[發(fā)明專(zhuān)利]脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810052442.5
• 申請(qǐng)日: 2008-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101505096A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚以人
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津英諾華微電子技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/155
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/155
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所
• 代理人: 李素蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DC/DC轉(zhuǎn)換器，尤其是涉及一種根據(jù)負(fù)載條件將脈沖頻率調(diào)制型(PFM)和脈沖寬度調(diào)制型(PWM)工作方式結(jié)合起來(lái)的DC/DC升壓電路。

背景技術(shù)

DC/DC轉(zhuǎn)換器因其體積小巧、價(jià)格低廉、能源轉(zhuǎn)換效率高等突出特點(diǎn)，在高效節(jié)能開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中一直處于核心地位，被廣泛應(yīng)用于各種電源管理系統(tǒng)。伴隨著業(yè)界不斷發(fā)展的需求，DC/DC變換技術(shù)以及相應(yīng)的芯片設(shè)計(jì)方法也不斷更新?lián)Q代，各種巧妙的控制策略層出不窮。

現(xiàn)有技術(shù)中，脈沖產(chǎn)生電路作為DC/DC升壓電路中的關(guān)鍵組成，其工作原理主要包括PWM式(脈沖寬度調(diào)制)和PFM式(脈沖頻率調(diào)制)。這兩種不同的脈沖產(chǎn)生電路，分別具有不同的特點(diǎn)。例如，PWM式的優(yōu)點(diǎn)是采用固定頻率脈沖信號(hào)，改變信號(hào)占空比的方式，改變輸出平均電壓。這種形式在經(jīng)過(guò)低通濾波器后，可將噪聲影響降到最小；而PFM式升壓電路可提供比傳統(tǒng)脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器更高的工作效率。

如何實(shí)現(xiàn)將上述兩種不同工作原理的DC/DC升壓電路的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的新設(shè)計(jì)方案是本發(fā)明函待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的提出了一種脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路，根據(jù)負(fù)載輕或重的不同情況，對(duì)應(yīng)不同的工作頻率的PWM方式，并且在該升壓電路中增加誤差電壓反饋回路，不僅能夠計(jì)結(jié)合了PFM和PWM的優(yōu)點(diǎn)，而且很好地解決了當(dāng)輸入高于輸出時(shí)，PFM式升壓電路無(wú)法關(guān)斷PMOS而引起的輸出電壓或電流過(guò)高的問(wèn)題。

本發(fā)明提出了一種脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路，利用脈沖寬度和脈沖頻率兩種調(diào)節(jié)模式的結(jié)合，將一直流電壓源轉(zhuǎn)換成電壓高于此直流電源的穩(wěn)定輸出的另一直流電壓源，該升壓電路包括電壓產(chǎn)生電路、控制電流產(chǎn)生電路、脈沖頻率調(diào)節(jié)的脈沖頻率調(diào)節(jié)模塊，所述脈沖頻率調(diào)節(jié)的脈沖頻率調(diào)節(jié)模塊用以控制NMOS、PMOS功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)/合邏輯及進(jìn)行直流輸入電壓的脈沖寬度調(diào)節(jié)的脈沖寬度調(diào)節(jié)模塊，其特征在于，所述脈沖寬度調(diào)節(jié)模塊中：

誤差電流作為PMOS功率開(kāi)關(guān)管的輸入信號(hào)和發(fā)生器的輸入端Iin相耦合，其中誤差電流是采樣電壓Vsample和參考電壓Vref的差值形成誤差電壓Verr，通過(guò)電導(dǎo)放大器GM轉(zhuǎn)換而形成，升壓電路的輸出電壓通過(guò)采樣電阻得到采樣電壓Vsample，Iin和Idc1共同控制PMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)間，采樣電壓低于額定值越多，Iin越大，PMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)間越短，以此來(lái)調(diào)節(jié)輸出的脈沖寬度，提高輸出電壓；

所述NMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)恒定，只與輸入電壓Vin有關(guān)，如下式所示：

T_n＝K₂·R·V_ref/V_in

式中，T_n為NMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)，K₂，R為常量參數(shù)；

所述PMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)與Iin和Idc1有關(guān)，如下式所示：

T_p＝K₁·V_ref/(I_dc1+I_in)

式中，T_P為PMOS功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)，K₁為常量參數(shù)；

Idc1為輸出電壓與輸入電壓的差成正比的電流，其計(jì)算公式為：

I_dc1＝K·(V_out-V_in)

式中，K為常量參數(shù)。

所述直流輸入電壓Vin通過(guò)一個(gè)線(xiàn)圈與功率開(kāi)關(guān)管NMOS、PMOS相耦合。

本發(fā)明公開(kāi)了一種脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路，結(jié)合了PFM和PWM的優(yōu)點(diǎn)，增加了誤差電壓反饋回路。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，系統(tǒng)工作在分立狀態(tài)，表現(xiàn)為PFM方式，效率較高。當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，系統(tǒng)工作在連續(xù)狀態(tài)，表現(xiàn)為PWM方式，由于增加了誤差電壓反饋回路，明顯提高了帶負(fù)載的能力。同時(shí)，與PFM/PWM的控制方式(NMOS開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)只由輸入電壓確定，而PMOS開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)只由輸出與輸入壓差確定)相比，本設(shè)計(jì)很好的避免了當(dāng)輸入高于輸出時(shí)，前者無(wú)法關(guān)斷PMOS的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所涉及的脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路的電路圖；

圖2為本發(fā)明所涉及的脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路中NMOS功率開(kāi)關(guān)管的工作電路圖；

圖3為本發(fā)明所涉及的脈沖寬度頻率調(diào)節(jié)模式DC/DC升壓電路中PMOS功率開(kāi)關(guān)管的工作電路圖。