一种高频脉冲频率调制控制电路与开关电源

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种高频脉冲频率调制控制电路与开关电源。

背景技术

脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)是一种基于调节脉冲频率完成控制的方法，相对于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)具有较好的轻负载效率和响应速度，在PFM/PWM混合调制模式以及低负载供电场景中具有广泛的应用。

然而，当脉冲频率调制模式在高频工作且负载跳变时，电压比较器会产生一个过宽的复位信号，破坏固定脉宽发生器的充电时间，导致复位信号、置位信号同时作用，从而造成开关控制电平的控制产生抖动，进而降低脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

发明内容

本申请提供了一种高频脉冲频率调制控制电路与开关电源，能够提高脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

本申请公开了如下技术方案：

第一方面，本申请公开了一种高频脉冲频率调制控制电路，包括：电压比较器、固定脉宽产生模块、锁存器、固定脉宽发生器；

所述电压比较器的负输入用于连接反馈电压，所述电压比较器的正输入用于连接参考电压，所述电压比较器的输出端用于连接所述固定脉宽产生模块的第一端；

所述锁存器的复位端用于连接所述固定脉宽产生模块的第二端，所述锁存器的状态端为所述高频脉冲频率调制控制电路的第一输出端，所述锁存器的非状态端为所述高频脉冲频率调制控制电路的第二输出端；

所述固定脉宽发生器的第一端用于连接所述锁存器的置位端，所述固定脉宽发生器的第二端用于连接所述锁存器的非状态端。

可选的，所述固定脉宽产生模块，包括：延时模块、与门；

所述延时模块，用于延迟第一信号的采样时间，以获取第二信号；

所述与门，用于将所述第一信号与所述第二信号相与，以输出第三信号，所述第三信号为脉冲宽度固定的信号。

可选的，所述固定脉宽产生模块的输入端为所述延时模块的输入端和所述与门的输入端，所述延时模块的输出端用于连接所述与门的输入端，所述与门的输出端为所述固定脉宽产生模块的输出端。

可选的，所述延时模块，包括：反相器模块；

所述反相器模块为多个级联的反相器所组成的反相器链；

所述多个级联的反相器中的首个反相器的输入端为所述反相器模块的输入端，所述多个级联的反相器中的末个反相器的输出端为所述反相器模块的输出端。

可选的，所述延时模块，包括：延时电路；

所述延时电路为RC延时电路。

可选的，所述固定脉宽产生模块用于产生脉冲宽度固定的信号。

可选的，所述电压比较器用于比较所述反馈电压和所述参考电压的大小。

可选的，所述锁存器为RS锁存器。

可选的，所述高频脉冲频率调制控制电路的第一输出端用于连接功率回路的第一输入端；

所述高频脉冲频率调制控制电路的第二输出端用于连接所述功率回路的第二输入端。

第二方面，本申请公开了一种开关电源，其特征在于，包括上述第一方面所述的一种高频脉冲频率调制控制电路。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供一种高频脉冲频率调制控制电路与开关电源，包括：电压比较器、固定脉宽产生模块、锁存器、固定脉宽发生器。通过固定脉宽产生模块，可以在高频条件下、切换负载时，消除复位端R的脉冲宽度过宽的问题，进而减小开关控制电平的抖动，提高脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有的脉冲频率调制控制电路图；

图2为一种现有的脉冲频率调制控制电路的工作原理示意图；

图3为一种现有的脉冲频率调制控制电路的负载切换波形图；

图4A为本申请实施例提供的一种高频脉冲频率调制控制电路图；

图4B为本申请实施例提供的另一种高频脉冲频率调制控制电路图；

图5为本申请实施例提供的一种固定脉宽产生模块示意图；

图6为本申请实施例提供的一种高频脉冲频率调制控制电路的负载切换波形图。

具体实施方式

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)是一种基于调节脉冲频率完成控制的方法，相对于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)具有较好的轻负载效率和响应速度，在PFM/PWM混合调制模式以及低负载供电场景中具有广泛的应用。

