[发明专利]用于控制开关电源的设备

说明书

技术领域

所公开的是一种用于控制开关电源的装置；具体而言，所公开的是一种用于控制开关电源的装置，其中，在对开关电源(SMPS)电路进行驱动以便向负载提供稳定的电源电压时，利用了数字控制机制的数字脉宽调制器(DPWM)。

背景技术

一般而言，所有的电子设备很大程度上都利用低压差稳压器(LDO)或开关电源(SMPS)等电压调节器模块(VRM)来接收稳定的电源电压。然而，VRM现有的模拟控制方法设计起来复杂，应用范围有限，因此需要投入额外的时间和精力来研发VRM。为了克服这些缺陷，在最新进行的研究中，有相当一部分面向了基于数字控制的SMPS，除了用于调整外部输出的LC滤波器与少量离散元件以外，这种SMPS不需要大量的组件。

数字SMPS对于电源噪声的变化具有出色的免疫力，同时可以确保出色的稳态和动态性能，因此比模拟SMPS更容易实施。但是，数字SMPS需要高的工作频率，以便提高数字脉宽调制器(DPWM)的精度(分辨率)来稳定输出电压。为了克服这个缺陷，有许多研究已经面向基于计数器的DPWM、基于延时线的DPWM以及混合式DPWM。然而，这些DPWM要求高的工作频率(高功率)和大的表面区域，以确保高分辨率的占空比。

为了克服上述DPWM控制式SMPS的缺陷，最新的研究已经面向低功率和高频率运作的delta-sigma(Σ-Δ)调制器机制。然而，这种delta-sigma(Σ-Δ)调制器机制利用模拟-数字转换器(ADC)，因此对来自电源电压噪声以及噪声失真滤波器系数的影响很敏感，因此ADC的性能明显较低。此外，delta-sigma(Σ-Δ)调制器机制的电压控制环路带宽窄，因此需要提高动态响应特性。

作为相关技术，韩国专利公开案No.10-2010-0051881(开关电源及方法)，公开了一种开关电源及其方法，能够稳定SMPS电路的电压输出以防止因为负载变化所导致的输出电压纹波的增加而造成的系统性能降低。为了稳定SMPS电路的电压输出，接收与未来的负载变化有关的信息并对其取样，在这种情况中，没有利用开关-电容器延时机制的数字脉宽调制器是适用的。

韩国专利公开案No.10-2009-0051143(自校准数字脉宽调制器)公开了一种通过增强数控式SMPS电路的效率来稳定开关频率的混合型DPWM。然而，这种混合型DPWM本身要求高的工作频率(高功率)以及大的表面区域来实现高分辨率的占空比。

发明内容

技术问题

本发明提供一种用于控制开关电源的装置，这种装置通过利用新的基于开关式电容器延时的DPWM，可以传回类似于开环控制的结果，在这种DPWM中无需考虑与闭环控制机制相关的高的工作频率、大的表面区域以及动态响应特性。

本发明提供一种用于控制开关电源的装置，所述装置包括：将输出电压与参考电压比较的比较器；产生SMPS电路的内部芯片工作频率和开关频率的时钟产生器；基于开关式电容器延时的DPWM，其根据所述比较器的输出产生类似于开环控制的结果；以及设置在芯片上的数字控制器。

技术解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种通过调整开关占空比来控制开关电源(SMPS)的输出电压的装置，所述装置包括：比较器，所述比较器被配置成输出随所述SMPS的输出电压与参考电压之间的比较结果而变的状态信号；时钟产生器，所述时钟产生器被配置成产生所述SMPS的内部芯片工作频率和开关频率；数字控制器，所述数字控制器被配置成根据从所述比较器输入的所述状态信号而确定电流单元的开启/关闭；以及数字脉宽调制器(DPWM)，所述数字脉宽调制器被配置成根据所述电流单元的电流量来确定内部电容器的充电/放电时间，由此确定数字脉宽调制信号的占空比。

有益效果

根据上述本发明的各个方面，关于用于控制开关电源电路的装置而言，使用新型的基于开关式电容器延时的DPWM的SMPS电路可以防止因为过冲/下冲所导致的开环控制机制中可能发生的振荡现象，并且可以提供具有稳定的电源输出电压的负载系统，而无需考虑SMPS电路的动态响应特性。

此外，通过提供基于开关式电容器延时的DPWM以及控制其的数字控制器，即使在芯片内部工作频率为低的情况下仍可以提供高分辨率的占空比，并且可以防止时钟产生器快速运作而导致功耗或成为电磁干扰(EMI)源。