CN101515756B

CN101515756B - 具有多种模式的用于高效功率控制的方法和系统

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Publication number: CN101515756B
Application number: CN2008100337490A
Authority: CN
Inventors: 张秀红; 朱臻; 曹亚明; 方烈义
Original assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: US8339814B2; US20110051472A1; US20090206814A1; CN101515756A; US7826237B2

Abstract

本发明公开了具有多个模式的用于高效功率控制的方法和系统。根据一种实施方式，本发明提供了一种具有可选择的功率模式的功率系统。该功率系统包括用于输出能量的第一端子，该第一端子被电耦合到负载。该系统还包括脉冲频率调制组件(PFM)，该PFM组件被配置为基于负载来调节脉冲频率。该系统还包括脉宽调制(PWM)组件，该PWM组件被配置为基于负载来调节脉宽。该系统还包括被电耦合到第一端子的开关。另外，该系统包括控制组件，该控制组件被配置为提供控制信号，该控制信号能够使开关被接通或者关断。如果输出大于预定值，则控制信号与PWM组件的输出以及脉宽相关联。如果输出小于预定值，则控制信号与PFM组件的输出以及脉冲频率相关联。

Description

具有多种模式的用于高效功率控制的方法和系统

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可被应用于用来控制电源的设备。

背景技术

根据各种实施方式，本发明提供了各种功率控制方案来提高系统的稳定性和性能。仅作为示例，本发明可被用于以下功率系统，该功率系统可以选择性地基于工作条件(例如输出功率电平、功率消耗等等)工作在各种功率模式下。应当意识到本发明具有广泛的应用。

脉宽调制(PWM)技术被广泛用于电源系统。更具体地说，PWM技术已经用在许多稳压开关模式功率转换器设计中。稳压开关模式功率转换器的好处尤其在于其较之线性稳压器具有更高的效率。随着节能要求和效率规定变得更加严格，稳压开关模式功率转换器正变得愈加流行。相比之下，线性稳压器因为其不佳的功率效率和节能能力正变得愈加不流行并且可能丧失市场。在不远的将来，开关功率转换器有望变成电源系统的主流。

在开关功率转换系统中，功率开关经常使用功率MOSFET、功率双极性晶体管、IGBT或者其他类型的晶体管作为开关元件来实现。能量转移量由功率接通和关断时间来调节。例如，PFM信号的接通和/或关断时间是根据输出负载来控制的。在特定示例中，通过感测输出电压和/或电流并向功率开关施加相应的控制信号来调节输出电压和/或电流。

图1是图示传统的反激式(flyback)开关功率转换系统的简化示图。系统100包括用来控制并驱动功率MOSFET 102的PWM控制器101，功率MOSFET 102接通和关断以控制递送给次级侧负载的功率。在次级侧感测输出电压和电流并将其与期望的输出电压和电流基准进行比较。误差信号被放大并被经由光耦合器反馈回初级侧的控制器。通常，TL431(例如，用于提供隔离反馈的组件)或者类似类型的IC和PC817(例如，光耦合器)或者类似类型的IC在次级侧被用于隔离反馈。

图2是图示另一传统反激式开关功率转换系统的简化示图。如图2所示，系统200具有初级侧和次级侧。如图所示，感测、放大和信号转移(例如由系统100中的光耦合器完成的)被省略，这极大地减少了系统200的制造成本。在初级侧受控的开关功率转换系统中，输出电压被映射到辅助绕组(AUX)。结果，可以通过监视辅助绕组(AUX)处的电压来感测输出电压。在各种应用中，通过将AUX处的电压与期望的电压基准进行比较来调节输出电压。更具体地说，节点201处的信号是输出电压信号的映射。节点201处的电压的调节转化为输出电压的调节。

为了进一步进行说明初级侧调节，V_FB和V_out的关系被表示如下：

V_{FB} = \frac{n \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} \cdot V_{out}, - - - (1)

其中n是辅助绕组对次级绕组的比率。

设置

k = \frac{R_{1} + R_{2}}{n \cdot R_{2}},

V_out被表示如下：

V_out＝k·V_FB(2)

