专利名称：一种开关电源的稳压控制方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路设计技术领域，尤其涉及一种开关电源的稳压控制方法及其电路。
背景技术：
电源变换器是电子系统中必不可少的组件。众所周知，电源变换器包括线形变换器和开关电源变换器两种主要类型。大多数的用电设备都包含内部电源转换器或者外部电源适配器，例如电视和计算机等产品中所使用的是内部电源转换器，广泛应用于手机、DSL 调制解调器、打印机、笔记本电脑及游戏机等领域的是外部电源适配器，这些电源转换器或者适配器都是采用开关电源转换器以提供电源之用。这些设备的应用规模非常庞大，而且其功率消耗又在一定程度上与用户的使用习惯密切相关。例如，许多用户在不使用电源适配器的情况下，仍将插头插在墙式插座上，使其一直处在待机条件下仍然消耗电流。众所周知，在轻输出负载或者另输出负载也就是待机条件下，开关电源的损耗包含开关导通损耗、开关交叠损耗、开关寄生电容损耗以及外围控制电路损耗，前三种损耗通常正比于开关频率。为了降低待机损耗，在轻输出负载或者零输出负载条件下，通常需要降低开关频率一提高系统的电源转换能效。脉冲频率调制(Pulse Frequence Munition ；PFM)是一种在整个工作过程中，开关接通的时间不变，而开关频率按照要求变化的方法。PFM控制方式在开关电源中使用已经比较普遍，图1是现有技术中开关电源的稳压控制电路的原理图系统采用两个反馈环路以得到优异的负载调整和瞬态响应特性。一个是输出反馈控制环路，输出电压通过分压电阻R1、R2后的反馈电压VFB与基准电压Vl经误差放大器14比较，误差放大器14的输出用来调节系统振荡器15输出时钟信号的工作频率，振荡器15的输出端连接RS触发器12的 S端。另一个是电感电流检测环路，将主从线圈中主线圈的电感电流利用采样电阻Rs转化为电压后，连接到第一比较器11的负端，第一比较器11的正端连接限制电感电流峰值的一个基准电压Vs，第一比较器11的输出端连接到RS触发器12的R端；RS触发器的输出连接驱动电路13的输入端，驱动电路13的输出端连接功率开关MOS管MO栅极，来控制功率开关MOS管的导通和关断。详细工作原理如下当功率管开关MOS管开启后，电路中主边电感流过的电流逐渐增大，使得流过采样电阻Rs上的电流也增大，采样电阻Rs上的电压上升；当上升的值达到限制电感电流峰值的基准电压Vs时，第一比较器11的输出为高电平，触发RS触发器12使RS触发器12的输出跳变为0，功率开关MOS管MO关闭。由于次级电感电流的连续性，第一二极管Dl必然正向导通，此时电感电流向第一电容Cl和负载释放电能，输出端的电压被抬升，由于功率开关MOS管MO截止，第一比较器11输出端变为低电平，即RS触发器的R端为低电平，此时输出电路的电压还没有达到正常工作时的输出电压，即反馈电压VFB小于设定的基准电压 VI，误差放大器14的输出是比较高的电压，误差放大器14的输出越高，振荡器15输出的时钟信号频率越大，当下一个时钟脉冲到来时，RS触发器12的S输入端为高电平，RS触发器
412输出跳变为1，功率开关MOS管MO导通，电感再次储存磁能，随后，重复上述过程，使得输出电压不断被抬高。直到反馈电压VFB与基准电压Vl相等，此时输出电压稳定。这个系统采用的是PFM的调节方式，主要通过误差放大器的输出来调节振荡器输出时钟的工作频率，输出变频的方波来控制功率开关MOS管，再依据负载状态实时调节开关管关断时间，从而稳定输出。该PFM控制方式中，调节开关频率的是误差放大器输出的模拟信号，这样模拟部分消耗的静态功耗就不可避免。
发明内容
本发明解决的现有技术问题是现有开关电源中功耗消耗比较大的问题。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案一种开关电源的稳压控制方法，通过控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；包括A 以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；B:比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；C 依据振荡器的输出频率控制开关管的导通；D 检测开关管上的电流，当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。一种开关电源的稳压控制电路，用以控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；包括开关管开启控制单元用于以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；并比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；振荡器用于控制开关管的导通；开关管关断控制单元用以检测开关管上的电流，并当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。与现有技术相比本发明具有如下有益效果本发明提供的一种开关电源稳压控制方法及电路，通过开关管开启控制单元对开关电源的输出反馈电压的相邻时刻电压值的比较，得到反馈电压改变的区间数，并依据比较结果及改变的区间数控制振荡器的分频数增加或减少，从而控制功率开关管的导通；这样振荡器输出的频率不是连续或者相隔较近的变化，能够有效的降低开关频率，进而降低开关电源中的功耗消耗。
图1是现有技术中开关电源的稳压控制电路原理图；图2是本发明实施例开关电源的稳压控制方法的流程图；图3是本发明实施例开关电源的稳压控制电路原理框图；图4是本发明第一实施例开关电源的稳压控制电路原理图；图5是本发明第一实施例比较量化模块原理图；图6是本发明第二实施例开关电源的稳压控制电路原理图；图7是本发明实施例开关电源的稳压控制电路提供的波形图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图2是本发明实施例开关电源的稳压控制方法的流程图；一种开关电源的稳压控制方法，通过控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；包括A 以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；B:比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，并根据改变的区间数控制振荡器的分频数若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；C 依据振荡器的输出频率控制开关管的导通；D 检测开关管上的电流，当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。进一步地，在步骤A之前还包括对开关电源的输出反馈电压进行采样，以得到稳定的采样电压。进一步地，当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值小于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行 2η+Δ(Μ分频，其中AQ为增加的区间数，η为振荡器前一时刻的分频指数。进一步地，当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值大于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行 2η+ΔΘ分频，其中AQ为增加的区间数，η为振荡器前一时刻的分频指数。进一步地，当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值小于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行 2n-uQ+1)分频，其中AQ为减少的区间数，Π为振荡器前一时刻的分频指数。进一步地，当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值大于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行 2η_Δ 分频，其中AQ为减少的区间数，η为振荡器前一时刻的分频指数。
