本發(fā)明涉及電源管理，特別是用于降壓轉(zhuǎn)換器(buck)的控制電路及其在dcm下自適應(yīng)展頻控制方法，該技術(shù)可應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域，尤其適用于低功耗、高效能電源管理芯片，便攜式電池供電系統(tǒng)以及負載條件下需要優(yōu)化效率和紋波的各種電源轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代電子設(shè)備對電源管理系統(tǒng)的需求日益增長，buck已經(jīng)成為電源管理中的關(guān)鍵組件。在此類系統(tǒng)中，dcm模式被廣泛采用，因為它能夠在輕載或空載下提高轉(zhuǎn)換效率。然而，現(xiàn)有的dcm模式降壓轉(zhuǎn)換器在實際應(yīng)用中仍面臨一些關(guān)鍵問題，尤其是展頻控制方面。

2、1、傳統(tǒng)展頻控制邏輯的不足

3、目前，傳統(tǒng)的dcm模式降壓轉(zhuǎn)換器多采用固定的展頻控制邏輯，這使得負載較輕時展頻控制始終開啟，導(dǎo)致輸出紋波過大，且無法自適應(yīng)調(diào)整效率和紋波的控制。因此，系統(tǒng)在負載較低時，效率下降，紋波過大；而當負載上升時，展頻模式無法及時退出，系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率惡化。當下，如何在不同負載狀態(tài)中自適應(yīng)調(diào)整展頻控制，以實現(xiàn)更高的效率和更低的紋波，成為電源管理設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題。

4、2、研究現(xiàn)狀分析

5、現(xiàn)有技術(shù)中雖然提供了負載檢測模塊或控制電路設(shè)計，但大多數(shù)僅在某些特定模式下解決了效率和紋波問題，仍未能有效解決dcm模式下展頻控制的自適應(yīng)切換問題。以下是幾項相關(guān)技術(shù)的分析：

6、《cn1111416505b一種開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器》專利技術(shù)中存在負載檢測模塊、計數(shù)器模塊等關(guān)鍵技術(shù)手段，但僅解決了系統(tǒng)在pwm模式同pfm模式間的切換控制，但這些方案未能有效解決dcm模式下的展頻控制問題，尤其是在輕載和重載狀態(tài)下的自動切換問題。

7、《cn104753346a一種提高buck電路的效率的技術(shù)》專利申請中，根據(jù)輸出節(jié)點電壓信號的占空比來控制附加的高邊管和低邊管的選通或不選通，從而實現(xiàn)了不同輸出情況下高邊管和低邊管的整體導(dǎo)通阻抗的動態(tài)的減小，提高了buck電路的效率。但該方案的效率提升方式需要多的功率管，會消耗更大的整體面積，同時對系統(tǒng)的整體功耗帶來了負擔。

8、《cn117724563b適用于buck?psm工作的自適應(yīng)峰值電流控制電路和電子設(shè)備》專利技術(shù)中，根據(jù)上功率管導(dǎo)通時間線性調(diào)整峰值電流大小，解決在高輸入電壓時buck電路低效率和低輸入電壓時buck電路高紋波的問題。但該專利方案僅適用于峰值電流模式控制下的psm跳頻模式，在dcm模式下電流采樣的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性成為其應(yīng)用的瓶頸。

9、《cn105763051b一種輕載降頻模式控制系統(tǒng)》專利技術(shù)中通過輸出負載電流計算電路根據(jù)電感電流測量充電時間和退磁時間的相對變化。負載電流供給相位檢測電壓信號。變頻控制電路中固定有根據(jù)電壓信號控制時鐘頻率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)時鐘單元。但該方案需要采用電流采樣模塊以及比較器等復(fù)雜度較高的電路，同時該方案不能保證在空載或極輕載下的展頻模式自適應(yīng)禁止開啟。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明在于提供一種降壓轉(zhuǎn)換器dcm模式下的展頻控制實現(xiàn)電路，其能夠解決上述問題。

2、為了解決上述的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種降壓轉(zhuǎn)換器dcm模式下的展頻控制實現(xiàn)電路，包括展頻控制模塊、自適應(yīng)導(dǎo)通時間模塊、pwm模塊、邏輯控制電路和零電流檢測模塊；所述零電流檢測模塊用于在低邊管導(dǎo)通后進行零電流檢測，當檢測到的電感電流為零時，指示邏輯控制電路關(guān)斷低邊管；所述展頻控制模塊用于基于零電流檢測信號對負載狀態(tài)進行檢測，使負載在設(shè)定展頻控制范圍內(nèi)時輸出高電平；所述自適應(yīng)導(dǎo)通時間模塊用于在所述展頻控制模塊輸出高電平時擴展高邊管導(dǎo)通時間，該高邊管導(dǎo)通時間在非展頻模式下由所述自適應(yīng)導(dǎo)通時間模塊自適應(yīng)的根據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓vin和輸出電壓vout得到；所述pwm模塊用于當轉(zhuǎn)換器的輸出電壓vout跌落到電壓閾值vref時輸出高電平，當所述pwm模塊輸出高電平的時間高于設(shè)定的濾波時間時，所述展頻控制模塊輸出低電平，指示邏輯控制電路打開高邊管。

