專利名稱：一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法及其電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于集成電路設計技術領域，尤其涉及一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法及其電路。
背景技術：
電源變換器是電子系統(tǒng)中必不可少的組件。眾所周知，電源變換器包括線形變換器和開關電源變換器兩種主要類型。大多數(shù)的用電設備都包含內部電源轉換器或者外部電源適配器，例如電視和計算機等產品中所使用的是內部電源轉換器，廣泛應用于手機、DSL 調制解調器、打印機、筆記本電腦及游戲機等領域的是外部電源適配器，這些電源轉換器或者適配器都是采用開關電源轉換器以提供電源之用。這些設備的應用規(guī)模非常龐大，而且其功率消耗又在一定程度上與用戶的使用習慣密切相關。例如，許多用戶在不使用電源適配器的情況下，仍將插頭插在墻式插座上，使其一直處在待機條件下仍然消耗電流。眾所周知，在輕輸出負載或者另輸出負載也就是待機條件下，開關電源的損耗包含開關導通損耗、開關交疊損耗、開關寄生電容損耗以及外圍控制電路損耗，前三種損耗通常正比于開關頻率。為了降低待機損耗，在輕輸出負載或者零輸出負載條件下，通常需要降低開關頻率一提高系統(tǒng)的電源轉換能效。脈沖頻率調制(Pulse Frequence Munition ；PFM)是一種在整個工作過程中，開關接通的時間不變，而開關頻率按照要求變化的方法。PFM控制方式在開關電源中使用已經比較普遍，圖1是現(xiàn)有技術中開關電源的穩(wěn)壓控制電路的原理圖系統(tǒng)采用兩個反饋環(huán)路以得到優(yōu)異的負載調整和瞬態(tài)響應特性。一個是輸出反饋控制環(huán)路，輸出電壓通過分壓電阻R1、R2后的反饋電壓VFB與基準電壓Vl經誤差放大器14比較，誤差放大器14的輸出用來調節(jié)系統(tǒng)振蕩器15輸出時鐘信號的工作頻率，振蕩器15的輸出端連接RS觸發(fā)器12的 S端。另一個是電感電流檢測環(huán)路，將主從線圈中主線圈的電感電流利用采樣電阻Rs轉化為電壓后，連接到第一比較器11的負端，第一比較器11的正端連接限制電感電流峰值的一個基準電壓Vs，第一比較器11的輸出端連接到RS觸發(fā)器12的R端；RS觸發(fā)器的輸出連接驅動電路13的輸入端，驅動電路13的輸出端連接功率開關MOS管MO柵極，來控制功率開關MOS管的導通和關斷。詳細工作原理如下當功率管開關MOS管開啟后，電路中主邊電感流過的電流逐漸增大，使得流過采樣電阻Rs上的電流也增大，采樣電阻Rs上的電壓上升；當上升的值達到限制電感電流峰值的基準電壓Vs時，第一比較器11的輸出為高電平，觸發(fā)RS觸發(fā)器12使RS觸發(fā)器12的輸出跳變?yōu)?，功率開關MOS管MO關閉。由于次級電感電流的連續(xù)性，第一二極管Dl必然正向導通，此時電感電流向第一電容Cl和負載釋放電能，輸出端的電壓被抬升，由于功率開關MOS管MO截止，第一比較器11輸出端變?yōu)榈碗娖?，即RS觸發(fā)器的R端為低電平，此時輸出電路的電壓還沒有達到正常工作時的輸出電壓，即反饋電壓VFB小于設定的基準電壓 VI，誤差放大器14的輸出是比較高的電壓，誤差放大器14的輸出越高，振蕩器15輸出的時鐘信號頻率越大，當下一個時鐘脈沖到來時，RS觸發(fā)器12的S輸入端為高電平，RS觸發(fā)器
412輸出跳變?yōu)?，功率開關MOS管MO導通，電感再次儲存磁能，隨后，重復上述過程，使得輸出電壓不斷被抬高。直到反饋電壓VFB與基準電壓Vl相等，此時輸出電壓穩(wěn)定。這個系統(tǒng)采用的是PFM的調節(jié)方式，主要通過誤差放大器的輸出來調節(jié)振蕩器輸出時鐘的工作頻率，輸出變頻的方波來控制功率開關MOS管，再依據負載狀態(tài)實時調節(jié)開關管關斷時間，從而穩(wěn)定輸出。該PFM控制方式中，調節(jié)開關頻率的是誤差放大器輸出的模擬信號，這樣模擬部分消耗的靜態(tài)功耗就不可避免。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的現(xiàn)有技術問題是現(xiàn)有開關電源中功耗消耗比較大的問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，通過控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；包括A 以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；B:比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；C 依據振蕩器的輸出頻率控制開關管的導通；D 檢測開關管上的電流，當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，用以控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；包括開關管開啟控制單元用于以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；并比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；振蕩器用于控制開關管的導通；開關管關斷控制單元用以檢測開關管上的電流，并當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明提供的一種開關電源穩(wěn)壓控制方法及電路，通過開關管開啟控制單元對開關電源的輸出反饋電壓的相鄰時刻電壓值的比較，得到反饋電壓改變的區(qū)間數(shù)，并依據比較結果及改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加或減少，從而控制功率開關管的導通；這樣振蕩器輸出的頻率不是連續(xù)或者相隔較近的變化，能夠有效的降低開關頻率，進而降低開關電源中的功耗消耗。


