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一种基于pfm脉冲计数的dc-dc转换器空载检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，包括PFM控制�？椤⒙龀寮剖��？�、时钟源模块、计时�？楹图觳獯�理�？椋琍FM控制�？�、脉冲计数�？楹图觳獯�理�？橐来蜗嗔�，时钟源�？�、计时模块和检测处理�？橐来蜗嗔�，PFM控制�？橛糜谏柚肞FM工作模式，脉冲计数�？橛糜诙訮FM控制�？槭涑龅穆龀褰�行计数，当脉冲数达到设定数目时，脉冲计数�？槭涑龅谝桓叩缙叫藕牛�否则输出低电平信号，时钟源�？橛糜诓�生时钟信号，计时�？橛糜谝谰菔敝釉茨？榈氖敝有藕沤�行计时，当计时时间达到设定时间时输出第二高电平信号，检测处理�？橛糜谠谑盏降诙�高电平信号时根据脉冲计数�？槭涑鲂藕攀涑鱿嘤Φ目赵刂甘拘藕�。
【专利说明】一种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电信号检测【技术领域】，具体涉及一种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换 器空载检测装置。

【背景技术】
[0002] 近些年来，以手机、平板和MP3为代表的便携式电子产品得到了广泛的普及。便携 式电子产品通常采用锂电池供电，更强悍的性能、更智能的体验增加了电量的消耗，于是要 求更大容量的电池以维持产品的续航时间。但是，锂电池技术的发展比较缓慢，无法满足便 携式电子产品高速发展的要求。为了缓解这一矛盾，移动电源应运而生。
[0003] 移动电源通常是由一定容量的锂电池及其控制管理电路组成。其基本的功能是升 压、充电和电量显示。升压通常是由DC-DC转换器实现，输出5V用于给便携式电子产品充 电。充电功能是用外部电源给移动电源自身锂电池充电。电量显示用于指示移动电源剩余 电量信息。
[0004] 为了提高电量管理效率，减小移动电源自身的能量损耗，在外部产品充电结束或 者断开连接时，DC-DC转换器应该自动关闭，使移动电源进入休眠模式，这就要求对DC-DC 转换器的空载状态进行检测。常见的空载检测方法是在DC-DC转换器的输出功率通路上串 接一个高精度的检流电阻，通过检测检流电阻两端的压差来判断空载的发生与否。考虑到 功率通路的能量损耗，检流电阻的阻值不能太大，通常是ΙΟπιΩ到ΙΟΟπιΩ的范围，这种检测 方法的检测精度相当低，空载门限一般在30mA以上，有甚者还高达100mA，也就是DC-DC转 换器的负载电流低于IOOmA就认为空载，因此无法给一些充电电流较小的便携式电子产品 充电，如智能手表等。此外，还存在其他的一些缺陷，如BOM成本增加、PCB走线困难、电路 设计难度增大等。


