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CN112865525A - 自适应频率调整系统 - Google Patents

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CN112865525A
CN112865525A CN201911215136.3A CN201911215136A CN112865525A CN 112865525 A CN112865525 A CN 112865525A CN 201911215136 A CN201911215136 A CN 201911215136A CN 112865525 A CN112865525 A CN 112865525A
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Abstract

本发明公开一种自适应频率调整系统。误差放大器依据电源转换器的输出电压与参考电压以输出误差放大信号。比较器判断在上桥开关的最大导通时间内，斜波信号的电压到达误差放大信号的电压时，输出重置信号。第二比较器判断在上桥开关的最大导通时间内，斜波信号的电压到达误差放大信号的电压时，输出重置信号。当第二比较器判断斜波信号的电压在最大导通时间结束时未到达误差放大信号的电压，输出重置信号，并指示时脉生成器降低时脉信号的频率。驱动电路依据重置信号关闭上桥开关以及开启下桥开关，并基于时脉信号的频率驱动上桥开关运作。

Description

自适应频率调整系统
技术领域
本发明涉及一种频率调整系统，特别是涉及一种自适应频率调整系统。
背景技术
近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来，这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。这些各式各样不同功能的电子产品是由各种电子组件所组成，而每一个电子组件所需的电源电压不尽相同，因此，为了使这些各式各样不同功能的电子产品正常运作，需要通过电源转换电路将输入电压转换为适当的电压，而提供给电子产品的电子组件使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对背景技术的不足提供一种自适应频率调整系统，适用于具有高转压比的电源转换器。电源转换器包含控制电路、一驱动电路、上桥开关、下桥开关、误差放大器以及第一比较器。驱动电路连接控制电路、上桥开关以及下桥开关。电感的一端连接在上桥开关以及下桥开关之间。电感的另一端通过电容接地。误差放大器连接电容以及电感之间的节点。误差放大器将电容的电压与参考电压的差值乘以一增益值以输出误差放大信号。第一比较器连接误差放大器以比较误差放大信号与一斜波信号以输出一比较信号。自适应频率调整系统包含时脉生成器以及第二比较器。时脉生成器连接控制电路。时脉生成器输出具有一默认频率的一时脉信号至控制电路，并依据一降频信号降低时脉信号的频率。控制电路基于时脉信号的频率控制上桥开关或下桥开关运作。第二比较器连接时脉生成器、第一比较器以及控制电路。第二比较器依据比较信号，判断在上桥开关的最大导通时间内，斜波信号的电压到达误差放大信号的电压时，输出一重置信号至控制电路。当第二比较器依据比较信号，判断斜波信号的电压在最大导通时间结束时未到达误差放大信号的电压，以判断上桥开关的输入电压与节点的电压的转压比到达时脉信号的频率的最大转压比时，在最大导通时间结束的时间点，输出重置信号至控制电路以及输出降频信号至时脉生成器。重置信号指示控制电路控制驱动电路关闭上桥开关以及开启下桥开关。
在一实施方案中，电源转换器还包含分压电路，连接在误差放大器以及电容之间。分压电路分压电容的电压以生成反馈电压。误差放大器将反馈电压与参考电压的差值乘以增益值，以输出误差放大信号。
