專利名稱：峰值電流信號產(chǎn)生電路和開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換電路，更具體地說，本實用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)電源電路及其峰值電流信號產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源電路通常在輕載時降低開關(guān)頻率，以得到較高的效率。但開關(guān)頻率過低會導致開關(guān)電源電路的輸出紋波變大，并且會影響電路的其它性能。尤 其是在高端降壓(High Side Buck)電路中，開關(guān)頻率的降低會使控制電路不能及時檢測輸出電壓導致電路的瞬態(tài)響應受到影響。因此，在具有電流環(huán)控制的系統(tǒng)中，通常采用在負載減小時降低峰值電流信號的方法，使得系統(tǒng)的開關(guān)頻率不會隨著負載的減小而降低太多。其中常用的一種手段是根據(jù)開關(guān)電源電路中的功率管的開關(guān)周期、關(guān)斷時長、或者開通時長來調(diào)整峰值電流信號。但采用該手段來調(diào)整峰值電流信號可能產(chǎn)生次諧波振蕩。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種峰值電流信號產(chǎn)生電路以及采用該峰值電流信號產(chǎn)生電路的開關(guān)電源電路。根據(jù)本實用新型的實施例，提出了一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路用于開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路至少包括第一功率管，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路包括第一電流源；峰值電容，與第一電流源并聯(lián)耦接，所述峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，所述控制端接收表征第一功率管開關(guān)周期的脈沖信號；第一開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第三端，所述控制端接收復位信號；以及第一電壓源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一開關(guān)的第二端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第二端。在一個實施例中，所述低通濾波電路包括第二開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第一端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第三端，所述控制端接收脈沖信號；以及濾波電容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第三端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第二端。根據(jù)本實用新型的實施例，提出了一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，頻率控制電流源，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至供電電源，所述控制端接收頻率信號，所述頻率控制電流源在第二端提供電流；以及峰值電阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至頻率控制電流源的第二端，所述第二端接地，所述頻率控制電流源提供的電流流過峰值電阻，在峰值電阻上產(chǎn)生的電壓信號為峰值電流信號。在一個實施例中，所述頻率控制電流源所提供的電流大小與頻率信號成反比。根據(jù)本實用新型的實施例，提出了一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，電容，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端提供峰值電流信號；電阻，與電容并聯(lián)；第三開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至電容的第二端，所述控制端接收方波信號；以及以及第三電流源，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第三開關(guān)的第二端。根據(jù)本實用新型的實施例，提出了一種開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路包括上述任何一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，還包括功率模塊，包括串聯(lián)耦接的第二功率管和第一功率管，其中第一功率管接收輸入電壓；濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載；反饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，所述第二輸入端接收基準信號，所述輸出端輸出置位信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號，所述第二輸入端接收峰值電流信號，所述峰值比較器輸出復位信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至峰值比較器接收復位信號，所述第二輸入端耦接至反饋比較器接收置位信號，所述輸出端輸出開關(guān)信 號控制第一功率管的通斷。在一個實施例中，所述開關(guān)電源電路還包括反饋電路，接收輸出電壓，產(chǎn)生反饋電壓，所述反饋電路包括反饋二極管、反饋電容、第一反饋電阻和第二反饋電阻，其中第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)耦接在反饋二極管的陰極和電感的第一端之間；反饋二極管的陽極耦接至電感的第二端；反饋電容的第一端耦接至反饋二極管的陰極，第二端耦接至電感的第一端；反饋電路在第一反饋電阻和第二反饋電阻的連接點輸出反映輸出電壓的反饋電壓。根據(jù)本實用新型上述各方面的開關(guān)電源電路、峰值電流信號產(chǎn)生電路，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)負載情況調(diào)整峰值電流信號，使得開關(guān)電源電路的頻率隨著負載的降低而降低，同時避免產(chǎn)生次諧波振蕩的目的。

