本發(fā)明涉及電子電路，具體但不僅限于涉及一種降噪開關(guān)變換器以及降噪控制電路和方法。

背景技術(shù)：

人耳能聽到的聲音頻率范圍是在20～20k赫茲，在開關(guān)變換器中，當(dāng)其開關(guān)頻率低于20k赫茲的時候，人耳就能聽到相關(guān)的音頻噪音。在開關(guān)變換器的設(shè)計中，我們需要避免音頻噪音的產(chǎn)生。一般地，開關(guān)變換器在正常的帶載情況下，開關(guān)頻率遠高于20k赫茲，但是當(dāng)開關(guān)變換器負載變?yōu)檩p載或空載的情況下，開關(guān)頻率低于20k赫茲，噪音就會產(chǎn)生。

為了避免噪音干擾，我們期望提出一種降噪開關(guān)變換器，即使其工作在輕載或空載時也可避免噪音干擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本發(fā)明提出與現(xiàn)有技術(shù)不同的一種降噪開關(guān)變換器以及其控制電路和方法。

本發(fā)明一方面提供了一種用于開關(guān)變換器的降噪控制電路，其中所述開關(guān)變換器包括高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，所述降噪控制電路包括：計時器，產(chǎn)生一個具有閾值頻率的降噪時鐘信號；過零檢測模塊，用于檢測流過開關(guān)變換器輸出電感的電感電流，還用于接收反饋信號，并根據(jù)接收的反饋信號產(chǎn)生降噪閾值電流，該過零檢測模塊將電感電流與降噪閾值電流比較，產(chǎn)生過零信號；以及變頻控制模塊，接收降噪時鐘信號、反饋信號和過零信號，當(dāng)開關(guān)變換器的開關(guān)頻率大于閾值頻率時，變頻控制模塊根據(jù)反饋信號產(chǎn)生頻率可變的高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號，分別用于控制高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷切換；當(dāng)開關(guān)變換器的開關(guān)頻率降低到閾值頻率時，變頻控制模塊根據(jù)降噪時鐘信號將高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的頻率固定為閾值頻率；當(dāng)電感電流反向增大到降噪閾值電流時，變頻控制模塊根據(jù)過零信號關(guān)斷低側(cè)開關(guān)。

本發(fā)明又一方面提供了一種降噪開關(guān)變換器，其中所述降噪開關(guān)變換器包括如上所述的降噪控制電路。

本發(fā)明又一方面提供了一種用于開關(guān)變換器的降噪控制方法，其中所述開關(guān)變換器包括高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，所述降噪控制方法包括：判定開關(guān)變換器的開關(guān)頻率是否降低到閾值頻率；當(dāng)開關(guān)頻率小于閾值頻率，將開關(guān)變換器的工作頻率固定在閾值頻率；檢測流過開關(guān)變換器中輸出電感的電感電流；根據(jù)反饋信號產(chǎn)生降噪閾值電流；判定電感電流是否等于降噪閾值電流；以及當(dāng)電感電流等于降噪閾值電流時，關(guān)斷低側(cè)開關(guān)。

附圖說明

為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明進行詳細描述：

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的降噪開關(guān)變換器100的原理框圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的變頻控制模塊200的原理框圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的變頻控制模塊300的原理框圖；

圖4為根據(jù)圖3所示實施例的一變頻控制模塊400的電路原理圖；

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器500的電路原理圖；

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器的工作波形600的示意圖；

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器700的電路原理圖；

圖8所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的一種開關(guān)變換器的降噪控制方法800。下面將參考附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相似的部件或特征。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在下面對本發(fā)明的詳細描述中，為了更好地理解本發(fā)明，描述了大量的細節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。為了清晰明了地闡述本發(fā)明，本文簡化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細描述。此外，在一些實施例中已經(jīng)詳細描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實施例中不再贅述。盡管本發(fā)明的各項術(shù)語是結(jié)合具體的示范實施例來一一描述的，但這些術(shù)語不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實施方式。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的降噪開關(guān)變換器100的原理框圖。如圖1所示，降噪開關(guān)變換器100包括開關(guān)電路10和控制電路，其中控制電路包括反饋電路20、過零檢測電路30、計時器40和變頻控制模塊50。