在一实施方案中，控制电路依据时脉信号输出脉冲宽度调制信号，以控制上桥开关或下桥开关运作。
另外，本发明提供一种自适应频率调整系统，适用于具有高转压比的电源转换器。电源转换器包含控制电路、驱动电路、上桥开关、下桥开关、误差放大器以及第一比较器。驱动电路连接控制电路、上桥开关以及下桥开关。电感的一端连接在上桥开关以及下桥开关之间。电感的另一端通过电容接地。误差放大器连接电容以及电感之间的节点。误差放大器将电容的电压与参考电压的差值乘以一增益值以输出误差放大信号。第一比较器连接误差放大器以比较误差放大信号与一斜波信号以输出一比较信号。自适应频率调整系统包含导通时间生成电路、下降沿检测电路以及第二比较器。导通时间生成电路连接第一比较器。导通时间生成电路依据比较信号判断上桥开关的导通时间以输出上桥导通信号。下降沿检测电路连接导通时间生成电路以及控制电路。下降沿检测电路在上桥导通信号的下降沿的时间点输出重置信号，以指示控制电路控制驱动电路关闭上桥开关以及开启下桥开关。第二比较器连接第一比较器、下降沿检测电路以及导通时间生成电路。第二比较器依据比较信号，判断在上桥导通信号的下降沿开始后的最小关闭时间内，误差放大信号的电压到达斜波信号的电压，以判断上桥开关接收的输入电压与电容的电压的转压比到达最大转压比时，输出导通时间延长信号以指示导通时间生成电路延长导通时间。
在一实施方案中，自适应频率调整系统还包含关闭时间检测电路，连接下降沿检测电路以及第二比较器。关闭时间检测电路检测上桥导通信号的最小关闭时间提供至第二比较器。
在一实施方案中，电源转换器还包含分压电路，连接在误差放大器以及电容之间。分压电路分压电容的电压以生成反馈电压。误差放大器将反馈电压与参考电压的差值乘以增益值，以输出误差放大信号。
如上所述，本发明提供自适应频率调整系统，其可适应性地调整电源转换器的频率，以改善传统电源转换器的频率为固定值而不可调整所导致的缺失，例如传统电源转换器的频率固定为高频频率时，在高转压比的应用中将受到限制，或例如传统电源转换器的频率固定为低频率时，电源转换器提供的输出电压的稳定性差且具有较大的纹波。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的自适应频率调整系统的电路布局图。
图2为本发明第一实施例的自适应频率调整系统的信号波形图。
图3为本发明第二实施例的自适应频率调整系统的电路布局图。
图4为本发明第二实施例的自适应频率调整系统的信号波形图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
[第一实施例]
请参阅图1和图2，其中图1为本发明第一实施例的自适应频率调整系统的电路布局图；图2为本发明第一实施例的自适应频率调整系统的信号波形图。
如图1所示，本实施例的自适应频率调整系统包含时脉生成器CLKG以及第二比较器DTC，适用于电源转换器。电源转换器包含控制电路CON、驱动电路DRV、上桥开关UG、下桥开关LG、误差放大器ERA以及第一比较器COMP。
时脉生成器CLKG连接控制电路CON。驱动电路DRV连接控制电路CON、上桥开关UG以及下桥开关LG。本实施例的自适应频率调整系统采用定频机制。首先，时脉生成器CLKG输出具有一默认频率的时脉信号SET至控制电路CON。控制电路CON基于时脉信号SET的默认频率，输出一控制信号至驱动电路DRV，以控制驱动电路DRV开启上桥开关UG以及关闭下桥开关LG。例如，此控制信号可为一脉冲宽度调制信号。
电感L的一端连接在上桥开关UG以及下桥开关LG之间的节点LX。电感L的另一端通过电容COUT接地。误差放大器ERA的第一放大输入端例如反相输入端连接电容COUT以及电感L之间的节点。另外，误差放大器ERA的第二放大输入端例如非反相输入端连接参考电压源。误差放大器ERA将电容COUT的电压VOUT(即电源转换器的输出电压)与参考电压源的参考电压VREF的差值乘以一增益值，以输出误差放大信号EAO。
