一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其包括振蕩器、PWM比較器、電源轉(zhuǎn)換電路、反饋電路、誤差放大器和頻率控制模塊。所述振蕩器生成并輸出參考信號；所述PWM比較器基于參考信號及誤差放大器輸出的誤差放大電壓輸出與該參考信號相同頻率的PWM控制信號；所述電源轉(zhuǎn)換電路在PWM控制信號的控制下將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓；所述頻率控制模塊根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器輸出的參考信號的頻率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路根據(jù)負(fù)載電流的大小實時、連續(xù)的調(diào)整其調(diào)制頻率。在負(fù)載較輕時，該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率隨之下降，從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提高整個開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及電源管理電路領(lǐng)域，特別涉及一種頻率連續(xù)可調(diào)的脈寬調(diào)制(PulseWidth Modulation, PWM)型開關(guān)電源電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路包括升壓(BOOST)和降壓(BUCK)兩種結(jié)構(gòu)，由于其外圍線路簡單，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用非常廣泛。目前的開關(guān)電源電路其調(diào)制頻率越來越高，從以前的20kHz、IOOkHz到現(xiàn)在的500kHz、IMHz、2MHz甚至更高。不斷提高調(diào)制頻率的原因在于開關(guān)電源電路可以使用體積更小的器件(包括電感和濾波電容)，并且更高的調(diào)制頻率也增強(qiáng)了整個開關(guān)電源電路系統(tǒng)的環(huán)路響應(yīng)。
[0003]但是，調(diào)制頻率提高之后帶來的一個主要問題就是開關(guān)電源電路的開關(guān)損耗增大。開關(guān)損耗包括開關(guān)管從導(dǎo)通到關(guān)斷以及從關(guān)斷到導(dǎo)通兩個時段的所有損耗。因為開關(guān)管只在開關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間產(chǎn)生能量損失(即開關(guān)損耗)，因此，開關(guān)損耗和調(diào)制頻率精確的成比例。這種情況在負(fù)載電流很大的場合影響并不大，比如在負(fù)載電流為IA的情況下，如果開關(guān)管的平均開關(guān)電流為5mA，只占到負(fù)載電流的5%。，其開關(guān)損耗對于整個開關(guān)電源電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率影響不大。但是如果在負(fù)載電流很小(即處于輕載狀態(tài))的情況下，開關(guān)損耗問題就會變得十分嚴(yán)重，比如在負(fù)載電流為5mA的情況下，如果開關(guān)管的平均開關(guān)電流還是為5mA，其開關(guān)損耗對整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率的影響就會變得非常嚴(yán)重。
[0004]為了解決開關(guān)電源電路在輕載時的轉(zhuǎn)換效率問題，目前大多數(shù)的開關(guān)電源電路都加入了一個跳周檢測模塊。該跳周檢測模塊的主要作用是用來監(jiān)測開關(guān)電源電路中的誤差放大器的輸出信號(即誤差放大電壓)，當(dāng)誤差放大器的輸出信號電壓過低時(例如小于
0.5V時)表示此時開關(guān)電源電路的負(fù)載電流很小，整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率處于很低的水平，需要進(jìn)行調(diào)整。這時，跳周檢測模塊會暫時讓開關(guān)電源電路中的振蕩器等模塊停止工作，使開關(guān)管始終維持在關(guān)斷狀態(tài)，暫停向該`開關(guān)電源電路的輸出端輸送電能，直到輸出端電壓下降到一定程度之后，誤差放大器的輸出信號電壓恢復(fù)到正常水平(例如0.5V以上)時，該開關(guān)電源電路重新進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，開關(guān)管開始正常的開關(guān)操作，恢復(fù)給輸出端輸送電能。也就是說，加入跳周檢測模塊之后，在輕載情況下，開關(guān)電源電路會周期性的停止正常工作而維持開關(guān)管關(guān)斷狀態(tài)，通過這樣的方式降低開關(guān)損耗，實現(xiàn)輕載下提高轉(zhuǎn)換效率的目的。
