适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器及其控制方法，涉及集成电路技术领域。本发明专利技术所述切换控制器包括PFM控制器，用于产生PFM控制信号；PWM控制器，用于产生PWM控制信号；PWM预置电路，用于检测PWM运行过程中的中间信号，产生模式选择信号；PWM&PFM模式控制器，用于根据负载大小判定系统需要的工作模式；数据选择器，用于依据模式选择信号输出相应的控制信号。本发明专利技术提出了利用PWM启动过程中的中间信号结合负载点电流大小产生模式选择信号，使得系统在电流到达切换点时，不是立即切换，而是等待PWM启动至某一阈值，再进行PFM与PWM的切换，从而实现两种模式的无缝转换。换。换。

PWM / PFM seamless switching controller for switching power supply and its control method

【技术实现步骤摘要】
适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器及其控制方法。

技术介绍

[0002]在DC
‑
DC开关电源中，脉冲宽度调制(PWM)与脉冲频率调制(PFM)是两种常用的调制模式，PWM固定开关频率，通过调整占空比来控制DC
‑
DC系统中功率管的开启时间，进而调整输出电压，PFM固定开关时间，通过调整关断时间来控制功率管的开关频率，实现对输出电压的调整。
[0003]PWM与PFM调制模式具有各自的优缺点，在轻载时，PFM由于开关频率可变，其转换效率更高，但其输出纹波与响应速度等其他系统性能在全负载范围内皆弱于PWM，PWM在重载时表现优良，但在轻载时，由于其较高的开关频率，导致开关损耗和导通损耗占据了较大的比重，其在轻载时的转换效率极低，限制了PWM控制的DC
‑
DC开关电源在轻负载范围内的应用。
[0004]为解决PWM控制模式在轻载时转换效率极低的问题，采用PWM与PFM结合的双模控制DC
‑
DC系统应运而生，在双模控制的开关电源中，轻载时系统由PFM控制，重载时系统由PWM控制，充分发挥了两种控制模式的优势，实现了系统在全负载范围内的高转换效率。为实现PWM与PFM的结合，PWM/PFM切换控制器必不可少，但现有的PWM/PFM切换控制器利用单一多选一数据选择器实现，其结构简单，在PFM切换至PWM时由于目标调制模式需要稳定时间，导致系统存在控制信号紊乱的现象，因此切换期间输出电压存在较大的波动。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器及其控制方法，依据PWM信号启动过程中的误差信号V
c
和负载电流大小输出相应的模式选择信号，不再依据负载电流大小作为唯一判据，使得系统由PFM切换至PWM时，PWM电路已经启动至设定阈值，避免了控制信号紊乱，实现PWM与PFM的无缝切换。
[0006]本专利技术的技术方案为，
[0007]一方面，一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器，包括PWM控制器，PFM控制器，PWM预置电路，PWM&PFM模式控制器，数据选择器；
[0008]所述PFM控制器的输出端口与所述数据选择器的0输入通道相接，所述PWM控制器的PWM信号输出端口与所述数据选择器的1输入通道相接，PWM控制器的误差信号输出端口与PWM预置电路的第一输入端口相接，PWM&PFM模式控制器的输出端口与PWM预置电路的第二输入端口相接，PWM预置电路的输出端口与数据选择器的控制输入端口相接，数据选择器的输出端口即为PWM/PFM无缝切换控制器的输出端口；
[0009]所述PWM预置电路包括第一反相器，第二反相器，带复位端D触发器，与门,电源；PWM控制器输出的误差信号V
c
输入第一反相器的输入端，第一反向器的输出端与第二反相
器的输入端相连，第二反相器的输出端与D触发器的时钟端Clk相连，D触发器的数据D端与电源VDD相连，D触发器的复位端R与PWM&PFM模式控制器输出端口相连，D触发器的输出端Q和与门的第一输入相连，与门的第二输入与PWM&PFM模式控制器输出端口相连，与门的输出为PWM预置电路的输出信号，即模式选择信号；
[0010]PWM&PFM模式控制器为电压比较器，电压比较器的同相输入端输入表征负载电流大小的负载电压V
LOAD
，电压比较器的反向端输入参考电压V
H
，电压比较器的输出即为PWM&PFM模式控制器的输出，即模式信息；
[0011]所述数据选择器为二选一数据选择器，二选一数据选择器的0输入端输入PFM控制信号，二选一数据选择器的1输入端输入PWM控制信号，二选一数据选择器的控制端输入PWM预置电路的输出信号模式选择信号，二选一数据选择器的输出为数据选择器的输出，即控制信号。
