专利名称：定频式导通时间控制系统、方法以及电压调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源调节器或转换器，尤其涉及定频式导通时间控制系统、方法以及电压调节器。
背景技术：
请参考图1A,其为先前技术中的一种固定导通时间(constant ON-time, COT)的电压调节器。图IA中的电压调节器100包括反馈电路111、误差比较器CMP、导通时间控制电路(ON-time control circuit) 113、驱动及电源电路(driver & power stage) 130 以及输出滤波电路(output filter) 150 ;在此，误差比较器CMP与导通时间控制电路130构成固定导通时间控制系统。具体地，误差比较器CMP比较反馈电路111提供的输出电压的反馈值VFB与参考电压VREF之间的大小产生输出电压逻辑信号C0MP，由导通时间控制电路113根据输出电压逻辑信号COMP的转态时间产生关闭时间与导通时间TON并告知驱动及电源电路130，之后由驱动及电源电路130根据所接收到的导通时间TON决定输入电压VIN导入至其内的时间长度来控制输出滤波电路150中的电感电流IL，进而调节输出电压V0UT。图IB为图IA中驱动及电源电路130中的电源部分1302，驱动及电源电路130会根据导通时间TON来产生脉宽调变信号VPWM，以决定开关晶体管HS-MOS的导通时间及关闭时间(等于相邻两个导通时间之间的时间间隔)；而相互串接的开关晶体管HS-MOS与LS-MOS交替导通。图IA示出的固定导通时间控制系统拥有电路简单、不需补偿电路以及反应快速的优点，其缺点则是工作频率不固定，也因此有许多方法被发展出来，以使固定导通时间控制系统达到定频，例如图2所示的定频式(constant frequency)导通时间的电压调节器200。如图2所示，电压调节器200包括反馈电路211、误差比较器CMP、定频式导通时间控制电路213、驱动及电源电路230以及输出滤波电路250 ;在此，误差比较器CMP与定频式导通时间控制电路213构成定频式导通时间控制系统。其中，定频式导通时间控制电路213利用输入电压VIN与输出电压VOUT以求得电压调节器200的系统责任周期(Duty)(例如是图IB中的脉宽调变信号VPWM的责任周期)或近似的系统责任周期值再配合预定的频率设定参数FSETO输出相对应的导通时间TON(等于VOUT/(VINXFSET0)或Duty X (1/FSET0)或者DutyX (1/FSET0)的近似值)至驱动及电源电路230，使定频式导通时间控制系统的工作频率等于或近似等于预定的频率设定参数FSETO所对应的频率；而关闭时间则是通过误差比较器CMP比较输出电压的反馈值VFB与参考电压VREF来自动决定。然而，在实际电路实现时，会有最小关闭时间的限制，亦即必须维持关闭时间不小于某一最小关闭时间；因此，当图2中的定频式导通时间控制电路213产生的导通时间TON所对应的关闭时间小于最小关闭时间，系统会因为最小关闭时间的限制将关闭时间维持于最小关闭时间，使得此时定频式导通时间控制电路所产生的导通时间TON与最小关闭时间所合成的脉宽调变控制信号无法维持输出电压VOUT在所设定的准位并导致其下降。
发明内容
因此，本发明提供一种定频式导通时间控制系统，以避免先前技术中在遭遇到最小关闭时间限制时输出电压下降的问题。本发明另提供一种定频式导通时间控制方法，以避免先前技术中在遭遇到最小关闭时间限制时输出电压下降的问题。本发明再提供一种适用上述控制系统及控制方法的电压调节器，以避免先前技术中在遭遇到最小关闭时间限制时输出电压下降的问题。为达上述目的，本发明提出一种定频式导通时间控制系统，适于应用于电压调节器。本实施例中的电压调节器根据导通时间决定输入电压导入至电压调节器内的时间长度来调节输出电压。具体地，定频式导通时间控制系统包括定频式导通时间控制电路以及频率设定参数调整电路；定频式导通时间控制电路根据电压调节器的系统责任周期(例如由 输入电压与输出电压求得)或系统责任周期的近似值以及频率设定参数设定上述的导通时间；频率设定参数调整电路根据电压调节器的与导通时间相对应的关闭时间的大小产生频率设定参数调整值，并根据频率设定参数调整值与预定的频率设定参数进行运算产生上述的频率设定参数。其中，频率设定参数调整电路在关闭时间小于关闭时间参考值时利用频率设定参数调整值改变运算结果来改变频率设定参数以增大导通时间。在本发明的一个实施例中，所述的频率设定参数调整电路可包括误差放大器、低通滤波器、极性选择电路以及计算电路。