一種應用於開關式穩壓器的PWM和PFM的自動切換電路的製作方法

2023-11-11 20:10:07 1

本發明涉及一種pwm和pfm的切換電路，特別涉及一種應用於開關式穩壓器的pwm和pfm的自動切換電路。

背景技術：

現有技術在開關式穩壓器設計時，pwm和pfm自動切換功能通過獨立設計的pwm和pfm控制模塊，產生一個模擬狀態的pwm/pfm臨界切換點，通過判斷系統工作狀態和切換點的關係，來實現pwm/pfm自動切換。因為穩壓器開關信號不可避免的抖動和幹擾，pwm/pfm臨界切換點必然呈現小範圍內的離散和失配狀態，因為判斷點的不確定性，導致輸出電壓紋波隨負載和輸入輸出電壓的變化存在突變範圍，測試中表現為多個周期導通的一簇簇的紋波，導致輸出電壓紋波幅度增大，輕載效率也被降低，不能達到理想的pwm和pfm平滑過渡。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是提供一種實現pwm和pfm平滑過渡的一種應用於開關式穩壓器的pwm和pfm的自動切換電路。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種應用於開關式穩壓器的pwm和pfm的自動切換電路，包括pfm判斷模塊、最小導通時間控制模塊、第一或非門電路、第二或非門電路、第三或非門電路、第四或非門電路、第五或非門電路、第六反相器、第七與門電路，所述第一或非門電路、第二或非門電路、第三或非門電路、第四或非門電路、第五或非門電路均為二輸入或非門；

所述第一或非門電路的一個輸入端連接最小導通時間控制模塊的輸出端，第二或非門電路的另一個輸入端用以連接外部pwm信號；

所述pfm判斷模塊的第一輸入端與第一或非門電路的輸出端連接，pfm判斷模塊的第二輸入端與第六反相器的輸入端連接；

第二或非門電路的輸入端分別連接pfm判斷模塊的輸出端和第六反相器的輸入端；

第三或非門電路的輸入端分別連接第二或非門電路的輸出端和第一或非門電路的輸出端；

第四或非門電路的輸入端分別連接第三或非門電路的輸出端和第五或非門電路的輸出端；

第五或非門電路的輸入端分別連接第四或非門電路的輸出端和第七與門電路的輸出端；

第六反相器的輸入端用以連接外部的開關穩壓振蕩器信號；

第七與門電路的輸入端分別連接第一或非門電路的輸出端和第六反相器的輸出端；

所述pfm判斷模塊功能如下：當第一輸入端電平為邏輯0時，輸出端電平為邏輯1，當第一輸入端電平為邏輯1時，第二輸入端接收到開關穩壓振蕩器信號處在上升沿時，輸出端電平為邏輯0；

所述最小導通時間控制模塊功能如下：當輸入端電平為邏輯0時，輸出端信號電平為邏輯0，當輸入端電平為邏輯1時，輸出端電平為邏輯1，且經過一個固定延遲時間後電平翻轉為邏輯0。

進一步的是：所述最小導通時間控制模塊包括第八反相器、第九反相器、電阻、電容、第十或非門，所述第八反相器的輸入端與第五反相器的輸出端連接，第九反相器的輸入端與第八反相器的輸出端連接，第九反相器的輸出端與電阻的一端連接，所述第十或非門的輸入端分別與電阻的另一端和第八反相器的輸出端連接，所述第十或非門的輸出端與第一或非門的輸入端連接，所述電容的正極與電阻的另一端連接，電容的負極與地級連接。

本發明的有益效果是：本發明將傳統的pwm信號經過數字邏輯運算產生pfm信號，避免了pwm模塊參數和pfm模塊參數在設計上的匹配性問題，從根本上解決了pwm和pfm自動切換帶來的突變點，實現pwm和pfm平滑過渡。

附圖說明

圖1為pwm/pfm自動切換原理圖。

圖2為最小導通時間控制模塊原理圖。

圖3為pwm和pfm工作時序說明圖。

圖中標記為：pfm判斷模塊1、最小導通時間控制模塊2、第一或非門電路3、第二或非門電路4、第三或非門電路5、第四或非門電路6、第五或非門電路7、第六反相器8、第七與門電路9、第八反相器10、第九反相器11、電阻12、電容13、第十或非門14。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

如圖1至圖3所示的一種應用於開關式穩壓器的pwm和pfm的自動切換電路，包括pfm判斷模塊1、最小導通時間控制模塊2、第一或非門電路3、第二或非門電路4、第三或非門電路5、第四或非門電路6、第五或非門電路7、第六反相器8、第七與門電路9，所述第一或非門電路3、第二或非門電路4、第三或非門電路5、第四或非門電路6、第五或非門電路7均為二輸入或非門；

