CN101127495B - 用于为开关式电源提供控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于为开关式电源提供控制的系统和方法。根据实施例，本发明提供了用于调节电源转换器的系统。该系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件还被配置为在第一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。

Description

用于为开关式电源提供控制的系统和方法
技术领域
本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开关式电源转换系统中，包括离线反激(offline fly-back)变换器和正激(forward)变换器等。应当理解本发明具有很宽的应用范围。
背景技术
电源转换器被广泛地用在各种应用中，例如为便携式消费电子产品提供功率。电源转换器可以将电功率从一种形式转换为另一种形式。例如，电功率从交流(AC)变换为直流(DC)，从DC变换为AC，从AC变换为AC或者从DC变换为DC。另外，电源转换器可以将电功率从一种电压电平转换为另一电压电平。
过去已经开发了各种类型的电源转换器。例如，传统上将线性调节器用于电源转换器。线性调节器是基于工作在其“线性区域”的有源器件(例如双极结晶体管、场效应管或真空管)或基于工作在其击穿区域的像齐纳二极管之类的无源器件的电压调节器。调节器件被做成类似可变电阻器。虽然线性调节器已经用了很多年，但是其电源效率对于便携式电子产品来说通常是不够的。例如，由于电源效率低，所以对于便携式器件来说，线性调节器常常会浪费掉大量的能量并且产生过多的热量。
随着集成电路的出现，发明了开关式电源并且将其用在各种应用中。开关式电源通常用开关型调节器来实现，开关型调节器是快速地开关负载电流以稳定输出电压的内部控制电路。对于某些应用，开关式电源使用脉宽调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)机制。这些机制通常用包括各种保护组件的开关式控制器来实现。
近年来，电源系统通常被要求符合能量消耗的标准。例如，各种国际组织都强制实行节省能源的标准，例如“能源之星”、“蓝色天使”等。例如，这些标准要求电源具有较低的待机功率消耗(即在负载非常轻或零负载的条件下具有很高的电源效率)等。
过去已经开发了各种技术来降低各种形式的功率消耗。例如，已经开发了各种类型的待机功率消耗方案。遗憾的是，传统的技术通常是不合格的。
因此，希望得到用于电源系统的改进的系统和方法。
发明内容
本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开关式电源转换系统中，包括离线反激变换器和正激变换器等。应当理解本发明具有很宽的应用范围。
根据一个实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统，该系统包括信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理第一电压和第二电压，至少基于第一电压和第二电压确定信号，并且将信号发送到用于电源转换器的开关，至少基于信号调节所述开关。信号处理组件还被配置为：如果第一电压高于第一阈值，则确定信号与第一模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则确定信号与第二模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则确定信号与第三模式相关联，其中：如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频率调制；如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制；如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关闭合一段时间，并且其中第一电压是与电源转换器的输出相关联的反馈电压，第二电压是与电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，欠压同步阈值是使得电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
根据另一个实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括：接收第一电压；接收第二电压；处理第一电压和第二电压；至少基于第一电压和第二电压确定信号；至少基于信号调节用于电源转换器的开关；其中，至少基于第一电压和第二电压确定信号包括：如果第一电压高于第一阈值，则确定信号与第一模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则确定信号与第二模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则确定信号与第三模式相关联；其中调节用于电源转换器的开关包括：如果信号与第一模式相关联，则使开关被以第一频率调制；如果信号与第二模式相关联，则使开关不被调制；如果信号与第三模式相关联，则使开关闭合一段时间，并且其中第一电压是与电源转换器的输出相关联的反馈电压，第二电压是与电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，欠压同步阈值是使得电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
