用于在不连续传导模式中操作的开关模式调节器的声频静带系统和方法_4

文档序号:9508072阅读:来源:国知局
时阈值TSBDCM相比较从而从ADCM操作 模式转变至SBDCM操作模式。可使用时段P1-P4中的任一或多个的持续时间并与对应预定 阈值比较来确定从ADCM到SBDCM的合适的转变点。对于较低占空比而言(如,在低功率情 况期间)持续时间P1和P4-般是较长的时段(与P2和P3相比),潜在地提供更为准确的 结果。
[0074] 图11是在根据一个实施例的调节器103的ADCM期间,类似于图9和10的10和 IL的绘图,且还示出相应的LG脉冲LG 1和LG2。LG 1对应于ADCM期间的时段P1,其可被用 作定时变量DT。
[0075] 图12是设置于SBDCM控制器213中的SB检测电路的一个实施例的示意图,根据 一个实施例,用于确定当DT达到对应于亚音速阈值条件的P1时,何时从ADCM操作模式转 变至SBDCM。跨导放大器1201具有用于接收V0的正输入和耦合至地的负输入。跨导放大 器1201的输出耦合至节点1202,且电容器1203耦合在节点1202和地之间。开关1205跨 电容器1203,具有耦合在节点1202和地之间的电流端子。节点1202耦合至比较器1207的 正输入,该比较器接收指示差(VIN-V0)的值作为其负输入。比较器1207的输出耦合至置位 /重置(SR)触发器(SRFF) 1209,该触发器使其非反相或Q输出提供信号SB。重置框1211 具有输出,向SRFF 1209的重置(R)提供重置信号RST。
[0076] 向开关1205的控制输入提供信号ΙΖ??。信号「δΤ通常为高,且当ADCM每一个开关 循环期间将LG1信号设为高有效状态以作为LG的第一个脉冲时变低。开关1205可以是晶 体管器件,诸如FET或M0S型晶体管,具有漏极和源电流端子以及栅极控制端子。可构想任 何其他合适类型的开关,包括各种其他类型的晶体管。
[0077] 在操作中,当Ε0?为高时,导通开关1205使得电容器1203短路从而节点1202为 低。当节点1202的电压为低时,比较器1207的输出为低且SB信号维持低。当对应于时段 Ρ1,?Ζ??为低时,电容器1203被充电来增加节点1202的电压。如果节点1202的电压变得 高于该值(VIN-V0),则比较器1207转变为高且SRFF 1209将SB信号设为高有效状态。在 一个实施例中,当SB信号变高时,SBDCM控制器213将操作从ADCM转变至SBDCM。
[0078] 跨导放大器1201的输出形成电流IV0,该电流与输出电压V0成比例,乘以跨 导增益因子" gm"。将比值R设为等于式(3)方括号中的值、或R = (FSW_ADCM-FSW_ SBDCM)/2,FSW_ADCM。电容器1203具有电容C。C/gm的比被设为等于R.T0N。以此方式, 根据如下式(7)来确定DT :
[0080] 图11中所示的LG1的脉冲对应于时间P1。当ADCM期间脉冲LG1为高时,Γ??信 号为低,对应于DT。以此方式,如果LG1的脉冲对于为亚音速转变值解出的Ρ1的时续时间 均为高,则操作从ADCM转变至SBDCM。
[0081] 在更为特定的实施例中,FSW_ADCM = 25KHz、FSW_SBDCM = 100Hz,所以比值R = 0· 498。TON 被选择为 1 微秒(μ )。因此,C/gm = 0· 498 · 1 μ s = 498 纳秒(ns)。在一个 实施例中,C = 10皮可法拉(pF)且gm被选为20微姆欧(μ S)。
[0082] 图13是根据一个实施例的调节器103的更详细的示意图和框图。尽管更为详细, 图13中所示的示意图和框图被简化来避免不必要的细节,同时仍可完全是出根据本发明 被结合至调节器103内的原理。通过误差网络提供输出电压V0,该网络包括补偿阻抗Ζ1和 Ζ2、误差放大器1301、和以GND为参考形成参考电压VREF的电压源1303。阻抗可包括用于 提供合适补偿的电阻、电容、和/或电感的任何合适组合,且一般包括电阻器或电阻器-电 容器(RC)组合。如图所示,通过阻抗Ζ1来向误差放大器1301的负输入提供V0,该放大器 在其正输入处接收VREF且在其输出处形成补偿电压VC0MP。VREF代表V0的目标电压或指 示V0的反馈电压电平。阻抗Ζ2被耦合在误差放大器1301的负输入和输出之间的反馈配 置中。
[0083] 注意,可直接提供V0或经由感测网络(未示出)来提供V0,感测网络诸如分压器 等用于将电压分离下降为提供至误差网络的反馈电压。如本领域普通技术人员所理解地, 阻抗Ζ1和Ζ2提供环补偿。一般而言,误差网络的误差放大器1301将输出电压或其反馈版 与VREF之间的差放大来形成VC0MP。
