CN105429487A

CN105429487A - 开关模式电源的控制器及相关方法

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Publication number: CN105429487A
Application number: CN201510578840.0A
Authority: CN
Inventors: 杰罗恩·克莱彭宁; 简·迪肯
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: CN105429487B; US20160079790A1; EP2996231A1; EP2996231B1; US10003210B2

Abstract

一种用于开关模式电源的控制器，其中所述控制器配置为与同步整流器相连。所述控制器包括：电压比较器，配置为确定对电压判据的满足，其中当第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足所述电压判据；以及定时器，配置为确定对时间判据的满足，其中当与同步整流器相关联的电压在满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足所述时间判据；所述控制器配置为基于对电压判据的满足来提供正常操作模式，并且基于对时间判据的满足来提供节电操作模式，其中所述控制器配置为在节电操作模式下汲取节电模式电流，并且在正常操作模式下汲取正常模式电流，其中正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。

Description

开关模式电源的控制器及相关方法

技术领域

本公开涉及一种针对开关模式电源的控制器，更具体地涉及一种针对与开关模式电源相关联的同步整流器的控制器。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于开关模式电源的控制器，其中所述控制器配置为与同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连，所述控制器包括：电压比较器，配置为确定对电压判据(voltagecriterion)的满足(satisfaction)，其中当第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足所述电压判据；以及定时器，配置为确定对时间判据的满足，其中当与同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间/在预定时间期间时，满足所述时间判据；所述控制器配置为基于对电压判据的满足来提供正常操作模式，并且基于对时间判据的满足来提供节电操作模式，其中所述控制器配置为在节电操作模式下汲取(draw)节电模式电流，并且在正常操作模式下汲取正常模式电流，其中正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。

将电流从正常模式电流减小为节电模式电流有利地在开关模式电源没有负载或负载较小时节约了功率。将电流从节电模式电流增加至正常模式电流有利地允许控制器在开关模式电源承受非零负载时提供对同步整流器的主动切换。

预定时间可以是非零的或为零的。如果与同步整流器相关联的电压是控制端子电压，则使用为零的预定时间可能是特别有利的。相较于在预定时间为零时发生的改变操作功率模式的频率，将时间阈值设置为非零值可以有利地支持控制器较低频率地改变它的操作功率模式。将时间阈值设置为零可以有利地支持开关模式电源在没有能量转换的情况下节省功率。

与同步整流器相关联的电压可以是第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的电压或控制端子电压。

正常模式电流的幅值可以至少是节电模式电流的幅值的2倍、5倍或10倍，其中正常模式电流的幅值可能不包括用于改变同步整流器的栅极的电流。节电模式电流的幅值可以是400微安或更少、200微安或更少(例如，针对5V输出电压，低功耗为1mW)或可以是50微安或更少(例如，针对20V输出电压的应用)。

控制器可以配置为与第二同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连。控制器还可以包括：电压比较器，配置为：当第二同步整流器的第一传导通道端子和第二同步整流器的第二传导通道端子之间的第二传导通道电压满足所述第一预定电压阈值时，确定对第二电压判据的满足；以及定时器，配置为确定对第二时间判据的满足，其中当与第二同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足第二时间判据。所述控制器可以配置为基于对第二电压判据的满足提供正常操作模式，并且基于对第二时间判据的满足提供节电操作模式。控制器可以配置为当针对第一同步整流器满足时间判据并且针对第二同步整流器满足第二时间判据二者时，提供节电操作模式。此外，控制器可以配置为当针对第一同步整流器和第二同步整流器中的至少一个满足电压判据时，提供正常操作模式。

预定时间可以大于50微秒。由于SMPS可以在低功率下进入突发模式(burstmode)以免在低于20kHz的可听范围内进行开关操作，这种设置可能是有利的。

同步整流器可以包括具有特定正向电压的体二极管。第一预定电压阈值可以是基于特定正向电压的。

开关模式电源可以配置为以特定时间周期按照突发模式操作。所述预定时间可以是基于特定时间周期的。

可以提供一种开关模式电源，包括：初级侧和次级侧，次级侧包括本文所公开的任一控制器和相关联的同步整流器。初级侧可以与次级侧电流隔离(galvanicallyisolated)。

