用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制器及調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖頻率調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及改變占空比的脈沖頻率調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖頻率調(diào)制方法(PFM)是一種調(diào)節(jié)控制開關(guān)管通斷的脈沖的頻率隨負(fù)載變化并使輸出電壓恒定的控制方法。根據(jù)調(diào)制方式的不同，PFM主要可以分為:恒定脈寬PFM，跳周期PFM和變占空比PFM。恒定脈寬PFM是指開關(guān)脈沖寬度為恒定的方波信號，開關(guān)頻率隨負(fù)載和輸入電壓改變，這種PFM方式多用于諧振類電路中，如LLC ;跳周期PFM的調(diào)制信號基于“恒寬恒頻”的脈沖控制信號。滿負(fù)載下，脈沖控制信號為滿頻率脈沖控制信號為滿頻率(設(shè)為最高頻率)輸出，當(dāng)負(fù)載變輕時(shí)，就會有一些控制周期被跳過，在被跳過的周期里，功率管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，即通過調(diào)節(jié)跳周期的數(shù)目來改變等效開關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)變頻，這種PFM方式主要用于提高輕載或空載效率，不適用寬負(fù)載范圍；變占空比PFM是指通過改變開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)占空比變化，是一種廣義上的PFM模式，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的非諧振類DC-DC變換器中，變占空比PFM主要的實(shí)現(xiàn)方法主要有固定導(dǎo)通時(shí)間控制，固定關(guān)斷時(shí)間控制和滯環(huán)控制等。
[0003]圖1所示為已知技術(shù)中的PFM控制電路，如圖1，控制電路采樣輸出電壓，并與參考值一起進(jìn)行比較計(jì)算，產(chǎn)生控制開關(guān)管開通或者關(guān)斷的控制信號。圖1 (a)所示為固定導(dǎo)通時(shí)間控制，即開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間ton不變，通過改變開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間來調(diào)節(jié)占空比，控制電路采樣功率電路的輸出電壓Vout與參考值Vref進(jìn)行比較，當(dāng)Vout等于Vref時(shí)，關(guān)斷開關(guān)；圖1 (b)所示為固定關(guān)斷時(shí)間控制，開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間toff 二不變，通過改變開關(guān)的開通時(shí)間來調(diào)節(jié)占空比，控制電路采樣功率電路的輸出電壓Vout與參考值Vref進(jìn)行比較，當(dāng)Vout等于Vref時(shí)，開通開關(guān)；圖1 (c)所示為滯環(huán)控制，控制電路采樣功率電路的輸出電壓Vout與上限值Vref 1和下限值Vref2進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓Vout低于下限值Vref2時(shí)開通開關(guān)，而輸出電壓Vout大于上限值Vrefl時(shí)關(guān)斷開關(guān)，在這種控制方式下開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間都是變化的。
[0004]已知技術(shù)中的變占空比PFM方法，開關(guān)頻率不受輸入電壓變化的影響，因此不能優(yōu)化整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的開關(guān)頻率，特別在輸入電壓范圍較寬的場合，假若不能優(yōu)化電路中的開關(guān)頻率，也即不能夠進(jìn)一步提聞電路的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制(PFM)器及其調(diào)制方法，這種脈沖頻率調(diào)制器能夠同時(shí)根據(jù)輸入電壓和負(fù)載的變化調(diào)整開關(guān)頻率，達(dá)到優(yōu)化開關(guān)頻率的目的。
[0006]本發(fā)明的用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制器，包括:電源變換器，具有一輸入端，接受輸入電壓，一輸出端，輸出輸出電壓，以及開關(guān)電路；脈沖頻率調(diào)制器，用于控制所述電源變換器的開關(guān)電路的開關(guān)頻率，包括:一關(guān)斷時(shí)間控制電路，所述開關(guān)電路關(guān)斷時(shí)，根據(jù)所述電源變換器的輸出端的輸出電壓控制所述開關(guān)電路的關(guān)斷時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，所述關(guān)斷時(shí)間控制電路發(fā)出開通信號，以及一導(dǎo)通時(shí)間控制電路，所述開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)所述電源變換器的輸入端的輸入電壓和輸入電流控制所述開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，所述導(dǎo)通時(shí)間控制電路發(fā)出關(guān)斷信號。
[0007]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述電源變換器為一非諧振式直流直流變換器，所述非諧振式直流直流變換器工作在非連續(xù)模式，更具體的說可以是工作于非連續(xù)模式的BUCK變換器。
[0008]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述關(guān)斷時(shí)間控制電路包括一電容電路和一線性控制電路，所述線性控制電路的輸出端與所述電容電路連接，為所述電容電路充電，所述線性控制電路采樣所述電源變換器的輸出端的輸出電壓，所述輸出端的輸出電壓越大，所述線性控制電路的輸出電流越小，反之則越大。
[0009]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)所述電容正極的電壓達(dá)到一關(guān)斷時(shí)間控制參考值時(shí)，關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，發(fā)出開通信號。
[0010]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述電容兩端并聯(lián)一控制開關(guān)，所述控制開關(guān)與所述開關(guān)電路同步開通和關(guān)斷。
