[發(fā)明專利]適用于開關(guān)電源的PWM/PFM無縫切換控制器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110404835.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN113131737B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程銘;金碩巍;閆愛云;劉治良;楊東升;王愛俠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/00
• 分類號(hào): H02M3/00;H02M1/00;H02M1/08
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發(fā)明提供一種適用于開關(guān)電源的PWM/PFM無縫切換控制器及其控制方法，涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述切換控制器包括PFM控制器，用于產(chǎn)生PFM控制信號(hào)；PWM控制器，用于產(chǎn)生PWM控制信號(hào)；PWM預(yù)置電路，用于檢測(cè)PWM運(yùn)行過程中的中間信號(hào)，產(chǎn)生模式選擇信號(hào)；PWMPFM模式控制器，用于根據(jù)負(fù)載大小判定系統(tǒng)需要的工作模式；數(shù)據(jù)選擇器，用于依據(jù)模式選擇信號(hào)輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。本發(fā)明提出了利用PWM啟動(dòng)過程中的中間信號(hào)結(jié)合負(fù)載點(diǎn)電流大小產(chǎn)生模式選擇信號(hào)，使得系統(tǒng)在電流到達(dá)切換點(diǎn)時(shí)，不是立即切換，而是等待PWM啟動(dòng)至某一閾值，再進(jìn)行PFM與PWM的切換，從而實(shí)現(xiàn)兩種模式的無縫轉(zhuǎn)換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于開關(guān)電源的PWM/PFM無縫切換控制器及其控制方法。

背景技術(shù)

在DC-DC開關(guān)電源中，脈沖寬度調(diào)制(PWM)與脈沖頻率調(diào)制(PFM)是兩種常用的調(diào)制模式，PWM固定開關(guān)頻率，通過調(diào)整占空比來控制DC-DC系統(tǒng)中功率管的開啟時(shí)間，進(jìn)而調(diào)整輸出電壓，PFM固定開關(guān)時(shí)間，通過調(diào)整關(guān)斷時(shí)間來控制功率管的開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。

PWM與PFM調(diào)制模式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在輕載時(shí)，PFM由于開關(guān)頻率可變，其轉(zhuǎn)換效率更高，但其輸出紋波與響應(yīng)速度等其他系統(tǒng)性能在全負(fù)載范圍內(nèi)皆弱于PWM，PWM在重載時(shí)表現(xiàn)優(yōu)良，但在輕載時(shí)，由于其較高的開關(guān)頻率，導(dǎo)致開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗占據(jù)了較大的比重，其在輕載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率極低，限制了PWM控制的DC-DC開關(guān)電源在輕負(fù)載范圍內(nèi)的應(yīng)用。

為解決PWM控制模式在輕載時(shí)轉(zhuǎn)換效率極低的問題，采用PWM與PFM結(jié)合的雙模控制DC-DC系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在雙模控制的開關(guān)電源中，輕載時(shí)系統(tǒng)由PFM控制，重載時(shí)系統(tǒng)由PWM控制，充分發(fā)揮了兩種控制模式的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在全負(fù)載范圍內(nèi)的高轉(zhuǎn)換效率。為實(shí)現(xiàn)PWM與PFM的結(jié)合，PWM/PFM切換控制器必不可少，但現(xiàn)有的PWM/PFM切換控制器利用單一多選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在PFM切換至PWM時(shí)由于目標(biāo)調(diào)制模式需要穩(wěn)定時(shí)間，導(dǎo)致系統(tǒng)存在控制信號(hào)紊亂的現(xiàn)象，因此切換期間輸出電壓存在較大的波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適用于開關(guān)電源的PWM/PFM無縫切換控制器及其控制方法，依據(jù)PWM信號(hào)啟動(dòng)過程中的誤差信號(hào)V_c和負(fù)載電流大小輸出相應(yīng)的模式選擇信號(hào)，不再依據(jù)負(fù)載電流大小作為唯一判據(jù)，使得系統(tǒng)由PFM切換至PWM時(shí)，PWM電路已經(jīng)啟動(dòng)至設(shè)定閾值，避免了控制信號(hào)紊亂，實(shí)現(xiàn)PWM與PFM的無縫切換。

本發(fā)明的技術(shù)方案為，

一方面，一種適用于開關(guān)電源的PWM/PFM無縫切換控制器，包括PWM控制器，PFM控制器，PWM預(yù)置電路，PWMPFM模式控制器，數(shù)據(jù)選擇器；

所述PFM控制器的輸出端口與所述數(shù)據(jù)選擇器的0輸入通道相接，所述PWM控制器的PWM信號(hào)輸出端口與所述數(shù)據(jù)選擇器的1輸入通道相接，PWM控制器的誤差信號(hào)輸出端口與PWM預(yù)置電路的第一輸入端口相接，PWMPFM模式控制器的輸出端口與PWM預(yù)置電路的第二輸入端口相接，PWM預(yù)置電路的輸出端口與數(shù)據(jù)選擇器的控制輸入端口相接，數(shù)據(jù)選擇器的輸出端口即為PWM/PFM無縫切換控制器的輸出端口；

所述PWM預(yù)置電路包括第一反相器，第二反相器，帶復(fù)位端D觸發(fā)器，與門,電源；PWM控制器輸出的誤差信號(hào)V_c輸入第一反相器的輸入端，第一反向器的輸出端與第二反相器的輸入端相連，第二反相器的輸出端與D觸發(fā)器的時(shí)鐘端Clk相連，D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)D端與電源VDD相連，D觸發(fā)器的復(fù)位端R與PWMPFM模式控制器輸出端口相連，D觸發(fā)器的輸出端Q和與門的第一輸入相連，與門的第二輸入與PWMPFM模式控制器輸出端口相連，與門的輸出為PWM預(yù)置電路的輸出信號(hào)，即模式選擇信號(hào)；