相关联的同步整流器可以配置为根据在其控制端子处接收到的控制信号操作作为有源二极管。

可以提供一种开关模式电源，其中所述同步整流器是场效应晶体管。

提供了一种包括本文所公开的控制器的集成电路。集成电路还可以包括一个或更多个相关联的同步整流器。这种集成电路可以被称作模块。

附图说明

现将参考附图详细描述本发明的示例，附图中：

图1示出了开关模式电源；

图2示出了在图1的开关模式电源中的多种信号的图表；

图3示出了针对开关模式电源的控制器的示意图；

图4示出了另一种开关模式电源；

图5示出了又一种开关模式电源；以及

图6示出了描述在开关模式电源的控制器的不同操作状态之间的转变的状态图。

具体实施方式

开关模式电源(SMPS)可以符合多种不同拓扑，具有接收功率的输入侧和提供功率输出的输出侧。一些开关模式电源包括初级侧和次级侧，其中初级侧与次级侧是电流隔离的，诸如反激式转换器(flybackconverter)、正向转换器和共振转换器。一些示例不将输入侧与输出侧隔离，诸如升压转换器、降压转换器或升降压转换器。

可以将SMPS用于适配器和功率转换器。在这些应用中，SMPS的尺寸和效率可以是非常重要的。具体地，如果设备较小并具有较高功率输出，则它可能特别得益于具有高效率以便针对设备及其外罩保持较低温度。可以通过在SMPS的AC到DC输出侧提供同步整流来改善效率。在通过二极管提供整流的应用中，整流损耗大约等于二极管电压乘以负载电流。因此，可以通过施加整流损耗大约为零的同步整流来获得有利的效率改善。

SMPS可以包括功率开关。功率开关可以是晶体管，例如场效应晶体管，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。SMPS还可以包括在SMPS输出侧的一个或多个有源/同步整流器，其中SMPS输出侧是隔离SMPS的次级侧。同步整流器是进行主动控制以便提供与二极管相同的功能的开关：控制所述开关使得当开关的传导通道正向偏置时开关是接通的，而当开关的传导通道反向偏置时开关是关断的。开关可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。这种同步整流器可以比传统二极管更高效并且消耗更少功率。可以将控制器用于控制同步整流器/开关。控制器将消耗电功率以便执行其功能。如果减少由控制器消耗的电功率的量，则所述减少将提供对SMPS的效率的改善。本公开提供了一种用于减小由这种控制器消耗的电功率的方法和相关联的设备，具体地尽管是非必须地，在无负载或负载较小的情况下。

图1示出了在开关模式电源100内的至少第一同步整流器140的控制器150。控制器150与第一同步整流器的第一传导通道端子142、第二传导通道端子144和控制端子146相连，在该示例中第一同步整流器是晶体管。控制器150提供配置为确定对电压判据的满足的电压比较器的功能，其中当在第一传导通道端子142和第二传导通道端子144之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足电压判据。控制器150还提供配置为确定对时间判据的满足的定时器的功能，其中当与第一同步整流器140相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足时间判据。如下所详述，这种预定时间可以是零值或非零值。控制器150可以基于对电压判据的满足提供正常操作模式，并基于对时间判据的满足提供节电操作模式。控制器150在节电操作模式下汲取节电模式电流，并在正常操作模式下汲取正常模式电流。有利地，正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。这样，可以减小当控制器150处于节电操作模式时消耗的电量(与恒定电压下汲取的电流量成正比)，假设控制器150在该模式下具有足够多的电功率以唤醒并在令人满意的时间量再次变得可操作。可以认为节电电流足以令控制器150能够确定是否已经满足电压判据，因此能够确定控制器150是否应该进入正常操作模式。

应认识到，尽管图1示出了谐振转换器形式的SMPS100，其中所述谐振转换器具有第一同步整流器140和第二同步整流器160，然而本公开的方面可以与其它拓扑的SMPS相关，包括非隔离的和其它隔离的拓扑，所述SMPS可能具有一个或更多个同步整流器。