所述第一或非門電路3的一個輸入端連接最小導通時間控制模塊2的輸出端，第二或非門電路4的另一個輸入端用以連接外部pwm信號；

所述pfm判斷模塊1的第一輸入端與第一或非門電路3的輸出端連接，pfm判斷模塊1的第二輸入端與第六反相器8的輸入端連接；

第二或非門電路4的輸入端分別連接pfm判斷模塊1的輸出端和第六反相器8的輸入端；

第三或非門電路5的輸入端分別連接第二或非門電路4的輸出端和第一或非門電路3的輸出端；

第四或非門電路6的輸入端分別連接第三或非門電路5的輸出端和第五或非門電路7的輸出端；

第五或非門電路7的輸入端分別連接第四或非門電路6的輸出端和第七與門電路9的輸出端；

第六反相器8的輸入端用以連接外部的開關穩壓振蕩器信號；

第七與門電路9的輸入端分別連接第一或非門電路3的輸出端和第六反相器8的輸出端；

所述pfm判斷模塊1功能如下：當第一輸入端電平為邏輯0時，輸出端電平為邏輯1，當第一輸入端電平為邏輯1時，第二輸入端接收到開關穩壓振蕩器信號處在上升沿時，輸出端電平為邏輯0，所述pfm判斷模塊1為普通觸發電路；

所述最小導通時間控制模塊2功能如下：當輸入端電平為邏輯0時，輸出端信號電平為邏輯0，當輸入端電平為邏輯1時，輸出端電平為邏輯1，且經過一個固定延遲時間後電平翻轉為邏輯0。

上述電路中的各門電路可通過傳統電路搭建而成也可使用cpld等數字邏輯編輯器進行搭建，上述兩種方法均為搭建邏輯電路的常用方法，此處便不再贅述。

為了方便描述，設第一或非門電路3的輸出端為第二節點，pfm判斷模塊1的輸出端為第三節點，第二或非門電路4的輸出端為第四節點，第三或非門輸出端為第五節點，第四或非門輸出端為第六節點，第五或非門輸出端為第七節點、最小導通時間控制模塊2的輸出端為第一節點。

在工作時，本pwm和pfm切換電路的外部構架和本領域中pwm和pfm切換電路中的外部構架相同，第二或非門電路4的另一個輸入端用以連接外部開關式穩壓器的標準pwm信號，pwm信號由外部反饋電壓控制，pwm上升沿時可觸發第七節點翻轉為邏輯0，第三節點連接外部標準pfm控制模塊，該pfm控制模塊對電路其餘模塊的控制行為與普通pfm完全一致，第七節點連接外部主功率管，第六反相器8連接外部osc信號，即開關穩壓器振蕩器信號，osc信號的上升沿觸發功率管開啟，當第七節點輸出邏輯1時，驅動主功率管開啟，當第七節點輸出邏輯0時，主功率管關閉，當第三節點輸出邏輯1時，表示pfm控制模塊處在工作狀態中，當第三節點輸出邏輯0時，表示pfm控制模塊處在待機狀態中，ocs信號置為邏輯0，且本電路中，pwm信號不受pfm信號控制。

配合圖3的工作時序圖，圖1所示的pwm/pfm切換原理如下所述：

當pwm為邏輯1時，第二節點信號為邏輯0，第三節點信號為邏輯1，第四節點信號為邏輯0，第五節點信號為邏輯0，第六節點和第七節點信號均為邏輯1，使得功率管開啟，在最小導通時間控制模塊2的作用下，開啟時間為ton_min，在pwm上升沿觸發第七節點翻轉為邏輯0，主功率管關閉，pfm信號維持邏輯1，直到下個周期osc上升沿來臨時才再次檢測。

當pwm為邏輯0時，第二節點信號為邏輯1，第三節點信號為邏輯0，pfm控制模塊處在待機狀態，第四節點為1，第五節點為0，第六節點為1，第七節點為0，主功率處於關閉狀態，主功率管關閉後，系統上切斷了輸入功率到輸出功率的傳遞路徑，隨著負載的持續消耗，穩壓器的輸出電壓將不斷降低，輸出反饋電壓持續下降，迫使pwm信號翻轉為邏輯1，第二節點信號復位為邏輯0，第三節點信號被置為邏輯1，第七節點翻轉為邏輯1，主功率管開啟，此後的系統邏輯可以根據附圖1所示重複推演,本電路即為在輕載狀態下按照最小導通時間ton_min工作的pfm，隨著負載加重，導通時間維持ton_min不變，而工作頻率逐漸提高並最終等於pwm固定頻率，之後隨著負載進一步加重，導通時間將逐漸增大，進入pwm模式，整個過渡區間系統均工作於單周期模式，達到理想的pwm/pfm切換。

本發明將傳統的pwm信號經過數字邏輯運算產生pfm信號，避免了pwm模塊參數和pfm模塊參數在設計上的匹配性問題，從根本上解決了pwm和pfm自動切換帶來的突變點，實現pwm和pfm平滑過渡。

在上述基礎上，所述最小導通時間控制模塊2包括第八反相器10、第九反相器11、電阻12、電容13、第十或非門14，所述第八反相器10的輸入端與第五反相器的輸出端連接，第九反相器11的輸入端與第八反相器10的輸出端連接，第九反相器11的輸出端與電阻12的一端連接，所述第十或非門14的輸入端分別與電阻12的另一端和第八反相器10的輸出端連接，所述第十或非門14的輸出端與第一或非門的輸入端連接，所述電容13的正極與電阻12的另一端連接，電容13的負極與地級連接，根據電阻12和電容13的值決定ton_min的具體脈寬，即電容的充電時間即為ton_min的具體脈寬。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。