如上所示的系统100和系统200对于某些应用都是有用的。遗憾的是，这些传统系统常常是不充分的。

因此，这里将提出用于功率电源改进的系统和方法。

发明内容

本发明涉及集成电路。更具体地说，本发明可被应用于用来控制电源的设备。根据各种实施方式，本发明提供了各种功率控制方案来提高系统的稳定性和性能。仅作为示例，本发明可被用于以下功率系统，该功率系统可以选择性地基于工作条件(例如输出功率电平、功率消耗等等)工作在各种功率模式下。应当意识到本发明具有广泛的应用。

根据各种实施方式，根据本发明的功率系统工作在多种功率模式下。例如，当输出电压低于阈值电压电平时，电源系统在脉冲频率调制(PFM)模式下工作。在PFM模式下，峰值电流对于几乎所有负载状况都保持基本相同，并且开关频率根据输出电压改变。另一方面，当输出到达和/或超过阈值电压电平时，电源系统在PWM模式下工作，其中电压调节通过改变脉宽完成。

根据一种实施方式，本发明提供了一种具有可选择的功率模式的功率系统。该功率系统包括用于输出能量的第一端子，该第一端子被电耦合到负载。该系统还包括脉冲频率调制组件(PFM)，该脉冲频率调制组件被配置为基于负载来调节脉冲频率。该系统还包括脉宽调制(PWM)组件，该脉宽调制组件被配置为基于负载来调节脉宽。该系统还包括被电耦合到第一端子的开关。另外，该系统包括控制组件，该控制组件被配置为提供控制信号，该控制信号能够使开关被接通或者关断。如果输出大于预定值，则控制信号与PWM组件的输出以及脉宽相关联。如果输出小于预定值，则控制信号与PFM组件的输出以及脉冲频率相关联。

根据另一种实施方式，本发明提供了一种用于提供功率的方法。该方法包括从输入源接收功率输入。该方法还包括向负载递送功率输出。该方法还包括测量反馈电压，该反馈电压与负载的输出电压相关联。该方法还包括将反馈电压与第一阈值电压进行比较。该方法还包括：如果反馈电压高于第一阈值电压，则使用脉宽调制来递送功率。该方法还包括：如果反馈电压低于第一阈值电压，则使用脉冲频率调制来递送功率。另外，该方法包括：如果反馈电压低于第二阈值电压，则终止对负载的功率输出。

根据另一种实施方式，本发明提供了一种用于使用脉冲频率调制输出功率的装置。该装置包括输入，该输入用于接收反馈信号。该装置还包括脉冲发生器。该脉冲发生器被配置为以基本恒定的频率生成脉冲。另外，该装置包括振荡器，该振荡器被配置为提供包含频率特征的输出信号，该频率与反馈信号相关联。另外，该装置包括逻辑组件，该逻辑组件被配置为至少基于脉冲和输出信号来提供控制信号。

通过本发明实现了优于传统技术的许多好处。在某些实施方式中，该方法提供了向轻负载和重负载两者提供功率的具有高能量效率并且高性能的方式。通过实现本发明的实施方式，减少了在功率切换过程期间浪费的能量的量，并且还减少了切换时间。另外，该方法提供了与传统处理技术相兼容且无需对传统的设备和过程进行重大修改的过程。取决于实施方式，可以实现这些好处中的一个或多个。这些以及其他的好处将在整个说明书中得到更详细的描述。

参考具体实施方式和后续附图，可以更加充分地理解本发明的各种其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是图示传统的反激式开关功率转换系统的简化示图。

图2是图示另一传统的反激式开关功率转换系统的简化示图。

图3是图示传统系统的输出的简化示图。

图4是图示本发明的一种实施方式的简化示图。

图5是图示根据本发明一种实施方式的PWM组件的简化示图。

图6是图示根据本发明一种实施方式的PWM组件的输出的简化时序图。

图7是图示根据本发明一种实施方式的PFM调制设备的简化示图。

图8是图示根据本发明一种实施方式的压控振荡器的简化示图。

图9是图示根据本发明一种实施方式的用于实现压控振荡器的电路的简化示图。

图10是图示根据本发明一种实施方式由PFM模块生成的波形的时序图。

图11是图示根据本发明一种实施方式的功率系统的另一种实施方式的简化示图。

具体实施方式

如上所述，传统的系统经常是不合适的。例如，如图1所示的系统100实现起来常常是昂贵的(例如，由于开关功率转换系统的增加成本)并且低效的。相比之下，如图2所示的系统200实现起来相对便宜，因为在系统100的次级侧中使用的各种组件在系统200中被简化和/或除去。例如，系统200的制造成本减少使得该系统可被广泛适用于各种应用，例如用于手持设备、蜂窝式电话等等。