图1的SMPS100的初级侧包括彼此串联的第一功率开关102和第二功率开关104。与第二功率开关104并联的是谐振回路(resonanttank)，在该示例中，谐振回路包括第一电感106、初级绕组108(可以认为是第二电感)以及电容110。初级绕组108是提供从SMPS100的初级侧到次级侧的电流隔离链路的转换器的一部分。转换器的次级侧包括第一次级绕组120和第二次级绕组122。应认识到在谐振转换器100的次级侧中存在两个变压器绕组对于本发明而言并非是必要的。

第一次级绕组120与第一输出端子以及第一同步整流器140相连。在该示例中，第一输出端子130是输出电压端子130。第一同步整流器140与第二输出端子相连，在该示例中第二输出端子是地132。在一些示例中，可以将第二输出端子132认为是参考端子。平滑电容器134还连接在第一输出端子130和第二输出端子132之间。第一输出端子130和第二输出端子132配置为向负载136提供功率。应认识到，负载136可以改变幅值，并且在一些实施例中有时可以移除负载，SMPS操作在无负载条件下。

在图1中，第一同步整流器140包括具有第一传导通道端子142、第二传导通道端子144和控制端子146的晶体管。在一些示例中，晶体管可以包括场效应晶体管，在这种情况下，第一传导通道端子142是源极端子、第二传导通道端子144是漏极端子、控制端子146是栅极端子。第一传导通道端子142与第二输出端子132相连，并且第二传导通道端子与第一次级绕组120相连。

第一同步整流器140与控制器150相连。具体地，第一传导通道端子142、第二传导通道端子144和控制端子146每个都连接到控制器150的对应管脚。这样，控制器150可以监测第一传导通道端子142和第二传导通道端子144之间的电压差，并且可以向第一同步整流器140的控制端子146提供控制信号。控制器150还包括第一电源端子和第二电源端子，在该示例中，第一电源端子和第二电源端子分别连接到第一输出端子130和第二输出端子132。与电源端子的连接使能向控制器150供应电流，使得控制器可以执行控制第一同步整流器140的功能。

图1还示出了具有第一传导通道端子162、第二传导通道端子164以及控制端子166的第二同步整流器160。第二同步整流器还可以包括场效应晶体管。第一传导通道端子162连接到第二输出端子132，并且第二传导通道端子连接到第二转换器绕组122。第二同步整流器160的第一传导通道端子162、第二传导通道端子164和控制端子166都以类似于在第一同步整流器140和控制器150之间的相应的连接的方式连接到控制器150的对应端子。因此，使能控制器150以类似于控制第一同步整流器140的方式来控制第二同步整流器160。由于第二同步整流器160的控制和功能与第一同步整流器140的控制和功能相对应，为了本公开的清楚性，不进一步讨论第二同步整流器160。

控制第一同步整流器140和第二同步整流器160，使得它们在SMPS100的输出侧提供整流器的功能。具体地，在该示例中，对于初级绕组108两端的正电压，将第一同步整流器140正向偏置；已经对于初级绕组108两端的负电压，将第二同步整流器160正向偏置的。

在一些示例中，可以控制SMPS的功率开关，使得SMPS按照突发模式操作，特别是在呈现给SMPS的负载相对较小的情况下。突发操作模式可以包括：提供多个工作脉冲(或电流开关操作“簇”)，其中多个脉冲可以在连续的脉冲之间具有较短的离散时间间隔，随后在提供后续多个脉冲之前具有相对较长时间间隔。在连续操作会导致引起可听假象的开关频率的情况下，突发操作模式可以是有利的。在脉冲之间或脉冲簇之间的时间段期间，控制器150仍可以消耗电功率。然而在这些时间段期间，控制器150可能不需要与在主动切换期间一样多的电功率，这是由于电流脉冲之间不需要控制第一同步整流器140。