根据另一个实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统，该系统包括信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理第一电压和第二电压，至少基于第一电压和第二电压确定信号，并且将信号发送到用于电源转换器的开关，至少基于信号调节开关；其中信号处理组件还被配置为：如果第一电压高于第一阈值，则确定信号与第一模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则确定信号与第二模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则确定信号与第三模式相关联；其中：如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频率调制；如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制；如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关被以第二频率调制，并且其中第一电压是与电源转换器的输出相关联的反馈电压，第二电压是与电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，欠压同步阈值是使得电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
根据另一个实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括：接收第一电压；接收第二电压；处理第一电压和第二电压；至少基于第一电压和第二电压确定信号；至少基于信号调节用于电源转换器的开关；其中至少基于第一电压和第二电压确定信号包括：如果第一电压高于第一阈值，则确定信号与第一模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则确定信号与第二模式相关联；如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则确定信号与第三模式相关联；其中调节用于电源转换器的开关包括：如果信号与第一模式相关联，则使开关被以第一频率调制；如果信号与第二模式相关联，则使开关不被调制；如果信号与第三模式相关联，则使开关被以第二频率调制，并且其中第一电压是与电源转换器的输出相关联的反馈电压，第二电压是与电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，欠压同步阈值是使得电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
应当理解本发明提供了优于传统技术的各种优点。根据实施例，本发明提供了相对于传统技术来说更高能源效率的方案。例如，本发明减少了在电源的开关状态之间的变换次数。根据另一实施例，本发明提供了很大的电源控制窗口和很大的灵活性。例如，在确定电源的各种状态时使用了多个阈值电压阈值。另外还有其它的优点。
参考下面的详细描述和附图，可以更全面地理解本发明的各种附加目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出了传统电源系统的突发模式操作的简化示图。
图2是示出了传统的突发模式控制器的简化示图。
图3是示出了根据本发明实施例的电源系统的简化示图。
图4是示出了用于根据本发明实施例的电源系统的控制器模块的简化示图。
图5是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化示图。
图6是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化流程图。
图7是示出了根据本发明实施例的电源控制系统的操作的简化时序图。
在图8中，水平轴用来表示VFB电压电平，垂直轴用来表示PWM开关的频率。
图9是示出了根据本发明实施例的突发模式控制器组件的逻辑组件的简化示图。
图10是示出了根据本发明实施例的电源电压监视器的简化示图。
具体实施方式
本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可以应用于用于开关式电源的控制器。根据各种实施例，本发明提供了各种功率控制方案以减少待机功率消耗并且提高了系统的效率。仅仅作为示例，本发明可以被用在开关式电源转换系统中，包括离线反激变换器和正激变换器等。应当理解本发明具有很宽的应用范围。
如上所述，已经开发了用于高效的电源系统的各种技术。例如，传统的系统试图减少由电源系统中的变压器和感应器的铁心损耗所引起的开关功率和由缓冲器所引起的功率损耗。通常，功率损耗与开关事件有关。例如，高频率的开关通常会导致很高的开关功率损耗。传统的技术通常试图通过降低开关频率(例如使用较低的开关频率)来减少功率损耗。
遗憾的是，较低的开关频率可能带来各种设计的挑战和问题。例如，较低的频率开关设计常常使变压设计很困难。根据传统技术，为了解决低频率设计问题，要根据负载调节开关频率。例如，在负载较重时使用高频率，在负载较轻或零负载时使用低频率。因此，在保持负载较轻或零负载的情况下，减少了与频率相关的功率损耗。同时，如果需要可以在负载较重时使用较高频率。
降低频率通常会提高电源效率，尤其是在负载较轻或零负载的情况下，但是常常会导致其它类型的问题。例如，低频率有时可能会引起音频噪声。当开关频率降至音频范围时，系统常常会引起不可避免且不希望有的音频噪声。
为了提高电源效率并且减少音频噪声，各种传统的电源系统都使用突发模式技术。根据负载情况，跳过某些PWM周期并且电源系统的操作变为异步。
图1是示出了传统电源系统的突发模式操作的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。