[0005]通過增加跳周檢測模塊來降低開關(guān)損耗的方法雖然可以使開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載下的轉(zhuǎn)換效率得到提高，但是由于跳周檢測模塊使得電路周期性的在正常工作狀態(tài)和跳周工作狀態(tài)中來回切換，導(dǎo)致開關(guān)電源電路的輸出端輸出的直流電壓會出現(xiàn)周期性的波動，相當(dāng)于在輸出的直流電壓上疊加了一個諧波分量，這個諧波分量的頻率為正常調(diào)制頻率的幾分之一到幾十分之一。這個疊加在輸出電壓上的諧波分量不僅會造成輸出電壓的上下波動，影響輸出穩(wěn)定性；而且由于這個諧波分量的頻率由具體的負(fù)載情況決定，具有不可控性，在某些情況下諧波分量的頻率會落在音頻范圍內(nèi)，對開關(guān)電源電路周邊的音頻處理電路造成干擾和影響。
[0006]另外，如果負(fù)載電流的突然變化導(dǎo)致開關(guān)電源電路從正常工作狀態(tài)切換到跳周工作狀態(tài)以后，想要重新回到正常的工作狀態(tài)必需經(jīng)由一系列的反饋過程:輸出電壓的改變，改變量反饋給誤差放大器，誤差放大器輸出重新恢復(fù)正常。
[0007]這一系列的反饋過程加長了開關(guān)電源電路的暫態(tài)響應(yīng)時間，不利于輸出電壓的穩(wěn)定。
[0008]因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案來克服上述問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其可以降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提聞?wù)麄€開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其包括振蕩器、PWM比較器、電源轉(zhuǎn)換電路、反饋電路、誤差放大器和頻率控制模塊。所述振蕩器生成并輸出參考信號；所述PWM比較器基于所述參考信號及誤差放大器輸出的誤差放大電壓,輸出與所述參考信號相同頻率的PWM控制信號；所述電源轉(zhuǎn)換電路在所述PWM控制信號的控制下將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓；所述反饋電路采樣所述電源轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓并形成反映所述輸出電壓的反饋電壓；所述誤差放大器將一基準(zhǔn)電壓和所述反饋電壓的差放大之后得到誤差放大電壓；所述頻率控制模塊根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器輸出的參考信號的頻率，當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述參考信號的頻率隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述參考信號的頻率隨之減小。
[0011]進(jìn)一步的，所述振蕩器包括第一電流源、第二電流源、電容和充放電控制模塊。所述充放電控制模塊用于對所述電容的充放電過程進(jìn)行控制，當(dāng)所述電容上的電壓小于等于預(yù)先設(shè)定的低門限電壓時，所述充放電控制模塊控制第一電流源對所述電容進(jìn)行充電，直到所述電容上的電壓等于預(yù)先設(shè)定的高門限電壓；當(dāng)所述電容上的電壓大于等于所述高門限電壓時，所述充放電控制模塊控制第二電流源對所述電容進(jìn)行放電，直到所述電容上的電壓等于所述低門限電壓，所述電容上的電壓為所述振蕩器輸出的振蕩信號，當(dāng)所述負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述第一電流源輸出的電流值或/和所述第二電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)所述負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第一電流源輸出的電流值或/和所述第二電流源輸出的電流值隨之減小。
[0012]進(jìn)一步的，所述充放電控制模塊包括開關(guān)和充放電控制單元，所述電容連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，所述開關(guān)和第二電流源依次串聯(lián)于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，所述第一電流源的輸出端與所述第一節(jié)點(diǎn)相連，所述第二電流源的輸出端與所述第二節(jié)點(diǎn)相連，所述第一節(jié)點(diǎn)與所述振蕩器的輸出端相連，該輸出端輸出所述參考信號，所述充放電控制單元基于第一節(jié)點(diǎn)上的電壓控制所述開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)上的電壓小于等于所述低門限電壓時，所述充放電控制單元控制所述開關(guān)關(guān)斷，直到所述電容上的電壓等于所述高門限電壓；當(dāng)所述電容上的電壓大于等于所述高門限電壓時，所述充放電控制單元控制所述開關(guān)導(dǎo)通，直到所述電容上的電壓等于所述低門限電壓。
[0013]進(jìn)一步的，所述第一電流源包括第一恒流源和第一可變電流源，所述第一恒流源的輸出端與第一節(jié)點(diǎn)相連，所述第一可變電流源的一端與第一節(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述第一可變電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第一可變電流源輸出的電流值隨之減小。
