脉冲调频方法和电路技术

一种稳压技术包括在轻负荷模式和基于负荷条件的脉宽调制（ＰＷＭ）模式之间切换。有利的是，本发明专利技术有助于提高轻负荷的效率。在一个具体实施例中，电压输出用于判断是否为轻负荷，因为电压是负荷条件判断的一个好的指示器。当探测到轻负荷时，延长时钟断开时间直到输出电压达到负荷阈值。

Pulse frequency modulation method and circuit

A voltage stabilizing technique includes switching between a light load mode and a load based pulse width modulation (PWM) mode. Advantageously, the present invention helps to improve the efficiency of light loads. In one embodiment, the voltage output is used to determine whether a light load is because the voltage is a good indicator of the load condition. When light loads are detected, the clock is turned off until the output voltage reaches the load threshold.

【技术实现步骤摘要】

该申请要求美国临时申请的利益，其申请号为60/605462，2004年8月30日提出，将其内容在此结合以作为参考。
技术介绍
便携式电子设备的出现和对于延长电池寿命的要求需要新型稳压器，其在低电流和高电流负荷条件下是十分有效的。例如，手持式设备如PDA和手机，能够从延长电池寿命的高效备用模式和有效模式中获益良多。备用模式时采用十分低的工作电流非常重要，这是因为设备大多数的时间运行于此模式下。脉宽调制(PWM)开关稳压器在重负荷时是非常有效的调节方案。PWM开关稳压器提供高效率，低输出电压波纹，良好的线性和负荷调节。然而在轻负荷时，PWM开关稳压器效率不高，这是由于与开关频率有关的损失——例如FET开关损失，中心损失，门驱动损失等等——在开关频率没有改变的条件下并不伴随着开关电压的降低。人们为了提高开关稳压器在轻负荷时的效率作了很多努力。方法之一是基于具有固定的电感器峰值的负荷需要间歇性的操作开关稳压器。然而，这样尽管提高了轻负荷的效率，但仍还是存在巨大的输出波纹电压。
技术实现思路
下述具体实施例方式和其相关的方面将与系统、工具和方法一起加以说明，所述系统、工具和方法是示范性和例证性的说明，而非限制范围。在各具体实施方式中，上述的一个或多个问题被减少或解决，其他实施方式则直接用于其他改进。本专利技术涉及一种稳压技术，包括在轻负荷模式和基于负荷条件的PWM模式之间转换。有利地，本专利技术有助于提高轻负荷的效率。在一个具体实施例中，电压输出用于判断是否为轻负荷，因为电压是负荷条件判断的一个好的指示器。当探测到轻负荷时，延长时钟断开时间直到输出电压达到负荷阈值。除此之外，被提议的电路可增加电池寿命，提高效率，或降低能耗。通过阅读下述内容和研究附图，本专利技术的上述或其他优势对于本领域技术人员将变得显而易见。附图说明本专利技术具体实施例方式如图所示。但本专利技术并不限于具体实施方式及其附图，它们仅仅提供本专利技术的一些实例。图1示出了一个带有一个双模式开关稳压器模块的系统的实施例。图2示出了可由图1系统产生的不同信号的实施例。图3示出了一个带有一个双模式开关稳压器模块的系统的一个可选的实施例。图4示出了一个带有一个双模式开关稳压器模块的系统的一个可选的实施例。图5示出了一个带有一个双模式开关稳压器模块的系统的一个可选的实施例。具体实施方式在以下的描述中，提供一些特殊的细节以使本专利技术的具体实施方式可被透彻的理解。然而本领域的技术人员将意识到，本专利技术能够在缺少一个或多个特殊细节的情况下，或者将其与其他方法、部件或材料等相结合的情况下实施。在其他实例中，一些公知的结构、材料、执行步骤或操作步骤没有给出或没有详细描述，以避免模糊本专利技术的各实施例。图1给出了带有一个双模式开关稳压器的系统100的实例。系统100包括一个开关稳压器102，一个误差信号放大器104，一个脉冲频率调制比较器106，一个振荡器108，一个脉宽调制(PWM)比较器110，一个PWM锁存器112。在图1中，电阻器是一个RC网的一部分。RC网为本领域的技术人员所公知。电阻器可为回馈式电阻器(耦合于误差信号放大器104输入和误差信号放大器104输出之间的电阻器称为一补偿RC网电阻器)。