[實用新型]基于PFM控制的升壓系統響應速度變換電路

有效

• 申請號: 201920056251.X
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN209419485U
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 吳玉強;黃朝剛
• 申請（專利權）人: 泉芯電子技術（深圳）有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/088
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產權代理事務所 44271
• 代理人: 滿群

本實用新型涉及基于PFM控制的升壓系統響應速度變換電路，所述電路輸出端電壓的分壓作為采樣電壓與比較器基準電壓比較；比較器輸出信號與導通時間控制電路的輸出信號作用于PFM模塊，PFM模塊輸出信號和電流過零比較器輸出信號作用于驅動電路控制功率管或整流管的導通或截止；輸出端電壓低于預設電壓時，功率管導通、整流管截止、電感儲能，導通時間控制電路開始計時；到達預設時間后，導通時間控制電路對PFM模塊進行復位來控制驅動電路，功率管截止、整流管導通，電感對輸出端釋放能量。依電流過零比較器輸出信號或驅動電路輸出驅動信號的占空比大小判斷負載為輕載或重載，輕載時降低比較器偏置電流；重載時加大比較器偏置電流。

技術領域

本實用新型涉及電子電路領域，具體涉及一種基于PFM控制的升壓系統響應速度變換電路。

背景技術

隨著片上系統數字處理單元的集成度不斷提高，如將DSP，ARM整合到同一個芯片內，其對電源系統的帶負載能力和效率的要求越來越高。在開發電池供電的便攜式電子設備時，諸如手機，MP4，EBOOK，GPS等低功耗產品，如果電源系統設計不合理，則會影響到整個系統的架構，產品功能組合，軟件的設計和功率分配架構等。便攜式產品在大多數情況下是靠電池供電，電池后端的電源管理有DC/DC和LDO兩種實現方式，各有優缺點。正常工作時，DC/DC模塊能提供給系統穩定的電壓，并且保持自身轉換的高效率，低發熱。LDO有著極低的靜態電流，極低的噪聲，較高的PSRR(電源紋波抑制比)。隨著對電源的轉換效率、輸出電壓紋波、帶載響應速度、體積等要求越來越高，低功耗、高速度的DC/DC的研究成為人們關注的熱點。為了保證電子設備高效、可靠的工作，需要其供電電源具有低待機功耗、高輕載效率和快速的負載瞬態響應速度，同時體積要小。傳統脈沖寬度調制(Pulse WidthModulation，PWM)開關變換器控制技術，如電壓型控制和電流型控制，無法滿足該要求。PFM(Pulse Frequency Modulation，PFM)控制技術是一種脈沖頻率調制控制技術。它使開關變換器的功率開關管在一個有效的時間間隙內導通，通過控制關斷時間實現控制信號占空比的調節，以維持輸出電壓的穩定。與傳統PWM控制技術相比，基于PFM控制的變換器具有輕載效率高、瞬態響應速度快、控制環路簡單等優點，在工業界和學術界得到了廣泛的關注和研究。但是受低待機功耗要求的限制，系統的開關頻率一直提高不上去，一直維持在100kHz～200kHz左右，如果系統工作在這個頻率上，對于一些需要低電壓紋波的系統來說就需要加大電感感量和輸出電容的容值，從而導致系統成本的增加。但是在一些緊湊型、高性能的電子產品中，需要供電電源的體積小、紋波小、瞬態響應速度快，且對整體系統集成度有嚴格的限制，這樣就需要選用體積小的貼片式陶瓷電容和體積小的貼片式電感。然而傳統的解決方法都是維持低待機電流的情況下使用大電感和大電容來維持低的輸出紋波，這樣系統的整體成本會增加而且體積也較大，從而降低市場的競爭力。圖1所示為一種基于PFM控制的升壓變換器系統框圖，其工作原理：輸出電壓VOUT經過反饋電阻R1和R2分壓后得到采樣電壓FB，采樣電壓FB與基準電壓VREF進行比較，比較器的輸出和導通時間控制電路的輸出信號送達PFM，改變PFM的輸出頻率，后經過驅動電路driver分別控制開關管M2及同步整流管M1的導通與關斷，以改變占空比，從而使得PFM升壓轉換器的輸出VOUT達到穩壓的效果。電流過零比較器檢測同步整流管M1的電流是否過零，如果過零則關斷同步整流管M1，防止輸出VOUT通過電感對輸入VIN放電。

由于PFM控制的升壓系統在待機或輕載下需要極低的靜態電流，所以比較器和過零檢測比較器的偏置電流設計的很小，從而造成這兩個比較器的響應速度很慢，限制了系統的工作頻率，從而需要較大的電感和較大的輸出電容。

傳統技術的缺點在于：使用大電感大電容來實現低紋波、低待機電流、強帶載能力，這樣就導致了系統成本的增加，而且系統的體積大也限制了緊湊型場合中的應用，從而降低市場的競爭力。

實用新型內容