈信号；
比较器，被连接成接收所述经调整的反馈信号和阈值信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述经调整的反馈信号在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述经调整的反馈信号在所述阈电平以下的第二反馈状态；
状态机和调制源，被连接成：响应于当前的反馈状态和先前的反馈状态，生成所述调制信号；以及
控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
2.一种电源调节器，包括：
端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
元件，被连接成组合所述反馈信号和调制信号来生成经调整的反馈信号；
比较器，被连接成接收所述经调整的反馈信号和阈值信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述经调整的反馈信号在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述经调整的反馈信号在所述阈电平以下的第二反馈状态；
状态机和调制源，被连接成生成所述调制信号，其中当所述反馈信号减小为使得所述反馈状态信号从低状态变化为高状态时，如果所述减小不足以将所述反馈状态信号保持在高状态，所述调制信号将所述反馈状态信号反转为它的前一个低状态；以及
控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
3.一种电源调节器，包括：
端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
元件，被连接成组合阈值信号和调制信号来生成经调整的阈值信号；
比较器，被连接成接收所述经调整的阈值信号和所述反馈信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述反馈信号在经调整的阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述反馈信号在所述经调整的阈电平以下的第二反馈状态；
状态机和调制源，被连接成：响应于当前的反馈状态和先前的反馈状态，生成所述调制信号；以及
控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
4.一种电源调节器，包括：
端子，用于接收表示电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
元件，被连接成组合阈值信号和调制信号来生成经调整的阈值信号；
比较器，被连接成接收所述经调整的阈值信号和所述反馈信号来提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述反馈信号在经调整的阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述反馈信号在所述经调整的阈电平以下的第二反馈状态；
状态机和调制源，被连接成生成所述调制信号，其中当所述反馈信号减小为使得所述反馈状态信号从低状态变化为高状态时，如果所述减小不足以将所述反馈状态信号保持在高状态，所述调制信号将所述反馈状态信号反转为它的前一个低状态；以及
控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
5.一种电源调节器，包括：
反馈电路，被连接到电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
比较器，被连接成接收所述反馈信号和阈值信号，并且被连接成输出反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；
状态机，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号来响应于所述反馈状态信号的当前逻辑状态选择性地调制所述阈值信号，其中所述状态机还被连接成响应于所述反馈状态信号的先前的逻辑状态和所述反馈状态信号的当前逻辑状态选择性地调制所述阈值信号；以及
控制电路，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号从而：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
6.如权利要求5所述的电源调节器，还包括被连接到所述状态机并且被连接成生成所述调制信号来调整所述阈值信号的调制源。
7.如权利要求1、2或6所述的电源调节器，其中所述调制源包括被连接成调整所述反馈信号的电流源。
8.如权利要求1至4或者6所述的电源调节器，其中所述调制源是响应所述电源调节器的状态的数字源。
9.如权利要求1至4或者6所述的电源调节器，其中所述调制源是响应所述电源调节器的状态的模拟源。
10.如权利要求3、4或6所述的电源调节器，其中所述调制源包括被连接成调整所述阈电平的电流源。
11.如权利要求10所述的电源调节器，其中所述调制源是响应所述电源调节器的状态的数字源。
12.如权利要求10所述的电源调节器，其中所述调制源是响应所述电源调节器的状态的模拟源。
13.如权利要求1至5中任一项所述的电源调节器，其中所述控制电路还包括被连接成感知通过电源开关的电流的限流电路，所述控制电路响应于通过所述开关的所述电流来控制所述电源开关的切换。