在圖1所示實施例中，開關(guān)電路10包括一個降壓型(BUCK)變換電路，包括高側(cè)開關(guān)101、低側(cè)開關(guān)102，電感器103以及電容器104，其中高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102被示意為一個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。高側(cè)開關(guān)101的漏極電連接至降噪開關(guān)變換器100的輸入端接收輸入電壓信號V_IN；低側(cè)開關(guān)102的源極電連接至地；高側(cè)開關(guān)101的源極和低側(cè)開關(guān)102的漏極耦接形成公共節(jié)點SW；電感103電連接于節(jié)點SW和降噪開關(guān)變換器100輸出端之間；電容器104連接在降噪開關(guān)變換器100的輸出端與邏輯地之間，用于為負載提供一個輸出電壓V_OUT。

控制電路根據(jù)降噪開關(guān)變換器100的反饋信號FB，判斷輸出電壓V_OUT的變化，產(chǎn)生用于導(dǎo)通和關(guān)斷高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102的控制信號SH和SL?？刂齐娐吠ㄟ^控制高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102的導(dǎo)通和關(guān)斷切換，將輸入電壓V_IN轉(zhuǎn)換為輸出電壓V_OUT。

本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該明白，圖1所示實施例中，高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102不局限于MOSFET，在其他實施例中，高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102還可以是其他任何可控的半導(dǎo)體開關(guān)器件，如結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。此外，開關(guān)電路10被示意為一個降壓型(BUCK)變換電路，在其他實施例中，開關(guān)電路10可以包括其他適合的電路拓撲結(jié)構(gòu)。

在圖1所示實施例中，反饋電路20耦接至開關(guān)電路10并產(chǎn)生一個反饋信號FB。反饋信號FB可以包括一個反饋電壓信號，也可以包括一個反饋電流信號或者同時包括一個反饋電壓信號和一個反饋電流信號。反饋電壓信號為一個輸出反饋電壓信號，反饋電流信號可以包括電感電流反饋信號或開關(guān)電流反饋信號。

在圖1所示實施例中，過零檢測電路30用于檢測流過電感103的電感電流i_L，并將電感電流i_L與一個降噪閾值電流比較。

當(dāng)高側(cè)開關(guān)101導(dǎo)通，低側(cè)開關(guān)102關(guān)斷期間，節(jié)點SW處的節(jié)點電壓V_SW＝V_IN-i_L*R_DSON1，其中，R_DSON1為高側(cè)開關(guān)101的導(dǎo)通電阻，節(jié)點電壓V_SW隨電感電流i_L的增大而減小。由于高側(cè)開關(guān)101的導(dǎo)通電阻R_DSON1的值較小，因此在高側(cè)開關(guān)101導(dǎo)通，低側(cè)開關(guān)102關(guān)斷期間，節(jié)點電壓V_SW的值為接近于輸入電壓V_IN的正值。當(dāng)高側(cè)開關(guān)101關(guān)斷，低側(cè)開關(guān)102導(dǎo)通期間，節(jié)點電壓V_SW＝-i_L*R_DSON2，其中，R_DSON2為低側(cè)開關(guān)102的導(dǎo)通電阻，隨電感電流i_L的減小而增大。由于低側(cè)開關(guān)102的導(dǎo)通電阻R_DSON2較小，因此在高側(cè)開關(guān)101關(guān)斷，低側(cè)開關(guān)102導(dǎo)通期間，節(jié)點電壓V_SW的值為接近零的負值。當(dāng)電感電流i_L等于零后，如果低側(cè)開關(guān)102繼續(xù)導(dǎo)通，則電感電流i_L反向，輸出電容104通過低側(cè)開關(guān)102放電，節(jié)點電壓V_SW＝i_L*R_DSON2，隨電感電流i_L的反向增大而增大。因此，在一個實施例中，節(jié)點電壓信號V_SW可以代表電感電流i_L的值。過零檢測電路30將節(jié)點電壓信號V_SW與一個代表降噪閾值電流的降噪閾值電壓比較，產(chǎn)生一個過零信號ZCD。一旦節(jié)點電壓信號V_SW等于降噪閾值電壓(即電感電流i_L等于降噪閾值電流)，過零信號ZCD用于關(guān)斷低側(cè)開關(guān)102。

