專利名稱：Pfm原邊反饋控制器及使用其的pfm原邊反饋轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation, PFM)原邊反饋控制器及使用該P(yáng)FM原邊反饋控制器的PFM原邊反饋轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著電池供電的各種手持式產(chǎn)品(如手機(jī))的蓬勃發(fā)展，低成本且高效率的電池充電器的市場(chǎng)需求也隨之急劇增長(zhǎng)，而反激式電源轉(zhuǎn)換器由于其自身優(yōu)點(diǎn)(如簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu))，成為這種充電器的首選方案。近年來(lái)，各種各樣的PFM原邊反饋轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于此類反激式電源轉(zhuǎn)換器。典型的PFM原邊反饋轉(zhuǎn)換器如圖IA所示，其主要包括全橋整流器107，變壓器 Tl (包括三個(gè)繞組初級(jí)繞組101，次級(jí)繞組102和輔助繞組103)，PFM原邊反饋控制器100， 主開(kāi)關(guān)管105，輔助供電電路108，次級(jí)整流二極管D1，以及輸出電容Cl。在啟動(dòng)初期，電阻 109和電容C2為PFM原邊反饋控制器100提供初始的啟動(dòng)能量。當(dāng)穩(wěn)定后，PFM原邊反饋控制器100則由輔助電路108供電。輸出電壓通過(guò)輔助繞組103反饋回初級(jí)繞組101，并由電阻分壓器R2和R3采樣至PFM原邊反饋控制器100的FB端。電阻RCS用于采樣流過(guò)主開(kāi)關(guān)管105的電流?，F(xiàn)有的PFM原邊反饋控制器100的功能模塊圖如圖IB所示，包含如下模塊電流采樣(current sampling, CS)比較器111，反饋(feed back, FB)誤差放大器112，恒壓 (constant voltage, CV)控制模塊113，PFM控制模塊115。節(jié)點(diǎn)CS處的電壓Ves表示初級(jí)繞組101的電流幅度，其輸入至CS比較器111并與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vcso進(jìn)行比較，當(dāng)電壓Vcs達(dá)到V㈣時(shí)，CS比較器111的輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)并輸出至PFM控制模塊115以關(guān)斷主開(kāi)關(guān)管105。 在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)B誤差放大模塊112采樣節(jié)點(diǎn)FB處的電壓信號(hào)Vfb，并與基準(zhǔn)電壓Vkefci進(jìn)行誤差放大操作，結(jié)果輸出至CV控制模塊113，以設(shè)定主開(kāi)關(guān)管105的關(guān)斷時(shí)間。通過(guò)次級(jí)繞組102與輔助繞組103的匝數(shù)比Nsa，分壓電阻R2與R3，誤差放大器112，CV控制模塊113， PFM控制模塊115以及主開(kāi)關(guān)管105，形成了一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，并將輸出電壓穩(wěn)定為(1)
權(quán)利要求
1.一種PFM原邊反饋控制器，其特征在于，包括CS比較器，所述CS比較器的正相輸入端從主開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接收輸入電壓，所述CS比較器的反相輸入端接收峰值電流參考電壓，所述CS比較器的輸出端基于所述輸入電壓和所述峰值電流參考電壓輸出PFM控制信號(hào)；PFM控制模塊，用于基于所述PFM控制信號(hào)關(guān)斷所述主開(kāi)關(guān)管； FB誤差放大器，在所述主開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，所述FB誤差放大器的第一輸入端接收原邊采樣電壓，所述FB誤差放大器的第二輸入端接收誤差參考電壓，所述FB誤差放大器的輸出端輸出誤差放大信號(hào)；恒壓控制模塊，用于基于所述誤差放大信號(hào)設(shè)定所述主開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間； 基準(zhǔn)電壓生成模塊，用于基于所述原邊采樣電壓，第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓，生成所述峰值電流參考電壓和誤差參考電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓生成模塊包括時(shí)間檢測(cè)單元，用于接收所述原邊采樣電壓以獲得次級(jí)整流二極管的占空比； 峰值電流參考電壓生成單元，用于基于所述次級(jí)整流二極管的占空比和所述第一基準(zhǔn)電壓生成所述峰值電流參考電壓；誤差參考電壓生成單元，用于基于所述峰值電流參考電壓、所述次級(jí)整流二極管的占空比、所述第二基準(zhǔn)電壓生成所述誤差參考電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述峰值電流參考電壓生成單元包括第一開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)，所述第一開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端接收所述第一基準(zhǔn)電壓，所述第一開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端接地；運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的第一輸入端連接所述第一開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端接地；第二開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)，所述第二開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接所述運(yùn)算放大器的第一輸入端，所述第二開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端接地，所述第二開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