專利名稱：用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻式電壓調(diào)節(jié)器，具體地說(shuō)，是一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的 頻率控制電路及方法。
背景技術(shù)：
脈寬調(diào)變電壓調(diào)節(jié)器如果使用非定頻系統(tǒng)架構(gòu)，例如固定開啟時(shí)間控制或固定關(guān) 閉時(shí)間控制，其頻率可能因?yàn)樵诓煌呢?fù)載下偏移原來(lái)的設(shè)計(jì)而引發(fā)新的問(wèn)題。例如在印 刷電路板上的兩個(gè)通道原本試圖操作在IOOKHz以上差距的頻率，卻因?yàn)樵谀撤N負(fù)載下導(dǎo) 致兩者的頻率相當(dāng)接近，進(jìn)而產(chǎn)生音頻的現(xiàn)象。圖1為固定開啟時(shí)間及固定關(guān)閉時(shí)間脈寬 調(diào)變的基本架構(gòu)，圖2為其波形圖。參照?qǐng)D1及圖2，比較器10比較輸出電壓Vout及參考 電壓Vrefl而產(chǎn)生比較信號(hào)Si，脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器12根據(jù)比較信號(hào)Sl產(chǎn)生脈寬調(diào)變信 號(hào)S2驅(qū)動(dòng)功率輸出級(jí)14，將輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout。在脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器12 中，定時(shí)觸發(fā)器16觸發(fā)固定開啟時(shí)間Ton或固定關(guān)閉時(shí)間Toff，其寬度由電流產(chǎn)生器18提 供電流Il設(shè)定。圖3為用于固定開啟時(shí)間脈寬調(diào)變的定時(shí)觸發(fā)器16，其中比較信號(hào)Sl控 制開關(guān)SW3，因而控制電容Cl的充電時(shí)間點(diǎn)，比較器22比較電容電壓VCl及參考電壓Vref2 而產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)S2。在比較信號(hào)Sl觸發(fā)正反器20切斷開關(guān)SW3后，電容電壓VCl因 電流Il對(duì)電容Cl充電而以固定速率從零上升，當(dāng)電容電壓VCl上升到參考電壓Vref2的 大小時(shí)，脈寬調(diào)變信號(hào)S2結(jié)束開啟時(shí)間。因?yàn)殡娏鱅l是定值，所以脈寬調(diào)變信號(hào)S2具有 固定寬度的開啟時(shí)間。在圖1所示的系統(tǒng)中，在不同的負(fù)載下，其頻率誤差的來(lái)源有三(1)相節(jié)點(diǎn)電壓VP( = VIN-ILXRon)隨負(fù)載電流IL變化，其中Ron為上橋開關(guān) Sffl的導(dǎo)通電阻值；(2)電感L及印刷電路板上的寄生電阻RL所造成的壓降(ILXRL)；(3)在重載時(shí)因?yàn)槭r(shí)間(deadtime)較小而造成相節(jié)點(diǎn)電壓VP的脈寬變小，因 而造成頻率加快。美國(guó)專利號(hào)6，456，050使用時(shí)序控制電路因應(yīng)責(zé)任周期(duty cycle)產(chǎn)生時(shí)序 信號(hào)進(jìn)行固定關(guān)閉時(shí)間控制，但只有在輸出/入電壓比小于0. 5時(shí)才有不錯(cuò)的頻率補(bǔ)償效 果。美國(guó)專利號(hào)6，774，611使用鎖相回路控制脈寬調(diào)變信號(hào)的責(zé)任周期，雖然準(zhǔn)確地控制 頻率，但是電路很復(fù)雜。因此已知的頻率控制電路及方法存在著上述種種不便和問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提出一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路及方法。本發(fā)明的另一目的，在于提出一種根據(jù)負(fù)載程度補(bǔ)償變頻式電壓調(diào)節(jié)器的操作頻 率的電路及方法。本發(fā)明的又一目的，在于提出一種降低變頻式電壓調(diào)節(jié)器的操作頻率受負(fù)載影響 的電路及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路，所述電壓調(diào)節(jié)器包含定時(shí)觸發(fā)器為 脈寬調(diào)變信號(hào)觸發(fā)固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間，電流產(chǎn)生器供應(yīng)第一電流給所述定時(shí)觸 發(fā)器，以決定所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，以及功率輸出級(jí)接受所述脈寬調(diào) 變信號(hào)操作而產(chǎn)生負(fù)載電流，其特征在于所述頻率控制電路包括電流檢測(cè)器連接所述功率輸出級(jí)，回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二 電流；以及加法器連接所述電流產(chǎn)生器、電流檢測(cè)器及定時(shí)觸發(fā)器，將所述第二電流加入所 述第一電流中，以調(diào)整所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，因而補(bǔ)償所述脈寬調(diào)變 信號(hào)的頻率。本發(fā)明的用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路還可以采用以下的技術(shù)措施來(lái)