[0012]另一方面，一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制方法，基于前述一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器实现，具体包括以下步骤：
[0013]步骤1：控制器开始工作，检测V
LOAD
与V
H
的大小关系；
[0014]当V
LOAD
>V
H
时，模式控制器输出模式信息为逻辑高，此时为负载为重载；
[0015]当V
LOAD
<V
H
时，模式控制器输出模式信息为逻辑低，此时为负载为轻载；
[0016]步骤2：轻载时PFM控制器工作，PWM控制器关闭，数据选择器选择0输入通道；重载时PFM控制器关闭，PWM控制器工作，数据选择器选择1输入通道。
[0017]若负载由轻载变化至重载，包括以下步骤：
[0018]步骤S1：当负载逐渐增加，直到V
LOAD
大于V
H
时,PWM&PFM模式控制器输出由逻辑0变为逻辑1，这表示模式信号由PFM模式转变为PWM模式；
[0019]步骤S2：模式信号由PFM转变为PWM模式后，PWM模式开始启动，此时PWM预置电路输出的模式选择信号依然为逻辑0，即数据选择器仍选择0输入通道，输出PFM控制信号；
[0020]步骤S3：随着PWM控制器的启动，其输出的误差信号V
C
逐渐增大，当V
C
大于设定阈值时，PWM预置电路输出地模式选择信号由逻辑0变为逻辑1，即数据选择器选择1输入通道，输出PWM控制信号。
[0021]步骤S4：当数据选择器输出PWM信号后，PFM控制器关闭，系统变为重载工作模式：PFM控制器关闭，PWM控制器工作，数据选择器选择1输入通道。
[0022]当负载由重载变化至轻载时，包括以下步骤：
[0023]步骤D1：当负载逐渐减小，直到V
LOAD
小于V
H
时,PWM&PFM模式控制器输出由逻辑1变为逻辑0，这表示模式信号由PWM模式转变为PFM模式。
[0024]步骤D2：模式信号由PFM转变为PWM模式后，PWM模式开始正常启动，此时PWM预置电路输出的模式选择信号由逻辑1变为逻辑0，即数据选择器选择0输入通道，输出PFM控制信号。
[0025]步骤D3：当数据选择器输出PFM信号后，PWM控制器关闭，系统变为轻载工作模式：PFM控制器工作，PWM控制器关闭，数据选择器选择0输入通道。
[0026]采用上述技术方法所产生的有益效果在于：
[0027]本专利技术提供一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器，其特征在于包括PWM控制器，PFM控制器，PWM预置电路，PWM&PFM模式控制器，数据选择器；所述PFM控制器的输出端口与所述数据选择器的0输入通道相接，所述PWM控制器的PWM信号输出端口与所述数据选择器的1输入通道相接，PWM控制器的误差信号输出端口与PWM预置电路的第一输入端口相接，PWM&PFM模式控制器的输出端口与PWM预置电路的第二输入端口相接，PWM预置电路的输出端口与数据选择器的控制输入端口相接，数据选择器的输出端口即为PWM/PFM无缝切换控制器的输出端口；所述PWM预置电路包括第一反相器，第二反相器，带复位端D触发器，与门,电源；PWM控制器输出的误差信号V
c
输入第一反相器的输入端，第一反向器的输出端与第二反相器的输入端相连，第二反相器的输出端与D触发器的时钟端Clk相连，D触发器的数据D端与电源VDD相连，D触发器的复位端R与PWM&PFM模式控制器输出端口相连，D触发器的输出端Q和与门的第一输入相连，与门的第二输入与PWM&PFM模式控制器输出端口相连，与门的输出为PWM预置电路的输出信号，即模式选择信号；PWM&PFM模式控制器为电压比较器，电压比较器的同相输入端输入表征负载电流大小的负载电压V
LOAD
，电压比较器的反向端输入参考电压V
H
，电压比较器的输出即为PWM&PFM模式控制器的输出，即模式信息；所述数据选择器为二选一数据选择器，二选一数据选择器的0输入端输入PFM控制信号，二选一数据选择器的1输入端输入PWM控制信号，二选一数据选择器的控制端输入PWM预置电路的输出信号模式选择信号，二选一数据选择器的输出为数据选择器的输出，即控制信号。2.一种适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制方法，通过权利要求1所述适用于开关电源的PWM/PFM无缝切换控制器实现，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：控制器开始工作，检测V
LOAD
与V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程铭，金硕巍，闫爱云，刘治良，杨东升，王爱侠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：