一种应用于开关式稳压器的PWM和PFM的自动切换电路的制作方法

本发明涉及一种pwm和pfm的切换电路，特别涉及一种应用于开关式稳压器的pwm和pfm的自动切换电路。

背景技术：

现有技术在开关式稳压器设计时，pwm和pfm自动切换功能通过独立设计的pwm和pfm控制模块，产生一个模拟状态的pwm/pfm临界切换点，通过判断系统工作状态和切换点的关系，来实现pwm/pfm自动切换。因为稳压器开关信号不可避免的抖动和干扰，pwm/pfm临界切换点必然呈现小范围内的离散和失配状态，因为判断点的不确定性，导致输出电压纹波随负载和输入输出电压的变化存在突变范围，测试中表现为多个周期导通的一簇簇的纹波，导致输出电压纹波幅度增大，轻载效率也被降低，不能达到理想的pwm和pfm平滑过渡。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种实现pwm和pfm平滑过渡的一种应用于开关式稳压器的pwm和pfm的自动切换电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于开关式稳压器的pwm和pfm的自动切换电路，包括pfm判断模块、最小导通时间控制模块、第一或非门电路、第二或非门电路、第三或非门电路、第四或非门电路、第五或非门电路、第六反相器、第七与门电路，所述第一或非门电路、第二或非门电路、第三或非门电路、第四或非门电路、第五或非门电路均为二输入或非门；

所述第一或非门电路的一个输入端连接最小导通时间控制模块的输出端，第二或非门电路的另一个输入端用以连接外部pwm信号；

所述pfm判断模块的第一输入端与第一或非门电路的输出端连接，pfm判断模块的第二输入端与第六反相器的输入端连接；

第二或非门电路的输入端分别连接pfm判断模块的输出端和第六反相器的输入端；

第三或非门电路的输入端分别连接第二或非门电路的输出端和第一或非门电路的输出端；

第四或非门电路的输入端分别连接第三或非门电路的输出端和第五或非门电路的输出端；

第五或非门电路的输入端分别连接第四或非门电路的输出端和第七与门电路的输出端；

第六反相器的输入端用以连接外部的开关稳压振荡器信号；

第七与门电路的输入端分别连接第一或非门电路的输出端和第六反相器的输出端；

所述pfm判断模块功能如下：当第一输入端电平为逻辑0时，输出端电平为逻辑1，当第一输入端电平为逻辑1时，第二输入端接收到开关稳压振荡器信号处在上升沿时，输出端电平为逻辑0；

所述最小导通时间控制模块功能如下：当输入端电平为逻辑0时，输出端信号电平为逻辑0，当输入端电平为逻辑1时，输出端电平为逻辑1，且经过一个固定延迟时间后电平翻转为逻辑0。

进一步的是：所述最小导通时间控制模块包括第八反相器、第九反相器、电阻、电容、第十或非门，所述第八反相器的输入端与第五反相器的输出端连接，第九反相器的输入端与第八反相器的输出端连接，第九反相器的输出端与电阻的一端连接，所述第十或非门的输入端分别与电阻的另一端和第八反相器的输出端连接，所述第十或非门的输出端与第一或非门的输入端连接，所述电容的正极与电阻的另一端连接，电容的负极与地级连接。

本发明的有益效果是：本发明将传统的pwm信号经过数字逻辑运算产生pfm信号，避免了pwm模块参数和pfm模块参数在设计上的匹配性问题，从根本上解决了pwm和pfm自动切换带来的突变点，实现pwm和pfm平滑过渡。

附图说明

图1为pwm/pfm自动切换原理图。

图2为最小导通时间控制模块原理图。

图3为pwm和pfm工作时序说明图。

图中标记为：pfm判断模块1、最小导通时间控制模块2、第一或非门电路3、第二或非门电路4、第三或非门电路5、第四或非门电路6、第五或非门电路7、第六反相器8、第七与门电路9、第八反相器10、第九反相器11、电阻12、电容13、第十或非门14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图3所示的一种应用于开关式稳压器的pwm和pfm的自动切换电路，包括pfm判断模块1、最小导通时间控制模块2、第一或非门电路3、第二或非门电路4、第三或非门电路5、第四或非门电路6、第五或非门电路7、第六反相器8、第七与门电路9，所述第一或非门电路3、第二或非门电路4、第三或非门电路5、第四或非门电路6、第五或非门电路7均为二输入或非门；

