CN103208918B - Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，包括：脉冲宽度调制PWM控制模块，用于输出PWM信号；开关模块，用于在PWM信号的控制下输出开关信号；电流侦测模块，用于侦测开关模块的输出电流；电流值转换模块，用于获得电流侦测模块侦测到的输出电流的电流值；控制模块，用于根据输出电流的电流值选择对应控制信号进行输出；频率调节模块，用于根据控制信号调节PWM控制模块输出的PWM信号的控制频率。本发明根据电流侦测模块侦测到的电流值，选择对应的控制信号，进而实现对PWM控制模块的输出的PWM信号的调节，从而调节开关模块输出的开关信号的频率，提高了Buck电路的转换效率。

Description

Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置

技术领域

本发明涉及Buck电路技术领域，特别涉及一种异步系统的测试方法及测试装置。

背景技术

Buck(降压式变换)电路中，由于元件参数均为固定的，从而导致在面对不同电流负载条件时，转换效率和输出电压波形质量降低。在特低电流负载时，Buck电路由连续工作模式变为不连续模式，传统的Buck电路会带来的闭环回路不稳定的问题。

传统的Buck电路在设计完成后，开关频率和元件参数均已经固定。但是，由于设计中，需要按照电路功率的最大值进行设计，而实际应用中，电路工作在设计规格的60％甚至更低，此时按照电压转换电流的功耗计算公式，电路的开关损耗将逐渐提升其在整体功耗中的比例，从而影响转换电路的效率。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，该装置可以通过调节并联电路电阻的阻值实现对开关频率的调节。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，包括：脉冲宽度调制PWM控制模块，所述PWM控制模块用于输出PWM信号；开关模块，所述开关模块与所述PWM控制模块相连，用于在所述PWM信号的控制下输出开关信号；电流侦测模块，所述电流侦测模块与所述开关模块相连，用于侦测所述开关模块的输出电流；电流值转换模块，所述电流转换模块与所述电流侦测模块相连，用于获得所述电流侦测模块侦测到的输出电流的电流值；控制模块，所述控制模块与所述电流值转换模块相连，用于根据所述输出电流的电流值选择对应控制信号进行输出；频率调节模块，所述频率调节模块分别与所述控制模块和所述PWM控制模块相连，用于根据所述控制信号调节所述PWM控制模块输出的PWM信号的控制频率。

根据本发明实施例Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，可以根据电流侦测模块侦测到的电流值，选择对应的控制信号，进而实现对PWM控制模块的输出的PWM信号的调节，从而调节开关模块输出的开关信号的频率，提高了Buck电路的转换效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置的结构框图；

图2为根据本发明实施例的频率调节模块的电路图；以及

图3为根据本发明实施例的Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置的调节开关频率的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参考图1描述根据本发明实施例的Buck电路中基于电流的开关频率的自动调节装置。其中，本发明实施例的Buck电路中基于电流的开关频率的自动调节装置可以适用于所有DC-DC转换电路(直流斩波器)、所有Buck电路应用电子芯片及电子设备。

如图1所示，本发明实施例提供的Buck电路中基于电流的开关频率的自动调节装置包括PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)控制模块110、开关模块120、电流侦测模块130、电流值转换模块140、控制模块150和频率调节模块160。

PWM控制模块110用于PWM信号。开关模块120与PWM控制模块110相连，用于在PWM信号的控制下输出开关信号。电流侦测模块130与开关模块120相连，用于侦测开关模块120的输出电流。电流转换模块140与电流侦测模块130相连，用于获得电流侦测模块130侦测到的输出电流的电流值。控制模块150与电流值转换模块140相连，用于根据输出电流的电流值选择对应的控制信号进行输出。频率调节模块160分别与控制模块150和PWM控制模块110相连，用于根据控制信号调节PWM控制模块110的控制频率。

在本发明的一个实施例中，开关模块120包括MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管)和MOSFET驱动电路(MOSFETdriver)。其中，MOSFET驱动电路在PWM控制模块110输出的PWM信号的控制下驱动MOSFET输出开关信号。

为了实现对开关模块120输出的开关信号的电流强度的侦测，在开关模块120的输出端设置有电流侦测模块130。其中，电流侦测模块130包括精密电阻和与精密电阻相连的电压侦测单元。电压侦测单元通过侦测精密电阻两端的电压实现对电流的侦测。换言之，以精密电阻两端的电压表示开关模块120的输出电流。