14.如权利要求13所述的电源调节器，其中当通过所述电源开关的所述电流超过限流阈值时，所述限流电路被耦合为禁止切换所述电源开关。
15.如权利要求14所述的电源调节器，其中所述限流电路包括限流阈值调整电路，该限流阈值调整电路被连接成响应所述电源调节器的状态来调整所述限流阈值。
16.如权利要求15所述的电源调节器，其中所述限流阈值调整电路以数字阶跃的方式调整限流。
17.如权利要求15所述的电源调节器，其中响应于所述反馈状态信号在两个或更多个连续的切换周期处于第一反馈状态，所述限流阈值调整电路将所述限流调整为更高的限流。
18.如权利要求1至5中任一项所述的电源调节器，其中所述控制电路还包括旁路输出端，被连接到所述旁路输出端的电容以及在所述旁路输出端和所述电源开关之间耦合的调节器电路。
19.如权利要求1至5中任一项所述的电源调节器，其中所述控制电路还包括提供控制信号以控制所述电源开关的切换的锁存器，所述锁存器将响应于所述反馈状态信号被置位并且所述锁存器将响应于占空因数信号而被复位。
20.如权利要求2、4或5所述的电源调节器，其中所述状态机被耦合为：响应于所述反馈状态信号处于所述第一反馈状态还是处于所述第二反馈状态来调制所述反馈信号或者所述阈值信号。
21.如权利要求2、4或5所述的电源调节器，其中所述状态机被耦合为：响应于所述反馈状态信号的先前的反馈状态来调制所述第一信号。
22.如权利要求1至4或6所述的电源调节器，其中所述状态机包括触发器。
23.如权利要求1至4或6所述的电源调节器，其中所述调制信号包括固定幅度脉冲波形。
24.如权利要求1至4或6所述的电源调节器，其中所述调制信号包括数字阶跃调制波形。
25.如权利要求1至4或6所述的电源调节器，其中所述调制信号包括平滑非线性斜坡。
26.一种电源，包括：
能量转换元件，被连接成将能量从所述电源的输入端转换到输出端；
开关，被连接到所述能量转换元件来控制在所述电源的所述输入端和输出端之间的能量转换；
反馈电路，被连接到所述电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；以及
如权利要求1至4所述的电源调节器。
27.一种电源，包括：
能量转换元件，被连接成将能量从所述电源的输入端转换到输出端；
开关，被连接到所述能量转换元件来控制在所述电源的所述输入端和输出端之间的能量转换；
反馈电路，被连接到所述电源的输出端以生成表示所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
比较器，被连接成接收所述反馈信号和阈值信号以提供反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；
状态机，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号来响应于所述反馈状态信号选择性地调制第一信号，其中所述第一信号是从由所述反馈信号和所述阈值信号组成的群组中选择的信号，其中所述状态机还被连接成响应于所述反馈状态信号的先前的逻辑状态选择性地调制所述第一信号；以及
控制电路，被连接成从所述比较器接收所述反馈状态信号从而：响应于所述反馈状态信号，控制所述开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
28.一种电源调节电路，包括：
反馈电路，被连接到电源的输出端以生成表示在所述电源的输出端处的输出电平的反馈信号；
比较器，被连接成接受所述反馈信号和阈值信号并且被连接成输出反馈状态信号，该反馈状态信号具有表示所述电源的输出电平在阈电平以上的第一反馈状态以及表示所述电源的输出电平在所述阈电平以下的第二反馈状态；
调整电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号的当前逻辑状态，选择性地调制所述阈值信号；以及
控制电路，被连接成：响应于所述反馈状态信号，控制开关的切换来调节所述电源的所述输出电平。
29.如权利要求28所述的电源调节电路，其中所述调整电路包括被连接成调整所述阈值信号的状态机，其中所述状态机被连接成响应所述调整电路的先前状态和所述反馈状态信号的所述当前逻辑状态。
30.如权利要求29所述的电源调节电路，其中所述调整电路还包括被连接到所述状态机来调整所述阈值信号的调制源。
31.如权利要求29所述的电源调节电路，其中所述状态机包括触发器。
32.如权利要求30所述的电源调节电路，其中所述调制源包括被连接成调整所述阈值信号的电流源。
33.如权利要求29所述的电源调节电路，其中所述状态机被连接成：响应于所述反馈状态信号的所述当前逻辑状态为所述第二反馈状态并且所述反馈状态信号的先前状态为所述第一反馈状态，将所述阈值信号调整为第一电平；并且其中所述状态机被连接成：响应于所述反馈状态信号的所述当前逻辑状态为所述第一反馈状态并且所述反馈状态信号的所述先前状态为所述第二反馈状态，将所述阈值信号调整为第二电平。
34.如权利要求33所述的电源调节电路，其中所述第一电平高于所述第二电平。
35.如权利要求29所述的电源调节电路，其中所述调整电路还被连接成：响应于所述反馈状态信号的先前逻辑状态和所述反馈状态信号的所述当前逻辑状态，选择性地调制所述阈值信号。
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