高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路领域，更为具体的，涉及一种高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路。


背景技术：

2.随着节能环保逐渐成为一种共识，各国制定的相应的能效标准对外围电源产品的效率和能耗要求越来越严格。跳谷底模式通过控制主开关管在不同谷底导通可以很大程度上降低系统开关损耗，提升系统传输效率，目前主流的跳谷底模式主要面临两大问题，一是由于在谷底切换时的能量不连续，会引起谷底来回跳变，给系统带来音频噪声；第二个问题就是传统的谷底锁定方案会使系统工作频率受到很大的限制，工作频率的限制也会一定程度上限制系统的转换效率，同时当系统工作频率较低时，也会产生音频噪声。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路，可以有效的消除传统准谐振电源中谷底切换时引起跳频现象，从而避免了人耳可听噪声的出现。同时通过fb电压来选择谷底避免了传统的通过设置时间限制带来的工作频率范围较窄的问题，可以有效增加电路的适用范围。
4.本发明的目的是通过以下方案实现的：
5.一种高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路，包括：谷底滤波电路、谷底检测与量化电路、fb区间比较电路、谷底选定电路、fb区间阈值选定电路、谷底选定状态锁存与运算电路、pwm开启逻辑电路、峰值电流设定电路、pwm关断逻辑电路、pwm产生电路以及驱动电路；
6.谷底滤波电路与谷底检测与量化电路连接，谷底检测与量化电路与谷底选定状态锁存与运算电路连接，谷底选定状态锁存与运算电路与pwm开启逻辑电路连接，pwm开启逻辑电路与pwm产生电路连接，pwm产生电路与驱动电路连接；
7.fb区间比较电路与谷底选定电路连接，谷底选定电路与谷底选定状态锁存与运算电路连接，谷底选定状态锁存与运算电路与pwm开启逻辑电路连接；
8.fb区间阈值选定电路与谷底选定电路、fb区间比较电路连接，fb区间比较电路与峰值电流设定电路连接，峰值电流设定电路与pwm关断逻辑电路连接。
9.进一步地，包括zcd引脚、fb引脚和cs引脚，zcd引脚与谷底滤波电路连接，fb引脚与fb区间比较电路连接，cs引脚与pwm关断逻辑电路连接。
10.进一步地，所述zcd引脚用于检测驱动功率管的漏端电压vd；所述fb引脚用于检测电源输出负载的大小，与输出负载大小成正比；所述cs引脚用于检测峰值电流ipk的大小。
11.进一步地，所述谷底滤波电路用于对zcd引脚电压进行滤波处理，对高于谷底谐振频率的高频分量进行滤除，以保证谷底检测电路能够准确检测到谷底。
12.进一步地，所述谷底检测与量化电路，用于谷底检测同时对所检测到的谷底进行
量化，同时将检测到的谷底数量送至谷底选定状态锁存与运算电路。
13.进一步地，所述fb区间比较电路将fb引脚检测到的电压与设定的区间阈值进行比较，并将比较结果送到谷底选定电路。
14.进一步地，所述谷底选定电路，根据fb区间比较电路给出的结果来选定准谐振开关在哪个谷底开启，谷底选定之后将当前状态送至谷底选定状态锁存与运算电路。
15.进一步地，所述fb区间阈值选定电路，根据谷底选定电路所选择的谷底来选择fb电压比较的阈值，阈值包括最大阈值和最小阈值；此阈值区间确定了系统工作在当前谷底时fb电压的变化范围。
16.进一步地，所述谷底选定状态锁存与运算电路用于将前一级谷底选定电路中所选取的谷底状态进行锁存，然后将锁存的谷底数与谷底检测电路所检测到的谷底数进行比较，当两者相等时，发送信号到pwm开启逻辑电路。
17.进一步地，所述pwm开启逻辑电路，用于产生pwm波开启信号。
18.本发明的有益效果是：
19.本发明可以有效的消除传统准谐振电源中谷底切换时引起跳频现象，从而避免了人耳可听噪声的出现。同时通过fb电压来选择谷底避免了传统的通过设置时间限制带来的工作频率范围较窄的问题，可以有效增加电路的适用范围。
附图说明
20.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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为传统准谐振电源谷底锁定中产生跳频现象原理图；
22.图2为本发明实施例中谷底锁定原理图；
23.图3为本发明实施例中谷底锁定实现原理框图；
24.其中，zcd引脚用于检测驱动功率管的漏端电压vd，fb引脚用于检测电源输出负载的大小，与输出负载大小成正比，cs引脚用于检测峰值电流ipk的大小，po表示输出负载功率。
