CN105790550A - 多段自适应的pfm控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多段自适应的PFM控制器，包括参考电压的产生电路，其包括：采样转换模块，对功率开关管的电流作采样，获得采样电流后转化成采样电压；上、下限比较器，下限比较器的正输入端接收进入PFM模式的最小开关电流值对应的第一预设电压值，上限比较器的负输入端接收工作在PFM模式的最大开关电流值对应的第二预设电压值；其它两端均接收采样转换模块输出的采样电压；计数器，当采样电压小于第一预设电压值且系统电路未工作在PFM模式下加1；当采样电压大于第二预设电压值且系统电路工作在PFM模式下减1；数模转换器，当计数器加1或减1时，将参考电压变为多个参考电压中的下一个或上一个。本发明可提高开关类电源转换电路进出PFM模式的负载精度。

Description

多段自适应的PFM控制器

技术领域

本发明涉及集成电路、功率驱动技术领域，具体来说，本发明涉及一种多段自适应的PFM控制器。

背景技术

开关类电源转换电路具备高效转换电压的特性，使得该类电路应用十分广泛。由于功率管在开关的过程中会损耗一定能量，因此在轻负载条件下，常规的PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)等控制方式的转换效率会大幅降低。对此现有技术中引入了PFM(PulseFrequencyModulation，脉冲频率调制)控制方式。PFM控制方式通过降低轻载时功率管的开关频率，降低开关损耗，从而有效提高了开关变换器轻载工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多段自适应的PFM控制器，提高电源转换电路进出PFM控制模式的负载精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多段自适应的PFM控制器，包括：

PFM比较器，其正输入端接收一放大信号，其负输入端从依照大小顺序排列的多个参考电压中接收一参考电压，通过比较所述放大信号和所述参考电压的大小来判断所述PFM控制器所在的一系统电路是否要进入PFM控制模式；

控制逻辑电路，其输入端与所述PFM比较器的输出端相连接；

功率开关管，与所述控制逻辑电路的输出端相连接；

采样转换模块，其输入端与所述功率开关管相连接，用于对从所述功率开关管流过的电流进行采样，获得一采样电流，再将所述采样电流转化成一采样电压；

上门限比较器和下门限比较器，所述下门限比较器的正输入端接收一预先设定的使所述系统电路进入PFM控制模式的最小开关电流值所对应的第一预设电压值，所述上门限比较器的负输入端接收一预先设定的使所述系统电路工作在PFM控制模式的最大开关电流值所对应的第二预设电压值；所述下门限比较器的负输入端和所述上门限比较器的正输入端均与所述采样转换模块的输出端相连接，接收所述采样电压；

加减计数器，其输入侧分别与所述下门限比较器和所述上门限比较器的输出端相连接，用于当且仅当所述采样电压小于所述第一预设电压值且所述系统电路未工作在PFM控制模式下，所述加减计数器加1；当且仅当所述采样电压大于所述第二预设电压值且所述系统电路工作在PFM控制模式下，所述加减计数器减1；

数模转换器，其输入端与所述加减计数器的输出端相连接，其输出端与所述PFM比较器的负输入端相连接，用于当所述加减计数器加1时，所述数模转换器经过转换后将所述参考电压变为所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压中的下一个参考电压，增大所述参考电压的值；当所述加减计数器减1时，所述数模转换器经过转换后将所述参考电压变为所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压中的上一个参考电压，减小所述参考电压的值。

可选地，所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压中参考电压的具体个数是由实际需要来决定的。

可选地，所述下门限比较器上和所述上门限比较器上分别连接有一使所述系统电路没有工作在PFM控制模式下的第一使能信号和一使所述系统电路工作在PFM控制模式下的第二使能信号。

可选地，所述系统电路为开关类电源转换电路。

可选地，所述PFM比较器为PFM迟滞比较器。

可选地，所述放大信号是由所述开关类电源转换电路前的一误差放大器产生。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用了一种简单、高效率的PFM控制方式，并对PFM控制器提出了一种多段、自适应的调节方式，其通过内部检测电路，可以多段、自适应地提供调整PFM迟滞比较器的参考电压，实现了电源转换电路在轻负载模式下的高效转换，提高了电源转换电路进出PFM控制模式的负载电流精度。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器在电源转换电路中使用的PFM控制方式的电路示意图；

