CN101369808A - 开关调整控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关调整控制电路，其包括一震荡器电路，一脉波产生逻辑电路，一驱动电路，一开关电路，一电感及一电容。该开关调整控制电路还包括一电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器，利用该最小额定功率脉波宽度产生器，该开关调整控制电路具有极高的转换效率。

Description

开关调整控制电路
技术领域
本发明涉及一种开关调整控制电路，尤其涉及一种具有高转换效率的开关调整控制电路。
背景技术
随着科技的发展及社会的进步，手机及手提电脑等便携式电子装置已成为人们日常生活中必不可少的工具。这些便携式电子装置由于其小巧、轻便等特点，适合于人们进行携带，从而带给人们极大的方便。
便携式电子装置，如手机、手提电脑、个人数字助理等等，无不以获得更长的使用时间为发展方向，其待机时间的长短直接反映了产品的质量。而开关调整控制电路在轻载模式(Light Load Mode)下的效率的高低决定了待机时间的长短，轻载效率越高，待机时间越长。而开关调整控制电路在轻载模式下的转换效率是决定轻载效率的重要因素。相关的开关调整控制电路请参阅品佳股份有限公司所公布的文献“剖析可携式电源管理电路的工作原理及IC介绍”。
普通的开关调整控制电路其转换效率较低，对便携式电子装置中的电池的使用效率不高，极大地影响了便携式电子装置的待机时间及其质量。
发明内容
下面将以实施例说明一种开关调整控制电路，该开关调整控制电路具有极高的转换效率。
一种开关调整控制电路，其包括一震荡器电路，一脉波产生逻辑电路，一驱动电路，一开关电路，一电感及一电容；该震荡器电路的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的一输入端以使该脉波产生逻辑电路根据震荡器所产生的固定频率周期的震荡波形而产生一相应的脉波图形，该脉波产生逻辑电路的输出端电连接至该驱动电路的输入端，该驱动电路的输出端电连接至开关电路以利用该脉波产生逻辑电路所产生的脉波图形而以控制该开关电路，使其导通或截止，该电源及电感通过该开关电路相电连接，利用开关电路将电源所输出的能量传输至电感，该电感的另一端电连接至该电容，且该电容的另一端接地，该电感与电容的连接处定义为输出端口，其中，该开关调整控制电路还包括一电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器，该电流侦测放大器的输入端电连接至开关电路并与该电感相电连接，用以侦测流经晶体管的电流，其输出端电连接至该最小额定功率脉波宽度产生器的一个输入端，该最小额定功率脉波宽度产生器的另一输入端电连接至震荡器电路的输出端口，且该最小额定功率脉波宽度产生器的输出端电连接至脉波产生逻辑电路的一输入端口，该电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器组成一第一反馈回路。
一种开关调整控制电路，其包括一震荡器电路，一脉波产生逻辑电路，一驱动电路，一开关电路，一电感，一电容，一电路侦测放大器，一第一电阻，一第二电阻，一误差放大器及一比较器；该震荡器电路的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的一输入端以使该脉波产生逻辑电路根据震荡器所产生的固定频率周期的震荡波形而产生一相应的脉波图形，该脉波产生逻辑电路的输出端电连接至该驱动电路的输入端，该驱动电路的输出端电连接至开关电路以利用该脉波产生逻辑电路所产生的脉波图形而以控制该开关电路，使其导通或截止，该电源及电感通过该开关电路相电连接，利用开关电路将电源所输出的能量传输至电感，该电感的另一端电连接至该电容，且该电容的另一端接地，该电感与电容的连接处定义为输出端口，该电流侦测放大器的输入端电连接至开关电路并与该电感相电连接，用以侦测流经开关电路的电流，该第一电阻的一端电连接至该输出端口，其另一端与第二电阻的一端相电连接，该第二电阻的另一端接地，该第一电阻与第二电阻的连接处定义为第二节