在开机时间(Ton)110期间，PWM信号开启电源开关并使得能量被传递到负载。在关机时间(Toff)期间，PWM信号关闭电源开关，停止向负载传递能量。开关频率高于音频范围(即大于22KHz)。因此，不产生音频噪声。同时，减少了待机功率消耗。
图2是示出了传统的突发模式控制器的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。例如，突发控制系统200包括突发模式控制器210和PWM控制器220。来自图1的Ton和Toff信号与误差放大器输出(VFB)230相关联。当电源系统中的负载对功率的要求较低时，VFB处于较低的电压电平。当VFB电压小于预定的电压电平时，PWM控制器220停止开关操作。因此，没有能量被传递给负载，并且输出电压降低。通常，输出电压电平的降低会引起VFB电压电平的升高(即通过负反馈)。当VFB大于第二预定电平时，PWM控制器220重新开始开关操作。通过由PWM控制器开启和关闭开关，减少了系统的功率消耗。
遗憾的是，像突发控制系统200这样传统的系统常常具有各种缺点。例如，暂时停止开关可能会导致很长的响应时间。停止开关通常会导致输出电压和电源电压的降低，并最终引起很长的响应时间。例如，当电源电压降至低于欠压同步(under-voltage lockout，UVLO)阈值时，PWM控制器被关闭并开始新的启动周期。启动周期通常要花费几秒钟。在启动周期期间，输出电压可能是未调节的并且可能会降低。为了保证输出电压保持调节，常常需要将电源电压保持在UVLO阈值电压以上。通常，要求PWM突发脉冲的最小占空比(即预定的一段时间的工作周期)保持电源的稳定和能量平衡。例如，PWM的最小占空比被用于向电源系统传递足够的能量并且保持电源电压在UVLO阈值电压以上。
因此，可以理解本发明的各种实施例提供了具有扩展的范围和更高效率的突发模式控制方案。例如，在工作期间，突发模式控制监视器监视电源电压VDD和VFB电压。另外，根据本发明的电源系统防止电源电压降至UVLO阈值电压以下。同时，电源系统保留了突发模式操作的优点(例如电源效率等)。
图3是示出了根据本发明实施例的电源系统的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。电源系统300包括控制器模块310、电源305、初级绕组320、开关322、辅助绕组321和隔离反馈330等。控制器模块310被配置为基于电流检测(CS)信号和VFB电压等控制电源系统300的输出。
图4是示出了根据本发明实施例的电源系统的控制器模块的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。控制器模块310包括突发模式控制器模块311、PWM控制器模块314、时钟312、单次触发(one-shot)模块313和门驱动器316。突发模式控制器模块311接收来自输出(即VFB信号)和电源(VDD)的输入。PWM控制器模块314接收来自时钟312(例如用振荡器实现的)的输入、来自VFB信号的输入、来自CS信号的输入和来自突发模式控制器模块311的两个输入。
突发模式控制器模块311和PWM控制器模块314利用VFB信号来监视电源系统的输出。VFB信号是与系统的负载有关的反馈电压。例如，VFB信号是来自负载的负反馈电压。又如，VFB信号是来自负载的正反馈电压。PWM控制器模块314通过比较VFB信号和CS信号来控制脉宽，该脉宽决定要传送给输出的功率量。根据特定实施例，突发模式控制器模块311被配置为提供控制信号以开启或关闭PWM控制器模块314。例如，在负载较轻(或零负载)的情况下，VFB信号降低其幅度，并且VFB信号随着负载的增大而增大其幅度。
在工作时，突发模式控制器模块311监视VFB和VDD电压电平。例如，当VFB信号低于阈值电平时，突发模式控制器模块311进入突发模式。在突发模式下，PWM控制器模块314的输出被禁用，并且门驱动器316的输出也被禁用。开关322保持在“关闭”状态，直到VFB信号的电压升至阈值电压以上为止。例如，由于输出电压的降低引起VFB信号的电压升高。
当电源具有较轻负载或零负载时，VDD电压通常较低。这是因为VDD电压(如图3中所示)由辅助绕组312提供，辅助绕组312被电耦合到输出端(即初级绕组和次级绕组)。根据特定实施例，当VDD电压降至阈值电平以下时，突发模式控制器模块311启动单次触发信号。例如，突发模式控制器模块311使单次触发模块313向门驱动器316输出单次触发信号。仅仅作为示例，单次触发信号启动具有预定持续时间的脉冲，以使得该脉冲提供足够的能量而使VDD电压电平保持在阈值电平以上。单次触发信号使电源开关322处于“开启”状态，从而使得VDD电压电平被保持。根据另一特定实施例，突发模式控制器模块311开启PWM开关，直到VDD电压电平升至阈值电平以上为止。
电源系统的开关事件由时钟312所产生的时钟信号触发。如图4中所示，时钟312被配置为接收VFB信号和来自突发模式控制器模块311的输出。例如，时钟信号用时钟频率来表征。时钟频率可以被设为高频或低频。当VFB信号的电压低于阈值电压电平时(例如在负载较轻或零负载的情况下)，电源系统工作在突发模式和较低的开关频率下(即时钟频率被设为低频率)。当VFB信号的电压高于阈值电平时(例如在负载较重的情况下或者当负载增大时)，电源系统工作在突发模式和较高或正常的频率下(即时钟频率为高频率)。
图5是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。仅仅作为示例，图5示出了图3中的电源系统300的操作。如图5中所示，利用二维控制方案来实现本发明的实施例。应当注意根据本实施例的二维控制方案优于传统的一维控制方案。
