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申请/专利权人：恩智浦有限公司

摘要：公开了一种电源。所述电源包括：输出二极管；总开关，其耦合到输入滤波器；以及输出电感器，其耦合到所述输出二极管和所述总开关。所述电源还包括旁路开关，其耦合到所述总开关且被配置成对所述输出电感器设旁路。包括开关驱动器，且所述开关驱动器被配置成接通所述旁路开关，以及在检测到所述输出二极管处于阻断模式后就接通所述总开关且关断所述旁路开关。还公开了一种SMPS滤波器优化的方法。

主权项：1.一种电源，其特征在于，所述电源包括：输出二极管；总开关，其耦合到输入滤波器；输出电感器，其耦合到所述输出二极管和所述总开关；旁路开关，其耦合到所述总开关且被配置成对所述输出电感器设旁路；以及开关驱动器，其被配置成接通所述旁路开关，其中所述旁路开关的接通导致所述输出二极管转变为阻断模式，以及在检测到所述输出二极管处于阻断模式后接通所述总开关且关断所述旁路开关。

全文数据：SMPS滤波器优化技术领域本发明涉及一种用于减小开关模式电源的输入电流中的电流尖峰的方法。背景技术电源几乎用于每个电子装置中，主要用于将交流AC或直流DC电输入转换为恒定直流DC输出电压以向电子装置的内部电路系统供电，所述电输入的电压可能会由于电力线状况和负载因数而变化。被设计成将波动输入电压转换为恒定较低输出电压的电源可由线性转换器实现。然而，此类线性电源具有不良效率的特征。如果将线性电源用于递送较大输出电流或功率，那么效率的不利影响会变得显著。当需要较大效率时，常常使用开关模式电源switchedmodepowersupply；SMPS。然而，SMPS使用在内部使用开关的切换机构，且此类内部切换已知为会造成电磁发射或EMC噪声。SMPS通常包括异步转换器，异步转换器还可包括一个或多个二极管。二极管的反向恢复特性通常会造成产生EMC噪声。为了减少EMC噪声，通常使用输入滤波器。对于某些类型的应用，例如汽车中所使用的电子系统，可能存在监管要求以使EMC噪声保持低于预设阈值。输入滤波器被设计成使EMC噪声保持低于此阈值。此外，二极管还可能需要具有优异的反向恢复特性，这可能需要在硅晶片上存在较大的空间。减小输入滤波器的大小以及可能还减小二极管的大小可能会减小电源的整体大小和成本。发明内容提供此发明内容而以简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步所描述的一系列概念。此发明内容并不意图识别所要求的主题的关键特征或必需特征，也并不意图用于限制所要求的主题的范围。在一个实施例中，公开了一种电源。所述电源可包括：输入滤波器；输出二极管；总开关，其耦合到所述输入滤波器；以及输出电感器，其耦合到所述输出二极管和所述总开关。所述电源还包括旁路开关，其耦合到所述总开关且被配置成对所述输出电感器设旁路。包括开关驱动器，且所述开关驱动器被配置成接通所述旁路开关，以及在检测到所述输出二极管处于阻断模式后就接通所述总开关且关断所述旁路开关。在一些其它例子中，所述旁路开关被配置成在所述总开关接通时自动地关断。在另一实施例中，公开了一种用于减小开关模式电源中的电流尖峰的方法。所述方法包括：接通旁路开关；检测耦合到所述开关模式电源的输出级的二极管是否处于阻断模式；以及在检测到所述二极管处于所述阻断模式后就接通所述电源的总开关且关断所述旁路开关。在一些例子中，所述输入滤波器包括滤波电感器和滤波电容器，且所述电源进一步包括用以调节输出电压的参考电压源、振荡器、控制回路和反馈元件。在一些实施例中，所述总开关、所述旁路开关和所述开关驱动器结合在同一集成电路中。所述电源还可包括耦合到所述旁路开关和所述开关驱动器的比较器。所述比较器被配置成检测所述输出二极管是否处于所述阻断模式，且如果所述输出二极管处于所述阻断模式，那么所述比较器向所述开关驱动器提供信号。在接收到所述信号后，所述开关驱动器就接通所述总开关且关断所述旁路开关。附图说明为了可详细地理解本发明的上述特征，可通过参考实施例来更具体地描述上文简要地概述的本发明，所述实施例中的一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可容许其它同等有效的实施例。本领域的技术人员在结合附图阅读本描述后就将清楚所要求的主题的优点，在附图中类似的附图标号用于标示类似的元件，且在附图中：图1描绘根据本公开的一个或多个实施例的具有旁路开关的电源的示意图；图2描绘根据本公开的一个或多个实施例的电源的示意图；图3描绘根据本公开的一个或多个实施例的切换脉冲和电流曲线；且图4示出根据本公开的一个或多个实施例的用于减小开关模式电源中的电流尖峰的方法。应注意，图未按比例绘制。已省略了图转变之间的中间步骤以免混淆本公开。那些中间步骤为本领域的技术人员所知。具体实施方式已省略了或未在描述中详细地描述许多熟知制造步骤、组件和连接器，以免混淆本公开。正向偏压结型二极管中的电流是由多数载流子和少数载流子构成。当存在正向电流时，存在自由少数载流子。正向电流已减小到零的正向导通二极管由于存储在pn结中的少数载流子和存储在体半导体材料中的载流子而继续导通短暂的时间段。如果二极管状态从正向偏压改变成反向偏压，那么二极管中的正向电流变为零。根据二极管的特性，在忽略漏电流的情况下，当二极管反向偏压时，如果反向电压不超过击穿电压，那么此处应无反向电流。然而，实际上，由于如上文所描述的自由载流子，二极管确实在短暂的时间段内展现反向特性。这些少数载流子需要一些有限的时间，例如反向恢复时间，以与相反的电荷重新组合以便被中和。