[发明专利]一种脉宽调制型开关电源电路

说明书

【技术领域】

本发明涉及电源管理电路领域，特别涉及一种频率连续可调的脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）型开关电源电路。

【背景技术】

脉宽调制型开关电源电路包括升压（BOOST）和降压（BUCK）两种结构，由于其外围线路简单，转换效率高等优点应用非常广泛。目前的开关电源电路其调制频率越来越高，从以前的20kHz、100kHz到现在的500kHz、1MHz、2MHz甚至更高。不断提高调制频率的原因在于开关电源电路可以使用体积更小的器件（包括电感和滤波电容），并且更高的调制频率也增强了整个开关电源电路系统的环路响应。

但是，调制频率提高之后带来的一个主要问题就是开关电源电路的开关损耗增大。开关损耗包括开关管从导通到关断以及从关断到导通两个时段的所有损耗。因为开关管只在开关转换的瞬间产生能量损失（即开关损耗），因此，开关损耗和调制频率精确的成比例。这种情况在负载电流很大的场合影响并不大，比如在负载电流为1A的情况下，如果开关管的平均开关电流为5mA，只占到负载电流的5‰，其开关损耗对于整个开关电源电路系统的转换效率影响不大。但是如果在负载电流很小（即处于轻载状态）的情况下，开关损耗问题就会变得十分严重，比如在负载电流为5mA的情况下，如果开关管的平均开关电流还是为5mA，其开关损耗对整个系统的转换效率的影响就会变得非常严重。

为了解决开关电源电路在轻载时的转换效率问题，目前大多数的开关电源电路都加入了一个跳周检测模块。该跳周检测模块的主要作用是用来监测开关电源电路中的误差放大器的输出信号（即误差放大电压），当误差放大器的输出信号电压过低时（例如小于0.5V时）表示此时开关电源电路的负载电流很小，整个系统的转换效率处于很低的水平，需要进行调整。这时，跳周检测模块会暂时让开关电源电路中的振荡器等模块停止工作，使开关管始终维持在关断状态，暂停向该开关电源电路的输出端输送电能，直到输出端电压下降到一定程度之后，误差放大器的输出信号电压恢复到正常水平（例如0.5V以上）时，该开关电源电路重新进入正常的工作状态，开关管开始正常的开关操作，恢复给输出端输送电能。也就是说，加入跳周检测模块之后，在轻载情况下，开关电源电路会周期性的停止正常工作而维持开关管关断状态，通过这样的方式降低开关损耗，实现轻载下提高转换效率的目的。

通过增加跳周检测模块来降低开关损耗的方法虽然可以使开关电源电路在较轻负载下的转换效率得到提高，但是由于跳周检测模块使得电路周期性的在正常工作状态和跳周工作状态中来回切换，导致开关电源电路的输出端输出的直流电压会出现周期性的波动，相当于在输出的直流电压上叠加了一个谐波分量，这个谐波分量的频率为正常调制频率的几分之一到几十分之一。这个叠加在输出电压上的谐波分量不仅会造成输出电压的上下波动，影响输出稳定性；而且由于这个谐波分量的频率由具体的负载情况决定，具有不可控性，在某些情况下谐波分量的频率会落在音频范围内，对开关电源电路周边的音频处理电路造成干扰和影响。

另外，如果负载电流的突然变化导致开关电源电路从正常工作状态切换到跳周工作状态以后，想要重新回到正常的工作状态必需经由一系列的反馈过程：输出电压的改变，改变量反馈给误差放大器，误差放大器输出重新恢复正常。

这一系列的反馈过程加长了开关电源电路的暂态响应时间，不利于输出电压的稳定。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种脉宽调制型开关电源电路，其可以降低在较轻负载时的开关损耗，提高整个开关电源电路在较轻负载时的转换效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种脉宽调制型开关电源电路，其包括振荡器、PWM比较器、电源转换电路、反馈电路、误差放大器和频率控制模块。所述振荡器生成并输出参考信号；所述PWM比较器基于所述参考信号及误差放大器输出的误差放大电压，输出与所述参考信号相同频率的PWM控制信号；所述电源转换电路在所述PWM控制信号的控制下将一输入电压转换成输出电压；所述反馈电路采样所述电源转换电路的输出电压并形成反映所述输出电压的反馈电压；所述误差放大器将一基准电压和所述反馈电压的差放大之后得到误差放大电压；所述频率控制模块根据该开关电源电路的负载电流调节所述振荡器输出的参考信号的频率，当负载电流增大时，所述频率控制模块控制所述参考信号的频率随之增加；当负载电流减小时，所述频率控制模块控制所述参考信号的频率随之减小。