[發(fā)明專利]降壓型轉換器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210188771.9
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN103475223A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 姚愛萍;張金勇;王磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157;H02M1/36
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發(fā)明是有關于一種電源技術，且特別是有關于一種用于便攜式電子設備的降壓型轉換器。

背景技術

降壓型直流-直流(DC-DC)電壓轉換芯片采用降壓型(buck)結構，將較高的直流電壓降低到較低的直流電壓，在集成電路中有很廣泛的應用，尤其是隨著集成電路工藝的日益減小，過高的電壓會將金屬氧化物半導體型場效應管(MOS管)擊穿，輕則電路不工作，重則損壞整個電路。因此合適的供電電壓不僅能保護電路，同時能夠有效的降低整個系統(tǒng)的功耗。

應用于生物醫(yī)學工程的系統(tǒng)，一般都是電池或者鋰電池供電，而且要求具有便攜式，長時間工作時間等特點。這就要求，應用于生物醫(yī)學工程系統(tǒng)的直流-直流電壓轉換器需要具有低功耗、高效率的特點。就目前而言，適用于便攜式醫(yī)療設備的電源管理DC-DC電壓轉換器包括低壓差線性穩(wěn)壓電源(LDO，Low?Dropout?Regulator)、開關電容變換電路(Switched?Capacitor?Converter)、開關電源型DC-DC。LDO具有超低的輸出電壓噪聲，這是它的最大優(yōu)勢，但是LDO線性穩(wěn)壓電源的缺點是當輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差較大時，調整管上的損耗大、導致效率很低。為了達到低功耗，高效率，也可以應用開關電容式的DC-DC轉換，但是由于這種結構負載能力差，在比較大負載的情況也不適用。現代微電子工藝中，集成在芯片內的電阻一般不超過500KΩ，電容不超過50pF，這是因為如果集成電阻或者集成電容超過這些值，它們的非線性將極大地損壞電路的性能，得不償失。鑒于開關電容所特有的電容大的特點，使得開關電容的應用有了一定的局限性。

鑒于這些特點，一般會采用開關電源型DC-DC將電源電壓降低到一定程度，然后再采用低壓差LDO進行電源轉換，從而實現高效率。但在實際的DC-DC轉換器中，上電時會產生很大的過沖電流，導致整個系統(tǒng)的效率極大的降低甚至很可能損壞電路導致整個芯片不能正常工作，解決這個問題最常用的方法是加入軟啟動電路。因此，在DC-DC轉換器的設計中，一定要加入軟啟動電路，使得在上電的瞬間，輸出電壓緩慢上升從而抑制過沖電流，保證芯片的正常工作。

傳統(tǒng)的軟啟動電路包括兩種思路，一種是通過一個頻率逐漸減小的時鐘產生一個緩慢上升的參考電壓，從而通過控制電路產生一個緩慢上升的輸出電壓，但是這種方法的缺點是需要額外的時鐘控制，從而結構復雜需要消耗額外的功耗和面積。另外一種常用的方法是由參考電壓和電容電阻構成充電電路從而產生一個緩慢上升的參考電壓，從而使輸出電壓緩慢上升，但是這種方法需要片外的電容和電阻產生穩(wěn)定上升的電壓，導致額外的管腳，增加了芯片的成本和片外的面積。因此這兩種方法都不適合于便攜式醫(yī)療電子設備。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種低功耗高效率的降壓型轉換器，其不需要額外的時鐘發(fā)生電路或者額外的片外電阻電容，用簡單的結構實現軟啟動，節(jié)省功耗、面積和管腳。

本發(fā)明提出一種降壓型轉換器，其包括供電模塊、開關功率管、整流管、誤差放大器、帶隙基準電路、第一電壓比較器、鋸齒波發(fā)生電路和脈寬調制控制電路。所述整流管與所述整流管開關功率管串聯(lián)，且進一步連接至所述供電模塊，輸入電壓通過所述開關功率管和所述整流管而輸入，并由所述供電模塊為負載供電。所述誤差放大器的同相輸入端連接至所述供電模塊以獲取反饋電壓。所述帶隙基準電路用以提供參考電壓，且所述誤差放大器的反相輸入端連接至所述帶隙基準電路。所述第一電壓比較器的同相輸入端連接至所述誤差放大器的輸出端。所述鋸齒波發(fā)生電路用以提供鋸齒波信號，且所述第一電壓比較器的反相輸入端連接至所述鋸齒波發(fā)生電路。所述脈寬調制控制電路連接至所述第一電壓比較器的輸出端、所述鋸齒波發(fā)生電路、和所述帶隙基準電路，以接收所述第一電壓比較器所產生的第一控制信號、所述鋸齒波信號和所述參考電壓，并產生相應的第二控制信號，并將所述第二控制信號輸出至所述開關功率管和所述整流管以控制所述開關功率管和所述整流管通斷。其中，所述脈寬調制控制電路包括軟啟動電路，以產生軟啟動控制信號，使所述降壓型轉換器處于軟啟動模式。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述軟啟動電路包括斜坡發(fā)生器、第二電壓比較器和第三電壓比較器。所述第二電壓比較器的反相輸入端連接至所述鋸齒波發(fā)生電路以接收所述鋸齒波發(fā)生電路所產生的鋸齒波信號，其同相輸入端連接至所述斜坡發(fā)生器，而其輸出端用以輸出所述軟啟動控制信號。所述第三電壓比較器的反相輸入端連接至所述帶隙基準電路，其同相輸入端連接至所述斜坡發(fā)生器，而其輸出端用以輸出選擇控制信號。