CN112953242B - 一种瞬时过功率控制方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种瞬时过功率控制方法及电路，当控制器的CS引脚检测到功率管导通时的源极电压，在持续几个周期内都大于控制器内部的正常模式下的最大峰值电流限定阈值，则判断此时控制器处于瞬时过功率状态，进而抬高控制器的CS引脚的峰值电流，并提高控制器的工作频率，是控制器工作在过功率工作模式，在瞬时过功率状态的维持时间内，若是输出状态恢复正常或者维持时间计时结束，这两种情况下都可以退出瞬时过功率状态，使控制器恢复到正常工作模式。本发明可以可以区分正常大动态和瞬时过功率状态，即正常的大动态不会误触发进入瞬时过功率状态，以免过高的工作频率造成开关损耗增加，影响***工作效率。

Description

一种瞬时过功率控制方法及电路
技术领域
本发明涉及功率半导体技术领域，特别涉及一种瞬时过功率控制方法及电路，适用于功率变换器中的电源管理集成电路***，尤其适用于反激式隔离变换器中的电源管理集成电路***。
背景技术
目前由于反激式变换器(Flyback Converter)具有高效率、低耗损、小尺寸及重量轻等优点，因此已被广泛地用以作为各种电子产品的电源转换装置。
反激式变换器在各种便携装置(例如移动电话、数码相机、平板电脑、数字音乐播放器、媒体播放器、便携硬盘、手持游戏机、以及其他手持消费者电子装置)中频繁使用，该便携装置从有限的内部电池例如锂电池提供供电。因此，反激式变换器通常用于提供电压调节的功能。
随着科技进步，便携装置的功能越来越多，需要从功率变换器提供更多的供电需求。在某些应用中会有短期内较高电流的需求(短期的瞬时过功率促进需求)。上述应用可以是印表机、马达、或是用于CPU功率增进功能。上述的瞬时过功率可以为2倍甚至3～4倍正常运作所需的最大功率。公知变换器无法不付任何代价(例如使用更大的变压器以避免磁饱和状况)就传送大量的瞬时过功率。
因而需要提供一种技术，使模块能够在瞬时过功率时，保持正常工作，避免磁芯饱和，同时尽可能减少为了满足瞬时过功率状态对模块体积、成本的增加。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点和局限性，本发明要解决的技术问题是提供一种瞬时过功率控制方法及电路，通过检测原边功率管开通时的峰值电流，判断变换器处在过功率时，进而提高控制器的工作频率，同时抬高峰值电流门限，提升变换器的带载能力，保持输出电压的稳定；同时本发明设计进入瞬时过功率状态的维持时间可编程，满足不同应用对瞬时过功率的需求；本发明同时检测最大峰值电流门限和输出反馈电压，将输出正常动态负载和瞬时过功率状态区分开来，避免输出大动态负载跳变时误进入瞬时过功率状态，影响***工作效率。
为解决上述技术问题，本发明提出的瞬时过功率控制方法技术方案如下：
一种瞬时过功率控制方法，应用于功率变换器，所述的功率变换器包括功率管和控制器，其特征在于，所述的控制方法包括如下步骤：
峰值电流采样步骤，通过控制器的CS引脚检测，产生随功率管导通时的源极电压变化的电压信号VCS；
PWM输入增益与输出状态判断步骤，通过控制器的FB引脚检测，产生随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM，以及反应功率变换器输出过功率情况的输出状态信号Vout_ok_H；
所述的峰值电流采样步骤，还选择将获得的电压信号VCS与电压信号VFB_PEM或者电压信号VFB_PWM比较，生成占空比控制信号PWM_L；以及还选择将获得的电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1或者第二阈值Vref_Lim2比较，生成最大占空比控制信号PWM_Lim_L；
瞬时过功率判断步骤，依据最大占空比控制信号PWM_Lim_L生成瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；
维持时间可编程步骤，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，产生过功率状态的维持时间；还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和输出状态信号Vout_ok_H，产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L；
频率及占空比控制步骤，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L、最大占空比控制信号PWM_Lim_L、占空比控制信号PWM_L，以及电压信号VFB_PFM，产生驱动信号GATE、控制器内部的低压驱动信号Drive_H和随功率变换器输出电压变化的电流信号IFB_PEM；同时还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和电压信号VFB_PFM选择控制器工作在正常工作模式下的第一工作频率或者瞬时过功率模式下的第二工作频率；
其中Vref_Lim1﹤Vref_Lim2，第一工作频率﹤第二工作频率，第二工作频率随着电压信号VFB_PFM变化而变化；
各步骤还包括依据如下控制逻辑实现对控制器工作模式的切换；
当VCS≤Vref_Lim1或者虽然VCS＞Vref_Lim1，但持续的时间﹤N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为高电平，控制器工作在正常工作模式，选择电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1比较、选择控制器工作在第一工作频率；
当VCS＞Vref_Lim1持续的时间≥N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为低电平，控制器工作在过功率工作模式，选择电压信号VCS与第二阈值Vref_Lim2比较、选择控制器工作在第二工作频率；
当瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平期间，如功率变换器输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平；当维持时间结束或输出状态信号Vout_ok_H为高电平时，退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，此时控制器恢复到正常工作模式；
其中N为设定的正整数。
进一步地，功率变换器输出的过功率倍数越高，第二工作频率越高。
进一步地，通过控制器的PEM引脚设置维持时间的长短，功率变换器输出的过功率倍数越高，维持时间越短。
对应地，本发明提出的瞬时过功率控制电路技术方案如下：
一种瞬时过功率控制电路，应用于功率变换器，所述的功率变换器包括功率管和控制器，其特征在于，所述的控制电路包括：峰值电流采样单元、瞬时过功率判断单元、维持时间可编程单元、PWM输入增益与输出状态判断单元和频率及占空比控制单元；
峰值电流采样单元，通过控制器的CS引脚检测，产生随功率管导通时的源极电压变化的电压信号VCS；
PWM输入增益与输出状态判断单元，通过控制器的FB引脚检测，产生随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM，以及反应功率变换器输出过功率情况的输出状态信号Vout_ok_H；
所述的峰值电流采样单元，还选择将获得的电压信号VCS与电压信号VFB_PEM或者电压信号VFB_PWM比较，生成占空比控制信号PWM_L；以及还选择将获得的电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1或者第二阈值Vref_Lim2比较，生成最大占空比控制信号PWM_Lim_L；
瞬时过功率判断单元，依据最大占空比控制信号PWM_Lim_L生成瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；
维持时间可编程单元，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，产生过功率状态的维持时间；还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和输出状态信号Vout_ok_H，产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L；
频率及占空比控制单元，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L、最大占空比控制信号PWM_Lim_L、占空比控制信号PWM_L，以及电压信号VFB_PFM，产生驱动信号GATE、控制器内部的低压驱动信号Drive_H和随功率变换器输出电压变化的电流信号IFB_PEM；同时还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和电压信号VFB_PFM选择控制器工作在正常工作模式下的第一工作频率或者瞬时过功率模式下的第二工作频率；
其中Vref_Lim1﹤Vref_Lim2，第一工作频率﹤第二工作频率，第二工作频率随着电压信号VFB_PFM变化而变化；
各电路单元还依据如下控制逻辑实现对控制器工作模式的切换；
