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CN106169869A - 一种伪pwm控制电路 - Google Patents

一种伪pwm控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明电源管理技术领域，涉及一种伪PWM控制电路。本发明包括误差放大器、电感电流采样电路、具有失调电压的PWM比较器和数字逻辑控制电路，电感电流采样电路是将电感电流转换为电压，数字逻辑控制模块将PWM比较器的输出电压与时钟信号转换为开关管的控制信号。本发明的有益效果为，在不增加任何额外的模块和系统复杂度的情况下，实现了重载下的PWM控制方式及轻载下的PSM控制方式，提升系统整体转换效率。

Description

一种伪PWM控制电路
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，涉及一种伪PWM控制电路。
背景技术
电源管理芯片中开关电源是高效节能电源。DC-DC变换器基于开关动作，通过周期性调制开关管的开启和关断时间，实现输出电压的调节。开关管控制脉冲的调制方式有PWM、PFM、PSM等。PWM控制方式具有环路结构简单、大负载电流下转换效率高、输出纹波小等优点，而被广泛应用。PFM控制方式可以根据负载情况改变工作频率，重载时转换效率与PWM控制方式相当，轻载下效率要比PWM控制方式要大，但是PFM控制方式下输出电压纹波比较大。此外，随着负载的改变，PFM控制方式的频谱会发生改变，谐波峰值能量比PWM控制方式小，但是杂散的能量分布增加了变换器EMI设计的难度，需要扩大滤波电路的工作频率范围，不仅增加了滤波电路的设计难度，而且需要更大的体积实现滤波电路。PSM控制方式的输出电压纹波比PWM控制方式大。相对于PFM，PSM的频谱更加集中，具有更加优越的电磁兼容性能。相对于PWM，PSM调制模式同样存在PFM中的边频效应，但是PSM调制最大的优点是轻载时效率高。DC-DC变换器采用单一的调制方式总会有一定的缺陷，因此目前被广泛采用的策略是根据负载的不同，在多种控制模式间进行切换。但这种方法往往需要额外增加如负载检测、模式判断等多个辅助模块及复杂的系统控制算法，并且存在多模式切换的次稳态问题。
发明内容
本发明所要解决的，就是针对上述现有单一调制方式及混合模式带来的缺陷问题，提出了一种伪PWM控制电路。
本发明的技术方案是：一种伪PWM控制电路，包括误差放大器、电感电流采样电路、具有失调电压的PWM比较器和数字逻辑控制电路；所述数字逻辑控制电路由反相器、第一与非门、第二与非门、第三与非门和或非门构成；误差放大器的正输入端接基准电压，负输入端接反馈电压，输出端接具有失调电压的PWM比较器的负输入端；具有失调电压的PWM比较器的正输入端接电感电流采样电路的输出端，具有失调电压的PWM比较器的输出端接反相器的输入端；第一与非门的一个输入端接反相器的输出端，第一与非门的另一个输入端接外部时钟信号；第二与非门的一个输入端接反相器的输出端，第二与非门的另一个输入端接第三与非门的输出端；第三与非门的一个输入端接第一与非门的输出端，第三与非门的另一个输入端接第二与非门的输出端；或非门的一个输入端接第二与非门的输出端，或非门的另一个输入端接外部时钟信号，或非门的输出端为伪PWM控制电路的输出端。
上述方案中，误差放大器的作用是将DC-DC变换器的输出电压与基准电压相比较；电感电流采样电路是将电感电流转换为电压；PWM比较器是将电感电流采样电压加失调电压与误差放大器的输出电压相比较，数字逻辑控制部分是为了将PWM比较器的输出电压与时钟信号转化为开关管的控制信号。
本发明的有益效果为，在不增加任何额外的模块和系统复杂度的情况下，实现了重载下的PWM控制方式及轻载下的PSM控制方式，提升系统整体转换效率。
附图说明
图1本发明提出的伪PWM控制方式架构图；
图2本发明提出的伪PWM控制方式重载下的时序图；
图3本发明提出的伪PWM控制方式轻载下的时序图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
本发明提出的一种伪PWM控制方式架构图如图1所示，由4部分组成，误差放大器，电感电流采样电路，具有失调电压的PWM比较器，数字逻辑控制部分。如在图1中所标识，误差放大器，PWM比较器都是传统的模拟电路单元模块，电感电流采样电路是将电感电流转换为电压，数字逻辑控制模块将PWM比较器的输出电压与时钟信号转换为开关管的控制信号。下面结合具体实例进行详细分析该发明。
