[發(fā)明專利]一種開關電源電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210243125.8
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102810984A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設計）人: 方健;陶垠波;吳杰;潘福躍;楊毓俊;唐莉芳;黎俐;臧凱旋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發(fā)明屬于電源技術領域，具體涉及一種開關電源電路的設計。

背景技術

開關電源具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛應用于以電子計算機為主的各種終端設備和通訊設備中。

常見的開關電源工作方式有三種：PWM（Pulse?Width?Modulation）模式，PFM（Pulse?Frequency?Modulation）模式和PWM/PFM混合模式。PWM模式具有噪聲低、滿負載時效率高且能工作在連續(xù)導電模式，但是由于頻率固定其控制電路的開關損耗一般較大，在輕載時效率降低。PFM模式隨著負載變輕其頻率減小，因而效率提高；且沒有第一放大器的影響，其響應速度快，但是輸出紋波大；而PWM/PFM混合模式兼有兩種控制模式的特點，在重載時采用PWM模式，在輕載時采用PFM模式。但是在混合模式下當負載突然變化導致兩種模式切換時會產生較大紋波。

對于現(xiàn)存應用于輕載情況下的開關電源技術如下：

第一種PWM控制方式的同步整流開關電源電路的方案如圖1所示，具體采用輸出級做分隔來解決：重載時，采用大部分甚至全部的輸出級，以提高輸出電流能力和減小導通電阻；輕載時，采用較少的輸出驅動級，以較小開關管的開關損耗。但是這種輸出級分隔的方案，由于使用的輸出級面積大，增加了芯片的成本。

第二種PFM控制方式的開關電源電路的方案如圖2所示，在此模式下隨著負載變輕其頻率減小，響應速度快，但是輸出紋波大，且輕載時驅動開關管的電壓沒有變化，限制了功耗的進一步減小。

第三種PFM/PWM控制方式的開關電源電路的方案如圖3所示，重載時采用PWM控制方式，來提供穩(wěn)定高效的輸出；輕載時，采用PFM控制方式來減小功耗。但是這種方案同樣存在驅動開關管的電壓沒有變化，限制了功耗的進一步減小；同時當負載突然變化導致模式切換時會產生較大的紋波。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的開關電源電路在輕載情況下存在的上述問題，提出了一種開關電源電路。

本發(fā)明的技術方案是：一種開關電源電路，具體包括：開關管，第一分壓電阻、第二分壓電阻，電感元件，續(xù)流二極管，負載單元，負載電流檢測單元，比較器，D鎖存器，模數(shù)轉換器，數(shù)模轉換器，PWM工作模式柵驅動電壓產生單元，第一放大器，PWM比較器，PFM控制單元，第一二選一選擇器、第二二選一選擇器，數(shù)字邏輯單元，柵驅動單元，其中，

第一分壓電阻的一端接電感元件的第一端并作為所述開關電源電路的輸出端，第一分壓電阻的另一端接第一放大器的負向端和PFM控制單元的輸入端并通過第二分壓電阻接地，第一放大器正向端接外部的第一基準電壓，第一放大器的輸出端接PWM比較器的正向端，PWM比較器的負向端接外部的鋸齒波，PWM比較器的輸出端接第一二選一選擇器的第一輸入端；PFM控制單元的輸出端接第一二選一選擇器的第二輸入端；

所述的負載電流檢測單元的輸入端通過負載單元與所述開關電源電路的輸出端相連，負載電流檢測單元的輸出端接比較器的正向輸入端和模數(shù)轉換器的輸入端；比較器的負向端接外部的第二基準電壓，比較器的輸出端接D鎖存器輸入端，D鎖存器輸出端接第一二選一選擇器的控制端和第二二選一選擇器的控制端；模數(shù)轉換器輸出端接數(shù)模轉換器的輸入端，DAC數(shù)模轉換器輸出端接第二選一選擇器的第一輸入端，PWM工作模式柵驅動電壓產生單元的輸出端接第二二選一選擇器的第二輸入端，第一二選一選擇器輸出接數(shù)字邏輯單元輸入，數(shù)字邏輯單元的輸出和第二二選一選擇器的輸出作為柵驅動單元的輸入，柵驅動單元的輸出接開關管柵極，開關管的源極接電感元件的第二端，漏極接外部電源電壓，續(xù)流二極管的負極接開關管源極，續(xù)流二極管正極接地。

本發(fā)明的有益效果：針對低功耗開關電源變化器，提出了一種低功耗混合PWM/PFM開關電源電路，可以根據(jù)負載的輕重來自動調節(jié)控制方式，具體為：重載時選用PWM控制方式，輕載時選用PFM控制方式。當其為PFM控制方式時，還可以根據(jù)負載輕重調整驅動開關管的電壓，進一步減小輕載時的功耗，提高能量傳輸?shù)男剩@特別適用于電源長期工作于待機或輕載的情況，同時輕載情況下，可以采用減小開關管柵驅動電壓和開關占空比來同時減小功耗，較之背景技術中的PFM/PWM混合控制方式，減小了單獨依靠開關管占空比來調整輸出功率，這可以使其占空比變化范圍減小，進而也就減緩了負載突變和模式切換時輸出紋波大的缺點，同時較之采用輸出級分隔技術的PWM控制方式，芯片面積較小。

附圖說明