这里所公开的示例涉及识别控制器150可以利用减小的电流等级可靠地起作用的时刻，并且减小由控制器150在这些时刻汲取的电流量。控制器150可以通过减小内部偏置电流和/或通过以在第一电流源端子152和第二电流源端子154之间的非常低的电流消耗或为零的电流消耗来将内部电路的若干部件保持在睡眠模式，来减小它汲取的电流量。因此，控制器可以通过改变存在于第一和第二电源端子152、154处的负载，来在汲取正常模式电流和节能模式电流之间进行切换。

图2示出了说明图1的控制器根据时间变化的行为的五幅图表。应认识到，每幅图表的水平时间轴202与相同时间段相对应，而垂直对齐的每一时间轴上的点与在特定时间段期间的同一时间点相对应。第一图表204示出了由SMPS的次级绕组之一向负载供应的电流脉冲。第二图表206示出了同步整流器两端的电压。第三图表208示出了基于第二图表206所示的电压改变的定时器的坡度(ramp)，可以将坡度看作是代表计数。第四图表210示出了向同步整流器的控制端子施加的电压控制信号。第五图表212示出了向控制器提供的电流。

第一图表202示出了第一簇的两个电流脉冲，其中第一脉冲220后面接着是第二脉冲222，所述脉冲由较短的时间间隔分隔。在第二脉冲222之后的特定时间段，提供第二簇的脉冲，包括由另一较短时间间隔分隔的第三脉冲224和第四脉冲226。在第四脉冲之后，在提供包括第五脉冲228和第六脉冲230的第三簇的脉冲之前经过较长时间段。在较短时间段之后，提供包括第七脉冲232和第八脉冲234第四簇的脉冲。

在第一图表所示的电流脉冲中的每一脉冲的持续时间内，同步整流器正向偏置，因此如第四图表210所示，提供给同步整流器的控制信号使得允许电流从第一传导通道端子向第二传导通道端子流动。

当将同步整流器配置为传导时，同步整流器两端的电压(如第二图表206所示)将处于较低的近似为零的等级。例如，在第四电流脉冲226期间，同步整流器两端的电压近似为零。在已经完成电流脉冲的传导之后，同步整流器两端的电压在一段时间内升至高等级240，同时该同步整流器是开路，而其它同步整流器是传导的。然后，同步整流器两端的电压降至输出电压242(图1的节点130的电压)，而SMPS在簇之间是未激活的。

第三图表208示出了每次提供电流脉冲时或等同地每次将同步整流器电压减小为低等级时，将与控制器相关联的定时器重置为零。例如，随着第三电流脉冲224的开始，定时器降至零250。然后，定时器在由于第四电流脉冲226而被第二次重置为零之前，随着时间流逝而上升至特定值252。然后，定时器随着时间流逝再次上升至特定阈值值254。在一些示例中，阈值值可以是100μs。

一旦定时器已经达到特定阈值254，控制器改变它在电源端子处消耗的电流量，而无论如何选择实际阈值值。通过第五图表示出了在提供电流脉冲的时间段期间(因此，定时器还没有达到特定阈值254)，控制器消耗与正常操作电流260相对应的特定电流，其中该电流没有用于对同步整流器的栅极进行充电的电流。一旦定时器已经达到特定阈值值254(这样提供对时间判据的满足)，控制器配置为将它的电流消耗减小为节电模式电流262，这样有利地针对开关模式电源提供更高的能量效率。

当控制器操作在节电操作模式下时，控制器可能不具有足够的电流来令同步整流器操作在对同步整流器的栅极进行快速放电和充电的高频率下。然而，节电操作模式仍可以包括消耗足量的电流(节电模式电流)，使得控制器可以识别新接收到的电流脉冲并能够快速增加它的电流消耗，返回到正常操作电流，从而使能控制器针对下一电流脉冲提供有源整流。例如，第五图表212示出了电流可以响应于与提供第五电流脉冲228相关联的同步整流器电压244的降低，增加至正常模式电流264。同步整流器电压244的降低还将定时器重置回到零，使得可以再次开始监测从最新电流脉冲可以再次开始而消逝的时间的处理。这样，控制器可以配置为基于对时间判据的满足提供到节电操作模式的转变，并基于对与同步整流器相关的电压判据的满足回到正常操作模式。

