CN108242883B - 一种基于crc控制方式开关电源的轻载检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法及装置；其方法包括步骤S1：根据需要确定轻载值，基于CRC控制方式特性，根据轻载值确定轻载检测周期；步骤S2：将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率；步骤S3：判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数是否为零，若是，则满足设定的轻载条件并进入低功耗模式，若否，则循环下一个检测周期；其装置包括分频器和与分频器连接的计数器，解决了现有轻载检测使用电阻需要复杂电路才能精确检测带来的成本高、效率低的问题，达到了简便检测轻载的效果。

Description

一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法及装置
技术领域
本发明涉及轻载检测方法领域，尤其是一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法及装置。
背景技术
在很多开关电源应用中，锂离子电池应用越来越广泛，产品性能日趋提升而功耗也随之增大，为延长单次充电使用时间，电源管理的效率愈发高效；很多产品要求轻载自动进入待命模式或者关机模式以减少电量消耗，从而延长电池使用时间；为此轻载自动检测应运而生。
开关电源是一种高频电能转换装置，其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流；开关变换器有三种基本拓扑形式即：BUCK(降压)、Boost(升压)和Buck-Boost(升降压)，若电感放置于输出端，则为BUCK拓扑；电感放置于输入端，则是Boost拓扑；当电感连接到地时，就是Buck-Boost拓扑。
CRC(Constant Ripple Current)控制方式中，对于BUCK拓扑，当重负载时候，***工作在CCM模式；当负载逐渐下降，电感电流的底端达到零界零的时候，***工作在DCM和CCM的临界模式；当负载继续下降，***的环路调节使得***自动跳过一定的周期，达到环路的稳定调节作用，***工作在SKIP模式。无论***工作在CCM模式，临界DCM模式还是SKIP模式，开关电源的每个开关周期电感电流的纹波大小是恒定的。为了提高轻载工作条件下的效率，现在越来越多的IC采用***自动进入高效的PFM模式；BUCK拓扑不同模式下电感电流和负载电流的关系：
CCM模式：
临界CCM模式：
PFM模式：
其中，iL_low为电感电流的谷值，iL_high为电感电流的峰值，Iload为负载电流，T_PWM为PWM周期，T_PFM为SKIP周期；
CRC控制下，电感电流不变，即不变，根据PFM模式下的负载电流可得知T_PFM时间越长，负载越轻。现有的负载检测采用电阻进行检测，使用电阻检测，考虑offset问题，想要精确检测需要设计复杂的电路，从而带来成本高和效率低的问题。所以需要一种无需电阻、结构简单的装置来进行轻载检测。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法及装置，解决了现有轻载检测使用电阻需要复杂电路才能精确检测带来的成本高、效率低的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据需要确定轻载值，基于CRC控制方式特性，根据轻载值确定轻载检测周期,其中CRC表示恒定纹波电流即Constant Ripple Current；
步骤S2：将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率；
步骤S3：判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数是否为零，若是，则满足设定的轻载条件并进入低功耗模式，若否，则循环下一个检测周期。
所述步骤S1包括如下：
步骤S101：CRC控制方式下电感电流不变，即不变，PFM模式下负载电流Iload公式如下：
其中，iL_low为电感电流的谷值，iL_high为电感电流的峰值，Iload为负载电流，T_PWM为PWM周期，T_PFM为SKIP周期即跳周期；
因此，SKIP周期T_PFM越大，负载电流Iload越小；
步骤S102：若负载电流Iload小于轻载电流设定值Ilow_load，则PFM模式下负载电流Iload满足如下公式：
简单变换得到如下公式：
因此，检测周期T_detect内，T_detect满足T_detect≥T_PFM条件，若没有PWM，则满足轻载的设定条件。
优选地，所述步骤S2中将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率所使用的装置包括分频器。
优选地，所述步骤S3中判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数所使用的装置包括计数器。
优选地，所述步骤S3中低功耗模式包括待机模式和关机模式。
一种装置，包括
分频器，用于根据轻载值选择轻载检测周期后，将给定的输入时钟频率转换为与检测周期一致的输出时钟频率输出给计数器；
计数器，用于基于输出时钟频率对每个检测周期内的PWM进行计数并输出逻辑完成轻载检测。
优选地，所述计数器输出逻辑包括0和1，输出逻辑0表示轻载，输出1表示非轻载。
优选地，所述分频器的输入端为给定的输入时钟频率，输出端为与检测周期一致的输出时钟频率，所述计数器的输入端包括时钟端和PWM端，所述时钟端连接分频器的输出端。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过利用CRC控制方式下电感电流不变的特性，设计分频器等装置根据轻载设定条件选择检测周期，计数器等装置在检测周期内判断PWM个数，从而判断轻载；解决了现有轻载检测使用电阻需要复杂电路才能精确检测带来的成本高、效率低的问题，达到了简便检测轻载的效果；
2.本发明选定的检测周期只需大于SKIP周期T_PFM，选定范围极广，灵活性高，促进提高检测精度；
3.本发明的轻载判定条件不仅适用于CRC控制方式下的BUCK拓扑，还适用于BOOST拓扑，应用范围广，提高检测方法和装置的实用性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的装置框图；
图3是本发明的BUCK拓扑原理图；
图4是本发明的BUCK拓扑不同模式下负载电流和电感电流关系图；
图5是本发明的BOOST拓扑原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1-5对本发明作详细说明。
实施例1
一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据需要确定轻载值，基于CRC控制方式特性，根据轻载值确定轻载检测周期；其中CRC表示恒定纹波电流即Constant Ripple Current；
步骤S2：将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率；
步骤S3：判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数是否为零，若是，则满足设定的轻载条件并进入低功耗模式，若否，则循环下一个检测周期。
实施例2
步骤S2中将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率所使用的装置包括分频器；步骤S3中判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数所使用的装置包括计数器；分频器将自由时钟根据检测周期转换为与检测周期一致的时钟输出给计数器，计数器根据时钟结合PWM端进行计数，输出逻辑0或者1；步骤S3中低功耗模式包括待机模式和关机模式，低功耗模式有利于延长其使用寿命。
实施例3
工作原理：步骤S1：根据需要确定轻载值，基于CRC控制方式特性，根据轻载值确定轻载检测周期；
步骤S101：CRC控制方式下电感电流不变，即不变，PFM模式下负载电流Iload公式如下：
其中，iL_low为电感电流的谷值，iL_high为电感电流的峰值，Iload为负载电流，T_PWM为PWM周期，T_PFM为SKIP周期即跳周期；
因此，SKIP周期T_PFM越大，负载电流Iload越小；
步骤S102：若负载电流Iload小于轻载电流设定值Ilow_load，则PFM模式下负载电流Iload满足如下公式：
简单变换得到如下公式：
一个PWM周期内的能量是一个定值，若在一个检测周期对应一个PWM，那么负载就是PWM周期除以检测周期，负载相当于一个平均值；这个平均值即设定的轻载判断条件，如果有多个，那么负载就大于判断条件；如果没有，那么负载就小于判定条件；因此，检测周期T_detect内，T_detect满足T_detect≥T_PFM条件，若没有PWM，则满足轻载的设定条件；分频器选择的检测周期为只要大于SKIP周期T_PFM，计数器根据分频器的时钟和计数器输入的PWM检测周期内的PWM个数，若逻辑输出为零，则判定为轻载，进入待机模式或者关机模式；否则进入下个检测周期检测。本发明解决了现有轻载检测使用电阻需要复杂电路才能精确检测带来的成本高、效率低的问题，达到了简便检测轻载的效果。