当VCS≤Vref_Lim1或者虽然VCS＞Vref_Lim1，但持续的时间﹤N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为高电平，控制器工作在正常工作模式，峰值电流采样单元选择电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1比较、频率及占空比控制单元选择控制器工作在第一工作频率；
当VCS＞Vref_Lim1持续的时间≥N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为低电平，控制器工作在过功率工作模式，峰值电流采样单元选择电压信号VCS与第二阈值Vref_Lim2比较、频率及占空比控制单元选择控制器工作在第二工作频率；
当瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平期间，如功率变换器输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平，当维持时间结束或输出状态信号Vout_ok_H为高电平时，退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，此时控制器恢复到正常工作模式；
其中N为设定的正整数。
进一步地，功率变换器输出的过功率倍数越高，第二工作频率越高。
进一步地，通过控制器的PEM引脚设置维持时间的长短，功率变换器输出的过功率倍数越高，维持时间越短。
作为峰值电流采样单元的一种具体的实施方式，其特征在于包括：二选一数据选择器MUX1、二选一数据选择器MUX2，比较器CMP1、比较器CMP2；比较器CMP1的负相输入端用于连接控制器的CS引脚，同时与比较器CMP2的负相输入端连接，正相输入端与二选一数据选择器MUX1的输出端连接，输出端输出占空比控制信号PWM_L；二选一数据选择器MUX1的第一输入端输入电压信号VFB_PWM，第二输入端输入电压信号VFB_PEM，第三输入端与二选一数据选择器MUX2的第三输入端连接在一起后输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；二选一数据选择器MUX2的第一输入端输入第一阈值Vref_Lim1，第二输入端输入第二阈值Vref_Lim2，输出端连接比较器CMP2的正相输入端；比较器CMP2的输出端输出最大占空比控制信号PWM_Lim_L。
作为上述二选一数据选择器MUX1的一种具体的实施方式，其特征在于包括：NMOS管NM1、NMOS管NM2和非门not，NMOS管NM1的漏极作为二选一数据选择器MUX1的第一输入端，NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的输出端；NMOS管NM1的栅极与非门not的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的第三输入端；非门not的输出端与NMOS管NM2的栅极连接，NMOS管NM2的漏极作为二选一数据选择器MUX1的第二输入端。
作为上述二选一数据选择器MUX1的另外一种具体的实施方式，其特征在于包括：传输门Transgate1、传输门Transgate2和非门not，传输门Transgate1的输入端作为二选一数据选择器的第一输入端，传输门Transgate1的输出端和传输门Transgate2的输出端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的输出端；传输门Transgate1的正向控制端与非门not的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的第三输入端；非门not的输出端与传输门Transgate2的正向控制端连接，传输门Transgate2的输入端作为二选一数据选择器MUX1的第二输入端。
作为瞬时过功率判断单元的一种具体的实施方式，其特征在于包括：判断延时单元，RS锁存器和非门not_1；判断延时单元依据第一输入端输入的最大占空比控制信号PWM_Lim_L、第二输入端输入的控制器内部的低压驱动信号Drive_H以及第三输入端输入的驱动信号GATE，产生进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H，输出至RS锁存器的S端，RS锁存器的R端输入退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L，RS锁存器的输出端Q与非门not_1的输入端连接，非门not_1的输出端输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L。
作为上述判断延时单元的一种具体的实施方式，其特征在于包括：RS锁存器RS1、RS锁存器RS2，D触发器DFF，非门not1、非门not2、非门not3，与门and，前沿消隐LEB和计数器counter；RS锁存器RS1的S端输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L、R端与非门not1的输出端连接，非门not1的输入端和计数器counter的第一输入端CP连接后输入控制器内部的低压驱动信号Drive_H，RS锁存器RS1的输出端Q与D触发器DFF的第一输入端D连接，D触发器DFF的第二输入端CP与非门not2的输出端连接，非门not2的输入端与前沿消隐LEB的输出端连接，前沿消隐LEB的输入端输入驱动信号GATE，D触发器DFF的第三输入端Clr_L同时和与门and的输出端以及RS锁存器RS2的R端连接，与门and的第一输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，与门and的第二输入端用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv，D触发器DFF的输出端Q与计数器counter的第二输入端Clr_L连接，计数器counter的输出端Q与非门not3的输入端连接，非门not3的输出端与RS锁存器RS2的S端连接，RS锁存器RS2的输出端Q输出进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H。
作为维持时间可编程单元的一种具体的实施方式，其特征在于包括：电流源IB1、电流源IB2，电容C1，NMOS管NM1_1，比较器CMP，与非门nand，锁存器LATH，D触发器DFF1，非门not4、非门not5、非门not6，延时Delay，以及与门and1；
电流源IB1的输入端用于连接低压电源VCC、输出端用于连接控制器的PEM引脚，电流源IB1的输出端还同时与比较器CMP的正相输入端连接；电流源IB2的输入端用于连接低压电源VCC、输出端输入所述的的电流信号IFB_PEM，电流源IB2的输出端还同时与电容C1的一端、NMOS管NM1_1的漏极和比较器CMP的反相输入端连接；电容C1的另一端同时与NMOS管NM1_1的源极和控制器的地连接；NMOS管NM1_1的栅极与与非门nand的输出端连接，与非门nand的第一输入端同时与锁存器LATH的输出端和D触发器DFF1的第二输入端CP连接，与非门nand的第二输入端与D触发器DFF1的第三输入端Clr_lv连接在一起用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv；锁存器LATH的输入端与比较器CMP的输出端连接；D触发器DFF1的第一输入端D与D触发器的第二输出端Q连接，D触发器DFF1的第一输出端Q与非门not4的输入端连接，非门not4的输出端与计数器counter1的第一输入端CP_L连接，计数器counter1的第二输入端Clr_L与非门not5的输出端连接，非门not5的输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；计数器counter1的输出端与非门not6的输入端连接，非门not6的输出端与与门and1的第二输入端连接，与门and1的第一输入端与延时Delay的输出端连接，延时Delay的输入端输入输出状态信号Vout_ok_H。
作为PWM输入增益与输出状态判断单元的一种局包括PWM输入增益，二选一数据选择器MUX3，比较器CMP3，非门not7；PWM输入增益的第一输入端用于连接控制器的FB引脚，PWM输入增益的第二输入端与二选一数据选择器MUX3的第三输入端连接后输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，PWM输入增益的第一输出端与比较器CMP3的正相输入端连接，PWM输入增益的第二输出端、第三输出端和第四输出端分别输出电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM；二选一数据选择器MUX3的第一输入端用于输入控制器内部的第一基准电压信号Vref1连接，二选一数据选择器MUX3的第二输入端用于输入控制器内部的第二基准电压信号Vref2，二选一数据选择器MUX3的输出端与比较器CMP3的负相输入端连接，比较器CMP3的输出端与非门not7的输入端连接，非门not7的输出端输出输出状态信号Vout_ok_H。
