具有PWM频率控制的电源电路布局制造技术

一种具有脉宽调制频率控制的电源电路布局允许在转换器中使用具有较高感抗的电感。通过控制该脉宽调制信号的开关频率，该电感能够在轻负载条件中获得高效率，同样也适用于重负载条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源管理电路布局，尤其涉及具有脉宽调制(PWM)控制的电源管理电路布局，其能够支持多种负载电平应用。
技术介绍
当在开关电路(例如，升压/降压转换器)中选择一个电感时，所关注的包括感抗、DC额定电流和直流阻抗(DCR)值。DC额定电流是电感的一项基本特征，其表示允许流过该电感的最大电流。DC额定电流由感抗、电感尺寸及绕线长度及线径比例等确定。对于给定的电感尺寸，DCR值与感抗直接成正比，并且DC额定电流与感抗成反比。对于DC/DC升压转换器，其效率在轻负载条件中同样与感抗直接成正比。为了提高其效率，有必要选择具有更高感抗的电感。然而，如上所述，感抗越高，则允许的DC额定电流会越低。经过电感的峰值电流等于该电感的均值电流(最大负载电流)和1/2峰对峰值脉动电流的总和。同样地，具有更高感抗的电感不会满足在重负载条件下使用的需要。这是因为经过电感的峰值电流在重负载条件中随着均值电流(最大负载电流)的增大而显著地增大，且经过该电感的电流会超过允许的DC额定电流极限。所以，具有更高感抗的电感对于高电流/重负载条件是不合适的。在升压/降压DC/DC转换器中选择电感时存在至少两种需求。首先，该电感必须能够在高电流条件中工作(该电感的峰值电流应当在允许的DC额定电流极限范围内)。其次，该电感必须具有高感抗，以在低电流条件下获得高效率。由于DC额定电流与感抗成反比，所以难于选择满足上述两个需求的电感。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，一个转换器包括一产生用于控制一电感的一脉宽调制信号的一发生器，以及耦合到该发生器的控制电路，该控制电路控制该脉宽调制信号的开关频率。在一个实施例中，当负载电流小于预定电流水平时，选择第一开关频率。在一个实施例中，当负载电流大于预定电流水平时，选择大于第一开关频率的第二开关频率。附图说明要求的实施例的特征和益处，将会随着下列详细描述的进行而变得清楚，且该详细描述结合了所附的附图，其中相同的附图标记表示相同的部分，在其中图1示出了根据本专利技术的一个实施例的具有脉宽调制频率控制的转换器的结构图。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的具有脉宽调制频率控制的转换器的另一结构图。图3示出了用于实现根据本专利技术的一个实施例的具有脉宽调制频率控制的转换器的方法的流程图。图4A示出了表示根据本专利技术的一个实施例的在轻负载条件中流经电感的电流的波形。图4B示出了表示根据本专利技术的一个实施例的在重负载条件中流经电感的电流的波形。具体实施例方式现将对本专利技术的实施例进行详细的参考。当本专利技术与这些实施例一道进行描述时，将会理解这不是意图将本专利技术限制在这些实施例上。相反，本专利技术意图覆盖各种变化、 修改以及等价物，这些都包含在由所附权利要求所定义的本专利技术的精神和范围内。而且，在本专利技术的下列详细描述中，为了提供对本专利技术的彻底理解而阐明了大量特定的细节。但是，本领域的一个普通技术人员可以认识到，本专利技术可以不需要这些特定细节来实施。在其他实例中，为了不使本专利技术不必要地变得不清楚，众所周知的方法、程序、组件和电路不再进行详细描述。在一个实施例中，本专利技术提供一种具有脉宽调制频率控制的电源管理电路布局。 有利地，在一个实施例中，脉宽调制信号的频率能够根据不同的负载条件进行调节。上述电路布局允许使用具有更高感抗的电感，其能够在轻负载条件中获得高效率，且同样适合于重负载条件。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的具有脉宽调制频率控制的转换器100的结构图。如图1中所示，转换器100包括发生器102(也被称为频率控制模块)，该发生器102 用于产生一脉宽调制信号132以控制电感110，以及耦合到发生器102的控制电路108，该控制电路108用于控制脉宽调制信号132的开关频率。电感110耦合到输入172和输出 170。在本专利技术中的转换器100不仅支持单一输出通道，也支持多个输出通道。例如，在一个实施例中，负载140A和负载140B两者都耦合到输出端170。负载140A和负载140B可以包括但不限于发光二级管(LED)。在一个实施例中，流经负载140A的负载电流160A的电平与流经负载140B的负载电流160B的电平是不同的。例如，负载电流160A的电平(高电流吸收器)大于负载电流160B的电平(低电流吸收器)。根据不同的负载条件调节脉宽调制信号132的开关频率。有利地，当负载电流(负载电流160A和/或负载电流160B)小于预定电流水平IO时，选择第一开关频率f 1 (例如， IMHz)。当负载电流(负载电流160A和/或负载电流160B)大于预定电流水平IO时，选择第二开关频率f2 (例如，4MHz)，其大于第一开关频率f 1。经过电感110的电流受到脉宽调制信号132的控制。因此，当负载电流小于预定电流水平IO时，电感110的峰到峰间脉动电流达到第一脉动电流水平ISW1。当负载电流大于预定电流水平IO时，电感110的峰到峰间脉动电流达到第二脉动电流水平Isw2，其小于第一脉动电流水平Iswi。在一个实施例中，控制电路108包括内部控制电路104(也被称为电流控制模块)。