[0014]進(jìn)一步的，所述頻率控制模塊和所述第一可變電流源共同組成跨導(dǎo)放大器，所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端為所述頻率控制模塊的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓；跨導(dǎo)放大器的反相輸入端連接一個參考電壓；跨導(dǎo)放大器的輸出端為第一可變電流源與第一節(jié)點(diǎn)相連的一端，其輸出的電流等于所述第一可變電流源的電流，所述跨導(dǎo)放大器將參考電壓與所述反映負(fù)載電流大小的控制電壓的差值進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第一可變電流源的電流。
[0015]進(jìn)一步的，所述第一電流源包括第二恒流源和第二可變電流源，所述第二恒流源的輸出端與第二節(jié)點(diǎn)相連，所述第二可變電流源的一端與第二節(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述第二可變電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第二可變電流源輸出的電流值隨之減小。
[0016]進(jìn)一步的，所述頻率控制模塊和所述第二可變電流源共同組成跨導(dǎo)放大器，
[0017]所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端為所述頻率控制模塊的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓；跨導(dǎo)放大器的反相輸入端連接一個參考電壓；跨導(dǎo)放大器的輸出端為第二可變電流源與第一節(jié)點(diǎn)相連的一端，其輸出的電流等于所述第二可變電流源的電流，所述跨導(dǎo)放大器將參考電壓與所述反映負(fù)載電流大小的控制電壓的差值進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第二可變電流源的電流。
[0018]進(jìn)一步的，所述誤差放大電壓能夠反映所述負(fù)載電流，所述控制電壓為所述誤差放大電壓。
[0019]更進(jìn)一步的，所述誤差放大電壓能夠反映所述負(fù)載電流，所述頻率控制模塊根據(jù)所述誤差放大電壓調(diào)節(jié)所述參考信號的頻率。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路根據(jù)負(fù)載電流的大小實時、連續(xù)的調(diào)整其調(diào)制頻率。在負(fù)載較輕時，該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率隨之下降，從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提高整個開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0022]圖1為本發(fā)明在一個實施例中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路的電路示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明在一個實施例中的振蕩器的電路示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明中的跨導(dǎo)放大器的示意圖，其中該跨導(dǎo)放大器包括頻率控制模塊和第一可變電流源11’ ;
[0025]圖4為圖3中的跨導(dǎo)放大器典型的輸入輸出特性曲線圖。
【【具體實施方式】】
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。
[0028]本發(fā)明中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路可以基于負(fù)載電流實時、連續(xù)的調(diào)整其調(diào)制頻率。當(dāng)負(fù)載電流增大(其反映該開關(guān)電源電路的負(fù)載加重)時，該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小(其反映該開關(guān)電源電路的負(fù)載減輕)時，該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率隨之減小，從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提高整個開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
[0029]請參考圖1所示，其為本發(fā)明在一個實施例中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路100的電路不意圖。
[0030]所述脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路100包括振蕩器110、PWM比較器120、電源轉(zhuǎn)換電路130、頻率控制模塊140、反饋電路150和誤差放大器160。
[0031]所述振蕩器110生成并輸出參考信號，通常所述參考信號為三角波振蕩信號Ramp0
