CN108736695A - 一种pwm和psm模式无缝切换的实现结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法，包括脉冲调制器，用于生成PWM脉冲信号；最小占空比模块，用于产生最小占空比并输出；模式切换模块，用于将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。该一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法与现有技术相比，降低开关电源在轻负载情况下的功耗，提高开关电源全负载范围内的工作效率，实用性强，适用范围广泛，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，尤具体地说是一种实用性强、PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法。
背景技术
近年来，随着环保、法规、成本等因素的影响，高效率成为电源的重要参数之一，高效率意味着低损耗，对环保方面意义非凡。
高效率受很多因素决定，对电源来说，高效率一般是在重负载情况下测得，而轻负载情况时效率会很低。使用电源时，考虑使用余量，电源一般不会长时间工作在80%以上负载，因此轻负载时的效率能够更好的反应出电源的真实性能。
在重负载的情况下，电源损耗主要由开关损耗和导通损耗组成，在轻负载的条件下，开关损耗则占了主要部分，基于此，本发明提出了一种轻负载下减少能耗的PWM和PSM模式无缝切换技术。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种实用性强、PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法。
一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，包括,
脉冲调制器，用于生成PWM脉冲信号；
最小占空比模块，用于产生最小占空比并输出；
模式切换模块，用于将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
所述脉冲调制器由误差放大电路和谐波补偿电路组成，其中误差放大电路通过误差放大器实现，该误差放大器的正相输入端连接基准电压Vref，反相输入端连接反馈电压Vfb，输出端输出误差信号Vcomp；谐波补偿电路通过补偿放大器实现，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw，反相输入端连接上述误差信号Vcomp，输出端输出PWM脉冲信号。
所述最小占空比模块中配置有运算放大器U1，比较器U2，反相器U3，MOS管Q1、Q2、Q3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1，其中，
一路***供电Vdd顺序经电阻R1、MOS管Q1后分成两条支路，一条连接运算放大器U1的反相输入端，另一条连接电阻R2，这样***供电Vdd通过R1和R2分压后产生V1；
将电阻R2的输出端分别接地、R3，电阻R3还接入运算放大器U1的正相输入端、MOS管Q2，MOS管Q2连接第二路***供电Vdd，流经MOS管Q2的电流为I1，该MOS管Q2连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的输出端还连接MOS管Q3，MOS管Q3极接第三路***供电Vdd，流经MOS管Q3的电流为I2，I1=I2，该MOS管Q3还经电阻R4后连接电容C1，对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3；
输出电压Vout通过电阻R5和R6分压后产生V2；
上述电压V2、V3均接入比较器U2，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
还包括MOS管Q4，该MOS管Q4为P沟道MOS管，且其S极、D极分别配置在电容C1两端，G极配置在比较器U2、反相器U3之间。
在模式切换模块中进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式。
一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，基于上述结构，其实现过程为：
一、首先通过脉冲调制器生成PWM脉冲信号；
二、然后通过最小占空比模块产生最小占空比并输出；
三、将步骤一与步骤二中生成的PWM脉冲信号、最小占空比输出到模式切换模块，该模式切换模块将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
所述步骤一中PWM脉冲信号通过误差放大电路和谐波补偿电路配合生成，具体实现过程为：基准电压Vref输入到误差放大器的正相输入端，反馈电压Vfb输入到反相输入端，然后由误差放大器的的输出端输出误差信号Vcomp，该误差信号Vcomp输入到补偿放大器的反相输入端，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw并在输出端输出PWM脉冲信号。
在步骤二中，通过最小占空比模块产生最小占空比的过程为：输出电压Vout通过电阻R5和R6分压产生V2，以及***供电Vdd通过R1和R2分压产生V1，运算放大器U1将R3两端的电压箝位，使其等于V1，这样得到通过MOS管Q2的电流I1，使I1=I2，I2为通过MOS管Q3的电流，同时对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
在步骤三中，模式切换模块进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式。
