用于開關(guān)模式電源的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般而言涉及電子設(shè)備，并且更具體地涉及用于開關(guān)模式電源的系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源系統(tǒng)普遍存在于很多電子應(yīng)用中，從計算機(jī)到汽車。通常，通過操作加載有電 感器或變壓器的開關(guān)執(zhí)行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC變換來產(chǎn)生電源系統(tǒng)內(nèi)的電壓。一種 這樣的系統(tǒng)包括開關(guān)模式電源（SMPS)。由于功率變換是通過控制電感器或變壓器的充電和 放電執(zhí)行的，SMPS通常比其它類型的電源變換系統(tǒng)具有更高的效率并且減小了由于電阻性 壓降上的功率損耗而導(dǎo)致的能量損失。
[0003] SMPS通常包括至少一個開關(guān)和電感器或變壓器。一些具體的拓?fù)浒ń祲鹤儞Q 器、升壓變換器和反激式變換器等。控制電路通常用于接通和關(guān)斷開關(guān)以對電感器充電和 放電。在一些應(yīng)用中，經(jīng)由反饋環(huán)路控制供給負(fù)載的電流和/或供給負(fù)載的電壓。
[0004] SMPS的一個應(yīng)用是作為發(fā)光二極管（LED)的電源，諸如在家用和商用照明應(yīng)用場 合使用以替代白熾燈和緊湊型熒光燈（CFL)的發(fā)光二極管。在一些應(yīng)用中，SMPS用于將AC 線電壓變換為DC電流以對LED供電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)實(shí)施例，操作開關(guān)模式電源的方法包括經(jīng)由第一晶體管從輸入節(jié)點(diǎn)接收功 率，經(jīng)由開關(guān)晶體管提供接收到的功率的第一部分至負(fù)載，該開關(guān)晶體管具有耦合到第一 晶體管的第一端以及經(jīng)由串聯(lián)電阻器和串聯(lián)電感器耦合到負(fù)載的第二端，測量流過負(fù)載的 電流，測量包括監(jiān)測跨串聯(lián)電阻的電壓；以及根據(jù)測得的電流通過接通和關(guān)斷開關(guān)晶體管 來控制流過負(fù)載的平均電流。
【附圖說明】
[0006] 為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將結(jié)合附圖參考以下描述，其中：
[0007] 圖la-b示出了開關(guān)模式降壓變換器的一個實(shí)施例的原理圖及相關(guān)波形圖；
[0008] 圖2示出了電壓至電流變換器電路的一個實(shí)施例的原理；
[0009] 圖3示出了脈沖發(fā)生器電路的一個實(shí)施例的原理；以及
[0010] 圖4示出了方法實(shí)施例的流程圖。
[0011] 除非另有說明，不同附圖中相同的序號和符號通常指代相同的部件。所繪附圖是 為了清楚地示出優(yōu)選實(shí)施例的有關(guān)方面，而并不需要按比例繪制。為了更清楚地示出一些 實(shí)施例，在附圖序號后跟隨指示相同結(jié)構(gòu)、材料或工藝步驟變化的字母。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面詳細(xì)描述了現(xiàn)有的優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明提 供了很多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)想，其可以體現(xiàn)在多種特定背景下。所描述的具體實(shí)施例僅僅是 具體形式的說明以制造和使用本發(fā)明，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0013] 本發(fā)明將關(guān)于特定背景中的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，其為用于降壓變換器配置中的 開關(guān)模式電源的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實(shí)施例也可以應(yīng)用于其它開關(guān)模式電源配置和包括 開關(guān)的其它電路的其它系統(tǒng)和應(yīng)用，但不限于電力系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0014] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用具有經(jīng)由第一晶體管耦合到功率輸入軌的漏極的開關(guān) 晶體管實(shí)現(xiàn)降壓變換器。降壓變換器的負(fù)載經(jīng)由串聯(lián)電阻器和串聯(lián)電感器耦合到開關(guān)晶體 管的源極，從而耦合到降壓變換器。由于串聯(lián)電阻器和負(fù)載串聯(lián)耦合，降壓變換器能夠通過 測量跨串聯(lián)電阻器的電壓連續(xù)地監(jiān)測變換器的輸出電流?；诳绱?lián)電阻器的電壓的這些 測量值，降壓變換器通過接通和關(guān)斷開關(guān)晶體管控制傳輸給負(fù)載的平均電流。經(jīng)由耦合在 第一晶體管的柵極和耦合到串聯(lián)電阻器和串聯(lián)電感器的浮動基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)之間的功率軌提供 功率給監(jiān)測負(fù)載電流和控制開關(guān)晶體管的電路。耦合在第一晶體管的柵極和浮動基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn) 之間的解耦電容器平滑平功率軌的電壓，并維持第一晶體管的柵極電壓。