虽然系统200提供了某些优于系统100的优点，其仍然经常不适用于各种应用。系统200等尤其经常不能够提供恒定的输出电压和/或电流。

图3是图示传统系统的输出的简化示图。例如，传统系统是系统200或者与系统200基本类似的系统。如图3所示，输出电压如上所述被保持稳定。但是，当输出电压低于阈值电压(Vth1)时，难于使输出电流保持恒定。结果，输出是非线性的并且因而不合乎许多应用的需要。

因此，应当意识到各种实施方式提供了能够提供基本线性的功率递送和高效的能量消耗的符合成本效益的解决方案。

根据某些实施方式，本发明提供了一种技术，其中功率系统通过脉冲频率调制来递送能量，该技术的细节在下面给出。

对于工作在非连续电流模式(DCM)下的典型的反激式开关功率转换系统，递送给次级侧输出的功率可以如在以下等式中表示：

ϵ = \frac{1}{2} \cdot L_{p} \cdot I_{peak}^{2} = PT - - - (3)

最大功率P被表示为：

P = \frac{L_{p} \cdot I_{peak}^{2}}{2 \cdot T} = \frac{f}{2} \cdot L_{p} \cdot I_{peak}^{2} = V_{out} \cdot I_{out}, - - - (4)

在等式4中，f是开关频率。T是开关周期。L_p是初级绕组的电感。I_peak是接通时间结束时的初级绕组峰值电流。

在电压调节(恒定电压)模式下，峰值电流受反馈信号控制，Vout相对期望电压的误差被放大，并且该误差控制PWM脉宽并从而控制开关的接通时间。通过闭环反馈来调节输出电压。

在恒流模式下，在初级侧(例如，在功率系统的初级电感器处)受控的转换器中并不感测输出电流。在各种实施方式中，通过不同方式执行电流调节。根据特定实施方式，通过调节不同输出电压电平处的峰值电流水平来完成功率调节。例如，功率调节被表示如下：

I_{peak} = \sqrt{2 \cdot \frac{V_{out} \cdot I_{out}}{f \cdot L_{p}}} - - - (5)

如图5所示，峰值电流在输出电压增大时增大，从而使输出电流维持恒定。

根据另一种实施方式，通过调制开关频率来进行功率调节。例如，频率调制被表示如下：

f = 2 \cdot \frac{V_{out} \cdot I_{out}}{L_{p} \cdot L_{peak}^{2}} - - - (6)

如式6所示，峰值电流在输出电压变化时保持不变。对于给定的输出电流(Iout)，开关频率随着输出电压而增大，而输出电流保持恒定。例如，等式6说明了PFM技术的工作原理。

通常，与根据等式6的功率调节方法相比，根据等式5的功率调节更加难于实现。更具体地说，根据等式5的功率调节是非线性函数(平方根)，因此实现起来较复杂。相比之下，根据等式6的功率调节方法是线性函数，并且因而相对易于实现。更具体地说，根据等式6的功率调节方法在输出电压电平低于某一阈值电压时一般是有用的。

图4是本发明的一种实施方式的简化示图。该示图仅是示例，其不应不适当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。

如图4所示，功率系统400包括以下组件：

1.初级绕组402；

2.辅助绕组403；

3.输入电压404；

4.MUX选择器405；

5.PFM组件406；

6.PWM组件407；

7.模式选择器408；

8.阈值电压409；

9.误差放大器410；

10.电阻器411和412；

11.电容器413；

12.开关415；

13.UVLO组件416；

14.栅极驱动器414；以及

15.输出417。

在工作期间，系统400从输入电压404接收功率。系统400基于输出负载来设置输出功率电平并且提供输出417。如图4所示，系统400包括初级绕组402和辅助绕组403。初级绕组402用于向输出417递送功率。辅助绕组403用于获得系统400的反馈信号，以便设置输出功率电平。系统400通过操作开关415来设置输出电平。例如，开关415由功率MOSFET来实现。取决于具体应用，开关415可由其他类型的开关组件(例如BJT等)来实现。