还包括MOS管Q4开通的步骤：将MOS管Q4开通，使C1上的电荷全部释放，从而保证每一个周期开始时C1上的初始电荷为0。
本发明的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法，具有以下优点：
本发明的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法，能够降低开关电源在轻负载情况下的功耗，提高开关电源全负载范围内的工作效率，实用性强，适用范围广泛，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
附图1为本发明脉冲调制器电路示意图。
附图2为本发明最小占空比模块电路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1、图2所示，一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，包括,
脉冲调制器，用于生成PWM脉冲信号；
最小占空比模块，用于产生最小占空比并输出；
模式切换模块，用于将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
所述脉冲调制器由误差放大电路和谐波补偿电路组成，这部分电路是用来生成PWM脉冲信号，随着负载减少，PWM脉冲信号的占空比减小，负载增大，PWM脉冲信号的占空比增大。
其中误差放大电路通过误差放大器实现，该误差放大器的正相输入端连接基准电压Vref，反相输入端连接反馈电压Vfb，输出端输出误差信号Vcomp；谐波补偿电路通过补偿放大器实现，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw，反相输入端连接上述误差信号Vcomp，输出端输出PWM脉冲信号。
所述最小占空比模块中配置有运算放大器U1，比较器U2，反相器U3，MOS管Q1、Q2、Q3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1，其中，
一路***供电Vdd顺序经电阻R1、MOS管Q1后分成两条支路，一条连接运算放大器U1的反相输入端，另一条连接电阻R2，这样***供电Vdd通过R1和R2分压后产生V1；
将电阻R2的输出端分别接地、R3，电阻R3还接入运算放大器U1的正相输入端、MOS管Q2，MOS管Q2连接第二路***供电Vdd，流经MOS管Q2的电流为I1，该MOS管Q2连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的输出端还连接MOS管Q3，MOS管Q3极接第三路***供电Vdd，流经MOS管Q3的电流为I2，I1=I2，该MOS管Q3还经电阻R4后连接电容C1，对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3；
输出电压Vout通过电阻R5和R6分压后产生V2；
上述电压V2、V3均接入比较器U2，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
还包括MOS管Q4，该MOS管Q4为P沟道MOS管，且其S极、D极分别配置在电容C1两端，G极配置在比较器U2、反相器U3之间。
在模式切换模块中进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式，PSM模式下开关管闭合次数减少，因此开关损耗减少；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式，这样就实现了PWM和PSM模式无缝切换。
一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，基于上述结构，其实现过程为：
一、首先通过脉冲调制器生成PWM脉冲信号；
二、然后通过最小占空比模块产生最小占空比并输出；
三、将步骤一与步骤二中生成的PWM脉冲信号、最小占空比输出到模式切换模块，该模式切换模块将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
所述步骤一中PWM脉冲信号通过误差放大电路和谐波补偿电路配合生成，具体实现过程为：基准电压Vref输入到误差放大器的正相输入端，反馈电压Vfb输入到反相输入端，然后由误差放大器的的输出端输出误差信号Vcomp，该误差信号Vcomp输入到补偿放大器的反相输入端，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw并在输出端输出PWM脉冲信号。
在步骤二中，通过最小占空比模块产生最小占空比的过程为：输出电压Vout通过电阻R5和R6分压产生V2，以及***供电Vdd通过R1和R2分压产生V1，运算放大器U1将R3两端的电压箝位，使其等于V1，这样得到通过MOS管Q2的电流I1，使I1=I2，I2为通过MOS管Q3的电流，同时对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
在步骤三中，模式切换模块进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式，PSM模式下开关管闭合次数减少，因此开关损耗减少；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式，这样就实现了PWM和PSM模式无缝切换。
还包括MOS管Q4开通的步骤：将MOS管Q4开通，使C1上的电荷全部释放，从而保证每一个周期开始时C1上的初始电荷为0，保证了电路的准确性。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构及方法的权利要求书的且任何所述技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，其特征在于，包括，