[0084] 向控制器201的调制器205的输入提供VC0MP,且调制器205在其输出形成脉冲控 制信号或PWM信号。向缓冲器/驱动器1305的输入提供PWM信号,该缓冲器/驱动器的输 出向Q1的栅极提供UG信号。PWM信号、或如此处进一步描述的其修改版或反相版,被提供 至另一个缓冲器/驱动器1307,该缓冲器/驱动器1307向Q2的栅极提供LG信号。调节器 103的转换器部分,包括开关Q1和Q2、输出电感器L、输出电容器C0、和负载203,被耦合从 而以前述基本类似的方式操作,用于形成电流IL和10以及电压VPH和V0,用于将输入电压 VIN转换为经调节的输出电压V0。
[0085] 缓冲器/驱动器1305和1307形成DVR框207的一部分,用于基于PWM信号来驱 动开关Q1和Q3。没有示出DVR框207的附加细节,诸如用于合适操作的附加支持电路。例 如,DVR框207可包括附加电路以确保在一时间仅导通开关Q1和Q2之一,以避免VIN或V0 暂时接地。进一步,可包括自举或电荷栗电路等来帮助高于VIN和V0轨来分别驱动Q1和 Q2的栅极。
[0086] DCM控制器209被实现为具有相位比较器1309、SRFF 1311和附加逻辑来结合DCM 操作模式。在所示实施例中,附加逻辑包括被插在开关控制路径中的2-输入N0R门1313。 相位比较器1309的正输入耦合至相位节点202、且负输入耦合至GND,且其输出形成ZC信 号,提供至SRFF 1311的S输入。SRFF 1311的R输入接收PWM且其输出被提供至N0R门 1313的一个输入。N0R门1313的另一个输入接收PWM信号,且其输出被提供至2-输入0R 门1315的一个输入。OR门1315的输出耦合至缓冲器/驱动器1307的输入。OR门1315是 ADCM控制器211的一部分且其另一个输入耦合至为ADCM控制器211和SBDCM控制器213 所设置的电路,如下文进一步所述。
[0087] 在CCM操作模式期间,将PWM信号设为高有效状态,开始新的循环,所以经由N0R 门的操作(忽略OR门1315的操作),UG变高且LG变低。当PWM变低时,在该循环的剩余 时间内,UG被拉低且将LG设为高有效状态。通过输出电感器L的电流IL 一般维持为正, 从而相位节点202的电压VPH维持为负,所以ZC信号维持为低。SRFF 1311的输出维持为 低,所以DCM控制器209不影响CCM操作。
[0088] 当负载减少以使输出电流10减少时,电流IL相应减少且可变负。如果电流IL变 负,则VPH的电压变负且相位比较器1309在其输出将ZC设为高有效状态。ZC变高,设置 SRFF 1311,从而将其输出设为高有效状态。根据DCM操作,N0R门1313响应地将其输出拉 低、将LG拉低,因此较早地终止了 LG脉冲。在DCM模式中,当PWM接着变高时,将UG设为 高有效状态且LG为低来开始下一个循环。PWM信号重置SRFF 1311,取决于由ZC信号所示 的负载情况,在DCM模式中可重复操作或切换回至CCM模式。
[0089] 注意,相位比较器1309可由能检测何时流过电感器L的电流到达零湖泊越过指示 低负载情况的零阈值的任何类型的检测电路所替代。
[0090] ADCM控制器211被实现为具有边缘检测框1317、定时器1319、和0R门1315。向边 缘检测框1317的输入提供PWM信号,边缘检测框的输出耦合至定时器1319的输入。定时 器1319具有输出,向2-输入AND门1321的非反相输入提供信号AD。AND门1321的输出 被提供至0R门1315的另一个输入。AND门1321被设置为SBDCM控制器213的一部分,该 AND门的另一个输入被反相并接收SB信号。对于ADCM模式,假设SB为低从而AND门1321 的操作可暂时被忽略。
[0091] 在ADCM控制器211的操作中,每次PWM变高,边缘检测框1317检测PWM上脉冲的 上升边缘并重置定时器1319。定时器1319具有与超音速阈值周期SPTH相同的周期,且一 旦定时器1319超时就将AD信号设为高有效状态从而转变至ADCM模式。在CCM和SPDCM 操作模式中,PWM脉冲发生地太快从而定时器1319不断重置,使得没有将AD设为有效状态。 如果在SPDCM期间连续脉冲之间的时段超过超音速阈值周期SPTH,则定时器1319超时并 将AD信号设为高有效状态。相比图5中所示的正常发声的DCM,AD信号变高,更早地在循 环中,将LG拉高。如上所述,较早将LG脉冲设为有效状态防止了在DCM期间开关频率落入 可听范围。
[0092] 之前如图8中所示,如果输出负载增加以使PWM上的脉冲在频率上增加从而TS变 得小于SPTH,操作转变回SPDCM模式。如果输出负载显著增加,以使ZC变回低,则操作转变 回CCM模式。然而,如果输出负载继续减少,则操作可转变回SBDCM模式。
[0093] SBDCM控制器213包括SB检测电路1200、重置框1211、和用于进入与离开SBDCM 操作模式的任
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