根据特定实施例的电源系统工作在四个象限中。基于VFB电压和VDD电压确定这四个象限。例如，VFB信号是反馈电压信号，VDD电压是电源电压。应当理解坐标轴代表阈值电压。例如，在两个坐标轴的交叉点处，VFB电压和VDD电压为非零的正值。根据特定实施例，水平轴代表VFB电压的阈值电压。根据另一实施例，如果有多个针对VFB电压的阈值电压，则可以有多个水平轴。类似地，垂直轴代表VDD电压的阈值电压。
在第I象限中，电源系统工作在正常操作模式下。例如，VDD和VFB电压都为高电压，并且PWM开关被开启。
在第II象限中，VFB电压为高电压，而VDD电压为低电压。例如，即使当VDD电压非常低时PWM开关也被开启。
在第III象限中，VFB电压和VDD电压都为低电压。例如，由单次触发控制器模块(例如图4中的单次触发控制器模块313)提供一个脉冲。又如，电源系统的开关被PWM控制器模块暂时性地开启。
在第IV象限中，VFB电压为低电压，VDD电压为高电压，这通常意味着负载非常轻或者负载为零。例如，响应于较轻的负载或零负载，PWM开关被关闭以保持电源系统的平衡。又如，当VFB电压非常低时，PWM开关工作在高于音频的非常低的频率处。
图6是示出了根据本发明实施例的电源系统的操作的简化流程图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。例如，该流程图中的各个步骤都可以添加、删除、替换、重复、覆盖和部分覆盖。
在步骤601处，系统启动。例如，如图3中所示的各种组件被加电并启动。根据特定实施例，各种控制组件的逻辑和算法被进行适当的初始化。根据另一示例，各种电组件被适当地充电到所需要的状态。
在步骤602中，系统工作在正常工作模式下。根据特定实施例，为了工作在正常工作模式下，需要两个条件。第一，电源电压VDD必须大于UVLO(ON)电压(例如欠压同步电压)与Vth2(即预定的阈值电压)的和。第二，VFB电压大于阈值电压V_bur_L(即用于突发模式控制的预定阈值电压)。例如，当系统工作在正常工作模式下时，电源调节由图4中的PWM控制器模块314控制。应当理解，可以根据特定的应用设置所需要的阈值电压。
在工作期间，系统的各个组件的电压电平可以变化。例如，VFB电压可以上升或下降。又如，电源电压VDD也可以变化。
在步骤604中，系统确定电源电压VDD是否大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以及VFB电压是否小于阈值电压V_bur_L。通常，当VFB电压小于阈值电压V_bur_L时，系统工作在较轻的负载下，并且通常希望系统进入突发模式。例如，在突发模式工作期间，系统通常消耗较少的功率。如果电源电压VDD大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和并且VFB电压小于阈值电压V_bur_L，则在步骤605中系统工作在突发模式中。根据特定实施例，图4中的突发模式控制器模块311提供使系统进入突发模式的突发模式信号。
根据特定实施例，在步骤605中，PWM开关被关闭，并且系统工作在突发模式中。根据另一实施例，在步骤605中，PWM开关工作在相比正常工作模式低得多的频率处。根据应用，当PWM开关被关闭或工作在较低的频率处时，系统在突发模式中消耗较少的能量。在突发模式操作期间，向电源电压VDD提供很少的能量或者不向其提供能量。因此，在突发模式操作期间，电源电压VDD降低。例如，突发模式控制器模块311控制系统的突发模式操作。根据特定实施例，突发模式控制器模块311被配置为开启或关闭PWM开关。
在步骤606中，系统确定电源电压VDD是否降至UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以下。例如，当VDD太低时，系统不能正常工作。如果电源电压VDD低于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和，则系统进入步骤607。如果电源电压VDD高于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和，则系统进入步骤608。
在步骤607中，提供能量以确保VDD电压升高到UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以上。应当理解通过确保VDD电压高于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和，VDD将不会降至UVLO(ON)电压以下，这决定了电源系统是否被重启。根据特定实施例，PWM开关被图4中的PWM控制器模块314启动。例如，突发模式控制器模块311发送启动PWM开关的信号。在PWM开关被启动以后，VDD电压升高。PWM开关保持开启，直到在步骤603中VDD电压大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和为止。例如，随着负载和VDD电压的增大，VFB电压也增大。当VFB电压大于V_bur_H电压(即用于突发模式控制的预定阈值电压)时，系统停止工作在突发模式中，并且工作在正常模式。
根据另一实施例，单次触发控制器模块向电源系统的开关提供脉冲，使得VDD电压升高到UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以上。
在步骤608中(即在确定VDD电压高于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以后)，将VFB电压与V_bur_H电压相比较。如果VFB电压高于阈值电压V_bur_H(例如系统中的负载较重)，则系统停止工作在突发模式中，并且工作在正常模式中。另一方面，如果VFB电压低于V_bur_H电压，则系统保持在突发模式中。