因此，如果电路处于节能模式下，则可以将每个电流脉冲认为是用于唤醒电路。电流脉冲还重置用于监测在电流脉冲之后的时间的定时器。所述转变为节能模式可以发生在最后电流脉冲之后的100μs，除非转变了新的电流脉冲，这样导致再次重置定时器。

用于监测非切换时间的备选方案是检测同步整流器中的传导结束。传导结束之后接着是漏极电压上升，如图2的第二图表206所示。接着，通过在漏极电压和电平低于输出电压242的正参考电压之间进行电压比较，来开始到节能模式的转变。因此，对于每个电流脉冲，同步整流器控制器首先被唤醒，然后同步整流器控制器操作同步整流器，最终当漏极电压上升时同步整流器控制器转变为节能状态。在一些示例中，该操作可以是次优选的，这是由于唤醒需要一些时间，这样减少了同步整流器的传导时间。在谐振转换器中，一个通道的漏极电压上升与另一通道的体二极管传导可以是同步发生的，这样可能导致在节能状态和使能状态之间进行不必要的切换，并且可能受益于使能状态的优先设置。

在一些示例中，从正常操作模式转变到节电操作模式的方法通过监测同步整流器FET的漏极电压并在漏极电压超过预定正阈值的情况下将电源电流减小到最小等级来进行操作。正阈值电压可以与SMPS的输出电压相关。从节电操作模式转变为正常操作模式的方法通过监测同步整流FET上的负电压并快速切换到正常操作状态从而进行同步整流，来进行操作。

当SMPS包括两个同步整流器时，控制器可以监测与同步整流器二者相关的电压。当控制器处于正操作模式时，对与任一同步整流器相关的电压判据的满足可能导致控制器重置定时器。如果控制器处于节电操作模式下，则在提供对关联电流脉冲的主动整流之前控制器可以改变为正常操作模式。

此外，在SMPS包括两个同步整流器的情况下，控制器还可以配置为当第二同步整流器的第一传导通道端子和第二同步整流器的第二传导通道端子之间的第二传导通道电压满足第一预定电压阈值时，确定满足第二电压判据。与第一同步整流器相关的第一电压判据可以与和与第二同步整流器相关的第二电压判据是相同的。

在在SMPS存在两个同步整流器的示例中，控制器还可以配置为基于对第二电压判据的满足来提供正常操作模式，并基于对第二时间判据的满足提供节电操作模式。

控制器可以在针对第一同步整流器满足时间判据并且针对第二同步整流器满足第二时间判据二者时进入节电操作模式，在这种情况下可以将两个时间判据一起看作是单个的公共时间判据。此外，控制器可以在仅满足第一同步整流器和第二同步整流器之一的电压判据时进入正常操作模式。

在SMPS的初级侧与SMPS的次级侧电流隔离的示例中，本公开可以是特别有利的。同步整流器的控制器布置在SMPS的次级侧，因此可以与初级侧的功率开关是隔离的。尽管控制器与初级侧功率开关是电流隔离的，然而控制器仍可以进行反应以改变初级侧的性能，响应于向次级侧呈现的负载改变通过初级侧提供更多或更少的功率。相对在初级侧上的功率开关和次级侧处的同步整流器的控制器之间使用直接连接，可以将本文所公开的实施例认为是有利的，在所述实施例中可以以上述方式在节电操作模式和正常操作模式之间改变。这种直接连接将不利地需要附加电路，使得电路变得复杂、耗能且昂贵。

可以将这里所公开的示例认为是有利地，由于：

●它们不需要附加的次级控制，诸如微处理器控制，以便使能和禁用同步整流器。这样将增加成本并需要明确的检测判据，并且还需要在同步整流器控制器上的附加输入管脚。

●它们可以提供良好的轻负载效率。

○这种实施例可能与谐振转换器是相反的，所述谐振转换器通过识别较高的切换频率并接着在同步整流器仍然是有利的负载点处禁用该同步整流器，来检测轻负载。这种谐振转换器可以退化轻负载效率。

