CN102185482B - 开关电源控制器及其谷底切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电源控制器及其谷底切换方法，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一功率开关，用以控制该开关功率转换器初级侧的一第一电压。在该开关电源控制器中，一反馈信号处理器依据与该第一电压关联的反馈信号产生一指示信号，该指示信号指示该第一电压的震荡信息；一谷底预测器根据该指示信号产生预测该第一电压的谷底时刻的预测信号；一谷底时钟发生器在该第一时钟信号的一边沿后的第一个预测信号处触发一第二时钟信号的一边沿，使该第二时钟信号的该边沿与该第一电压的谷底时刻同步；一脉冲宽度调制器利用该第二时钟信号触发一脉冲宽度调制信号，以控制该功率开关的导通和截止。

Description

开关电源控制器及其谷底切换方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地说，本发明涉及用于开关电源控制器芯片的功率开关自适应谷底切换模式的实现方式。

背景技术

由于和传统线性电源相比所具有的多方面优点，诸如更高的效率，更低的待机功耗，更低的成本，更小的体积和更轻的重量，开关电源越来越广泛地应用于各种电子设备中。

图1示出了目前应用最广泛的电流模式开关电源系统的基本原理框图。该系统包含开关功率转换器100、开关电源控制器120以及反馈网络140。开关功率转换器100具有功率输入端口102和功率输出端口104。开关功率转换器100与开关电源控制器120之间通过开关控制信号和电流控制信号交互。反馈网络140向开关电源控制器120输入反馈信号。该系统的功能是：把从功率输入端口102输入的交流(AC)电源或直流(DC)电源转换成满足特定规格要求的直流(DC)或交流(AC)电源并从功率输出端口104输出。

图1中的开关功率转换器100一般包括磁性储能元件(如电感或变压器)、功率开关器件(如功率MOS开关或功率三极管开关)、功率二极管和滤波电容等。功率开关器件受到开关控制信号的控制，周期性地导通或关断。其中，开关控制信号一般是脉宽被调制(PWM)或频率被调制(PFM)的脉冲信号，也可能是PWM，PFM的混合调制信号。开关控制信号的脉冲宽度决定功率开关在一个周期内的导通时间，它和开关频率一起控制功率输入端口传递到功率输出端口的功率，即输出功率。在本说明书的上下文中，把开关控制信号统称为PWM信号。

以AC-DC电流模式开关电源系统为例，为了能够在不同的负载条件下都能获得恒定的电压输出，则需要根据输出负载的大小来实时调节开关控制信号的频率和(或)脉冲宽度，进而控制输出功率的大小。如图1所示，反馈网络140从输出功率信号取样，并且产生反馈信号输入到开关电源控制器。同时，由开关功率转换器100输出的电流控制信号也输入到开关电源控制器120中。在反馈信号和电流控制信号的共同作用下，开关控制信号的脉冲宽度或(和)频率被调制，从而得到与输出负载相匹配的输出功率。

为了能够更清楚地描述电流模式开关电源的工作原理，图2示例了一种传统的反激式(Flyback)开关电源系统及其控制芯片简图。参照图2所示，这种反激式(Flyback)开关电源系统广泛应用于输入与输出间需要隔离的电子设备中，例如AC-DC或DC-DC适配器、便携式电子设备(如手机等)的充电器、LED驱动器等。图2中的开关电源系统包括：开关功率转换器200，开关电源控制器芯片220，反馈网络240，输入EMI滤波器260，输入整流器(Rectifier)280，启动电阻R1，Buck电容C1，芯片供电整流二极管D1，芯片电源退耦电容C2，电流控制信号的感应电阻Rs以及输出负载R_L。

图2虚框中的反激式开关功率转换器(flyback converter)200包括：一个隔离变压器TX，一个功率整流二极管D2，一个滤波电容C3和一个功率开关SW。变压器初级侧线圈PRE的一端与LINE电压相连，另一端和一个功率开关SW相连，其中LINE电压是交流输入电压经过EMI滤波器260，桥式整流器280整流后的电压。功率开关SW的另一端通过电阻Rs连接到地(GND)。电阻Rs的作用是把变压器TX初级侧线圈PRE的电流信号转换成电压信号，并把它输入到开关电源控制器芯片220作为电流控制信号。当开关SW导通时，LINE电压施加在变压器TX的初级侧，变压器TX初级侧线圈PRE的电流开始线性增长，变压器处于储能阶段；当开关SW断开时，初级侧存储的能量被转移到次级侧线圈SEC，进而传递到输出负载。反激式开关功率转换器(flybackconverter)包括两种工作模式：非连续式(DCM)和连续式(CCM)。其中，DCM模式指，功率开关导通期间初级侧线圈PRE存储的能量将在功率开关截止期间全部转移到变压器次级侧的负载；而CCM模式中，功率开关截止期间，变压器初级侧线圈PRE的能量只有部分转移到次级侧的输出负载。