应当理解图6仅仅提供了特定的示例。可以有多种变化、替换和修改。例如，可以使用各种阈值电压。
为了进一步地说明电源控制系统的操作，给出了图7。图7是示出了电源控制系统的操作的简化时序图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。例如，图7示出了如图3中所示的系统300的操作。
在T1处，系统工作在正常模式下(即使用PWM开关)。VFB电压高于V_bur_H电压，电源电压VDD大于UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和，并且系统工作在正常模式下(例如常规的PWM开关模式)。例如，系统工作在如图6的步骤602中所描述的正常模式下。根据应用，在正常工作模式期间，PWM控制器模块314控制PWM开关操作。
在T1和T2之间，系统继续工作在正常模式下。在T2处，当VFB电压降至V_bur_H电压以下时(这意味着系统中的负载较轻或很小)，系统停止工作在正常模式下。例如，系统工作在突发模式下以保存能量。根据应用，图4中的系统突发模式控制器模块311控制突发模式操作。
在T2和T3之间，系统继续工作在突发模式下。例如，在T2和T3之间的时间中，由于突发模式操作，VDD电压降低。在T2和T3之间的某个时间处，VFB升高。例如，附加负载被连接到系统中。
在T3处，VDD电压降至UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以下。作为响应，系统开启PWM开关。根据应用，PWM操作由如图4中所示的PWM控制器模块314和/或单次触发控制器模块313控制。
在T3和T4之间，PWM开关开启。例如，PWM开关保持开启，直到在T4处VDD电压升至UVLO(ON)电压与阈值电压Vth2的和以上为止。例如，T3和T4之间的系统操作在图6的步骤607和603中被示出。在T4处，系统再一次关闭PWM开关，并且工作在突发模式中以保存能量。例如，突发模式操作由图4中的突发模式控制器模块311控制。
在T4和T5之间，系统工作在突发模式中。在T5处，VFB电压升至阈值电压V_bur_H以上。例如，VFB电压因连接到系统的负载的增大而增大。例如，为了能够向负载提供足够的能量，系统开启PWM开关，并且重新开始正常的工作模式。
应当理解图7仅仅提供了示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。例如，如图7中所示的VDD和VFB电压仅仅提供了系统操作的示例。
图8是示出了根据本发明实施例的突发模式操作的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。
在图8中，水平轴用于表示VFB电压电平，垂直轴用于表示PWM开关的频率。根据应用，PWM开关可以工作在两种频率下：正常频率(即如图8所示的Fosc_normal)和低频率(即如图8所示的Fosc_low)。例如，低频率仍然在22kHz的音频范围以上。根据特定的实施例，PWM开关工作在两种模式下：开启和关闭。
PWM开关的频率和/或模式取决于VFB电压。如图8中所示，对于VFB电压来说有两个阈值电平(即如图8中所示的Vth1和Vth2)。根据实施例，VFB电压降至阈值电压Vth1以下会使PWM开关停止工作，VFB电压上升重新工作在正常频率下。
可以有多种方法来实现图3到图8中所描述的系统。例如，用数字逻辑控制器件来实现PWM控制器模块、单次触发控制器模块和突发模式控制器模块。又如，用逻辑单元来实现系统的各个组件。图8是示出了根据本发明实施例的突发模式控制器模块的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。
根据特定的实施例，突发模式控制器模块被配置为开启或关闭PWM控制器模块和单次触发控制器模块。例如，利用各种逻辑组件来实现突发模式控制器模块。根据特定实施例，突发模式控制器模块900可以被用作图3中的系统300的组件。例如，突发模式控制器模块900与图4中的突发模式控制器模块311相同。根据某些实施例，突发模式控制器模块的逻辑控制被配置为执行图6所示出的操作。
图9是示出了根据本发明实施例的突发模式控制器组件的逻辑组件的简化示图。如图9中所示，突发模式控制器模块900包括以下组件：
1.比较器910；
2.比较器920；
3.比较器930；
4.比较器940；
5.NAND(与非)门950；
6.NAND门960；
7.NAND门970；
8.反相器980；
9.反相器924；
10.反相器921；
11.延迟990；
12.延迟923；以及
13.OR(或)门922。
比较器910和920将VFB电压与阈值电压V-bur_L和V_bur_H相比较。根据实施例，如图所示，NAND门970、960和950、OR门922和反相器921被用于基于VFB电压和VDD电压输入提供逻辑输出。应当理解也可以有其他的实现方式。例如，可以利用XOR(异或)门和AND(与)门的组合来实现逻辑控制功能。
基于VFB电压和VDD电压输入的电压电平，突发模式控制器模块900能够确定PWM开关应当被开启还是被关闭。例如，突发模式控制器模块确定如图6所示的步骤604和608中所示的PWM开关的操作。
突发模式控制器模块的操作可以通过下面的示例来说明。当VFB输入912小于V_bur_H输入911并且VDD_sense输入915大于Vth_vdd_1输入914时，反相器921的输出为零，反相器980的输出也为零。由于反相器921的输出和反相器980的输出都为零，所以OR门922的输出也为零，这禁用了PWM开关。另一方面，如果VFB输入912小于V_bur_H输入911并且VDD_sense输入915小于Vth_vdd_1输入914，则反相器921的输出为零，反相器980的输出为“1”。因此，OR门922的输出为“1”，这启动了PWM开关。当VDD_sense输入915小于Vth_vdd_2时，单次触发控制器模块被启动以产生最小的脉冲，这防止了VDD电压降至UVLO阈值电压以下。例如，突发模式控制器模块900被配置为提供必要的控制信号以执行如图6所示的电源系统的操作。
