[發明專利]開關電源控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201010562367.4
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102480228A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 劉永根;熊江;肖麗榮
• 申請（專利權）人: 炬力集成電路設計有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 上海明成云知識產權代理有限公司 31232
• 代理人: 成春榮;竺云

技術領域

本發明涉及開關電源技術，特別涉及開關電源技術中的瞬態響應。

背景技術

由于便攜式消費電子產品的日益普及，使得便攜式電子設備的開關電源技術得到快速發展。開關電源通常有脈沖寬度調制(Pulse?Width?Modulation，簡稱“PWM”)和脈沖頻率調制(Pulse?Frequency?Modulation，簡稱“PFM”)兩種工作模式。

在PWM工作模式下，開關電源轉換器工作在恒定的開關頻率下，PWM控制電路根據負載的情況逐漸調節功率開關的導通時間。通常在PWM模式下，開關電源具有較強的負載能力。在重負載條件下可以獲得較高的效率，而在輕負載條件下，恒定的開關損耗使得效率下降。

在PFM工作模式下，開關電源轉換器的工作頻率隨負載大小而改變。當負載較輕時，工作頻率下降，因此開關損耗下降，從而使得開關電源在輕負載下得到較高的效率。

也就是說，根據負載電流情況在PWM工作模式和PFM工作模式之間切換可提高開關電源的效率。圖1為具有PFM和PWM兩種工作模式并根據負載電流情況在兩種模式間自動切換的開關電源電路框圖，包含：參考電壓和參考電流產生電路10，用于產生參考電壓信號和參考電流信號；PWM控制電路20，根據接收到的模式切換信號，輸出PWM控制邏輯信號給功率開關驅動電路50，并從功率開關及輸出電路60取得電壓反饋信號及電流反饋信號，與接收到的參考電壓信號或參考電流信號進行比較，決定是否輸出表示切換到PFM的模式切換信號；PFM控制電路30，根據接收到的模式切換信號，輸出PFM控制邏輯信號給功率開關驅動電路50，并從功率開關及輸出電路60取得電壓反饋信號及電流反饋信號，與接收到的參考電壓信號或參考電流信號進行比較，決定是否輸出表示切換到PWM的模式切換信號；功率開關驅動電路50，接收控制邏輯信號并輸出驅動信號；功率開關及輸出電路60，接收所述驅動信號，依據驅動信號而導通與關斷。

然而，本發明的發明人發現，如果負載電流并不是緩慢增大的，則有可能出現從輕負載瞬間變到重負載的情況，突變過程甚至可能在幾個微秒之內完成，這樣就會造成從PFM向PWM模式切換過程中出現輸出電壓瞬間跌落，即通常所說的負載瞬態響應較差，影響電子設備正常工作。產生該問題的主要原因在于，當負載從較輕的幾個毫安瞬間增大到較重的幾百個毫安時，開關電源從PFM向PWM切換，然而切換到PWM模式后，控制功率開關的脈沖寬度是逐漸增加的(即PWM控制電路向功率開關驅動電路輸出的PWM控制邏輯信號的導通占空比是逐漸增大的)，因此在功率開關電流未達到負載電流時，輸出電壓會瞬間下降直到開關的脈沖寬度滿足負載要求。當負載電流從1個毫安到100毫安瞬間變化時，輸出電壓電流波形、模式變化信號以及功率開關占空比信號如圖2所示。類似地，從PWM較低占空比模式瞬間增大負載電流，因而需要轉換到PWM較高占空比模式時，同樣會造成的輸出電壓跌落問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種開關電源控制系統及其方法，改善負載的瞬態響應，避免影響電子設備的正常工作。

為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種開關電源控制系統，包括參考信號產生電路、功率開關驅動電路、功率開關及輸出電路、PFM控制電路、PWM控制電路，該系統還包含：

預設占空比調節電路，用于根據所述PWM控制電路或所述PFM控制電路的模式切換信號，向所述功率開關驅動電路輸出控制邏輯信號，并將所述功率開關及輸出電路的電壓反饋信號及電流反饋信號，與所述參考信號產生電路的參考電壓信號或參考電流信號進行比較，決定是否向所述PWM控制電路輸出模式切換信號或向所述功率開關驅動電路輸出控制邏輯信號。

本發明的實施方式還提供了一種開關電源控制方法，包含以下步驟：

如果預設占空比調節電路接收到來自PWM控制電路或PFM控制電路的模式切換信號，則向功率開關驅動電路輸出控制邏輯信號；

所述預設占空比調節電路接收來自功率開關及輸出電路的電壓反饋信號及電流反饋信號，并將接收到的電壓反饋信號及電流反饋信號，與從參考信號產生電路取得的參考電壓信號或參考電流信號進行比較；

所述預設占空比調節電路根據所述比較的結果，決定是否向所述PWM控制電路輸出模式切換信號或保持向所述功率開關驅動電路輸出控制邏輯信號。

本發明實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在于：