如图1所示，电流侦测模块130侦测到的精密电阻两端的电压分别传输至滤波电路和电流值转换模块140。电流值转换模块140包括转换单元和I2C(Inter-IntegratedCircuit，内部级联电路)传输总线。

具体地，转换单元将来自电流侦测模块130的精密电阻两端的电压转换为电流值以获得开关模块120的输出电流值，从而可以获得开关信号的电流强度。

在本发明的一个实施例中，转换单元可以为转换传输IC(integratedcircuit，集成电路板)。

由转换单元获得的电流值进一步通过I2C传输总线传输给控制模块150。

控制模块150对通过I2C传输总线传输来的电流值进行解码处理，根据解码处理的结果从预设的控制信号中选择对应的一个以作为输出的控制信号。在本发明的一个实施例中，控制模块150可以设置有多个控制信号，其中，每个控制信号对应不同的控制等级。根据对电流值解码处理得到的电流强度，选择输出对应的控制信号。

在本发明的实施例中，控制模块150可以为集成电路控制芯片(IC)。在控制模块150上设置GPIO(GeneralPurposeInputOutput，通用输入输出)接口。GPIO接口包括多个GPIO管脚，包括：GPIO1、GPIO2、GPIO3等。具体地，根据对电流值的解码处理结果，可以获知电流强度。然后，控制模块150可以根据电流强度选择输出的GPIO控制信号。

频率调节模块160根据控制模块150输出的GPIO控制信号调节PWM控制模块110的输出的控制信号的频率。

具体地，频率调节模块包括多个频率调节单元。每个频率调节单元包括开关和与开关并联的下拉电阻。其中，开关与GPIO接口的一个管脚相连，在相连的GPIO管脚输出的GPIO控制信号的驱动下工作。

具体地，当开关导通后，将与该开关并联的下拉电阻接入至PWM控制模块110，从而可以达到通过调节并联的下拉电阻的阻值控制PWM控制模块110输出PWM信号的频率，进而达到控制开关模块120输出的开关信号的频率的目的。由上可知，控制模块150中设置的多个控制信号，分别对应不同的PWM信号的控制频率，进而对应不同的开关信号的频率。

在本发明的一个实施例中，开关可以为三极管。

在本发明的另一个实施例中，下拉电阻的阻值可以为250K欧姆至700K欧姆。

图2为频率调节模块160的示意图。从图2中可以看出，频率调节模块160包括两个频率调节单元，每个频率调节单元分别与控制模块150的GPIO接口中的一个GPIO管脚与频率调节模块160相连。可以理解的是，上述频率调节单元的数量仅是处于示例的目的，而不是为了现在本发明的保护范围。

具体地，三极管Q1的基极与控制模块150的一个GPIO管脚GPI01相连，发射极接地，集电极与电阻R1的一端相连，并且电阻R1的一端还与第一增强型场效应管相连，并且，该第一增强型场效应管进一步与下拉电阻R2的一端相连，下拉电阻R2的另一端接地。

三极管Q2的基极与控制模块150的另一个GPIO管脚GPIO2相连，发射极接地，集电极与电阻R3的一端相连，并且电阻R3的一端还与第二增强型场效应管相连，并且，该第二增强型场效应管进一步与下拉电阻R4的一端相连，下拉电阻R4的另一端接地。

在本发明的一个实施例中，第一增强型场效应管和第二增强型场效应管的型号均可以为2N7002。

在本发明的另一个实施例中，电阻R1和电阻R3的阻值可以为4.7K欧姆，下拉电阻R2和下拉电阻R4的阻值可以为10K欧姆。

在控制模块150输入的GPIO控制信号的控制下，三极管Q1和Q2选择性的导通，从而调节接入到PWM控制模块110的下拉电阻的阻值。PWM控制模块110在下拉电阻的调节下，调整输出的PWM信号的频率，从而可以调整开关模块120输出的开关信号的频率。