图10是示出了根据本发明实施例的电源电压监视器的简化示图。该示图仅仅是示例，不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员应当认识到多种变化、替换和修改。根据特定实施例，电源电压监视器被用于实现图9中的比较器930。例如，结合传统的欠压同步(UVLO)电路实现比较器930。例如，图10示出了电源电压监视器1002和UVLO电路1001的详细电路图。根据实施例，UVLO电路1001被配置为当电源电压VDD被开启时发出开机重置(POR)信号(例如反相器1010的输出)。当电源电压VDD达到预定电平(例如UVLO(OFF))时，UVLO电路输出POR信号以使得电源系统开始工作。当电源电压VDD降至阈值电平以下时，电源系统的工作被暂停。
如图10中所示，由齐纳(zener)二极管1017和1013、MOSFET1016、1015、1018和1023、二极管1012、电阻器1011、1019和1080构成正反馈环路。例如，在开机以后如果VDD电压1030升至预定电平，则MOSFET 1023的栅极被开启并且正反馈环路被激活。MOSFET 1023的输出使MOSFET 1018的栅极电压降低，这使得齐纳二极管1017被短接。因此，提供了POR信号。例如，当VDD电压1030降至UVLO阈值电压和/或降至该阈值电压以下时，MOSFET 1023被关闭，并且正反馈被激活，通过电阻器1019使得MOSFET 1018的栅极电压被上拉到VDD电压，从而使电源系统暂停。
根据特定实施例，电阻器梯形电路(ladder)由电阻器1080和1011构成。通过调节这两个电阻器的相对比值并且与晶体管1060和1023相匹配，当VDD电压1030降至UVLO阈值电压和Vth2电压的和时，可以产生VDD_Cout信号1050。例如，产生具有Vth2电压幅度的电压差。
应当理解图10示出了根据本发明实施例的电源系统的特定组件。可以有多种替换和变化。例如，可以使用各种类型的二极管、电阻器和门来实现UVLO电路和比较器电路。也可以有其它结构。
根据实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件还被配置为在第一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号处理组件确定信号与第二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号处理组件确定信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关闭合一段时间。例如，可以根据图4说明该实施例。
根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外，该方法还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。另外，该方法还包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关的步骤。确定信号至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息。如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式相关联。调节用于电源转换器的开关的步骤包括在信号与第一模式相关联的情况下使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则使开关闭合一段时间。例如，可以根据图5-6说明该实施例。
根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收第一电压和第二电压，处理与第一电压和第二电压相关联的信息，至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节上述开关。信号处理组件被配置为在第一电压高于第一阈值的情况下确定信号与第一模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则信号处理组件使开关被以第二频率调制。例如，可以根据图4说明该实施例。
根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该方法包括接收第一电压的步骤。该方法还包括接收第二电压的步骤。该方法还包括处理与第一电压和第二电压相关联的信息的步骤。此外，该方法还包括至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤。该方法还包括至少基于与上述信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关的步骤。至少基于与第一电压和第二电压相关联的信息确定信号的步骤包括确定各种电压。如果第一电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压高于第三阈值，则信号与第二模式相关联。如果第一电压低于第二阈值并且第二电压低于第三阈值，则信号与第三模式相关联。如果信号与第一模式相关联，则开关被以第一频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不被调制。如果信号与第三模式相关联，则开关被以第二频率调制。例如，可以根据图6说明该实施例。