4、具體地，所述展頻控制模塊基于零電流檢測信號的觸發(fā)次數(shù)進行展頻控制，其包括自適應(yīng)負載檢測單元和負載狀態(tài)確認單元；所述自適應(yīng)負載檢測單元用于對零電流檢測信號進行動態(tài)檢測，當零電流檢測信號的觸發(fā)時間間隔小于設(shè)定的濾波時間時輸出高電平，所述負載狀態(tài)確認單元累計零電流檢測信號的觸發(fā)次數(shù)做展頻控制，否則所述負載狀態(tài)確認單元不累計零電流檢測信號的觸發(fā)次數(shù)。

5、可選地，當零電流檢測信號的觸發(fā)次數(shù)達到16次時，則確認進入展頻模式。

6、具體地，所述自適應(yīng)負載檢測單元包括上升沿延時器b1~b3，反相器n1~n5，與非門nand，與門and，以及d觸發(fā)器d1；反相器n1、上升沿延時器b1和反相器n2逐級連接；與非門nand的第一輸入端接反相器n2的輸出端，第二輸入端接上升沿延時器b1的輸入端，輸出端接d觸發(fā)器d1的set端；反相器n3、上升沿延時器b2和d觸發(fā)器d1的clk端逐級連接；d觸發(fā)器d1的q端、反相器n4和與門and的第一輸入端逐級連接；上升沿延時器b3的輸出端連接反相器n5；反相器n1和n3的輸入端，以及與門and的第二輸入端均連接所述零電流檢測模塊的輸出端；上升沿延時器b3的輸入端連接所述pwm模塊的輸出端；反相器n5和與門and的輸出端均接所述負載狀態(tài)確認單元。

7、具體地，所述負載狀態(tài)確認單元包括d觸發(fā)器d2~d5，它們的set端均接反相器n5的輸出端；d觸發(fā)器d5的clk端連接與門and的輸出端；d觸發(fā)器d3的d端、端和d觸發(fā)器d2的clk端連接；d觸發(fā)器d4的d端、端和d觸發(fā)器d3的clk端連接；d觸發(fā)器d5的d端、端和d觸發(fā)器d4的clk端連接；d觸發(fā)器d2的q端為所述自適應(yīng)負載檢測單元的輸出端。

8、具體地，所述自適應(yīng)導(dǎo)通時間模塊包括逐級連接的自適應(yīng)導(dǎo)通時間電路、動態(tài)電源偏執(zhí)比較器和d觸發(fā)器；該d觸發(fā)器的輸出端為所述自適應(yīng)導(dǎo)通時間模塊的導(dǎo)通時間輸出端；所述自適應(yīng)導(dǎo)通時間電路的輸入端接所述展頻控制模塊的輸出端。

9、進一步地，上述展頻控制實現(xiàn)電路還包括使能控制模塊，用于使所述展頻控制實現(xiàn)電路接通電源電壓。

10、進一步地，上述展頻控制實現(xiàn)電路還包括驅(qū)動電路，用于在接收到邏輯控制電路發(fā)出的高邊管導(dǎo)通信號hs以及低邊管導(dǎo)通信號ls后，提供電流驅(qū)動外部功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

11、進一步地，上述展頻控制實現(xiàn)電路包括分壓網(wǎng)絡(luò)，用于對輸出電壓vout通過電路比例進行調(diào)節(jié)，分壓后電壓記作vfb，用于提供給pwm模塊。

12、進一步地，所述pwm模塊包括比較器、誤差放大電路和紋波注入模塊；所述紋波注入模塊的輸出端接比較器的反相輸入端，所述誤差放大電路的輸出端接比較器的正相輸入端，所述比較器的輸出端為所述pwm模塊的輸出端；所述紋波注入模塊的輸入端和所述誤差放大電路的第一輸入端均接所述分壓網(wǎng)絡(luò)；所述誤差放大電路的第二輸入端接基準電壓。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1）通過簡單的控制邏輯來判斷負載信息，避免了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器電流或電壓反饋復(fù)雜度高且在輕載或空載下提供更高的檢測精度。

15、2）通過檢測零電流檢測信號的時間間隔以及pwm信號判斷負載狀態(tài)，當系統(tǒng)進入設(shè)置負載范圍內(nèi)進行頻率擴展來提升效率，能夠在負載瞬態(tài)期間及時退出展頻模式，確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效。

16、3）能夠在負載變化時自適應(yīng)調(diào)整展頻控制，在不同負載條件下平衡效率與紋波，顯著提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能。

17、4）通過改變電阻比例以更低面積的方案實現(xiàn)了導(dǎo)通時間的擴展，同時實現(xiàn)了能夠跟隨電源電壓自適應(yīng)補償響應(yīng)時間的比較器，保證了導(dǎo)通時間的設(shè)計值。

18、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。