端；濾波電阻，所述濾波電阻的一端連接所述運(yùn)算放大器的輸出端，另一端輸出所述峰值電流參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)包括第一濾波電容，第一時(shí)鐘開(kāi)關(guān)、第二時(shí)鐘開(kāi)關(guān)、第三時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和第四時(shí)鐘開(kāi)關(guān)，其中所述第一濾波電容的第一端經(jīng)所述第一時(shí)鐘開(kāi)關(guān)接收所述第一基準(zhǔn)電壓且所述第一濾波電容的第一端經(jīng)所述第四時(shí)鐘開(kāi)關(guān)接地，所述第一濾波電容的第二端經(jīng)所述第二時(shí)鐘開(kāi)關(guān)連接到所述運(yùn)算放大器的第一輸入端且所述第一濾波電容的第二端經(jīng)所述第三時(shí)鐘開(kāi)關(guān)接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述第二開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)包括第二濾波電容，第三濾波電容、第五時(shí)鐘開(kāi)關(guān)、第六時(shí)鐘開(kāi)關(guān)、第七時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和第八時(shí)鐘開(kāi)關(guān)，其中所述第三濾波電容連接到所述運(yùn)算放大器的第一輸入端和所述運(yùn)算放大器的輸出端之間，所述第二濾波電容的第一端經(jīng)第五時(shí)鐘開(kāi)關(guān)連接到所述運(yùn)算放大器的第一輸入端且所述第二濾波電容的第一端經(jīng)第六時(shí)鐘開(kāi)關(guān)接地，所述第二濾波電容的第二端經(jīng)第七時(shí)鐘開(kāi)關(guān)連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端且所述第二濾波電容的第二端經(jīng)第八時(shí)鐘開(kāi)關(guān)接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述第一時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和所述第三時(shí)鐘開(kāi)關(guān)由第一時(shí)鐘控制，所述第二時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和所述第四時(shí)鐘開(kāi)關(guān)由第二時(shí)鐘控制， 所述第五時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和所述第七時(shí)鐘開(kāi)關(guān)由第三時(shí)鐘控制，所述第六時(shí)鐘開(kāi)關(guān)和所述第八時(shí)鐘開(kāi)關(guān)由第四時(shí)鐘控制，其中所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘為非交疊反相時(shí)鐘，所述第三時(shí)鐘和所述第四時(shí)鐘為非交疊反相時(shí)鐘，所述第三時(shí)鐘和所述第四時(shí)鐘基于所述次級(jí)整流二極管的占空比生成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述誤差參考電壓生成單元包括第一乘法器，用于基于所述峰值電流參考電壓、所述次級(jí)整流二極管的占空比生成補(bǔ)償電壓；第二乘法器，用于基于所述補(bǔ)償電壓和線損補(bǔ)償因子生成線損補(bǔ)償電壓；加法器，用于基于所述線損補(bǔ)償電壓和所述第二基準(zhǔn)電壓，生成所述誤差參考電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述峰值電流參考電壓生成單元包括函數(shù)生成器，用于基于所述次級(jí)整流二極管的占空比和所述第一基準(zhǔn)電壓按照設(shè)定函數(shù)關(guān)系生成所述峰值電流參考電流，其中，所述設(shè)定函數(shù)關(guān)系為其中所述函數(shù)關(guān)系fun(D)使得所述主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率與輸出負(fù)載電流滿足如下關(guān)系
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述誤差參考電壓生成單元包括減法器，用于基于所述峰值電流參考電壓和第一基準(zhǔn)電壓生成所述線損補(bǔ)償電壓； 加法器，用于基于所述線損補(bǔ)償電壓和所述第二基準(zhǔn)電壓，生成所述誤差參考電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PFM原邊反饋控制器，其特征在于，所述線損補(bǔ)償電壓滿足
11.一種PFM原邊反饋轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的PFM原邊反饋控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PFM原邊反饋控制器及使用該P(yáng)FM原邊反饋控制器的PFM原邊反饋轉(zhuǎn)換器。該P(yáng)FM原邊反饋控制器包括CS比較器，PFM控制模塊，F(xiàn)B誤差放大器，恒壓控制模塊。所述PFM原邊反饋控制器還包括基準(zhǔn)電壓生成模塊。該基準(zhǔn)電壓生成模塊基于原邊采樣電壓，第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓，生成所述峰值電流參考電壓和誤差參考電壓以供上述CS比較器和FB誤差放大器使用。實(shí)施本發(fā)明，通過(guò)使得峰值電流參考電壓與原邊采樣電壓相關(guān)，進(jìn)而與輸出電流相關(guān)，從而有效降低輕載及空載時(shí)的峰值電流參考電壓，減少甚至消除空載的噪聲，并且提高空載時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率，并改進(jìn)其瞬態(tài)響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102545636SQ20121003101
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者谷文浩, 黃裕泉 申請(qǐng)人:輝芒微電子(深圳)有限公司