【发明内容】

[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于PFM脉冲计 数的DC-DC转换器空载检测装置，克服现有技术的DC-DC转换器空载检测方法检测精度低、 空载门限高的缺陷。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007] -种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，包括PFM控制�？�、脉冲计 数�？�、时钟源�？�、计时�？楹图觳獯�理�？椋�所述PFM控制�？�、所述脉冲计数�？楹� 所述检测处理�？橐来蜗嗔�，所述时钟源�？�、所述计时�？楹退�述检测处理�？橐来蜗� 连，所述PFM控制�？橛糜谏柚肞FM工作模式，所述脉冲计数�？橛糜诙运�述PFM控制�？� 输出的脉冲进行计数，当脉冲数达到设定数目时，所述脉冲计数模块输出第一高电平信号， 否则输出低电平信号，所述时钟源模块用于产生时钟信号，所述计时�？橛糜谝谰菟�述时 钟源�？榈乃�述时钟信号进行计时，当计时时间达到设定时间时输出第二高电平信号，所 述检测处理模块用于在收到第二高电平信号时根据所述脉冲计数�？槭涑鲂藕攀涑鱿嘤� 的空载指示信号。
[0008] 根据本发明的实施例，所述时钟信号周期跟所述DC-DC转换器的输出电压和输入 电压的差值成反比。
[0009] 根据本发明的实施例，所述检测处理�？榘�括滤波单元，所述滤波单元用于对所 述空载指示信号进行滤波处理。
[0010] 根据本发明的实施例，所述脉冲计数�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
[0011] 根据本发明的实施例，所述计时�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
[0012] -种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，包括PFM控制�？�、脉冲计 数�？�、时钟源�？�、计时�？楹图觳獯�理�？椋�所述PFM控制模块、所述脉冲计数�？楹� 所述检测处理�？橐来蜗嗔�，所述时钟源�？�、所述计时模块和所述检测处理�？橐来蜗� 连，所述PFM控制�？橛糜谏柚肞FM工作模式，所述脉冲计数�？橛糜诙运�述PFM控制模块 输出的脉冲进行计数，当脉冲数达到设定数目时，所述脉冲计数�？槭涑龅谝坏偷缙叫藕牛� 否则输出高电平信号，所述时钟源�？橛糜诓�生时钟信号，所述计时�？橛糜谝谰菟�述时 钟源�？榈乃�述时钟信号进行计时，当计时时间达到设定时间时输出第二低电平信号，所 述检测处理�？橛糜谠谑盏降诙�低电平信号时根据所述脉冲计数�？槭涑鲂藕攀涑鱿嘤� 的空载指示信号。
[0013] 根据本发明的实施例，所述时钟信号周期跟所述DC-DC转换器的输出电压和输入 电压的差值成反比。
[0014] 根据本发明的实施例，所述检测处理�？榘�括滤波单元，所述滤波单元用于对所 述空载指示信号进行滤波处理。
[0015] 根据本发明的实施例，所述脉冲计数�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
[0016] 根据本发明的实施例，所述计时�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
[0017] 实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明为移动电源提供了一种简单 而有效的DC-DC转换器空载检测装置，提高了检测精度和能量效率，本发明还可以应用于 涉及DC-DC转换器轻载检测的其他领域。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会 更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义 上的限制，在附图中：
[0019] 图1为本发明电流检测装置�？橥迹�
[0020] 图2为本发明PFM控制�？橛叛∈凳├�电路图；
[0021] 图3为本发明PFM控制�？樾藕挪ㄐ瓮迹�
[0022] 图4为本发明时钟源�？橛叛∈凳├�电路图；
[0023] 图5为本发明脉冲计数模块、计时�？楹图觳獯�理�？橛叛∈凳├�电路图。

【具体实施方式】
[0024] 如图2和图3所示，本发明的理论依据是DC-DC转换器进入PFM工作模式后，两个 功率管会轮流导通，而功率管每一次轮流导通给输出端注入的电荷量是个定值，该定值跟 夕卜置电感感值、输出和输入电压差值相关，而跟负载电流的大小无关。因此，在一段时间内， 功率管导通的次数直接跟负载电流的大小成正比。负载越大，导通的次数则越多；反之，导 通的次数则越少。于是，通过统计一段时间内PFM脉冲的数目，再针对输出和输入电压差值 的变化进行修正，可以得到DC-DC转换器负载大小的信息。
[0025] 如图1所示，本发明包括PFM控制�？�、脉冲计数�？�、时钟源�？�、计时�？楹图� 测处理�？�。PFM控制模块控制DC-DC转换器进入PFM工作模式，以提高DC-DC转换器轻载 工作的能量转换效率。此�？樵诰�大部分DC-DC转换器的控制电路中已经配备，不需要因 空载检测而额外添加。脉冲计数模块用于统计PFM控制�？樗统隼吹穆龀逍藕舙ulse的个 数，达到设定数目后输出c〇unt_〇ut为1。时钟源模块，产生时钟信号clock，其周期跟输出 和输入电压的差值成反比，用于修正前述电荷量定值跟输出和输入电压差值的负相关性。 计时�？橐詂lock为参考时钟进行计时，达到设定时间段后输出time_〇ut为1。可以知道 该时间段的长度会跟输出和输入电压的差值成反比。检测处理�？椋�会在time_〇ut由0变 为1的时刻，检测C〇unt_〇ut是否为0,再经过对检测结果进行滤波等处理后，判断DC-DC转 换器的负载电流是否小于某个门限。
[0026] 如图2和图3所示，PFM控制�？榘�含迟滞比较器、脉冲周期控制电路和峰值限流 控制电路。其中，迟滞比较器把输出电压vout和参考电压vref进行比较，从而判断何时开 启和关闭PFM脉冲序列，比较器的迟滞量ΛV决定PFM模式下输出电压的纹波。脉冲周期 控制电路用于设定每两个PFM脉冲之间的时间间隔Τ。峰值限流控制电路，设定每个PFM脉 冲中电感电流的上限为Ilimit，一旦电感电流达到上限，则关闭N功率管，打开P功率管。在 P功率管导通时间Λt内，电感电流从Iliniit降到0,该时间内的平均电流为Iliniit/2。于是， 根据公式