[0011]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述關(guān)斷時(shí)間控制電路還包括一關(guān)斷時(shí)間控制比較器，所述比較器的正輸入端連接所述電容器的正極，所述比較器的負(fù)輸入端輸入所述關(guān)斷時(shí)間控制參考值，所述比較器的輸出端輸出開通信號，當(dāng)所述電容正極的電壓達(dá)到一關(guān)斷時(shí)間控制參考值時(shí)，關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，所述開通信號有效。
[0012]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)通時(shí)間控制電路使用峰值電流控制方法，所述導(dǎo)通時(shí)間控制電路采樣所述電源變換器的輸入電壓，并根據(jù)所述輸入電壓的采樣值計(jì)算峰值電流控制的基準(zhǔn)值，所述導(dǎo)通時(shí)間控制電路采樣所述電源變換器的輸入電流，當(dāng)所述輸入電流的采樣值達(dá)到所述峰值電流控制的基準(zhǔn)值時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，所述關(guān)斷信號有效。
[0013]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述脈沖頻率調(diào)制器還包括一邏輯控制器，所述邏輯控制器接收所述關(guān)斷信號和所述開通信號，關(guān)斷信號有效且開通信號無效時(shí)，所述邏輯控制器輸出關(guān)斷信號；開通信號有效且關(guān)斷信號無效時(shí)，所述邏輯控制器輸出開通信號。
[0014]本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，邏輯控制器為一 RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的S端接收開通信號，所述RS觸發(fā)器的R端接收關(guān)斷信號，所述RS觸發(fā)器的Q端連接所述開關(guān)電路，輸出開關(guān)控制信號控制所述開關(guān)電路。
[0015]本發(fā)明還提供了用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制方法，包括以下步驟:
步驟一判斷開關(guān)電路是開通狀態(tài)還是關(guān)斷狀態(tài)，若是開通狀態(tài)則進(jìn)行步驟二，若是關(guān)斷狀態(tài)則進(jìn)行步驟三；
步驟二根據(jù)輸出電壓值進(jìn)行開通時(shí)間計(jì)時(shí)，開通時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)出關(guān)斷信號；
步驟三根據(jù)輸入電壓和輸入電流進(jìn)行關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)，關(guān)斷時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)出開通信號。
[0016]本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述步驟三，還包括:
步驟3.1使用一電容電路進(jìn)行關(guān)斷控制計(jì)時(shí)；
步驟3.2使用一線性控制器為所述電容電路充電，所述線性控制器的兩個(gè)輸入端分別是輸出電壓的采樣值和輸出電壓的參考值，所述線性控制器的輸出端為所述電容電路充電。
[0017]步驟3.3當(dāng)所述電容電路的正極電壓達(dá)到關(guān)斷控制參考值時(shí)，關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，發(fā)出開通信號。
[0018]本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述步驟二，還包括:
步驟2.1采樣所述輸入電壓，并利用其計(jì)算輸入電流的基準(zhǔn)值；
步驟2.2采樣所述輸入電流，并比較輸入電流的采樣值和所述輸入電流的基準(zhǔn)值；步驟2.3當(dāng)所述輸入電流的采樣值達(dá)到所述輸入電流的基準(zhǔn)值時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)結(jié)束，發(fā)出關(guān)斷信號。
[0019]基于上述，本發(fā)明實(shí)施例提出用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制器及調(diào)制方法。所述脈沖頻率調(diào)制器根據(jù)輸出電壓調(diào)制開關(guān)電路的關(guān)斷時(shí)間，又根據(jù)輸入電壓和輸入電流調(diào)制開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)間?；?，輕載時(shí)開關(guān)頻率低，重載時(shí)開關(guān)頻率聞，低輸入電壓時(shí)開關(guān)頻率高，高輸入電壓時(shí)開關(guān)頻率低，可以有效提高變換器在輕載和高壓時(shí)的效率，在幾乎整個(gè)輸入電壓和負(fù)載范圍內(nèi)均具有較高的效率。非常適合寬輸入電壓范圍，以及整個(gè)輕重載效率要求均較高的場合。另外，由于導(dǎo)通時(shí)刻可變，電壓增益曲線隨頻率單調(diào)，在多模塊并聯(lián)應(yīng)該場合，可以通過加入外同步頻率，易于實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均流，不需要外加均流母線，控制電路簡單，抗干擾能力強(qiáng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)無數(shù)個(gè)模塊的并聯(lián)。開關(guān)頻率隨輸入電壓增益單調(diào)遞增的特性，對于在限流或恒流應(yīng)用的場合，易于實(shí)現(xiàn)電路的短路限流(恒流)控制。
[0020]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0021]圖1為已知技術(shù)中的PFM控制電路。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施的一電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施的一具體電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施例的電路圖。
[0025]圖5為本發(fā)明又一具體實(shí)施例的電路圖。
[0026]圖6為本發(fā)明脈沖頻率調(diào)制方法的流程圖。
[0027]圖7為本發(fā)明脈沖頻率調(diào)制方法的開通時(shí)間控制方法的一具體實(shí)施例。
[0028]圖8為本發(fā)明脈沖頻率調(diào)制方法的關(guān)斷時(shí)間控制方法的一具體實(shí)施例。
[0029]
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)將參考附圖中的示范性實(shí)施例，具體說明本發(fā)明。另外，凡可能之處，在附圖及【具體實(shí)施方式】中使用相同標(biāo)號的組件/構(gòu)件代表相同或類似部分。
[0031]請參閱圖2，本發(fā)明提供一種用于電源變換器的脈沖頻率調(diào)制器，所述脈沖頻率調(diào)制器21為所述電源變換器22提供開關(guān)控制信號。
[0032]圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，包括，電源變換器32和脈沖頻率調(diào)制器31。所述電源變換