[发明专利]自适应开关频率调整电路

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别是一种开关频率调整电路，可用于模拟集成电路。

背景技术

自适应开关频率调整电路是开关式转换器系统的重要组成部分，由转换器系统内部若干模块组成。相比于线性调节器，开关式变换器具有高效，高能量密度等特点，从而越来越受到用户的欢迎。然而传统的开关变换器的工作模式有两个固有的缺点。其一，单一固定的开关频率会产生较大的电磁干扰EMI；其二，单一的开关频率不适合在宽负载范围内提升转换器效率。

目前，提升开关转换器效率的方式包括突发模式和固定降频模式，其中：

突发模式，其实现是当系统负载进入轻载判断门限后，系统的输出电流将时断时续，通过固定间隔的开启和关闭开关管，实现轻载下较小的平均电流。但是这种方式是在单一系统时钟频率下实现的，虽然降低了导通损耗，但开关损耗并未因此降低，而且突发模式下的每次导通都会产生一个较大的电流脉冲，会对开关管造成很大的电压应力，影响系统可靠性的同时会产生很大的电磁干扰。

固定降频模式，是将系统时钟人为地分为两个频率，一个频率较高，用于正常负载下的工作；另一个频率较低，用于轻载下的工作。这两个频率的选择依赖于监测误差放大器输出的电压大小。这种模式虽然可以在一定程度上提高效率，但是由于在宽的负载变动范围仅分配两个频率，因而易出现在某些负载情况下开关转换器效率很低的情况。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的较大电磁干扰以及系统仅在较窄负载范围内保持较高效率的缺陷，提供一种自适应开关频率调整电路，以减小电磁干扰，提高开关转换器的效率。

实现本发明目的技术思路是：通过检测系统负载状态，确定系统内部振荡器模块的实时比较阈值，实现开关频率随负载线性变化，使系统在全负载范围保持高的传输转换效率；同时通过频率抖动控制逻辑，产生一组控制信号，使得时钟周期在个固定频率点附近变化，分散了单一频率时钟信号过于集中的频谱能量，降低了系统整体的电磁干扰。整个开关频率调整电路包括：

模式判别模块，用于通过检测反映负载状态的系统反馈电压，产生两个比较逻辑信号A和B，分别传输给到阈值选择模块；

阈值选择模块，用于对两个比较逻辑信号A和B进行逻辑运算，产生三个选通控制信号SW1，SW2和SW3，通过这些控制信号从外部输入的三路信号V1，V2和FB中选出一路信号，输出至基本振荡逻辑，作为该基本振荡逻辑的低阈值电压；

基本振荡器逻辑，用于产生时钟信号CLK输出至抖频控制逻辑，作为对该抖频控制逻辑的驱动信号；

抖频控制逻辑，利用输入的时钟信号CLK作为其时钟驱动，输出一组周期性的伪随机码序列D、E、F给受控周期电流源，控制其输出的电流大小；

受控周期电流源，利用抖频控制逻辑输出的伪随机码序列D，E，F产生一路周期性变动的充电电流，使时钟信号CLK在一个中心值附近周期变化。

上述自适应开关频率调整电路，其特征在于：所述的模式判别模块，包括第一比较器CMP1和第二比较器CMP2；

该第一比较器CMP1的正相输入端连接外部高阈值电压V_H，其负相输入端连接反馈电压FB，其输出第一比较逻辑信号A；

该第二比较器CMP2的正相输入端连接反馈电压FB，其负相输入端连接外部低阈值电压V_L，其输出第二比较逻辑信号B。

上述自适应开关频率调整电路，其特征在于：所述阈值选择模块，包括第一反相器和第二反相器，第一与非门，第二与非门和第三与非门，以及第一选通开关SW1，第二选通开关SW2，第三选通开关SW3，第一PMOS管MP1，第二PMOS管MP2，第三PMOS管MP3和第一电流源I1，其中：

第一反相器INV1，其输入端IN1与模式判别模块的第一比较逻辑信号A连接，其输出端与第一与非门NAND1的第一输入端A1连接；第一与非门NAND1的第二输入端A2与模式判别模块输出的第二比较逻辑信号B连接，其输出电压信号SW1作为第一选通开关SW1的控制信号；

第二反相器INV2，其输入端IN2与模式判别模块的第二逻辑电压信号B连接，其输出与第二与非门NAND2的第二输入端C2连接；第二与非门NAND2的第一输入端C1第三与非门NAND3的第一输入端B1连接，其输出电压信号SW3作为第三选通开关SW3的控制信号；