[发明专利]混合PWM和PFM的电流限制控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对通过引用整体结合于此的、于2007年8月28日 提交的第60/968,539号美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明主要地涉及电源控制器并且更具体地涉及使用脉冲宽度 调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两者的用于电源的混合控制 器。

背景技术

常规电源控制器使用金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)晶体管作为开关，例如通过引用整体结合于此的美国专 利6,972,969、于2007年5月7日提交的美国专利申请11/745,299和 于2006年11月9日提交的美国专利申请11/558,326。

然而，当使用双极结晶体管(BJT)切换器件而不是MOSFET 切换器件时以及当脉冲宽度调制(PWM)切换频率相对高(比如65 千赫(kHz)和以上)时不能直接使用常规系统中使用的输出电流限 制控制技术。如果PWM控制用于具有固定PWM切换时段的宽范围 的恒定电流(CC)模式以便维持恒定输出电流，则当输出电压减少 (例如从5伏特(V)到1V)时开关的接通时间(Ton)相应减少。 因而当输出电压低时，Ton时间可能变得很小。对于通常具有短暂的 导通和截止时间的功率MOSFET，这通常不成问题。然而当使用BJT 时，很窄的Ton时间可能引起控制问题并且降低CC电流限制的控制 精确性，因为BJT通常具有可能随着线路电压和负载而动态改变的长 得多的导通和截止时间。另外由于导通时间更长，这有效地变成最小 Ton时间。这一最小Ton时间要求也影响数字控制分辨率要求。

另一常规CC控制技术是通过使用恒定电流(CC)脉冲频率调 制(PFM)控制来实现的。通过将PFM用于CC控制，Ton时间基本 上是固定的，并且在输出电压减少时切换时段逐渐增加。在这一CC PFM控制技术中，仍然可以恒定地控制输出电流而不引起具有很窄 (短暂)的Ton时间的问题。然而，常规恒定电流PFM控制的一个 问题在于：当仍然有大量的能量从变压器初级侧转换到次级侧时，切 换频率可以减少至如下水平，该水平造成可能为人类所听到的声音， 比如当输出电压在1V以上时恒定电流电压约为1安培(A)，切换 频率在约30kHz以下。这一种声学噪声在一些应用如充电器中不可接 受，并且它在变压器制造期间需要特殊工艺以消除噪声，这增加了成 本和复杂度。

发明内容

本发明是一种使用脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制 (PFM)控制两者的混合恒定电流控制系统。当从恒定电压模式向恒 定电流模式转变时，本发明可以继续使用PWM进行控制。随后当电 压已经下降时，本发明向PFM模式平稳地转变。转变点是基于切换 频率和额定操作电压的。

本发明避免了很短(窄)的Ton时间，这保证借助双极结晶体 管(BJT)器件的精确恒定电流(CC)控制。本发明也避免了声学噪 声，因为切换频率维持于足够高的水平从而即使在经过变压器转换的 能量仍然很大而输出电压不是太低时仍可避免这样的声学噪声(例如 当输出电压在1伏特以上时切换频率为30kHz)。此外，输出电流限 制对电感与输入电压之比(Lm/Vin)的变化不敏感并且被最小化以防 泄漏电感。

说明书中描述的特征和优点并非囊括全部，并且具体而言，本 领域普通技术人员根据附图、说明书和权利要求将清楚许多附加特征 和优点。另外，应当注意说明书中所用言语已经主要出于可读和指导 目的而加以选择并且可能未被选择用来界定或者限制发明主题。

附图说明

图1是本发明的一个实施例操作于其中的电路的图示。

图2是示出了本发明的一个实施例如何操作的电压-电流曲线 图的图示。

图3是示出了本发明的一个实施例如何操作的峰值电压对输出 电压的曲线图的图示。

具体实施方式

现在参照附图来描述本发明的优选实施例，附图中相同参考标 号表示相同或者功能相似的要素。另外在附图中，各参考标号的最左 侧数字对应于首次使用该参考标号的附图。

说明书中对“一个实施例”或者“实施例”的引用意味着结合该实 施例描述的具体特征、结构或者特性包含于本发明的至少一个实施例 中。短语“在一个实施例中”在说明书中各处的出现未必都指代相同实 施例。