误差放大器根据代表关闭时间的控制电压与代表关闭时间参考值的参考电压之间的差异输出误差放大信号，此误差放大信号在关闭时间小于关闭时间参考值时具有特定极性；低通滤波器对上述的误差放大信号进行低通滤波处理；极性选择电路根据低通滤波后的误差放大信号输出频率设定参数调整值，且当低通滤波后的误差放大信号具有上述的特定极性时使频率设定参数调整值为非零；计算电路对预定的频率设定参数与频率设定参数调整值进行运算而产生频率设定参数以供定频式导通时间控制电路使用。在本发明的一个实施例中，所述的频率设定参数调整电路还可包括时间对电压转换器，以将关闭时间转换成上述的控制电压。在本发明的一个实施例中，所述的定频式导通时间控制系统还可包括误差比较器，以根据输出电压的反馈值与另一参考电压提供输出电压逻辑信号以供定频式导通时间控制电路决定关闭时间之用。本发明实施例提出的定频式导通时间控制方法适于应用于电压调节器。本实施例中的电压调节器可根据导通时间决定输入电压导入至电压调节器内的时间长度来调节输出电压。具体地，定频式导通时间控制方法包括步骤根据电压调节器的系统责任周期(例如由输入电压与输出电压求得)或系统责任周期的近似值与频率设定参数设定上述的导通时间；当电压调节器的与导通时间相对应的关闭时间小于关闭时间参考值时，改变频率设定参数以增大导通时间。进一步地，还可以当关闭时间不小于关闭时间参考值时，保持频率设定参数不变。在本发明的一个实施例中，所述的当电压调节器的与导通时间相对应的关闭时间小于关闭时间参考值时改变频率设定参数以增大导通时间的步骤可包括根据代表关闭时间的控制电压与代表关闭时间参考值的参考电压之间的差异输出误差方法信号，在此，误差放大信号在关闭时间小于关闭时间参考值时具有特定极性；对误差放大信号进行低通滤波处理；当低通滤波后的误差放大信号具有上述的特定极性时输出非零的频率设定参数调整值；以及利用非零的频率设定参数调整值改变频率设定参数。在本发明的一个实施例中，所述的定频式导通时间控制方法还可包括步骤根据输出电压的反馈值与另一参考电压之间的差异提供输出电压逻辑信号；以及根据输出电压逻辑信号决定上述的关闭时间。本发明实施例提 出的一种电压调节器，包括驱动及电源电路、定频式导通时间控制电路以及频率设定参数调整电路；其中，驱动及电源电路根据导通时间决定输入电压导入至驱动及电源电路内的时间长度来调节输出电压；定频式导通时间控制电路根据电压调节器的系统责任周期(例如由输入电压与输出电压求得)或系统责任周期的近似值与频率设定参数设定上述的导通时间；频率设定参数调整电路根据与上述的导通时间相对应的关闭时间的大小产生频率设定参数调整值，并通过频率设定参数调整值决定是否改变上述的频率设定参数。再者，在关闭时间小于关闭时间参考值时频率设定参数调整值为非零而使得频率设定参数被改变。本发明实施例通过提供频率设定参数调整电路，以使得当关闭时间小于关闭时间参考值(电路实现时可设置为大于系统最小关闭时间)时，调降频率设定参数以调整导通时间的大小，进而可避免在遭遇最小关闭时间的限制时所造成的输出电压下降的问题。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图IA为先前技术中的一种固定导通时间的电压调节器的电路结构示意图。图IB为图IA中的驱动及电源电路中的电源部分的电路结构示意图。图2为先前技术中的一种定频式导通时间的电压调节器的电路结构示意图。图3为本发明所提供的实施例的一种定频式导通时间的电压调节器的电路结构示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的定频式导通时间控制系统及方法以及电压调节器其具体实施方式
、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式
的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效有一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。请参考图3，其为本发明所提供的实施例的一种定频式导通时间的电压调节器的电路结构示意图。如图3所示，电压调节器300包括反馈电路311、误差比较器CMP、定频式导通时间控制电路313、频率设定参数调整电路315、驱动及电源电路330以及输出滤波电路350 ;在此，误差比较器CMP、定频式导通时间控制电路313与频率设定参数调整电路315构成本实施例中的定频式导通时间控制系统。本实施例中，反馈电路311、误差比较器CMP、驱动及电源电路330以及输出滤波电路350与图IA及图2中的反馈电路、误差比较器、驱动及电源电路以及输出滤波电路基本相同，故在此不再赘述。