為了更好的理解本實用新型，將根據(jù)以下附圖對本實用新型進行詳細描述圖I示出了現(xiàn)有的高端降壓電路的示意圖；圖2不出了圖I電路中的峰值電流信號Ipeak,電流檢測信號Ics,復位信號106和開關(guān)信號108的波形示意圖；圖3示出了根據(jù)本實用新型一實施例的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了圖I電路中的峰值電流信號Ipeak、圖3電路中的峰值電流信號Ipeak’、電流檢測信號Ics、復位信號106和開關(guān)信號108的波形不意圖；圖5示出了根據(jù)本實用新型一實施例的峰值電流信號產(chǎn)生電路505的電路結(jié)構(gòu)；圖6示出了根據(jù)本實用新型一實施例的峰值電流信號產(chǎn)生電路605的電路結(jié)構(gòu)；圖7示出了開關(guān)信號108和方波信號TD的波形。
具體實施方式
下面將詳細描述本實用新型的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術(shù)人員顯而易見的是不必采用這些特定細節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。 在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術(shù)人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。 圖I示出了現(xiàn)有的高端降壓電路的示意圖。該電路包括功率模塊，包括串聯(lián)耦接的第一功率管Ml和第二功率管Dl，其中第一功率管Ml接收輸入電壓VIN ;濾波電路，包括電感LI和輸出電容Cl，其中電感LI的第一端耦接至第一功率管Ml和第二功率管Dl的連接點，輸出電容Cl的兩端提供輸出電壓VOUT給負載；反饋電路，包括反饋二極管D2、反饋電容C2以及第一反饋電阻Rl和第二反饋電阻R2，其中第一反饋電阻Rl和第二反饋電阻R2串聯(lián)耦接在反饋二極管D2的陰極和電感LI的第一端之間，反饋二極管D2的陽極耦接至電感LI的第二端，反饋電容C2的第一端耦接反饋二極管D2的陰極，第二端耦接電感LI的第一端，反饋電路在電阻Rl和R2的連接點輸出表征輸出電壓VOUT的反饋電壓VFB ;控制電路100，具有第一輸入端100-1、第二輸入端100-2、接地端100-3和輸出端100-4，其中所述第一輸入端100-1接收表征流過第一功率管Ml的電流的電流檢測信號Ics,所述第二輸入端100-2耦接至反饋電阻Rl和R2的連接點接收反饋電壓VFB，所述接地端100-3耦接至第一功率管Ml和第二功率管Dl的連接點，基于電流檢測信號Ics和反饋電壓VFB，控制電路100在輸出端100-4輸出開關(guān)信號控制第一功率管Ml的通斷，以調(diào)節(jié)輸出到負載的能量。圖I所示的高端降壓電路中，控制電路100包括峰值比較器103，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號Ics,所述第二輸入端接收峰值電流信號Ipeak,基于電流檢測信號Ics和峰值電流信號Ipeak,所述峰值比較器103輸出復位信號106 ;峰值電流產(chǎn)生電路105，具有輸入端和輸出端，其中所述輸入端耦接至峰值比較器103的輸出端接收復位信號106,基于復位信號106,所述輸出端輸出峰值電流信號Ipeak ；反饋比較器104,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,所述第一輸入端率禹接至反饋電阻Rl和R2的連接點接收反饋電壓VFB，所述第二輸入端接收基準信號VREF，基于所述反饋電壓VFB和所述基準信號VREF，所述反饋比較器104在輸出端輸出置位信號107 ；RS觸發(fā)器101，具有置位端S，復位端R和輸出端Q，其中所述置位端S耦接至反饋比較器104的輸出端接收置位信號107，所述復位端R耦接至峰值比較器103的輸出端接收復位信號106,基于所述置位信號107和復位信號106,所述RS觸發(fā)器101在輸出端Q輸出開關(guān)信號108控制第一功率管Ml的通斷。圖2示出了圖I電路中的峰值電流信號Ipeak，電流檢測信號Ics，復位信號106和開關(guān)信號108的波形。下面結(jié)合圖I和圖2來說明控制電路100的工作過程。當?shù)谝还β使躆l開通時，電感電流(即流過第一功率管Ml的電流)增大，電流檢測信號Ics隨之增大。當電流檢測信號Ics的值增大至峰值電流信號Ipeak時,峰值比較器103翻轉(zhuǎn)，從而使復位信號106產(chǎn)生脈沖來復位RS觸發(fā)器101。RS觸發(fā)器101輸出開關(guān)信號108來關(guān)斷第一功率管Ml。第一功率管Ml關(guān)斷后，第二功率管Dl開通，此時，輸出電壓VOUT開始下降，反饋電壓VFB反映了輸出電壓VOUT的大小。當反饋電壓VFB低于基準信號VREF時，反饋比較器104翻轉(zhuǎn)，使置位信號107產(chǎn)生脈沖，從而置位RS觸發(fā)器101。RS觸發(fā)器101輸出開關(guān)信號108來開通第一功率管Ml。為了在輕載時降低高端降壓電路的開關(guān)頻率，提高輕載效率，圖I所示的電路采用了根據(jù)第一功率管Ml的關(guān)斷時長來調(diào)整峰值電流信號的控制方法。本領域普通技術(shù)人員應該明白，第一功率管Ml的開通時長或者開關(guān)信號108也可以用來調(diào)整峰值電流信號。在圖I中，所示峰值電流產(chǎn)生電路105包括第一電流源II、第一開關(guān)M2、峰值電容C3以及第一電壓源VI。其中峰值電容C3兩端電壓為峰值電流信號Ipeak。峰值電流信號Ipeak與第一功率管Ml的關(guān)斷時長成反比。第一功率管Ml的關(guān)斷時長越長,即負載越輕,峰值電流信號Ipeak的值越小。 