多模式開關電源及其控制電路和控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電子電路，更具體地說，本發明涉及一種多模式開關電源。
【背景技術】
[0002]隨著電子電路的發展，開關電源由于其體積小、效率高以及瞬態響應速度快而得到了廣泛的應用。然而現有的開關電源通常設計為固定的工作模式及固定的輸出等級，缺乏靈活性，不能隨著不同的外部需求而調整工作模式、輸出等級，以及優化效率。
【發明內容】
[0003]因此本發明的目的在于解決現有技術的上述技術問題，提出一種改進的多模式開關電源及其控制電路和控制方法。
[0004]為實現上述目的，本發明提出了一種多模式開關電源，包括:輸入端口，所述輸入端口接收輸入電壓信號；輸出端口，所述輸出端口產生輸出電壓信號；功率開關，所述功率開關耦接在輸入端口和第一參考地之間；續流二極管，所述續流二極管的陰極端耦接至第一參考地，所述續流二極管的陽極端耦接至第二參考地；電感器，所述電感器耦接在第一參考地和輸出端口之間；第一電容器，所述第一電容器耦接在輸入端口和第二參考地之間；第二電容器，所述第二電容器耦接在輸出端口和第二參考地之間；信息傳遞電路，所述信息傳遞電路接收模式信號，并在功率開關處于第一狀態時，根據不同狀態的模式信號產生具有不同電壓大小的信息傳遞信號，其中信息傳遞電路的參考地耦接至第二參考地；模式控制電路，所述模式控制電路耦接至信息傳遞電路以接收信息傳遞信號，并根據信息傳遞信號和第一閾值信號的比較結果產生第一模式控制信號，其中模式控制電路的參考地耦接至第一參考地；以及開關控制電路，所述開關控制電路耦接至模式控制電路以接收第一模式控制信號，并根據第一模式控制信號控制開關電源的工作模式，其中開關控制電路的參考地為第一參考地；其中當第一模式控制信號控制開關電源工作在正常模式時，開關控制電路根據第一參考信號產生開關控制信號，控制功率開關的運行，使得輸出電壓信號等于第一預設電壓值；以及當第一模式控制信號控制開關電源工作在待機模式時，開關控制電路根據第二參考信號產生開關控制信號，控制功率開關的運行，使得輸出電壓信號等于第二預設電壓值。
[0005]為實現上述目的，本發明還提出了一種用于多模式開關電源的控制電路，所述開關電源包括至少一個功率開關，所述控制電路包括:第一參考地；第二參考地；信息傳遞電路，所述信息傳遞電路接收模式信號和過壓指示信號，并在功率開關處于第一狀態時根據模式信號和過壓指示信號產生信息傳遞信號，其中信息傳遞電路的參考地耦接至第二參考地；模式控制電路，所述模式控制電路耦接至信息傳遞電路以接收信息傳遞信號，并根據信息傳遞信號和第一閾值信號的比較結果產生第一模式控制信號，根據信息傳遞信號和第二閾值信號的比較結果產生第二模式控制信號，其中模式控制電路的參考地耦接至第一參考地；以及開關控制電路，所述開關控制電路耦接至模式控制電路以接收第一模式控制信號和第二模式控制信號，根據第一模式控制信號和第二模式控制信號控制開關電源的工作模式，并產生開關控制信號以控制功率開關的運行，其中開關控制電路的參考地耦接至第一參考地。
[0006]為實現上述目的，本發明還提出了一種用于多模式開關電源的控制方法，所述多模式開關電源包括功率開關，所述控制方法包括:在功率開關處于第一狀態時，根據模式信號產生信息傳遞信號；根據信息傳遞信號和電壓閾值相比較產生比較信號；在功率開關處于第一狀態時采樣比較信號，并根據比較信號產生模式控制信號；根據流過功率開關的電流和電流參考信號控制功率開關的關斷時刻；當模式控制信號控制開關電源工作在正常模式時，根據反饋信號和第一參考信號控制功率開關的導通時刻；以及當模式控制信號控制開關電源工作在待機模式時，根據反饋信號和第二參考信號控制功率開關的導通時刻，其中第二參考信號小于第一參考信號。
[0007]根據本發明各方面的上述多模式開關電源及其控制電路和控制方法，可以根據需要靈活的控制開關電源的工作模式，以及調整不同模式下輸出電壓信號的大小，從而優化各工作模式下的效率。
【附圖說明】
[0008]圖1示意性地示出了根據本發明一實施例的開關電源100的電路框圖；
[0009]圖2示意性的示出了根據本發明一實施例的開關電源10a的電路結構圖；
[0010]圖3示意性的示出了根據本發明一實施例的圖2所示的開關控制電路12a的電路結構圖；