下面参考图3描述本发明实施例的Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置的调节开关频率的流程。

步骤S101，控制模块150设置多个控制信号。

控制模块150可以设置有多个控制信号，其中，每个控制信号对应不同的控制等级。

步骤S102，电流侦测模块130侦测回路反馈电流。

PWM控制模块110输出PWM信号，开关模块120在该PWM信号的控制下输出开关信号。上述开关信号加至电流侦测模块130的精密电阻的两端。电流侦测模块130侦测到精密电阻两端的电压，并通过侦测精密电阻两端的电压实现对开关模块120输出的电流的侦测。换言之，以精密电阻两端的电压表示开关模块120的输出电流。

电流侦测模块130侦测到的精密电阻两端的电压分别传输至滤波电路和电流值转换模块140。电流值转换模块140将来自电流侦测模块130的精密电阻两端的电压转换为电流值以获得开关模块120的输出电流值，从而可以获得开关信号的电流强度。

电流值转换模块140通过I2C传输总线将电流值传输给控制模块150。

步骤S103，控制模块150根据反馈电流的强度选择控制信号。

控制模块150对通过I2C传输总线传输来的电流值进行解码处理，根据解码处理的结果从步骤S101中预设的多个控制信号中选择对应的一个以作为输出的控制信号。其中，控制信号可以为GPIO控制信号。

步骤S104，控制模块150根据反馈电流的强度选择并联回路。

控制模块通过选择输出的GPIO控制信号选择对应的并联回路，进而选择对应的下拉电阻。

步骤S105，频率调节模块160利用并联回路调节下拉电阻以调节开关频率。

频率调节模块160接收到控制模块150输出的GPIO控制信号后，开关导通，将与该开关并联的下拉电阻接入至PWM控制模块110，从而可以达到通过调节并联的下拉电阻的阻值控制PWM控制模块110输出PWM信号的频率，进而达到控制开关模块120输出的开关信号的频率的目的。由上可知，控制模块150中设置的多个控制信号，分别对应不同的PWM信号的控制频率，进而对应不同的开关信号的频率。

根据本发明实施例Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，可以根据电流侦测模块侦测到的电流值，选择对应的控制信号，进而实现对PWM控制模块的输出的PWM信号的调节，从而调节开关模块输出的开关信号的频率，提高了Buck电路的转换效率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种Buck电路中基于电流的开关频率自动调节装置，其特征在于，包括：

脉冲宽度调制PWM控制模块，所述PWM控制模块用于输出PWM信号；

开关模块，所述开关模块与所述PWM控制模块相连，用于在所述PWM信号的控制下输出开关信号；

电流侦测模块，所述电流侦测模块与所述开关模块相连，用于侦测所述开关模块的输出电流；

电流值转换模块，所述电流转换模块与所述电流侦测模块相连，用于获得所述电流侦测模块侦测到的输出电流的电流值；

控制模块，所述控制模块与所述电流值转换模块相连，用于根据所述输出电流的电流值选择对应控制信号进行输出；以及

频率调节模块，所述频率调节模块分别与所述控制模块和所述PWM控制模块相连，用于根据所述控制信号调节所述PWM控制模块输出的PWM信号的控制频率，其中，所述电流侦测模块包括：

精密电阻，所述精密电阻与所述开关模块相连；

电压侦测单元，所述电压侦测单元与所述精密电阻相连，用于侦测所述精密电阻两端的电压，其中，所述开关模块的输出电流通过所述精密电阻两端的电压进行表示；

所述电流值转换模块包括：

转换单元，用于将所述精密电阻两端的电压转换为电流值以获得所述开关模块的输出电流值；

内部级联电路I2C传输总线，用于将所述输出电流值传输至所述控制模块。

2.如权利要求1所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述控制模块设置有通用输入输出GPIO接口。

3.如权利要求2所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述频率调节模块包括多个频率调节单元，其中，每个所述频率调节单元包括：

开关，所述开关与所述GPIO接口的一个管脚相连；

下拉电阻，所述下拉电阻与所述开关并联，且所述下拉电阻与所述PWM控制模块相连。

4.如权利要求3所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述开关为三极管。

5.如权利要去3所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述下拉电阻的阻值为250K欧姆～700K欧姆。

6.如权利要求3所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述PWM控制模块根据接入的所述下拉电阻的阻值调整输出的PWM信号的控制频率。

7.如权利要求1所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述控制模块预设有多个控制信号，所述多个控制信号分别对应不同的PWM信号的控制频率。

8.如权利要求1所述的基于电流的开关频率的自动调节装置，其特征在于，所述控制模块为集成电路控制芯片。