峰值電流產(chǎn)生電路105的工作過程為第一開關(guān)M2由復位信號106控制，當復位信號106產(chǎn)生脈沖復位RS觸發(fā)器101時，第一開關(guān)M2閉合，峰值電容C3與第一電壓源Vl連接，使得峰值電流信號Ipeak的值等于第一電壓源Vl的值。由于復位信號106是個脈沖信號，并且脈沖寬度較窄，所以在脈沖結(jié)束后，第一開關(guān)M2斷開，第一電流源Il對峰值電容C3放電,從而使峰值電流信號Ipeak以一定的斜率下降。峰值電流信號Ipeak的波形如圖2所示。可以看到，負載越輕，第一功率管Ml的關(guān)斷時長越長，峰值電容C3被第一電流源Il放電的時間越長，峰值電流信號Ipeak減得越小。本領域普通技術(shù)人員應該知道，第一開關(guān)M2并不必須由復位信號106控制,也可以由其它在第一功率管Ml關(guān)斷時有脈沖產(chǎn)生的信號來控制。圖I所示的峰值電流產(chǎn)生電路105在電感電流受到擾動時將會使系統(tǒng)產(chǎn)生次諧波振蕩。具體如下假設峰值電流信號Ipeak受到擾動后增大了 Alpeakl。峰值電流信號Ipeak的增加將導致電感電流的上升時間增加，即會使得輸出到負載的能量增大而引起輸出電壓VOUT的增加。從而控制電路100將需要延長第一功率管Ml的關(guān)斷時長Toff來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。也即是說，峰值電流信號Ipeak的增加將會延長第一功率管Ml的關(guān)斷時長Toff0而峰值電流產(chǎn)生電路105所產(chǎn)生的峰值電流信號Ipeak與第一功率管Ml的關(guān)斷時長Toff成反比。延長后的關(guān)斷時長Toff將會導致峰值電流信號Ipeak的減小。假設峰值電流信號Ipeak因為關(guān)斷時長Toff延長的原因減小了 Λ Ipeak2。峰值電流信號Ipeak的減小又導致了電感電流的上升時間減少，即會使得輸出到負載的能量減少而引起輸出電壓VOUT的減小。從而控制電路100需要減短第一功率管Ml的關(guān)斷時長TofT來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。也就是說，峰值電流信號Ipeak的減小導致了第一功率管Ml的關(guān)斷時長TofT的縮短。因為峰值電流產(chǎn)生電路105所產(chǎn)生的峰值電流信號Ipeak與第一功率管Ml的關(guān)斷時長Toff成反比，縮短后的關(guān)斷時長Toff將會導致峰值電流信號Ipeak的增大。如前所述，增大的峰值電流信號Ipeak又會延長關(guān)斷時長Toff。如此循環(huán)往復，將產(chǎn)生次諧波，影響系統(tǒng)性能。在上述循環(huán)中，當前開關(guān)周期的峰值電流信號Ipeak的增量Δ Ipeakl導致了下一個開關(guān)周期的峰值電流信號Ipeak的減少量Δ Ipeak2。兩個周期中峰值電流信號Ipeak的變化量的增益為
權(quán)利要求1.一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路用于開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路至少包括第一功率管，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路包括 第一電流源； 峰值電容，與第一電流源并聯(lián)耦接，所述峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，所述控制端接收表征第一功率管開關(guān)周期的脈沖信號； 第一開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第三端，所述控制端接收復位信號；以及 第一電壓源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一開關(guān)的第二端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第二端。
2.如權(quán)利要求I所述的峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述低通濾波電路包括 第二開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第一端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第三端，所述控制端接收脈沖信號；以及 濾波電容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第三端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第二端。
3.一種開關(guān)電源電路，包括權(quán)利要求I或2中任一項所述的峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路還包括 功率模塊，包括串聯(lián)耦接的第二功率管和所述第一功率管，其中第一功率管接收輸入電壓； 濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載； 反饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，所述第二輸入端接收基準信號，所述反饋比較器在輸出端輸出置位信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號，所述第二輸入端接收峰值電流信號，所述峰值比較器輸出復位信號；以及 邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至峰值比較器接收復位信號，所述第二輸入端耦接至反饋比較器接收置位信號，所述邏輯電路在輸出端輸出開關(guān)信號控制第一功率管的通斷。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路還包括反饋電路，接收輸出電壓，基于輸出電壓產(chǎn)生反饋電壓，所述反饋電路包括反饋二極管、反饋電容、第一反饋電阻和第二反饋電阻，其中 第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)耦接在反饋二極管的陰極和電感的第一端之間； 反饋二極管的陽極耦接至電感的第二端； 反饋電容的第一端耦接至反饋二極管的陰極，第二端耦接至電感的第一端； 反饋電路在第一反饋電阻和第二反饋電阻的連接點輸出反映輸出電壓的反饋電壓。
