专利名称：频率控制器和开关电源频率控制方法
技术领域：
本发明涉及开关电源领域，尤其涉及在输出负载变化时提高开关电源效率的技术领域。
背景技术：
近年来，为了实现更高的效率和更小的体积，开关电源的工作频率有了很大的提高。高工作频率能够减小外围电感和电容的体积，从而减小系统的体积。然而，随着工作频率的升高，高频导致的开关损耗越来越不能忽视。为实现更高的工作频率且减少开关损耗的影响，高频软开关技术得到越来越多的研究，准谐振技术就是其中的一种。其原理利用寄生器件使开关变压器中的电流或电压按正弦或准正弦规律变化，在开关管漏端电压或开关管电流为零时使开关导通或断开。同时针对所带负载的不同，采用不同的频率控制模式，使开关电源在整个负载段中都保持高效率，即多模式准谐振控制器的目的。在轻载情况下，准谐振控制器的系统工作频率会很高，从而引起更大的开关损耗，在一定程度上会抵消采用软开关技术减少的损耗。随输出负载可变的频率控制模式根据所带负载不同使系统频率控制在一定的范围，从而保证系统的效率。下面以一种随输出负载可变的频率控制器为例介绍常规实现频率控制的方法。
图1是现有技术中随输出负载可变的频率控制器结构示意图，利用压控振荡器输出CLK信号控制D触发器CP信号，控制器关断信号控制D触发器CLR置零端。D触发器输出信号控制功率管。压控振荡器利用零温度系数电流源I给内部电容充电，当电容电压大于上限电压时，后面的RS触发器清零端R被置位，输出信号CLK为低电位。此时电容上电荷被放电，电压下降 ，当电压下降到下限电位时，触发器置位端S置位，输出信号CLK为高电位。因此压控振荡器的振荡频率(CLK频率)受到上限电压，下限电压，充电电流及电容值的限制。而CLK的频率又直接影响了功率管开关的频率即系统频率。常规电路实现多模式，将充电电流，电容大小及下限电压设为固定值，通过调节上限电压来改变系统频率。具体公式为:
m = c豐 、/ di j'
V(t) = I^dt=Ilr4Ts =Fk-V1
O。。
-r發
为实现不同频率的要求，设置了两个上限电压比较器Cl，C2。这两个比较器由或门连接，任何一个比较器输出信号的跳变都会将后面的RS触发器清零端R置位。上限电位由两个比较器反相输入端中较小的电压值确定，当较小电压值为2V时，对应频率为30kHz。另外C2比较器只有在谷底检测信号到来时才开始起作用，即压控振荡器输出CLK信号在谷底检测信号到来时才有效。谷底检测信号示意图如图2所示。
0SC_CL信号由负载反馈电压FB决定。对于放大器A2，当FB从5V变化到1.5V，由公式:
权利要求
1.一种随输出负载可变的频率控制器的新结构，包括电压控制电流源及电流转化为电压及实现电压比较输出的电路结构；其特征在于该结构通过非直接电压比较，控制谷底检测信号何时有效实现系统频率控制，结构简单易实现。
2.如权利要求1所述的随输出负载可变频率控制器，其特征在于，所述电压控制电流源将输出负载反馈电压转化为反馈电流。
3.如权利要求1所述的随输出负载可变的频率控制器的新结构，其特征在于，所述电流转化为电压及实现电压比较输出的电路结构将电压控制电流源电路的电流镜像值和一固定电流源一起对电容充电，再将充电电压和参考电压比较得到输出值。
4.如权利要求1所述的随输出负载可变的频率控制器的新结构，其特征在于通过充电电流的大小决定电容充电达到固定电压时间的长短，当电压达到固定电压时，比较器输出发生跳变，谷底检测信号有效；电容上电压由零增加到固定电压值的时间toff决定了谷底检测信号何时才有效的时间；toff越长就会推迟谷底检测信号成为有效信号的时间(谷底检测信号第N个信号为有效信号，N=l，2，3...，toff越大，N就越大)，从而推迟功率管重新开启时刻，系统周期变长，频率下降。
5.如权利要求4所述的随输出负载可变的频率控制器的新结构，其特征在于，该结构在负载减小导致频率增加的情况下，通过增加toff使频率减小；当电压控制电流源镜像电流值最小时，频率被限制在最小值；当电压控制电流源镜像电流值最大时，频率被限制在最大值。
6.如权利要求1所述的随输出负载可变的频率控制器的新结构，其特征在于，所述结构为栅压控制MOS管电流电路，MOS管电流镜电路及输出比较器电路共同构成。
7.一种随输出负载可变的频率控制器的新结构实现方法，该结构包括将负载反馈电压转化为电流，再将电路另一支路电流镜像到电流转化为电压电路对电容进行充电，在每个充电周期开始之前，通过检测功率管上开关信号的上升沿先对电容进行放电使其初始电压为零；包括将电容上电压和固定电压值比较，一旦达到固定电压，比较器输出发生跳变，这时谷底检测信号有效，从而控制功率管开关，实现系统频率控制；其特征在于，该结构没有采取复杂的电压比较器和二极管实现嵌位电路和控制电路对频率进行控制，而是通过将负载反馈的电压先转化为电流，通过对电容充电电流大小的控制来实现比较电压达到固定值时间的不同，从而使比较器输出信号频率不同，最终实现系统频率控制。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述结构从控制电流出发达到控制比较器输出结果的效果。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述结构只考虑充电电流的大小和电容达到固定电压值所需时间的关系，不需要像常规结构那样使用很多内部比较器，并需要考虑内部比较器设计的要求。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，实现的电路结构大大简化，而且更加容易实现。
全文摘要
本发明公开了一种随输出负载可变的频率控制器的新结构。该结构将输出负载的反馈电压转换为反馈电流，并将该电流镜像到电流转化为电压的电路，和另一固定电流一起对固定电容充电，根据充电电流的大小决定电容电压达到设定值的时间，从而决定比较器输出信号频率。由该比较器输出信号频率来决定开关电源系统的频率。该结构包括电压控制电流源部分，用来将反馈电压转换为反馈电流。同时还包括充电电流转化为电压和固定参考电压比较的比较器，比较器输出信号用来实现对开关电源系统频率的调制。
文档编号H02M3/156GK103166459SQ201110417108
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者杨丰, 李高林, 程玉华 申请人:上海北京大学微电子研究院, 上海半导体照明工程技术研究中心