本实施例中的定频式导通时间控制电路313根据输入电压VIN与输出电压VOUT以求得系统的责任周期(Duty)(例如是图IB中脉宽调变信号VPWM的责任周期)或系统责任周期的近似值与频率设定参数FSET产生导通时间T0N，例如TON=VOUT/(VINXFSET)或DutyX (1/FSET)或DutyX (1/FSET)的近似值，并根据误差比较器CMP通过比较输出电压的反馈值VFB与参考电压VREF后输出的输出电压逻辑信号COMP来决定与导通时间TON对应的关闭时间T0FF。在此需要说明的是，系统责任周期的求取方式很多，并不限于利用输出电压与输入电压相除来求得。驱动及电源电路330从定频式导通时间控制电路313获知导通时间TON后决定输入电压VIN导入至驱动及电源电路330内的时间长度，来调节输出电压VOUT0承上述,频率设定参数调整电路315包括时间对电压转换器(time to voltageconverter)、误差放大器EA、低通滤波电路3152、极性选择电路3154以及计算电路3156。其中，时间对电压转换器3150接收定频式导通时间控制电路313输出的关闭时间TOFF并将关闭时间TOFF转换成代表关闭时间TOFF的控制电压V0FF。误差放大器EA接收控制电压VOFF与代表关闭时间参考值(在此，关闭时间参考值设置为大于系统的最小关闭时间)的参考电压VOFF (set)，并根据控制电压VOFF与参考电压VOFF (set)之间的差异输出误差放大信号Sdif ;在此，误差放大信号Sdif在控制电压VOFF大于参考电压 VOFF (set)(对应关闭时间TOFF小于关闭时间参考值)时具有正极性，亦即此时Sdif>0 ;否贝U，Sdif ( O。低通滤波电路3152对误差放大信号Sdif进行低通滤波处理后输出至极性选择电路3154，由极性选择电路3154根据低通滤波后的误差放大信号Sdif产生频率设定参数调整值Scon。更具体地，当误差放大信号Sdif>0，则极性选择电路3154会将频率设定参数调整值Scon设为非零(亦即Scon>0)，而当误差放大信号Sdif ( 0，则极性选择电路3154会将频率设定参数调整值Scon设为零(亦即Sdif=O)。之后，计算电路3156会对所接收到的预定的频率设定参数FSETO与频率设定参数调整值Scon进行运算，并将运算结果作为频率设定参数FSET供定频式导通时间控制电路313使用，亦即FSET= a FSETO-^ Scon,其中a与0的最简单形式为1，但也可设定为其他数值。从本实施例的频率设定参数FSET的计算公式(FSET = a FSETO- ^ Scon)可知在关闭时间TOFF小于关闭时间参考值时频率设定参数调整值Scon为非零而使得频率设定参数FSET被改变例如调降，而在关闭时间TOFF不小于关闭时间参考值时频率设定参数调整值Scon为零而使得频率设定参数FSET保持不变；因此可避免先前技术中在遭遇最小关闭时间限制时所造成的输出电压下降的问题。综上所述，本发明实施例通过提供频率设定参数调整电路，以使得当关闭时间小于关闭时间参考值(电路实现时可设置为大于系统最小关闭时间)时调降频率设定参数以调整(例如增大)导通时间的大小，进而可避免在遭遇最小关闭时间的限制时所造成的输出电压下降的问题。另外，本领域技术人员可对本发明上述实施例中的电压调节器的电路结构作适当变更设计，例如变更频率设定参数调整电路的内部结构，只要能达成在关闭时间TOFF小于关闭时间参考值时调降频率设定参数的目的即可。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种定频式导通时间控制系统，应用于电压调节器，所述电压调节器根据一导通时间决定一输入电压导入至所述电压调节器内的一时间长度来调节一输出电压，其特征是所述定频式导通时间控制系统包括 一定频式导通时间控制电路，根据所述电压调节器的一系统责任周期以及一频率设定参数设定所述导通时间；以及 一频率设定参数调整电路，根据所述电压调节器与所述导通时间相对应的一关闭时间的大小产生一频率设定参数调整值，并根据所述频率设定参数调整值与一预定的频率设定参数进行运算产生所述频率设定参数， 其中，所述频率设定参数调整电路在所述关闭时间小于一关闭时间参考值时利用所述频率设定参数调整值改变运算结果来改变所述频率设定参数以增大所述导通时间。
2.根据权利要求I所述的定频式导通时间控制系统，其特征是所述频率设定参数调整电路包括 一误差放大器，根据代表所述关闭时间的一控制电压与代表所述关闭时间参考值的一参考电压之间的差异输出一误差放大信号，所述误差放大信号在所述关闭时间小于所述关闭时间参考值时具有一特定极性； 一低通滤波器，对所述误差放大信号进行低通滤波处理； 一极性选择电路，根据低通滤波后的误差放大信号输出所述频率设定参数调整值，且当所述低通滤波后的误差放大信号具有所述特定极性时使所述频率设定参数调整值为非零；以及 一计算电路，对所述预定的频率设定参数与所述频率设定参数调整值进行运算而产生所述频率设定参数以供所述定频式导通时间控制电路使用。