作为上述PWM输入增益的一种具体的实施方式，其特征在于包括：开关电容滤波器Filter、NMOS管NM3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；开关电容滤波器Filter的输入端用于连接控制器的FB引脚，开关电容滤波器Filter的第一输出端与NMOS管NM3的栅极连接，开关电容滤波器Filter的第二输出端输出电压信号VFB_PFM；NMOS管NM3的漏极用于连接低压电源VCC，NMOS管NM3的源极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，此连接交汇处连接比较器CMP3的正相输入端；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，此连接交汇处输出电压信号VFB_PEM；电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，此连接交汇处输出电压信号VFB_PWM，电阻R4的另一端接控制器的地。
作为频率及占空比控制单元的一种具体的实施方式，其特征在于包括：压控振荡器VCO、与门and2、RS锁存器RS3和驱动Driver；压控振荡器VCO的第一输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，压控振荡器VCO的第二输入端输入电压信号VFB_PFM，压控振荡器VCO的第一输出端输出电流信号IFB_PEM，压控振荡器VCO的第二输出端与RS锁存器RS3的S端连接，RS锁存器的R端与与门and2的输出端连接，与门and2的第一输入端输入占空比控制信号PWM_L，与门and的第二输入端输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L，RS锁存器RS3的输出端Q与驱动Driver的输入端连接，此连接点输出控制器内部的低压驱动信号Drive_H，驱动Driver的输出端输出驱动信号GATE。
本发明的简要工作原理如下：
当控制器的CS引脚检测到功率管导通时的源极电压，在持续几个周期内都大于控制器内部的正常模式下的最大峰值电流限定阈值，则判断此时控制器处于瞬时过功率状态，进而通过瞬时过功率状态信号选择更大的最大峰值电流限定门限，来抬高峰值电流；同时瞬时过功率状态信号控制压控振荡器切换到更高的工作频率，使控制器的GATE引脚输出更高的工作频率来满足过功率的需求，进一步的通过PWM输入增益部分产生随控制器引脚FB电压变化的电压和电流，随FB电压变化的电压控制压控振荡器产生变化的最大工作频率，以适应不同的过功率倍数对最大工作频率的需求；随FB电压变化的电流，在瞬时过功率状态信号控制下，使维持时间随过功率倍数的大小而改变，同时通过控制器的PEM引脚外接不同的采样电阻，进而产生不同的维持时间，以满足不同过功率状态对维持时间的需求。进一步的在瞬时过功率状态的维持时间内，通过控制器的FB引脚电压判断输出状态，若是输出状态恢复正常或者维持时间计时结束，这两种情况下都可以退出瞬时过功率状态，使控制器恢复到正常工作模式。
为避免理解上的偏差或者障碍，针对上述技术方案特补充说明如下：
1、峰值电流采样步骤中的CS引脚检测及相关信号产生，PWM输入增益与输出状态判断步骤中的FB引脚检测及相关信号产生，这两个步骤是同时进行的；
2、第一阈值Vref_Lim1、第二阈值Vref_Lim2、第一基准电压信号Vref1、第二基准电压信号Vref2和控制器内部的低压初始化信号ENP_lv都是依据控制器实际应用需要而预先设定的。
本发明具体的工作原理和相关分析将在下文具体实施方式部分详细描述。现将本发明的有益效果总结如下：
1、本发明可以区分正常大动态和瞬时过功率状态，即正常的大动态不会误触发进入瞬时过功率状态，以免过高的工作频率造成开关损耗增加，影响***工作效率。
2、本发明可以使控制器的最大工作频率通过环路自适应瞬时过功率倍数状态，即控制器工作在瞬时过功率模式下的最大工作频率自适应瞬时过功率倍数，瞬时过功率倍数越高，控制器工作的最大工作频率越高。
3、本发明可编程过功率状态的维持时间，满足不同应用对瞬时过功率的需求。
4、本发明可以在可编程维持时间的同时通过环路自适应瞬时过功率倍数状态，即瞬时过功率倍数越高，维持时间越短。
附图说明
图1为包含了本发明瞬时过功率控制电路100的控制器10在反激变换器中应用的典型电路示意图；
图2为本发明瞬时过功率控制电路100的实施例原理框图；
图3为本发明峰值电流采样单元101的实施例电路原理图；
图4为图3峰值电流采样单元101中二选一数据选择器MUX1011的实施例电路原理图；
图5为本发明瞬时过功率判断单元102的实施例电路原理图；
图6为图5瞬时过功率判断单元102中判断延时单元1021的实施例电路原理图；
图7为本发明维持时间可编程单元103的实施例电路原理图；
图8为本发明PWM输入增益与输出状态判断单元104的实施例电路原理图；
图9为图8PWM输入增益与输出状态判断单元104中PWM输入增益1041的实施例电路原理图；
图10为本发明频率及占空比控制单元105的实施例电路原理图；
图11为应用了本发明瞬时过功率控制电路100的反激变换器的大动态负载和瞬时过功率状态相关信号波形示意图；
图12为应用了本发明瞬时过功率控制电路100的反激变换器的大动态负载和瞬时过功率状态***仿真相关信号波形图；
图13为图3峰值电流采样单元201中二选一数据选择器MUX2011的另外一种实施例电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一实施例
如图1所示为包含了本发明瞬时过功率控制电路100的控制器10在反激变换器中应用的典型电路示意图。如图1所示，电路包括控制器10、光耦OP1，耦合变压器T1，输入电压VIN，功率管M1，电阻RCS、RPEM、R1、R2、R3、R4、RO，电容CO、C1，三端稳压器TL431和二极管D1。
控制器10包括如下引脚，其它引脚与本发明不相关，故不做描述：
CS引脚：电流采样输入端口，用于采样功率管开通时刻源极的峰值电压；
PEM引脚：瞬时过功率时间可编程引脚，用于编程瞬时过功率状态的维持时间；
FB引脚：光耦反馈引脚，用于反馈功率变换器的输出电压变化信号；
GATE引脚：用于连接至功率变换器中功率管的控制端，为功率变换器中的功率管提供驱动信号；
GND引脚：用于连接反激变换器的原边地。
图1中控制器10的FB引脚与光耦OP1的3脚连接，光耦OP1的4脚接原边地，控制器10的PEM引脚与电阻RPEM的一端连接，电阻RPEM的另一端与控制器的GND引脚与原边地连接，控制器的GATE引脚与功率管M1的栅极连接，控制器的CS引脚与功率管M1的源极连接，同时与采样电阻RCS的一端连接，采样电阻RCS的另一端接原边地，功率管M1的漏极与耦合变压器T1的原边线圈的同名端连接，耦合变压器T1的原边线圈的异名端与输入电压VIN连接，耦合变压器T1的副边线圈的同名端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极同时与输出滤波电容CO的一端、输出负载电阻RO的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端和输出电压VO的正端+连接，耦合变压器T1的副边线圈的异名端同时与输出电容CO的另一端、电阻RO的另一端、输出电压VO的负端-和副边地连接；电阻R1的另一端接光耦OP1的1脚，光耦OP1的2脚同时与电阻R4的一端和三端稳压器TL431的阴极连接，电阻R4的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端同时与电阻R3的一端、电阻R2的另一端以及三端稳压器TL431的基准输入端连接；三端稳压器TL431的阳极和电阻R3的另一端接副边地。
如图2所示为本发明瞬时过功率控制电路100原理框图。本发明的瞬时过功率控制电路100集成在图1的控制器10内部，控制器10内部除了本发明的瞬时过功率控制电路100，还包括其它电路，例如低压电源VCC产生电路、基准电压产生电路和低压初始化信号产生电路等。本发明中，低压电源VCC可由变换器的输入电压VIN降压得到，用于给控制器10内部各子模块供电，本发明实施例中选取的低压电源VCC＝5V；基准电压产生电路可由公知的带隙基准电路得到，用于给控制器内部的模块输入稳定的电压基准信号，本发明需要产生两个基准电压信号，即第一基准电压信号Vref1和第二基准电压信号Vref2；低压初始化信号产生电路可由公知的启动电路加延时得到，其产生的低压初始化信号ENP_lv通常是随控制器内部供电电压产生之后延时一段时间建立，用于给控制器内部相应逻辑单元，例如RS锁存器，D触发器，计数器等初始化之用，在逻辑起作用之前让其处在一个有效的电位。
本发明瞬时过功率控制电路100各单元电路内部还包括较多的子电路，例如在下文各单元电路的具体实施例中描述的压控振荡器VCO、开关电容滤波器Filter，驱动Driver，计数器counter，延时Delay，前沿消隐LEB，偏置电流源IBIAS等，这些电路有很多种公知的电路结构，由于不是本发明的创新点所在，故下文不通过具体实施例的方式予以说明。
如图2所示，本实施例的瞬时过功率控制电路100，包括峰值电流采样单元101、瞬时过功率判断单元102、维持时间可编程单元103、PWM输入增益与输出状态判断单元104和频率及占空比控制单元105。