[0032]所述PWM比較器120基于所述參考信號Ramp和所述誤差放大器160輸出的誤差放大電壓Vea，生成并輸出與所述參考信號Ramp相同頻率的PWM控制信號PWM0，其中，所述PWM控制信號PWMO的頻率可以被稱為該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率。
[0033]所述電源轉(zhuǎn)換電路130在所述PWM控制信號的控制下將一輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vout。具體為，通過所述PWM控制信號控制所述電源轉(zhuǎn)換電路130中的開關(guān)器件(或稱開關(guān)管)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，從而將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vout，其中，所述開關(guān)器件的開關(guān)頻率等于所述PWM控制信號的調(diào)制頻率，也等于所述參考信號Ramp的振蕩頻率。
[0034]所述反饋電路150采樣電源轉(zhuǎn)換電路130的輸出電壓Vout并形成反映所述輸出電壓Vout的反饋電壓Vfb。
[0035]所述誤差放大器160將一基準(zhǔn)電壓Vrefl和所述反饋電壓Vfb的差放大之后得到誤差放大電壓Vea。
[0036]所述頻率控制模塊140根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率。當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述參考信號Ramp的頻率隨之增加，從而使該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率和開關(guān)頻率也隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述參考信號Ramp的頻率隨之減小，從而使該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率和開關(guān)頻率也隨之減小，從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提聞?wù)麄€開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
[0037]由于所述誤差放大電壓Vea能夠反映所述負(fù)載電流，因此，所述頻率控制模塊140可以根據(jù)所述誤差放大電壓Vea調(diào)節(jié)所述參考信號Ramp的頻率。當(dāng)所述誤差放大電壓Vea增大(表示負(fù)載電流增大)時，所述頻率控制模塊140控制所述參考信號Ramp的頻率隨之增加；當(dāng)所述誤差放大電壓減小(表示負(fù)載電流減小)時，所述頻率控制模塊140控制所述參考信號Ramp的頻率隨之減小。
[0038]易于思及的是，所述頻率控制模塊140還可以根據(jù)該開關(guān)電源電路中的其它能夠反映所述負(fù)載電流的物理量調(diào)節(jié)所述參考信號的頻率。
[0039]由于本發(fā)明的側(cè)重點(diǎn)為所述頻率控制模塊140根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的振蕩頻率，因此，以下將通過具體實施例對此進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0040]請參考圖2所示，其為本發(fā)明在一個實施例中的振蕩器200的電路示意圖。所述振蕩器200包括第一電流源210、第二電流源220、電容C和充放電控制模塊230。
[0041]所述充放電控制模塊230用于對所述電容C的充放電過程進(jìn)行控制，當(dāng)所述電容C上的電壓小于等于預(yù)先設(shè)定的低門限電壓VL時，所述充放電控制模塊230控制第一電流源210對所述電容C進(jìn)行充電，直到所述電容C上的電壓等于預(yù)先設(shè)定的高門限電壓VH;當(dāng)所述電容C上的電壓大于等于所述高門限電壓VH時，所述充放電控制模塊230控制第二電流源220對所述電容C進(jìn)行放電，直到所述電容C上的電壓等于所述低門限電壓VL，所述電容C上的電壓為所述振蕩器200輸出的振蕩信號Ramp。這樣，就可以通過對電容C進(jìn)行周期性的充放電而獲得振蕩信號Ramp。所述低門限電壓VL的電壓值小于所述高門限電壓VH的電壓值，所述高門限電壓VH和低門限電壓VL可以是電路其他部分產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，其用來設(shè)定電容C上形成的振蕩信號Ramp的高、低門限。
[0042]在圖2所示的實施例中，所述充放電控制模塊230包括開關(guān)K和充放電控制單元232。所述電容C連接于所述第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B (在本實施例中為接地節(jié)點(diǎn))之間，所述開關(guān)K和第二電流源220依次串聯(lián)于第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B之間，所述第一電流源210的輸出端與所述第一節(jié)點(diǎn)A相連，所述第二電流源的220的輸出端與所述第二節(jié)點(diǎn)B相連，所述第一節(jié)點(diǎn)A與所述振蕩器200的輸出端相連,該輸出端輸出所述參考信號RAMP。