[0015] 圖la示出了包括控制器電路114的開關(guān)模式降壓變換器100的實(shí)施例，該控制器 電路114經(jīng)由晶體管108耦合到輸入節(jié)點(diǎn)Vin且耦合到由發(fā)光二極管（LED) 146和148表 示的負(fù)載。二極管橋式整流器102將AC電壓Vac(其可以表示例如AC主電壓）變換為耦 合到晶體管108的DC電壓Vin。當(dāng)開關(guān)模式降壓變換器100首先連接到AC電源時，電阻 器106可以用于限制浪涌電流并且電阻器110可以用于對VCC電容器130充電，且輸入濾 波電容器104對節(jié)點(diǎn)Vin上的電壓紋波進(jìn)行濾波。開關(guān)晶體管120的開關(guān)動作通過經(jīng)由串 聯(lián)電阻器142磁化串聯(lián)電感器150提供電流至由LED146至148表示的負(fù)載，由此從輸入 端傳輸功率至負(fù)載。在這些實(shí)施例中，開關(guān)晶體管120和晶體管108可以使用例如金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、功率MOSFET等實(shí)現(xiàn)。在 一些實(shí)施例中，晶體管108使用能夠承受高漏-源電壓和高柵-漏電壓的器件實(shí)現(xiàn)。例如， 在操作期間，晶體管的漏-源電壓可能超過500V，其取決于AC主電壓。
[0016] 在實(shí)施例中，控制器電路114相對與地基準(zhǔn)101"浮置"，整流輸入電壓Vin以該基 準(zhǔn)101為基準(zhǔn)。在實(shí)施例中，功率經(jīng)由晶體管108供給控制器電路114,晶體管108的柵極 是由偏置電阻器110和電源電容器130偏置的。控制器電路114的接地連接GND以浮動基 準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)作為參考，該浮動基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)耦合到串聯(lián)電阻器142和串聯(lián)電感器150之間的公共節(jié) 點(diǎn)。電源電容器130相對浮動基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的為電源引腳VCC提供穩(wěn)定的電源。在啟動階段， 偏置電阻器110對電源電容器130進(jìn)行充電至控制器電路114開始操作的點(diǎn)。接著，在開 關(guān)期間，晶體管108的漏-源寄生電容器作為充電泵對電源電容器130和控制器電路114 的電源引腳VCC充電。此外，二極管112和晶體管108箝位VCC電壓。在操作期間，電源電 容器130通過控制器電路114內(nèi)的工作電流放電。在一些實(shí)施例中，控制器電路114包括 保持VCC電壓小于某個最大電壓的箝位電路（未示出）。例如，該最大電壓可以是12V?；?者，根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)控制器電路114的具體實(shí)施例、其具體說明及特定1C技術(shù)，可以使用其它 最大電壓。
[0017] 在操作期間，輸出電流Ioutput持續(xù)流過串聯(lián)電阻器142。當(dāng)開關(guān)晶體管120導(dǎo)通 時，電流Ioutput流動通過開關(guān)晶體管120的負(fù)載路徑、通過串聯(lián)電阻器142和串聯(lián)電感器 150以及通過由LED146和148表示的負(fù)載。輸出電容器144可以用于減小負(fù)載處的電壓紋 波。當(dāng)開關(guān)晶體管120導(dǎo)通時，通過串聯(lián)電感器150的電流線性增加。當(dāng)開關(guān)晶體管120 關(guān)斷時，電流持續(xù)流過串聯(lián)電阻器142、串聯(lián)電感器150和由LED146和148表示的負(fù)載，但 是，當(dāng)串聯(lián)電感器150去磁時，電流來自二極管140而不是開關(guān)晶體管120。由于Ioutput 持續(xù)流過串聯(lián)電阻器142,控制器電路114可以被配置為持續(xù)監(jiān)測Ioutput以控制Ioutput 為一個預(yù)定電流。
[0018] 在一個實(shí)施例中，控制器電路114通過耦合到開關(guān)晶體管120源極的引腳VCS監(jiān) 測Ioutput。通過檢測引腳VCS的電壓確定平均輸出電流，并且因此，跨串聯(lián)電阻器142的 電壓表示輸出電流Ioutput。在一個示例中，峰值檢測和保持電路124確定表示最大輸出 電流的引腳VCS上的峰值電