在電壓調節的開關模式電源中的電壓下降控制的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明總的涉及開關模式電源（有時被稱為開關電源或開關式電源）領域，并且 更特別地，涉及輸出電壓調節的開關模式電源中的電壓下降的控制。
【背景技術】
[0002] 開關模式電源（SMPS)是眾所周知的電源轉換器類型，其由于它的小尺寸和重量 以及例如，在個人計算機和諸如蜂窩電話的和便攜式電子裝置中的高效而具有多種多樣應 用范圍。SMPS通過高頻率（通常為幾十至幾百kHz)地開關諸如功率MOSFET的一個或多個 開關元件以將輸入電壓轉換為所希望的輸出電壓來實現這些優點，其中開關的頻率或者占 空比使用反饋信號來調節。SMPS可以采取整流器（AC/DC轉換器）、DC/DC轉換器、變頻器 (AC/AC)或換流器的形式。
[0003] 如果單個SMPS的功率輸出能力對于給出的應用是不足夠的，將多個SMPS并聯以 經由公共輸出路線來向負載供電是可能的。不非輸出電壓調節的（特別是二極管整流DC/ DC轉換器）SMPS非常適合此類負載電流共享布置，因為每一個SMPS的電力傳動系統中的寄 生電阻通常促使轉換器的輸出電壓隨著轉換器的輸出電流的增加而下降，即存在自然的輸 出電壓下降。每一個SMPS所表現出的下降通過有效調節SMPS的輸出電壓來促進與系統中 其它SMPS的電流共享，以便對抗SMPS的輸出電流和系統中其它SMPS的輸出電流之間的任 何失調。因此，電壓下降特性允許并行SMPS共享向它們的負載平均地供應電流的任務。在 這樣的并行SMPS系統，負載共享可以通過增加每一個SMPS所表現出的電壓下降的量以及 注意恰當地設定每一個SMPS的初始設置（即在空載電流處的輸出電壓）來改進。
[0004] 但是，存在許多這樣的SMPS應用，其中，要向負載電路系統（例如CPU)供應的 SMPS輸出電壓必須被調節以便維持在（通常非常低的）電壓帶以內。例如，可以通過將指 示SMPS輸出電壓的信號反饋給SMPS的脈寬調制（PffM)控制器來實現輸出電壓調節，PffM控 制器監控反饋信號并調整SMPS的（多個）開關元件的開關占空比，以便無論負載電流水平 是多少都將輸出電壓維持在預定值處。替代地，可以使用開關頻率控制器而不是PWM控制 器來控制SMPS的（多個）開關元件的開關頻率，以便無論負載電流水平是多少都將輸出電 壓維持在預定值處。由于它們的廣泛可用性，通常期望并行地運行電壓調節的SMPS，以向具 有高電力需求的負載電路進行饋送。然而，自然的輸出電壓下降的不存在使得在這樣的并 行系統中難以維持SMPS間的平均電流共享，并且因此在SMPS中引入某些形式的人工電壓 下降變得必要。現在將參考圖1說明如何可以向調節的SMPS提供人工下降的簡化示例。
[0005] 圖1是包括開關網絡110的常規SMPS 100的示意圖，開關網絡110具有一個或多 個有源開關設備（例如M0SFET)，該有源開關設備被控制為按照由PffM控制器120所設置 的開關占空比在傳導（"0N"）和非傳導（"OFF"）狀態之間切換。PffM控制器120基于指 示SMPS輸出電壓V ciut的反饋信號來確定占空比，從而使得對于任何給定的SMPS電流負載， 輸出電壓Vciu^被維持在基本上恒定的值。PffM控制器120被控制為通過電壓下降控制電 路130來提供電壓下降。更具體地，電壓下降控制電路130基于由電流感應電路140生成 的指示SMPS輸出電流的信號來生成用于調整輸出電壓設定點（即輸出電壓目標值）的下 降控制信號150, PffM控制器120使用該設定點來調節Vciutt3
[0006] 電流感應電路140可以簡單地被配置為測量跨連接至SMPS 100的輸出的專用分 流電阻的電壓降，從而使得電壓下降控制電路130將所述電壓降接收為指示SMPS輸出電流 Iciut的信號。但是，使用分流器來測量I _具有降低電力傳動系統110向SMPS 100的（多 個）輸出引腳的熱耦合、以及由于電阻損失而降低SMPS效率的缺點。
[0007] 在存在輸出扼流（例如正激拓撲DC/DC轉換器以及其它）的開關模式電源中，可 以通過進行例如在"簡單的消除感應電阻的電流感應技術"（"A Simple Current-Sense Technique Eliminating a Sense Resistor'，，Linfinity Application Note AN-7, Rev. I. 107/1998)中所描述的"無損"電流測量來避免這些問題。在這些情況下，電流 感應電路140和電壓下降控制電路130可以被配置為如圖2中所示，而PffM控制器120可 以以圖3中示意性地示出的形式被提供。
[0008] 在圖2的示例中，電流感應電路140包括電阻R。和電容C的串聯組合，電容C被 連接至SMPS 100的上方輸出路線，該串聯組合與具有電感L和寄生電阻&的輸出扼流并 聯。電壓下降控制電路130包括運算放大器（"op-amp") 131，其反相㈠ 和同相⑴輸入 分別經由電阻RjPR2跨電容C被連接。作為有源器件，op-amp 131需要從電壓源（未示 出）接收電力，以便能夠生成信號Va，該信號Va基于在反相（-)和同相（+)輸入處接收的 信號。信號V a是圖3中所示的向PffM控制器120的輸出，并且還經由電阻R3被反饋至反相 輸入。在圖2中，指示輸出電流的信號與來自開關網絡110的大的方波以及高頻噪聲和由 開關引起的短毛刺重疊。信號的這些高頻分量通過由Rc和C提供的一階低通濾波器濾除。 要注意的是，差分放大器的參考（+)端子在輸出電壓V ciJ^，意味著需要前述電壓源來提供 比Vciut更高的供應電壓用于op-amp 131。在下文將說明，在此示例中，PffM控制器120以接 地為參考，從而使得需要信號直流電平偏移，以便允許電壓下降控制電路130和PffM控 制器120-起工作。
[0009] 圖3示出PffM控制器120的細節，在本示例中，其可以包括采用PID調節器121的 示例性形式的輸出電壓調節器，PID調節器121可選地具有所謂的"Lucent微調"。PffM控制 器120還包括基于PID調節器121的輸出來生成用于開關網絡110中受其控制的（多個） 開關的驅動信號的開關驅動電路122。至PffM控制器120的信號V ciuJP Va輸入參考穩定的、 通常為I. 25V的參考電壓Vraf。信號Va饋送至形成PID調節器121的一部分的op-ampl23 的反相輸入。在圖3中，V aux是用于給SMPS的內部電子器件供電的可選輔助"后勤"電源， 并且在此示例中其用來在Vciut不存在時在上電期間向參考電壓二極管提供偏置電流。V aux 還可以比Vciut更小。

【發明內容】

[0010] 本發明人已經研究了具有調節的SMPS的電源系統的操作，該調節的SMPS具有如 上文所述的人工下降，這些調節的SMPS被并聯以經由公共輸出線路給負載饋電，并且已經 識別出迄今為止尚未被認識到的、出現在此類系統中的問題；即，該系統具有可以嚴重降低 其效率和可靠性的不穩定性。更具體地，發明人已經發現電源系統可以進入以下操作模式： 在該模式中一個或多個SMPS接收（sink)(即經由其輸出端接收）其它SMPS向輸出線路