用于电源变换器的脉冲频率调制器及调制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲频率调制技术领域，特别涉及改变占空比的脉冲频率调制方法。
【背景技术】
[0002]脉冲频率调制方法(PFM)是一种调节控制开关管通断的脉冲的频率随负载变化并使输出电压恒定的控制方法。根据调制方式的不同，PFM主要可以分为:恒定脉宽PFM，跳周期PFM和变占空比PFM。恒定脉宽PFM是指开关脉冲宽度为恒定的方波信号，开关频率随负载和输入电压改变，这种PFM方式多用于谐振类电路中，如LLC ;跳周期PFM的调制信号基于“恒宽恒频”的脉冲控制信号。满负载下，脉冲控制信号为满频率脉冲控制信号为满频率(设为最高频率)输出，当负载变轻时，就会有一些控制周期被跳过，在被跳过的周期里，功率管一直处于关断状态，即通过调节跳周期的数目来改变等效开关频率，从而实现变频，这种PFM方式主要用于提高轻载或空载效率，不适用宽负载范围；变占空比PFM是指通过改变开关频率来实现占空比变化，是一种广义上的PFM模式，广泛应用于传统的非谐振类DC-DC变换器中，变占空比PFM主要的实现方法主要有固定导通时间控制，固定关断时间控制和滞环控制等。
[0003]图1所示为已知技术中的PFM控制电路，如图1，控制电路采样输出电压，并与参考值一起进行比较计算，产生控制开关管开通或者关断的控制信号。图1 (a)所示为固定导通时间控制，即开关的导通时间ton不变，通过改变开关的关断时间来调节占空比，控制电路采样功率电路的输出电压Vout与参考值Vref进行比较，当Vout等于Vref时，关断开关；图1 (b)所示为固定关断时间控制，开关的关断时间toff 二不变，通过改变开关的开通时间来调节占空比，控制电路采样功率电路的输出电压Vout与参考值Vref进行比较，当Vout等于Vref时，开通开关；图1 (c)所示为滞环控制，控制电路采样功率电路的输出电压Vout与上限值Vref 1和下限值Vref2进行比较，当输出电压Vout低于下限值Vref2时开通开关，而输出电压Vout大于上限值Vrefl时关断开关，在这种控制方式下开通时间和关断时间都是变化的。
[0004]已知技术中的变占空比PFM方法，开关频率不受输入电压变化的影响，因此不能优化整个输入电压范围内的开关频率，特别在输入电压范围较宽的场合，假若不能优化电路中的开关频率，也即不能够进一步提闻电路的效率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提供用于电源变换器的脉冲频率调制(PFM)器及其调制方法，这种脉冲频率调制器能够同时根据输入电压和负载的变化调整开关频率，达到优化开关频率的目的。
[0006]本发明的用于电源变换器的脉冲频率调制器，包括:电源变换器，具有一输入端，接受输入电压，一输出端，输出输出电压，以及开关电路；脉冲频率调制器，用于控制所述电源变换器的开关电路的开关频率，包括:一关断时间控制电路，所述开关电路关断时，根据所述电源变换器的输出端的输出电压控制所述开关电路的关断时间，关断时间计时结束，所述关断时间控制电路发出开通信号，以及一导通时间控制电路，所述开关电路导通时，根据所述电源变换器的输入端的输入电压和输入电流控制所述开关电路的导通时间，导通时间计时结束，所述导通时间控制电路发出关断信号。
[0007]本发明一优选实施例中，所述电源变换器为一非谐振式直流直流变换器，所述非谐振式直流直流变换器工作在非连续模式，更具体的说可以是工作于非连续模式的BUCK变换器。
[0008]本发明一优选实施例中，所述关断时间控制电路包括一电容电路和一线性控制电路，所述线性控制电路的输出端与所述电容电路连接，为所述电容电路充电，所述线性控制电路采样所述电源变换器的输出端的输出电压，所述输出端的输出电压越大，所述线性控制电路的输出电流越小，反之则越大。
[0009]本发明一优选实施例中，当所述电容正极的电压达到一关断时间控制参考值时，关断时间计时结束，发出开通信号。
[0010]本发明一优选实施例中，所述电容两端并联一控制开关，所述控制开关与所述开关电路同步开通和关断。