5.一種峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路用于開關(guān)電源電路，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路包括 頻率控制電流源，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至供電電源，所述控制端接收頻率信號，所述頻率控制電流源在第二端提供電流； 以及峰值電阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至頻率控制電流源的第二端，所述第二端接地，所述頻率控制電流源提供的電流流過峰值電阻，在峰值電阻上產(chǎn)生的電壓信號為峰值電流信號。
6.如權(quán)利要求5所述的峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述頻率控制電流源所提供的電流大小與頻率信號成反比。
7.一種開關(guān)電源電路，包括權(quán)利要求5或6中所述的峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路還包括 功率模塊，包括串聯(lián)耦接的第一功率管和第二功率管，其中第一功率管接收輸入電壓； 濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載； 反饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，所述第二輸入端接收基準信號，所述反饋比較器在輸出端輸出置位信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號，所述第二輸入端接收峰值電流信號，所述峰值比較器輸出復位信號；以及 邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至峰值比較器接收復位信號，所述第二輸入端耦接至反饋比較器接收置位信號，所述邏輯電路在輸出端輸出開關(guān)信號控制第一功率管的通斷。
8.—種峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述峰值電流信號產(chǎn)生電路包括 電容，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端提供峰值電流信號； 電阻，與電容并聯(lián)； 第三開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至電容的第二端，所述控制端接收方波信號；以及 以及第三電流源，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第三開關(guān)的第二端。
9.一種開關(guān)電源電路，包括權(quán)利要求8中所述的峰值電流信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路還包括 功率模塊，包括串聯(lián)耦接的第一功率管和第二功率管，其中第一功率管接收輸入電壓； 濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載； 反饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收表征輸出電壓的反饋電壓，所述第二輸入端接收基準信號，所述反饋比較器在輸出端輸出置位信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號，所述第二輸入端接收峰值電流信號，所述峰值比較器輸出復位信號；以及 邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至峰值比較器接收復位信號，所述第二輸入端耦接至反饋比較器接收置位信號，所述邏輯電路在輸出端輸出開關(guān)信號控制第一功率管的通斷； 其中，所述方波信號與第一功率管的開關(guān)周期相關(guān)。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述開關(guān)電源電路還包括反饋電路，接收輸出電壓，基于輸出電壓產(chǎn)生反饋電壓，所述反饋電路包括反饋二極管、反饋電容、第一反饋電阻和第二反饋電阻，其中第一反饋電阻和第二反饋電阻串聯(lián)耦接在反饋二極管的陰極和電感的第一端之間；反饋二 極管的陽極耦接至電感的第二端；反饋電容的第一端耦接至反饋二極管的陰極，第二端耦接至電感的第一端；反饋電路在第一反饋電阻和第二反饋電阻的連接點輸出反映輸出電壓的反饋電壓。
專利摘要本實用新型提出了一種峰值電流信號產(chǎn)生電路和開關(guān)電源電路。開關(guān)電源電路至少包括第一功率管，峰值電流信號產(chǎn)生電路包括第一電流源；峰值電容，與第一電流源并聯(lián)耦接，峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，控制端接收表征第一功率管開關(guān)周期的脈沖信號；第一開關(guān)，第一端耦接至低通濾波電路的第三端，控制端接收復位信號；以及第一電壓源，一端耦接至第一開關(guān)的第二端，第二端耦接至低通濾波電路的第二端。能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)負載情況調(diào)整峰值電流信號，使得開關(guān)電源電路的頻率隨著負載的降低而降低，同時避免產(chǎn)生次諧波振蕩的目的。
文檔編號H02M1/14GK202713146SQ20122040195
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者李伊珂, 許力 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司