系统400通过功率控制组件401来设置功率电平。根据各种实施方式，系统400在PFM模式和PWM模式下都能够工作。当系统400在PFM模式下工作时，功率控制组件401基于输出负载状况以具有恒定脉宽的各种频率接通和关断开关415。当系统400在PWM模式下工作时，功率控制组件401基于输出负载状况以不同的“接通”时间接通开关415。系统400基于输出负载状况在PFM模式与PWM模式之间切换。例如，当输出电压高于阈值电平时，系统400在PWM模式下工作。另一方面，当输入电压等于或者低于阈值电平时，系统400在PFM模式下工作。例如，当在PFM模式下工作时，输出电流保持恒定，如上面所说明的。

控制组件401通过经由辅助绕组403感测负载来确定工作模式。如图4所示，功率递送和反馈感测特征都是使用电感器件(即电感器)来实现的。但是应当理解，也可使用其他类型的电气器件。辅助绕组403被与第二侧绕组耦合。结果，输出电压可被近似地映射到辅助绕组。在特定实施方式中，辅助绕组中的电压还作为控制组件401的电源。整流和衰减之后的电压还被反馈到FB引脚中，作为控制组件401的控制信号。

反馈电压是通过辅助绕组403和电容器413以及电阻器412和411得到的。例如，反馈电压与输出负载状况相关联。根据一种实施方式，反馈电压被电容器413以及电阻器412和411稳定。例如，电容器413被用于环路稳定，并且FB处的电压是一个与输出417处的输出电压近似成比例的DC电压。仅作为示例，电阻器412与411之间的分压被包括电阻分压器和电容器413的RC滤波器平均，并且这个分压与输出电压成比例。

如图所示，控制组件401被配置为提供两种工作模式：PFM模式和PWM模式。例如，当初始输出电压小于预定电压电平时，功率转换需要在恒流(CC)模式下工作。FB处的衰减反馈信号被分别馈送到误差放大器(EA)410和PFM组件406。当FB信号低于EA的基准电压时，EA的输出将被拉升为高电压电平，从而使模式选择器输出选择PFM组件406以进行功率控制的信号。例如，PFM组件406控制开关415的接通和关断。在PFM模式下，FB处的反馈电压被提供给EA 410的输入。反馈电压在输出电压增大时逐渐地增大(例如，由于负载状况的增大)。当节点FB处的反馈电压接近于EA 410的基准电压时，EA的输出降落到比预定电压更低的电平，从而使模式选择器408禁用PFM 工作模式并且使能PWM工作模式。在PWM工作模式下，PWM组件407控制开关415的接通/关断。另外，当在PWM模式下工作时，系统400还根据恒定电压(CV)模式工作。

图5是图示根据本发明一种实施方式的PWM组件的简化示图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如图5所示，PWM组件506包括以下组件：

1.输出501；

2.逻辑组件502和503；

3.PWM比较器504；以及

4.输入505、506、507、508和509。

应当意识到可以基于具体应用添加、去除、替换组件500的配置和部件。作为示例，逻辑组件503是触发器(flip-flop)并且逻辑组件502是“与”(AND)门。PWM比较器504基于输入505和506处的值生成并输出Comp_out。例如，PWM比较器504的输出是基于输入505与506之间的差异的，从而允许PWM组件500基于反馈输出信号(EA_out)506来调节脉宽。根据一种实施方式，逻辑组件基于输入509生成输出501，其提供了脉冲的时钟频率。PWM比较器504的输出以及输入507和508确定了每个脉冲的宽度。作为示例，输入507是由PFM组件提供的，而输入508是由UVLO组件提供的。

图6是图示根据本发明的一种实施方式的PWM组件的输出的简化时序图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如图所示，PWM信号与固定频率相关联，并且脉宽是基于将电流传感信号的峰值与EA的输出电压进行比较的结果的。

现在返回参考图4。PFM组件406被与PWM组件一起实现以提供脉冲频率调制。图7是图示根据本发明一种实施方式的PFM调制设备的简化示图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如图7所示，PFM模块700包括压控振荡器(VCO)704、选择器705、比较器703、逻辑门702和触发器701。

如框710中所示的组件被用于生成恒定脉宽。VCO 704的输出被用作触发器的时钟信号。例如，VCO 704生成用于使PFM信号同步的时钟信号。VCO的输出704是基于来自输入712的反馈电压而变化的时钟频率。当反馈电压较高时，时钟频率较高。另一方面，当反馈电压较低时，时钟频率较低。高反馈电压尤其一般指示高负载状况。因此增大向负载递送功率的脉冲的频率是重要的。另一方面，如果反馈电压较低，这一般是负载状况较低的指示；从而与用于功率递送的脉冲相关联的频率将会降低。根据一种实施方式，当负载状况低于欠电压锁定(lock-out)阈值电压时，PFM模块700处的PFM调制被关闭。