图2为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器的简单模块示意图；

图3为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器的具体电路拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器在电源转换电路中使用的PFM控制方式的电路示意图。如图1所示，电源转换电路(即系统电路)通过检测误差放大器(EA)101的输出信号的大小来判定系统电路是否要进入PFM模式。如果放大信号Comp高于PFM比较器103的参考电压Vset，则系统电路工作在原来的控制方式下；如果放大信号Comp低于该参考电压Vset，则PFM比较器103输出判定信号，绕开调制器102，通过控制逻辑电路104处理以后关断功率开关管(PowerStage)105，从而降低开关工作频率，减小开关损耗，提升系统的电源转换效率。该PFM比较器103可以为迟滞比较器。当系统电路进入PFM控制模式后，若放大信号Comp升高并超过迟滞门限，系统才能退出PFM控制方式回到原来的控制方式下。迟滞门限的设定会确保系统不会反复进出PFM控制模式，引起系统的不正常工作。

本发明中PFM控制模式的原理为检测误差放大器101的输出，一旦电压低于设定值，则关断功率开关管105，从而减少开关损耗，提升转换效率。直到误差放大器101的输出上升且超过PFM比较器103的迟滞电压时，功率开关管105恢复工作。其中，PFM控制模式的进出电流的设定原理可以为通过检测功率开关管105上的电流大小，多段、自适应地调节PFM比较器103的参考电压，使得电源转换电路进出PFM控制模式时的负载电流精度较高。

图2为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器的简单模块示意图。如图2所示，当调制器(未示出)被“绕过”之后，误差放大器201输出一放大信号Comp到PFM比较器203，经过控制逻辑电路204到达功率开关管205。系统电路通过参考电压产生电路206采样流过功率开关管205的电流大小，对PFM比较器203的参考电压Vset(如图1)进行调整，确保系统进出PFM控制模式时，负载电流的大小精度较高。参考电压的调整范围可以预先设定为1、2、3…n个段，对应依照大小顺序排列的多个参考电压Vset1、Vset2、Vset3...VsetN，上述参考电压的具体个数N的大小由实际需要来决定，从而精确地控制进出PFM控制模式的电流大小。其中，n和N均为大于1的自然数。

图3为本发明一个实施例的多段自适应的PFM控制器的具体电路拓扑示意图。如图3所示，整个PFM控制器300主要包括：PFM比较器301、控制逻辑电路302、功率开关管303、采样转换模块304、上门限比较器305、下门限比较器306、加减计数器307和数模转换器308。其中，该PFM比较器301可以为PFM迟滞比较器，其正输入端接收一放大信号Comp(该放大信号Comp可以是由如图1所示的开关类电源转换电路前的误差放大器101所产生的)，其负输入端从依照大小顺序排列的多个参考电压Vset1、Vset2…VsetN(后面详述)中接收一参考电压VsetX，参考电压的具体个数N的大小可以由实际需要决定，通过比较放大信号Comp和参考电压VsetX的大小来判断PFM控制器300所在的一系统电路是否要进入PFM控制模式。在本实施例中，该系统电路可以为开关类电源转换电路。该控制逻辑电路302的输入端与PFM比较器301的输出端相连接；而该功率开关管303与控制逻辑电路302的输出端相连接。

接下来，上述图2中所述的参考电压产生电路206可在本实施例中展开描述如下：

采样转换模块304的输入端与功率开关管303相连接，用于对从功率开关管303流过的电流进行采样，获得一采样电流Isw，再将采样电流Isw转化成一采样电压Vsense。上门限比较器305和下门限比较器306，下门限比较器306的正输入端接收一预先设定的使系统电路进入PFM控制模式的最小开关电流值所对应的第一预设电压值Vset_low，上门限比较器305的负输入端接收一预先设定的使系统电路工作在PFM控制模式的最大开关电流值所对应的第二预设电压值Vset_high；下门限比较器306的负输入端和上门限比较器305的正输入端均与采样转换模块304的输出端相连接，接收采样电压Vsense。加减计数器307，其输入侧分别与下门限比较器306和上门限比较器305的输出端相连接，用于当且仅当采样电压Vsense小于第一预设电压值Vset_low且系统电路未工作在PFM控制模式下，下门限比较器306工作而上门限比较器305关断，加减计数器307加1；当且仅当采样电压Vsense大于第二预设电压值Vset_high且系统电路工作在PFM控制模式下，上门限比较器305工作而下门限比较器306关断，加减计数器307减1。数模转换器308，其输入端与加减计数器307的输出端相连接，其输出端与PFM比较器301的负输入端相连接，用于当加减计数器307加1时，数模转换器308经过转换后将参考电压VsetX变为依照大小顺序排列的多个参考电压Vset1、Vset2…VsetN中的下一个参考电压VsetX+1，增大PFM比较器301的参考电压的值；当加减计数器307减1时，数模转换器308经过转换后将参考电压VsetX变为依照大小顺序排列的多个参考电压Vset1、Vset2…VsetN中的上一个参考电压VsetX-1，减小PFM比较器301的参考电压的值，最终限制系统电路进出PFM控制模式的负载电流大小在设定的精度之内。其中，该多个参考电压Vset1、Vset2、Vset3...VsetN为预先设定的、调整范围内的N个输出电压，参考电压的具体个数N的大小可由实际需要决定。