具体实施方式
25.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含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和/或扩展、替换。
26.传统的准谐振电路中通过检测fb电压，fb电压再通过控制峰值电流的大小和设定限制时间t
limit
来进行谷底锁定，这种方法最大的缺点就是在进行谷底切换时，造成输出功率不连续，这样就会导致在谷底切换时容易发生跳频现象。如图1所示，展示了传统准谐振电路中在谷底切换时发生跳频现象的原因。当输出功率在p
o1
时，谷底锁定电路会控制驱动电路在第一谷底处开启，但是第一谷底开启后的最小输出功率仍然大于p
o1
，在接下谷底锁定电路又会控制驱动电路在第二谷底处打开，但是第二谷底开启后的最大输出功率小于p
o1
，这样系统会再次进入第一谷底，如此重复进行谷底切换，直到输出功率大于第一谷底的
最小输出功率或者第二小于第一谷底的最大输出功率。在跳频过程中会产生人耳可听噪声。当系统工作在较高频率时，限制时间t
limit
就会相应变小，限制时间t
limit
越小对器件的要求就越高，控制电路就越难以实现，因此设置限制时间t
limit
会使系统工作频率受到限制。由于不同的系统，fb和谐振周期的大小也会有差异，这样就会使该电路对不同系统的适应性很差。
27.本实施例中通过检测fb电压，直接进行谷底选定，谷底选定之后通过fb区间阈值选定电路调节fb电压区间比较电路的阈值，当fb电压超出区间阈值范围，系统会进行谷底切换，同时通过合理的设定fb区间比较电路的阈值，可以很好的避免谷底切换时的跳频现象。现结合图2与图3具体讲解本实施例中谷底锁定原理及具体电路实现过程，假设系统当前处于第三谷底，当输出负载逐渐增加时，电压v
fb
增大，当电压v
fb
大于v
3-2
(v
3-2
表示由第三谷底刚好进入第二谷底时的电压大小v
fb
，同时也表示处于第三谷底时fb区间比较电路的最大阈值)，系统进入第二谷底，系统进入第二谷底时，fb区间阈值选定电路调节fb电压区间比较电路的阈值，该阈值区间限定了系统处于第二谷底时，fb电压能够变化的最大范围。此时有两种情况，如果输出功率继续增大，当fb电压大于v
2-1
时，系统进入到第一谷底。当输出功率减小时，fb电压一直减小到v
2-3
系统才会再次切换到第三谷底。通过以上谷底切换过程可以清楚的看到，处于第三谷底的功率最大值小于或等于第二谷底功率的最小值，在由第三谷底进入第二谷底后，即使输出功率降低，系统还是会待在第二谷底，由于fb区间阈值范围设定的较大，只有当输出功率发生很大的改变，系统才会再次跳转到第三谷底。这样就可以避免谷底切换时跳频现象的产生，从而避免了人耳可听噪声的产生。同时可以清楚的看到，本实施例中没有设置限制时间t
limit
，只是通过fb电压大小来确定谷底，因此本实施例中系统工作频率限制很小，可以进一步将系统工作频率提高，进一步避免可听噪声的出现。同时通过fb电压来决定谷底的好处在于，对于不同的系统，系统谷底谐振周期发生改变时，本实施例同样可以应用。因此本实施例对于不同的系统适应性较好。本实施例中fb区间阈值电压大小可以通过电阻的分压来产生，因此在不同的系统中，fb区间阈值的大小调节很方便，通过合理的设置区间阈值的大小能够进一步增加本实施例对于不同系统的适应性，同时还能够使输出功率范围扩大。
28.结合上述工作原理，现根据谷底锁定框图来具体讲解本实施例中谷底锁定的具体实施过程如下：
29.谷底滤波电路对zcd引脚电压进行滤波，对高于谷底谐振频率的高频分量进行滤除，以消除高频分量对谷底检测的影响。
30.谷底检测与量化电路用于谷底检测同时对所检测到的谷底进行量化，具体的，谷底检测与量化电路首先对滤波后电压进行谷底检测，同时会对检测到的谷底进行量化，并将谷底数量传递到谷底状态锁存与运算电路。
31.fb区间比较电路将fb引脚检测到的电压与设定的区间阈值进行比较，并将比较结果传递到谷底选定电路，以协助谷底选定电路进行谷底选定。
32.谷底选定电路根据fb区间比较电路给出的结果来选定准谐振开关在哪个谷底开启，及时的完成谷底切换，谷底选定完成后，将结果传递给fb区间阈值选定电路和谷底状态锁存与运算电路。当谷底状态锁存与运算电路进行谷底锁定之后，系统便工作在当前谷底，只有当fb电压大于超出当前谷底的区间电压阈值，系统才会再次进行谷底切换。