過零檢測電路30還用于接收反饋信號FB，并根據(jù)反饋信號FB產(chǎn)生降噪閾值電壓。與傳統(tǒng)的過零閾值電壓不同，這里的降噪閾值電壓代表的降噪閾值電流i_TH0并不意味著電感電流i_L過零關(guān)斷值，而是電感電流i_L過零后反向增大后到達的一個值。降噪閾值電壓是一個變化的值，用于決定輸出電容104通過低側(cè)開關(guān)102放電的時間。降噪閾值電壓的值越大，輸出電容104通過低側(cè)開關(guān)102放電的時間越長。在一個實施例中，降噪閾值電流小于零。

在圖1所示實施例中，計時器40用于設(shè)定降噪開關(guān)變換器100的閾值頻率f_TH。計時器40產(chǎn)生一個降噪時鐘信號CLK_L，其中，該降噪時鐘信號CLK_L的頻率為閾值頻率f_TH，其值不小于20K赫茲。當(dāng)降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率降低到閾值頻率f_TH時，降噪時鐘信號CLK_L用于將降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率限定為閾值頻率f_TH。

在圖1所示實施例中，變頻控制模塊50接收反饋信號FB、過零信號ZCD以及降噪時鐘信號CLK_L，并根據(jù)反饋信號FB、過零信號ZCD以及降噪時鐘信號CLK_L產(chǎn)生高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL，用于控制高側(cè)開關(guān)101和低側(cè)開關(guān)102的導(dǎo)通和關(guān)斷切換，從而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT。

在一個實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率高于閾值頻率f_TH時，降噪開關(guān)變換器100工作在變頻模式，通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的開關(guān)頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT。因此，變頻控制模塊50包括一個脈寬頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,PFM)的控制模塊，例如恒定導(dǎo)通時間(Constant On Time，COT)控制模塊。當(dāng)降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率低于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊50工作在恒頻模式，通過降噪時鐘信號CLK_L將高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的頻率固定為閾值頻率f_TH。

在一個實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率大于閾值頻率f_TH時，降噪開關(guān)變換器100可以工作在變頻和恒頻兩種模式。當(dāng)負載為正常帶載，高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的開關(guān)頻率恒定，變頻控制模塊50通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的占空比進而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT，此時，變頻控制模塊50包括一個脈寬寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)的控制模塊，例如峰值電流控制模塊。當(dāng)負載為輕載或空載時，變頻控制模塊50通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT，此時，變頻控制模塊50還包括一個PFM控制模塊。

在本發(fā)明申請公開的實施例中，由于降噪開關(guān)變換器100的最小開關(guān)頻率被限定在人耳能聽到的音頻噪聲頻率之上(大于20K赫茲)，因此，本發(fā)明申請公開的實施例不會產(chǎn)生音頻噪聲。同時，由于降噪開關(guān)變換器100通過低側(cè)開關(guān)102對輸出電容104放電，因此可以降低輸出電壓V_OUT。這樣在輕載或空載情況下，可克服因為限制降噪開關(guān)變換器100的開關(guān)頻率進一步降低而導(dǎo)致的輸出電壓V_OUT比期望的輸出電壓高的缺陷。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的變頻控制模塊200的原理框圖。在圖2所示實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率大于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊200工作在變頻模式，即通過調(diào)節(jié)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT。因此，變頻控制模塊200包括一個PFM控制模塊，在圖2中示意為一個恒定導(dǎo)通時間控制的PFM模塊。

如圖2所示，變頻控制模塊200包括比較電路21、恒定導(dǎo)通時間產(chǎn)生電路22和邏輯電路23。

在圖2所示實施例中，比較電路21具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收反饋電壓信號V_FB，第二輸入端接收參考電壓信號V_REF，比較電路21比較反饋電壓信號V_FB和參考電壓信號V_REF的大小并輸出一個比較信號CA。