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进一步地，当反馈电压处于第一个区间时，振荡器输出基频频率信号。图3是本发明实施例开关电源的稳压控制电路原理框图；如图所示电源、主从线圈200的主线圈、开关管Ml、电阻Rs依次串联到地；开关电源100与主从线圈200的从线圈两端相连接，开关电源100进一步包括第二二极管D2、第二电感L2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、负载；，第二二极管D2、第三电阻R3、第四电阻R4依次串联后连接到主从线圈200从线圈的两端，第二二极管D2的正端连接主从线圈200从线圈的一端，主从线圈200从线圈的另一端与地连接；第二电感L2与第二电容C2串联后，第二电感L2的端点连接第二二极管D2的负端，第二电容C2的端点与地连接；负载连接到第二电容C2的两端。 第三电阻R3、第四电阻R4的节点作为开关电源100的输出反馈电压。一种开关电源的稳压控制电路，用以控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；包括开关管开启控制单元2 用于以基准电压Vref为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；并比较反馈电压VFB的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数Δ9，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数 AQ，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少。振荡器3 用于控制开关管的导通。开关管关断控制单元4:用以检测开关管上的电流，并当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。开关管Ml与电阻&的节点连接开关管关断控制单元4的输入端，开关管关断控制单元4的输出端连接RS触发器5的R端，振荡器3的输出端连接RS触发器5的S端，RS 触发器5的输出连接驱动电路6的输入端，驱动电路6的输出端连接开关管Ml的控制端；下面以两个实施例性详细描述其工作原理图4是本发明第一实施例开关电源的稳压控制电路原理图；图4在图3的基础上， 其开关管开启控制单元2包括比较量化模块21、频率控制模块22、双向移位寄存器23 ；比较量化模块21、频率控制模块22、双向移位寄存器23依次串联。以下详述其工作原理比较量化模块21，用于以基准电压为Vref中心，将基准电压Vref周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；得到开关电源的输出反馈电压所在的电压区间。例如将U2 Δ V, Vref+ Δ V, Vref, Vref- Δ V, Vref-2 Δ，Vref-3 Δ V六个电压划分成了七个区间，Δ V设定为20nV ；可以得到如下表所示
VFB大小六个比较器输出状态 (Q1Q2Q3Q4Q5Q6)所在区间数N (t)VFB < Vref-3 Δ V000000权利要求
1.一种开关电源的稳压控制方法，通过控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；其特征在于，包括A 以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；B:比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；C 依据振荡器的输出频率控制开关管的导通；D 检测开关管上的电流，当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源的稳压控制方法，其特征在于当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值小于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行2-0-1分频，其中AQ为增加的区间数，η为振荡器前一时刻的分频指数。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源的稳压控制方法，其特征在于当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值大于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行2η+ΔΘ分频，其中AQ为增加的区间数， η为振荡器前一时刻的分频指数。
4.根据权利要求1所述的一种开关电源的稳压控制方法，其特征在于当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值小于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行2n_UQ+1)分频，其中AQ为减少的区间数，η为振荡器前一时刻的分频指数。
5.根据权利要求1所述的一种开关电源的稳压控制方法，其特征在于当反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，并且当前时刻电压值大于基准电压时，则对振荡器输出时钟信号的频率进行2η_ΔΘ分频，其中AQ为减少的区间数， η为振荡器前一时刻的分频指数。
6.根据权利要求1所述的一种开关电源的稳压控制方法，其特征在于当反馈电压处于第一个区间时，振荡器输出基频频率信号。
7.一种开关电源的稳压控制电路，用以控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；其特征在于，包括开关管开启控制单元用于以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；并比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；振荡器用于控制开关管的导通；开关管关断控制单元用以检测开关管上的电流，并当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断。
8.根据权利要求7所述的一种开关电源的稳压控制电路，其特征在于所述开关管开启控制单元包括比较量化模块用于以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；得到开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；频率控制模块用以比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少；双向移位寄存器依据频率控制模块输出的控制信号得到振荡器的分频数。
9.根据权利要求7所述的一种开关电源的稳压控制电路，其特征在于所述开关管关断控制单元包括第一比较器；开关管上的电流输入到第一比较器的第二输入端，一预设电流输入到第一比较器的第一输入端，当开关管的电流大于该预设电流时，第一比较器的输出控制开关管的关断。
10.根据权利要求9所述的一种开关电源的稳压控制电路，其特征在于所述第一比较器的第一输入端是正输入端，开关管的第二输入端是负输入端。
全文摘要
一种开关电源的稳压控制方法，通过控制开关电源中开关管的开关频率，使开关电源输出稳定的电压；包括A以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，N为大于等于2的自然数；判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间；B比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，并根据改变的区间数控制振荡器的分频数；C依据振荡器的输出频率控制开关管的导通；D检测开关管上的电流，当开关管的电流大于一预设电流时，控制开关管关断；以及开关电源的稳压控制电路。这样振荡器输出的频率不是连续的变化，能够有效的降低开关频率以及功耗消耗。
文档编号H02M7/217GK102208875SQ201010139309
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者兰兰, 赵一飞 申请人:比亚迪股份有限公司