可选地，在误差放大器ERA以及电容COUT之间设置分压电路VDR。分压电路VDR包含第一电阻R1以及第二电阻R2。误差放大器ERA的第一放大输入端连接第一电阻R1以及第二电阻R2之间的节点。分压电路VDR将电压VOUT分压以生成反馈电压VFB。误差放大器ERA将反馈电压VFB与参考电压VREF的差值乘以一增益值，以输出误差放大信号EAO。
第一比较器COMP的第一比较输入端例如非反相输入端连接一斜波信号生成器(未图标)，以从斜波信号生成器接收斜波信号RAMP。另外，第一比较器COMP的第二比较输入端例如反相输入端连接误差放大器ERA的输出端，以从误差放大器ERA接收误差放大信号EAO。
第二比较器DTC连接第一比较器COMP、时脉生成器CLKG以及控制电路CON。如图1所示的电源转换器通过上桥开关UG接收如图2所示的高输入电压VIN时，在最大导通时间信号MAONT的工作周期内，斜波信号RAMP的电压可从一低电压上升至到达误差放大信号EAO的电压。当第一比较器COMP比较斜波信号RAMP的电压等于或大于误差放大信号EAO的电压时，输出低电平的比较信号COM至第二比较器DTC。
第二比较器DTC依据低电平的比较信号COM，判断在上桥开关UG的一最大导通时间内，如图2所示的最大导通时间信号MAONT的工作周期内，斜波信号RAMP的电压从一低电压上升至到达误差放大信号EAO的电压时，输出重置信号RESET至控制电路CON。重置信号RESET指示控制电路CON输出一控制信号，以控制驱动电路DRV关闭上桥开关UG以及开启下桥开关LG。例如，此控制信号可为一脉冲宽度调制信号。
值得注意的是，当如图1所示的电源转换器通过上桥开关UG接收如图2所示的低输入电压VIN时，在最大导通时间信号MAONT的工作周期内，斜波信号RAMP的电压无法上升至到达误差放大信号EAO的电压。在此情况下，当第一比较器COMP比较斜波信号RAMP的电压小于误差放大信号EAO的电压时，输出高电平的比较信号COM至第二比较器DTC。
当第二比较器DTC依据比较信号COM，判断在最大导通时间结束时，在如图2所示的最大导通时间信号MAONT的下降沿的时间点，斜波信号RAMP的电压未到达误差放大信号EAO的电压时，判断电源转换器的输入电压VIN与输出电压VOUT(电感L与电容COUT之间的节点的电压)的一转压比(duty ratio)到达时脉信号SET的频率的一最大转压比。
在电源转换器的转压比到达最大转压比时，在最大导通时间结束的时间点，第二比较器DTC输出重置信号RESET至控制电路CON，并且输出降频信号至时脉生成器CLKG。控制电路CON依据重置信号RESET，控制驱动电路DRV关闭上桥开关UG以及开启下桥开关LG。时脉生成器CLKG依据降频信号，以降低输出至控制电路CON的时脉信号SET的频率。
如图2所示，在时脉信号SET的频率降低后，上桥开关UG与下桥开关LG的切换频率降低，以延长上桥开关UG导通的时间，即最大导通时间信号MAONT的工作周期延长。其结果为，在电源转换器接收低输入电压VIN的情况下，在最大导通时间信号MAONT的延长的工作周期内，斜波信号RAMP的电压可从一低电压逐渐上升至到达误差放大信号EAO的电压。
[第二实施例]
请参阅图3和图4，其中图3为本发明第二实施例的自适应频率调整系统的电路布局图；图4为本发明第二实施例的自适应频率调整系统的信号波形图。第二实施例与第一实施例差异在于，第一实施例采用定频机制，即配置时脉生成器CLKG提供具有默认频率的时脉信号SET，第二实施例则不采用定频机制，具体说明如下。
本实施例的自适应频率调整系统包含导通时间生成电路OTG、下降沿检测电路FAL以及第二比较器DTC，适用于电源转换器。电源转换器包含控制电路CON、驱动电路DRV、上桥开关UG、下桥开关LG、误差放大器ERA以及第一比较器COMP。