[0011]圖4示意性的示出了根據本發明一實施例的圖3所示的待機模式控制環路31的電路結構圖；
[0012]圖5示意性的示出了根據本發明一實施例的圖3所示的正常模式控制環路32的電路結構圖。
[0013]圖6示意性的示出了根據本發明又一實施例的開關電源10b的電路結構圖；
[0014]圖7示意性的示出了根據本發明一實施例的圖6所示的采樣電路133的電路結構圖；
[0015]圖8示意性的示出了根據本發明一實施例的圖7所示的采樣電路133的波形圖；
[0016]圖9示意性的示出了根據本發明一實施例的圖6所示的開關控制電路12b的電路結構圖；
[0017]圖10示意性示出了根據本發明一實施例的用于多模式開關電源的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0019]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0020]圖1示意性地示出了根據本發明一實施例的開關電源100的電路框圖。開關電源100包括輸入端口 101、輸出端口 102、開關調節器11、開關控制電路12、模式控制電路13、以及信息傳遞電路14。其中輸入端口 101例如可以接收輸入電壓信號Vin、輸出端口 102例如可以產生輸出電壓信號Vo。如圖1所示，輸出端口 102還可以耦接下一級開關調節器15，輸出電壓信號Vo用作開關調節器15的輸入電壓。信息傳遞電路14接收模式信號Mode，并根據模式信號Mode產生信息傳遞信號Vhs。模式控制電路13耦接至信息傳遞電路14，并根據信息傳遞信號Vhs產生模式控制信號M_STBY。開關控制電路12耦接至模式控制電路13，并根據模式控制信號M_STBY、參考信號Vrefl、參考信號Vref2、以及反饋信號FB產生開關控制信號CTRL。其中反饋信號FB可以反映開關調節器11的輸出電壓信號Vo的大小或流過開關調節器11的電流的大小。開關調節器11耦接至開關控制電路12，并在開關控制信號CTRL的控制下運行，例如導通或關斷，以產生可控的輸出電壓信號Vo。
[0021]圖2示意性的示出了根據本發明一實施例的開關電源10a的電路結構圖。圖2所示的實施例中開關調節器11以降壓式電路(BUCK)拓撲為例進行說明。開關調節器11包括輸入電容器Cl、功率開關Ml、續流二極管Dl、電感器L1、以及輸出電容器C2。輸入電容器Cl耦接在輸入端口 101和參考地GNDl之間，功率開關Ml具有第一端、第二端和控制端，其中功率開關Ml的第一端耦接至輸入端口 101，功率開關Ml的第二端耦接至參考地GND2，功率開關Ml的控制端接收開關控制信號CTRL。續流二極管Dl具有陽極端和陰極端，其中續流二極管Dl的陽極端耦接至參考地GND1，續流二極管Dl的陰極端耦接至功率開關Ml的第二端和參考地GND2。電感器LI的一端耦接至參考地GND2，另一端耦接至輸出端口 102。輸出電容器C2耦接在輸出端口 102和參考地GNDl之間。其中參考地GNDl同時也是信息傳遞電路14a的參考地。參考地GND2同時也是開關控制電路12a和模式控制電路13a的參考地。
[0022]信息傳遞電路14a根據不同狀態的模式信號Mode產生具有不同電壓大小的信息傳遞信號Vhs。在圖2所示的實施例中，信息傳遞電路14a包括可變電壓源VSl和單向導通電路141。可變電壓源VSl具有第一端和第二端，其中可變電壓源VSl的第一端耦接至參考地GND1，可變電壓源VSl的第二端根據模式信號Mode提供可變電壓信號Vis。在一個實施例中，當模式信號Mode指示需要開關調節器11工作在正常模式時，例如Mode為低電平時，可變電壓信號Vls等于電壓Vlsl。當模式信號Mode指示需要開關調節器11工作在待機模式時，例如Mode為高電平時，可變電壓信號Vls等于電壓Vls2。在一個實施例中，電壓Vls2大于電壓Vlsl。電壓Vlsl例如等于0V，電壓Vls2例如等于4V。單向導通電路141的第一端耦接至可變電壓源VSl的第二端以接收可變電壓信號Vls，單向導通電路141的第二端耦接至模式控制電路13a以提供信息傳遞信號Vhs。單向導通電路141在一定條件下將可變電壓信號Vls單向地傳遞至模式控制電路13a，從而保證了信息傳遞的準確性