[发明专利]功率变换器的PSM或PWM双模调制切换方法

说明书

技术领域

功率变换器的PSM或PWM双模调制切换方法，属于电力电子技术领域，涉及应用于功率变换电路中的开关功率管的调制技术。

背景技术

在功率变换器中常采用脉冲宽度调制模式PWM(Pulse Width Modulation)和脉冲频率调制模式PFM(Pulse Frequency Modulation)。由于轻负载下，变换器采用PWM调制模式输出功效可能只有50-70％，近几年功率变换系统的新型调制模式——脉冲跨周期调制模式PSM(Pulse Skip Modulation)越来越多地应用到开关电源中，特别是中小功率的功率集成电路中。鉴于PSM在轻负载下输出功效较高，而中、重负载下PWM调制模式依然有优势，因此PSM或PWM的双模调制模式逐渐流行。现有采用了PSM或PWM双模调制模式的功率集成电路中的PSM和PWM两种调制方法中并没有一种公认的最优切换方法。通常的切换方法是通过内部检测电路检测反馈输出电压或负载电流，将反馈电压或负载电流与设定阈值相比较，判断负载是否为轻负载(如安森美的芯片NCP1200，TI的芯片TPS54160)来切换PSM或PWM调制方式。但这些方法因为所设计的比较阈值固定，没有灵活考虑切换点随输入电压的变化，通常不能达到全域范围的最高输出功效。

正常工作状态下，开关功率变换器的损耗主要包括负载相关传导损耗，频率相关开关损耗和固定损耗。目前如何保证功率变换器具有全负载范围内的高输出功效仍是研究的重点。

发明内容

本发明提供一种功率变换器的PSM或PWM双模调制切换方法，通过DSP(或CPU)在线计算功率变换器的输出功效得到轻重负载的切换点，兼顾了PSM和PWM调制模式的优点，能够在全程负载范围内实现最高输出功效。

本发明通过分别计算出对于同一电路采用PSM及PWM不同调制模式时的输出功效，然后通过输出功效的比较来进行不同调制模式的切换，从而实现功率变换器全负载范围内的高输出功效和低功耗。而由DSP(或CPU)实现不同输入电压Vin和负载电流Io下输出功效的实时计算，然后把计算结果通过I²C(或SPI)等数据接口传送到功率变换电路的控制电路中，实现PSM/PWM双模调制高效切换，该方法特别适用于便携产品SoC的电源管理芯片。

本发明详细技术方案为：

功率变换器的PSM或PWM双模调制切换方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：将功率变换器电路中包括电阻、电容、电感、二极管、功率三极管在内的所有器件参数离线输入DSP(或CPU)中。

步骤2：在线检测功率变换器电路的输入电压Vin和负载电流Io，经模数转换后输入DSP(或CPU)中。

步骤3：通过DSP(或CPU)在线计算功率变换器单独采用PSM调制模式的输出功效η_PSM和单独采用PWM调制模式的输出功效η_PWM；输出功效的计算公式为η=PoutPout+Ploss,]]>其中，P_out功率变换器的输出功率，P_loss为功率变换器的损耗功率。

步骤4：通过DSP(或CPU)比较η_PSM和η_PWM的大小：若η_PSM≥η_PWM，采用PSM调制模式驱动功率变换器的主功率管工作；若η_PSM＜η_PWM，采用PWM调制模式驱动功率变换器的主功率管工作；当η_PSM和η_PWM比较结果发生变化时，功率变换器的调制模式在PSM调制模式或PWM调制模式之间切换。

上述方案中：

步骤2中在线检测负载电流Io时，采用负载电流采样电路CS进行采样检测；采用模数转换器ADC实现输入电压Vin和负载电流Io的模数转换；输入电压Vin和负载电流Io经模数转换后通过数字接口电路I²C(或SPI)实现。