在本实施例中，该下门限比较器306上和该上门限比较器305上分别连接有一使系统电路没有工作在PFM控制模式下的第一使能信号PFM_N和一使系统电路工作在PFM控制模式下的第二使能信号PFM_P。

综上所述，本发明采用了一种简单、高效率的PFM控制方式，并对PFM控制器提出了一种多段、自适应的调节方式，其通过内部检测电路，可以多段、自适应地提供调整PFM迟滞比较器的参考电压，实现了电源转换电路在轻负载模式下的高效转换，提高了电源转换电路进出PFM控制模式的负载电流精度。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多段自适应的PFM控制器(300)，包括：

PFM比较器(301)，其正输入端接收一放大信号(Comp)，其负输入端从依照大小顺序排列的多个参考电压(Vset1、Vset2…VsetN)中接收一参考电压(VsetX)，通过比较所述放大信号(Comp)和所述参考电压(VsetX)的大小来判断所述PFM控制器(300)所在的一系统电路是否要进入PFM控制模式；

控制逻辑电路(302)，其输入端与所述PFM比较器(301)的输出端相连接；

功率开关管(303)，与所述控制逻辑电路(302)的输出端相连接；

采样转换模块(304)，其输入端与所述功率开关管(303)相连接，用于对从所述功率开关管(303)流过的电流进行采样，获得一采样电流(Isw)，再将所述采样电流(Isw)转化成一采样电压(Vsense)；

上门限比较器(305)和下门限比较器(306)，所述下门限比较器(306)的正输入端接收一预先设定的使所述系统电路进入PFM控制模式的最小开关电流值所对应的第一预设电压值(Vset_low)，所述上门限比较器(305)的负输入端接收一预先设定的使所述系统电路工作在PFM控制模式的最大开关电流值所对应的第二预设电压值(Vset_high)；所述下门限比较器(306)的负输入端和所述上门限比较器(305)的正输入端均与所述采样转换模块(304)的输出端相连接，接收所述采样电压(Vsense)；

加减计数器(307)，其输入侧分别与所述下门限比较器(306)和所述上门限比较器(305)的输出端相连接，用于当且仅当所述采样电压(Vsense)小于所述第一预设电压值(Vset_low)且所述系统电路未工作在PFM控制模式下，所述加减计数器(307)加1；当且仅当所述采样电压(Vsense)大于所述第二预设电压值(Vset_high)且所述系统电路工作在PFM控制模式下，所述加减计数器(307)减1；

数模转换器(308)，其输入端与所述加减计数器(307)的输出端相连接，其输出端与所述PFM比较器(301)的负输入端相连接，用于当所述加减计数器(307)加1时，所述数模转换器(308)经过转换后将所述参考电压(VsetX)变为所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压(Vset1、Vset2…VsetN)中的下一个参考电压(VsetX+1)，增大所述参考电压的值；当所述加减计数器(307)减1时，所述数模转换器(308)经过转换后将所述参考电压(VsetX)变为所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压(Vset1、Vset2…VsetN)中的上一个参考电压(VsetX-1)，减小所述参考电压的值。

2.根据权利要求1所述的多段自适应的PFM控制器(300)，其特征在于，所述依照大小顺序排列的所述多个参考电压(Vset1、Vset2…VsetN)中参考电压的具体个数(N)是由实际需要来决定的。

3.根据权利要求2所述的多段自适应的PFM控制器(300)，其特征在于，所述下门限比较器(306)上和所述上门限比较器(305)上分别连接有一使所述系统电路没有工作在PFM控制模式下的第一使能信号(PFM_N)和一使所述系统电路工作在PFM控制模式下的第二使能信号(PFM_P)。

4.根据权利要求3所述的多段自适应的PFM控制器(300)，其特征在于，所述系统电路为开关类电源转换电路。

5.根据权利要求4所述的多段自适应的PFM控制器(300)，其特征在于，所述PFM比较器(301)为PFM迟滞比较器。

6.根据权利要求5所述的多段自适应的PFM控制器(300)，其特征在于，所述放大信号(Comp)是由所述开关类电源转换电路前的一误差放大器(101)产生。