在圖2所示實施例中，恒定導(dǎo)通時間產(chǎn)生電路22用于產(chǎn)生一個恒定導(dǎo)通時間Ton。其中，當(dāng)反饋電壓信號V_FB的值小于參考電壓信號V_REF時，比較信號CA用于導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)101；恒定導(dǎo)通時間Ton用于關(guān)斷高側(cè)開關(guān)101。在一個實施例中，恒定導(dǎo)通時間產(chǎn)生電路22可以用一個恒定關(guān)斷時間(Constant Off Time)產(chǎn)生電路代替，產(chǎn)生一個恒定關(guān)斷時間Toff。其中，恒定關(guān)斷時間Toff用于導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)101，且當(dāng)反饋電壓信號V_FB的值大于參考電壓信號V_REF時，比較信號CA用于關(guān)斷高側(cè)開關(guān)101。

在圖2所示實施例中，邏輯電路23具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中，第一輸入端接收比較信號CA，第二輸入端接收恒定導(dǎo)通時間Ton，第三輸入端接收過零信號ZCD，以及第四輸入端接收降噪時鐘信號CLK_L。邏輯電路23將比較信號CA、恒定導(dǎo)通時間Ton、過零信號ZCD和降噪時鐘信號CLK_L做邏輯運算，并在第一輸出端和第二輸出端分別輸出高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL。

在圖2所示實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率高于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊200通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的開關(guān)頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT。當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率低于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊200通過降噪時鐘信號CLK_L將高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的頻率固定在閾值頻率f_TH，與此同時，當(dāng)電感電流i_L降低到零后，變頻控制模塊200控制低側(cè)開關(guān)102繼續(xù)導(dǎo)通，使得電感電流i_L反向。當(dāng)過零信號ZCD有效時(即電感電流i_L等于降噪閾值電流)，過零信號ZCD控制低側(cè)控制信號SL關(guān)斷低側(cè)開關(guān)102。

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的變頻控制模塊300的原理框圖。如圖3所示，變頻控制模塊300包括PWM控制模塊31、PFM控制模塊32和邏輯電路33。在圖3所示實施例中，PFM控制模塊32包括輕載判定模塊，當(dāng)輕載判定模塊判定降噪開關(guān)變換器正常帶載，PWM控制模塊31工作，并根據(jù)接收的輸出反饋電壓信號V_FB輸出第一控制信號C1。其中，第一控制信號C1用于產(chǎn)生一個頻率恒定的高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL。當(dāng)降噪開關(guān)變換器輕載，降噪開關(guān)變換器從PWM控制模式進入PFM控制模式，PFM控制模塊32工作。PFM控制模塊32接收PWM控制模塊輸出的誤差信號EA，并根據(jù)誤差信號EA輸出第二控制信號C2。其中，第二控制信號C2用于產(chǎn)生一個頻率變化的高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL。

在圖3所示實施例中，邏輯電路34具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中，第一輸入端接收第一控制信號C1，第二輸入端接收第二控制信號C2，第三輸入端接收降噪時鐘信號CLK_L，第四輸入端接收過零信ZCD。邏輯電路34將第一控制信號C1，第二控制信號C2、過零信號ZCD以及降噪時鐘信號CLK_L做邏輯運算，并在第一輸出端和第二輸出端分別輸出高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL。

在圖3所示實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率高于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊300通過PWM控制模塊32和PFM控制模塊33共同調(diào)節(jié)輸出電壓V_OUT。當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率低于閾值頻率f_TH時，變頻控制模塊300通過降噪時鐘信號CLK_L將高側(cè)控制信號SH和低側(cè)控制信號SL的頻率固定在閾值頻率f_TH，與此同時，當(dāng)電感電流i_L降低到零后，變頻控制模塊300控制低側(cè)開關(guān)102繼續(xù)導(dǎo)通，使得電感電流i_L反向，當(dāng)過零信號ZCD有效時(即電感電流i_L等于降噪閾值電流)，過零信號ZCD控制低側(cè)控制信號SL關(guān)斷低側(cè)開關(guān)102。