[0043]所述充放電控制單元232基于第一節(jié)點(diǎn)A上的電壓(即所述振蕩器200輸出的所述參考信號RAMP的電壓值)控制所述開關(guān)K的導(dǎo)通或者關(guān)斷。當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)A上的電壓小于等于預(yù)先設(shè)定的低門限電壓VL時，所述充放電控制單元232控制所述開關(guān)K關(guān)斷，使第一電流源210對所述電容C進(jìn)行充電，直到所述電容C上的電壓等于預(yù)先設(shè)定的高門限電壓VH ;當(dāng)所述電容C上的電壓大于等于所述高門限電壓VH時，所述充放電控制單元232控制所述開關(guān)K導(dǎo)通，使第二電流源220對所述電容C進(jìn)行放電，直到所述電容C上的電壓等于所述低門限電壓VL。需要說明的是，在第二電流源220對所述電容C進(jìn)行放電的過程中，所述第一電流源210同時對所述電容C進(jìn)行充電，由于第二電流源220的電流值一般遠(yuǎn)大于第一電流源210的電流值，通常為10倍或以上，因此，所述第一電流源210對電容C的放電過程影響很小。
[0044]在其他實施例中，所述充放電控制模塊230還可以在第一節(jié)點(diǎn)A和第一電流源210的輸出端之間再增加一個開關(guān)，并相應(yīng)增加所述充放電控制單元232的內(nèi)部邏輯，使其也可以控制增加開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，以使得在電容C的充電過程中，僅第一電流源210對電容C充電，在電容C的放電過程中，僅第二電流源220對電容C放電。這樣，就可以避免圖2所示的實施例中，第一電流源210對電容C的放電過程的影響，但由于增加了開關(guān)并增加所述充放電控制單元232的內(nèi)部邏輯，從而增加了電路的制造成本。
[0045]請繼續(xù)參考圖2所示，所述充放電控制單元232包括第一比較器C0M1、第二比較器COM2和RS觸發(fā)器2322。所述第一比較器COMl的正相輸入端與第一節(jié)點(diǎn)A相連，其負(fù)相輸入端與所述高門限電壓VH相連，其輸出端與RS觸發(fā)器2322的S端(SET，置位端)相連；所述第二比較器COM2的負(fù)相輸入端與第一節(jié)點(diǎn)A相連，其正相輸入端與所述低門限電壓VL相連，其輸出端與RS觸發(fā)器2322的R端(reset，復(fù)位端)相連，RS觸發(fā)器2322的輸出端為所述充放電控制單元232的輸出端，其與所述開關(guān)K的控制端相連。所述RS觸發(fā)器2322的有效輸入信號為高電平信號，當(dāng)R端輸入高電平時，其輸出端輸出O ;當(dāng)S端輸入高電平時，其輸出端輸出I。
[0046]所述振蕩器200的工作循環(huán)如下:初始時電容C上的電壓為“0”，比較器COMl的輸出為“0”，比較器COM2的輸出為“1”，RS觸發(fā)器2322被復(fù)位輸出“0”，控制開關(guān)K斷開，第一電流源210向電容C充電，電容C上的電壓緩慢上升，上升的速率和電容C的大小和第一電流源210的電流值的大小有關(guān)。當(dāng)電容C上的電壓上升到高于低門限電壓VL時，比較器COMl的輸出依然為“O”，比較器COM2的輸出變?yōu)椤癘”，RS觸發(fā)器2322的輸出維持原來狀態(tài)即輸出仍為“0”，控制開關(guān)K仍然斷開，電容C繼續(xù)充電；當(dāng)電容上得電壓上升到高于高門限電壓VH時，比較器COMl的輸出變?yōu)椤?”，比較器COM2的輸出為“0”，RS觸發(fā)器2322被置位輸出為“ I ”，控制開關(guān)K閉合，第二電流源220被接入，由于第二電流源220的電流值遠(yuǎn)大于第一電流源210的電流值(一般第二電流源220的電流值為第一電流源210的電流值的10倍)，所以電容C進(jìn)入快速放電階段，電容C上的電壓快速下降；當(dāng)電容C上的電壓下降到低于高門限電壓VH時，比較器COMl的輸出變?yōu)椤?”，比較器COM2的輸出為“0”，RS觸發(fā)器2322的輸出維持原來狀態(tài)即輸出依然為“1”，控制開關(guān)K還是閉合，電容C繼續(xù)放電；當(dāng)電容C上的電壓下降到低于低門限電壓VL時，比較器COMl的輸出為“0”，比較器COM2的輸出變?yōu)椤?”，RS觸發(fā)器2322被復(fù)位輸出變?yōu)椤?”，控制開關(guān)K斷開，重新進(jìn)入第一電流源210對電容的充電階段。
[0047]綜上對圖2所示的振蕩器200的描述可知，可以通過增大第一電流源210的電流值或者/和第二電流源210的電流值，使所述參考信號Ramp的頻率增大；也可以通過減小第一電流源210的電流值或者/和第二電流源220的電流值，使所述參考信號Ramp的頻率減小。