为了确保在负载R_L变化的情况下，输出电压仍然可以在可控的条件下保持恒定，需要对输出电压取样。取样的输出电压经过反馈网络240产生反馈信号S_FB输入到开关电源控制器芯片220。该信号与初级侧的电流控制信号经过开关电源控制器芯片220的处理，产生控制功率开关的信号V_GATE。

图2中的开关电源控制器芯片220的主要模块有：UVLO(under voltage lockout，欠压锁定)电路221，LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)222，测试控制器223，时钟发生器224，PWM信号发生器225，功率开关驱动器226，参考源227，PWM比较器228和反馈信号处理器229。该芯片220基本工作原理是：反馈信号S_FB经过反馈信号处理器229的处理，产生两个信号：S_FM，Vth。其中，Vth信号作为PWM比较器228的动态参考阈值与由CS引脚输入的V_CS信号比较，PWM比较器228的输出Ccnt信号被输入到PWM信号发生器225去控制PWM信号的关断；S_FM信号输入到时钟发生器224，被用来控制时钟CLK的频率，进而控制PWM信号的频率。

图3所示的是控制器芯片的时序图。功率开关控制信号V_GATE与PWM信号的相位和脉宽完全相同，不同的是脉冲的幅度和驱动能力。图3所描述的功率开关控制信号V_GATE的产生过程如下：

1.时钟信号的下降沿触发PWM信号变高，这时功率开关开始导通，由于R_S和功率开关的串联电阻很小，V_D电压近似为零；

2.功率开关的导通导致变压器初级侧线圈电流线性增大，进而导致Vcs信号线性增加；

3.当Vcs信号的幅度达到PWM比较器阈值Vth的幅度时，PWM比较器发生翻转，这时PWM信号变低，进而导致功率开关截止；

4.功率开关截止导致Vcs信号归零，PWM比较器翻转；

5.功率开关截止之后变压器初级侧线圈电流变为零，磁场能量通过次级侧线圈对输出滤波电容C₃充电，充电电流如图3中I_D所示，此过程次级侧线圈电压为二极管的导通电压与输出电压之和，而V_D电压是输入的线电压与次级侧线圈电压按照初次级线圈匝数比映射到初级侧的电压之和；

6.如果功率转换器工作在DCM模式下，那么当退磁完成后，即I_D变为零后，V_D电压将根据由变压器初级侧的励磁电感和V_D点到地的寄生电容C_P所决定的频率进行震荡直到下一次时钟信号下降沿的到来。

反激式(Flyback)开关电源变换器主要有两种典型的反馈方式：一种是变压器次级侧反馈；另一种是变压器初级侧反馈。对于变压器次级侧反馈，反馈网络，误差放大器和补偿网络都在变压器的次级侧，反馈信号通过电隔离器件光耦传递到初级。图4是一个典型的变压器次级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统，在该系统中由变压器辅助线圈AUX为开关电源控制芯片220供电，输出电压(DC out)通过隔离反馈补偿网络210转化为反馈电流输入开关电源控制芯片220的FB管脚。变压器原边电流通过R_S电阻转化为电压输入CS管脚，开关电源控制芯片220根据反馈电流的大小和CS管脚的电压来调节PWM信号的占空比，并且在GATE管脚输出一个与PWM信号相同的方波来控制功率开关SW。由于功率开关SW导通，存储在寄生电容C_P上的电荷通过功率开关释放，造成能量损失，该损失在一个周期内的平均值是：

