专利名称：脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路和其方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation; PFM)与脉冲宽度调 制(Pulse Width Modulation; PWM)的切换电路和其方法，且具体地说，涉及一种利用 检索输出电压且以平顺的方式转换脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路和其方法。
技术背景图l为常规功率晶体管ll的控制电路，其可用于闪光灯充电器或显示器的背光源控 制器。对于常规应用来说，通常必需先知道输出端的负载状况，才得以确定所述功率晶 体管ll的栅极端应输入脉冲频率调制信号或脉冲宽度调制信号。对于脉冲频率调制信号 来说，如果负载越重，那么其工作频率越高。对于脉冲宽度调制信号来说，如果负载越 重，那么其脉冲宽度越长。 一般来说，如果输出端的负载很重，那么较适宜采用脉冲宽 度调制。反之，则宜采用脉冲频率调制。图l的常规电路检测所述电感L和功率晶体管ll 的电流I以确定所述输出端的负载状况(此即所谓的电流模式，cmrentmode),因此脉冲 频率调制与脉冲宽度调制的切换电路必需将所述功率晶体管ll一起制作在一颗芯片内。然而，此种方式将造成芯片面积过大，且用户在使用所述芯片时也无法再选择符合自己 需求的功率晶体管ll,例如用户可能欲使用电阻较小的功率晶体管ll,因此在使用上造 成很大的困扰。此外，常规技术在脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方式大都采用跳跃模式(skip mode)或爆发模式(burst mode)。但无论采用上述哪一种模式，其在脉冲频率调制与脉 冲宽度调制的切换过程均不甚平顺，其造成的结果是输出电压会抖动。如果应用于显示 器的背光源控制，将导致输出图像质量不佳。综上所述，如何避免将所述功率晶体管11 一起制作在一颗芯片内和如何平顺地切 换脉冲频率调制与脉冲宽度调制信号，实为目前很重要的课题。发明内容本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路和其方法检测所述脉冲频率调 制信号是否已进入或脱离最高工作频率。在所述脉冲频率调制信号进入最高工作频率 后，将脉冲宽度调制信号的初始脉冲宽度调整为所述脉冲频率调制信号的脉冲宽度，并藉以在所述时机进行线性转换，以避免常规技术不平顺的抖动。本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路检索功率晶体管的输出电压，并 根据所述输出电压而确定应采用脉冲频率调制或脉冲宽度调制。所述切换电路的第一实 施例包含振荡器、振荡器控制单元、脉冲频率调制比较单元、模式转换检测单元、脉冲 宽度调制比较单元、多路复用器和逻辑控制单元。所述振荡器用于产生三角波。所述振 荡器控制单元连接到所述振荡器,用以产生脉冲频率调制信号。所述脉冲频率调制比较 单元将所述输出电压与第一参考电压进行比较，以决定启动所述振荡器的频率。所述模 式转换检测单元连接到所述脉冲频率调制比较单元，用于检测所述脉冲频率调制信号是 否已达到最高频率。所述脉冲宽度调制比较单元具有脉冲宽度调制比较器和误差放大 器，所述脉冲宽度调制比较器的输入为所述误差放大器的输出信号，而另一输入为所述 振荡器的输出信号。所述多路复用器用以选择输出所述脉冲频率调制信号或所述脉冲宽 度调制信号。所述逻辑控制单元依据所述模式转换检测单元的检测结果而控制所述多路 复用器的选择。本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的第一实施例包含根据所述输 出电压而产生脉冲频率调制信号的步骤。接着，确定所述脉冲频率调制信号是否己达到 最高频率。如果已达到最高频率，那么将脉冲宽度调制信号的初始脉冲宽度调整为所述 脉冲频率调制信号的脉冲宽度。此后，将输出信号切换为所述脉冲宽度调制信号。本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的第二实施例包含根据所述输 出电压而确定脉冲频率调制信号是否已脱离最高频率的步骤。如果已脱离最高频率，那 么将脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调整为所述脉冲频率调制信号的脉冲宽度。此后，将 输出信号切换为所述脉冲频率调制信号。
