專利名稱：用于脈沖頻率調(diào)制控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于PFM(脈沖頻率調(diào)制)控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，當(dāng)輸出電壓非常接近設(shè)定電壓時(shí)，該電路具有穩(wěn)定的占空比和抗噪性。
相關(guān)技術(shù)描述根據(jù)開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，基本操作如下。輸出電壓被反饋，并由輸出電壓控制比較器與參考電壓比較。當(dāng)輸出電壓變得小于設(shè)定電壓時(shí)，該比較器被操作來(lái)發(fā)送一個(gè)振蕩啟動(dòng)信號(hào)到振蕩電路。于是，該振蕩電路輸出開關(guān)脈沖，使得輸出晶體管導(dǎo)通或截止，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。
此處，圖5A和5B示出升壓直流-直流(DC-DC)變換器，一個(gè)PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器應(yīng)用于該變換器。
在該P(yáng)FM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器中，輸出晶體管的導(dǎo)通周期是恒定的。因此，調(diào)節(jié)截止周期，使得輸出電壓穩(wěn)定地保持在一個(gè)恒定值。
圖2示出用于PFM控制的傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路。如圖2所示，參考電壓電路11和分壓電路12和13的輸出與輸出電壓控制比較器14的輸入連接。輸出電壓控制比較器14的輸出與環(huán)形振蕩器振蕩電路15的輸入連接。環(huán)形振蕩器振蕩電路15輸出一個(gè)信號(hào)，用于控制一個(gè)晶體管，該晶體管控制DC-DC變換器的輸出電壓。
圖2所示用于PFM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路廣泛用于PFM開關(guān)調(diào)節(jié)器10。從環(huán)形振蕩器振蕩電路15輸出的開關(guān)脈沖是通過(guò)控制上述輸出電壓控制比較器14的輸出信號(hào)來(lái)輸出的。
在圖2中，當(dāng)上述比較器的輸出信號(hào)Vosc_EN為“H”(高)時(shí)，環(huán)形振蕩器振蕩電路15的振蕩電路被激活，使得開關(guān)脈沖輸出到EXT。反之，當(dāng)Vosc_EN信號(hào)為“L”(低)時(shí)，環(huán)形振蕩器振蕩電路15的振蕩電路停止，所以EXT變?yōu)椤癓”。
當(dāng)Vosc_EN信號(hào)從“L”變?yōu)椤癏”時(shí)，EXT立即從“L”變?yōu)椤癏”。此后，振蕩繼續(xù)。當(dāng)Vosc_EN信號(hào)從“H”變?yōu)椤癓”時(shí)，EXT立即變?yōu)椤癓”。
但是，當(dāng)輸出電壓非常接近設(shè)定電壓時(shí)，由于噪聲的影響，往往使上述比較器的Vosc_EN輸出信號(hào)發(fā)生波動(dòng)。因此，可能出現(xiàn)這樣的異常占空比問(wèn)題，即，根據(jù)所述波動(dòng)，連續(xù)產(chǎn)生比通常的導(dǎo)通周期短的導(dǎo)通周期。
當(dāng)發(fā)生異常占空比時(shí)，隨著輸出導(dǎo)通周期的縮短，截止周期也變得更短。這樣，開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路消耗的電流增加，使得負(fù)載輕的情況下的效率受到很大影響。
為了解決上述問(wèn)題，還給出一種方法，在輸出電壓控制比較器14后面的級(jí)中提供滯后，以抑制比較器14的輸出信號(hào)的波動(dòng)。但是，在該方法中，又產(chǎn)生了新的問(wèn)題，因?yàn)橹圃旒呻娐愤^(guò)程中的變化，產(chǎn)量會(huì)減少。因此，要求一種更加簡(jiǎn)單和有效的解決方法。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是使用一種簡(jiǎn)單的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)提供一種開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，用于具有穩(wěn)定占空比和抗噪性的PFM控制，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化且有效，且其中與傳統(tǒng)滯后電路系統(tǒng)相比，消除了制造集成電路的困難。所述邏輯結(jié)構(gòu)是為解決上述傳統(tǒng)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。