$P_{\mathrm{on}}=\frac{1}{2}{C}_P{V}_{D,\mathrm{ON}}^{2}f$

其中V_D，ON是功率开关导通时刻V_D点电压，f是GATE管脚方波信号的频率。为了减小P_on，一个有效的办法是使功率开关在V_D点电压震荡波形的谷底处导通，这就是谷底切换模式。对于一个线电压300V，输出电压5V，最大输出电流2A，初级侧线圈PRE与次级侧线圈SEC匝数比为10的系统，如果寄生电容C_P为100pF，频率f为50kHz，那么在波峰顶部导通与在谷底处导通，P_on相差：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{on}}=\frac{1}{2}\×100p\×{(300+5\×10)}^2\×50k-\frac{1}{2}\×100p\×{(300-5\×10)}^2\×50k$

$=150\mathrm{mW}$

相当于最大输出功率的1.5％。

图5是一个传统的带有谷底切换模式的变压器次级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统，图6示例了该系统的时序。退磁结束后V_D点电压开始震荡。V_D点电压的震荡情况映射在辅助线圈AUX的两端，然后经过一个电阻网络230由ZCD管脚进入开关电源控制芯片220’。开关电源控制芯片220’通过比较ZCD管脚的电压与芯片内部的一个阈值电压的大小来预测V_D点电压谷底时刻。功率开关SW在退磁后的第一个谷底处导通，电压V_CS开始线性增加。当V_CS电压到达阈值电压后功率开关关断，退磁开始。

但是该系统的缺点是只能够预测退磁结束后第一个谷底的时刻，在谷底切换模式下功率开关SW只能在退磁结束后的第一个谷底时刻导通，因此随着负载电流减小开关频率会逐渐高。开关频率的升高首先会阻碍P_on的降低；另外在每次开关过程中，变压器原边线圈的电流都会流过功率开关带来能量的损耗，该能量损耗随着开关频率的升高而增加。

除了能量损耗之外，在每次功率开关切换过程中存在的大的电流和电压的变化率也带来了严重的电磁干扰(EMI)问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种开关电源控制器及其谷底切换方法，能够根据负载电流的变化自适应地寻找谷底时刻，并在谷底时刻使功率开关导通。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一功率开关，用以控制该开关功率转换器初级侧的一第一电压，该开关电源控制器包括时钟发生器、反馈信号处理器、谷底预测器、谷底时钟发生器以及脉冲宽度调制器。时钟发生器用以产生一第一时钟信号。反馈信号处理器依据与该第一电压关联的反馈信号产生一指示信号，该指示信号指示该第一电压的震荡信息。谷底预测器根据该指示信号产生预测该第一电压的谷底时刻的预测信号。谷底时钟发生器在该第一时钟信号的一边沿后的第一个预测信号处触发一第二时钟信号的一边沿，使该第二时钟信号的该边沿与该第一电压的谷底时刻同步。脉冲宽度调制器利用该第二时钟信号触发一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号用以控制该功率开关的导通和截止。

在本发明的一实施例中，该预测信号为脉冲信号。

在本发明的一实施例中，该谷底预测器包括比较器和延迟电路。该比较器比较该指示信号与一阈值电流并产生一比较信号。该延迟电路根据该比较信号产生该脉冲信号，该脉冲信号相对于该比较信号具有一延迟时间。

在本发明的一实施例中，该延迟电路包含一开关、一电流源以及一电容，该开关的控制端连接该比较器的输出端，该电流源连接该开关的一端，该开关的另一端接地，该电容连接于该开关的该一端与地之间。

在本发明的一实施例中，该电流源包含一电阻，该电流源的电流大小由该电阻决定。

在本发明的一实施例中，该谷底时钟发生器包括时钟预处理电路、延迟检测电路、脉冲搬移电路、或门以及触发器。时钟预处理电路根据该第一时钟信号的两边沿分别产生一窗口信号和一同步信号。延迟检测电路检测出该窗口信号的上升沿与其窗口内部第一个预测信号之间的延迟时间，并输出代表该延迟时间的第一差异信号。脉冲搬移电路根据该同步信号的时刻和该第一差异信号的脉冲宽度得到第二差异信号。或门输入该第一差异信号和该第二差异信号。触发器连接该或门的输出端，根据该第一差异信号和该第二差异信号触发产生该第二时钟信号。

