[發明專利]一種PWM控制DC-DC轉換器

有效

• 申請號: 201210091933.7
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102624228A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 石堅;莫太山;樂建連;甘業兵;馬成炎;葉甜春
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/32
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明屬于集成電路設計與系統應用領域，涉及一種高效率低噪聲的DC-DC轉換器，特別涉及采用PWM控制方式的DC-DC轉換器。

背景技術

電源管理模塊是芯片設計中的關鍵電路，它決定了整顆芯片的工作狀態，DC-DC轉換器是開關電源的一種，一般由主電路和控制電路構成。構成開關電源主電路的元件，包括輸入電源、開關管、整流管以及儲能電感、濾波電容和負載，它們共同完成電能的轉換和傳遞，合稱為功率級。控制電路則通過控制功率開關管的通斷，實現調節輸出電壓恒定在設定值的要求，從而控制主電路的工作狀態，使主電路從輸入電源處獲得的能量和傳送到負載的能量維持平衡。通常，當輸入電壓及輸出端的負載在一定范圍內變化時，負載電壓可以維持恒定。

DC-DC轉換器主要的特點是高效率(最高可達到90％以上)、低功耗及輸出電壓變換靈活(降壓、升壓、負壓)。但是，與此同時，DC-DC電源穩壓器的輸出紋波和開關噪聲較大、成本相對較高、且容易產生EMI干擾。

降壓型DC-DC轉換器可以有多種調制方式，調制方式是指為實現想要的輸出電壓，產生開關信號的控制方式。為使開關電源輸出電壓穩定在一定的精度，開關電源普遍采用反饋控制技術。目前主流的調制方式有脈沖寬度調制方式(Pulse?Width?Modulation，PWM)、脈沖頻率調制方式(Pulse?Width?Modulation，PFM)，還有一種介于兩者之間的跨周期調制方式(Pulse?cycle?Skip?Modulation，PSM)。

PWM控制方式是在脈沖頻率一定的情況下，通過調整脈沖的占空比來控制功率管的開和關，由于脈沖頻率固定，降低了片外LC濾波網絡的設計難度，具有更好的噪聲性能，但是，在輕載的狀態下，由于仍然維持較高的工作頻率，驅動損耗和功率管的開關損耗占據主導地位，大大降低了工作效率。近年來，學術界對提高輕載狀態下PWM控制的效率也做了研究，如S.Musunuri和P.Chapman在IEEE?Power?Electronics?Letters發表的論文“Improvement?of?light-load?efficiency?using?width-switching?scheme?for?CMOS?transistors”。

PFM調制方式是將脈沖寬度固定，通過改變開關頻率來調節占空比，PFM控制最大的優點是在輕載的條件下，工作頻率非常低，電路長時間處于空閑狀態，靜態電流很小，大幅提高了工作效率，如J.Xiao等在IEEE?Journal?of?Solid-State?Circuits上發表的論文“A?4-uA?quiescent?current?dual-mode?digitally?controlled?buck?converter?IC?for?cellular?phone?applications”。

H.W.Huang等人在2007年在IEEE?Journal?of?Solid-State?Circuits上發表了論文“Dithering?skip?modulation，width?and?dead?time?controllers?in?highly?efficient?dc-dc?converters?for?system-on-chip?applications”，提出了PSM工作方式，這種控制方式介于PWM和PFM之間，通過采用高低不同的電壓門限將輸出電壓限制在預先設好的電壓波動范圍內。

發明內容

本發明目的是為了克服已有技術的缺陷，提出一種PWM控制DC-DC轉換器，實現了一種高效率低噪聲的降壓型DC-DC轉換器。