CN101764515A - 一种pwm与psm自动切换电路及其切换方法 - Google Patents

一种pwm与psm自动切换电路及其切换方法 Download PDF

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林鹏程
吕英杰
张小兴
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Abstract

一种PWM与PSM自动切换电路,它包括两个分压电路、两个缓冲器电路、减法器电路及三个比较器电路;其切换方法为:①采集电源电压及系统电压并分压;②采集偏置电压,得到电压VPSM;③由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器与误差放大器得到切换用选择信号SEL;其优越性在于:①将电源及输出电压对转换效率的影响体现到脉冲宽度调制系统中的电路;②提高了低负载时的转换效率;③避免电源电压与输出电压的高低对也转换效率的影响;④构成简单,操作方便,可以应用于任何脉冲宽度的调制系统。

Description

一种PWM与PSM自动切换电路及其切换方法
(一)技术领域:
本发明涉及一种切换电路及其切换方法,尤其是一种PWM(Pulse WidthModulation脉冲宽度调制)与PSM(Pulse Skipping Modulation脉冲跳跃调制)自动切换电路及其切换方法。
(二)背景技术:
现有技术中(见图1),脉冲调制电路PWM与PSM切换方法大多是通过监测电流来实现,当检测的电流高于一定值时,输出PWM信号;当低于一定值时将其切换成固定脉冲宽度的间歇信号,即PSM信号,提供给后续的驱动电路,从而实现在轻重负载的情况下均有较高的转换效率。但是脉冲调制系统的电源电压与输出电压的高低也会影响其转换效率,为了充分发挥电路的能力,需要将二者的影响进行抵消。
(三)发明内容:
本发明的目的在于提供一种PWM与PSM自动切换电路及其切换方法,它可以克服现有技术的不足,通过使用减法器将电源及输出电压对转换效率的影响体现到脉冲宽度调制系统中的电路,使获得的脉冲宽度调制系统能充分发挥系统能力,更大限度地提高低负载时的转换效率,且操作起来简单,使用方便,是一种实用性很强的新型优化电路设计。
本发明的技术方案:一种PWM与PSM自动切换电路,包括系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT、偏置电压端子VREF、信号发生器RAMP、误差放大器EAMP、选择器Selector及驱动器Driver,其特征在于它包括两个分压电路、两个缓冲器电路、减法器电路及三个比较器电路;其中所说的两个分压电路的输入端分别连接系统电源电压端子VDD和输出电压端子VOUT,其输出端分别连接两个缓冲器电路;所说的两个缓冲器电路的输出端连接减法器电路的输入端;所说的减法器电路的输出端连接比较器的一个输入端;所说的三个比较器的输入端分别连接减法器电路的输出端、信号发生器RAMP的输出端及误差放大器EAMP的输出端,其输出端产生的PWM信号、PSM信号及选择信号SEL输出给选择器Selector,经选择后最终提供给驱动器Driver。
上述所说的两个分压电路,其中一个分压电路由分压电阻R1和分压电阻R2构成,且分压电阻R1和分压电阻R2相互串联,一端与输出电压端子VOUT连接,另一端接地,其分压点则与一个缓冲器电路的输入端连接;另一个分压电路由分压电阻R3和分压电阻R4构成,且分压电阻R3和分压电阻R4相互串联,一端与系统电源电压端子VDD连接,另一端接地,其分压点则与另一个缓冲器电路的输入端连接。
上述所说的两个缓冲器电路分别由放大器A1和放大器A2构成,其中放大器A1和放大器A2的正向输入端各连接一个分压电路的分压点,其负向输入端则与各自的输出端连接,其输出端与减法器电路的输入端连接。
上述所说的减法器电路由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8及放大器A3构成;其中,所说的电阻R5与电阻R6相互并联,连接放大器A3的正向输入端,而电阻R5的另一端连接A1的输出端,电阻R6的另一端则与偏置电压端子VREF连接;所说的电阻R7一端连接A2的输出端,另一端与放大器A3的负向输入端连接;所说的电阻R8两端分别连接放大器A3的负向输入端和输出端。
上述所说的三个比较器电路是由比较器COMP1、比较器COMP2和比较器COMP3构成;其中所说的比较器COMP1的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP2的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与放大器A3的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP3的正向输入端连接放大器A3的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的选择端。
一种PWM与PSM自动切换电路的切换方法,其特征在于它包括以下步骤:
①由系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT分别采集电源电压VDD及系统电压VOUT,经过分压电路输出得到电压:
V1=VOUT*R2/(R1+R2)=m*VOUT,V2=VDD*R4/(R3+R4)=n*VDD
其中,m=R2/(R1+R2),n=R4/(R3+R4);
②由偏置电压端子VREF采集偏置电压VREF,经减法器电路,得到电压:VPSM=VREF+V1-V2=VREF+m*VOUT-n*VDD;
③由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP1与误差放大器EAMP的输出比较,得到PWM脉冲信号;
④由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP2与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PSM脉冲信号;