CS引脚与峰值电流采样单元101的第一输入端连接，峰值电流采样单元101的第一输出端输出最大占空比控制信号PWM_Lim_L至瞬时过功率判断单元102的第一输入端和频率及占空比控制单元105的第一输入端；峰值电流采样单元101的第二输出端输出占空比控制信号PWM_L至频率及占空比控制单元105的第二输入端；瞬时过功率判断单元102的输出端输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L至维持时间可编程单元103的第一输入端、峰值电流采样单元101的第二输入端、PWM输入增益与输出状态判断单元104的第一输入端和频率及占空比控制单元105的第三输入端连接；维持时间可编程单元103的第二输入端与控制器的PEM引脚连接，维持时间可编程单元103的第三输入端与PWM输入增益与输出状态判断单元104的第一输出端连接，维持时间可编程单元103的输出端输出退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L至瞬时过功率判断单元102的第二输入端；FB引脚与PWM输入增益与输出状态判断单元104的第二输入端连接，PWM输入增益与输出状态判断单元104的第二输出端输出随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PFM至频率及占空比控制单元105的第四输入端，PWM输入增益与输出状态判断单元104的第三输出端输出随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PEM至峰值电流采样单元101的第三输入端，PWM输入增益与输出状态判断单元104的第四输出端输出随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PWM信号至峰值电流采样单元101的第四输入端；控制器的GATE引脚与频率及占空比控制单元105的第一输出端连接，频率及占空比控制单元105的第一输出端输出驱动信号GATE，频率及占空比控制单元105的第二输出端输出控制器内部的低压驱动Drive_H信号至瞬时过功率判断单元102的第三输入端，频率及占空比控制单元105的第三输出端输出随功率变换器输出电压变化的电流信号IFB_PEM至维持时间可编程单元103的第四输入端。
本发明涉及的信号较多，集中说明如下：
电压信号VCS：随功率管导通时的源极电压变化的电压信号；
电压信号VFB_PFM：随功率变换器输出电压变化的电压信号，用于控制控制器的工作频率变化；
电压信号VFB_PEM：随功率变换器输出电压变化的电压信号，用于控制控制器在瞬时过功率模式下的输出的驱动信号的占空比的变化；
电压信号VFB_PWM：随功率变换器输出电压变化的电压信号，用于控制控制器在正常工作模式下的输出的驱动信号的占空比的变化；
输出状态信号Vout_ok_H：反应功率变换器输出过功率情况的电压信号；
占空比控制信号PWM_L：用于表示控制器在正常工作模式下的占空比情况；
最大占空比控制信号PWM_Lim_L：用于表示控制器在瞬时过功率状态下的占空比情况；
第一阈值Vref_Lim1：控制器在正常工作模式下的最大峰值电流限定阈值；
第二阈值Vref_Lim2：控制器在过功率工作模式下的最大峰值电流限定阈值；
瞬时过功率状态信号PEM_EN_L：用于表示控制器工作在瞬时过功率状态；
退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L：用于表示控制器已经退出瞬时过功率状态；
驱动信号GATE：控制功率变换器中功率管开通与关断的信号；
控制器内部的低压驱动信号Drive_H：控制器内部的驱动模块依据该信号生成上述驱动信号GATE；
电流信号IFB_PEM：随功率变换器输出电压变化的电流信号。
结合图1和图2，对瞬时过功率控制电路100的工作原理，描述如下：
当峰值电流采样单元101通过CS引脚检测到功率管M1导通时的采样电阻RCS上的电压大于控制器内部的正常工作模式下的最大峰值电流限定阈值，则输出最大占空比控制信号PWM_Lim_L为低电平，送到瞬时过功率判断单元102，若持续几个周期内最大占空比控制信号PWM_Lim_L一直为低电平，则判断此时控制器处于瞬时过功率状态，从而瞬时过功率判断单元102输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平，瞬时过功率状态信号PEM_EN_L送到峰值电流采样单元101进而选择更大的最大峰值电流限定门限，来抬高控制器的原边峰值电流；同时瞬时过功率状态信号PEM_EN_L输入到频率及占空比控制单元105，控制其内部的压控振荡器切换到更高的工作频率，使控制器的GATE引脚输出更高的工作频率来满足过功率的需求。
进一步的，瞬时过功率状态信号PEM_EN_L还送到PWM输入增益与输出状态判断单元104，通过其内部的PWM输入增益电路产生随引脚FB电压变化的电压信号VFB_PFM，送到频率及占空比控制单元105，控制其内部的压控振荡器产生变化的最大工作频率，以适应不同的过功率倍数对最大工作频率的需求。
进一步的，频率及占空比控制单元105输出随FB电压变化的电流信号IFB_PEM，送到维持时间可编程单元103，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L控制下，使维持时间随过功率倍数的大小而改变。
进一步的，维持时间可编程单元103通过控制器的PEM引脚外接不同的采样电阻RPEM(即采样电阻RPEM的阻值可以根据实际情况来选择)，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L控制下，进而产生不同的维持时间，以满足不同过功率状态对维持时间的需求。
进一步的，瞬时过功率状态信号PEM_EN_L送到PWM输入增益与输出状态判断单元104，在瞬时过功率状态的维持时间内，通过控制器的FB引脚电压判断输出状态，产生输出状态信号Vout_ok_H，将此输出状态信号Vout_ok_H送到维持时间可编程单元103，若是输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平；或者维持时间计时结束，这两种情况下都可以退出瞬时过功率状态，使维持时间可编程单元103产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，使控制器恢复到正常工作模式。
如图3所示为本发明峰值电流采样单元101的实施例电路原理图。峰值电流采样单元101包括二选一数据选择器MUX1、MUX2，比较器CMP1、CMP2。
CS引脚同时与比较器CMP1的负相输入端和比较器CMP2的负相输入端连接；比较器CMP1的正相输入端与二选一数据选择器MUX1的输出端连接，二选一数据选择器MUX1的第一输入端为峰值电流采样单元101的第四输入端，输入电压信号VFB_PWM，二选一数据选择器MUX1的第二输入端为峰值电流采样单元101的第三输入端，输入电压信号VFB_PEM，二选一数据选择器MUX1的第三输入端为峰值电流采样单元101的第二输入端，输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，比较器CMP1的输出端为峰值电流采样单元101的第二输出端，输出占空比控制信号PWM_L；二选一数据选择器MUX2的第一输入端用于输入第一阈值Vref_Lim1，二选一数据选择器MUX2的第二输入端用于输入第二阈值Vref_Lim2，Vref_Lim2＞Vref_Lim1，二选一数据选择器MUX2的第三输入端连接峰值电流采样单元101的第二输入端，输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，其输出端与比较器CMP2的正相输入端连接，比较器CMP2的输出端为峰值电流采样单元101的第一输出端，输出最大占空比控制信号PWM_Lim_L。
如图4所示为本发明图3峰值电流采样单元101中二选一数据选择器MUX1011的电实施例路原理图。二选一数据选择器MUX1011包括NMOS管NM1、NM2和非门not，NMOS管NM1的漏极作为二选一数据选择器1011的第一输入端Vin1，NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器1011的输出端Vout；NMOS管NM1的栅极与非门not的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器1011的第三输入端Vin3；非门not的输出端与NMOS管NM2的栅极连接，NMOS管NM2的漏极作为二选一数据选择器1011的第二输入端Vin2。
结合图1、图3和图4，对本发明峰值电流采样单元101实施例的工作原理，描述如下：
比较器CMP1是用来检测控制器CS引脚电压，并和控制器FB引脚通过光耦OP1反馈的输出电压信号进行比较，即和通过PWM输入增益与输出状态判断单元104产生的随FB电压变化的电压信号VFB_PWM以及电压信号VFB_PEM比较，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平时，选择电压信号VFB_PEM和CS引脚电压信号VCS比较，生成过功率工作模式下的占空比控制信号PWM_L，若瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为高电平，则选择电压信号VFB_PWM和CS引脚电压信号VCS比较，生成正常工作模式下的占空比控制信号PWM_L；比较器CMP2是用来限定CS引脚最大电压的，也就是限定原边功率管M1流过的最大峰值电流，具体为：若瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平，则选择更高的基准电压Vref_Lim2与CS引脚电压信号VCS比较，生成过功率工作模式下的最大占空比控制信号PWM_Lim_L，若PEM_EN_L为高电平，则选择正常模式下的最大峰值电流限定阈值Vref_Lim1与CS引脚电压信号VCS比较，生成正常工作模式下的最大占空比控制信号PWM_Lim_L。