脉冲调制器，用于生成PWM脉冲信号；
最小占空比模块，用于产生最小占空比并输出；
模式切换模块，用于将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
2.根据权利要求1所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，其特征在于，所述脉冲调制器由误差放大电路和谐波补偿电路组成，其中误差放大电路通过误差放大器实现，该误差放大器的正相输入端连接基准电压Vref，反相输入端连接反馈电压Vfb，输出端输出误差信号Vcomp；谐波补偿电路通过补偿放大器实现，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw，反相输入端连接上述误差信号Vcomp，输出端输出PWM脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，其特征在于，所述最小占空比模块中配置有运算放大器U1，比较器U2，反相器U3，MOS管Q1、Q2、Q3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1，其中，
一路***供电Vdd顺序经电阻R1、MOS管Q1后分成两条支路，一条连接运算放大器U1的反相输入端，另一条连接电阻R2，这样***供电Vdd通过R1和R2分压后产生V1；
将电阻R2的输出端分别接地、R3，电阻R3还接入运算放大器U1的正相输入端、MOS管Q2，MOS管Q2连接第二路***供电Vdd，流经MOS管Q2的电流为I1，该MOS管Q2连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的输出端还连接MOS管Q3，MOS管Q3极接第三路***供电Vdd，流经MOS管Q3的电流为I2，I1=I2，该MOS管Q3还经电阻R4后连接电容C1，对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3；
输出电压Vout通过电阻R5和R6分压后产生V2；
上述电压V2、V3均接入比较器U2，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
4.根据权利要求3所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，其特征在于，还包括MOS管Q4，该MOS管Q4为P沟道MOS管，且其S极、D极分别配置在电容C1两端，G极配置在比较器U2、反相器U3之间。
5.根据权利要求1所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现结构，其特征在于，在模式切换模块中进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式。
6.一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，其特征在于，基于上述结构，其实现过程为：
一、首先通过脉冲调制器生成PWM脉冲信号；
二、然后通过最小占空比模块产生最小占空比并输出；
三、将步骤一与步骤二中生成的PWM脉冲信号、最小占空比输出到模式切换模块，该模式切换模块将脉宽调制器产生的PWM脉冲信号的占空比与最小占空比电路产生的最小占空比进行与运算，然后根据开关损耗情况，无线切换PSM模式与PWM模式，即脉冲跨周期调制模式与脉宽调制模式。
7.根据权利要求6所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，其特征在于，所述步骤一中PWM脉冲信号通过误差放大电路和谐波补偿电路配合生成，具体实现过程为：基准电压Vref输入到误差放大器的正相输入端，反馈电压Vfb输入到反相输入端，然后由误差放大器的的输出端输出误差信号Vcomp，该误差信号Vcomp输入到补偿放大器的反相输入端，该补偿放大器的正相输入端连接锯齿波信号Vsaw并在输出端输出PWM脉冲信号。
8.根据权利要求6所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，其特征在于，在步骤二中，通过最小占空比模块产生最小占空比的过程为：输出电压Vout通过电阻R5和R6分压产生V2，以及***供电Vdd通过R1和R2分压产生V1，运算放大器U1将R3两端的电压箝位，使其等于V1，这样得到通过MOS管Q2的电流I1，使I1=I2，I2为通过MOS管Q3的电流，同时对电容C1充电，则电阻R4上得到电压V3，V3与V2通过比较器U2进行比较，产生脉冲信号，通过反相器U3将信号电平翻转，得到最小占空比电路输出波形。
9.根据权利要求6所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，其特征在于，在步骤三中，模式切换模块进行与运算时，如果PWM脉冲信号的占空比小于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PSM模式，即脉冲跨周期调制模式；如果PWM脉冲信号的占空比大于最小占空比，则控制***的脉冲信号处于PWM模式，即脉宽调制模式。
10.根据权利要求6所述的一种PWM和PSM模式无缝切换的实现方法，其特征在于，还包括MOS管Q4开通的步骤：将MOS管Q4开通，使C1上的电荷全部释放，从而保证每一个周期开始时C1上的初始电荷为0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181102 |
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