根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的系统。该系统包括信号处理组件，该组件被配置为接收电压，处理与该电压相关联的信息，至少基于与该电压相关联的信息确定信号，并且将该信号发送给用于电源转换器的开关。至少基于与上述信号相关联的信息调节开关。如果电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈值，则信号与第二模式相关联。信号处理组件被配置为处理与电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三阈值和第四阈值不同。信号处理组件还被配置为至少基于与第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息确定调制频率。如果信号与第一模式相关联，则信号处理组件使开关被以调制频率调制。如果信号与第二模式相关联，则信号处理组件使开关不被调制。例如，可以根据图4说明该实施例。
根据另一实施例，本发明提供了一种用于调节电源转换器的方法。该方法包括接收电压的步骤。该方法还包括处理与电压相关联的信息的步骤。该方法还包括至少基于与电压相关联的信息确定信号的步骤。该方法还包括至少基于与信号相关联的信息调节用于电源转换器的开关的步骤。如果电压高于第一阈值，则信号与第一模式相关联。如果电压低于第二阈值，则信号与第二模式相关联。还至少基于与电压相关联的信息确定信号。确定信号的过程包括处理与电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息，所述第三阈值和第四阈值不同。确定信号的过程还包括至少基于与第一电压、第三阈值和第四阈值相关联的信息确定调制频率的步骤。如果信号与第一模式相关联，则开关被以调制频率调制。如果信号与第二模式相关联，则开关不被调制。例如，可以根据图6说明该实施例。
应当理解本发明提供了优于传统技术的各种优点。根据实施例，本发明提供了相对于传统技术来说更高能源效率的方案。例如，本发明减少了在电源的开关状态之间的变换次数。根据另一实施例，本发明提供了很大的电源控制窗口和很大的灵活性。例如，在确定电源的各种状态时使用了多个阈值电压阈值。另外还有其它的优点。
虽然描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应当理解存在与所描述的实施例等同的其它实施例。因此，应当理解本发明不应当局限于所示出的特定实施例，而是由所附权利要求书来限定。

Claims (27)

1.一种用于调节电源转换器的系统，所述系统包括：
信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理所述第一电压和所述第二电压，至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号，并且将所述信号发送到用于电源转换器的开关，至少基于所述信号调节所述开关；
其中所述信号处理组件还被配置为：
如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联；
其中：
如果所述信号与所述第一模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关被以第一频率调制；
如果所述信号与所述第二模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关不被调制；
如果所述信号与所述第三模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关闭合一段时间，
并且其中所述第一电压是与所述电源转换器的输出相关联的反馈电压，所述第二电压是与所述电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，所述欠压同步阈值是使得所述电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压相同。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不同。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一阈值电压高于所述第二阈值电压。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述信号处理组件包括：
第一控制器模块，其被配置为处理所述第一电压和所述第二电压，至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号；
第二控制器模块，其被配置为给所述开关提供调制；
第三控制器模块，其被配置为提供脉冲，所述脉冲使所述开关被开启一段时间。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述第二控制器模块被配置为提供脉宽调制。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述第二控制器模块被耦合到振荡器。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述第一控制器模块包括一个或多个电压比较器。
9.一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括：
接收第一电压；
接收第二电压；
处理所述第一电压和所述第二电压；
至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号；
至少基于所述信号调节用于电源转换器的开关；
