直流降压型稳压器及其脉冲频率调制控制电路制造技术

本公开涉及直流降压型稳压器及其PFM控制电路，属于电子电路领域，能降低功耗。该电路包括：三角波发生器，在三角波发生器使能信号使能时产生三角波；采样单元，采样感性元件的峰值电流和直流降压型稳压器的输出电压；PFM控制单元，在第一条件满足时控制感性元件处于充电状态，在峰值电流大于预设峰值电流阈值时控制感性元件处于续流状态，其中第一条件为以下三者中的两者已经满足且剩余一者从不满足变为满足：峰值电流小于预设峰值电流阈值、输出电压低于预设参考电压且一个三角波充放电周期完成；同步单元，使三角波发生器使能信号开始使能的时刻与感性元件充电开始的时刻同步。

DC buck regulator and its pulse frequency modulation control circuit

The utility model relates to a DC step-down voltage regulator and a PFM control circuit thereof, belonging to the field of electronic circuits, and can reduce power consumption. The circuit includes a triangular wave generator, the triangular wave generator enabling signal when the triangular wave generated; sampling unit, the output voltage sampling peak current and DC buck regulator sensitive element; PFM control unit, the first condition is to control the inductive element charge state is greater than the preset threshold peak current control the perceptual element is in continuous flow state in the peak current, the following three in the two have met and the remaining one is never satisfied to meet the first condition: the peak current is less than a preset threshold, the peak current of the output voltage is lower than a preset reference voltage and a triangular wave charge discharge cycle is complete; the synchronization unit, the triangular wave generator. To enable the moment with the signal to start charging time synchronous inductance.