進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的電路，其中所述電流檢測(cè)器包括直流電阻檢測(cè)電路連接所述功率輸出級(jí)，提取所述負(fù)載電流的直流成分大小而產(chǎn) 生第一電壓；可變?cè)鲆娣糯笃鬟B接所述直流電阻檢測(cè)電路，將所述第一電壓放大為第二電壓； 以及運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器連接所述可變?cè)鲆娣糯笃?，將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電 流。前述的電路，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄟ\(yùn)算放大器及兩電阻配置成反相放大
ο前述的電路，其中所述電流檢測(cè)器包括取樣及維持電路連接所述定時(shí)觸發(fā)器及功率輸出級(jí)，以所述脈寬調(diào)變信號(hào)為取樣 頻率，對(duì)所述功率輸出級(jí)的相節(jié)點(diǎn)電壓取樣而產(chǎn)生第一電壓；可變?cè)鲆娣糯笃鬟B接所述取樣及維持電路，將所述第一電壓放大為第二電壓；以 及運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器連接所述可變?cè)鲆娣糯笃?，將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電 流。前述的電路，其中所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄟ\(yùn)算放大器及兩電阻配置成反相放大器。一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制方法，所述電壓調(diào)節(jié)器包含定時(shí)觸發(fā)器為 脈寬調(diào)變信號(hào)觸發(fā)固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間，電流產(chǎn)生器供應(yīng)第一電流給所述定時(shí)觸 發(fā)器，以決定所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，以及功率輸出級(jí)接受所述脈寬調(diào) 變信號(hào)操作而產(chǎn)生負(fù)載電流，其特征在于所述頻率控制方法包括從所述功率輸出級(jí)回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電流；以及將所述第二電流加入所述第一電流中，以調(diào)整所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間 的寬度，因而補(bǔ)償所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率。本發(fā)明的用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制方法還可以采用以下的技術(shù)措施來(lái) 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的方法，其中所述從所述功率輸出級(jí)回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小 的第二電流的步驟包括從所述功率輸出級(jí)提取所述負(fù)載電流的直流成分大小而產(chǎn)生第一電壓；將所述第一電壓放大為第二電壓；以及將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。前述的方法，其中更包括調(diào)整所述第二電壓對(duì)所述第一電壓的增益，因而調(diào)整對(duì) 所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率補(bǔ)償。前述的方法，其中所述從所述功率輸出級(jí)回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小 的第二電流的步驟包括以所述脈寬調(diào)變信號(hào)為取樣頻率，對(duì)所述功率輸出級(jí)的相節(jié)點(diǎn)電壓取樣而產(chǎn)生第 一電壓；將所述第一電壓放大為第二電壓；以及將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。前述的方法，其中更包括調(diào)整所述第二電壓對(duì)所述第一電壓的增益，因而調(diào)整對(duì) 所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率補(bǔ)償。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路及方法具 有以下優(yōu)點(diǎn)1.利用負(fù)載前饋補(bǔ)償變頻式電壓調(diào)節(jié)器的操作頻率，因而減少所述電壓調(diào)節(jié)器的 相節(jié)點(diǎn)電壓以及電感與電路板上的寄生電阻造成的頻率誤差。2.從負(fù)載電流回授電流直接加入決定固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的電流中，因 此只需要簡(jiǎn)單的電路。


圖1為已知的固定開啟時(shí)間及固定關(guān)閉時(shí)間脈寬調(diào)變電壓調(diào)節(jié)器的基本架構(gòu)示 意圖；圖2為圖1的波形圖；圖3為用于固定開啟時(shí)間脈寬調(diào)變的定時(shí)觸發(fā)器的示意圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖；圖5為圖4中的電流檢測(cè)器的第一實(shí)施例的示意圖；圖6為圖4的電壓調(diào)節(jié)器的操作頻率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線圖；以及圖7為圖4中的電流檢測(cè)器的第二實(shí)施例的示意圖。圖中，10、比較器12、脈寬調(diào) 變信號(hào)產(chǎn)生器14、功率輸出級(jí)16、定時(shí)觸發(fā)器18、電流產(chǎn)生器20、正反器22、比較器24、頻 率控制電路26、電流檢測(cè)器觀、加法器30、直流電阻檢測(cè)電路32、放大器34、可變?cè)鲆娣糯?器36、運(yùn)算放大器38、運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器40、操作頻率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線42、操作頻率與 負(fù)載電流的關(guān)系曲線44、操作頻率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線46、取樣及維持電路。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明?，F(xiàn)請(qǐng)參閱圖4和圖5，圖4是，如圖所示，所述
圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖，其中脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器12除了定時(shí)觸發(fā) 器16及電流產(chǎn)生器18以外，還包括頻率控制電路M將提供給定時(shí)觸發(fā)器16的第一電流 Il調(diào)整為ΙΓ，以補(bǔ)償脈寬調(diào)變信號(hào)S2的頻率。頻率控制電路M包括電流檢測(cè)器沈檢 測(cè)負(fù)載電流IL而回授表示負(fù)載電流IL的直流成分大小的第二電流12，以及加法器觀結(jié) 合第一電流Il及第二電流12而產(chǎn)生電流ΙΓ給定時(shí)觸發(fā)器16。經(jīng)過(guò)第二電流12的調(diào) 整，供應(yīng)定時(shí)觸發(fā)器16的電流ΙΓ與負(fù)載電流IL的大小相關(guān)，例如參照?qǐng)D3，定時(shí)觸發(fā)器 16產(chǎn)生的固定開啟時(shí)間Ton或固定關(guān)閉時(shí)間Toff將受到調(diào)整，進(jìn)而改變脈寬調(diào)變信號(hào)S2 的頻率。此項(xiàng)利用電流檢測(cè)器沈前饋負(fù)載電流IL的信息而補(bǔ)償頻率的方法稱為負(fù)載前饋 (loading feed forward)。由于第一電流I 1是定值，因此第二電流12的變化將導(dǎo)致電流 II'跟隨變化，進(jìn)而調(diào)整脈寬調(diào)變信號(hào)S2的固定開啟時(shí)間Ton或固定關(guān)閉時(shí)間ToffjnM 可以改善相節(jié)點(diǎn)電壓VP以及電感L與印刷電路板上的寄生電阻造成的頻率誤差。電流檢測(cè)器沈有許多電路可以實(shí)現(xiàn)，例如在圖5的實(shí)施例中，直流電阻檢測(cè)電路 30連接功率輸出級(jí)14，提取負(fù)載電流IL的直流成分大小。直流電阻檢測(cè)電路30包含串聯(lián) 的電阻電容并聯(lián)至電感L，電容Cs的跨壓即表示負(fù)載電流IL的直流成分大小，此電壓經(jīng)放 大器32放大為電壓VI，再經(jīng)可變?cè)鲆娣糯笃?4放大為電壓V2。在此實(shí)施例中，可變?cè)鲆?放大器38為運(yùn)算放大器36及電阻Rl及R2配置成的反相放大器，其產(chǎn)生的電壓V2經(jīng)運(yùn)算 轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器38轉(zhuǎn)換為第二電流12。圖6為圖5的電壓調(diào)節(jié)器的操作頻率與負(fù)載電流IL 的關(guān)系曲線，如曲線40所示，在未前饋負(fù)載電流IL的信息時(shí)，負(fù)載程度對(duì)操作頻率的影響 很大，經(jīng)負(fù)載前饋補(bǔ)償操作頻率后，負(fù)載程度對(duì)操作頻率的影響降低，如曲線42及44所示。 若使用單一增益可變?cè)鲆娣糯笃?8，例如圖5中的R2 = R1，操作頻率隨負(fù)載電流IL的變 化明顯減緩如曲線42所示。提高可變?cè)鲆娣糯笃?8的增益至兩倍時(shí)，例如圖5中的R2 = 2R1，如曲線44所示，在很大的范圍內(nèi)，操作頻率幾乎不隨負(fù)載電流IL變化。藉由調(diào)整電阻 Rl及R2的比值調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃?8的增益，可對(duì)電壓調(diào)節(jié)器的操作頻率進(jìn)行不同程度 的補(bǔ)償。圖7為電流檢測(cè)器沈的另一個(gè)實(shí)施例，可變?cè)鲆娣糯笃?4和運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器38 與圖5的實(shí)施例相同，但是使用取樣及維持電路46取樣相節(jié)點(diǎn)電壓VP產(chǎn)生第一電壓Vsh。 脈寬調(diào)變信號(hào)S2也施加到取樣及維持電路46的取樣頻率，使其在上橋開關(guān)SWl閉路時(shí)對(duì) 相節(jié)點(diǎn)電壓VP = VIN-ILXRon取樣。由于輸入電壓VIN及上橋開關(guān)SWl的導(dǎo)通阻值Ron 可視為定值，故相節(jié)點(diǎn)電壓VP與負(fù)載電流IL之間系負(fù)相關(guān)。因此取樣及維持電路46取樣 相節(jié)點(diǎn)電壓VP，可以得到與負(fù)載電流IL相關(guān)的第一電壓Vsh。以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路，所述電壓調(diào)節(jié)器包含定時(shí)觸發(fā)器為脈 寬調(diào)變信號(hào)觸發(fā)固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間，電流產(chǎn)生器供應(yīng)第一電流給所述定時(shí)觸發(fā) 器，以決定所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，以及功率輸出級(jí)接受所述脈寬調(diào)變 信號(hào)操作而產(chǎn)生負(fù)載電流，其特征在于所述頻率控制電路包括電流檢測(cè)器連接所述功率輸出級(jí)，回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電 流；以及加法器連接所述電流產(chǎn)生器、電流檢測(cè)器及定時(shí)觸發(fā)器，將所述第二電流加入所述第 一電流中，以調(diào)整所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，因而補(bǔ)償所述脈寬調(diào)變信號(hào) 的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率控制電路，其特征在于，所述電流檢測(cè)器包括直流電阻檢測(cè)電路連接所述功率輸出級(jí)，提取所述負(fù)載電流的直流成分大小而產(chǎn)生第 一電壓；可變?cè)鲆娣糯笃鬟B接所述直流電阻檢測(cè)電路，將所述第一電壓放大為第二電壓；以及運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器連接所述可變?cè)鲆娣糯笃?，將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。