[0011]本发明一优选实施例中，所述关断时间控制电路还包括一关断时间控制比较器，所述比较器的正输入端连接所述电容器的正极，所述比较器的负输入端输入所述关断时间控制参考值，所述比较器的输出端输出开通信号，当所述电容正极的电压达到一关断时间控制参考值时，关断时间计时结束，所述开通信号有效。
[0012]本发明一优选实施例中，所述导通时间控制电路使用峰值电流控制方法，所述导通时间控制电路采样所述电源变换器的输入电压，并根据所述输入电压的采样值计算峰值电流控制的基准值，所述导通时间控制电路采样所述电源变换器的输入电流，当所述输入电流的采样值达到所述峰值电流控制的基准值时，导通时间计时结束，所述关断信号有效。
[0013]本发明一优选实施例中，所述脉冲频率调制器还包括一逻辑控制器，所述逻辑控制器接收所述关断信号和所述开通信号，关断信号有效且开通信号无效时，所述逻辑控制器输出关断信号；开通信号有效且关断信号无效时，所述逻辑控制器输出开通信号。
[0014]本发明一优选实施例中，逻辑控制器为一 RS触发器，所述RS触发器的S端接收开通信号，所述RS触发器的R端接收关断信号，所述RS触发器的Q端连接所述开关电路，输出开关控制信号控制所述开关电路。
[0015]本发明还提供了用于电源变换器的脉冲频率调制方法，包括以下步骤:
步骤一判断开关电路是开通状态还是关断状态，若是开通状态则进行步骤二，若是关断状态则进行步骤三；
步骤二根据输出电压值进行开通时间计时，开通时间结束时，发出关断信号；
步骤三根据输入电压和输入电流进行关断时间计时，关断时间结束时，发出开通信号。
[0016]本发明一优选的实施例中，所述步骤三，还包括:
步骤3.1使用一电容电路进行关断控制计时；
步骤3.2使用一线性控制器为所述电容电路充电，所述线性控制器的两个输入端分别是输出电压的采样值和输出电压的参考值，所述线性控制器的输出端为所述电容电路充电。
[0017]步骤3.3当所述电容电路的正极电压达到关断控制参考值时，关断时间计时结束，发出开通信号。
[0018]本发明一优选的实施例中，所述步骤二，还包括:
步骤2.1采样所述输入电压，并利用其计算输入电流的基准值；
步骤2.2采样所述输入电流，并比较输入电流的采样值和所述输入电流的基准值；步骤2.3当所述输入电流的采样值达到所述输入电流的基准值时，导通时间计时结束，发出关断信号。
[0019]基于上述，本发明实施例提出用于电源变换器的脉冲频率调制器及调制方法。所述脉冲频率调制器根据输出电压调制开关电路的关断时间，又根据输入电压和输入电流调制开关电路导通时间。基此，轻载时开关频率低，重载时开关频率闻，低输入电压时开关频率高，高输入电压时开关频率低，可以有效提高变换器在轻载和高压时的效率，在几乎整个输入电压和负载范围内均具有较高的效率。非常适合宽输入电压范围，以及整个轻重载效率要求均较高的场合。另外，由于导通时刻可变，电压增益曲线随频率单调，在多模块并联应该场合，可以通过加入外同步频率，易于实现并联均流，不需要外加均流母线，控制电路简单，抗干扰能力强，理论上可以实现无数个模块的并联。开关频率随输入电压增益单调递增的特性，对于在限流或恒流应用的场合，易于实现电路的短路限流(恒流)控制。
[0020]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
[0021]图1为已知技术中的PFM控制电路。
[0022]图2为本发明实施的一电路结构框图。
[0023]图3为本发明实施的一具体电路结构框图。
[0024]图4为本发明一具体实施例的电路图。
[0025]图5为本发明又一具体实施例的电路图。
[0026]图6为本发明脉冲频率调制方法的流程图。
[0027]图7为本发明脉冲频率调制方法的开通时间控制方法的一具体实施例。
[0028]图8为本发明脉冲频率调制方法的关断时间控制方法的一具体实施例。
[0029]
【具体实施方式】
[0030]现将参考附图中的示范性实施例，具体说明本发明。另外，凡可能之处，在附图及【具体实施方式】中使用相同标号的组件/构件代表相同或类似部分。
[0031]请参阅图2，本发明提供一种用于电源变换器的脉冲频率调制器，所述脉冲频率调制器21为所述电源变换器22提供开关控制信号。
[0032]图3为本发明的结构框图，包括，电源变换器32和脉冲频率调制器31。所述电源变换