点，其电连接至该误差放大器的反向输入端，该误差放大器的正向输入端电连接至一参考电压，其输出端电连接至该比较器的反向输入端，该比较器的正向输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，该比较器的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的另一输入端口，其中，该开关调整控制电路进一步包括一最小额定功率脉波宽度产生器及一模式控制电路，该最小额定功率脉波宽度产生器的一个输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，其另一输入端电连接至震荡器电路的输出端口，且该最小额定功率脉波宽度产生器的输出端电连接至脉波产生逻辑电路的另一输入端口，该电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器组成一第一反馈回路，该第一电阻，第二电阻，误差放大器，比较器及电路侦测放大器组成一第二反馈回路，该模式控制电路一输入端电连接至该误差放大器的输出端，其输出端分别电连接至脉波产生逻辑电路的另一输入端及震荡器电路的输入端，用以选择第一反馈回路或第二反馈回路所反馈的信号至脉波产生逻辑电路。
相对于现有技术，所述开关调整控制电路采用最小额定功率脉波宽度产生器对该开关调整控制电路补充最小额定的输出能量，因此，可使该开关调整控制电路在全部的负载变动范围下达到高效率的转换，尤其是在轻载模式下其转换效率极高，采用该开关调整控制电路的便携式电子装置具有更长的待机时间。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的开关调整控制电路的电路连接关系示意图。
图2是本发明实施例所提供的开关调整控制电路的电信号的示意图。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图1，本发明实施例提供的一种开关调整控制电路100。该开关调整控制电路100包括一震荡器电路110，一脉波产生逻辑电路120，一驱动电路130，一开关电路140，一电流侦测放大器150，一最小额定功率脉波宽度产生器160，一电感151及一电容152。
该震荡器电路110是用于产生一个固定频率周期的震荡波形，其输出端分别电连接至脉波产生逻辑电路120的一个输入端及最小额定功率脉波宽度产生器160的一个输入端。该最小额定功率脉波宽度产生器160电连接至脉波产生逻辑电路120的另一输入端。该脉波产生逻辑电路120的输出端电连接至驱动电路130。
该驱动电路130包括一第一缓冲器131及一第二缓冲器132，该第一及第二缓冲器131，132的输入端分别电连接至该脉波产生逻辑电路120的输出端，该第一及第二缓冲器131，132的输出端分别电连接至该开关电路140，用以驱动该开关电路140。
该开关电路140包括两个晶体管，如第一晶体管141及第二晶体管142。优选的，该第一及第二晶体管141，142互为相反极性。在本实施例中，该第一晶体管141为pMOS晶体管，该第二晶体管142为nMOS晶体管。该第一晶体管141的源极电连接至一电源Vin，该电源Vin一般为便携式电子装置中的电池；该第一晶体管141的栅极电连接至该第一缓冲器131的输出端；该第一晶体管141的汲极电连接至该第二晶体管142的源极，且第一节点A定义在该第一晶体管141的汲极与第二晶体管142的源极的连接处。该第二晶体管142的栅极电连接至该第二缓冲器132的输出端；该第二晶体管142的汲极接地。
该电感151的一端电连接至该第一节点A，其另一端与电容152的一端相电连接，该电容152的另一端接地。该电感151与电容152的连接处为输出端口Vout，输出电压及电流用以驱动负载。
该电流侦测放大器150的输入端电连接至第一节点A，用以侦测通过第一晶体管141的电流。该电流侦测放大器150的输出端电连接至该最小额定功率脉波宽度产生器160的一输入端。该电流侦测放大器150与最小额定功率脉波宽度产生器160组成一第一反馈回路，输出第一反馈信号。
