CN100377483C - 具有温控开关频率的pwm控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制PWM控制器的振荡器开关频率的电路，该PWM控制器用于开关型电源，该电路包括提供信号的第一级，该信号与用于开关型电源控制器的温度有关；并包括具有一定振荡频率的振荡器，该振荡器响应于来自第一级的信号从而改变振荡频率使得该振荡频率在温度升高时减小，反之亦然。

Description

具有温控开关频率的PWM控制器
相关申请的交叉引用
本发明要求2004年8月18提交的名称为“PWM控制器中的温控”美国临时申请号为60/602，477的权益和优先权，其全部内容合并在此以供参考。
技术领域
本发明涉及一种开关型(switch mode)电源，尤其涉及一种利用脉宽调制以控制功率晶体管输出级导通时间(on time)的开关型电源控制器。在这样的开关型PWM控制器中，设计使用高开关频率以有利于在该频率下可以使用减小的电感/磁量。在高开关频率下运行的主要缺点是增加了开关和门驱动损耗，其导致较低的系统效率并增加了板(board)热量，即，温度升高。在一些申请中，出于可靠性和系统整体性的考虑，温度升高是不容许的。
背景技术
众所周知，在现有技术中一些PWM控制集成电路(IC)具有由此控制器进入滞后或“轻负载”模式的特点(feature)。控制器在低输出电流条件下进入该模式，并且调节器仅提供功率来保证输出电压。因此，该开关频率能够变化。该方法用于减小功率损耗以延长电池供电应用中的电池寿命。然而，该现有技术的电路不能在电路温度升高时提供减小的开关频率。此外，它应用于滞后模式的转换器由此功率晶体管导通仅用于保持输出电压。给予这种控制，该频率能够基于输出负载而变化。根据本发明，希望提供一种运行在脉宽调制模式的控制器，其中开关频率保持运行在一固定频率但作为温度变化的函数而改变。因此，与滞后转换器相比，其中滞后转换器的开关频率经常作为输出负载的函数而改变，而本发明则是在稳态PWM运行中基于温度变化而改变开关频率。
发明内容
根据本发明，PWM控制电路用于调节开关控制器的开关频率以调节电路的温度并保持系统整体性。所述电路可以是集成电路，该电路包括如下：
温度传感电路，其利用例如双极晶体管的半导体设备对温度的依从关系，以产生与绝对温度成正比的电流源。
放大电路，其起到电压控制电流源的作用。与绝对温度成正比的电流供给电阻以产生与绝对温度成正比的电压，该电压供给放大器的第一输入端，其第二输入端连接额定参考电压。该放大电路的输出是与温度成反比的电流。
振荡器，其使用与温度成反比的电流和电容器来调整开关频率。
在该电路，当系统温度升高时，其开关频率将因此而减小，从而减小功率损耗和温度，因此提供用于PWM开关控制器的温控(temperature regulation)电路。
根据上面描述，本发明包括用于控制PWM控制器中振荡器开关频率的电路，该PWM控制器用于开关型电源，该电路包括提供信号的第一级，该信号与用于开关型电源控制器温度有关；并包括具有一定振荡频率的振荡器，该振荡器响应于来自第一级的信号从而改变振荡频率使得该振荡频率在温度升高时减小，反之亦然。
依据下面的详细说明，本发明其它的目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
现在参考附图在下文中对本发明进行更详细的描述，其中图1示出了根据本发明电路的电路图，所述电路根据温度调节用于控制PWM开关频率的振荡器的开关频率。
具体实施方式
参考附图，图1示出根据本发明的电路。该电路包括三个部分：温度传感电路(sensing circuit)10、放大器20和振荡器30。
在例示的实施例中，温度传感电路是作为开关控制器的一部分从而使其响应于开关控制器电路的温度。所述开关控制器电路可以设置在集成电路组件(package)中，并控制开关型电源的输出级，该开关型电源可以包括至少一个例如功率MOSFET的功率输出晶体管，其在图中并未示出。然而，功率MOSFET通过来自控制器的脉宽调制信号来控制其栅极(gate)，所述控制器的开关频率由根据本发明的振荡器电路控制。输出晶体管的导通时间被脉宽调制以控制输出电压。在多个申请中，输出级将包括两个输出晶体管，所述晶体管交叉连接升压或降压配置中的DC母线电压以升高或降低该DC母线电压至所需的电压。然而，该开关型电源输出级可以是除了降压(buck)或升压(boost)级以外任何形式的开关型输出级。
参考图1，在例示的实施例中，温度传感级包括：双极晶体管Q1、Q2、Q3和Q4，在例示的实施例中，该NPN双极晶体管连接在电压源VCC和地之间。在电流产生电路中，Q3和Q4促使每个支线中的电流相等。例如，Q2比Q1大8倍，其产生Q1(Vbe1)Q2(Vbe2)之间电压差Vbe。该差值ΔVbe通过电阻R2显示并调整与绝对温度成正比的电流IPTAT，所述电流通过电流反射镜M1-M1反射并在电阻R3上产生与绝对温度成正比的电压。该电压流入GM放大器A，该放大器接着调整振荡器电流以调整转换器频率。