圖4為根據(jù)圖3所示實施例的一變頻控制模塊400的電路原理圖。

如圖4所示，PWM控制模塊31包括一個電壓誤差放大器41和電壓比較器42。電壓誤差放大器41具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。電壓誤差放大器41的第一輸入端接收反饋電壓信號V_FB，第二輸入端接收參考電壓信號V_REF，電壓誤差放大器41比較反饋電壓信號V_FB與參考電壓信號V_REF并將其差值放大，在輸出端輸出誤差信號EA。電壓比較器42具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。電壓比較器42的第一輸入端接收誤差信號EA，第二輸入端接收代表采樣電流的電壓信號V_CS，電壓比較器42將誤差信號EA與電壓信號V_CS比較，并在其輸出端輸出第一控制信號C1。

PFM控制模塊32包括跨導(dǎo)放大器43和時鐘信號發(fā)生器44?？鐚?dǎo)放大器43具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收誤差信號EA，第二輸入端接收輕載閾值信號V_{TH_H}，跨導(dǎo)放大器43將誤差信號EA與輕載閾值信號V_TH差值放大，并在輸出端輸出一個誤差電流信號i_CLK。時鐘信號發(fā)生器44接收誤差電流信號i_CLK，并根據(jù)誤差電流信號i_CLK產(chǎn)生第二控制信號C2。在圖4所示實施例中，第二控制信號C2即為邏輯電路33的初始時鐘信號，該初始時鐘信號用于設(shè)定降噪變換器的工作頻率。

當(dāng)誤差信號EA大于輕載閾值信號V_{TH_H}時,表示負載正常帶載，誤差電流信號i_CLK控制時鐘信號發(fā)生器44產(chǎn)生頻率固定的第二控制信號C2，此時，第二控制信號C2的頻率遠大于閾值頻率。當(dāng)誤差信號EA小于輕載閾值信號V_{TH_H}時，表示負載輕載，誤差電流信號i_CLK控制時鐘信號發(fā)生器44產(chǎn)生頻率變化的第二控制信號C2。其中，第二控制信號C2的頻率和誤差電流信號i_CLK的大小有關(guān)，誤差電流信號i_CLK越小，第二控制信號C2的頻率越低。在一個實施例中，PFM控制模塊32還包括一個輕載鉗位模塊，當(dāng)誤差信號EA小于一個輕載鉗位信號時，誤差信號被鉗位，接下來在圖7中會詳細描述該模塊功能。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器500的電路原理圖。其中，降噪開關(guān)變換器500中的變頻控制模塊50為圖2所示變頻控制模塊200的一個具體實施例。

如圖5所示，降噪開關(guān)變換器500包括開關(guān)電路10和控制電路，其中控制電路包括反饋電路20、過零檢測電路30、計時器40和變頻控制模塊50。

開關(guān)電路10已經(jīng)在圖1所示實施例中詳細描述，這里不再累述。

在圖5所示實施例中，反饋電路20被示意為由電阻501和502組成的的分壓網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生一個代表輸出電壓V_OUT的反饋電壓V_FB。

在圖5所示實施例中，過零檢測電路30包括跨導(dǎo)放大器504、比較器505和電阻器506?？鐚?dǎo)放大器504具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端接收反饋電壓信號V_FB，其第二輸入端接收第一參考電壓信號V_REF1，跨導(dǎo)放大器504將反饋電壓信號V_FB和第一參考電壓信號V_REF1的差值放大，產(chǎn)生一個降噪閾值電流i_TH0。與傳統(tǒng)的過零閾值電流不同，這里的降噪閾值電流i_TH0不代表電感電流i_L過零關(guān)斷值，而是電感電流i_L過零后反向增大后到達的一個值。降噪閾值電流i_TH0是一個變化的值，隨著輸出電壓V_OUT的變化而變化，用于決定輸出電容104通過低側(cè)開關(guān)102放電的時間，等同于給降噪開關(guān)變換器500額外增加了一個負載。降噪閾值電流i_TH0值越大，輸出電容104通過低側(cè)開關(guān)102放電的時間越長，即額外增加的負載越大。當(dāng)降噪開關(guān)變換器500的負載為輕載或空載時，為了避免音頻噪音，開關(guān)頻率不再繼續(xù)降低，而是被限制在閾值頻率f_TH。因此輸出電壓V_OUT會略高于正常輸出電壓值，因此第一參考電壓信號V_REF1的值應(yīng)設(shè)置為略大于第二參考電壓信號V_REF2，其中，第二參考信號V_REF2為降噪開關(guān)變換器500的一個參考電壓值，其與期望的輸出電壓V_OUT成比例。在一個實施例中，第一參考電壓信號V_REF1＝101％V_REF2。在一個實施例中，電阻器506電連接在跨導(dǎo)放大器504的輸出端和地之間，用于將降噪閾值電流i_TH0轉(zhuǎn)化為降噪閾值電壓V_TH0。