优选的，该开关调整控制电路100还包括一第二反馈回路，其包括一第一电阻153，一第二电阻154，一误差放大器181，一比较器182。该开关调整控制电路100还包括一模式控制电路190，用以输出反馈控制信号给脉波产生逻辑电路120使脉波产生逻辑电路120采用第一反馈回路所反馈的第一反馈信号还是采用第二反馈回路所反馈的第二反馈信号。
该第一电阻153的一端电连接至该输出端口Vout，其另一端与第二电阻154的一端相电连接，该第二电阻154的另一端接地。该第一电阻153与第二电阻154的连接处定义为第二节点B，其连接至该误差放大器181的反向输入端，该误差放大器181的正向输入端电连接至一参考电压Vref。该误差放大器181的输出端电连接至比较器182的反向输入端，该比较器182的正向输入端电连接至电流侦测放大器150的输出端，该比较器182的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路120的另一输入端口，从而组成第二反馈回路，输出第二反馈信号。
该误差放大器181的输出端进一步的电连接至模式控制电路190的一输入端，该模式控制电路190的输出端分别电连接至振荡器电路110及脉波产生逻辑电路120的一输入端，用以输出反馈控制信号给脉波产生逻辑电路120使脉波产生逻辑电路120采用第一反馈回路所反馈的第一反馈信号还是采用第二反馈回路所反馈的第二反馈信号。
优选的，该开关调整控制电路100进一步地包括一斜率补偿电路170，该斜率补偿电路170的输入端电连接至震荡器电路110，其输出端输出一斜率补偿电流，且该斜率补偿电流通过一加法电路172与电流侦测放大器150所输出的侦测电流相加后，输出至比较器182的正向输入端。
请一并参阅图2，为该开关调整控制电路100正常工作时电信号的示意图。该震荡器电路110产生一固定频率周期的震荡波形，其传输至脉波产生逻辑电路120后产生一相应的脉波图形电压V1，如方波电压。该方波电压V1经过驱动电路130分别控制该开关电路140内的第一晶体管141及第二晶体管142。当该开关调整控制电路100处于第一状态时，即方波电压V1为低电压信号“0”时，该第一晶体管141导通，而第二晶体管142截止，电源Vin对电感151进行充电并供应电压至输出端口Vout，如图2的DT区间所示，此时电感151上的电压VL为Vin-Vout，流过电感151上的电流IL上升，其中，D为工作周期，且D大于0小于1，此时电源Vin对电感151及输出端口Vout输出能量，使电感151内存储一定的能量。当该开关调整控制电路100处于第二状态时，即方波电压V1为高电压信号“1”时，该第一晶体管141截止，而第二晶体管142导通，电源Vin不再对电感151及输出端口Vout输出能量，但是，电感151内存储的能量向输出端口Vout输出，如图2的(1-D)T区间所示，此时，电感151上的电压VL为-Vout，流过电感151上的电流IL下降。当完成一个周期时间T后，该开关调整控制电路100再返回至第一状态。
该电流侦测放大器150及最小额定功率脉波宽度产生器160所组成的第一反馈回路，及该第一电阻153，第二电阻154，误差放大器181，比较器182所组成的第二反馈回路均用来侦测判断输出端口Vout所输出的能量是否足够，并利用模式控制电路190决定是利用第一反馈回路还是利用第二反馈回路对开关调整控制电路100补充能量。
该电流侦测放大器150侦测流过通过第一晶体管141的电流，通过流过第一晶体管141的电流大小，判断输出端口Vout所输出的能量是否足够，当输出端口Vout所输出的能量不足时，该最小额定功率脉波宽度产生器160产生一脉波图形，并传输至该脉波产生逻辑电路120，从而生成相应的脉波图形，以开启第一晶体管141，使电源Vin对电感151及输出端口Vout补充一最小额定的输出能量，以满足负载的要求。当最小额定的输出能量补充完毕，该第一晶体管141截止，停止补充能量。直至下次电流侦测放大器150侦测到输出端口Vout所输出的能量又不足时，该最小额定功率脉波宽度产生器160再次产生一脉波图形，以开启第一晶体管141。