图8是图示根据本发明一种实施方式的压控振荡器的简化示图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如图所示，VCO 800包括电压-电流转换器801和流控振荡器802。流控振荡器802生成一时钟信号，该时钟信号的频率与反馈电压803有直接关系。例如，当反馈电压较高时(即高负载状况)，时钟频率较高。另一方面，当负载状况较低时，时钟频率较低。应当理解，VCO 800可以使用其他组件来实现。

图9是图示根据本发明一种实施方式用于实现压控振荡器的电路的简化示图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如图9所示，压控振荡器(VCO)900是使用多个模拟和逻辑组件实现的。如图9所示，VCO 900基于工作模式和反馈基准电压来提供时钟输出信号。

如图所示的框710内的各种组件被用于提供恒定脉宽。根据各种实施方式，每个脉冲可以将功率开关(例如系统400中的开关415)接通基本相同数量的时间，从而允许恒定脉冲宽度的能量被递送。如图7所示，恒定脉冲是基于输入709、713和711的。例如，脉宽与感测到的电流(即感测到的与负载和反馈状况相关联的电流)相关。由框710中的组件所生成的恒定脉冲尤其使得可以精确地控制将被递送到负载的功率量。FB处的电压被转换为电流，然后该电流被注入振荡器以控制振荡频率。所生成的时钟CLK被用于触发功率开关的接通。例如，接通时间是由PFM比较器决定的。

图10是图示根据本发明一种实施方式由PFM模块生成的波形的时序图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。如在图10(a)中可见，PFM输出的特征在于恒定的脉宽。递送给负载的功率的量是由时钟信号控制的，时钟信号又是基于反馈电压的。例如，应用了PFM比较器，其中感测到的电流信号被与预定的阈值电平进行比较。一旦感测到的电流信号超过阈值电平，则比较器的输出发生改变以关断功率开关。结果，脉宽是基于预定阈值电平和感测到的电流信号的斜率的。例如，因为存储在初级侧绕组的电感器中的能量的量与峰值电流(其与阈值电平相等)相关联，所以存储在初级侧绕组的电感器中的能量对于每个周期都是恒定的。转移到次级侧的功率取决于开关频率，开关频率受反馈电压控制。

如图10(b)所示，控制脉冲频率的时钟速度与反馈电压有直接关系(即负载状况的函数)。一旦反馈电压到达阈值电压电平(即如图10(b)所示的Vref)，脉冲频率的时钟速度就保持在预定电平。例如，一旦到达阈值电压，功率系统(例如，图4中的功率系统400)就切换到脉宽调制模式。

现在返回参考图4。控制组件401还包括用于提供欠电压锁定(UVLO)的UVLO组件416，其可能使系统400关闭并重新开始。取决于应用，用于触发UVLO组件416的工作的阈值电压可被改变。

总而言之，系统400取决于负载状况而在PWM模式或者PFM模式下工作。更具体地说，系统400在负载状况较高时在PWM模式下工作并在负载状况较低时在PFM模式下工作。在必要时，UVLO组件416被用于提供所需要的欠电压锁定。应当理解，在本发明的范围内可以有多种变化。

图11是图示根据本发明一种实施方式的另一实施方式的电源系统的简化示图。该示图仅是一个示例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。

如图11所示，电源系统1100包括以下组件：

1.初级绕组1102；

2.辅助绕组1103；

3.输入电压1104；

4.MUX选择器1105；

5.PFM组件1106；

6.PWM组件1107；

7.模式选择器1108；

8.阈值电压1109；

9.误差放大器1110；

10.电阻器1111和1112；

11.电容器1113；

12.开关1115；

13.UVLO组件1116；

14.栅极驱动器1114；以及

15.输出1117。

在工作期间，系统1100从输入电压1104接收功率。系统1100基于输出负载来设置输出功率电平并且提供输出1117。如图11所示，系统1100包括初级绕组1102和辅助绕组1103。初级绕组1102被用于向输出1117递送功率。辅助绕组1103被用于获得系统1100的反馈信号以设置输出功率电平。系统1100通过操作开关1115来设置输出电平。例如，开关1115是由功率MOSFET实现的。取决于具体的应用，开关1115可由其他类型的开关组件(例如BJT等)实现。