本发明另提出一种功率开关的谷底切换方法，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一功率开关，用以控制该开关功率转换器初级侧的一第一电压，该方法包括以下步骤：提供一第一时钟信号；获得一与该第一电压关联的反馈信号；根据该反馈信号产生指示该第一电压的震荡信息的指示信号；根据该指示信号产生预测该第一电压的谷底时刻的预测信号；在该第一时钟信号的一边沿后的第一个预测信号处触发一第二时钟信号的一边沿，使该第二时钟信号的该边沿与该第一电压的谷底时刻同步；以及使用该第二时钟信号触发一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号用以控制该功率开关的导通和截止。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，在谷底切换模式中，参考时钟的下降沿能够自适应地寻找到功率开关导通的合适时刻，功率开关是在参考时钟下降沿之后的第一个谷底处导通。通过该方案不仅能够实现功率开关在第一电压最低处导通，而且开关频率不会因为采用谷底切换模式而随着负载电流的减小而被动地增加，从而提高了效率，缓解了功率开关切换过程中存在的大的电流和电压的变化率带来的严重的电磁干扰问题。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出一种现有的电流模式开关电源系统的基本原理框图。

图2示出一种传统的反激式(Flyback)开关电源系统及其控制芯片简图。

图3示出图2所示控制器芯片的时序图。

图4示出一种典型的变压器次级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统。

图5示出传统的带有谷底切换模式的变压器次级侧反馈的反激式(Flyback)开关电源系统。

图6示出图5所示系统的工作时序图。

图7示出本发明一实施例的开关电源系统。

图8示出图7所示系统的工作时序图。

图9示出基于本发明一实施例的初级侧反馈的反激式(Flyback)电压适配器系统。

图10示出本发明一实施例的反馈信号处理器电路图。

图11示出本发明一实施例的谷底预测器电路图。

图12示出图11的谷底预测器时序图。

图13示出图11所示的电流源电路。

图14示出本发明一实施例的谷底时钟发生器电路图。

图15示出图14的谷底时钟发生器时序图。

图16示出图14所示谷底时钟发生器中的时钟预处理电路的电路图。

图17示出图16所示时钟预处理电路的时序图。

图18示出图14所示谷底时钟发生器中的延迟检测电路的电路图。

图19示出图18所示延迟检测电路的时序图。

图20示出图14所示谷底时钟发生器中的脉冲搬移电路的电路图。

图21示出图20所示脉冲搬移电路的时序图。

图22示出本发明一实施例的谷底切换方法流程。

具体实施方式

图7示例了本发明的开关电源系统，图8示例了图7的工作时序。参照图7所示，开关电源系统包括EMI滤波器360、输入整流器380、功率转换器300、开关电源控制芯片320以及反馈网络310。EMI滤波器360、输入整流器380以及功率转换器300可使用传统的结构，在此不再赘述。

与图2中的开关电源控制芯片220相比，本实施例在开关电源控制芯片320内部加入一个谷底预测器326和一个谷底时钟发生器328。开关电源控制芯片320为谷底预测器326额外设置一管脚RVM，用来连接外接电阻R_ext。谷底预测器326的一输入端连接反馈信号处理器325，一输出端连接谷底时钟发生器328。谷底时钟发生器328连接在时钟发生器327和PWM信号发生器330之间。

以下描述该谷底预测器326和谷底时钟发生器328的工作原理。

功率转换器300工作在DCM模式下，当退磁完成后，即I_D变为零后，第一电压V_D将根据由变压器初级侧PRE的励磁电感和V_D点到地的寄生电容C_P所决定的频率进行震荡直到下一次功率开关SW导通。V_D点的震荡情况通过变压器映射在辅助绕组AUX的两端，辅助绕组AUX的电压通过反馈网络310转化为反馈信号S_FB进入开关电源控制芯片320。反馈信号处理器对S_FB信号进行处理后得到指示信号S_VM，该S_VM信号包含了V_D点的震荡情况的全部信息。

S_VM信号输入到谷底预测器326中，谷底预测器326根据S_VM信号和一个芯片外的可调节的电阻R_ext来预测V_D点电压何时到达谷底，并且发出Det脉冲来预测谷底时刻的到来。

预测信号Det脉冲和参考时钟CLK共同输入谷底时钟发生器328，谷底时钟发生器328将在参考时钟CLK信号的下降沿后的第一个Det脉冲所指示的时刻产生与参考时钟相同频率和相同占空比的新时钟CLK_z。在当前周期内，新时钟CLK_z与参考时钟CLK有固定的延迟，这是通过将二者下降沿处的延迟搬移(如图中箭头)到二者上升沿处来实现的。CLK_z的下降沿触发PWM信号发生器330输出的PWM信号变高，这时功率开关SW开始导通。功率开关SW的导通导致变压器初级侧线圈PRE电流线性增大，进而导致电压Vcs信号线性增加。电压Vcs是取自电阻Rs，电阻Rs设在功率开关SW与地之间，用以检测变压器初级侧线圈的电流。