根據(jù)本發(fā)明，使用了一種簡(jiǎn)單邏輯結(jié)構(gòu)，用于使輸出晶體管導(dǎo)通的信號(hào)被反饋，然后，該信號(hào)與輸出電壓控制比較器的輸出信號(hào)之間的邏輯信號(hào)被輸入到環(huán)形振蕩器振蕩電路。這樣，即使在比較器輸出信號(hào)頻繁變化的情況下，在環(huán)形振蕩器振蕩電路中也可以保證輸出晶體管的確定導(dǎo)通周期，從而解決上述問(wèn)題。所述比較器輸出信號(hào)頻繁變化的情況在輸出電壓非常接近一個(gè)設(shè)定電壓時(shí)，很容易發(fā)生。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的框圖；圖2是表示用于PFM控制的傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路的框圖；圖3是表示用于PFM控制的傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路的一個(gè)例子的框圖；圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例2的框圖；以及圖5A是表示用于PFM控制的傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路應(yīng)用于其中的升壓DC-DC變換器的一個(gè)例子的框圖，而圖5B是該升壓DC-DC變換器的運(yùn)行波形圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述在圖5A和5B中，盡管類似于傳統(tǒng)情況，作為本發(fā)明的用于PFM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路應(yīng)用于其中的例子，分別示出升壓DC-DC變換器的框圖及其操作特征。圖5A中，為了獲得高于輸入電壓Vin的輸出電壓Vout，構(gòu)成Vin的電源和線圈L的串聯(lián)相加。
下面描述具體操作。首先，晶體管Tr被PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器10導(dǎo)通，以產(chǎn)生充電電流ion，使得能量存儲(chǔ)在線圈L中。然后，當(dāng)晶體管Tr被PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器10關(guān)閉時(shí)，由存儲(chǔ)的能量在線圈L中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電壓等于或大于Vin時(shí)，放電電流ioff流入輸出端，從而提高輸出電壓Vout。此外，由PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器10調(diào)節(jié)Tr導(dǎo)通周期中存儲(chǔ)的能量，以穩(wěn)定Vout。注意，根據(jù)本發(fā)明的用于PFM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路應(yīng)用于其中的PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器不僅可以應(yīng)用于升壓DC-DC變換器，還可以用于降壓DC-DC變換器，反向DC-DC變換器等等。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于PFM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路的基本邏輯結(jié)構(gòu)，作為本發(fā)明的實(shí)施例1。參考電壓電路1的輸出和分壓電路2和3的輸出與輸出電壓控制比較器4的輸入連接。環(huán)形振蕩器振蕩電路5輸出一個(gè)信號(hào)，用于控制一個(gè)晶體管，該晶體管控制DC-DC變換器的輸出電壓。環(huán)形振蕩器振蕩電路5的輸出和輸出電壓控制比較器4的輸出輸入到邏輯OR(或)電路6。邏輯OR電路6的輸出與環(huán)形振蕩器振蕩電路5的輸入連接。
當(dāng)各種邏輯電路根據(jù)這樣的基本邏輯結(jié)構(gòu)組合時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的占空比保證的振蕩器電路。下面參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