系统1100通过功率控制组件1101来设置功率电平。根据各种实施方式，系统1100在PFM模式和PWM模式下都能够工作。当系统1100在PFM模式下工作时，功率控制组件1101基于输出负载状况以各种频率接通和关断开关1115。当系统1100在PWM模式下工作时，功率控制组件1101基于输出负载状况以不同的“接通”时间接通开关1115。系统1100基于输出负载状况在PFM模式与PWM模式之间切换。例如，当输出电压高于阈值电平时，系统1100在PWM模式下工作。另一方面，当输出电压等于或者低于阈值电平时，系统1100在PFM模式下工作。例如，当在PFM模式下工作时，输出电流保持恒定，如上面所说明的。

控制组件1101通过经由辅助绕组1103感测负载来确定工作模式。如图11所示，功率递送和反馈感测特征都是使用电感器件(即电感器)来实现的。但是应当理解，也可使用其他类型的电气器件。辅助绕组1103被与第二侧绕组耦合。结果，输出电压可被近似地映射到辅助绕组。在特定实施方式中，辅助绕组中的电压还作为控制组件1101的电源。整流和衰减之后的电压还被反馈到FB引脚中，作为控制组件1101的控制信号。

反馈电压是通过辅助绕组1103和电容器1113以及电阻器1112和1111得到的。例如，反馈电压与输出负载状况相关联。根据一种实施方式，反馈电压被电容器1113及电阻器1112和1111稳定。例如，电容器1113用于环路稳定，并且FB处的电压是一个与输出1117处的输出电压近似成比例的DC电压。仅作为示例，电阻器1112与1111之间的分压被包括电阻分压器和电容器1113的RC滤波器平均，并且这个分压与输出电压成比例。

如图所示，控制组件1101被配置为提供两种工作模式：PFM模式和PWM模式。例如，当初始输出电压小于预定电压电平时，功率转换需要在恒流(CC)模式下工作。FB处的衰减反馈信号被分别馈送到误差放大器(EA)1110和PFM组件1106中。当FB信号低于EA的基准电压时，EA的输出将被拉升为高电压电平，从而使模式选择器输出选择PFM组件1106来进行功率控制的信号。例如，PFM组件1106控制开关1115的接通和关断。在PFM模式下，FB处的反馈电压被提供给EA 1110的输入。反馈电压在输出电压增大时(例如，由于负载状况的增大)逐渐地增大。当节点FB处的反馈电压接近于EA 1110的基准电压时，EA的输出降落到比预定电压更低的电平，从而使模式选择器1108禁用PFM工作模式并且使能PWM工作模式。在PWM工作模式下，PWM组件1107控制开关1115的接通/关断。另外，当在PWM模式下工作时，系统1100还根据恒定电压(CV)模式工作。

控制组件1101还包括用于提供欠电压锁定(UVLO)的UVLO组件1116，其可能使系统1100关闭并重新开始。取决于应用，用于触发UVLO组件1116的工作的阈值电压可被改变。作为示例，UVLO组件1116受通电复位信号控制。

总而言之，系统1100取决于负载状况而在PWM模式或者PFM模式下工作。更具体地说，系统1100在负载状况较高时在PWM模式下工作并且在负载状况较低时在PFM模式下工作。在必要时，UVLO组件1116被用于提供欠电压锁定。应当理解，在本发明的范围内可以有多种变化。

根据一种实施方式，本发明提供了一种具有可选择的功率模式的功率系统。该功率系统包括用于输出能量的第一端子，该第一端子被电耦合到负载。该系统还包括脉冲频率调制组件(PFM)，该脉冲频率调制组件被配置为基于负载来调节脉冲频率。该系统还包括脉宽调制(PWM)组件，该脉宽调制组件被配置为基于负载来调节脉宽。该系统还包括被电耦合到第一端子的开关。另外，该系统包括控制组件，该控制组件被配置为提供控制信号，该控制信号能够使开关被接通或者关断。如果输出大于预定值，则控制信号与PWM组件的输出以及脉宽相关联。如果输出小于预定值，则控制信号与PFM组件的输出以及脉冲频率相关联。例如，该实施方式根据图4和11得到例示。