当Vcs信号的幅度达到PWM比较器324阈值Vth的幅度时，PWM比较器324发生翻转，这时PWM信号变低，进而导致功率开关SW截止，功率开关SW截止导致Vcs信号归零。功率开关SW截止之后变压器初级侧线圈PRE电流变为零，磁场能量通过次级侧线圈SEC对输出滤波电容C₃充电，充电电流如图8中I_D所示，此过程次级侧线圈电压为二极管D₂的导通电压与输出电压Vo之和，而V_D电压是输入的线电压LINE与次级侧线圈电压按照初次级线圈匝数比映射到初级侧的电压之和。当I_D变为零以后V_D点电压再次进入震荡状态，直到下一次功率开关SW导通。

虽然上述实施例结合了图7所示电路来进行描述，然而本发明构思并不限定于具体的电路。参见图22并结合图8所示，一种用来控制PWM信号发生器330的PWM信号的谷底切换方法可包括以下步骤：在步骤S1，提供一时钟信号CLK；在步骤S2，获得与电压V_D关联的反馈信号S_FB，一般而言，这种关联可为线性关系，这使得V_D的震荡信息得到准确的保留。在步骤S3，根据该反馈信号S_FB产生指示该电压V_D的震荡信息的指示信号S_VM。在步骤S4，根据该指示信号产生预测该电压V_D的谷底时刻的预测信号Det，参照图8所示，在S_VM每一波峰来临时，产生了Det脉冲。在步骤S5，根据该预测信号，在参考时钟信号CLK的下降沿后的第一个Det脉冲触发新时钟信号CLK_z的下降沿，使新时钟信号CLK_z的下降沿与电压V_D的谷底时刻同步。另外，利用参考时钟信号CLK与新时钟信号CLK_z之间的延迟，在参考时钟信号CLK的上升沿处产生同样的延迟，以触发新时钟信号CLK_z的上升沿。最后在步骤S6，使用新时钟信号CLK_z触发脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号用以控制功率开关的导通和截止。

基于上述实施例所描述的谷底切换模式的解决方案，参考时钟CLK_z的下降沿能够自适应地寻找到功率开关SW导通的合适时刻，功率开关SW是在参考时钟下降沿之后的第一个谷底处导通。通过该方案不仅能够实现功率开关SW在V_D点电压最低处导通，而且开关频率不会因为采用谷底切换模式而随着负载电流的减小而被动地增加，从而提高了效率，缓解了功率开关切换过程中存在的大的电流和电压的变化率带来的严重的电磁干扰问题。

图9示出了基于上述实施例的一个初级侧反馈的反激式(Flyback)电压适配器系统。该适配器的作用是把交流电(90V～260V)转换成恒定的输出电压。图9从系统的角度显示了控制芯片320和系统的连接关系。图9中的开关电源控制芯片320有6个管脚：VDD，GATE，GND，CS，FB，RVM。反馈网络仅由一个反馈电阻R₂和变压器TX的辅助线圈AUX组成，V_AUX电压通过反馈网络后转化为反馈电流I_FB经FB管脚输入开关电源控制芯片320。功率控制开关是一个MOS功率开关M₁。功率开关的栅极(Gate)连接开关电源控制芯片的GATE管脚，功率开关的漏极(Drain)和源极(Source)分别连接到变压器TX的初级侧线圈和电流感应电阻R_S。反馈电阻R₂的一端连到辅助线圈AUX，另一端和开关电源控制芯片320的FB管脚连接。控制芯片320的地(GND)与系统初级侧的公共地相连。

图10示出本发明一实施例的反馈信号处理器电路图。参照图10所示，反馈信号处理器包括恒流源I_b，晶体管M₃、M₄组成的镜像电流源。V_D点电压在震荡期间，功率开关M₁依然截止。此时，V_D点电压被反映到变压器TX的辅助线圈AUX上，形成电压：

V_AUX＝n·(V_D-V_LINE)