当负载需要的能量太大，大于第一反馈回路所能补充的最小额定的输出能量时，该第二反馈回路输出第二反馈信号至脉波产生逻辑电路120，从而产生相应的脉波图形电压，以开启第一晶体管141，给输出端口Vout补充足够的能量。
进一步的，当该开关调整控制电路100的工作周期D大于50％时，该开关调整控制电路100易发生不稳定的现象，且电感151的平均电流易产生波动及次谐波振荡等问题。因此，需要在电流侦测放大器100所侦测的电流信号上加入一由斜率补偿电路170所产生的补偿信号，以消除上述问题。所述斜率补偿电路170的工作原理及模式可参考电子科技大学学报第36卷第1期的“一种自适应斜坡补偿电路”。
相较于现有技术，本发明的开关调整控制电路100采用最小额定功率脉波宽度产生器160定量地对该开关调整控制电路补充最小额定的输出能量，因此，其转换效率极快，可使该开关调整控制电路100在全部的负载变动范围下达到高效率的转换，尤其是在轻载模式下其转换效率极高。因此，采用该开关调整控制电路的便携式电子装置具有更长的待机时间。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种开关调整控制电路，其包括一震荡器电路，一脉波产生逻辑电路，一驱动电路，一开关电路，一电感及一电容；该震荡器电路的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的一输入端以使该脉波产生逻辑电路根据震荡器所产生的固定频率周期的震荡波形而产生一相应的脉波图形电压，该脉波产生逻辑电路的输出端电连接至该驱动电路的输入端，该驱动电路的输出端电连接至开关电路以利用该脉波产生逻辑电路所产生的脉波图形电压而以控制该开关电路，使其导通或截止，该开关电路进一步外接一电源，该电源及该电感通过该开关电路相互电连接，利用开关电路将电源所输出的能量传输至电感，该电感的另一端电连接至该电容的一端，且该电容的另一端接地，该电感与电容的连接处定义为输出端口，其特征在于，该开关调整控制电路还包括一电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器，该电流侦测放大器的输入端电连接至开关电路并与该电感相电连接，用以侦测流经开关电路的电流，其输出端电连接至该最小额定功率脉波宽度产生器的一个输入端，该最小额定功率脉波宽度产生器的另一输入端电连接至震荡器电路的输出端口，且该最小额定功率脉波宽度产生器的输出端电连接至脉波产生逻辑电路的一输入端口，该电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器组成一第一反馈回路。
2.如权利要求1所述的开关调整控制电路，其特征在于，该驱动电路包括一第一缓冲器及一第二缓冲器，该开关电路包括一第一晶体管及一与第一晶体管相反类型的第二晶体管，该第一缓冲器及第二缓冲器的输入端分别电连接至该脉波产生逻辑电路的输出端，且其输出端分别电连接至该第一晶体管及第二晶体管的栅极，该第一晶体管的源极电连接至该电源，其汲极电连接至该第二晶体管的源极，该第二晶体管的汲极接地，且该第一晶体管的汲极与第二晶体管的源极连接处定义为第一节点，该电感及电路侦测放大器的输入端分别电连接至该第一节点。
3.如权利要求2所述的开关调整控制电路，其特征在于，该第一晶体管为pMOS晶体管，该第二晶体管为nMOS晶体管。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的开关调整控制电路，其特征在于，该开关控制调整电路还包括一第二反馈回路及一模式控制电路，该第二反馈回路包括一第一电阻，一第二电阻，一误差放大器及一比较器，该第一电阻的一端电连接至该输出端口，其另一端与第二电阻的一端相电连接，该第二电阻的另一端接地，该第一电阻与第二电阻的连接处定义为第二节点，其电连接至该误差放大器的反向输入端，该误差放大器的正向输入端电连接至一参考电压，其输出端电连接至该比较器的反向输入端，该比较器的正向输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，该比较器的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的另一输入端口，该模式控制电路的一输入端电连接至该误差放大器的输出端，其输出端分别电连接至脉波产生逻辑电路的另一输入端及震荡器电路的输入端。
