[发明专利]一种PFM开关电源及其抖频电路与抖频方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种PFM开关电源及其抖频电路与抖频方法。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管导通和截止的时间比率，维持稳定输出的一种电路装置。其中，常见的一种开关电源为具有恒流恒压工作模式的脉冲频率调节（PFM）开关电源，即所述开关电源通过PFM来控制开关管的导通和截止，维持稳定输出，从而使整个开关电源系统工作在恒压或是恒流模式。PFM开关电源具有较高的电压变化率和电流变化率，并且其变压器存在寄生电容和寄生电感，对周围的器件形成电磁干扰（EMI），所以需要采用抖动开关频率的方法来优化其电磁兼容性（EMC）。

开关电源的开关周期（Tsw）等于原边导通时间（Tonp）、副边导通时间（Tons）和断续时间（Tdis）之和，而原边导通时间和副边导通时间都与原边峰值电流呈正比关系。现有技术通常采用固定的原边峰值电流，从而固定了原边导通时间和副边导通时间，开关电源的开关周期的改变只依靠断续时间的变化来实现。

参考图1，图1为现有技术中一种常见的具有恒流恒压工作模式的PFM开关电源的电路图。所述开关电源通过整流器件200以及输入电容Cin将交流输入信号Vac转变为直流输入信号Vin，所述直流输入信号Vin为PFM控制器201提供工作电压。所述开关电源通过辅助线圈206两端的电压表征副边线圈205两端的电压，所述PFM控制器201通过电阻网络（包括电阻209和电阻210）获取辅助线圈206两端的电压，根据所述电压输出控制信号控制开关管202的导通状态，从而控制原边线圈204的电流或电压，进而保证与副边线圈205连接负载电路两端输出电压Vout或输出电流Iout的稳定。

参考图2，图2为图1中所示开关电源的PFM控制器的功能框图。所述PFM控制器201包括原边峰值电流检测比较器301，Tons检测器302，Tons延时模块303，第一电流源304和第二电流源305，第一传输门306和第二传输门307，电容308，恒流控制比较器309，误差放大器310，断续时间产生模块311，第一R-S触发器312和第二R-S触发器313，保护模块314，三输入或非门315，驱动模块316。

参考图1和图2，当信号PFM为逻辑高电平，PFM控制器201的OUT端变为高电平，开关管202导通，流过电流检测电阻203的电流变大，电阻203两端的电压随之上升。当电流检测电阻203上的电压信号Vcs超过参考电压（一般为0.9V）时，原边峰值电流检测比较器301的输出为逻辑高电平；反之为逻辑低电平。原边峰值电流检测比较器301的输出信号SHUTD，所述信号SHUTD将R-S触发器313的输出信号CV CTRL置1。CV CTRL输入到或三输入非门315，三输入或非门315的输出信号PFM。此时信号PFM变为逻辑低电平，PFM控制器201的OUT端变低，功率晶体管202截止。

参考图3，图3为图1中所示开关电源的断续时间的输出特性曲线图，横线表示开关电源的输出电压的采样值，阶梯状虚线表示电荷泵的充电曲线，两者交点的横坐标表示特定负载下的断续时间。其中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压值。从图3中可以看出，电荷泵呈阶梯状上升，在台阶跃变点对应的负载点上，一个输出电压只对应一个断续时间，即一个负载点对应了一个系统的开关周期，系统没有发生频率抖动。在台阶平台对应的负载点上，一个输出电压对应多个断续时间，即一个负载点对应了多个系统的开关周期，系统发生频率抖动。可见，现有的开关电源只能在某些负载点上通过断续时间的变化来实现开关周期的变化从而实现其频率的抖动。然而，所述电荷泵的充电电压不易控制，即图3中所示阶梯状虚线的台阶宽度不能够被控制，从而导致基于上述机理的频率抖动的范围不易控制，导致开关电源的电磁兼容性较差。

通过上述分析可知，现有技术只能在某些负载点上实现PFM开关电源的开关频率抖动时，且其频率抖动不易控制，开关电源的电磁兼容性较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种PFM开关电源及其抖频电路与抖频方法，以实现所述开关电源的开关频率在所有的负载点上发生可控制的周期性抖动，从而使得所述开关电源具有较好的电磁兼容性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种PFM开关电源的抖频电路，包括：