其中，n是变压器辅助线圈与初级侧线圈的匝数比。这个电压通过反馈电阻形成反馈电流I_FB，由于V_SUM＜＜V_AUX，所以，

$I_{\mathrm{FB}}=\frac{V_{\mathrm{AUX}}-V_{\mathrm{SUM}}}{R_{\mathrm{FB}}}\≈\frac{V_{\mathrm{AUX}}}{R_{\mathrm{FB}}}=\frac{n\·(V_D-V_{\mathrm{LINE}})}{R_{\mathrm{FB}}}$

反馈电流I_FB流入晶体管M₂的源极与一个恒定电流I_b相减得到晶体管M₃的电流，晶体管M₃、M₄电流是镜像关系，晶体管M₄电流即是S_VM信号。

$S_{\mathrm{VM}}=I_b-I_{\mathrm{FB}}=I_b-\frac{n\·(V_D-V_{\mathrm{LINE}})}{R_{\mathrm{FB}}}$

由上式可知S_VM信号的峰值时刻即为V_D点电压的谷底，谷底预测器328可以通过S_VM信号的峰值来预测V_D点电压的谷底。

图11示出本发明一实施例的谷底预测器326的电路图，图12示出其时序。参照图11、12所示，谷底预测器326可包括比较器601和延迟电路602。S_VM电流与芯片内部设定的一个阈值电流I_TH进行比较，比较的方法是S_VM电流与阈值电流I_TH通过电阻值相同的电阻R转换成为电压信号，这两个电压信号施加于比较器601的输入端，比较器的输出是Vcomp信号。然后在延迟电路602对Vcomp的下降沿进行延迟得到Det脉冲信号，Det信号的上升沿预测了S_VM信号的峰值时刻，即是V_D点电压的谷底时刻。延迟时间由一个电流源I_dly对电容充电所决定。电流源I_dly的示例性获得办法如图13所示，芯片内部的参考电压V_ref除以芯片外部的电阻Rext得到晶体管M₅的电流，晶体管M₅与M₆是镜像电流源，晶体管M₆的电流即为I_dly电流。

图14示出谷底时钟发生器328的一个具体实施例，其包括时钟预处理电路401、延迟检测电路402、脉冲搬移电路403、或门404以及D型触发器405。时钟预处理电路401在参考时钟CLK的下降沿产生具有一定脉冲宽度的窗口信号Xwin，在CLK的上升沿产生同步信号sync。延迟检测电路402检测出窗口信号Xwin的上升沿与其窗口内部第一个Det脉冲之间的时间延迟，并用Delta信号的脉冲宽度来代表该延迟时间。脉冲搬移电路403根据同步信号sync的时刻和Delta信号的脉冲宽度得到DeltaM信号，该信号的频率和占空比与Delta信号完全相同。

该谷底时钟发生器的时序如图15所示。脉冲Det信号指示出S_VM信号的顶部时刻。参考时钟CLK的下降沿触发一个具有一定脉冲宽度的窗口信号Xwin，CLK的上升沿触发同步信号sync。Delta信号的脉冲宽度记录下窗口信号内部第一个Det信号的位置。将Delta信号搬到同步信号sync的位置处得到DeltaM信号，DeltaM信号的脉冲宽度与Delta信号的脉冲宽度相同。Delta信号的下降沿触发CLK_z的下降沿，DeltaM信号的下降沿触发CLK_z信号的上升沿。

时钟预处理电路401的示例性实现方法如图16所示。通过两路单稳态时序电路分别得到窗口信号Xwin和同步信号sync。在稳态情况下，当参考时钟信号CLK为低电平时，与门413与CLK直接相连的B输入端为低电平，与门413的另一输入端A端为高电平，同步信号sync为低电平。CLK信号变高后首先引起B输入端变高，此时与门413的另一个输入端A仍然保持高电位，同步信号sync会暂时变高。经过由电流源411与电容412所共同决定的延迟时间后输入端A变为低电平，同步信号sync恢复为低电平。这样在参考时钟信号CLK的上升沿处产生了一个窄脉冲信号sync用以指示DeltaM信号产生的位置。

类似的办法用以产生窗口信号Xwin。在稳态情况下，当参考时钟信号CLK为高电平时，或非门416与CLK直接相连的D输入端为高电平，或非门416的另一输入端C端为低电平，窗口信号Xwin为低电平。CLK信号变低后首先引起D输入端变低，此时或非门416的另一个输入端C仍然保持低电位，窗口信号Xwin会暂时变高。经过由电流源414与电容415所共同决定的延迟时间后输入端C变为高电平，窗口信号Xwin恢复为低电平。