图l为常规功率晶体管的控制电路；图2为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的实施例； 图3为本发明的脉冲频率调制信号的示意图；图4为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路的实施例； 图5为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路的另一实施例； 图6为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的实施例；和 图7为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的另一实施例。
具体实施方式
图2为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的实施例，其检索输出端 的^和R2分压V^以确定负载状况(即电压模式，voltage mode)。当输出端的负载RL越 大时，Vw值越小。反之，Vw值越大。通过所述分压Vw,本发明就可确定目前输出端属 于重载或轻载。而相对地，即可进一步确定所述功率晶体管ll的栅极端应输入脉冲频率 调制信号或脉冲宽度调制信号。由于本发明并非检测功率晶体管21的电流，因此无需将 所述功率晶体管21制作在同一芯片内，因此可节省芯片面积。图3为本发明的脉冲频率调制信号的示意图。由于在实际运用时，振荡器所产生的 脉冲频率调制信号通常为三角波。当OFFtime的值为0或非常接近0时，代表脉冲频率调 制信号已达到最高工作频率。且此时所述脉冲频率调制信号也已达到连续信号的状态。 对于脉冲频率调制信号来说，其脉冲宽度为固定的，即图3的接通时间。但对于脉冲宽 度调制信号来说，其脉冲宽度为非固定的。本发明将检测所述脉冲频率调制信号是否已 进入最高工作频率。且在所述脉冲频率调制信号进入最高工作频率后，将脉冲宽度调制 信号的初始脉冲宽度调整为所述脉冲频率调制信号的脉冲宽度，藉以在所述时机进行线 性转换，以避免常规技术不平顺的抖动。图4为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路的实施例。在检索输出端 的分压Vm后，PFM比较单元401和PWM比较单元402即尝试产生相对应的PFM和PWM信 号。模式转换检测单元403用于检测所述PFM信号是否己进入最高频率。本案发明人的 本国专利申请号待加入揭示一种检测PFM信号是否已进入最高频率的电路和方法， 本发明并入有其内容。振荡器406用于产生三角波，而振荡器控制单元405依据所述三角 波而产生PFM的方波信号。当所述模式转换检测单元403确定PFM信号已进入最高频率 时，逻辑控制单元404即将PWM信号的初始脉冲宽度设定为所述PFM信号的脉冲宽度， 并经由多路复用器407而将PWM信号输出到所述功率晶体管21的栅极。图5为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路的另一实施例。当所检索 的电压值大于第一参考电压时，代表目前处于轻载的状态，PFM比较器502即透过正反 器503而切换开关SW1。所述开关SW1连接单位增益放大器(unit gain amplifier) 506和 电容器C1。从而，当所述开关SW1被启动时，即输出三角波，即相对于所述PFM信号的 接通时间。反之，当所述开关SW1被关闭时，即不输出信号，即相对于所述PFM信号的 关断时间。而当所述PFM信号出现最高频率时，所述开关SW1将一直被启动而输出连续 性的三角波。所述PWM比较单元402包含单位增益放大器501、开关SW2、误差放大器 (error amplifier) 504和PWM比较器505。所述误差放大器504用于产生PWM信号。当所 述逻辑控制单元404经由所述模式转换检测单元403而知道所述PFM信号已进入最高频率时，即启动所述SW2开关和所述PWM比较器505。由于所述PWM比较器505的输入为 连续性的三角波，因此PWM信号的初始脉冲宽度将等于所述PFM信号的脉冲宽度。最后， 所述逻辑控制单元404启动所述多路复用器407而输出所述PWM信号。图6为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的实施例。在步骤1处，所 述逻辑控制单元404启动所述误差放大器504以产生PWM信号。在步骤2处，所述逻辑控 制单元404启动所述SW2开关和所述PWM比较器505,以产生与PFM信号具有相同脉冲宽 度的初始PWM信号。在步骤3处，所述逻辑控制单元404关闭所述PFM比较器502和正反 器503。在步骤4处，所述逻辑控制单元404切换所述多路复用器407以输出所述PWM信号。图7为本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法的另一实施例。在步骤l 处，所述逻辑控制单元404在得知所述PFM信号已脱离最高频率时，即启动所述PFM比 较器502和正反器503。在步骤2处，所述逻辑控制单元404关闭所述误差放大器504、所 述SW2开关和所述PWM比较器505。在步骤3处，所述逻辑控制单元404切换所述多路复 用器407以输出所述PFM信号。本发明的技术内容和技术特点揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发 明的教示和揭示内容而作出种种不脱离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护 范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并由所附权 利要求书涵盖。