所述第一或非门电路3的一个输入端连接最小导通时间控制模块2的输出端，第二或非门电路4的另一个输入端用以连接外部pwm信号；

所述pfm判断模块1的第一输入端与第一或非门电路3的输出端连接，pfm判断模块1的第二输入端与第六反相器8的输入端连接；

第二或非门电路4的输入端分别连接pfm判断模块1的输出端和第六反相器8的输入端；

第三或非门电路5的输入端分别连接第二或非门电路4的输出端和第一或非门电路3的输出端；

第四或非门电路6的输入端分别连接第三或非门电路5的输出端和第五或非门电路7的输出端；

第五或非门电路7的输入端分别连接第四或非门电路6的输出端和第七与门电路9的输出端；

第六反相器8的输入端用以连接外部的开关稳压振荡器信号；

第七与门电路9的输入端分别连接第一或非门电路3的输出端和第六反相器8的输出端；

所述pfm判断模块1功能如下：当第一输入端电平为逻辑0时，输出端电平为逻辑1，当第一输入端电平为逻辑1时，第二输入端接收到开关稳压振荡器信号处在上升沿时，输出端电平为逻辑0，所述pfm判断模块1为普通触发电路；

所述最小导通时间控制模块2功能如下：当输入端电平为逻辑0时，输出端信号电平为逻辑0，当输入端电平为逻辑1时，输出端电平为逻辑1，且经过一个固定延迟时间后电平翻转为逻辑0。

上述电路中的各门电路可通过传统电路搭建而成也可使用cpld等数字逻辑编辑器进行搭建，上述两种方法均为搭建逻辑电路的常用方法，此处便不再赘述。

为了方便描述，设第一或非门电路3的输出端为第二节点，pfm判断模块1的输出端为第三节点，第二或非门电路4的输出端为第四节点，第三或非门输出端为第五节点，第四或非门输出端为第六节点，第五或非门输出端为第七节点、最小导通时间控制模块2的输出端为第一节点。

在工作时，本pwm和pfm切换电路的外部构架和本领域中pwm和pfm切换电路中的外部构架相同，第二或非门电路4的另一个输入端用以连接外部开关式稳压器的标准pwm信号，pwm信号由外部反馈电压控制，pwm上升沿时可触发第七节点翻转为逻辑0，第三节点连接外部标准pfm控制模块，该pfm控制模块对电路其余模块的控制行为与普通pfm完全一致，第七节点连接外部主功率管，第六反相器8连接外部osc信号，即开关稳压器振荡器信号，osc信号的上升沿触发功率管开启，当第七节点输出逻辑1时，驱动主功率管开启，当第七节点输出逻辑0时，主功率管关闭，当第三节点输出逻辑1时，表示pfm控制模块处在工作状态中，当第三节点输出逻辑0时，表示pfm控制模块处在待机状态中，ocs信号置为逻辑0，且本电路中，pwm信号不受pfm信号控制。

配合图3的工作时序图，图1所示的pwm/pfm切换原理如下所述：

当pwm为逻辑1时，第二节点信号为逻辑0，第三节点信号为逻辑1，第四节点信号为逻辑0，第五节点信号为逻辑0，第六节点和第七节点信号均为逻辑1，使得功率管开启，在最小导通时间控制模块2的作用下，开启时间为ton_min，在pwm上升沿触发第七节点翻转为逻辑0，主功率管关闭，pfm信号维持逻辑1，直到下个周期osc上升沿来临时才再次检测。

当pwm为逻辑0时，第二节点信号为逻辑1，第三节点信号为逻辑0，pfm控制模块处在待机状态，第四节点为1，第五节点为0，第六节点为1，第七节点为0，主功率处于关闭状态，主功率管关闭后，系统上切断了输入功率到输出功率的传递路径，随着负载的持续消耗，稳压器的输出电压将不断降低，输出反馈电压持续下降，迫使pwm信号翻转为逻辑1，第二节点信号复位为逻辑0，第三节点信号被置为逻辑1，第七节点翻转为逻辑1，主功率管开启，此后的系统逻辑可以根据附图1所示重复推演,本电路即为在轻载状态下按照最小导通时间ton_min工作的pfm，随着负载加重，导通时间维持ton_min不变，而工作频率逐渐提高并最终等于pwm固定频率，之后随着负载进一步加重，导通时间将逐渐增大，进入pwm模式，整个过渡区间系统均工作于单周期模式，达到理想的pwm/pfm切换。

本发明将传统的pwm信号经过数字逻辑运算产生pfm信号，避免了pwm模块参数和pfm模块参数在设计上的匹配性问题，从根本上解决了pwm和pfm自动切换带来的突变点，实现pwm和pfm平滑过渡。

在上述基础上，所述最小导通时间控制模块2包括第八反相器10、第九反相器11、电阻12、电容13、第十或非门14，所述第八反相器10的输入端与第五反相器的输出端连接，第九反相器11的输入端与第八反相器10的输出端连接，第九反相器11的输出端与电阻12的一端连接，所述第十或非门14的输入端分别与电阻12的另一端和第八反相器10的输出端连接，所述第十或非门14的输出端与第一或非门的输入端连接，所述电容13的正极与电阻12的另一端连接，电容13的负极与地级连接，根据电阻12和电容13的值决定ton_min的具体脉宽，即电容的充电时间即为ton_min的具体脉宽。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。