[发明专利]一种开关电源电路

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种开关电源电路的设计。

背景技术

开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，被广泛应用于以电子计算机为主的各种终端设备和通讯设备中。

常见的开关电源工作方式有三种：PWM（Pulse Width Modulation）模式，PFM（Pulse Frequency Modulation）模式和PWM/PFM混合模式。PWM模式具有噪声低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，但是由于频率固定其控制电路的开关损耗一般较大，在轻载时效率降低。PFM模式随着负载变轻其频率减小，因而效率提高；且没有第一放大器的影响，其响应速度快，但是输出纹波大；而PWM/PFM混合模式兼有两种控制模式的特点，在重载时采用PWM模式，在轻载时采用PFM模式。但是在混合模式下当负载突然变化导致两种模式切换时会产生较大纹波。

对于现存应用于轻载情况下的开关电源技术如下：

第一种PWM控制方式的同步整流开关电源电路的方案如图1所示，具体采用输出级做分隔来解决：重载时，采用大部分甚至全部的输出级，以提高输出电流能力和减小导通电阻；轻载时，采用较少的输出驱动级，以较小开关管的开关损耗。但是这种输出级分隔的方案，由于使用的输出级面积大，增加了芯片的成本。

第二种PFM控制方式的开关电源电路的方案如图2所示，在此模式下随着负载变轻其频率减小，响应速度快，但是输出纹波大，且轻载时驱动开关管的电压没有变化，限制了功耗的进一步减小。

第三种PFM/PWM控制方式的开关电源电路的方案如图3所示，重载时采用PWM控制方式，来提供稳定高效的输出；轻载时，采用PFM控制方式来减小功耗。但是这种方案同样存在驱动开关管的电压没有变化，限制了功耗的进一步减小；同时当负载突然变化导致模式切换时会产生较大的纹波。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的开关电源电路在轻载情况下存在的上述问题，提出了一种开关电源电路。

本发明的技术方案是：一种开关电源电路，具体包括：开关管，第一分压电阻、第二分压电阻，电感元件，续流二极管，负载单元，负载电流检测单元，比较器，D锁存器，模数转换器，数模转换器，PWM工作模式栅驱动电压产生单元，第一放大器，PWM比较器，PFM控制单元，第一二选一选择器、第二二选一选择器，数字逻辑单元，栅驱动单元，其中，

第一分压电阻的一端接电感元件的第一端并作为所述开关电源电路的输出端，第一分压电阻的另一端接第一放大器的负向端和PFM控制单元的输入端并通过第二分压电阻接地，第一放大器正向端接外部的第一基准电压，第一放大器的输出端接PWM比较器的正向端，PWM比较器的负向端接外部的锯齿波，PWM比较器的输出端接第一二选一选择器的第一输入端；PFM控制单元的输出端接第一二选一选择器的第二输入端；

所述的负载电流检测单元的输入端通过负载单元与所述开关电源电路的输出端相连，负载电流检测单元的输出端接比较器的正向输入端和模数转换器的输入端；比较器的负向端接外部的第二基准电压，比较器的输出端接D锁存器输入端，D锁存器输出端接第一二选一选择器的控制端和第二二选一选择器的控制端；模数转换器输出端接数模转换器的输入端，DAC数模转换器输出端接第二选一选择器的第一输入端，PWM工作模式栅驱动电压产生单元的输出端接第二二选一选择器的第二输入端，第一二选一选择器输出接数字逻辑单元输入，数字逻辑单元的输出和第二二选一选择器的输出作为栅驱动单元的输入，栅驱动单元的输出接开关管栅极，开关管的源极接电感元件的第二端，漏极接外部电源电压，续流二极管的负极接开关管源极，续流二极管正极接地。

本发明的有益效果：针对低功耗开关电源变化器，提出了一种低功耗混合PWM/PFM开关电源电路，可以根据负载的轻重来自动调节控制方式，具体为：重载时选用PWM控制方式，轻载时选用PFM控制方式。当其为PFM控制方式时，还可以根据负载轻重调整驱动开关管的电压，进一步减小轻载时的功耗，提高能量传输的效率，这特别适用于电源长期工作于待机或轻载的情况，同时轻载情况下，可以采用减小开关管栅驱动电压和开关占空比来同时减小功耗，较之背景技术中的PFM/PWM混合控制方式，减小了单独依靠开关管占空比来调整输出功率，这可以使其占空比变化范围减小，进而也就减缓了负载突变和模式切换时输出纹波大的缺点，同时较之采用输出级分隔技术的PWM控制方式，芯片面积较小。

附图说明