权利要求
1. 一种脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其检索功率晶体管的输出电压，并根据所述输出电压而确定应采用脉冲频率调制或脉冲宽度调制，其特征在于所述切换电路包含振荡器，其用于产生三角波；振荡器控制单元，其连接到所述振荡器，用以产生脉冲频率调制信号；脉冲频率调制比较单元，其连接到所述振荡器控制单元；模式转换检测单元，其连接到所述脉冲频率调制比较单元，用于检测所述脉冲频率调制信号是否已达到最高频率；脉冲宽度调制比较单元，当所述脉冲频率调制信号已达到最高频率时，将其初始脉冲宽度调整为所述脉冲频率调制信号的脉冲宽度；多路复用器，其用以选择输出所述脉冲频率调制信号或所述脉冲宽度调制信号；和逻辑控制单元，其依据所述模式转换检测单元的检测结果控制所述多路复用器的选择。
2. 根据权利要求l所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述 脉冲宽度调制比较单元包含单位增益放大器和开关，其中当所述脉冲频率调制信号 已达到最高频率时，所述开关被启动。
3. 根据权利要求l所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述 脉冲频率调制比较单元包含脉冲频率调制比较器和正反器，当所述脉冲频率调制信 号未达到最高频率时，所述正反器用以决定是否启动所述振荡器的三角波。
4. 根据权利要求l所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述 振荡器控制单元包含单位增益放大器、开关和电容器，其中当所述脉冲频率调制信 号已达到最高频率时，所述开关一直被启动。
5. 根据权利要求l所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述 模式转换检测单元另用于检测所述脉冲频率调制信号是否已脱离最高频率。
6. 根据权利要求3所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述 脉冲频率调制比较器用于将所述输出电压与第一参考电压进行比较，以决定启动所 述振荡器的频率。
7. 根据权利要求l所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换电路，其特征在于所述脉冲宽度调制比较单元具有脉冲宽度调制比较器和误差放大器，所述脉冲宽度调制 比较器的输入为所述误差放大器的输出信号，而另一输入为所述振荡器的输出信 号。
8. —种脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法，其特征在于包含下列步骤检索功率晶体管的输出电压，且根据所述输出电压而产生脉冲频率调制信号；确定所述脉冲频率调制信号是否已达到最高频率；如果已达到最高频率，那么将脉冲宽度调制信号的初始脉冲宽度调整为所述脉冲 频率调制信号的脉冲宽度；和将输出信号切换为所述脉冲宽度调制信号。
9. 根据权利要求8所述的脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法，其特征在于另包 含关闭所述脉冲频率调制的步骤。
10. —种脉冲频率调制与脉冲宽度调制的切换方法，其特征在于包含下列步骤检索功率晶体管的输出电压，且根据所述输出电压确定脉冲频率调制信号是否已脱离最高频率；如果己脱离最高频率，那么将脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调整为所述脉冲频率 调制信号的脉冲宽度；和将输出信号切换为所述脉冲频率调制信号。
全文摘要
本发明的脉冲频率调制与脉冲宽度调制信号间的切换方法首先基于功率晶体管的输出电压而产生相应的脉冲频率调制信号。接着，确定所述相应的脉冲频率调制信号是否已达到其最高频率。如果已达到其最高频率，那么将脉冲宽度调制信号的初始脉冲宽度调整为所述脉冲频率调制信号的脉冲宽度。此后，输出所述经调整的脉冲宽度调制信号。
文档编号H03K11/00GK101272136SQ200710088269
公开日2008年9月24日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者孙有民, 朱竹有, 陈利杰 申请人:台湾类比科技股份有限公司