[发明专利]具有多种操作模式的控制电路的方法和装置

说明书

本申请是申请日为“2007年10月8日”、申请号为“200710192951.3”并且发明名称为“具有多种操作模式的控制电路的方法和装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及控制电路，更特别地，本发明涉及用于实现多种操作模式的功率变换器的控制电路。

背景技术

功率变换器控制电路可用于多种目的和应用。由于节能功率变换器解决方案的全球需要的不断增加，为符合这些需要的控制器电路功能性的需求也在不断增加。此外，大部分功率变换器应用具有成本指标。就形成集成电路的一部分的控制电路而言，内部安装有集成电路的封装将显著地增加控制电路的成本。控制电路使用的管脚或端子的数目影响到集成电路封装的成本。因此期望一种位于封装内的控制电路以实施能够达到节能指标的控制模式，同时具有低管脚数以满足功率变换器应用的成本指标。

节能功率变换器典型使用开关功率变换器配置，其中开关被耦合到控制电路和一能量传输元件。该能量传输元件可以为例如逆向变换器或正向变换器的功率变换器内的变压器或为其它功率变换器配置如buck，Cuk或SEPIC变换器内的单一电感。该控制电路控制开关的切换以调节由能量传输元件传输的电能以及传送到功率变换器的输出端的功率。

许多功率变换器控制方式实施两种或更多的控制模式。典型地，一种操作控制模式被应用于额定负载状态，其它模式被应用于轻负载，备用或无负载状态。被用于轻负载，备用和无负载状态的一种典型的操作控制模式被称作周期跳跃或脉冲串式控制。这些控制模式典型地通过在功率被传送到功率变换器的输出端的周期和传送到功率变换器的输出端的功率实质上为0的周期之间交替以维持功率变换器的一个输出参数的调节。在这种控制模式的类型里，传送到功率变换器的输出端的功率实质上为0的周期的时间被调节以维持输出参数，典型地为出现在功率变换器的输出端的输出电压。由于传送到功率变换器的输出端的功率实质上为0的周期通过暂停耦合到能量传输元件的开关的切换而获得，这些控制模式提高了功率变换器的效率并因此减少了功率变换器的能量损耗。在切换被暂停的周期内与开关的切换相关联的开关损耗因此被消除。

该操作的脉冲串式或周期跳跃模式适合于轻负载，备用或无负载状态。然而，新兴的节能标准需要在一个宽范围的负载状态下取得严格的功率变换器效率目标。在高负载状态下上述周期跳跃模式和脉冲串式控制方案是低效的，因为它们易于导致功率变换器的不稳定性，功率变换器输出电压的纹波和潜在的声波噪声的增加。

因此，在高负载状态下脉冲宽度调制(PWM)控制或占空比控制方案更为合适。出于公开的目的，该PWM或占空比控制方案被定义成不需要周期跳跃就可调节传输到功率变换器的输出端的功率的方案。该控制方案通过采用控制各种其它参数以调节传送到电源输出端的功率而避免了跳跃切换周期的需要。例如，电压模式控制采用一固定开关频率和在每个切换周期内变化开关的导通时间。该开关频率为开关的一个切换循环周期的倒数。开关导通时间和切换循环的整个周期的比率被称作占空比。

其它的常规控制方案为电流模式控制，采用一固定开关频率和变化一在开关导通时流过开关的电流的电流限制阈值。通过调节电流限制阈值，每个循环的能量被调节且传送到功率变换器输出端的功率被依次调节。

然而PWM或占空比控制方案的其它例子为固定导通时间而变化关断时间。虽然该控制方案的变化的关断时间使得切换循环时间产生变化，但该控制方案依然符合前述操作的PWM或占空比控制模式的定义，该切换循环时间周期为从一个切换循环到下一个切换循环逐渐变化以调节传送功率且没有跳跃周期。

还有其它的控制方案如固定关断时间而变化导通时间，谐振模式和准谐振模式都调节传送到功率变换器的输出端的功率而没有跳跃周期，而是通过变化与切换循环周期成比例的开关导通时间脉冲宽度来代替。再次，该开关导通时间与切换循环周期成比例被称作占空比。

各种情形下，对于本公开而言，虽然控制方案可导致在大量的切换循环内的切换周期的改变，但是它们都符合占空比控制操作模式的定义，它们都没有跳跃周期而且该切换循环时间周期在多个循环内逐渐改变以调节传送功率。因此，对于本公开而言，该通过变化开关导通时间与切换循环时间周期成比例来调节传送功率而没有周期跳跃的各种控制方案被称作占空比控制操作模式。可以知晓对于这些操作模式的替代描述可以为PWM操作模式。