驱动电路DRV连接控制电路CON、上桥开关UG以及下桥开关LG。电感L的一端连接在上桥开关UG以及下桥开关LG之间的节点LX。电感L的另一端通过电容COUT接地。误差放大器ERA的第一放大输入端例如反相输入端连接电容COUT以及电感L之间的节点。另外，误差放大器ERA的第二放大输入端例如非反相输入端连接参考电压源。误差放大器ERA将电容COUT的电压VOUT(即电源转换器的输出电压VOUT)与参考电压源的参考电压VREF的差值乘以一增益值，以输出误差放大信号EAO。
可选择性地，在误差放大器ERA以及电容COUT之间设置分压电路VDR。分压电路VDR包含第一电阻R1以及第二电阻R2。误差放大器ERA的第一放大输入端连接第一电阻R1以及第二电阻R2之间的节点。分压电路VDR将电压VOUT分压以生成反馈电压VFB。误差放大器ERA将反馈电压VFB与参考电压VREF的差值乘以一增益值，以输出误差放大信号EAO。
第一比较器COMP的第一比较输入端例如反相输入端连接一斜波信号生成器(未图标)，以从斜波信号生成器接收斜波信号RAMP。另外，第一比较器COMP的第二比较输入端例如非反相输入端连接误差放大器ERA的输出端，以从误差放大器ERA接收误差放大信号EAO。
第一比较器COMP比较误差放大信号EAO的电压与从一斜波信号生成器接收的斜波信号RAMP的电压，以输出比较信号。控制电路CON依据作为设定信号SET2的比较信号，以控制驱动电路DRV驱动上桥开关UG开启，并关闭下桥开关LG。
导通时间生成电路OTG连接第一比较器COMP以及下降沿检测电路FAL。导通时间生成电路OTG依据第一比较器COMP的比较信号，判断上桥开关UG导通的时间，以输出如图4所示的上桥导通信号ONTM。
下降沿检测电路FAL连接导通时间生成电路OTG以及控制电路CON。下降沿检测电路FAL从导通时间生成电路OTG配置以接收上桥导通信号ONTM，并检测上桥导通信号ONTM的下降沿以输出一下降沿检测信号。下降沿检测电路FAL配置以在上桥导通信号ONTM下降沿的时间点输出重置信号RESET，以指示控制电路CON控制驱动电路DRV关闭上桥开关UG以及开启下桥开关LG。
当电源转换器接收低输入电压VIN，导致误差放大信号EAO的电压逐渐上升至大于斜波信号RAMP的电压时，第一比较器COMP输出高电平的比较信号。
第二比较器DTC连接第一比较器COMP、下降沿检测电路FAL以及导通时间生成电路OTG。第二比较器DTC依据下降沿检测电路FAL的下降沿检测信号，判断上桥导通信号ONTM的下降沿开始后的最小关闭时间Tmin。替换地，在下降沿检测电路FAL以及第二比较器DTC之间设置一关闭时间检测电路，配置以检测上桥导通信号ONTM的最小关闭时间Tmin，以提供至第二比较器DTC。
值得注意的是，第二比较器DTC依据高电平的比较信号，判断在此最小关闭时间Tmin内，误差放大信号EAO的电压到达斜波信号RAMP的电压，以判断电源转换器的输入电压VIN与输出电压VOUT(即电容COUT的电压VOUT)的转压比到达一最大转压比时，输出一导通时间延长信号。
导通时间生成电路OTG依据第二比较器DTC的一导通时间延长信号，延长上桥导通信号ONTM的工作周期，以延后下降沿检测电路FAL输出重置信号RESET的时间点，延长上桥开关UG的导通时间，等效地到达降频的效果。
[实施例的有益效果]
综上所述，本发明提供自适应频率调整系统，其可适应性地调整电源转换器的频率，以改善传统电源转换器的频率为固定值而不可调整所导致的缺失，例如传统电源转换器的频率固定为高频频率时，在高转压比的应用中将受到限制，或例如传统电源转换器的频率固定为低频率时，电源转换器提供的输出电压的稳定性差且具有较大的纹波。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。

Claims (6)