根据另一种实施方式，本发明提供了一种用于提供功率的方法。该方法包括从输入源接收功率输入。该方法还包括向负载递送功率输出。该方法还包括测量反馈电压，该反馈电压与负载的输出电压相关联。该方法还包括将反馈电压与第一阈值电压进行比较。该方法还包括：如果反馈电压高于第一阈值电压，则使用脉宽调制来递送功率。该方法还包括：如果反馈电压低于第一阈值电压，则使用脉冲频率调制来递送功率。另外，该方法包括：如果反馈电压低于第二阈值电压，则终止对负载的功率输出。例如，该实施方式根据图4得到例示。

根据另一种实施方式，本发明提供了一种用于使用脉冲频率调制输出功率的装置。该装置包括输入，该输入用于接收反馈信号。该装置还包括脉冲发生器。该脉冲发生器被配置为生成恒定频率的脉冲。另外，该装置包括振荡器，该振荡器被配置为提供包含频率特征的输出信号，该频率与反馈信号相关联。另外，该装置包括逻辑组件，该逻辑组件被配置为至少基于脉冲和输出信号来提供控制信号。例如，该实施方式根据图7-9得到例示。

通过本发明实现了优于传统技术的许多好处。在某些实施方式中，这些方法提供了向轻负载和重负载两者提供功率的具有高能量效率并且高性能的方式。通过实现本发明的实施方式，减少了在功率切换过程期间浪费的能量的量，并且也减少了切换时间。另外，该方法提供了与传统处理技术相兼容且无需对传统的设备和过程进行重大修改的过程。取决于实施方式，可以实现这些好处中的一个或多个。

虽然已经描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将会理解，存在与所述实施方式等价的其他实施方式。因此，应当理解本发明不受所示的特定实施方式限制，而是仅受所附权利要求书限制。

Claims

1.一种具有可选择的功率模式的功率系统，该功率系统包括：

用于输出能量的第一端子，该第一端子被电耦合到负载；

脉冲频率调制组件，该脉冲频率调制组件被配置为基于所述负载来调节脉冲频率；

脉宽调制组件，该脉宽调制组件被配置为基于所述负载来调节脉宽；

被电耦合到所述第一端子的开关；以及

控制组件，该控制组件被配置为提供控制信号，该控制信号能够使所述开关被接通或者关断；

其中：

如果输出大于预定值，则所述控制信号与所述脉宽调制组件的输出以及脉宽相关联；

如果所述输出小于所述预定值，则所述控制信号与所述脉冲频率调制组件的输出以及脉冲频率相关联。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述脉宽调制组件的输出与恒定频率相关联。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲频率调制组件的输出与恒定脉宽相关联。

4.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述输出等于所述预定值，则所述控制信号与所述脉冲频率调制组件的输出以及所述脉冲频率相关联。

5.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述输出大于预定值，则所述功率系统根据恒压模式工作。

6.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述输出小于预定值，则所述功率系统根据恒流模式工作。

7.如权利要求1所述的系统，还包括欠电压锁定组件。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述欠电压锁定组件受通电复位信号控制。

9.如权利要求7所述的系统，其中，所述欠电压锁定组件受反馈信号控制。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲频率调制组件包括压控振荡器。

11.一种用于提供功率的方法，该方法包括：

从输入源接收功率输入；

向负载递送功率输出；

测量反馈电压，该反馈电压与所述负载的输出电压相关联；

将所述反馈电压与第一阈值电压进行比较；

如果所述反馈电压高于所述第一阈值电压，则使用脉宽调制来递送功率；

如果所述反馈电压低于所述第一阈值电压，则使用脉冲频率调制来递送功率；以及

如果所述反馈电压低于第二阈值电压，则终止对所述负载的功率输出。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述终止所述功率输出的步骤包括欠电压锁定过程。

13.如权利要求11所述的方法，还包括放大所述输出电压。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述使用脉宽调制来递送功率的步骤包括调制功率控制信号的脉宽，所述功率控制信号与预定频率相关联。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述使用脉冲频率调制来递送功率的步骤包括调制功率控制信号的脉冲频率，所述功率控制信号与预定脉宽相关联。

16.如权利要求11所述的方法，其中，所述使用脉冲频率调制来递送功率的步骤包括基于脉冲频率使开关接通和关断。

17.如权利要求11所述的方法，其中，所述使用脉宽调制来递送功率的步骤包括基于脉宽使开关接通和关断。