在一個實施例中，跨導(dǎo)放大器504和電阻器506也可以用一個差分放大器504代替，直接產(chǎn)生一個降噪閾值電壓V_TH0。

比較器505具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端接收降噪閾值電壓V_TH0，其第二輸入端耦接節(jié)點SW，接收節(jié)點電壓V_SW。比較器505將節(jié)點電壓V_SW與降噪閾值電壓V_TH0比較，產(chǎn)生過零信號ZCD。過零信號ZCD為一個具有高低電平的邏輯信號。當(dāng)電感電流i_L反向增大后，節(jié)點電壓V_SW隨著電感電流i_L增大而增大，當(dāng)節(jié)點電壓V_SW的值等于降噪閾值電壓V_TH0時，過零信號ZCD由邏輯高變成邏輯低，低側(cè)開關(guān)102關(guān)斷。

在圖5所示實施例中，計時器40用于產(chǎn)生一個降噪時鐘信號CLK_L，其中，該降噪時鐘信號CLK_L的頻率恒定，為降噪開關(guān)變換器100的閾值頻率f_TH，其值不小于20K赫茲，以此避免人耳能聽到的噪音。在一個實施例中，計時器40可設(shè)置為40微秒計時器，產(chǎn)生25K赫茲的閾值頻率f_TH。當(dāng)降噪開關(guān)變換器500的開關(guān)頻率降低到閾值頻率f_TH時，降噪時鐘信號CLK_L用于將降噪開關(guān)變換器500的開關(guān)頻率限定為25K赫茲。

在圖5所示實施例中，變頻控制模塊50包括比較電路21、恒定導(dǎo)通時間產(chǎn)生電路22和邏輯電路23。比較電路21和恒定時間產(chǎn)生電路的功能與圖2所示變頻控制模塊200中的一樣，其中，比較電路21被示意為一個電壓比較器503。

邏輯電路23包括或門506、觸發(fā)器507和與門508?；蜷T506的一端耦接比較電路21的輸出端接收比較信號CA；或門506的另一端耦接計時器40的輸出端接收降噪時鐘信號CLK_L；或門506對比較信號CA和降噪時鐘信號CLK_L做或邏輯運算，并輸出一個置位信號SET。觸發(fā)器507的置位端耦接或門506的輸出端接收置位信號SET；觸發(fā)器507的復(fù)位端耦接恒定導(dǎo)通時間產(chǎn)生電路22的輸出端接收恒定導(dǎo)通時間信號Ton。觸發(fā)器507的第一輸出端耦接至高側(cè)開關(guān)101的柵極，提供高側(cè)控制信號SH；觸發(fā)器507的第二輸出端耦接至與門508的一端，提供與高側(cè)控制信號SH邏輯互補的控制信號SL1。與門508的另一端耦接比較電路505的輸出端接收過零信號ZCD，與門508對控制信號SL1和過零信號ZCD做與邏輯運算，并在輸出端輸出低側(cè)控制信號SL至低側(cè)開關(guān)102的柵極。