即峰值电流采样单元101，既可以限定正常工作模式下原边功率管M1的最大峰值电流，也可以限定过功率工作模式下原边功率管M1的最大峰值电流；既可以产生正常工作模式下的占空比控制信号PWM_L，也可以产生过功率工作模式下的占空比控制信号PWM_L。
峰值电流采样单元101，可以区分正常工作模式下的峰值电流模式控制和过功率工作模式下的峰值电流模式控制。
如图5所示为本发明瞬时过功率判断单元102的实施例电路原理图。瞬时过功率判断单元102包括判断延时单元1021，RS锁存器RS和非门not_1。判断延时单元1021的第一输入端为瞬时过功率判断单元102的第一输入端，输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L，其第二输入端为瞬时过功率判断单元102的第三输入端，输入控制器内部的低压驱动信号Drive_H，其第三输入端为瞬时过功率判断单元102的第四输入端，输入驱动信号GATE，其输出端输出进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H至RS锁存器的S端，RS锁存器的R端为瞬时过功率判断单元102的第二输入端，输入退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L，其输出端Q与非门not_1的输入端连接，非门not_1的输出端为瞬时过功率判断单元102的输出端，输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L信号。
如图6所示为图5瞬时过功率判断单元102中判断延时单元1021的实施例电路原理图。判断延时单元1021包括RS锁存器RS1、RS2，D触发器DFF，非门not1、not2、not3，与门and，前沿消隐LEB和计数器counter。非门not1的输入端和计数器counter的第一输入端CP_L连接在一起为判断延时单元1021的第二输入端，输入控制器内部的低压驱动信号Drive_H；RS锁存器RS1的S端为判断延时单元1021的第一输入端，输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L，其R端与非门not1的输出端连接，输入Drive_L信号，其输出端Q与D触发器DFF的第一输入端D连接，D触发器DFF的第二输入端CP_L与非门not2的输出端连接，非门not2的输入端与前沿消隐LEB的输出端连接，输入控制器内部的低压驱动反馈信号Feedback_L，前沿消隐LEB的输入端与频率及占空比控制单元105的第一输出端连接，输入驱动信号GATE，D触发器DFF的第三输入端Clr_L同时与与门and的输出端和RS锁存器RS2的R端连接，与门and的第一输入端与瞬时过功率判断单元102的输出端连接，输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，与门and的第二输入端用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv，D触发器DFF的输出端Q与计数器counter的第二输入端Clr_L连接，计数器counter的输出端Q与非门not3的输入端连接，非门not3的输出端与RS锁存器RS2的S端连接，RS锁存器的输出端Q为判断延时单元1021的输出端，输出进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H。
如图7所示为本发明维持时间可编程单元103的实施例电路原理图。维持时间可编程单元103包括电流源IB1、IB2，电容C1，NMOS管NM1_1，比较器CMP，与非门nand，锁存器LATH，D触发器DFF1，非门not4、not5、not6，延时Delay，计数器counter1，与门and1。
电流源IB1的输入端用于输入低压电源VCC，电流源IB1的输出端同时连接维持时间可编程单元103的第二输入端和比较器CMP的正相输入端；电流源IB2的输入端用于输入低压电源VCC，电流源IB2的输出端同时连接维持时间可编程单元103的第四输入端、电容C1的一端、NMOS管NM1_1的漏极和比较器CMP的反相输入端；电容C1的另一端同时连接NMOS管NM1_1的源极和地；NMOS管NM1_1的栅极与与非门nand的输出端连接，与非门nand的第一输入端同时连接锁存器LATH的输出端和D触发器DFF1的第二输入端CP_L，与非门nand的第二输入端和D触发器DFF1的第三输入端Clr_L连接在一起用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv；锁存器LATH的输入端与比较器CMP的输出端连接；D触发器DFF1的第一输入端D与其第二输出端连接，D触发器DFF的第一输出端Q与非门not4的输入端连接，非门not4的输出端与计数器counter1的第一输入端CP_L连接，计数器counter1的第二输入端Clr_L与非门not5的输出端连接，非门not5的输入端与所述瞬时过功率判断单元102的输出端连接，此连接作为维持时间可编程单元103的第三输入端，输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；计数器counter1的输出端与非门not6的输入端连接，非门not6的输出端输出瞬时过功率随维持时间完成状态信号PEM_out_Tkeep_ok_L至与门and1的第二输入端连接，与门and1的第一输入端与延时Delay的输出端连接，输入瞬时过功率随输出状态判断完成状态信号PEM_out_Vout_ok_L，延时Delay的输入端与PWM输入增益与输出状态判断单元104的第一输出端连接，此连接作为维持时间可编程单元的第三输入端，输入输出状态信号Vout_ok_H。
结合图5、图6和图7，本发明瞬时过功率判断单元102实施例和维持时间可编程单元103实施例的工作原理，简要描述如下：
若持续几个周期内最大占空比控制信号PWM_Lim_L信号一直为低电平，则判断此时控制器处于瞬时过功率状态，从而瞬时过功率判断单元102输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平，瞬时过功率状态信号PEM_EN_L送到PWM输入增益与输出状态判断单元104，在瞬时过功率状态的维持时间内，通过控制器的FB引脚电压判断输出状态，产生输出状态信号Vout_ok_H，将此信号Vout_ok_H送到维持时间可编程单元103，若是输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平；或者维持时间计时结束，这两种情况下都可以退出瞬时过功率状态，使维持时间可编程单元103产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，使控制器恢复到正常工作模式。
进一步的，维持时间可编程单元103通过控制器的PEM引脚外接不同的采样电阻RPEM，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L的控制下，进而产生不同的维持时间，以满足不同过功率状态对维持时间的需求。
进一步的，频率及占空比控制单元105输出随FB电压变化的电流信号IFB_PEM，送到维持时间可编程单元103，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L的控制下，使维持时间随过功率倍数的大小而改变。
如图8所示为本发明PWM输入增益与输出状态判断单元104的实施例电路原理图。PWM输入增益与输出状态判断单元104包括PWM输入增益1041，二选一数据选择器MUX3，比较器CMP3和非门not7。
PWM输入增益1041的第一输入端与控制器的FB引脚连接，此连接作为PWM输入增益与输出状态判断单元104的第二输入端；PWM输入增益1041的第二输入端为PWM输入增益与输出状态判断单元104的第一输入端，输入PEM_EN_L信号，同时与瞬时过功率判断单元102的输出端和二选一数据选择器MUX的第三输入端连接；PWM输入增益1041的第一输出端输出VFB_OLP信号，与比较器CMP3的正相输入端连接，PWM输入增益1041的第二输出端、第三输出端和第四输出端分别作为PWM输入增益与输出状态判断单元104的第二输出端、第三输出端和第四输出端，分别输出VFB_PFM信号、VFB_PEM信号和VFB_PWM信号；二选一数据选择器MUX3的第一输入端用于输入控制器内部的基准电压信号Vref1，二选一数据选择器MUX3的第二输入端用于输入控制器内部的基准电压信号Vref2，二选一数据选择器MUX的输出端与比较器CMP的负相输入端连接，比较器CMP3的输出端与非门not7的输入端连接，非门not7的输出端作为PWM输入增益与输出状态判断单元104的第一输出端，输出Vout_ok_H信号。