○这种实施例可能与反激式转换器是相反的，所述反激式转换器通过识别较短的次级传导时间或较低积分的次级转换器电压，然后在同步整流器仍是有利的负载点禁用该同步整流器，来检测轻负载。这种反激式转换器可以退化轻负载效率。

●它们可以避免或减小在静态的轻负载下重复使能和禁用同步整流器的可能性，否则将引起控制的不稳定并增加纹波。

●它们可能不需要使用在自适应控制中使用的校正周期，因此它们可以有效地操作在突发模式系统中，并且在突发模式系统中连续周期的电流幅值和周期时间可以是非常不同的，此外在突发模式系统中周期可以突然地开始和停止。

●它们可以自动地进行操作。例如，无需用于进行轻负载检测的外部电路。可以方便地将自动节能控制包括在同步整流器的控制器中。

●它们可以自主地进行操作。例如，节能控制可以使用已提供在控制器的感测管脚上可用的信息，而不需要来自外界的附加信息。

●它们可以独立地进行操作，例如，它们不对SMPS的初级控制施加限制。

图3提供了根据本公开实施例的控制器300的示意视图，用于在谐振转换器型开关模式电源中进行同步整流。控制器300具有到第一同步整流器的传导端子的连接302和到第二同步整流器的传导端子的第二连接304。在一些示例中，传导端子可以是场效应晶体管的漏极端子。控制器300具有与(i)第一同步整流器的传导端子以及(ii)第二同步整流器的传导端子相连的第一电压比较器306。比较器306在任一给定时刻下选择两个电压中的较低电压，并将该电压提供给第二比较器308。第二比较器308将由第一比较器306提供的电压与适当的参考电压进行比较。如果被比较的电压小于参考电压，则第二比较器向定时器310提供信息以便将定时器310重置为零时间值。一旦定时器310被设置为零时间值，定时器310累积计数直到预定时间阈值。如果定时器310没有从第二比较器308接收到用于在达到预定时间阈值之前进行重置的信息，则定时器310向逻辑组块312提供代表已满足时间判据的信息。然后逻辑组块312配置控制器以便转变为节能操作模式。逻辑组块312还与第二电压比较器308相连，并配置用于如果满足电压判据(诸如，在第二电压比较器308确定由第一电压比较器306提供的电压降至预定电压阈值以下的情况下)，则从第二电压比较器308接收信息。当逻辑组块312接收代表对电压判据的满足的信息且控制器300处于节能操作模式下时，逻辑组块312配置为将控制器300转变为正常操作模式。

图3还示出了可选的欠压锁定组块(undervoltagelockoutblock)320。以下结合图6讨论欠压锁定组块320的操作。

图4示出了根据本公开实施例的包括控制器402的SMPS400的电路图。SMPS400包括变压器的单个次级绕组404，与高侧输出端子406相连。绕组404还与开关408的第一传导端子410相连。开关408还包括与低侧输出端子414相连的第二传导端子412。在一些示例中，低侧输出端子还可以与电学地相连。在该示例中，地是针对控制器IC402和针对开关408的输出电压的参考端子。

图5示出了根据本公开实施例的包括控制器502的SMPS500的电路图。SMPS500包括转换器的第一次级绕组505，经由同步整流器508与高侧输出端子506相连。同步整流器508还与转换器的第二次级绕组505相连。第二次级绕组504与同步整流器的源极端子512相连。在一些示例中，低侧端子可以连接到电学地。在该示例中，地是输出电压的参考端子。同步整流器508的源极端子512是控制器IC502以及同步整流器508的参考端子，其中源极端子512连接到第一次级绕组505和第二次级绕组504之间的节点。