在图1中，开关稳压器102有一个电压输入(Vin)和一个电压输出(Vout)，并与误差信号放大器104和PWM锁存器112相耦合。误差信号放大器104通过一个混联的电阻器和电容器反馈输出电压。根据实际可选择一个或多个电阻器。一个混联的电阻器和电容器补偿反馈回路的稳定性和动态学。误差信号放大器104有Vout输入和一个参考电压(Vref)输入，并有一个输出信号。误差信号放大器104输出耦合到PFM比较器106和PWM比较器110。PFM比较器106具有PFM阈值电压输入，和误差信号放大器104的输出，以及一个延长时钟信号的断开时间的控制信号(Toff)。PFM比较器106的输出耦合到振荡器108。振荡器108有一个斜坡(Ramp)信号输出和一个时钟(Clk)信号输出。斜坡信号输出连同误差信号放大器的输出耦合到PWM比较器110。Clk信号连同PWM比较器110的输出耦合到PWM锁存器112。PWM锁存器112的输出为一个PWM信号，该信号耦合到开关网络102。锁存器112可以任何开关部件实现，作为非限制性实例诸如晶体管，R-S双稳态多谐振荡器等。在操作时，开关稳压器102输出Vout，Vout以回馈的方式传送到误差信号放大器104。误差信号放大器的输出在PFM比较器106中与Vpfm相比较。在一个非限定性的实施例中，Vpfm信号有一个预定值，但在可选实施例中，可以动态设定Vpfm。PFM比较器106的输出在打开主开关前被评估。振荡器108接收比较结果，Toff被视为当Vout为低时有效地延长时钟断开时间的控制信号。Vout可能与误差信号放大器104的输出更不同，但是，如果不同，Vout和误差信号放大器104的输出的相关值更容易比较。Vout与例如负荷相关联。在操作时，振荡器108输出时钟信号和斜坡信号。Toff决定时钟断开时间的长度和倾斜时间的长度。在一非限定性实例中，如果时钟断开时间延长，则倾斜向上的时间也会延长。PWM比较器110将振荡器108的斜坡信号电平和误差信号放大器104的输出作比较，并为向锁存器112提供输入。PWM比较器110的输出触发PWM信号的OFF时间。锁存器112的另一输入为时钟信号，并输出一个PWM信号到开关稳压器102。在一非限定性实例中，振荡器108产生的时钟信号触发PWM信号的ON时间，其中在PWM信号的ON时间在经过一个门限驱动时期后打开主开关S1。有利地，该系统100的优势在于可在轻负荷的时间间隔内提高系统效率，这样可节省能量，包括降低便携式电子设备的电池寿命。图2示出系统100可产生的各种信号的实例。其它系统可能有相似的或不同的信号波形，这依赖于应用特定参数和方面。在图2的示例中，信号从正常的Toff变化到表示轻负荷的Toff。例如栅格线202表示了如果Toff没有延长时钟断开时间时信号如何继续(用虚线)；栅格线204表示了该实例中实际继续的信号根据一个Toff信号而如何与延长的时钟断开时间相关。如图2所示，误差信号放大器(EAO)的输出波形图，所述输出在PWM信号ON时间段内降低，并在PWM信号OFF时间段内上升。对于电压模式控制，在轻负荷时稳压器工作在非连续传导模式(DCM)的情况下，EAO电平与当前负荷成比例。在图2的实例中，在打开主开关之前，EAO的电平和电压电平Vpfm的比较通过一个振荡器内的逻辑电路检测。如图2所示那样，这一检测可能或不能被时钟上升边所触发，或被其他时钟事件如感应器电流的零相交、关闭主开关等所触发。如果V(EAO)比Vpfm大，则负荷电流很高不需要PFM，时钟下降边触发PWM信号并启动一个新的开关周期。在一非限制性实例中，当电路工作在正常PWM操作下，时钟信号为窄脉冲宽度。当负荷电流降低时，EAO也同样降低。打开主开关之前，当检验EAO与Vpfm的比较时发现V(EAO)小于Vpfm，则负荷电流低至可满足PFM的操作。时钟脉冲宽度和PWM信号的OFF时间均被延长。在此期间，EAO电压上升，最终其将与Vpfm的阈值相交。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：一个开关稳压器；一个ＰＦＭ比较器，与开关稳压器耦合，有效地用于探测从开关稳压器输出的电压是否大于ＰＦＭ阈值电压；一个振荡器，与ＰＦＭ比较器耦合，用于提供一时钟信号，该时钟信号在ＰＦＭ阈值大于开关稳压器输出电压时有一个第一断开时间段，在ＰＦＭ阈值小于或等于开关稳压器的输出电压时有一个第二断开时间段。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，
申请(专利权)人：美国芯源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]