一种固定截止时间PFM模式开关电源控制器

摘要

一种固定截止时间PFM模式的开关电源控制器，属于功率集成电路技术领域，主要涉及BOOST开关电源的应用领域。该开关电源控制器包括误差放大器（107）、频率补偿网络（106）、比较器（104）、固定截止时间PFM控制模块（101）、最高频率限制模块（102）、功率开关管驱动电路（103）、电流采样模块（105）及功率开关（108）。该PFM调制控制器架构实现方式简单，不仅可工作于断续电流模式，也可以工作于连续电流模式；而且该控制器在实际应用中具有外部储能元件体积小，轻载时纹波电压小，重载时开关损耗低、效率高等优点。

主权项

一种固定截止时间PFM模式的开关电源控制器(10)，包括误差放大器(107)、频率补偿网络(106)、比较器(104)、固定截止时间PFM控制模块(101)、最高频率限制模块(102)、功率开关管驱动电路(103)、电流采样模块(105)及功率开关管(108)；所述误差放大器(107)将负载电压采样信号与基准电压Vref进行比较，将负载电压采样信号与基准电压Vref的差值放大产生误差电压信号并输入到频率补偿网络(106)；所述频率补偿网络(106)对误差放大器(107)产生的误差电压信号进行高频噪声滤除，以产生稳定的直流误差电压信号，并将此直流误差电压信号输入到比较器(104)的正输入端；所述电流采样模块(105)对流过功率器件(108)的电流进行采样，并将电流采样信号输入到比较器(104)的负输入端；所述比较器(104)为电流比较器或电压比较器；当比较器(104)为电流比较器时，负责将频率补偿网络(106)输入的直流误差电压信号转换成直流误差电流信号，并与电流采样模块(105)输入的电流采样信号进行比较和输出高低电平的比较结果；当比较器(104)为电压比较器时，负责将电流采样模块(105)输入的电流采样信号转换成电压采样信号，并与频率补偿网络(106)输入的直流误差电压信号进行比较和输出高低电平的比较结果；所述固定截止时间PFM控制模块(101)由脉宽控制模块一(1001)、SR锁存器(1002)和两个反向器(1003和1004)组成；比较器(104)输出的比较结果经第一反相器(1004)反相后分别接脉宽控制模块一(1001)的输入端和SR锁存器(1002)的R端，脉宽控制模块一(1001)的输出端接SR锁存器(1002)的S端，SR锁存器(1002)的Q端接第二反相器(1003)的输入端，第二反相器(1003)的输出端输出所述固定截止时间PFM控制模块(101)的输出信号；所述固定截止时间PFM控制模块(101)的作用是当输入端，即比较器(104)的输出端或第一反相器(1004)的输入端检测到比较器(104)输出下降沿时，产生一固定时间的负脉冲，而在比较器(104)输出高电平期间，始终输出高电平；所述最高频率限制模块(102)用于限制功率器件(108)的最小导通时间，由脉宽控制模块二(1005)和或门(1006)组成；其中所述脉宽控制模块二(1005)接在第二反相器(1003)的输出端和或门(1006)的一个输入端之间，或门(1006)的另一个输入端接第二反相器(1003)的输出端；或门(1006)的输出端输出最高频率限制模块(102)的输出信号；所述脉宽控制模块二(1005)和脉宽控制模块一(1001)的工作机理和具体电路相同，当检测到上升沿信号后将产生导通时间固定的脉冲信号输出；具体电路结构由一个D触发器(402)、两个PMOS管(404和405)、两个NMOS管(407和409)、一个电流源(408)、一个电容(409)、一个反相器(411)和一个电阻(412)构成；D触发器(402)的时钟信号输入端作为整个脉宽控制模块二(1005)或脉宽控制模块一(1001)的输入端，D触发器(402)的Q端作为整个脉宽控制模块二(1005)或脉宽控制模块一(1001)的输出端；D触发器(402)的Q端接第一PMOS管(404)和第一NMOS管(407)的栅极，第一PMOS管(404)和第一NMOS管(407)的漏极互连并接第二PMOS管(405)和第二NMOS管(410)的栅极，第二PMOS管(405)和第二NMOS管(410)的漏极互连并接反相器(411)的输入端，反相器(411)的输出端接D触发器(402)的R端；D触发器(402)的D端、S端，以及两个PMOS管的源极接电源VDD；第一NMOS管(407)的源极通过电流源(408)接地，第二NMOS管(410)的源极接地，第一NMOS管(407)的漏极通过电容(409)接地，D触发器(402)的时钟信号输入端通过电阻(412)接地；所述D触发器(402)为上升沿触发器，时钟信号输入端检测到上升信号后Q输出端输出高电平，该高电平持续时间由电容(409)通过电流源(408)以固定电流放电所需时间决定；当电容(409)的电压下降到由第二PMOS管(405)和第二NMOS管(410)组成的反相器的翻转电压后，D触发器(402)复位端R有效，Q输出端回到低电平；所述功率开关管驱动电路(103)对最高频率限制模块(102)输出的逻辑信号的波形进行整形后作为功率器件(108)的栅极控制信号，用于控制功率器件(108)的导通与关断；所述功率器件(108)为功率三极管或功率场效应管，其高电位端通过电感(113)接电源Vcc，其低电位端通过电流采样模块(105)接地；或者是其高电位端顺序通过电流采样模块(105)、电感(113)后接电源Vcc，其低电位端直接接地。