[发明专利]适用于开关电源转换器的时钟频率选择电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及的一种时钟频率选择电路，主要应用于开关电源DC/DC转换器中。

背景技术

开关电源DC/DC转换器是一类使用电感或者电容作为能量传输的介质，通过周期性的时钟脉冲控制，实现电平转化的一种电路。它广泛地应用于各类消费产品中。它相对于无开关的线性整流器LDO而言，最大的优点就是高效率。因此效率的提高问题也是开关电源转换器研发过程中最为关注的问题。

通常情况下，决定各类消费电子产品待机时间的长短的，往往是待机时的电源转换效率。为了轻载时的效率，一种解决方案是根据电流负载的区间选择合适的开关频率，以降低开关管栅电容的充放电损耗。这就需要一种时钟频率选择电路来完成这一功能。传统的频率选择电路如图1所示，它通过将电流采样反馈回来的采样电压VSENSE和一些阈值电压（V1~V6）做比较得到的数字编码来选择特定频率的开关时钟。这种方法简单易行，但是最大的缺点是它需要若干个比较器来实现，如果要选择N个频率就至少需要N个比较器，我们知道比较器有一定的静态功耗，如果备选频率较多，那么就会产生比较大的静态损耗，大大影响系统轻载时候的效率。因此本发明提出了一个新的频率选择电路，无论多少个备选频率的时钟，它只需要两个比较器和一些数字电路就可以实现。大大降低了系统损耗。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以降低开关电源DC/DC转换器中的静态损耗、提高系统的效率的时钟频率选择电路。

本发明提出的时钟频率选择电路，如图2所示，主要包括两个比较器Comp1和Comp2，一个有限状态机FSM，两个多路复用器，该两个多路复用器分别提供阈值电压V1、V2  …VN和备选频率FS1、FS2  …FSN。

电流采样电路反馈回来的采样电压Vsense与两个高低电压阈值Vthp、Vthn做比较就会出现以下几种情况。如果Vsense>Vthp, A1A0=11。那么认为选择到的开关频率FS和两个阈值电压Vthp、Vthn偏低，有限状态机向较高的状态移动，开关频率FS变高，阈值电压Vthp、Vthn变大。如果Vsense<Vthn, A1A0=00。那么认为选择到的开关频率FS和两个阈值电压Vthp、Vthn偏高，有限状态机向较低的状态移动，开关频率FS变低，阈值电压Vthp、Vthn变小。只有Vthn<Vsense<Vthp时，A1A0=01。这个时候认为选择到与Vsense采样电压相匹配的时钟频率。频率选择电路处于稳定状态。FSM状态机维持状态不变。从而达到时钟频率选择的目的。

采用传统的频率选择电路，比较器较多，静态功耗较大，大大降低了轻载时的系统效率。本发明频率选择电路，只需要两个比较器就可以实现任意个时钟频率的选择，大大降低了静态功率损耗，提高了电源的转换效率。

附图说明

图1 传统的频率选择电路。

图2 本发明的频率选择电路结构。

图3 有限状态机转换图。

图4 选择频率由高到低转换过程图。

图5选择频率由低到高转换过程图。

具体实施方式

下面结合状态对照表中的6个备选频率对本发明做进一步的说明。这里选定V1=62.5mV, V2=125mV, V3=250mV, V4=250mV, V5=500mV, V6=1V, V7=5V(VDD)。

当采样电压Vsense<Vthn时, 两个比较器的输出编码为A1A0=00。这个编码作为有限状态机FSM的输入码。当开关时钟的上升沿触发有限状态机时，从图3的有限状态机的状态转换图可以看到，A1A0=00时，状态会向较低的状态移动一位，此时的状态输出编码B2B1B0也做相应的改变，从而选择新状态下的开关频率和阈值电压。采样电压Vsense从1.2V~50mV区间内跳变的时候，查看时钟频率的选择情况。从图4可以清楚地看到，当采样电压逐渐降低的时候，选择到的时钟频率也在逐渐降低。

当采样电压Vsense>Vthp时, 比较器的输出码A1A0=11。当开关时钟的上升沿触发有限状态机时，从图3的有限状态机的状态转化图可以看到，状态会向较高的状态移动一位，此时的状态码B2B1B0,开关频率FS和阈值电压Vthp Vthn都做相应的改变。从图5可以清楚地看到，当采样电压Vsense逐渐升高的时候，选择到的频率也在逐渐增大。

只有当Vthn<Vsense<Vthp时，即A1A0=01时，系统处于稳定状态。选定指定的开关频率。