如圖1所示，用于使輸出晶體管導(dǎo)通的EXT信號(hào)被反饋，被反饋的信號(hào)和Vosc_EN信號(hào)進(jìn)行或運(yùn)算，所產(chǎn)生的信號(hào)New_Vosc_EN返回到環(huán)形振蕩器振蕩電路5，作為振蕩啟動(dòng)控制信號(hào)。
當(dāng)輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)，EXT為“H”。在EXT為“H”期間，Vosc_EN信號(hào)的變化被忽略。
當(dāng)輸出晶體管截止時(shí)，EXT為“L”。因此，New_Vosc_EN＝Vosc_EN。此時(shí)，如果Vosc_EN信號(hào)為“H”，則振蕩啟動(dòng)，并輸出開關(guān)脈沖。該脈沖ON(高電平)周期被確定為環(huán)形振蕩器振蕩電路5的時(shí)間常數(shù)。如果Vosc_EN信號(hào)為“L”，則振蕩停止，輸出晶體管被持續(xù)關(guān)斷。換句話說(shuō)，在輸出晶體管導(dǎo)通期間，用于控制環(huán)形振蕩器振蕩電路5的輸出的Vosc_EN信號(hào)被忽略。
圖3示出用于廣泛使用的PFM控制的傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)節(jié)電路的例子。
圖3中，參考電壓電路21的輸出和分壓電路22和23的輸出與輸出電壓控制比較器24的輸入連接。輸出電壓控制比較器24的輸出與環(huán)形振蕩器振蕩電路25的輸入連接。環(huán)形振蕩器振蕩電路25輸出一個(gè)信號(hào)，用于控制一個(gè)晶體管，該晶體管控制DC-DC變換器的輸出電壓。從振蕩電路輸出的矩形波脈沖Vosc信號(hào)和從輸出電壓控制比較器24輸出的振蕩啟動(dòng)信號(hào)Vosc_EN相與。所產(chǎn)生的信號(hào)被分為兩路。一路返回振蕩電路，從而構(gòu)成所述環(huán)形振蕩器振蕩電路。另一路被輸出作為EXT信號(hào)，用于控制輸出晶體管。邏輯公式如下EXT＝Vosc*Vosc_EN(公式1)當(dāng)Vosc_EN信號(hào)為“H”時(shí)，EXT＝Vosc。所以，振蕩電路開始振蕩，從而輸出開關(guān)脈沖。脈沖的高電平周期確定為振蕩電路的時(shí)間常數(shù)。
另一方面，當(dāng)Vosc_EN信號(hào)為“H”時(shí)，EXT＝L。所以，振蕩電路停止振蕩。在該電路中，當(dāng)產(chǎn)生上述比較器24的輸出信號(hào)Vosc_EN的波動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生這樣的不便，即，具有比由振蕩電路確定的高電平周期短的高電平周期的窄脈沖會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生，作為開關(guān)脈沖輸出到EXT。
圖4示出本發(fā)明的實(shí)施例2。參考電壓電路31的輸出和分壓電路32和33的輸出與輸出電壓控制比較器34的輸入連接。環(huán)形振蕩器振蕩電路35輸出一個(gè)信號(hào)，用于控制一個(gè)晶體管，該晶體管控制DC-DC變換器的輸出電壓。環(huán)形振蕩器振蕩電路35的輸出和輸出電壓控制比較器34的輸出輸入到邏輯或電路36。邏輯或電路36的輸出與環(huán)形振蕩器振蕩電路35的輸入連接。
用于使輸出晶體管導(dǎo)通的EXT信號(hào)被反饋，反饋信號(hào)與輸出電壓控制比較器的輸出信號(hào)Vosc_EN進(jìn)行或運(yùn)算。產(chǎn)生的信號(hào)New_Vosc_EN被用作振蕩啟動(dòng)信號(hào)，并且該產(chǎn)生的信號(hào)與振蕩電路輸出的矩形波脈沖Vosc信號(hào)相與。然后，所產(chǎn)生的信號(hào)分為兩路。一路返回振蕩電路，從而構(gòu)成環(huán)形振蕩器振蕩電路35。另一路被輸出作為EXT信號(hào)，用于控制輸出晶體管。邏輯公式如下EXTNEXT＝Vosc*New_Vosc_EN＝Vosc*(VoscEN+EXT)(公式2)公式2中的符號(hào)EXTNEXT表示EXT的下一個(gè)狀態(tài)。換句話說(shuō)，EXT表示EXT端子的當(dāng)前狀態(tài)，EXTNEXT表示EXT端子的下一個(gè)狀態(tài)。EXT端子的當(dāng)前狀態(tài)EXT被返回，使得EXT端子的下一個(gè)狀態(tài)EXTNEXT受到影響。當(dāng)輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)，EXT為“H”，因此，EXTNEXT＝Vosc。換句話說(shuō)，在EXT為“H”期間，Vosc_EN信號(hào)中的變化被忽略。