应认识到，结合图4和5，本公开等同于配置为控制与低侧输出(如图4所示)或高侧输出(如图5所示)任一侧相连的同步整流器的控制器。

图6示出了根据本公开实施例的控制器的状态图。在特定时刻，控制器可以处于节能操作模式下602。如果控制器检测到与同步整流器相关联的电压满足电压判据(VdsAorB＜-0.3V)，则控制器转变为正常操作模式604，其中控制器汲取正常模式电流并重置定时器。一旦重置定时器，控制器转变为运行定时器的正常操作模式606。如果定时器达到预定时间阈值(Timer＞100us)，则控制器转变回到节能操作模式602。备选地，如果在控制器达到预定时间阈值之前，控制器检测到与同步整流器相关联的电压满足电压判据(VdsAorB＜-0.3V)，则控制器转变为将定时器重置为零的正常操作模式604。

图6还示出了可选的欠压锁定状态(UVLS)610。在该示例中，UVLS610用作安全测量。如果控制器检测到供应给控制器用于使能控制器执行控制同步整流器的功能的电压降至预定阈值以下(Vcc＜4V2)，使得控制器无法执行该功能，则控制转变为欠压锁定状态610。在UVLS610期间控制器不再尝试控制同步整流器。在UVLS610期间，控制器将继续监测向控制器供应的电压以便检测该电压超过预定阈值(Vcc＞4V5)使得控制器可以成功地控制同步整流器的任意时刻点。如果控制器在UVLS610期间检测到足够的电压，如果与开关相关联的电压满足电压判据(VdsAorB＜-0.3V)，则控制器转变为将定时器重置的正常操作模式604。如果不满足电压判据(VdsAandB＞-0.3V)，则控制器将相反地转换为节能操作模式602。

预定时间阈值可以设置为任意方便的值。在一些实施例中，预定时间可以是零。因此，控制器可以在传输每个电流脉冲之后立即转变为节能操作模式。因此，可以减小在每个电流脉冲之后由控制器消耗的能量，可以改善控制器的效率。

在一些示例中，所述预定时间可以大于50微秒。这种设置可以是有利的，这是由于SMPS可以在低功率下进入突发模式，以免在低于20kHz的可听范围内进行开关操作。这样可以有助于确保SMPS不产生可听频率，因为这些频率可能干扰附近的人。

与同步整流器相关联的电压可以是同步整流器的第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的电压，该电压用于重置定时器或引起控制器转变为节能模式。

在其它示例中，与同步整流器相关联的电压可以是控制端子电压。如果开关包括场效应晶体管，则控制端子电压是栅极电压。在将控制端子电压用作与同步整流器相关联的电压的情况下，预定时间为零可能是特别合适的，其中处理与同步整流器相关联的电压以便确定对时间判据的满足。

在一些示例中，同步整流器可以包括具有体二极管的晶体管，其中当该体二极管传导时具有特定正向电压。在这种示例中，第一预定电压阈值可以基于特定正向电压。例如，第一预定电压阈值可以是正向电压的30％、或40％或50％。这样，当体二极管将开始传导电流脉冲时，可以触发到正常操作模式的转变。

在没有用于对同步整流器的栅极进行充电的电流的情况下的正常模式电流的幅值可以比节电模式电流的幅值大2、5或10倍。因此当不需要开关时，当控制器处于节电模式时由控制器消耗的功率可以比在正常模式下消耗的功率小2、5或10倍。

节电模式电流的幅值可以是100微安。这种电流量可以向控制器提供足够多的电流以便使能控制器非常快速地转换回到正常操作模式，从而对在正常操作模式下运行一段时间之后提供的第一电流脉冲进行主动整流，同时在控制器处于节电操作模式期间消耗可接受的低等级功率。可以将该操作认为是在任意负载下提供同步整流。

在一些示例中，SMPS可以配置为操作在突发操作模式下，具体地尽管是非必须的，当SMPS受到较低负载时。突发模式可以包括提供多个电流脉冲(所谓的“簇”)，随后一段时间不提供任何电流脉冲，随后重复地提供电流脉冲簇，接着在连续时间段内不传送任何电流脉冲。至少对于向SMPS呈现的特定值的负载，提供电流脉冲簇随后一段时间内不提供任何电流脉冲的周期的总时间可以是固定值。因此，所述周期可以具有特定周期性。所述预定时间可以基于特定周期性。例如，预定时间可以是特定周期性的1％或2％或5％或10％。这种百分比可以使能期望等级的节能，在周期性随着向SMPS呈现的负载改变而改变的情况下仍然向控制器提供继续提供主动整流而不进入节电模式的可能性。在一些示例中，电流脉冲幅值和周期时间可以是非常不同的，可以突然地开始或停止。