[0048]在一個實施例中，所述頻率控制模塊140可以通過控制所述第一電流源210輸出的電流值的變化，從而改變所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率。具體為，當(dāng)所述負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述第一電流源210輸出的電流值隨之增加，從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率增加；當(dāng)所述負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述第一電流源210輸出的電流值隨之減小，從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率減小。該實施例的具體實現(xiàn)方方式可參照圖1和圖2。在圖2所示的實施例中，所述第一電流源210包括第一恒流源11和第一可變電流源11’，所述第二電流220源為恒流源12。所述第一恒流源Il的輸出端與第一節(jié)點(diǎn)A相連，所述第一可變電流源11’的一端與第一節(jié)點(diǎn)A相連。當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述第一可變電流源II’輸出的電流值隨之增加,從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述第一可變電流源11’輸出的電流值隨之減小。從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提高整個開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。
[0049]在一個較佳的實施例中，當(dāng)負(fù)載電流逐漸增加時，第一可變電流源11’的電流值也隨之線性(或者近似線性)的增大；當(dāng)負(fù)載電流逐漸減小時，第一可變電流源11’的電流值也隨之線性(或者近似線性)的減小。這樣可以使得本發(fā)明中的脈寬調(diào)制開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率的調(diào)整連續(xù)且均勻，從而使得該開關(guān)電路的輸出具有更好的穩(wěn)定性。在負(fù)載電流突然變化的情況下有更短的暫態(tài)恢復(fù)過程。在良好補(bǔ)償?shù)那闆r下，出現(xiàn)次諧波振蕩的可能性要比普通的開關(guān)電源低。
[0050]由于跨導(dǎo)放大器有較大的線性控制范圍，其輸入和輸出在較大范圍內(nèi)維持線性關(guān)系，因此，可以使用的跨導(dǎo)放大器實現(xiàn)所述頻率控制模塊140和所述第一可變電流源Ι1'的功能(也可以說由所述頻率控制模塊140和所述第一可變電流源Ι1'共同組成跨導(dǎo)放大器)。請參考圖3所示，其為由所述頻率控制模塊140和所述第一可變電流源Ι1'共同組成跨導(dǎo)放大器300的示意圖。所述跨導(dǎo)放大器300的正相輸入端為所述頻率控制模塊140的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓Vcon(比如采用圖1中的誤差放大器160輸出的誤差放大電壓Vea);跨導(dǎo)放大器300的反相輸入端連接一個參考電壓Vref2(例如IV);跨導(dǎo)放大器300的輸出端為第一可變電流源Ι1'與第一節(jié)點(diǎn)A相連的一端，其輸出的電流等于所述第一可變電流源Ι1'的電流。具體為，所述跨導(dǎo)放大器300將參考電壓Vref2與所述誤差放大電壓Vea的差值進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第一可變電流源Ι1'的電流。
[0051]請參考圖4所示，其為圖3中的跨導(dǎo)放大器典型的輸入輸出特性曲線圖。X軸表不輸入控制電壓Vcon和參考電壓Vref2的差值，y軸表不輸出的第一可變電流II’。特性曲線中的Ml到M2段表示線性控制區(qū)，在這個區(qū)域中跨導(dǎo)放大器300輸出的第一可變電流11’和控制電壓Vcon呈線性關(guān)系，在Ml處第一可變電流11’達(dá)到最大值，振蕩器110振蕩頻率最高，在M2處第一可變電流11’達(dá)到最小值，振蕩器110振蕩頻率最低。
[0052]同理，所述頻率控制模塊140還可以通過控制所述第二電流源220輸出的電流值的變化，從而改變所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率。具體為，當(dāng)所述負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述第二電流源220輸出的電流值隨之增加，從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率增加；當(dāng)所述負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述第二電流源220輸出的電流值隨之減小，從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率減小。
[0053]對應(yīng)的，所述第二電流源220包括第二恒流源和第二可變電流源，所述第一電流210源為恒流源。所述第二恒流源Il的輸出端與第二節(jié)點(diǎn)B相連，所述第二可變電流源的一端與第二節(jié)點(diǎn)B相連。當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述第二可變電流源的電流值隨之增加，從而使所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述第二可變電流源I輸出的電流值隨之減小。
