专利名称：适用于开关电源转换器的时钟频率选择电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及的一种时钟频率选择电路，主要应用于 开关电源DC/DC转换器中。
背景技术：
开关电源DC/DC转换器是一类使用电感或者电容作为能量传输的介质，通过周期 性的时钟脉冲控制，实现电平转化的一种电路。它广泛地应用于各类消费产品中。它相对 于无开关的线性整流器LDO而言，最大的优点就是高效率。因此效率的提高问题也是开关 电源转换器研发过程中最为关注的问题。通常情况下，决定各类消费电子产品待机时间的长短的，往往是待机时的电源转 换效率。为了轻载时的效率，一种解决方案是根据电流负载的区间选择合适的开关频率，以 降低开关管栅电容的充放电损耗。这就需要一种时钟频率选择电路来完成这一功能。传统 的频率选择电路如图1所示，它通过将电流采样反馈回来的采样电压VSENSE和一些阈值电 压(Vl、6)做比较得到的数字编码来选择特定频率的开关时钟。这种方法简单易行，但是 最大的缺点是它需要若干个比较器来实现，如果要选择N个频率就至少需要N个比较器，我 们知道比较器有一定的静态功耗，如果备选频率较多，那么就会产生比较大的静态损耗，大 大影响系统轻载时候的效率。因此本发明提出了一个新的频率选择电路，无论多少个备选 频率的时钟，它只需要两个比较器和一些数字电路就可以实现。大大降低了系统损耗。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以降低开关电源DC/DC转换器中的静态损耗、提高 系统的效率的时钟频率选择电路。本发明提出的时钟频率选择电路，如图2所示，主要包括两个比较器Compl和 Comp2，一个有限状态机FSM，两个多路复用器，该两个多路复用器分别提供阈值电压VI、V2 …VN和备选频率FS1、FS2 ...FSN。电流采样电路反馈回来的采样电压Vsense与两个高低电压阈值Vthp、Vthn做比 较就会出现以下几种情况。如果Vsense>Vthp，AlAO=Il0那么认为选择到的开关频率FS 和两个阈值电压Vthp、Vthn偏低，有限状态机向较高的状态移动，开关频率FS变高，阈值 电压Vthp、Vthn变大。如果Vsense<Vthn，A1A0=00。那么认为选择到的开关频率FS和两 个阈值电压Vthp、Vthn偏高，有限状态机向较低的状态移动，开关频率FS变低，阈值电压 Vthp、Vthn变小。只有Vthn<Vsense<Vthp时，A1A0=01。这个时候认为选择到与Vsense采 样电压相匹配的时钟频率。频率选择电路处于稳定状态。FSM状态机维持状态不变。从而 达到时钟频率选择的目的。采用传统的频率选择电路，比较器较多，静态功耗较大，大大降低了轻载时的系统 效率。本发明频率选择电路，只需要两个比较器就可以实现任意个时钟频率的选择，大大降 低了静态功率损耗，提高了电源的转换效率。
图1传统的频率选择电路。图2本发明的频率选择电路结构。图3有限状态机转换图。图4选择频率由高到低转换过程图。图5选择频率由低到高转换过程图。
具体实施例方式下面结合状态对照表中的6个备选频率对本发明做进一步的说明。这里选定 Vl=62. 5mV, V2=125mV, V3=250mV, V4=250mV, V5=500mV, V6=1V, V7=5V(VDD)。当采样电压Vsense<Vthn时，两个比较器的输出编码为A1A0=00。这个编码作为 有限状态机FSM的输入码。当开关时钟的上升沿触发有限状态机时，从图3的有限状态机 的状态转换图可以看到，AlAO=OO时，状态会向较低的状态移动一位，此时的状态输出编码 B2B1B0也做相应的改变，从而选择新状态下的开关频率和阈值电压。采样电压Vsense从 1. 2V飞OmV区间内跳变的时候，查看时钟频率的选择情况。从图4可以清楚地看到，当采样 电压逐渐降低的时候，选择到的时钟频率也在逐渐降低。当采样电压VSenSe>Vthp时，比较器的输出码A1A0=11。当开关时钟的上升沿触 发有限状态机时，从图3的有限状态机的状态转化图可以看到，状态会向较高的状态移动 一位，此时的状态码B2B1B0，开关频率FS和阈值电压Vthp Vthn都做相应的改变。从图5 可以清楚地看到，当采样电压Vsense逐渐升高的时候，选择到的频率也在逐渐增大。只有当Vthn<Vsense<Vthp时，即AlAO=Ol时，系统处于稳定状态。选定指定的开 关频率。值得注意的是，由于不可能出现Vthp<Vsense<Vthn的状态，所以AlAO Φ 10。因 此AlAO=IO在有限状态机中可以做任意态处理，简化电路设计。另外此例只采用了 6个有 效状态，还有两个状态S6，S7没有被使用，所以在电路设计的时候无论AlAO取何值，都应向 较低的状态移动。状态对照表
VsensefswStateb2blb0VthpVthn[VIV2]FSlSO000V2Vl[V2V3)FS2Sl001V3V2[V3V4)FS3S2010V4V3[V4V5)FS4S3OilV5V4[V5V6)FS5S4100V6V5[V6V7)FS6S5101V7V权利要求
1. 一种适用于开关电源转换器的时钟频率选择电路，其特征在于，包括两个比较器 Compl和Comp2，一个有限状态机FSM，两个多路复用器，该两个多路复用器分别提供阈值电 压V1、V2 …VN和备选频率FS1、FS2 -FSN ；所述两个比较器用于采样电压Vsense与动态电压阈值Vthp、Vthn的比较，比较的结果 输出码AlAO作为有限状态机FSM的输入控制码，控制FSM的移动方向当AlAO=OO,状态机 向较低的状态移动，从而选择较低的时钟频率和较低的电压阈值;AlAO=Il,状态机向较高 的状态移动，从而选择较高的时钟频率和较高的电压阈值；只有当AlAO=OO时，状态机处于 稳定状态，时钟频率和两个电压阈值被选定不再变化，除非采样电压发生新的变化；两路多 路复用器Multiplexer分别用于多路备选时钟频率的选择和多组阈值电压的选择，选择的 结果与有限状态机FSM状态对应的新的开关频率和阈值电压。
全文摘要
本发明属于集成电路技术领域，具体为适用于开关电源转换器的时钟频率选择电路。该时钟频率选择电路包括两个比较器，一个FSM有限状态机，两个多路复用器。该电路主要应用于开关电源DC/DC转换器中，其优点是，不需要增加比较器的数目，只需要修改FSM有限状态机编码就可以任意多个备选频率的选择。从而降低系统的静态功耗，提高开关电源转换器的系统效率。
文档编号H02M3/07GK102082506SQ20101060061
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者宫艳, 李文宏, 王科军 申请人:复旦大学