3.如權(quán)利要求2所述的頻率控制電路，其特征在于，所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄟ\(yùn)算放 大器及兩電阻配置成反相放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的頻率控制電路，其特征在于，所述電流檢測(cè)器包括取樣及維持電路連接所述定時(shí)觸發(fā)器及功率輸出級(jí)，以所述脈寬調(diào)變信號(hào)為取樣頻 率，對(duì)所述功率輸出級(jí)的相節(jié)點(diǎn)電壓取樣而產(chǎn)生第一電壓；可變?cè)鲆娣糯笃鬟B接所述取樣及維持電路，將所述第一電壓放大為第二電壓；以及運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器連接所述可變?cè)鲆娣糯笃?，將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。
5.如權(quán)利要求4所述的頻率控制電路，其特征在于，所述可變?cè)鲆娣糯笃靼ㄟ\(yùn)算放 大器及兩電阻配置成反相放大器。
6.一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制方法，所述電壓調(diào)節(jié)器包含定時(shí)觸發(fā)器為脈 寬調(diào)變信號(hào)觸發(fā)固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間，電流產(chǎn)生器供應(yīng)第一電流給所述定時(shí)觸發(fā) 器，以決定所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，以及功率輸出級(jí)接受所述脈寬調(diào)變 信號(hào)操作而產(chǎn)生負(fù)載電流，其特征在于所述頻率控制方法包括從所述功率輸出級(jí)回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電流；以及將所述第二電流加入所述第一電流中，以調(diào)整所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬 度，因而補(bǔ)償所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的頻率控制方法，其特征在于，所述從所述功率輸出級(jí)回授表示 所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電流的步驟包括從所述功率輸出級(jí)提取所述負(fù)載電流的直流成分大小而產(chǎn)生第一電壓；將所述第一電壓放大為第二電壓；以及將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。
8.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，更包括調(diào)整所述第二電壓對(duì)所述 第一電壓的增益，因而調(diào)整對(duì)所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率補(bǔ)償。
9.如權(quán)利要求6所述的頻率控制方法，其特征在于，所述從所述功率輸出級(jí)回授表示 所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電流的步驟包括以所述脈寬調(diào)變信號(hào)為取樣頻率，對(duì)所述功率輸出級(jí)的相節(jié)點(diǎn)電壓取樣而產(chǎn)生第一電壓；將所述第一電壓放大為第二電壓；以及 將所述第二電壓轉(zhuǎn)換為所述第二電流。
10.如權(quán)利要求9所述的頻率控制方法，其特征在于，更包括調(diào)整所述第二電壓對(duì)所述 第一電壓的增益，因而調(diào)整對(duì)所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率補(bǔ)償。
全文摘要
一種用于變頻式電壓調(diào)節(jié)器的頻率控制電路，所述電壓調(diào)節(jié)器包含定時(shí)觸發(fā)器為脈寬調(diào)變信號(hào)觸發(fā)固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間，電流產(chǎn)生器供應(yīng)第一電流給所述定時(shí)觸發(fā)器，以決定所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，以及功率輸出級(jí)接受所述脈寬調(diào)變信號(hào)操作而產(chǎn)生負(fù)載電流，其特征在于所述頻率控制電路包括電流檢測(cè)器連接所述功率輸出級(jí)，回授表示所述負(fù)載電流的直流成分大小的第二電流；以及加法器連接所述電流產(chǎn)生器、電流檢測(cè)器及定時(shí)觸發(fā)器，將所述第二電流加入所述第一電流中，以調(diào)整所述固定開啟時(shí)間或固定關(guān)閉時(shí)間的寬度，因而補(bǔ)償所述脈寬調(diào)變信號(hào)的頻率。
文檔編號(hào)H02M3/156GK102082510SQ200910246138
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者唐健夫, 陳曜洲 申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司