数字逻辑控制部分和带有失调电压的PWM比较器是本设计的关键：电感电流采样电压CS作为PWM比较器的正向输入，误差放大器的输出EA_OUT作为PWM比较器的反向输入，PWM比较器的输出作为数字逻辑控制部分反相器INV的输入端，反相器INV的输出和时钟信号作为第一与非门NAND1的两个输入端，同时反相器INV的输出和第三与非门NAND3的输出接第二与非门NAND2的输入，第一与非门NAND1的输出和第二与非门NAND2的输出作为第三与非门NAND3的输入，第三与非门NAND3的输出和时钟信号作为或非门NOR的输入，或非门NOR的输出作为开关管的控制信号。
当时钟下降沿到来之前，误差放大器的输出端EA_OUT大于电感电流采样电压加失调电压时，PWM比较器的输出信号PWM_OUT低电平，则数字逻辑控制部分的A端为高，B端为低，经与非门后C端为低电平，C端和时钟(此时为高电平)经或非门后输出为低电平；当时钟下降沿到来时，数字逻辑控制部分的B端变为高电平，C端仍然保持为低电平状态，C端与时钟(此时为低电平)经或非门后输出为高电平，开关管打开。当时钟下降沿到来之前，误差放大器的输出端EA_OUT小于电感电流采样电压加失调电压时，PWM比较器的输出信号PWM_OUT为高电平，数字逻辑控制部分的A端为低电平，B端为高电平，则C端为高电平，C端和时钟信号经或非门后PWM_Control信号为低电平，当时钟下降沿到来时，数字逻辑控制部分C端保持高电平状态，或非门的输出PWM_Control信号维持低电平。所以PWM比较器输出在时钟沿到来之前为高电平时，该周期内开关管控制信号PWM_Control保持低电平，开关管不打开，开关管控制脉冲跳过该周期。由此实现了轻载时PSM调制。
当在重载的工作情况下，系统的反馈电压比较小，误差放大器的输出电压升高，EA_OUT的电压要大于PWM比较器的失调电压，使得每次在时钟下降沿到来前，PWM比较器的输出电压PWM_Control为低电平，开关管在该周期内正常开关。系统输出电压变化时，EA_OUT电压也随之改变(仍然大于PWM比较器的失调电压)，则开关管脉冲宽度也随之改变，于是在重载下实现了PWM调制模式。当在轻载的工作情况下，系统的反馈电压比较大，误差放大器的输出电压比较小，当时钟下降沿到来，EA_OUT电压小于PWM比较器的失调电压时，PWM比较器的输出端电压PWM_OUT信号为高电平，则数字逻辑控制部分的输出端PWM_Control信号在该周期内保持低电平状态，开关管在该周期内关闭，直到系统的输出电压降低到EA_OUT大于PWM比较器的失调电压，在时钟下降沿到来时，PWM_Control信号变为高电平，开关管正常打开，由此在轻载时实现了PSM调制。
图2为重载下PWM调制模式的波形图，输出电压相对比较小，反馈电压也比较小，误差放大器的输出端EA_OUT比较大。所以在时钟下降沿到来之前，开关管还未开启，PWM比较器正向输入端电压小于反向输入端的电压，PWM比较器输出端PWM_OUT为低电平，时钟沿到来时，PWM_Control信号变为高电平，开关管打开，电感电流采样电压增加，PWM比较器翻转，PWM_OUT为高电平，经数字逻辑控制部分后PWM_Control变为低电平。当输出端电压变化时，EA_OUT随之改变，PWM比较器的正向输入端和反向输入端相等时，PWM比较器翻转，PWM_Control信号脉冲宽度随之改变，进而调整输出电压。
图3为轻载下PWM调制模式的波形图，在轻载下电感电流采样电压比较小，输出电压增大，EA_OUT减小，当时钟下降沿到来EA_OUT小于PWM比较器正向输入端电压时，PWM比较器输出端为高电平，该周期内PWM_Control信号维持为低电平状态，开关管不打开，输出电压降低，直到EA_OUT增大到时钟下降沿到来时大于比较器正向输入端电压为止。开关管控制脉冲会跳过几个周期实现了PSM控制方式。

Claims (1)

1.一种伪PWM控制电路，包括误差放大器、电感电流采样电路、具有失调电压的PWM比较器和数字逻辑控制电路；所述数字逻辑控制电路由反相器、第一与非门、第二与非门、第三与非门和或非门构成；误差放大器的正输入端接基准电压，负输入端接反馈电压，输出端接具有失调电压的PWM比较器的负输入端；具有失调电压的PWM比较器的正输入端接电感电流采样电路的输出端，具有失调电压的PWM比较器的输出端接反相器的输入端；第一与非门的一个输入端接反相器的输出端，第一与非门的另一个输入端接外部时钟信号；第二与非门的一个输入端接反相器的输出端，第二与非门的另一个输入端接第三与非门的输出端；第三与非门的一个输入端接第一与非门的输出端，第三与非门的另一个输入端接第二与非门的输出端；或非门的一个输入端接第二与非门的输出端，或非门的另一个输入端接外部时钟信号，或非门的输出端为伪PWM控制电路的输出端。
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