专利名称：Pfm原边反馈控制器及使用其的pfm原边反馈转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源转换器领域，更具体地说，涉及一种脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation, PFM)原边反馈控制器及使用该PFM原边反馈控制器的PFM原边反馈转换器。
背景技术：
随着电池供电的各种手持式产品(如手机)的蓬勃发展，低成本且高效率的电池充电器的市场需求也随之急剧增长，而反激式电源转换器由于其自身优点(如简单的结构)，成为这种充电器的首选方案。近年来，各种各样的PFM原边反馈转换器应用于此类反激式电源转换器。典型的PFM原边反馈转换器如图IA所示，其主要包括全桥整流器107，变压器 Tl (包括三个绕组初级绕组101，次级绕组102和辅助绕组103)，PFM原边反馈控制器100， 主开关管105，辅助供电电路108，次级整流二极管D1，以及输出电容Cl。在启动初期，电阻 109和电容C2为PFM原边反馈控制器100提供初始的启动能量。当稳定后，PFM原边反馈控制器100则由辅助电路108供电。输出电压通过辅助绕组103反馈回初级绕组101，并由电阻分压器R2和R3采样至PFM原边反馈控制器100的FB端。电阻RCS用于采样流过主开关管105的电流。现有的PFM原边反馈控制器100的功能模块图如图IB所示，包含如下模块电流采样(current sampling, CS)比较器111，反馈(feed back, FB)误差放大器112，恒压 (constant voltage, CV)控制模块113，PFM控制模块115。节点CS处的电压Ves表示初级绕组101的电流幅度，其输入至CS比较器111并与内部基准电压Vcso进行比较，当电压Vcs达到V㈣时，CS比较器111的输出状态翻转并输出至PFM控制模块115以关断主开关管105。 在关断时间内，FB误差放大模块112采样节点FB处的电压信号Vfb，并与基准电压Vkefci进行误差放大操作，结果输出至CV控制模块113，以设定主开关管105的关断时间。通过次级绕组102与辅助绕组103的匝数比Nsa，分压电阻R2与R3，误差放大器112，CV控制模块113， PFM控制模块115以及主开关管105，形成了一个负反馈环路，并将输出电压稳定为(1)
权利要求
1.一种PFM原边反馈控制器，其特征在于，包括CS比较器，所述CS比较器的正相输入端从主开关管的发射极接收输入电压，所述CS比较器的反相输入端接收峰值电流参考电压，所述CS比较器的输出端基于所述输入电压和所述峰值电流参考电压输出PFM控制信号；PFM控制模块，用于基于所述PFM控制信号关断所述主开关管； FB误差放大器，在所述主开关管的关断时间内，所述FB误差放大器的第一输入端接收原边采样电压，所述FB误差放大器的第二输入端接收误差参考电压，所述FB误差放大器的输出端输出误差放大信号；恒压控制模块，用于基于所述误差放大信号设定所述主开关管的关断时间； 基准电压生成模块，用于基于所述原边采样电压，第一基准电压和第二基准电压，生成所述峰值电流参考电压和误差参考电压。
2.根据权利要求1所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述基准电压生成模块包括时间检测单元，用于接收所述原边采样电压以获得次级整流二极管的占空比； 峰值电流参考电压生成单元，用于基于所述次级整流二极管的占空比和所述第一基准电压生成所述峰值电流参考电压；误差参考电压生成单元，用于基于所述峰值电流参考电压、所述次级整流二极管的占空比、所述第二基准电压生成所述误差参考电压。
3.根据权利要求2所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述峰值电流参考电压生成单元包括第一开关电容滤波网络，所述第一开关电容滤波网络的输入端接收所述第一基准电压，所述第一开关电容滤波网络的第一输出端接地；运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述第一开关电容滤波网络的第二输出端，所述运算放大器的第二输入端接地；第二开关电容滤波网络，所述第二开关电容滤波网络的输入端连接所述运算放大器的第一输入端，所述第二开关电容滤波网络的第一输出端接地，所述第二开关电容滤波网络的第二输出端连接到所述运算放大器的输出端；滤波电阻，所述滤波电阻的一端连接所述运算放大器的输出端，另一端输出所述峰值电流参考电压。