此短暂的时间段被称作二极管的反向恢复时间。理想地，二极管应具有零反向恢复时间。然而，制造成本较高，因此使整体系统例如，SMPS昂贵。本文中所描述的实施例不需要具有优异的反向恢复时间的特殊类型的二极管，因此使整体系统较不昂贵。此外，可使用较小输入滤波器例如，具有较低L、C值。较小滤波器将使SMPS的整体大小较小且较便宜。图1描绘具有旁路开关S1的电源100的示意图。电源100包括输入滤波器118，其可包括一个或多个电容器C1fltr、C2fltr和电感器Lfltr。电源100还包括控制芯片102、输出电感器Lout、二极管D和输出电容器Cout。应注意，在一些实施例中，二极管D可结合在控制芯片102内部。控制芯片102包括引脚N、Vout、VRaw和GND。控制芯片102还可包括开关驱动器104、反馈元件112、控制回路108、振荡器110和电压参考源Vref106。控制芯片102包括参考电压源106。参考电压源106生成用于调节输出电压Vout的电压。包括振荡器110以生成振幅根据振荡频率而波动的输出电压波。在一些例子中，振荡器110可属于类型RC振荡器或张驰振荡器。包括反馈元件112。在一些例子中，反馈元件112可在控制芯片102外部。反馈元件112将标称输出电压除以由参考电压源106生成的参考电压。包括控制回路108以调整开关M1的接通时间，使得即使当输入电压和或负载电流波动时，实际输出电压也等于标称输出电压。在一些例子中，可使用例如“电压模式控制”或“电流模式控制”的熟知稳定方法来实施控制回路108。包括开关驱动器104以提供足够的切换电压来接通关断开关M1且还控制开关M1的接通关断的定时。在一些例子中，开关驱动器104可包括具有箝位电路的电平移位器。图2更详细地描绘控制芯片102。如所示出，比较器114耦合到开关驱动器104，且开关驱动器104还耦合到旁路开关S1。在每个接通关断循环中，旁路开关S1首先接通，而开关M1仍关断。当旁路开关S1接通时，二极管D从导通状态变成阻断状态，且二极管D的反向恢复电荷从输出电容器Cout导通。一旦比较器114检测到二极管D的反向状态，开关驱动器104就接通开关M1且关断旁路开关S1。在一些例子中，当总开关M1接通时，旁路开关S1自动地关断。可例如使用其栅极切换到Vout的NMOS晶体管来实现旁路开关S1的自动关断。图3描绘切换脉冲和电流曲线。曲线图A示出开关M1的切换脉冲，且曲线图B示出旁路开关S1的切换脉冲。如所描绘，旁路开关S1在开关M1之前接通。基于二极管D的反向恢复时间自动地调整切换时间差130。因此，二极管D的反向恢复时间变得较不重要。曲线图C示出输入电流曲线，且如所示出，曲线包括由于二极管D的反向恢复特性而引起的电流中的尖峰132。曲线图C是基于电路中何时不存在旁路开关S1出于比较目的而示出。曲线图D示出当旁路开关S1被结合且根据曲线图B而切换时的输入电流曲线。如所示出，电流中的尖峰134基本上减小，由此致使EMC干扰较小。图4示出用于减小开关模式电源100中的电流尖峰的方法200。因此，在步骤202处，接通旁路开关S1。在步骤204处，当由比较器114检测到二极管D处于阻断模式时接通开关M1。在步骤206处，关断旁路开关S1。如上文所描述，使用旁路开关S1减少了对结合在滤波器118中的高质量和高值滤波器组件的相依性。另外，二极管D也不需要具有良好的反向恢复特性。因此，可使用较便宜的二极管。可组合这些实施例中的一些或全部实施例，可完全省略一些实施例，且可添加额外过程步骤，同时仍实现本文中所描述的产品。因此，本文中所描述的主题可以许多不同变化来体现，且所有此类变化被预期为在权利要求书的范围内。尽管已借助于例子且根据特定实施例描述了一个或多个实施方案，但应理解，一个或多个实施方案并不限于所公开的实施例。相反地，希望涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范围应被赋予最广义的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。除非本文中另外指出或明显与内容相矛盾，否则在描述要素的情况下尤其在所附权利要求书的情况下使用术语“一aan”和“所述”以及类似指示物应被理解为涵盖单数和复数。除非在本文中另外指示，否则对本文中值范围的叙述仅意图充当个别提及属于所述范围的每个单独值的速记方法，且每个单独值并入本说明书中，如同在本文中个别地叙述一般。此外，上述描述是仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范围由在下文中阐述的权利要求及其任何等效物来限定。除非另外要求，否则本文中所提供的对任何和所有示例或示例性语言例如，“例如”的使用仅仅是意图更好地说明主题，而并非对主题的范围造成限制。在权利要求和书面描述二者中使用术语“基于”和指示产生结果的条件的其它类似短语并不意图排除产生所述结果的任何其它条件。本说明书中的任何语言都不应被理解为指示任何非要求的要素与所要求的要素对实践本发明来说同样必需。本文中描述优选实施例，包括本发明人已知的用于执行所要求的主题的最佳模式。当然，在阅读上述描述后，本领域的技术人员就将清楚那些优选实施例的变化。本发明人期望本领域的技术人员适时采用此类变化，并且本发明人意图以不同于本文中特定描述的其它方式来实践本发明所要求的主题。因此，所要求的主题包括可适用法律所准许的在附属权利要求中叙述的主题的所有变化和等效物。此外，除非本文另外指示或以其它方式明显与上下文相矛盾，否则本发明涵盖上文所描述的元件以其所有可能的变化的任何组合。