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器500的工作波形示意圖。圖6所示波形圖從上至下分別為電感電流i_L波形、高側(cè)控制信號SH波形和低側(cè)控制信號SL波形。當(dāng)降噪開關(guān)變換器500正常帶載狀態(tài)下(t1-t2)，開關(guān)頻率f大于閾值頻率f_TH，電感電流i_L連續(xù)；高側(cè)控制信號SH的占空比為D；低側(cè)控制信號SL與高側(cè)控制信號SH邏輯互補(占空比為1-D)。當(dāng)降噪開關(guān)變換器500進入輕載狀態(tài)后，開關(guān)頻率f持續(xù)降低，電感電流i_L斷續(xù)。當(dāng)開關(guān)頻率f降低到閾值頻率f_TH后(t3時刻以后)，開關(guān)頻率f被限制在閾值頻率f_TH。與傳統(tǒng)的開關(guān)變換器相比，降噪開關(guān)變換器500在電感電流i_L降低為零時(t4時刻)，并未關(guān)斷低側(cè)開關(guān)102，低側(cè)開關(guān)102繼續(xù)導(dǎo)通，電感電流反i_L反向，當(dāng)電感電流i_L反向增大到降噪閾值電流i_TH0時(t5時刻)，低側(cè)開關(guān)102被關(guān)斷。

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的降噪開關(guān)變換器700的電路原理圖。其中，降噪開關(guān)變換器700中的變頻控制模塊50為圖3所示變頻控制模塊300的一個具體實施例。

如圖7所示，降噪開關(guān)變換器700包括開關(guān)電路10和控制電路，其中控制電路包括反饋電路、過零檢測電路30和變頻控制模塊50。

開關(guān)電路10已經(jīng)在圖1所示實施例中詳細描述，這里不再累述。

與圖5所示降噪開關(guān)變換器500不同地是，降噪開關(guān)變換器700中的反饋電路包括電壓反饋電路和電流反饋電路。電壓反饋電路采樣輸出電壓V_OUT并產(chǎn)生一個反饋電壓信號V_FB；電流反饋電路采樣電流并產(chǎn)生一個代表采樣電流的電壓信號V_CS。在圖5所示實施例中，電流反饋電路采樣電感電流信號。在另一個實施例中，電流反饋電路可以采樣開關(guān)電流等其他合適的電流信號。

在圖7所示實施例中，變頻控制模塊50包括PWM控制模塊31、PFM控制模塊32和邏輯電路33。PWM控制模塊31與圖4所示實施例中的PWM控制模塊31的結(jié)構(gòu)功能，這里不再累述。

在圖7所示實施例中，PFM控制模塊32不僅包括如圖4所示實施例中的跨導(dǎo)放大器43和時鐘信號發(fā)生器44，還包括比較器71、降噪開關(guān)72和電流鏡73。比較器71具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收誤差信號EA，第二輸入端接收輕載鉗位信號V_{TH_L}，比較器71將誤差信號EA與輕載鉗位信號V_{TH_L}比較，并在輸出端輸出一個鉗位控制信號CL。降噪開關(guān)72一端連接電流鏡73，另一端耦接誤差放大器41的輸出端，降噪開關(guān)72的控制端接收鉗位控制信號CL。電流鏡73提供輕載鉗位電流。當(dāng)誤差信號EA降低到輕載鉗位信號V_{TH_L}時，鉗位控制信號CL導(dǎo)通降噪開關(guān)72，輕載鉗位電流送至誤差放大器41的輸出端，鉗位誤差放大器41。與此同時，鉗位電流同時可作為降噪閾值電流i_TH0。

與圖5所示降噪開關(guān)變換器500不同地是，在圖7所示實施例中，計時器40不再需要。當(dāng)誤差信號EA降低到輕載鉗位信號V_{TH_L}時，誤差電流信號i_CLK控制時鐘信號發(fā)生器44產(chǎn)生的第二控制信號C2等同于降噪開關(guān)變換器500中計時器40產(chǎn)生的降噪時鐘信號CLK_L，此時，第二控制信號C2的頻率為恒定的閾值頻率f_TH。通過設(shè)置輕載鉗位電流來設(shè)置閾值頻率f_TH，使其值不小于20K赫茲，以此避免產(chǎn)生人耳能聽到的噪音。在一個實施例中，閾值頻率f_TH為25K赫茲。