⑤由误差放大器EAMP的输出,经比较器COMP3与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PWM与PSM切换用选择信号SEL;
上述所说的步骤③与④中信号发生器RAMP产生的波信号可以是三角波或斜波。
一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于它可以应用于脉冲宽度调制系统。
本发明的优越性:①使用减法器将电源及输出电压对转换效率的影响体现到脉冲宽度调制系统中的电路;②充分发挥系统能力,更大限度地提高低负载时的转换效率;③可以避免电源电压与输出电压的高低对也转换效率的影响;④电路构成简单,操作方便,实用性强,可以应用于任何脉冲宽度的调制系统。
(四)附图说明:
图1为现有技术的普通PWM与PSM产生及切换电路结构图。
图2为本发明所涉一种PWM与PSM自动切换电路的结构示意图。
图3为本发明所涉一种PWM与PSM自动切换电路的一种实施例的结果一览表;
图4为本发明所涉一种PWM与PSM自动切换电路的一种实施例中VOUT不同的仿真结果曲线图(其中,图4-a为VOUT=1V时的仿真结果图;图4-b为VOUT=3V时的仿真结果图)。
(五)具体实施方式:
实施例:一种PWM与PSM自动切换电路(见图2),包括系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT、偏置电压端子VREF、信号发生器RAMP、误差放大器EAMP、选择器Selector及驱动器Driver,其特征在于它包括两个分压电路、两个缓冲器电路、减法器电路及三个比较器电路;其中所说的两个分压电路的输入端分别连接系统电源电压端子VDD和输出电压端子VOUT,其输出端分别连接两个缓冲器电路;所说的两个缓冲器电路的输出端连接减法器电路的输入端;所说的减法器电路的输出端连接比较器的一个输入端;所说的三个比较器的输入端分别连接减法器电路的输出端、信号发生器RAMP的输出端及误差放大器EAMP的输出端,其输出端产生的PWM信号、PSM信号及选择信号SEL输出给选择器Selector,经选择后最终提供给驱动器Driver。
上述所说的两个分压电路,其中一个分压电路由分压电阻R1和分压电阻R2构成,且分压电阻R1和分压电阻R2相互串联,一端与输出电压端子VOUT连接,另一端接地,其分压点则与一个缓冲器电路的输入端连接;另一个分压电路由分压电阻R3和分压电阻R4构成,且分压电阻R3和分压电阻R4相互串联,一端与系统电源电压端子VDD连接,另一端接地,其分压点则与另一个缓冲器电路的输入端连接。
上述所说的两个缓冲器电路分别由放大器A1和放大器A2构成,其中放大器A1和放大器A2的正向输入端各连接一个分压电路的分压点,其负向输入端则与各自的输出端连接,其输出端与减法器电路的输入端连接。
上述所说的减法器电路由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8及放大器A3构成;其中,所说的电阻R5与电阻R6相互并联,连接放大器A3的正向输入端,而电阻R5的另一端连接A1的输出端,电阻R6的另一端则与偏置电压端子VREF连接;所说的电阻R7一端连接A2的输出端,另一端与放大器A3的负向输入端连接;所说的电阻R8两端分别连接放大器A3的负向输入端和输出端。
上述所说的三个比较器电路是由比较器COMP1、比较器COMP2和比较器COMP3构成;其中所说的比较器COMP1的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP2的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与放大器A3的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP3的正向输入端连接放大器A3的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的选择端。
一种PWM与PSM自动切换电路的切换方法,其特征在于它包括以下步骤:
①由系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT分别采集电源电压VDD及系统电压VOUT,经过分压电路输出得到电压:
V1=VOUT*R2/(R1+R2)=m*VOUT,V2=VDD*R4/(R3+R4)=n*VDD
其中,m=R2/(R1+R2),n=R4/(R3+R4);
②由偏置电压端子VREF采集偏置电压VREF,经减法器电路,得到电压:VPSM=VREF+V1-V2=VREF+m*VOUT-n*VDD;
③由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP1与误差放大器EAMP的输出比较,得到PWM脉冲信号;
④由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP2与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PSM脉冲信号;
⑤由误差放大器EAMP的输出,经比较器COMP3与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PWM与PSM切换用选择信号SEL;
上述所说的步骤③与④中信号发生器RAMP产生的波信号可以是三角波或斜波。
一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于它可以应用于脉冲宽度调制系统。
下面将参照附图对本发明做进一步详细说明。
固定VDD,改变VOUT,调整VPSM,记录得到要求的最低转换效率时的VPSM值,根据VOUT与VPSM的关系得到近似系数m;同理,固定VOUT,改变VDD,调整VSPM,记录得到要求的最低转换效率时的VPSM值,根据VDD与VPSM的关系得到近似系数n。
图3、图4是作为DCDC应用时的结果,从结果可以看出,在负载电流只有20mA时负载电压从3V到1V,最低转换效率仍大于80%;