权利要求：1.一种电源，其特征在于，所述电源包括：输出二极管；总开关，其耦合到输入滤波器；输出电感器，其耦合到所述输出二极管和所述总开关；旁路开关，其耦合到所述总开关且被配置成对所述输出电感器设旁路；以及开关驱动器，其被配置成接通所述旁路开关，以及在检测到所述输出二极管处于阻断模式后接通所述总开关且关断所述旁路开关。2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括输入滤波器，其中所述输入滤波器包括滤波电感器和滤波电容器。3.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括用以调节输出电压的参考电压源。4.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述总开关、所述旁路开关和所述开关驱动器结合在同一集成电路中。5.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括耦合到所述旁路开关和所述开关驱动器的比较器。6.根据权利要求5所述的电源，其特征在于，所述比较器被配置成检测所述输出二极管是否处于所述阻断模式，且如果所述输出二极管处于所述阻断模式，所述比较器向所述开关驱动器提供信号。7.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，在接收到所述信号后，所述开关驱动器接通所述总开关且关断所述旁路开关。8.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，进一步包括振荡器、控制回路和反馈元件。9.一种用于减小开关模式电源的输入电流中的电流尖峰的方法，其特征在于，所述方法包括：接通旁路开关；检测耦合到所述开关模式电源的输出级中的二极管是否处于阻断模式；以及在检测到所述二极管处于所述阻断模式后接通所述电源的总开关且关断所述旁路开关。10.一种电源，其特征在于，所述电源包括：输出二极管；总开关，其耦合到输入滤波器；输出电感器，其耦合到所述输出二极管和所述总开关；旁路开关，其耦合到所述总开关且被配置成对所述输出电感器设旁路；以及开关驱动器，其被配置成接通所述旁路开关，以及在检测到所述输出二极管处于阻断模式后接通所述总开关，其中所述旁路开关被配置成在所述总开关接通时自动地关断。

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