[0054]對應(yīng)的可以使用的跨導(dǎo)放大器實現(xiàn)所述頻率控制模塊140和所述第二可變電流源的功能(也可以說由所述頻率控制模塊140和所述第二可變電流源共同組成跨導(dǎo)放大器)。所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端為所述頻率控制模塊140的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓Vcon (比如采用圖1中的誤差放大器160輸出的誤差放大電壓Vea);跨導(dǎo)放大器的反相輸入端連接一個參考電壓Vref2 (例如IV);跨導(dǎo)放大器的輸出端為第二可變電流源與第二節(jié)點(diǎn)B相連的一端，其輸出的電流等于所述第二可變電流源的電流。具體為，所述跨導(dǎo)放大器將參考電壓Vref 2與所述誤差放大電壓Vea的差值進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第二可變電流源的電流。[0055]綜上所述，本發(fā)明中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路設(shè)置有所述頻率控制模塊140，所述頻率控制模塊140根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率。當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊140控制所述振蕩器110中的第一電流源210的電流值增加，以使所述所述振蕩器110輸出的參考信號Ramp的頻率隨之增加，從而使該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率和開關(guān)頻率也隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊140控制所述振蕩器110中的第一電流源210的電流值減小，以使所述振蕩器110輸出的參考彳目號Ramp的頻率隨之減小，，從而使該開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率和開關(guān)頻率也隨之減小，從而降低在較輕負(fù)載時的開關(guān)損耗，提高整個開關(guān)電源電路在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。由于本發(fā)明中的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率根據(jù)負(fù)載電流的大小可以進(jìn)行實時調(diào)整，因此，擁有更大的負(fù)載調(diào)整能力；在負(fù)載較輕時，開關(guān)電源電路的調(diào)制頻率隨之下降，電路的工作電流和開關(guān)損耗減小，提高了整個開關(guān)電源在較輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率；由于調(diào)制頻率的調(diào)整是連續(xù)的，因此，開關(guān)電源電路的輸出有著更好的穩(wěn)定性，在負(fù)載電流突然變化的情況下有更短的暫態(tài)恢復(fù)過程，在良好補(bǔ)償?shù)那闆r下，出現(xiàn)次諧波振蕩的可能性要比普通的開關(guān)電源低；由于調(diào)制頻率可以根據(jù)實際負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整，在相同情況下可以使用更小的電感，有利于節(jié)約成本，減小模塊體積。
[0056]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，其包括振蕩器、PWM比較器、電源轉(zhuǎn)換電路、反饋電路、誤差放大器和頻率控制模塊， 所述振蕩器用于生成并輸出參考信號； 所述PWM比較器用于根據(jù)所述參考信號及誤差放大器輸出的誤差放大電壓，輸出與所述參考信號相同頻率的PWM控制信號； 所述電源轉(zhuǎn)換電路用于通過所述PWM控制信號的控制將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓； 所述反饋電路用于采樣所述電源轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓并形成反映所述輸出電壓的反饋電壓； 所述誤差放大器用于放大一基準(zhǔn)電壓和所述反饋電壓的差值以得到誤差放大電壓； 所述頻率控制模塊用于根據(jù)該開關(guān)電源電路的負(fù)載電流調(diào)節(jié)所述振蕩器輸出的參考信號的頻率，當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述參考信號的頻率隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述參考信號的頻率隨之減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述振蕩器包括第一電流源、第二電流源、電容和充放電控制模塊， 所述充放電控制模塊用于對所述電容的充放電過程進(jìn)行控制，當(dāng)所述電容上的電壓小于等于預(yù)先設(shè)定的低門限電壓時，所述充放電控制模塊控制第一電流源對所述電容進(jìn)行充電，直到所述電容上的電壓等于預(yù)先設(shè)定的高門限電壓；當(dāng)所述電容上的電壓大于等于所述高門限電壓時，所述充放電控制模塊控制第二電流源對所述電容進(jìn)行放電，直到所述電容上的電壓等于所述低門限電壓，所述電容上的電壓為所述振蕩器輸出的振蕩信號， 當(dāng)所述負(fù)載電流增大時， 