在圖7所示實施例中，過零檢測電路30包括變頻控制模塊50中的誤差放大器41、比較器71、降噪開關(guān)72和電流鏡73。誤差放大器41、比較器71、降噪開關(guān)72和電流鏡73通過接受反饋電壓信號V_FB產(chǎn)生降噪閾值電流i_TH0。過零檢測電路30還包括比較器74和電阻器75。比較器74具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端接收降噪閾值電壓V_TH0，其第二輸入端耦接開關(guān)電路10中的節(jié)點SW，接收節(jié)點電壓V_SW。比較器74將節(jié)點電壓V_SW與降噪閾值電壓V_TH0比較，產(chǎn)生過零信號ZCD。過零信號ZCD為一個具有高低電平的邏輯信號。當(dāng)電感電流i_L反向增大后，節(jié)點電壓V_SW隨著電感電流i_L增大而增大，當(dāng)節(jié)點電壓V_SW的值增大到降噪閾值電壓V_TH0時，過零信號ZCD由邏輯高變成邏輯低，低側(cè)開關(guān)102關(guān)斷。如圖8所示為根據(jù)本發(fā)明一實施的一種開關(guān)變換器的降噪控制方法800?？刂品椒?00可用于前圖1-7所示實施例中的降噪變換器。

如圖1-7所述，當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率高于閾值頻率f_TH時，降噪開關(guān)變換器工作在變頻模式，通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的開關(guān)頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率低于閾值頻率時，降噪開關(guān)變換器工作在恒頻模式，通過降噪時鐘信號將高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的頻率固定為閾值頻率。

在一個實施例中，當(dāng)降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率大于閾值頻率時，降噪開關(guān)變換器可以工作在變頻和恒頻兩種模式。當(dāng)負載為正常帶載，高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的開關(guān)頻率恒定，變頻控制模塊通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的占空比進而調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)負載為輕載或空載時，變頻控制模塊通過調(diào)節(jié)高側(cè)控制信號和低側(cè)控制信號的頻率進而調(diào)節(jié)輸出電壓。

該降噪控制方法800包括步驟801-806。

步驟801，判定開關(guān)變換器的開關(guān)頻率是否降低到閾值頻率f_TH。如果開關(guān)頻率等于閾值頻率f_TH，轉(zhuǎn)至步驟802，否者繼續(xù)判定開關(guān)變換器的開關(guān)頻率是否降低到閾值頻率f_TH。

步驟802，將降噪開關(guān)變換器的開關(guān)頻率固定在閾值頻率f_TH。

步驟803，檢測流過開關(guān)變換器中輸出電感的電感電流，并提供一個代表電感電流的電壓信號。

步驟804，根據(jù)反饋信號產(chǎn)生降噪閾值電流。在一個實施例中，反饋信號包括一個反饋電壓信號V_FB。與傳統(tǒng)的過零閾值電流不同，這里的降噪閾值電流i_TH0不代表電感電流i_L過零關(guān)斷值，而是電感電流i_L過零后反向增大后到達的一個值。降噪閾值電流i_TH0是一個變化的值，隨著輸出電壓V_OUT的變化而變化，用于決定輸出電容(如輸出電容104)通過低側(cè)開關(guān)(如低側(cè)開關(guān)102)放電的時間，等同于給降噪開關(guān)變換器額外增加了一個負載。降噪閾值電流i_TH0的值越大，輸出電容通過低側(cè)開關(guān)放電的時間越長，即額外增加的負載越大。

步驟805，判斷電感電流是否等于降噪閾值電流，當(dāng)電感電流降低到降噪閾值電流時，轉(zhuǎn)至步驟806。在一個實施例中，步驟806包括將代表電感電流的電壓信號與代表降噪閾值電流的降噪閾值電壓比較，判斷電感電流的電壓信號是否等于代表降噪閾值電流的降噪閾值電壓。

步驟806，關(guān)斷低側(cè)開關(guān)(如低側(cè)開關(guān)102)。

需要說明的是，步驟805被示意在步驟804之后，步驟804被示意在步驟803之后，步驟803被示意在步驟802之后，實際上，步驟802、803、804和805可以同時進行。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。