Claims (8)

1.一种PWM与PSM自动切换电路,包括系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT、偏置电压端子VREF、信号发生器RAMP、误差放大器EAMP、选择器Selector及驱动器Driver,其特征在于它包括两个分压电路、两个缓冲器电路、减法器电路及三个比较器电路;其中所说的两个分压电路的输入端分别连接系统电源电压端子VDD和输出电压端子VOUT,其输出端分别连接两个缓冲器电路;所说的两个缓冲器电路的输出端连接减法器电路的输入端;所说的减法器电路的输出端连接比较器的一个输入端;所说的三个比较器的输入端分别连接减法器电路的输出端、信号发生器RAMP的输出端及误差放大器EAMP的输出端,其输出端产生的PWM信号、PSM信号及选择信号SEL输出给选择器Selector,经选择后最终提供给驱动器Driver。
2.根据权利要求1中所述一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于所说的两个分压电路,其中一个分压电路由分压电阻R1和分压电阻R2构成,且分压电阻R1和分压电阻R2相互串联,一端与输出电压端子VOUT连接,另一端接地,其分压点则与一个缓冲器电路的输入端连接;另一个分压电路由分压电阻R3和分压电阻R4构成,且分压电阻R3和分压电阻R4相互串联,一端与系统电源电压端子VDD连接,另一端接地,其分压点则与另一个缓冲器电路的输入端连接。
3.根据权利要求1中所述一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于所说的两个缓冲器电路分别由放大器A1和放大器A2构成,其中放大器A1和放大器A2的正向输入端各连接一个分压电路的分压点,其负向输入端则与各自的输出端连接,其输出端与减法器电路的输入端连接。
4.根据权利要求1或3中所述一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于所说的减法器电路由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8及放大器A3构成;其中,所说的电阻R5与电阻R6相互并联,连接放大器A3的正向输入端,而电阻R5的另一端连接A1的输出端,电阻R6的另一端则与偏置电压端子VREF连接;所说的电阻R7一端连接A2的输出端,另一端与放大器A3的负向输入端连接;所说的电阻R8两端分别连接放大器A3的负向输入端和输出端。
5.根据权利要求1中所述一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于所说的三个比较器电路是由比较器COMP1、比较器COMP2和比较器COMP3构成;其中所说的比较器COMP1的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP2的正向输入端连接信号发生器RAMP的输出端,负向输入端与放大器A3的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的输入端;所说的比较器COMP3的正向输入端连接放大器A3的输出端,负向输入端与误差放大器EAMP的输出端连接,其输出端连接选择器Selector的选择端。
6.根据权利要求1中所述一种PWM与PSM自动切换电路,其特征在于它可以应用于脉冲宽度调制系统。
7.一种PWM与PSM自动切换电路的切换方法,其特征在于它包括以下步骤:
①由系统电源电压端子VDD、输出电压端子VOUT分别采集电源电压VDD及系统电压VOUT,经过分压电路输出得到电压:
V1=VOUT*R2/(R1+R2)=m*VOUT,V2=VDD*R4/(R3+R4)=n*VDD
其中,m=R2/(R1+R2),n=R4/(R3+R4);
②由偏置电压端子VREF采集偏置电压VREF,经减法器电路,得到电压:VPSM=VREF+V1-V2=VREF+m*VOUT-n*VDD;
③由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP1与误差放大器EAMP的输出比较,得到PWM脉冲信号;
④由信号发生器RAMP产生波信号,经比较器COMP2与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PSM脉冲信号;
⑤由误差放大器EAMP的输出,经比较器COMP3与步骤②得到的电压信号VPSM比较,得到PWM与PSM切换用选择信号SEL;
8.根据权利要求7中所述一种PWM与PSM自动切换电路的切换方法,其特征在于所说的步骤③与④中信号发生器RAMP产生的波信号可以是三角波或斜波。
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