另一方面，當(dāng)輸出晶體管截止時(shí)，EXT為“L”。這樣，EXTNEXT＝Vosc*Vosc_EN(這等效于公式1)。此時(shí)，如果Vosc_EN信號(hào)為“H”，則EXTNEXT＝Vosc，從而振蕩開始，并輸出開關(guān)脈沖。該脈沖ON(高電平)周期被確定為振蕩電路的時(shí)間常數(shù)。如果Vosc_EN信號(hào)為“L”，則EXTNEXT＝L，從而振蕩停止，輸出晶體管被持續(xù)關(guān)斷。換句話說(shuō)，在輸出晶體管導(dǎo)通期間，用于控制振蕩電路的輸出的Vosc_EN信號(hào)被忽略。
當(dāng)振蕩停止?fàn)顟B(tài)變換為振蕩啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，EXT為“L”，且Vosc_EN信號(hào)為“H”。根據(jù)公式2，EXTNEXT＝Vosc。所以，當(dāng)加上根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的占空比保證電路時(shí)，相應(yīng)地不會(huì)影響原來(lái)的振蕩電路的初始化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用了邏輯上簡(jiǎn)化和有效的電路，并且即使在輸出電壓控制比較器的輸出信號(hào)頻繁變化的情況下，也可以保證在關(guān)于PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)器的輕負(fù)載時(shí)，振蕩電路中輸出晶體管的確定的導(dǎo)通周期。所述輸出電壓控制比較器的輸出信號(hào)頻繁變化的情況在輸出電壓非常接近設(shè)定電壓時(shí)，很容易發(fā)生。所以，可以實(shí)現(xiàn)一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中可以保證穩(wěn)定的占空比且具有抗噪性。通過(guò)傳統(tǒng)的滯后電路系統(tǒng)，消除了制造集成電路的困難，從而保證了電路操作。此外，電路規(guī)模小，所以本發(fā)明具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。如上所述，本發(fā)明系統(tǒng)特別適合用于PFM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路。
權(quán)利要求
1.一種用于控制DC-DC變換器輸出電壓的PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，包括參考電壓電路；分壓電路；輸出電壓控制比較器，參考電壓電路的輸出和分壓電路的輸出輸入到該比較器；環(huán)形振蕩器振蕩電路，用于輸出控制一個(gè)晶體管的信號(hào)，該晶體管控制DC-DC變換器的輸出電壓；和邏輯或電路，環(huán)形振蕩器振蕩電路的輸出和輸出電壓控制比較器的輸出輸入到該或電路，其中，邏輯或電路的輸出與環(huán)形振蕩器振蕩電路的輸入連接。
2.權(quán)利要求1的PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，其中所述環(huán)形振蕩器振蕩電路包括一個(gè)振蕩電路和一個(gè)邏輯與電路，該振蕩電路的輸入與該邏輯與電路的輸出連接，該與電路的輸入與該振蕩電路的輸出和或電路的輸出連接，該與電路的輸出被輸出到環(huán)形振蕩器振蕩電路。
全文摘要
提供了一種PFM控制開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路，用于保證持續(xù)常數(shù)的輸出晶體管高電平周期，以輸出一個(gè)穩(wěn)定的占空比。用于使輸出晶體管導(dǎo)通的信號(hào)被反饋，然后該反饋信號(hào)和輸出電壓控制比較器的輸出信號(hào)的邏輯信號(hào)被輸入到振蕩電路，作為振蕩啟動(dòng)信號(hào)。這樣，即使在比較器輸出信號(hào)頻繁變化的情況下，在環(huán)形振蕩器振蕩電路中也可以保證輸出晶體管的確定導(dǎo)通周期。所速比較器輸出信號(hào)頻繁變化的情況在輸出電壓非常接近一個(gè)設(shè)定電壓時(shí)，很容易發(fā)生。
文檔編號(hào)H02M3/04GK1452307SQ0312250
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者張偉 申請(qǐng)人:精工電子有限公司