圖1是現(xiàn)有技術中開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理圖；圖2是本發(fā)明實施例開關電源的穩(wěn)壓控制方法的流程圖；圖3是本發(fā)明實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理框圖；圖4是本發(fā)明第一實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理圖；圖5是本發(fā)明第一實施例比較量化模塊原理圖；圖6是本發(fā)明第二實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理圖；圖7是本發(fā)明實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路提供的波形圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖2是本發(fā)明實施例開關電源的穩(wěn)壓控制方法的流程圖；一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，通過控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；包括A 以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；B:比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，并根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；C 依據振蕩器的輸出頻率控制開關管的導通；D 檢測開關管上的電流，當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。進一步地，在步驟A之前還包括對開關電源的輸出反饋電壓進行采樣，以得到穩(wěn)定的采樣電壓。進一步地，當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值小于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行 2η+Δ(Μ分頻，其中AQ為增加的區(qū)間數(shù)，η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。進一步地，當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值大于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行 2η+ΔΘ分頻，其中AQ為增加的區(qū)間數(shù)，η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。進一步地，當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值小于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行 2n-uQ+1)分頻，其中AQ為減少的區(qū)間數(shù)，Π為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。進一步地，當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值大于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行 2η_Δ 分頻，其中AQ為減少的區(qū)間數(shù)，η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。
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進一步地，當反饋電壓處于第一個區(qū)間時，振蕩器輸出基頻頻率信號。圖3是本發(fā)明實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理框圖；如圖所示電源、主從線圈200的主線圈、開關管Ml、電阻Rs依次串聯(lián)到地；開關電源100與主從線圈200的從線圈兩端相連接，開關電源100進一步包括第二二極管D2、第二電感L2、第三電阻R3、第四電阻R4、第二電容C2、負載；，第二二極管D2、第三電阻R3、第四電阻R4依次串聯(lián)后連接到主從線圈200從線圈的兩端，第二二極管D2的正端連接主從線圈200從線圈的一端，主從線圈200從線圈的另一端與地連接；第二電感L2與第二電容C2串聯(lián)后，第二電感L2的端點連接第二二極管D2的負端，第二電容C2的端點與地連接；負載連接到第二電容C2的兩端。 第三電阻R3、第四電阻R4的節(jié)點作為開關電源100的輸出反饋電壓。一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，用以控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；包括開關管開啟控制單元2 用于以基準電壓Vref為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；并比較反饋電壓VFB的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)Δ9，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù) AQ，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少。振蕩器3 用于控制開關管的導通。開關管關斷控制單元4:用以檢測開關管上的電流，并當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。開關管Ml與電阻&的節(jié)點連接開關管關斷控制單元4的輸入端，開關管關斷控制單元4的輸出端連接RS觸發(fā)器5的R端，振蕩器3的輸出端連接RS觸發(fā)器5的S端，RS 觸發(fā)器5的輸出連接驅動電路6的輸入端，驅動電路6的輸出端連接開關管Ml的控制端；下面以兩個實施例性詳細描述其工作原理圖4是本發(fā)明第一實施例開關電源的穩(wěn)壓控制電路原理圖；圖4在圖3的基礎上， 其開關管開啟控制單元2包括比較量化模塊21、頻率控制模塊22、雙向移位寄存器23 ；比較量化模塊21、頻率控制模塊22、雙向移位寄存器23依次串聯(lián)。以下詳述其工作原理比較量化模塊21，用于以基準電壓為Vref中心，將基準電壓Vref周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；得到開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間。例如將U2 Δ V, Vref+ Δ V, Vref, Vref- Δ V, Vref-2 Δ，Vref-3 Δ V六個電壓劃分成了七個區(qū)間，Δ V設定為20nV ；可以得到如下表所示