33.fb区间阈值选定电路根据谷底选定电路所选择的谷底来选择fb电压比较的阈值，阈值包括最大阈值和最小阈值。假设当前位于第n(n为正整数)谷底当fb电压大于最大阈值时，谷底选定电路切换到第n-1谷底，当fb电压小于最小阈值时，谷底选定电路切换到第n 1谷底。通过合理设定fb区间阈值，使第n谷底的最大输出功率小于第n-1谷底的最小输出功率，这样在进行谷底切换时就可以避免跳频现象的发生，进而避免了人耳可听噪声的产生。
34.谷底状态锁存与运算电路主要完成两大功能，首先会对前一级谷底选定电路中所选取的谷底状态进行锁存，当谷底状态锁定之后，系统便工作在当前状态，这样便完成了谷底锁定。第二个功能就是将锁存的谷底数与谷底检测电路所检测到的谷底数进行比较，当两者相等时，发送信号给pwm开启逻辑电路。只有当谷底锁定电路的谷底数与谷底检测电路检测到的谷底数相等时，驱动电路才会被开启。
35.峰值电流设定电路根据fb引脚的电压大小来确定峰值电流的值，当fb电压低于v
min
时，峰值电流设定电路会使峰值电流的值为常数值i
min
；当fb电压高于v
max
时，峰值电流设定电路会使峰值电流保持在常数值i
max
；当fb电压位于最大值和最小值之间时，峰值电流设定电路使峰值电流大小为k倍v
fb
(k＜1)。峰值电流的设定主要是控制驱动电路的关断，当cs引脚检测到峰值电流与设定的峰值电流大小相等时，系统关断驱动电路。
36.综上所述，本实施例中提出的一种高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路，可以有效的消除传统准谐振电源中谷底切换时引起跳频现象，从而避免了人耳可听噪声的出现。同时通过fb电压来选择谷底可以提高系统的工作频率，提高系统工作频率可以减少人耳可听噪声的产生，同时通过fb电压来选择谷底，使该控制方案可以用于其它开关电源芯片中，兼容性好，同时该控制方案可以使输出功率增加。
37.实施例1：一种高频跳谷底模式反激开关电源的静音谷底锁定控制电路，其特征在于，包括：谷底滤波电路、谷底检测与量化电路、fb区间比较电路、谷底选定电路、fb区间阈值选定电路、谷底选定状态锁存与运算电路、pwm开启逻辑电路、峰值电流设定电路、pwm关断逻辑电路、pwm产生电路以及驱动电路；谷底滤波电路与谷底检测与量化电路连接，谷底检测与量化电路与谷底选定状态锁存与运算电路连接，谷底选定状态锁存与运算电路与pwm开启逻辑电路连接，pwm开启逻辑电路与pwm产生电路连接，pwm产生电路与驱动电路连接；fb区间比较电路与谷底选定电路连接，谷底选定电路与谷底选定状态锁存与运算电路连接，谷底选定状态锁存与运算电路与pwm开启逻辑电路连接；fb区间阈值选定电路与谷底选定电路、fb区间比较电路连接，fb区间比较电路与峰值电流设定电路连接，峰值电流设定电路与pwm关断逻辑电路连接。
38.实施例2：在实施例1的基础上，包括zcd引脚、fb引脚和cs引脚，zcd引脚与谷底滤波电路连接，fb引脚与fb区间比较电路连接，cs引脚与pwm关断逻辑电路连接。
39.实施例3：在实施例2的基础上，所述zcd引脚用于检测驱动功率管的漏端电压vd；所述fb引脚用于检测电源输出负载的大小，与输出负载大小成正比；所述cs引脚用于检测峰值电流ipk的大小。
40.实施例4：在实施例2的基础上，所述谷底滤波电路用于对zcd引脚电压进行滤波处理，对高于谷底谐振频率的高频分量进行滤除，以保证谷底检测电路能够准确检测到谷底。
41.实施例5：在实施例1的基础上，所述谷底检测与量化电路，用于谷底检测同时对所检测到的谷底进行量化，同时将检测到的谷底数量送至谷底选定状态锁存与运算电路。
42.实施例6：在实施例2的基础上，所述fb区间比较电路将fb引脚检测到的电压与设定的区间阈值进行比较，并将比较结果送到谷底选定电路。
43.实施例7：在实施例1的基础上，所述谷底选定电路，根据fb区间比较电路给出的结果来选定准谐振开关在哪个谷底开启，谷底选定之后将当前状态送至谷底选定状态锁存与运算电路。
44.实施例8：在实施例1的基础上，所述fb区间阈值选定电路，根据谷底选定电路所选择的谷底来选择fb电压比较的阈值，阈值包括最大阈值和最小阈值；此阈值区间确定了系统工作在当前谷底时fb电压的变化范围。
45.实施例9：在实施例1的基础上，所述谷底选定状态锁存与运算电路用于将前一级谷底选定电路中所选取的谷底状态进行锁存，然后将锁存的谷底数与谷底检测电路所检测到的谷底数进行比较，当两者相等时，发送信号到pwm开启逻辑电路。
46.实施例10：在实施例1的基础上，所述pwm开启逻辑电路，用于产生pwm波开启信号。
47.除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。