其中，所述至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号包括：
如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联；
其中所述调节用于电源转换器的开关包括：
如果所述信号与所述第一模式相关联，则使所述开关被以第一频率调制；
如果所述信号与所述第二模式相关联，则使所述开关不被调制；
如果所述信号与所述第三模式相关联，则使所述开关闭合一段时间，
并且其中所述第一电压是与所述电源转换器的输出相关联的反馈电压，所述第二电压是与所述电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，所述欠压同步阈值是使得所述电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一模式与脉宽调制开关相关联。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述第三阈值电压高于所述欠压同步阈值。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压相同。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不同。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述第一阈值电压高于所述第二阈值电压。
15.一种用于调节电源转换器的系统，所述系统包括：
信号处理组件，其被配置为接收第一电压和第二电压，处理所述第一电压和所述第二电压，至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号，并且将所述信号发送到用于电源转换器的开关，至少基于所述信号调节所述开关；
其中所述信号处理组件还被配置为：
如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联；
其中：
如果所述信号与所述第一模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关被以第一频率调制；
如果所述信号与所述第二模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关不被调制；
如果所述信号与所述第三模式相关联，则所述信号处理组件使所述开关被以第二频率调制，
并且其中所述第一电压是与所述电源转换器的输出相关联的反馈电压，所述第二电压是与所述电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，所述欠压同步阈值是使得所述电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压相同。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压不同。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述第一阈值电压高于所述第二阈值电压。
19.如权利要求15所述的系统，其中所述第三阈值电压高于所述欠压同步阈值。
20.如权利要求15所述的系统，其中所述第一频率和所述第二频率相同。
21.如权利要求15所述的系统，其中所述第一频率和所述第二频率不同。
22.如权利要求15所述的系统，其中所述第一频率高于所述第二频率。
23.如权利要求15所述的系统，其中所述第一频率与第一能量消耗水平相关联，并且所述第二频率与第二能量消耗水平相关联，所述第一能量消耗水平高于所述第二能量消耗水平。
24.如权利要求15所述的系统，其中所述信号处理组件包括：
第一控制模块，其被配置为处理所述第一电压和所述第二电压，至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号；
第二控制器模块，其被配置为向所述开关提供调制；
第三控制器模块，其被配置为提供脉冲，所述脉冲使所述开关被开启一段时间。
25.一种用于调节电源转换器的方法，所述方法包括：
接收第一电压；
接收第二电压；
处理所述第一电压和所述第二电压；
至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号；
至少基于所述信号调节用于电源转换器的开关；
其中所述至少基于所述第一电压和所述第二电压确定信号包括：
如果所述第一电压高于第一阈值，则确定所述信号与第一模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压高于第三阈值，则确定所述信号与第二模式相关联；
如果所述第一电压低于第二阈值并且所述第二电压低于第三阈值，则确定所述信号与第三模式相关联；
其中所述调节用于电源转换器的开关包括：
如果所述信号与所述第一模式相关联，则使所述开关被以第一频率调制；
如果所述信号与所述第二模式相关联，则使所述开关不被调制；
如果所述信号与所述第三模式相关联，则使所述开关被以第二频率调制，
并且其中所述第一电压是与所述电源转换器的输出相关联的反馈电压，所述第二电压是与所述电源转换器的欠压同步阈值相关联的电源电压，所述欠压同步阈值是使得所述电源转换器开启安全工作的一个门限电压。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述第一频率高于所述第二频率。
27.如权利要求25所述的系统，其中所述第一频率与第一功率消耗水平相关联，并且所述第二频率与第二功率消耗水平相关联，所述第一功率消耗水平高于所述第二功率消耗水平。
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