4.根据权利要求3所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述第一开关电容滤波网络包括第一滤波电容，第一时钟开关、第二时钟开关、第三时钟开关和第四时钟开关，其中所述第一滤波电容的第一端经所述第一时钟开关接收所述第一基准电压且所述第一滤波电容的第一端经所述第四时钟开关接地，所述第一滤波电容的第二端经所述第二时钟开关连接到所述运算放大器的第一输入端且所述第一滤波电容的第二端经所述第三时钟开关接地。
5.根据权利要求4所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述第二开关电容滤波网络包括第二滤波电容，第三滤波电容、第五时钟开关、第六时钟开关、第七时钟开关和第八时钟开关，其中所述第三滤波电容连接到所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间，所述第二滤波电容的第一端经第五时钟开关连接到所述运算放大器的第一输入端且所述第二滤波电容的第一端经第六时钟开关接地，所述第二滤波电容的第二端经第七时钟开关连接到所述运算放大器的输出端且所述第二滤波电容的第二端经第八时钟开关接地。
6.根据权利要求5所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述第一时钟开关和所述第三时钟开关由第一时钟控制，所述第二时钟开关和所述第四时钟开关由第二时钟控制， 所述第五时钟开关和所述第七时钟开关由第三时钟控制，所述第六时钟开关和所述第八时钟开关由第四时钟控制，其中所述第一时钟和所述第二时钟为非交叠反相时钟，所述第三时钟和所述第四时钟为非交叠反相时钟，所述第三时钟和所述第四时钟基于所述次级整流二极管的占空比生成。
7.根据权利要求2所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述误差参考电压生成单元包括第一乘法器，用于基于所述峰值电流参考电压、所述次级整流二极管的占空比生成补偿电压；第二乘法器，用于基于所述补偿电压和线损补偿因子生成线损补偿电压；加法器，用于基于所述线损补偿电压和所述第二基准电压，生成所述误差参考电压。
8.根据权利要求2所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述峰值电流参考电压生成单元包括函数生成器，用于基于所述次级整流二极管的占空比和所述第一基准电压按照设定函数关系生成所述峰值电流参考电流，其中，所述设定函数关系为其中所述函数关系fun(D)使得所述主开关管的开关频率与输出负载电流满足如下关系
9.根据权利要求8所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述误差参考电压生成单元包括减法器，用于基于所述峰值电流参考电压和第一基准电压生成所述线损补偿电压； 加法器，用于基于所述线损补偿电压和所述第二基准电压，生成所述误差参考电压。
10.根据权利要求9所述的PFM原边反馈控制器，其特征在于，所述线损补偿电压满足
11.一种PFM原边反馈转换器，其特征在于，包括权利要求1-10中任意一项所述的PFM原边反馈控制器。
全文摘要
本发明涉及一种PFM原边反馈控制器及使用该PFM原边反馈控制器的PFM原边反馈转换器。该PFM原边反馈控制器包括CS比较器，PFM控制模块，FB误差放大器，恒压控制模块。所述PFM原边反馈控制器还包括基准电压生成模块。该基准电压生成模块基于原边采样电压，第一基准电压和第二基准电压，生成所述峰值电流参考电压和误差参考电压以供上述CS比较器和FB误差放大器使用。实施本发明，通过使得峰值电流参考电压与原边采样电压相关，进而与输出电流相关，从而有效降低轻载及空载时的峰值电流参考电压，减少甚至消除空载的噪声，并且提高空载时的开关频率，并改进其瞬态响应特性。
文档编号H02M3/335GK102545636SQ20121003101
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者谷文浩, 黄裕泉 申请人:辉芒微电子(深圳)有限公司