【技术实现步骤摘要】
直流降压型稳压器及其脉冲频率调制控制电路
本公开实施例涉及电子电路领域，具体地，涉及一种直流降压型稳压器及其脉冲频率调制控制电路。
技术介绍
随着片上系统以及手机各个模块对大电流输出的需求，直流降压型稳压器需要在轻载与重载的情况下都具有较高的效率。为了在轻载时提高效率，比较常用的轻载控制模式是脉冲间跃调制(PulseSkipModulation，PSM)控制模式。PSM电流型控制模式的控制原理如图1所示，该原理图针对的是直流降压型稳压器的buck的上管为PMOS、下管为NMOS。其工作原理如下：脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)模式的工作环路为：buck的输出电压Vout经过由C1、R1与R2构成的反馈网络后得到反馈电压VFB；反馈电压VFB被输入给运算放大器EA，与buck输出电压的基准信号Vref进行比较，比较得到的输出电压调制信号VC通过由C2、C3与R3构成的补偿网络后与斜波采样信号Vramp进行比较，比较器PWMCMP的输出信再通过驱动器来驱动buck的功率开关管。PSM模式的工作环路为：在VC信号之前的控制回路与PWM模式相同。当负载电流降低时，VC信号随之降低。当VC信号小于VrefPSM信号时，通过比较器PSMCMP后，将产生PSM控制信号。当PSM＝1时，buck工作在PFM模式，否则buck工作在PWM模式。在PFM状态时，buck将以PWM频率开启几次，当buck的输出电压高于阈值电压后，buck将停止开关，处于放电状态。负载电流越大，开启的次数越多，反之，开启的次数则越少。上述方案的缺点在于，PSM控制模式实际上是PWM模式的断续工作模式。在PSM模式时，PWM工作所需的各个模块处于使能状态，因此不能最大化地优化效率。其次，PSM轻载模式的每一次开关频率与PWM模式相同，只是根据负载变化改变了开启的次数而已。因此，纹波根据负载变化及开启次数的变化将有所不同。输出电压纹波将产生抖动，产生次谐波分量。
技术实现思路
本公开实施例的目的是提供一种直流降压型稳压器及其脉冲频率调制控制电路，能够解决现有技术中的上述问题。为了实现上述目的，本公开实施例提供一种用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路，该直流降压型稳压器包括向负载提供电流的感性元件，该电路包括：三角波发生器，用于在三角波发生器使能信号使能时产生三角波；采样单元，用于对所述感性元件的峰值电流和所述直流降压型稳压器的输出电压进行采样；脉冲频率调制控制单元，用于在第一条件满足时控制所述感性元件处于充电状态，在所述峰值电流大于预设峰值电流阈值时控制所述感性元件处于续流状态，其中所述第一条件为以下三者中的两者已经满足且剩余一者从不满足变为满足：所述峰值电流小于所述预设峰值电流阈值、所述输出电压低于预设参考电压且一个三角波充放电周期完成；同步单元，用于使所述三角波发生器使能信号开始使能的时刻与所述感性元件充电开始的时刻同步。根据本公开实施例的又一方面，提供一种直流降压型稳压器，该直流降压型稳压器包括上述脉冲频率调制控制电路。上述技术方案通过在直流降压型稳压器处于轻载状态时，使三角波发生器的三角波发生器使能信号开始使能的时刻与直流降压型稳压器的感性元件充电开始的时刻同步，并限制感性元件的峰值电流不能超过预设峰值电流阈值，来达到轻载时PFM控制的目的。由于限制了感性元件充电的最大峰值电流，因此根据输入输出电压及电感值，可得出在PFM状态下最大开关频率(即PWM工作频率)的纹波值。再由峰值电流的限流值以及电流纹波大小，可得出从PFM模式切换到PWM模式的负载电流阈值。且由于输出电流的开关频率会随负载电流线性增大，继而纹波会线性变小，在整个PFM模式下不会产生次谐波分量。另外，由于PFM控制电路的结构简单，而且在PFM控制模式下不需要PWM环路一直工作，因此起降低了直流降压型稳压器的功耗，提高了效率。而使三角波发生器的三角波发生器使能信号开始使能的时刻与感性元件充电开始的时刻同步，则能够解决在某些负载段出现的由于三角波周期与电流充放电周期为非整数倍导致的输出电压跌落或者上冲的问题。本公开实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开实施例，但并不构成对本公开实施例的限制。在附图中：图1是现有PSM控制模式的原理示意图；图2是直流降压型稳压器中的buck结构示意图；图3是根据本公开实施例的用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路的示意框图；图4是根据本公开实施例的脉冲频率调制控制电路的三角波发生器的示意电路图；图5是根据本公开实施例的脉冲频率调制控制电路的脉冲频率调制控制单元的示意电路图；图6是根据本公开实施例的脉冲频率调制控制电路的同步单元的示意电路图；图7是根据本公开实施例的脉冲频率调制控制电路的脉冲频率调制模式进出控制单元的示意电路图；图8示出了100mA负载下PFM控制模式的仿真结果；图9示出了负载变化过程中PFM控制模式的仿真结果；图10是根据本公开一种实施例的用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本公开实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开实施例，并不用于限制本公开实施例。本公开实施例提供一种用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路，该直流降压型稳压器包括向负载提供电流的感性元件。图2示出了该直流降压型稳压器所驱动的buck功率开关管及其被动控制元件的示意电路图。如图2所示，PFM模式下得到的PFM控制信号经过驱动器20后控制buck中的上管M11和下管M12的通断。当M11导通、M12断开时，感性元件L充电，从而为由电容器C和电阻器R构成的负载供电；当M11断开、M12导通时，感性元件L处于续流状态。另外，PWM模式下得到的PWM控制信号也通过驱动器20后控制buck中的上管M11和下管M12的通断。本领域技术人员应当理解的是，图2仅是示例。实际上，本公开实施例中所述的直流降压型稳压器及其脉冲频率调制控制电路适用于驱动任何类型的buck结构。以下详细描述根据本公开实施例的用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路。如图3所示，该电路可以包括：三角波发生器301，用于在三角波发生器使能信号使能时产生三角波；采样单元302，用于对所述感性元件的峰值电流和所述直流降压型稳压器的输出电压进行采样；脉冲频率调制控制单元303，用于在第一条件满足时控制所述感性元件处于充电状态，在所述峰值电流大于预设峰值电流阈值时控制所述感性元件处于续流状态，其中所述第一条件为以下三者中的两者已经满足且剩余一者从不满足变为满足：所述峰值电流小于所述预设峰值电流阈值、所述输出电压低于预设参考电压且一个三角波充放电周期完成；同步单元304，用于使所述三角波发生器使能信号开始使能的时刻与所述感性元件充电开始的时刻同步。上述技术方案通过在直流降压型稳压器处于轻载状态时，使三角波发生器301的三角波发生器使能信号开始使能的时刻与直流降压型稳压器的感性元件L(图2所示)充电开始的时刻同步，并限制感性元件L的峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路，该直流降压型稳压器包括向负载提供电流的感性元件，其特征在于，该电路包括：三角波发生器，用于在三角波发生器使能信号使能时产生三角波；采样单元，用于对所述感性元件的峰值电流和所述直流降压型稳压器的输出电压进行采样；脉冲频率调制控制单元，用于在第一条件满足时控制所述感性元件处于充电状态，在所述峰值电流大于预设峰值电流阈值时控制所述感性元件处于续流状态，其中所述第一条件为以下三者中的两者已经满足且剩余一者从不满足变为满足：所述峰值电流小于所述预设峰值电流阈值、所述输出电压低于预设参考电压且一个三角波充放电周期完成；同步单元，用于使所述三角波发生器使能信号开始使能的时刻与所述感性元件充电开始的时刻同步。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流降压型稳压器的脉冲频率调制控制电路，该直流降压型稳压器包括向负载提供电流的感性元件，其特征在于，该电路包括：三角波发生器，用于在三角波发生器使能信号使能时产生三角波；采样单元，用于对所述感性元件的峰值电流和所述直流降压型稳压器的输出电压进行采样；脉冲频率调制控制单元，用于在第一条件满足时控制所述感性元件处于充电状态，在所述峰值电流大于预设峰值电流阈值时控制所述感性元件处于续流状态，其中所述第一条件为以下三者中的两者已经满足且剩余一者从不满足变为满足：所述峰值电流小于所述预设峰值电流阈值、所述输出电压低于预设参考电压且一个三角波充放电周期完成；同步单元，用于使所述三角波发生器使能信号开始使能的时刻与所述感性元件充电开始的时刻同步。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三角波发生器包括：由第一半导体开关、第三半导体开关和电容器串联形成的充电回路，所述电容器两端的电压作为所述三角波发生器的输出电压，所述第三半导体开关的通断由所述三角波发生器使能信号控制；由第二半导体开关、所述第三半导体开关和所述电容器串联形成的放电回路；所述三角波发生器的输出电压与三角波高电压阈值作为第二比较器的输入信号，所述三角波发生器的输出电压与三角波低电压阈值作为第一比较器的输入信号，所述第一比较器和所述第二比较器的输出信号作为RS触发器的输入信号，所述RS触发器的Q输出信号用于控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关不同时处于导通状态。3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述充电回路和所述放电回路的电流大小相等。4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的导电类型相同或不同。5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述脉冲频率调制控制单元包括：所述峰值电流与所述预设峰值电流阈值作为第四比较器的输入信号，所述直流降压型稳压器的输出电压与所述预设参考电压作为第三比较器的输入信号，电源信号作为第一D触发器的输入信号，所述RS触发器的Q输出信号的反相信号作为所述第一D触发器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖子剑，
申请(专利权)人：北京松果电子有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11