参见图1，该图为一种现有的脉冲频率调制控制电路图。现有技术中的脉冲频率调制控制电路100主要由固定脉宽发生器101(ON_Timer)、RS锁存器102(Latch)、电压比较器103组成。其中，电压比较器103的负输入用于连接反馈电压，电压比较器103的正输入用于连接参考电压，电压比较器103的输出端用于连接RS锁存器102的复位端R，RS锁存器102的置位端S用于连接固定脉宽发生器101的第一端，RS锁存器102的状态端Q为脉冲频率调制控制电路100的第一输出端，RS锁存器102的非状态端用于连接固定脉宽发生器101的第二端，且RS锁存器102的非状态端为脉冲频率调制控制电路100的第二输出端。

脉冲频率调制控制电路100的第一输出端和第二输出端均连接功率回路104，功率回路104即需要基于脉冲频率调制控制电路进行控制的电路模块.该功率回路104的连接关系可以为：第一MOS管M

需要说明的是，上述功率回路的电路组成是图1中所展示的功率回路104的电路组成，还可以是其他功率回路的电路组成，对于具体的功率回路的电路组成，本申请不做限定。

参见图2，该图为一种现有的脉冲频率调制控制电路的工作原理示意图。其中，波形1为输出电压V

当反馈电压V

然而，当现有的脉冲频率调制控制电路在1MHz(兆赫兹)以上的高频率工作时，该电路在稳态时可以保持上述的正常的控制逻辑工作。但是在当负载发生瞬时切换，即负载跳变时，电压比较器会产生一个过宽的复位信号，破坏固定脉宽发生器的充电时间，导致复位信号、置位信号同时作用，从而造成开关控制电平的控制产生抖动，进而降低脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

参见图3，该图为一种现有的脉冲频率调制控制电路的负载切换波形图。输出电压V

针对上述缺陷，本申请提供一种高频脉冲频率调制控制电路与开关电源，包括：电压比较器、固定脉宽产生模块、锁存器、固定脉宽发生器。通过固定脉宽产生模块，可以在高频条件下、切换负载时，消除复位端R的脉冲宽度过宽的问题，进而减小开关控制电平的抖动，提高脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图4A，该图为本申请实施例提供的一种高频脉冲频率调制控制电路图。该高频脉冲频率调制控制电路400包括：电压比较器401、固定脉宽产生模块402(FixedWidthPulse Generator)、锁存器403(Latch)、固定脉宽发生器404(ON_Timer)。其中，电压比较器401用于比较反馈电压V

需要说明的是，图4A中的锁存器403是以RS锁存器为实施例说明，在实际设计中也可以使用D锁存器等其他锁存器，对于具体的锁存器种类，本申请不做限定。

其中，电压比较器401的负输入用于连接反馈电压V

参见图5，该图为本申请实施例提供的一种固定脉宽产生模块示意图。固定脉宽产生模块402可以包括：延时模块501、与门502。其中，延时模块501用于延迟第一信号(信号1)的采样时间，以获取第二信号(信号2)；与门502，用于将第一信号(信号1)与第二信号(信号2)相与，以输出第三信号(信号3)，该第三信号(信号3)为脉冲宽度固定的信号。可以理解的是，该第三信号与上述第一信号、第二信号相关，具体的，当第一信号、第二信号均处于高电平时，第三信号也处于高电平；当第一信号处于低电平、第二信号处于高电平，或，第二信号处于低电平、第一信号处于高电平，或，第一信号、第二信号均处于低电平时，第三信号处于低电平。

可以理解的是，固定脉宽产生模块402的输入端为延时模块501的输入端和与门502的输入端，延时模块501的输出端用于连接与门502的输入端，与门502的输出端为固定脉宽产生模块402的输出端。

需要说明的是，该与门502可以仅为与门器件，也可以是与门芯片，对于具体的形式，本申请不做限定。

在一种可能的实施方式中，延时模块501可以包括反相器模块。其中，反相器模块可以为多个级联的反相器所组成的反相器链。相应的，多个级联的反相器中的首个反相器的输入端为反相器模块的输入端，多个级联的反相器中的末个反相器的输出端为反相器模块的输出端。