图9为图8PWM输入增益与输出状态判断单元104中PWM输入增益1041的实施例电路原理图。PWM输入增益1041包括开关电容滤波器Filter，NMOS管NM3，电阻R1、R2、R3、R4。
开关电容滤波器Filter的输入端与控制器的FB引脚连接，开关电容滤波器Filter的第一输出端与NMOS管NM3的栅极连接，开关电容滤波器Filter的第二输出端作为PWM输入增益1041的第二输出端，输出VFB_PFM信号；NMOS管NM3的漏极用于连接低压电源VCC，NMOS管NM3的源极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，此连接交汇处作为PWM输入增益1041的第一输出端，输出VFB_OLP信号；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，此连接交汇处作为PWM输入增益1041的第三输出端，输出VFB_PEM信号；电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，此连接交汇处作为PWM输入增益1041的第四输出端，输出VFB_PWM信号，电阻R4的另一端接控制器的地。
图10为本发明频率及占空比控制单元105的实施例电路原理图。频率及占空比控制单元105包括压控振荡器VCO，与门and2，RS锁存器RS3，驱动Driver和控制器的GATE引脚。
压控振荡器VCO的第一输入端为频率及占空比控制单元105的第三输入端，输入PEM_EN_L信号，连接瞬时过功率判断单元102的输出端，压控振荡器VCO的第二输入端为频率及占空比控制单元105的第四输入端，输入VFB_PFM信号，连接PWM输入增益与输出状态判断单元104的第二输出端，压控振荡器VCO的第一输出端输出IFB_PEM信号，与维持时间可编程单元103的第四输入端连接，此连接作为频率及占空比控制单元的第三输出端IFB_PEM，压控振荡器VCO的第二输出端CLK与RS锁存器的S端连接，RS锁存器RS3的R端与与门and2的输出端连接，输入PWM_off_L信号，与门and2的第一输入端为频率及占空比控制单元105的第二输入端，输入PWM_L信号，与峰值电流采样单元101的第二输出端连接，与门and2的第二输入端为频率及占空比控制单元105的第一输入端，输入PWM_Lim_L信号，与峰值电流采样单元101的第一输出端连接，RS锁存器RS3的输出端输出Drive_H信号，与驱动Driver的输入端连接，此连接作为频率及占空比控制单元105的第二输出端，驱动Driver的输出端与控制器的GATE引脚连接，作为频率及占空比控制单元105的第一输出端。
需要说明的是压控振荡器的结构为本领域的技术人员的公知常识，常用结构为电压输入差分对，控制跨导放大器产生变化的电流，此电流给电容充放电结合电压比较器产生变化的频率。本发明实施例中的压控振荡器的作用为在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L有效时，产生随电压信号VFB_PFM变化的最大工作频率，以适应不同的过功率倍数对最大工作频率的需求。
结合图8、图9和图10，本发明PWM输入增益与输出状态判断单元104和频率及占空比控制单元105的工作原理，描述如下：
控制器的FB引脚通过开关电容滤波器Filter和分压电阻R1至R4产生随FB电压变化的电压信号VFB_PFM、VFB_OLP、VFB_PEM和VFB_PWM。电压信号VFB_PFM送到频率及占空比控制单元105，产生随FB电压变化的电流信号IFB_PEM，控制其内部的压控振荡器VCO产生变化的最大工作频率，以适应不同的过功率倍数对最大工作频率的需求。电压信号VFB_OLP和控制器内部的基准电压比较(随PEM_EN_L信号不同选择Vref1或者Vref2，当PEM_EN_L信号为高电平时，选择Vref1；当PEM_EN_L信号为低电平时，选择Vref2；Vref1>Vref2)，用来产生输出状态信号Vout_ok_H；电压信号VFB_PEM和VFB_PWM送到峰值电流采样单元101，用来产生正常模式下的占空比控制信号PWM_L。
进一步的，频率及占空比控制单元105输出随FB电压变化的电流IFB_PEM，送到维持时间可编程单元103，在瞬时过功率状态信号PEM_EN_L控制下，使维持时间随过功率倍数的大小而改变。
进一步的，瞬时过功率状态信号PEM_EN_L送到PWM输入增益与输出状态判断单元104，在瞬时过功率状态的维持时间内，通过控制器的FB引脚电压判断输出状态，产生输出状态信号Vout_ok_H，将此信号Vout_ok_H送到维持时间可编程单元103，若是输出状态恢复正常，则Vout_ok_H为高电平；或者维持时间计时结束，这两种情况下都可以退出瞬时过功率状态，使维持时间可编程单元103产生的退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，使控制器恢复到正常工作模式。
如图11所示为应用了本发明瞬时过功率控制电路100的反激变换器的大动态负载和瞬时过功率状态相关信号波形示意图。结合图1，分析如下：
Iout为输出负载电流，10％Io表示10％的负载；100％Io表示100％的负载，通常我们称之为满载；400％Io代表4倍的满载，也就是4倍的过功率。VFB表示控制器FB引脚的电压；VCS表示控制器CS引脚的电压；PEM_EN_L为瞬时过功率判断单元102的输出信号；GATE为频率及占空比控制单元105的输出信号。
从图11可以看出，在正常的大动态负载跳变10％Io～100％Io～10％情况下，VCS电压低于正常模式下的最大峰值电流限定阈值Vref_Lim1，不会触发瞬时过功率状态，即瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为高电平；在正常负载与瞬时过功率之间跳变，即10％Io～400％Io～10％Io情况下，VCS电压会高于正常模式下的最大峰值电流限定阈值Vref_Lim1，则会正常进入瞬时过功率状态，即瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平。
进一步的，对比瞬时过功率状态前后可以发现，控制器的工作频率和峰值电流都会在PEM_EN_L为有效低电平情况下提高(控制器的工作频率的提高体现在GATE信号出现高电平的间隔时间变短，峰值电流的提高体现在VCS电压的提高)，进而满足瞬时过功率的需求。在PEM_EN_L为高电平情况下，可以退出瞬时过功率状态，恢复到正常工作模式，此时控制器的工作频率和峰值电流恢复到正常情况。
如图12所示为应用了本发明瞬时过功率控制电路100的反激变换器的大动态负载和瞬时过功率状态***仿真相关信号波形图。结合图1，分析如下：
Vout为反激变换器输出电压，Iout为反激变换器输出负载电流，VFB为控制器FB引脚的电压；VCS为控制器CS引脚的电压；PEM_EN_L为瞬时过功率判断单元102的输出信号；GATE为频率及占空比控制单元105的输出信号。
从图12可以看出，从正常负载切换到瞬时过功率状态，由于峰值电流和工作频率的快速提高，使***的瞬态响应很快，进而***的输出电压Vout掉电<10％；而在正常的大动态负载跳变情况下，***不会进入瞬时过功率状态，***的过欠冲很小；同时在瞬时过功率负载恢复到正常负载后，***正常跳出瞬时过功率状态，***的输出电压Vout过冲也很小，满足***指标要求。
如图13所示为图3峰值电流采样单元101中二选一数据选择器MUX1011的另外一种实施例电路原理图。与图3的不同之处在于把NMOS管NM1、NM2换成了传输门Transgate1、Transgate2，具体的连接关系如下：
传输门Transgate1的输入端作为二选一数据选择器1011的第一输入端Vin1，传输门Transgate1的输出端与传输门Transgate2的输出端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器1011的输出端Vout；传输门Transgate1的正相控制端同时与传输门Transgate2的反相控制端和非门not8的输出端连接；传输门Transgate1的反相控制端同时与传输门Transgate2的正相控制端和非门not8的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器1011的第三输入端Vin3；传输门Transgate2的输入端作为二选一数据选择器2011的第二输入端Vin2。
由于当选取低压电源VCC＝5V，二选一数据选择器可以使NMOS管NM1和NM2工作在线性区，但是如果选取低压电源VCC＝3V，那么对于Vin1和Vin2在比较高的电平值情况下，不能再用NMOS管，因为NMOS管工作在饱和区，输入电压Vin1或者Vin2不会正常传递到输出Vout，影响传输效果。那么在本二选一数据选择器的实施例中，使用传输门Transgate1(常规的结构是一个PMOS管和一个NMOS管，其栅极分别接电位相反的两个控制信号，其漏极和源极分别并联)和Transgate2来取代图4中的NMOS管NM1和NM2，这样即使选取了低压电源VCC＝3V，也可以通过传输门中的PMOS管工作在线性区，使得输入电压Vin1或者Vin2在比较高的电平值情况下，也可以正常传递到输出Vout，保证传递的可靠性和有效性。