VFB大小六個比較器輸出狀態(tài) (Q1Q2Q3Q4Q5Q6)所在區(qū)間數(shù)N (t)VFB < Vref-3 Δ V000000權利要求
1.一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，通過控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；其特征在于，包括A 以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；B:比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；C 依據振蕩器的輸出頻率控制開關管的導通；D 檢測開關管上的電流，當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。
2.根據權利要求1所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值小于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行2-0-1分頻，其中AQ為增加的區(qū)間數(shù)，η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。
3.根據權利要求1所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值大于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行2η+ΔΘ分頻，其中AQ為增加的區(qū)間數(shù)， η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。
4.根據權利要求1所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值小于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行2n_UQ+1)分頻，其中AQ為減少的區(qū)間數(shù)，η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。
5.根據權利要求1所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于當反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，并且當前時刻電壓值大于基準電壓時，則對振蕩器輸出時鐘信號的頻率進行2η_ΔΘ分頻，其中AQ為減少的區(qū)間數(shù)， η為振蕩器前一時刻的分頻指數(shù)。
6.根據權利要求1所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于當反饋電壓處于第一個區(qū)間時，振蕩器輸出基頻頻率信號。
7.一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，用以控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；其特征在于，包括開關管開啟控制單元用于以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；并比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；振蕩器用于控制開關管的導通；開關管關斷控制單元用以檢測開關管上的電流，并當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷。
8.根據權利要求7所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，其特征在于所述開關管開啟控制單元包括比較量化模塊用于以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；得到開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；頻率控制模塊用以比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)大于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，則根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)增加；若反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)小于前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)，根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)減少；雙向移位寄存器依據頻率控制模塊輸出的控制信號得到振蕩器的分頻數(shù)。
9.根據權利要求7所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，其特征在于所述開關管關斷控制單元包括第一比較器；開關管上的電流輸入到第一比較器的第二輸入端，一預設電流輸入到第一比較器的第一輸入端，當開關管的電流大于該預設電流時，第一比較器的輸出控制開關管的關斷。
10.根據權利要求9所述的一種開關電源的穩(wěn)壓控制電路，其特征在于所述第一比較器的第一輸入端是正輸入端，開關管的第二輸入端是負輸入端。
全文摘要
一種開關電源的穩(wěn)壓控制方法，通過控制開關電源中開關管的開關頻率，使開關電源輸出穩(wěn)定的電壓；包括A以基準電壓為中心，將基準電壓周圍一定范圍內的電壓從小到大劃分為N個電壓區(qū)間，N為大于等于2的自然數(shù)；判斷開關電源的輸出反饋電壓所在的電壓區(qū)間；B比較反饋電壓的當前時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)與前一時刻電壓值所在的區(qū)間數(shù)的大小，以及得到改變的區(qū)間數(shù)，并根據改變的區(qū)間數(shù)控制振蕩器的分頻數(shù)；C依據振蕩器的輸出頻率控制開關管的導通；D檢測開關管上的電流，當開關管的電流大于一預設電流時，控制開關管關斷；以及開關電源的穩(wěn)壓控制電路。這樣振蕩器輸出的頻率不是連續(xù)的變化，能夠有效的降低開關頻率以及功耗消耗。
文檔編號H02M7/217GK102208875SQ201010139309
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者蘭蘭, 趙一飛 申請人:比亞迪股份有限公司