在另一种可能的实施方式中，延时模块501可以包括延时电路，其中，该延时电路可以为RC延时电路。该RC延时电路包括第五电阻R

需要说明的是，该延时模块501只要能够起到延迟第一信号的采样时间，以获取第二信号的作用即可，对于延时模块内的具体电路组成，本申请不做限定。

参见图4B，该图为本申请实施例提供的另一种高频脉冲频率调制控制电路图。高频脉冲频率调制控制电路400的第一输出端和第二输出端均连接功率回路405，即需要基于高频脉冲频率调制控制电路进行控制的电路模块。具体的，高频脉冲频率调制控制电路400的第一输出端用于连接功率回路405的第一输入端；高频脉冲频率调制控制电路400的第二输出端用于连接功率回路405的第二输入端。

在一种具体的实现方式中，该功率回路405可以是：第一MOS管M

需要说明的是，上述功率回路的电路组成是图4B中所展示的功率回路405的电路组成，还可以是其他功率回路的电路组成，对于具体的功率回路的电路组成，本申请不做限定。

参见图6，该图为本申请实施例提供的一种高频脉冲频率调制控制电路的负载切换波形图。其中，波形6为输出电压V

该高频脉冲频率调制控制电路400在高频下工作时，当负载发生切换时，锁存器403的复位端R的控制电平依然可以保持为一个固定宽度的窄脉冲，原来控制信号R脉冲宽度过宽的问题得到了解决。因此，改进后的高频脉冲频率调制控制电路通过固定脉宽产生模块，可以在高频条件下、切换负载时，消除复位端R的脉冲宽度过宽的问题，进而保证了锁存器在负载切换时的正常工作，减小开关控制电平的抖动，从而减小了输出电平稳定下来的时间，加快系统对负载切换的响应速度。

参见表1，该表为现有的脉冲频率调制控制电路和本申请提供的高频脉冲频率调制控制电路的改进对比。表1中包括：现有的脉冲频率调制控制电路和本申请提供的高频脉冲频率调制控制电路的负载均在0.1us(微秒)的变化时间内从1uA(微安)变化为150mA(毫安)的条件下，下冲阶跃电压△V和下冲调整时间△t的变化情况以及改进比例，以及，现有的脉冲频率调制控制电路和本申请提供的高频脉冲频率调制控制电路的负载均在0.1us(微秒)的变化时间内从150mA变化为1uA的条件下，下冲阶跃电压△V和下冲调整时间△t的变化情况以及改进比例。

通过阅读该表1，可以看出改进后的高频脉冲频率调制控制电路在高频下的响应时间更短，同时由于切换时候的SW抖动变小，因此上冲和下冲电压也变小。由此，可以整体上提高了高频脉冲频率调制控制电路的瞬态响应能力。并且，该高频脉冲频率调制控制电路不仅为高频PFM调制开关电源设计提供了一种新的解决方案，还可以应用于高频PWM/PFM混合控制的电路中。

需要说明的是，除了本专利的核心思想中给出的加入固定脉宽产生模块的PFM控制架构，以及此架构输入端口的连接关系外，其中的固定脉宽产生模块的电路结构不仅限于本专利中给出的电路结构，只要是能够实现相同功能的电路都能够进行替换。

需要说明的是，本申请提供的高频脉冲频率调制控制电路的使用环境不仅限于高频PFM调制开关电源，还可以应用于高频PWM/PFM混合控制的电路中。

本申请提供一种高频脉冲频率调制控制电路，包括：电压比较器、固定脉宽产生模块、锁存器、固定脉宽发生器。通过固定脉宽产生模块，可以在高频条件下、切换负载时，消除复位端R的脉冲宽度过宽的问题，进而减小开关控制电平的抖动，提高脉冲频率调制控制工作时的响应速度。

相应的，本发明还公开了一种开关电源，包括如前述实施例中所介绍的高频脉冲频率调制控制电路。

本发明实施例所提供的一种开关电源，具有前述所介绍的高频脉冲频率调制控制电路所具有的有益效果。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。