以上仅是本发明的优选实施例，应当指出的是，上述优选实施例不应视为对本发明的限制，还应认识到，本发明可应用于其它更为广泛的范围中。按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (15)

1.一种瞬时过功率控制方法，应用于功率变换器，所述的功率变换器包括功率管和控制器，其特征在于，所述的控制方法包括如下步骤：
峰值电流采样步骤，通过控制器的CS引脚检测，产生随功率管导通时的源极电压变化的电压信号VCS；
PWM输入增益与输出状态判断步骤，通过控制器的FB引脚检测，产生随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM，以及反应功率变换器输出过功率情况的输出状态信号Vout_ok_H；
所述的峰值电流采样步骤，还选择将获得的电压信号VCS与电压信号VFB_PEM或者电压信号VFB_PWM比较，生成占空比控制信号PWM_L；以及还选择将获得的电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1或者第二阈值Vref_Lim2比较，生成最大占空比控制信号PWM_Lim_L；
瞬时过功率判断步骤，依据最大占空比控制信号PWM_Lim_L生成瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；
维持时间可编程步骤，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，产生过功率状态的维持时间；还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和输出状态信号Vout_ok_H，产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L；
频率及占空比控制步骤，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L、最大占空比控制信号PWM_Lim_L、占空比控制信号PWM_L，以及电压信号VFB_PFM，产生驱动信号GATE、控制器内部的低压驱动信号Drive_H和随功率变换器输出电压变化的电流信号IFB_PEM；同时还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和电压信号VFB_PFM选择控制器工作在正常工作模式下的第一工作频率或者瞬时过功率模式下的第二工作频率；
其中Vref_Lim1﹤Vref_Lim2，第一工作频率﹤第二工作频率，第二工作频率随着电压信号VFB_PFM变化而变化；
各步骤还包括依据如下控制逻辑实现对控制器工作模式的切换；
当VCS≤Vref_Lim1或者虽然VCS＞Vref_Lim1，但持续的时间﹤N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为高电平，控制器工作在正常工作模式，选择电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1比较、选择控制器工作在第一工作频率；
当VCS＞Vref_Lim1持续的时间≥N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为低电平，控制器工作在瞬时过功率工作模式，选择电压信号VCS与第二阈值Vref_Lim2比较、选择控制器工作在第二工作频率；
当瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平期间，如功率变换器输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平；当维持时间结束或输出状态信号Vout_ok_H为高电平时，退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，此时控制器恢复到正常工作模式；
其中N为设定的正整数。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：功率变换器输出的过功率倍数越高，第二工作频率越高。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：通过控制器的PEM引脚设置维持时间的长短，功率变换器输出的过功率倍数越高，维持时间越短。
4.一种瞬时过功率控制电路，应用于功率变换器，所述的功率变换器包括功率管和控制器，其特征在于，所述的控制电路包括：峰值电流采样单元、瞬时过功率判断单元、维持时间可编程单元、PWM输入增益与输出状态判断单元和频率及占空比控制单元；
峰值电流采样单元，通过控制器的CS引脚检测，产生随功率管导通时的源极电压变化的电压信号VCS；
PWM输入增益与输出状态判断单元，通过控制器的FB引脚检测，产生随功率变换器输出电压变化的电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM，以及反应功率变换器输出过功率情况的输出状态信号Vout_ok_H；
所述的峰值电流采样单元，还选择将获得的电压信号VCS与电压信号VFB_PEM或者电压信号VFB_PWM比较，生成占空比控制信号PWM_L；以及还选择将获得的电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1或者第二阈值Vref_Lim2比较，生成最大占空比控制信号PWM_Lim_L；
瞬时过功率判断单元，依据最大占空比控制信号PWM_Lim_L生成瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；
维持时间可编程单元，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，产生过功率状态的维持时间；还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和输出状态信号Vout_ok_H，产生退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L；
频率及占空比控制单元，依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L、最大占空比控制信号PWM_Lim_L、占空比控制信号PWM_L，以及电压信号VFB_PFM，产生驱动信号GATE、控制器内部的低压驱动信号Drive_H和随功率变换器输出电压变化的电流信号IFB_PEM；同时还依据瞬时过功率状态信号PEM_EN_L和电压信号VFB_PFM选择控制器工作在正常工作模式下的第一工作频率或者瞬时过功率模式下的第二工作频率；
其中Vref_Lim1﹤Vref_Lim2，第一工作频率﹤第二工作频率，第二工作频率随着电压信号VFB_PFM变化而变化；
各电路单元还依据如下控制逻辑实现对控制器工作模式的切换；
当VCS≤Vref_Lim1或者虽然VCS＞Vref_Lim1，但持续的时间﹤N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为高电平，控制器工作在正常工作模式，峰值电流采样单元选择电压信号VCS与第一阈值Vref_Lim1比较、频率及占空比控制单元选择控制器工作在第一工作频率；
当VCS＞Vref_Lim1持续的时间≥N个周期时，最大占空比控制信号PWM_Lim_L和瞬时过功率状态信号PEM_EN_L均为低电平，控制器工作在瞬时过功率工作模式，峰值电流采样单元选择电压信号VCS与第二阈值Vref_Lim2比较、频率及占空比控制单元选择控制器工作在第二工作频率；
当瞬时过功率状态信号PEM_EN_L为低电平期间，如功率变换器输出状态恢复正常，则输出状态信号Vout_ok_H为高电平，当维持时间结束或输出状态信号Vout_ok_H为高电平时，退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L为低电平，此时控制器恢复到正常工作模式；
其中N为设定的正整数。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于：功率变换器输出的过功率倍数越高，第二工作频率越高。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于：通过控制器的PEM引脚设置维持时间的长短，功率变换器输出的过功率倍数越高，维持时间越短。
7.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于：所述的峰值电流采样单元包括二选一数据选择器MUX1、二选一数据选择器MUX2，比较器CMP1、比较器CMP2；比较器CMP1的负相输入端用于连接控制器的CS引脚，同时与比较器CMP2的负相输入端连接，正相输入端与二选一数据选择器MUX1的输出端连接，输出端输出占空比控制信号PWM_L；二选一数据选择器MUX1的第一输入端输入电压信号VFB_PWM，第二输入端输入电压信号VFB_PEM，第三输入端与二选一数据选择器MUX2的第三输入端连接在一起后输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；二选一数据选择器MUX2的第一输入端输入第一阈值Vref_Lim1，第二输入端输入第二阈值Vref_Lim2，输出端连接比较器CMP2的正相输入端；比较器CMP2的输出端输出最大占空比控制信号PWM_Lim_L。