【权利要求】
1. 一种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在于：包括PFM控制 模块、脉冲计数�？�、时钟源�？�、计时�？楹图觳獯�理模块，所述PFM控制�？�、所述脉冲 计数�？楹退�述检测处理�？橐来蜗嗔�，所述时钟源�？�、所述计时�？楹退�述检测处理 �？橐来蜗嗔�，所述PFM控制�？橛糜谏柚肞FM工作模式，所述脉冲计数�？橛糜诙运�述 PFM控制�？槭涑龅穆龀褰�行计数，当脉冲数达到设定数目时，所述脉冲计数�？槭涑龅谝� 高电平信号，否则输出低电平信号，所述时钟源�？橛糜诓�生时钟信号，所述计时�？橛糜� 依据所述时钟源�？榈乃�述时钟信号进行计时，当计时时间达到设定时间时输出第二高电 平信号，所述检测处理模块用于在收到第二高电平信号时根据所述脉冲计数�？槭涑鲂藕� 输出相应的空载指示信号。
2. 根据权利要求1所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述时钟信号周期跟所述DC-DC转换器的输出电压和输入电压的差值成反比。
3. 根据权利要求1所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述检测处理模块包括滤波单元，所述滤波单元用于对所述空载指示信号进行滤波处 理。
4. 根据权利要求1所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述脉冲计数�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
5. 根据权利要求1所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述计时�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
6. -种基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在于：包括PFM控制 �？椤⒙龀寮剖��？�、时钟源�？�、计时�？楹图觳獯�理�？椋�所述PFM控制�？�、所述脉冲 计数�？楹退�述检测处理�？橐来蜗嗔�，所述时钟源�？椤⑺�述计时模块和所述检测处理 �？橐来蜗嗔�，所述PFM控制�？橛糜谏柚肞FM工作模式，所述脉冲计数�？橛糜诙运�述 PFM控制�？槭涑龅穆龀褰�行计数，当脉冲数达到设定数目时，所述脉冲计数�？槭涑龅谝� 低电平信号，否则输出高电平信号，所述时钟源�？橛糜诓�生时钟信号，所述计时�？橛糜� 依据所述时钟源�？榈乃�述时钟信号进行计时，当计时时间达到设定时间时输出第二低电 平信号，所述检测处理�？橛糜谠谑盏降诙�低电平信号时根据所述脉冲计数�？槭涑鲂藕� 输出相应的空载指示信号。
7. 根据权利要求6所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述时钟信号周期跟所述DC-DC转换器的输出电压和输入电压的差值成反比。
8. 根据权利要求6所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述检测处理�？榘�括滤波单元，所述滤波单元用于对所述空载指示信号进行滤波处 理。
9. 根据权利要求6所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述脉冲计数�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
10. 根据权利要求6所述的基于PFM脉冲计数的DC-DC转换器空载检测装置，其特征在 于：所述计时�？樯栉�有D触发器构成的计数器。
【文档编号】G01R23/10GK104483580SQ201410828835
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】梁源超, 陈越 申请人:珠海全志科技股份有限公司