在一些示例中，SMPS可以操作在频率调制模式下、脉冲频率调制模式下或脉宽调制模式下或这些模式的组合。在这种示例中，还可能存在不提供电流脉冲的时间段。在这种时间段期间，根据本公开的实施例，控制器可以有利地转变为节电模式，然后当提供电流脉冲时回到正常模式。

集成电路可以包括根据本公开实施例的控制器。单个集成电路可以提供用于将控制器集成到SMPS的便利形式。

应认识到，这里描述为耦接或连接的任何组件可以直接或间接地耦接或连接。也就是说，一个或多个组件可以布置在描述为耦接或连接的两个组件之间，同时仍支持实现所需功能。

还应认识到，对“高于”、“低于”等的引用可以根据上下文表示所讨论的参数等于或大于阈值值，或在两个阈值值之间。

Claims

1.一种用于开关模式电源的控制器，其中所述控制器配置为与同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连，所述控制器包括：

电压比较器，配置为确定对电压判据的满足，其中当第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足所述电压判据；以及

定时器，配置为确定对时间判据的满足，其中当与同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值大于预定时间时，满足所述时间判据；

所述控制器配置为基于对电压判据的满足来提供正常操作模式，并且基于对时间判据的满足来提供节电操作模式，其中所述控制器配置为在节电操作模式下汲取节电模式电流，并且在正常操作模式下汲取正常模式电流，其中正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述与同步整流器相关联的电压是第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的电压。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制器，其中所述预定时间是非零的。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述与同步整流器相关联的电压是控制端子电压。

5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述预定时间为零。

6.根据前述任一权利要求所述的控制器，其中所述正常模式电流的幅值至少是节电模式电流的幅值的2倍。

7.根据前述任一权利要求所述的控制器，其中所述节电模式电流的幅值是400微安或更少。

8.根据前述任一权利要求所述的控制器，其中所述预定时间大于50微秒

9.根据前述任一权利要求所述的控制器，其中所述开关模式电源配置为以特定周期性按照突发模式操作，并且所述预定时间是基于所述特定周期性的。

10.根据前述任一权利要求所述的控制器，其中所述控制器配置为与第二同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连，所述控制器还包括：

电压比较器，配置为：当第二同步整流器的第一传导通道端子和第二同步整流器的第二传导通道端子之间的第二传导通道电压满足所述第一预定电压阈值时，确定对第二电压判据的满足；以及

定时器，配置为确定对第二时间判据的满足，其中当与第二同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足第二时间判据；

所述控制器配置为基于对第二电压判据的满足提供正常操作模式，并且基于对第二时间判据的满足提供节电操作模式。

11.根据权利要求10所述的控制器，配置为：

当针对满足第一同步整流器满足时间判据并且针对第二同步整流器满足第二时间判据二者时，提供节电操作模式；以及

当针对第一同步整流器和第二同步整流器中的至少一个满足电压判据时，提供正常操作模式。

12.一种开关模式电源，包括：初级侧和次级侧，所述次级侧包括前述任一权利要求所述的控制器和相关联的同步整流器。

13.根据权利要求12所述的开关模式电源，其中所述同步整流器包括具有体二极管的场效应晶体管，其中所述体二极管具有特定正向电压，其中所述场效应晶体管配置为根据在其控制端子处接收到的控制信号操作为有源二极管，并且所述第一预定电压阈值是基于所述特定正向电压的。

14.一种集成电路，包括根据权利要求1-11中的任一权利要求所述的控制器。

15.一种集成电路，包括根据权利要求1-11中的任一权利要求所述的控制器以及一个或更多个相关联的同步整流器。