8.根据权利要求7所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的二选一数据选择器MUX1包括NMOS管NM1、NMOS管NM2和非门not，NMOS管NM1的漏极作为二选一数据选择器MUX1的第一输入端，NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的输出端；NMOS管NM1的栅极与非门not的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的第三输入端；非门not的输出端与NMOS管NM2的栅极连接，NMOS管NM2的漏极作为二选一数据选择器的第二输入端。
9.根据权利要求7所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的二选一数据选择器MUX1包括传输门Transgate1、传输门Transgate2和非门not，传输门Transgate1的输入端作为二选一数据选择器MUX1的第一输入端，传输门Transgate1的输出端和传输门Transgate2的输出端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的输出端；传输门Transgate1的正向控制端与非门not的输入端连接，此连接交汇处作为二选一数据选择器MUX1的第三输入端；非门not的输出端与传输门Transgate2的正向控制端连接，传输门Transgate2的输入端作为二选一数据选择器的第二输入端。
10.根据权利要求4所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的瞬时过功率判断单元包括判断延时单元，RS锁存器和非门not_1；判断延时单元依据第一输入端输入的最大占空比控制信号PWM_Lim_L、第二输入端输入的控制器内部的低压驱动信号Drive_H以及第三输入端输入的驱动信号GATE，产生进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H，输出至RS锁存器的S端，RS锁存器的R端输入退出瞬时过功率状态信号PEM_out_ok_L，RS锁存器的输出端Q与非门not_1的输入端连接，非门not_1的输出端输出瞬时过功率状态信号PEM_EN_L。
11.根据权利要求10所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的判断延时单元包括RS锁存器RS1、RS锁存器RS2，D触发器DFF，非门not1、非门not2、非门not3，与门and，前沿消隐LEB和计数器counter；RS锁存器RS1的S端输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L、R端与非门not1的输出端连接，非门not1的输入端和计数器counter的第一输入端CP连接后输入控制器内部的低压驱动信号Drive_H，RS锁存器RS1的输出端Q与D触发器DFF的第一输入端D连接，D触发器DFF的第二输入端CP与非门not2的输出端连接，非门not2的输入端与前沿消隐LEB的输出端连接，前沿消隐LEB的输入端输入驱动信号GATE，D触发器DFF的第三输入端Clr_L同时和与门and的输出端以及RS锁存器RS2的R端连接，与门and的第一输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，与门and的第二输入端用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv，D触发器DFF的输出端Q与计数器counter的第二输入端Clr_L连接，计数器counter的输出端Q与非门not3的输入端连接，非门not3的输出端与RS锁存器RS2的S端连接，RS锁存器RS2的输出端Q输出进入瞬时过功率状态的判断信号PEM_IN_H。
12.根据权利要求4所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的维持时间可编程单元包括电流源IB1、电流源IB2，电容C1，NMOS管NM1_1，比较器CMP，与非门nand，锁存器LATH，D触发器DFF1，非门not4、非门not5、非门not6，延时Delay，以及与门and1；
电流源IB1的输入端用于连接低压电源VCC、输出端用于连接控制器的PEM引脚，电流源IB1的输出端还同时与比较器CMP的正相输入端连接；电流源IB2的输入端用于连接低压电源VCC、输出端输入所述电流信号IFB_PEM，电流源IB2的输出端还同时与电容C1的一端、NMOS管NM1_1的漏极和比较器CMP的反相输入端连接；电容C1的另一端同时与NMOS管NM1_1的源极和控制器的地连接；NMOS管NM1_1的栅极与与非门nand的输出端连接，与非门nand的第一输入端同时与锁存器LATH的输出端和D触发器DFF1的第二输入端CP连接，与非门nand的第二输入端与D触发器DFF1的第三输入端Clr_L连接在一起用于输入控制器内部的低压初始化信号ENP_lv；锁存器LATH的输入端与比较器CMP的输出端连接；D触发器DFF1的第一输入端D与D触发器的第二输出端
Figure FDA0003853489340000051
连接，D触发器DFF1的第一输出端Q与非门not4的输入端连接，非门not4的输出端与计数器counter1的第一输入端CP_L连接，计数器counter1的第二输入端Clr_L与非门not5的输出端连接，非门not5的输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L；计数器counter1的输出端与非门not6的输入端连接，非门not6的输出端与与门and1的第二输入端连接，与门and1的第一输入端与延时Delay的输出端连接，延时Delay的输入端输入输出状态信号Vout_ok_H。
13.根据权利要求4所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的PWM输入增益与输出状态判断单元包括PWM输入增益，二选一数据选择器MUX3，比较器CMP3，非门not7；PWM输入增益的第一输入端用于连接控制器的FB引脚，PWM输入增益的第二输入端与二选一数据选择器MUX3的第三输入端连接后输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，PWM输入增益的第一输出端与比较器CMP3的正相输入端连接，PWM输入增益的第二输出端、第三输出端和第四输出端分别输出电压信号VFB_PFM、电压信号VFB_PEM和电压信号VFB_PWM；二选一数据选择器MUX3的第一输入端用于输入控制器内部的第一基准电压信号Vref1连接，二选一数据选择器MUX3的第二输入端用于输入控制器内部的第二基准电压信号Vref2，二选一数据选择器MUX3的输出端与比较器CMP3的负相输入端连接，比较器CMP3的输出端与非门not7的输入端连接，非门not7的输出端输出输出状态信号Vout_ok_H。
14.根据权利要求13所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的PWM输入增益包括开关电容滤波器Filter、NMOS管NM3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；开关电容滤波器Filter的输入端用于连接控制器的FB引脚，开关电容滤波器Filter的第一输出端与NMOS管NM3的栅极连接，开关电容滤波器Filter的第二输出端输出电压信号VFB_PFM；NMOS管NM3的漏极用于连接低压电源VCC，NMOS管NM3的源极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，此连接交汇处连接比较器CMP3的正相输入端；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，此连接交汇处输出电压信号VFB_PEM；电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，此连接交汇处输出电压信号VFB_PWM，电阻R4的另一端接控制器的地。
15.根据权利要求4所述的瞬时过功率控制电路，其特征在于：所述的频率及占空比控制单元包括压控振荡器VCO、与门and2、RS锁存器RS3和驱动Driver；压控振荡器VCO的第一输入端输入瞬时过功率状态信号PEM_EN_L，压控振荡器VCO的第二输入端输入电压信号VFB_PFM，压控振荡器VCO的第一输出端输出电流信号IFB_PEM，压控振荡器VCO的第二输出端与RS锁存器RS3的S端连接，RS锁存器的R端与与门and2的输出端连接，与门and2的第一输入端输入占空比控制信号PWM_L，与门and的第二输入端输入最大占空比控制信号PWM_Lim_L，RS锁存器RS3的输出端Q与驱动Driver的输入端连接，此连接点输出控制器内部的低压驱动信号Drive_H，驱动Driver的输出端输出驱动信号GATE。
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