Claims (7)

1.一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：根据需要确定轻载值，基于CRC控制方式特性，根据轻载值确定轻载检测周期，其中CRC表示恒定纹波电流即Constant Ripple Current；
步骤S2：将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率；
步骤S3：判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数是否为零，若是，则满足设定的轻载条件并进入低功耗模式，若否，则循环下一个检测周期；
所述步骤S1包括如下：
步骤S101：CRC控制方式下电感电流不变，即不变，PFM模式下负载电流Iload公式如下：
其中，iL_low为电感电流的谷值，iL_high为电感电流的峰值，Iload为负载电流，T_PWM为PWM周期，T_PFM为SKIP周期即跳周期；
因此，SKIP周期T_PFM越大，负载电流Iload越小；
步骤S102：若负载电流Iload小于轻载电流设定值Ilow_load，则PFM模式下负载电流Iload满足如下公式：
简单变换得到如下公式：
因此，检测周期T_detect内，T_detect满足T_detect≥T_PFM条件，若没有PWM，则满足轻载的设定条件。
2.根据权利要求1所述的一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，其特征在于：所述步骤S2中将给定的输入时钟频率转换为与轻载检测周期一致的输出时钟频率所使用的装置包括分频器。
3.根据权利要求1所述的一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，其特征在于：所述步骤S3中判断基于输出时钟频率的每一个检测周期内的PWM个数所使用的装置包括计数器。
4.根据权利要求1所述的一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法，其特征在于：所述步骤S3中低功耗模式包括待机模式和关机模式。
5.一种基于权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括
分频器，用于根据轻载值选择轻载检测周期后，将给定的输入时钟频率转换为与检测周期一致的输出时钟频率输出给计数器；
计数器，用于基于输出时钟频率对每个检测周期内的PWM进行计数并输出逻辑完成轻载检测。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述计数器输出逻辑包括0和1，输出逻辑0表示轻载，输出1表示非轻载。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述分频器的输入端为给定的输入时钟频率，输出端为与检测周期一致的输出时钟频率，所述计数器的输入端包括时钟端和PWM端，所述时钟端连接分频器的输出端。
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