3.根据权利要求2所述的定频式导通时间控制系统，其特征是所述频率设定参数调整电路还包括 一时间对电压转换器，将所述关闭时间转换成所述控制电压。
4.根据权利要求I所述的定频式导通时间控制系统，其特征是所述定频式导通时间控制系统还包括 一误差比较器，根据所述输出电压的一反馈值与一参考电压提供一输出电压逻辑信号以供所述定频式导通时间控制电路决定所述关闭时间之用。
5.根据权利要求I所述的定频式导通时间控制系统，其特征是所述运算为FSET=a FSETO-^Scon, FSET代表所述频率设定参数，FSETO代表所述预定的频率设定参数，Scon代表所述频率设定参数调整值，a与P为常数。
6.一种定频式导通时间控制方法，应用于电压调节器，所述电压调节器根据一导通时间决定一输入电压导入至所述电压调节器内的一时间长度来调节一输出电压，其特征是所述定频式导通时间控制方法包括步骤 根据所述电压调节器的一系统责任周期以及一频率设定参数设定所述导通时间；以及 当所述电压调节器的与所述导通时间相对应的一关闭时间小于一关闭时间参考值时，改变所述频率设定参数以增大所述导通时间。
7.根据权利要求6所述的定频式导通时间控制方法，其特征是当所述电压调节器的与所述导通时间相对应的所述关闭时间小于所述关闭时间参考值时，改变所述频率设定参数以增大所述导通时间的步骤包括 根据代表所述关闭时间的一控制电压与代表所述关闭时间参考值的一参考电压之间的差异输出一误差放大信号，所述误差放大信号在所述关闭时间小于所述关闭时间参考值时具有一特定极性； 对所述误差放大信号进行低通滤波处理； 当低通滤波后的误差放大信号具有所述特定极性时输出一非零的频率设定参数调整值；以及 利用所述非零的频率设定参数调整值改变所述频率设定参数。
8.根据权利要求6所述的定频式导通时间控制方法，其特征是所述定频式导通时间控制方法还包括步骤 根据所述输出电压的一反馈值与一参考电压之间的差异提供一输出电压逻辑信号；以及 根据所述输出电压逻辑信号决定所述关闭时间。
9.一种电压调节器，其特征是包括 一驱动及电源电路，根据一导通时间决定一输入电压导入至所述驱动及电源电路内的一时间长度来调节一输出电压； 一定频式导通时间控制电路，根据所述电压调节器的一系统责任周期以及一频率设定参数设定所述导通时间；以及 一频率设定参数调整电路，根据与所述导通时间相对应的一关闭时间的大小产生一频率设定参数调整值，并通过所述频率设定参数调整值决定是否改变所述频率设定参数；其中，在所述关闭时间小于一关闭时间参考值时所述频率设定参数调整值为非零而使得所述频率设定参数被改变。
10.根据权利要求9所述的电压调节器，其特征是所述频率设定参数调整电路包括 一误差放大器，根据代表所述关闭时间的一控制电压与代表所述关闭时间参考值的一参考电压之间的差异输出一误差放大信号，所述误差放大信号在所述关闭时间小于所述关闭时间参考值时具有一特定极性； 一低通滤波器，对所述误差放大信号进行低通滤波处理； 一极性选择电路，根据低通滤波后的误差放大信号输出所述频率设定参数调整值，且当所述低通滤波后的误差放大信号具有所述特定极性时使所述频率设定参数调整值为非零；以及 一计算电路，对一预定的频率设定参数与所述频率设定参数调整值进行运算而得到所述频率设定参数以供所述定频式导通时间控制电路使用。
11.根据权利要求9所述的电压调节器，其特征是所述电压调节器还包括 一误差比较器，根据所述输出电压的一反馈值与一参考电压提供一输出电压逻辑信号以供所述定频式导通时间控制电路决定所述关闭时间之用。
12.根据权利要求9所述的电压调节器，其特征是所述系统责任周期是利用所述输入电压与输出电压求得。
全文摘要
本发明涉及一种定频式导通时间控制系统及方法，应用于电压调节器。电压调节器根据导通时间决定输入电压导入的时间长度来调节输出电压。定频式导通时间控制系统包括根据电压调节器的系统责任周期以及频率设定参数来设定导通时间的定频式导通时间控制电路，以及频率设定参数调整电路。频率设定参数调整电路根据关闭时间的大小产生频率设定参数调整值，并根据频率设定参数调整值与预定的频率设定参数进行运算产生频率设定参数。其中，频率设定参数调整电路在关闭时间小于参考值时利用频率设定参数调整值改变运算结果来改变频率设定参数。本发明定频式导通时间控制系统及方法可避免先前技术中在遭遇到最小关闭时间限制时输出电压下降的问题。
文档编号H02M3/158GK102761259SQ20111010988
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者戴鼎容, 陈安东 申请人:立锜科技股份有限公司