内部控制电路104可操作用于监测负载电流(160A和160B)，并产生第一频率控制信号1 给发生器102，以控制脉宽调制信号132的开关频率。更具体地，在一个实施例中，当内部控制电路104检测到负载电流(160A和/或 160B)小于预定电流水平IO时，第一频率控制信号1 将会控制发生器102，以产生具有第一开关频率Π (例如，IMHz)的脉宽调制信号132。在一个实施例中，当内部控制电路104 检测到负载电流(160Α和/或160Β)大于预定电流水平IO时，第一频率控制信号1 将会控制发生器102，以产生具有第二开关频率f2(例如，4MHz)的脉宽调制信号132，该第二开关频率f2大于第一开关频率fl。而且，在一个实施例中内部控制电路104可以产生电流控制信号(未示出)给发生器102，用于调节脉宽调制信号132的占空比。在一个实施例中，控制电路108包括外部控制电路106(也被称为数字控制模块)。 外部控制电路106可操作用于接收外部控制信号，并产生第二频率控制信号IM给发生器 102，以控制脉宽调制信号132的开关频率。在一个实施例中，外部控制信号可以是通过I2C总线传输的数字控制信号，该I2C 总线包括时钟信号线150A和数据信号线150B。因此，用户能够借助于通过外部控制信号线(时钟信号线150A和数据信号线150B)传输信息来控制脉宽调制信号132的开关频率。 上述信息可以包括但不限于期望的负载电流水平。有利地，在内部控制电路104和外部控制电路106之间具有通信信号线130A。在一个实施例中，将通信信号线130A配置成将来自内部控制电路104的信息传输到外部控制电路106。上述信息可以包括但不限于负载电流水平以及脉宽调制信号132的开关频率。结果，发生器102接收第一频率控制信号1 和/或第二频率控制信号124，并因此产生脉宽调制信号132。在一个实施例中，脉宽调制信号132的频率可以由第一频率控制信号1 来确定。在又一实施例中，脉宽调制信号132的频率可以由第二频率控制信号 124来确定。因此，根据本专利技术的一个实施例，脉宽调制信号132可以由本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种转换器，其特征在于，包括：一脉宽调制信号发生器，其产生一用于控制一电感的脉宽调制信号；以及一耦合到所述发生器的控制电路，用于控制所述脉宽调制信号的开关频率，在其中，当负载电流小于一预定电流水平时，选择第一开关频率，且在其中，当所述负载电流大于所述预定电流水平时，选择大于所述第一开关频率的第二开关频率。

【技术特征摘要】
2006.09.12 US 60/844,140;2007.05.17 US 11/804,4951.一种转换器，其特征在于，包括一脉宽调制信号发生器，其产生一用于控制一电感的脉宽调制信号；以及一耦合到所述发生器的控制电路，用于控制所述脉宽调制信号的开关频率，在其中，当负载电流小于一预定电流水平时，选择第一开关频率，且在其中，当所述负载电流大于所述预定电流水平时，选择大于所述第一开关频率的第二开关频率。2.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，当所述负载电流小于所述预定电流水平时，所述电感的峰到峰间脉动电流达到第一脉动电流水平，其中，当所述负载电流大于所述预定电流水平时，所述峰到峰间脉动电流达到小于所述第一脉动电流水平的第二脉动电流水平。3.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述控制电路包括一内部控制电路，其可操作用于监测所述负载电流并产生第一频率控制信号给所述发生器，用于控制所述开关频率。4.如权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述控制电路包括一外部控制电路，其可操作用于接收外部控制信号并产生一第二频率控制信号给所述发生器，用于控制所述开关频率。5.如权利要求4所述的转换器，还包括在所述内部控制电路和所述外部控制电路之间的通信信号线。6.如权利要求4所述的转换器，其特征在于所述发生器包括一振荡器，其可操作用于接收所述第一频率控制信号和所述第二频率控制信号，且用于产生一斜坡信号。7.如权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述内部控制电路还产生一电流控制信号给所述发生器，以调节所述脉宽调制信号的占空比。8.如权利要求7所述的转换器，其特征在于，所述发生器包括一放大器，其可操作用于接收所述斜坡信号和所述电流控制信号，且用于产生所述脉宽调制信号。9.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，从第一负载电流和第二负载电流中选择所述负载电流，该第二负载电流大于所述第一负载电流。10.如权利要求1所述的转换器，还包括一耦合到所述电感的开关，其用于接收所述脉宽调制信号。11.一种供电给负载的方法，其特征在于，包括监测负载电流的数值；以及根据所述负载电流的数值控制脉宽调制信号的开关频率；其中，当所述负载电流小于一预定电流水平时，选择第一开关频率，且在其中，当所述负载电流大于所述预定电流水平时，选择大于所述第一开关频率的第二开关频率。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括控制电感的峰到峰间脉动电流，其中，当所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林春喜，王佛贤，龚键，俞振祥，
申请(专利权)人：美国凹凸微系有限公司，
类型：发明
国别省市：US