5.如权利要求4所述的开关调整控制电路，其特征在于，该开关调整控制电路进一步地包括一斜率补偿电路及一加法电路，该斜率补偿电路的输入端与震荡器电路的输出端相电连接，其输出端电连接至该加法电路一输入端，该加法电路的另一输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，其输出端与比较器的正向输入端相电连接以将电路侦测放大器所侦测的电流与斜率补偿电路所生成的斜率补偿电流相加并输出至比较器。
6.一种开关调整控制电路，其包括一震荡器电路，一脉波产生逻辑电路，一驱动电路，一开关电路，一电感，一电容，一电路侦测放大器，一第一电阻，一第二电阻，一误差放大器及一比较器；该震荡器电路的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的一输入端以使该脉波产生逻辑电路根据震荡器所产生的固定频率周期的震荡波形而产生一相应的脉波图形，该脉波产生逻辑电路的输出端电连接至该驱动电路的输入端，该驱动电路的输出端电连接至开关电路以利用该脉波产生逻辑电路所产生的脉波图形而以控制该开关电路，使其导通或截止，该电源及电感通过该开关电路相电连接，利用开关电路将电源所输出的能量传输至电感，该电感的另一端电连接至该电容，且该电容的另一端接地，该电感与电容的连接处定义为输出端口，该电流侦测放大器的输入端电连接至开关电路并与该电感相电连接，用以侦测流经开关电路的电流，该第一电阻的一端电连接至该输出端口，其另一端与第二电阻的一端相电连接，该第二电阻的另一端接地，该第一电阻与第二电阻的连接处定义为第二节点，其电连接至该误差放大器的反向输入端，该误差放大器的正向输入端电连接至一参考电压，其输出端电连接至该比较器的反向输入端，该比较器的正向输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，该比较器的输出端电连接至该脉波产生逻辑电路的另一输入端口，其特征在于，该开关调整控制电路进一步包括一最小额定功率脉波宽度产生器及一模式控制电路，该最小额定功率脉波宽度产生器的一个输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，其另一输入端电连接至震荡器电路的输出端口，且该最小额定功率脉波宽度产生器的输出端电连接至脉波产生逻辑电路的另一输入端口，该电流侦测放大器及一最小额定功率脉波宽度产生器组成一第一反馈回路，该第一电阻，第二电阻，误差放大器，比较器及电路侦测放大器组成一第二反馈回路，该模式控制电路一输入端电连接至该误差放大器的输出端，其输出端分别电连接至脉波产生逻辑电路的另一输入端及震荡器电路的输入端，用以选择第一反馈回路或第二反馈回路所反馈的信号至脉波产生逻辑电路。
7.如权利要求6所述的开关调整控制电路，其特征在于，该驱动电路包括一第一缓冲器及一第二缓冲器，该开关电路包括一第一晶体管及一与第一晶体管相反类型的第二晶体管，该第一缓冲器及第二缓冲器的输入端分别电连接至该脉波产生逻辑电路的输出端，且其输出端分别电连接至该第一晶体管及第二晶体管的栅极，该第一晶体管的源极电连接至该电源，其汲极电连接至该第二晶体管的源极，该第二晶体管的汲极接地，且该第一晶体管的汲极与第二晶体管的源极连接处定义为第一节点，该电感及电路侦测放大器的输入端分别电连接至该第一节点。
8.如权利要求7所述的开关调整控制电路，其特征在于，该第一晶体管为pMOS晶体管，该第二晶体管为nMOS晶体管。
9.如权利要求6所述的开关调整控制电路，其特征在于，该开关调整控制电路进一步地包括一斜率补偿电路及一加法电路，该斜率补偿电路的输入端与震荡器电路的输出端相电连接，其输出端电连接至该加法电路一输入端，该加法电路的另一输入端电连接至该电路侦测放大器的输出端，其输出端与比较器的正向输入端相电连接以将电路侦测放大器所侦测的电流与斜率补偿电路所生成的斜率补偿电流相加并输出至比较器。
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