电阻R3上的电压与IPTAT成正比，并连接到跨导放大器A的反相输入端，放大器A的同相输入端连接到额定参考电压V1。放大器A的输出是与绝对温度成反比的电流IIPTAT并对振荡器30的电容器C1充电。当电容器C1上的电压增大超过比较器COMP的阈值V2时，比较器转换为高并将电压提供给振荡器电路的两个分支。在一个分支中包括非门(inverter)U6A和U7A，其提供通过电容器C2的延迟脉冲。未延迟信号和延迟信号连接到与门(AND)U9A并且延迟的上升沿连接到下一提供下降沿的非门级U8A。未延迟的上升沿和从U8A给出的延迟的下降沿连接到下一与门U10A以提供脉冲输出。所述脉冲输出返回提供给MOSFET M3的栅极以在延迟时间后对电容器放电，其允许电容器再次被电流IIPTAT充电以重新开始振荡周期(cycle)。根据电流IIPTAT的值，电容器将以与绝对温度成反比的速率进行充电。因此，如果温度升高，电容器将花费更长时间充电，从而减小开关频率。如果温度降低，电流IIPTAT的值增加，从而允许电容器更快充电，增大开关频率。振荡器的输出由OSCOUT表示。
因此，随着温度的升高，开关频率减小以降低开关损耗。
本发明具有以下优点：当在规定输出电压下仍提供满载电流时，其可以防止系统过热。减小的开关频率保持运行在固定频率(稳态)模式，其不会将多余的干扰引入该系统中。本发明可以利用在高频下可以采用较小的磁/电感元件而不需考虑系统过热的问题。
尽管本发明已经描述了其涉及的特殊实施例，但是许多其它的变化、修改和其它用途对本领域技术人员来说是显而易见的。因此本发明并不被限定在这里描述的具体公开内容中，而是通过附加权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于控制PWM控制器的振荡器开关频率的电路，该PWM控制器用于开关型电源，所述电路包括：
提供信号的第一级，该信号与用于开关型电源控制器的温度有关；以及
振荡器，该振荡器具有振荡频率并响应于来自第一级的信号从而改变振荡频率使得该振荡频率在温度升高时减小，在温度降低时增大。
2.如权利要求1所述的电路，其中第一级包括：
第一电路，其响应于控制器温度并提供与控制器绝对温度成正比的电流；以及
第二电路，其响应于来自第一电路与绝对温度成正比的电流并提供与绝对温度成反比的第二电流，其中与绝对温度成反比的电流被提供给振荡器，从而在温度升高时，所述振荡器的振荡频率减小。
3.如权利要求2所述的电路，其中第一电路包括至少一个双极晶体管，其响应于控制器的绝对温度；而其中第二电路包括具有反相输入端和同相输入端的放大级，并且与绝对温度成正比的电流流入连接到所述同相输入端的电阻，从而提供与绝对温度成正比的电压，由此所述放大器产生包括所述与绝对温度成反比的电流的输出。
4.如权利要求3所述的电路，其中所述与绝对温度成反比的电流对定时电容器充电，所述定时电容器连接到比较器的一个输入端，当通过所述电容器的电压超过连接到所述比较器的预定参考电压时，所述比较器提供输出。
5.如权利要求4所述的电路，其中所述振荡器电路包括至少一个延迟级以及在延迟级实现延迟时间之后对所述电容器进行放电的反馈线。
6.如权利要求5所述的电路，其中振荡器包括由反馈线控制的对所述电容器进行放电的控制开关。
7.一种用于控制PWM控制器的振荡器开关频率的方法，所述PWM控制器用于开关型电源，包括：
提供第一信号，该信号与用于开关型电源控制器的温度有关；以及
控制具有振荡频率的振荡器，所述振荡频率响应于来自第一级的信号从而改变振荡频率使得该振荡频率在温度升高时减小，在温度降低时增大。
8.如权利要求7所述的方法，其中提供第一信号的步骤包括：
提供与控制器绝对温度成正比的电流；以及
响应于与绝对温度成正比的电流，提供与绝对温度成反比的第二电流，并提供与绝对温度成反比的电流给振荡器使得该振荡频率在温度升高时减小。
9.如权利要求8所述的方法，其中提供与绝对温度成正比的电流的步骤包括：
提供至少一个响应于控制器绝对温度的双极晶体管；以及
提供具有反相输入端和同相输入端的放大器级，并且与绝对温度成正比的所述电流流入连接到所述同相输入端的电阻，从而提供与绝对温度成正比的电压，由此所述放大器产生包括与绝对温度成反比的所述电流的输出。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括使用与绝对温度成反比的电流对定时电容器进行充电，以及当通过所述电容器的电压超过连接到所述比较器的预定参考电压时，将通过所述定时电容器产生的电压提供给比较器的输入端以产生输出。
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