时钟预处理电路的时序如图17所示，参考时钟CLK信号的下降沿触发窗口信号Xwin，CLK的上升沿触发同步信号sync。

图18示出本发明一实施例的延迟检测电路图，图19示出其时序图。当窗口信号Xwin为低电平时，D触发器421被复位，其输出Q为低电平，Xwin信号与Q经异或门422异或得到Delta信号，此时为低电平。当Xwin信号变为高电平后，Q保持低电平，Delta信号为高电平。D触发器421检测到窗口信号Xwin内部的第一个Det信号的上升沿时，Q值变为高电平，Delta信号变低。Xwin变低后Q将被复位等待下一个周期的到来。如果在窗口信号内部无Det的上升沿到来，那么Delta信号的宽度将于窗口信号的宽度相同，如图19中第二个周期所示。

图20示出本发明一实施例的脉冲搬移电路，其中RS触发器的输入端均为低电平有效，图21示出该电路时序。在Delta信号为高电平的时间里电流源I₁对电容C充电，触发器S输入端电压从其阈值电压开始逐渐上升直到Delta信号变为低电平为止。接下来sync信号的窄脉冲将触发器复位，DeltaM信号变高，电流源I₂对电容C放电直到S端电压低于阈值电压为止。当S端电压低于阈值电压后，触发器被置位，DeltaM信号变低。如果I₁和I₂大小相同，那么Delta信号的脉冲宽度就与DeltaM信号的脉冲宽度相同。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种开关电源控制器，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一功率开关，用以控制该开关功率转换器初级侧的一第一电压，该开关电源控制器包括：

时钟发生器，产生一第一时钟信号；

反馈信号处理器，依据与该第一电压关联的反馈信号产生一指示信号，该指示信号指示该第一电压的震荡信息；

谷底预测器，根据该指示信号产生预测该第一电压的谷底时刻的预测信号；

谷底时钟发生器，在该第一时钟信号的一边沿后的第一个预测信号处触发一第二时钟信号的一边沿，使该第二时钟信号的该边沿与该第一电压的谷底时刻同步；以及

脉冲宽度调制器，利用该第二时钟信号触发一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号用以控制该功率开关的导通和截止。

2.如权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，该预测信号为脉冲信号。

3.如权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该谷底预测器包括：

比较器，比较该指示信号与一阈值电流并产生一比较信号；

延迟电路，根据该比较信号产生该脉冲信号，该脉冲信号相对于该比较信号具有一延迟时间。

4.如权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，该延迟电路包含一开关、一电流源以及一电容，该开关的控制端连接该比较器的输出端，该电流源连接该开关的一端，该开关的另一端接地，该电容连接于该开关的该一端与地之间。

5.如权利要求4所述的开关电源控制器，其特征在于，该电流源包含一电阻，该电流源的电流大小由该电阻决定。

6.如权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，该谷底时钟发生器包括：

时钟预处理电路，根据该第一时钟信号的两边沿分别产生一窗口信号和一同步信号；

延迟检测电路，检测出该窗口信号的上升沿与其窗口内部第一个预测信号之间的延迟时间，并输出代表该延迟时间的第一差异信号；

脉冲搬移电路，根据该同步信号的时刻和该第一差异信号的脉冲宽度得到第二差异信号；

或门，输入该第一差异信号和该第二差异信号；以及

触发器，连接该或门的输出端，根据该第一差异信号和该第二差异信号触发产生该第二时钟信号。

7.一种功率开关的谷底切换方法，用于一开关电源系统，该开关电源系统包括一开关功率转换器，该开关功率转换器包含一功率开关，用以控制该开关功率转换器初级侧的一第一电压，该方法包括以下步骤：

提供一第一时钟信号；

获得一与该第一电压关联的反馈信号；

根据该反馈信号产生指示该第一电压的震荡信息的指示信号；

根据该指示信号产生预测该第一电压的谷底时刻的预测信号；

在该第一时钟信号的一边沿后的第一个预测信号处触发一第二时钟信号的一边沿，使该第二时钟信号的该边沿与该第一电压的谷底时刻同步；

使用该第二时钟信号触发一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号用以控制该功率开关的导通和截止。

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