1.一种自适应频率调整系统，适用于具有高转压比的电源转换器，其中所述电源转换器包含控制电路、驱动电路、上桥开关、下桥开关、误差放大器以及第一比较器，所述驱动电路连接所述控制电路、所述上桥开关以及所述下桥开关，电感的一端连接在所述上桥开关以及所述下桥开关之间，所述电感的另一端通过电容接地，所述误差放大器连接所述电容以及所述电感之间的节点，所述误差放大器将所述电容的电压与参考电压的差值乘以增益值以输出误差放大信号，所述第一比较器连接所述误差放大器以比较所述误差放大信号与斜波信号以输出比较信号，其特征在于，所述自适应频率调整系统包含：
时脉生成器，连接所述控制电路，所述时脉生成器输出具有默认频率的时脉信号至所述控制电路，并依据降频信号降低所述时脉信号的频率，所述控制电路基于所述时脉信号的频率控制所述上桥开关或所述下桥开关运作；以及
第二比较器，连接所述时脉生成器、所述第一比较器以及所述控制电路；
其中所述第二比较器依据所述比较信号，判断在所述上桥开关的最大导通时间内，所述斜波信号的电压到达所述误差放大信号的电压时，输出重置信号至所述控制电路；
其中当所述第二比较器依据所述比较信号，判断所述斜波信号的电压在所述最大导通时间结束时未到达所述误差放大信号的电压，以判断所述上桥开关的输入电压与所述节点的电压的转压比到达所述时脉信号的频率的最大转压比时，在所述最大导通时间结束的时间点，输出所述重置信号至所述控制电路以及输出所述降频信号至所述时脉生成器；以及
其中所述重置信号指示所述控制电路控制所述驱动电路关闭所述上桥开关以及开启下桥开关。
2.根据权利要求1所述的自适应频率调整系统，其特征在于，所述电源转换器还包含分压电路，连接在所述误差放大器以及所述电容之间，所述分压电路分压所述电容的电压以生成反馈电压，所述误差放大器将所述反馈电压与所述参考电压的差值乘以增益值，以输出所述误差放大信号。
3.根据权利要求1所述的自适应频率调整系统，其特征在于，所述控制电路依据所述时脉信号输出脉冲宽度调制信号，以控制所述上桥开关或所述下桥开关运作。
4.一种自适应频率调整系统，适用于具有高转压比的一电源转换器，其中所述电源转换器包含控制电路、驱动电路、上桥开关、下桥开关、误差放大器以及第一比较器，所述驱动电路连接所述控制电路、所述上桥开关以及所述下桥开关，电感的一端连接在所述上桥开关以及所述下桥开关之间，所述电感的另一端通过电容接地，所述误差放大器连接所述电容以及所述电感之间的节点，所述误差放大器将所述电容的电压与参考电压的差值乘以增益值以输出误差放大信号，所述第一比较器连接所述误差放大器以比较所述误差放大信号与斜波信号以输出比较信号，其特征在于，所述自适应频率调整系统包含：
导通时间生成电路，连接所述第一比较器，依据所述比较信号判断所述上桥开关的导通时间以输出上桥导通信号；
下降沿检测电路，连接所述导通时间生成电路以及所述控制电路，在所述上桥导通信号的下降沿的时间点输出重置信号，以指示所述控制电路控制所述驱动电路关闭所述上桥开关以及开启所述下桥开关；以及
第二比较器，连接所述第一比较器、所述下降沿检测电路以及所述导通时间生成电路，依据所述比较信号，判断在所述上桥导通信号的下降沿开始后的最小关闭时间内，所述误差放大信号的电压到达所述斜波信号的电压，以判断所述上桥开关接收的输入电压与所述电容的电压的转压比到达最大转压比时，输出导通时间延长信号以指示所述导通时间生成电路延长所述导通时间。
5.根据权利要求4所述的自适应频率调整系统，其特征在于，所述自适应频率调整系统还包含关闭时间检测电路，连接所述下降沿检测电路以及所述第二比较器，检测所述上桥导通信号的所述最小关闭时间提供至所述第二比较器。
6.根据权利要求4所述的自适应频率调整系统，其特征在于，所述电源转换器还包含分压电路，连接在所述误差放大器以及所述电容之间，所述分压电路分压所述电容的电压以生成反馈电压，所述误差放大器将所述反馈电压与所述参考电压的差值乘以增益值，以输出所述误差放大信号。
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