所述頻率控制模塊控制所述第一電流源輸出的電流值或/和所述第二電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)所述負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第一電流源輸出的電流值或/和所述第二電流源輸出的電流值隨之減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述充放電控制模塊包括開關(guān)和充放電控制單元， 所述電容連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，所述開關(guān)和第二電流源依次串聯(lián)于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，所述第一電流源的輸出端與所述第一節(jié)點(diǎn)相連，所述第二電流源的輸出端與所述第二節(jié)點(diǎn)相連，所述第一節(jié)點(diǎn)與所述振蕩器的輸出端相連，該輸出端輸出所述參考信號， 所述充放電控制單元用于根據(jù)第一節(jié)點(diǎn)上的電壓控制所述開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)上的電壓小于等于所述低門限電壓時，所述充放電控制單元控制所述開關(guān)關(guān)斷，直到所述電容上的電壓等于所述高門限電壓；當(dāng)所述電容上的電壓大于等于所述高門限電壓時，所述充放電控制單元控制所述開關(guān)導(dǎo)通，直到所述電容上的電壓等于所述低門限電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述第一電流源包括第一恒流源和第一可變電流源，所述第一恒流源的輸出端與第一節(jié)點(diǎn)相連，所述第一可變電流源的一端與第一節(jié)點(diǎn)相連， 當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述第一可變電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第一可變電流源輸出的電流值隨之減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述頻率控制模塊和所述第一可變電流源共同組成跨導(dǎo)放大器， 所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端為所述頻率控制模塊的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓；跨導(dǎo)放大器的反相輸入端連接一個參考電壓；跨導(dǎo)放大器的輸出端為第一可變電流源與第一節(jié)點(diǎn)相連的一端，其輸出的電流等于所述第一可變電流源的電流， 所述跨導(dǎo)放大器用于放大參考電壓與所述反映負(fù)載電流大小的控制電壓的差值并將該放大后的電壓差值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第一可變電流源的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述第一電流源包括第二恒流源和第二可變電流源，所述第二恒流源的輸出端與第二節(jié)點(diǎn)相連，所述第二可變電流源的一端與第二節(jié)點(diǎn)相連， 當(dāng)負(fù)載電流增大時，所述頻率控制模塊控制所述第二可變電流源輸出的電流值隨之增加；當(dāng)負(fù)載電流減小時，所述頻率控制模塊控制所述第二可變電流源輸出的電流值隨之減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述頻率控制模塊和所述第二可變電流源共同組成跨導(dǎo)放大器， 所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端為所述頻率控制模塊的輸入端，該輸入端輸入反映負(fù)載電流大小的控制電壓；跨導(dǎo)放大器的反相輸入端連接一個參考電壓；跨導(dǎo)放大器的輸出端為第二可變電流源與第一節(jié)點(diǎn)相連的一端，其輸出的電流等于所述第二可變電流源的電流， 所述跨導(dǎo)放大器用于放大參考電壓與所述反映負(fù)載電流大小的控制電壓的差值并將該放大后的電壓差值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流后輸出，該電流為所述第二可變電流源的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或者7任一所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述誤差放大電壓能夠反映所述負(fù)載電流，所述控制電壓為所述誤差放大電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路，其特征在于，所述誤差放大電壓能夠反映所述負(fù)載電流，所述頻率控制模塊用于根據(jù)所述誤差放大電壓調(diào)節(jié)所述參考信號的頻率。
【文檔編號】H02M3/00GK103532347SQ201310467157
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】周景暉, 陳繼輝, 劉冰, 程學(xué)農(nóng) 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司